生物裝置和使用其的定量測定裝置及方法
2023-06-04 13:39:11 1
專利名稱：生物裝置和使用其的定量測定裝置及方法
技術領域：
本發明涉及生物裝置，所述生物裝置用在幹化學(dry chemistry)檢測方法中，用於測定包含在樣品溶液中的物質，並涉及定量測定裝置和使用這種生物裝置的方法。
圖1A和1B給出了常規免疫層析裝置的結構。圖1A是其平面圖，圖1B是其側視圖。常規免疫層析裝置包括由多孔材料形成的基層11。測定部件16在基層11中。由不同材料形成的樣品施加層13、指示劑物質保存部件12、吸水部分14在基層11上。基層11、樣品施加部件13、指示劑物質保存部件12和吸水部分14疊加在底層基層15上。
指示劑物質保存部件12以第一抗體可以被洗脫的狀態載有第一抗體，其特異性地與靶物質反應，並由標記物質標記。檢測部分16具有第二抗體，其特異性地與固定化在那裡的靶物質反應。在從指示劑物質保存部件12洗脫第一抗體時，施加於液體樣品施加部件13的液體樣品流動併到達檢測部分16。當靶物質包含在液體樣品中時，在檢測部分16形成第一抗體-靶物質-第二抗體複合物。由於指示劑物質保存部件12和檢測部分16由不同的材料形成，在第一抗體從指示劑物質保存部件12向檢測部分16逐漸流動時，來自指示劑物質保存部件12的第一抗體擴散。因此，來自指示劑物質保存部件12的第一抗體的流動不中斷。
除了幹化學的上述優點之外，使用免疫層析的檢測方法還具有容易操作、快速檢測和價廉的優點。該方法適用於近來受到關注的床邊檢測(point of care testing，POCT)。POCT是用於臨床檢測的通用術語，對於其而言，從取樣階段至獲得結果階段的時間被認為是最重要的。
可用於POCT的常規生物裝置在取樣後需要3至5分鐘獲得檢測結果。需要縮短這一時間。對於某些靶物質而言，除了定性檢測之外，經常還需要定量檢測。就重現性而言，可用於POCT的常規生物裝置的定量測定不令人滿意。
發明內容
根據本發明的一個方面，用於測定包含在液體樣品中的靶物質的生物裝置包括樣品施加部件、指示劑物質保存部件，以及測定部件。樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的位置使施加到樣品施加部件的液體樣品經過指示劑物質保存部件被轉移到測定部件。至少指示劑物質保存部件與測定部件包含在一個元件中。指示劑物質保存部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組，其中第一物質組以能被所施加的液體樣品洗脫的狀態存在。在第一物質組被施加到樣品施加部件的液體樣品洗脫後，第一物質組以在流動過程中具有前端與尾端的物質(mass)流動。
根據本發明的另一方面，用於測定包含在液體樣品中的靶物質的生物裝置包括樣品施加部件、指示劑物質保存部件，以及測定部件。樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的位置使施加到樣品施加部件的液體樣品經過指示劑物質保存部件被轉移到測定部件。至少指示劑物質保存部件與測定部件包含在一個元件中。指示劑物質保存部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組，其中第一物質組以能被所施加的液體樣品洗脫的狀態存在。測定部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第二物質組，第二物質組處於固定化狀態。在包含在指示劑物質保存部件中的第一物質組被施加到樣品施加部件的液體樣品的作用洗脫，並在在液體樣品的移動方向上擴散的同時與液體樣品一起到達測定部件的過程中，在施加樣品前，在液體樣品的移動方向上的指示劑物質保存部件的保存寬度A，和擴散寬度B的比A∶B為1∶0.25至1∶1，擴散寬度B是當第一物質組的尾端到達測定部件時，在液體樣品的移動方向上，相對於保存寬度A，指示劑物質的寬度。
在本發明的一個實施方案中，指示劑物質保存部件和測定部件之間的面積等於或大於3mm2，並且等於或小於150mm2。
在本發明的一個實施方案中，樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件在施加液體樣品前處於乾燥狀態。
在本發明的一個實施方案中，液體樣品是體液。
在本發明的一個實施方案中，包含在第一物質組中的與靶物質特異性反應的物質用著色物質、螢光物質、磷光物質、發光物質、氧化還原劑、酶、核酸或內質網標記。
在本發明的一個實施方案中，著色物質為金膠體顆粒。
在本發明的一個實施方案中，第一物質組包含抗靶物質的第一抗體，且第二物質組包含抗靶物質的第二抗體。
在本發明的一個實施方案中，第一物質組包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體用生物素標記，且第二物質組包含與生物素特異性反應的抗生物素蛋白。
在本發明的一個實施方案中，第一物質組包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體用磁性物質標記，且第二物質組包含以磁性捕獲磁性物質的物質。
在本發明的一個實施方案中，指示劑物質保存部件和測定部件包含在多孔元件中。
在本發明的一個實施方案中，多孔元件是硝酸纖維素基膜。
在本發明的一個實施方案中，樣品施加部件疊加在包括指示劑物質保存部件和測定部件的多孔元件上。
在本發明的一個實施方案中，該生物裝置另外包括位於包括指示劑物質保存部件和測定部件的多孔元件上的吸水部件，相對於測定部件而言，吸水部件在指示劑物質保存部件對面。
在本發明的一個實施方案中，該生物裝置另外包括液體樣品不能透過的元件，所述元件附著在樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的至少一部分上。
根據本發明的另一方面，用於測定包含在液體樣品中的靶物質的定量測定裝置包括上述任何生物裝置，以及用於定量測定在生物裝置的測定部件獲得的物理或化學信號的測定設備。
根據本發明的另一方面，使用上述定量測定裝置測定包含在液體樣品中的靶物質的定量測定方法包括以下步驟將預定量的液體樣品施加到樣品施加部件；以及通過定量測定裝置的測定裝置定量測定在測定部件獲得的物理或化學信號。
因此，本文所描述的本發明使利用生物裝置的優點而實現快速、高精密度和高重現性地定性和定量測定液體樣品中的靶物質成為可能；並且本發明也提供了使用這種生物裝置的定量測定裝置和定量測定裝置方法。
在參照附圖閱讀和理解以下詳細描述後，本發明的這些和其它優點對本領域技術人員而言將變得清楚。
根據本發明，該生物裝置包括樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51，以及測定部件54。樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51和測定部件54的位置使施加到樣品施加部件52的液體樣品經過指示劑物質保存部件51被轉移到測定部件54。至少指示劑物質保存部件51和測定部件54包含在一個元件中。指示劑物質保存部件51具有含有與靶物質特異性反應的帶有指示劑的物質的第一物質組。該物質組以能被洗脫的狀態存在。
在第一物質組被施加到樣品施加部件52的液體樣品洗脫後，第一物質組以在流動過程中具有前端和尾端的物質流動。
更具體地說，包含在指示劑物質保存部件51中的第一物質組被施加到樣品施加部件52的液體樣品的作用洗脫，並在在液體樣品的移動方向(圖5A中箭頭M的方向)上擴散的同時與液體樣品一起到達測定部件54。
測定部件54具有含有與靶物質特異性反應的物質的第二物質組。第二物質組固定化於測定部件54。
在本說明書中，術語「保存寬度A」(holding width)定義為在施加液體樣品前，在液體樣品的移動方向上，由第一物質組形成的指示劑物質保存部件的寬度。術語「擴散寬度B」定義為當第一物質組的尾端到達測定部件時，在液體樣品的移動方向上，相對於保存寬度A而言，第一物質組的寬度。根據本發明，保存寬度A和擴散寬度B的比A∶B為1∶0.25至1∶1。同時，在本說明書中，術語「移動方向」定義為由圖5A中箭頭M代表的液體樣品的移動方向。
在本發明的生物裝置中，指示劑物質保存部件51和測定部件54包含在一個元件中。由於這種結構，當將液體樣品引入樣品施加部件52時，被液體樣品的作用洗脫的第一物質組以物質狀態開始向測定部件54移動，同時在移動方向上擴散。接著，第一物質組在短時間內通過測定部件54。相反，在常規生物裝置中，在第一抗體不間斷地逐漸流動時，來自指示劑物質保存部件12的第一抗體(相應於第一物質組)向測定部件16擴散。因此與本發明的生物裝置相比，足量的第一抗體到達測定部件16所需的時間更長。本發明的生物裝置與常規生物裝置相比，在更短的時間內引發在測定部件54中的反應，從而縮短測定時間。例如，大多數通過免疫層析裝置進行的妊娠試驗在取樣後需要3至5分鐘以獲得充分的測定結果。本發明的生物裝置在少於3分鐘的時間內獲得可靠的測定結果。
當第一物質組開始從指示劑物質保存部件51洗脫時，相對於保存寬度A，第一物質組在移動方向上的寬度小於25％。當第一物質組接近測定部件54時，第一物質組的寬度增加。
由於以下原因第一物質組的寬度增加。當液體樣品施加到樣品施加部件52時，移動第一物質組的液體樣品流動速度最大，其隨時間降低。隨液體樣品流動速度降低，第一物質組越來越容易擴散。因此，第一物質組的寬度隨時間增加。
為了提高用本發明的生物裝置測定包含在液體樣品中的靶物質的定量測定的精密度，要求在測定部件54中的反應均一地發生。隨第一物質組的寬度增加，由於移動速度的差異，第一物質組的擴散狀態在第一物質組的不同點的均一性變差。因此，定量測定精密度取決於擴散寬度B的量級。
顯示定量測定的精密度的一個示例性指數是變異係數(本文以下稱為「CV值」，其計算為標準偏差/平均值×100)。隨CV值變小，測定的精密度變高。
在本例的生物裝置中，測定部件54的位置使A∶B在1∶0.25至1∶1的範圍內，即B/A比在25％至100％的範圍內。由於這樣的設置，可以在更短的時間內重現性更高地獲得比常規裝置更精密的測定。
在測定部件54的位置使B/A比小於25％的情況下，在液體樣品施加到樣品施加部件52後，靶物質-第一物質組複合物在極短時間內通過測定部件54。因此，靶物質-第一物質組複合物在與測定部件54的第二物質組充分反應前就以極高速度通過測定部件54。因此，不能獲得充分的測定結果。
在測定部件54的位置使B/A比大於100％的情況下，在靶物質-第一物質組複合物通過測定部件54之前需要極長時間。雖然靶物質-第一物質組複合物與第二物質組充分反應，但液體樣品的流動速度低，因而不能獲得快速測定。另外，擴散寬度B很大，並且不均一，因此破壞了定量測定的精密度。
在液體樣品具有相對較高粘度的情況下，例如血液，液體樣品的流動速度相對較低。因此，A∶B比優選在1∶0.25至1∶0.50的範圍內，從而縮短靶物質-第一物質組複合物通過測定部件54之前的時間。相反，在液體樣品具有相對較低粘度的情況下，例如尿，液體樣品的流動速度相對較高。因此A∶B比優選在1∶0.50至1∶1的範圍內，從而延長靶物質-第一物質組複合物通過測定部件54之前的時間。
保存寬度A和擴散寬度B可以通過，例如光學方法測定。首先將描述用於測定保存寬度A的示例性方法。
將生物裝置放在反射吸光光度計的掃描部位(scanning stage)。掃描生物裝置以測定第一物質組的反射吸光度。圖2是說明所得的保存寬度A和吸光度間的關係的圖。根據圖2，保存寬度A定義為吸光度等於或大於0.01的掃描長度(scanning length)。
擴散寬度B(即當第一物質組的尾端到達測定部件54時，在移動方向上，相對於保存寬度A而言，第一物質組的寬度)可以如下測定。當液體樣品施加到樣品施加部件52時發生的在生物裝置上的第一物質組的流動方式通過隨時間測定反射吸光度檢測。預置光線使其指向對於測定部件54而言適當的生物裝置的位置。接著，將液體樣品滴至生物裝置，從而引起第一物質組流動。當第一物質組到達光線照射的位置時，吸光度急劇增加。當第一物質組進一步移動並通過光線照射的位置時，吸光度降低。根據吸光度的差異，找到第一物質組的前端和尾端。這樣可以獲得當第一物質組的尾端到達測定部件54時的第一物質組的寬度。從而可以獲得擴散寬度B。在本例中，用不含第二物質組的生物裝置的部分作為參比，測定吸光度。吸光度在首次增加後下降到0.3的點定義為尾端。
當獲得第一物質組的尾端位置時，在與液體樣品的移動方向相反的方向(與圖5A中箭頭M代表的方向相反的方向)上掃描生物裝置。這樣，如圖3所示，獲得有關掃描距離的反射吸光度。根據圖3，當從第一物質組的尾端在相反方向上掃描生物裝置時，在吸光度首次增加並接著下降後基本上穩定的點定義為前端。第一物質組在移動方向上的寬度是第一物質組前端與尾端之間的距離。
取決於液體樣品的流動方式或生物裝置的表面狀態，第一物質組可以是非均一的。第一物質組的尾端可能發生脫尾。如上所述將吸光度下降到0.3的點定義為尾端的原因是為了從擴散寬度B中除去脫尾部分，甚至是在脫尾發生時。
可以通過除光學方法之外的其它方法測定保存寬度A和擴散寬度B。例如，當包含在第一物質組中的指示劑物質具有電化學性質時，可以通過用電化學檢測方法測定保存寬度A和擴散寬度B，代替使用反射吸光分光計。
根據本發明的另一個實施方案，生物裝置包括樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51，以及測定部件54。樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51和測定部件54的位置使施加到樣品施加部件52的液體樣品經過指示劑物質保存部件51被轉移到測定部件54。至少指示劑物質保存部件51與測定部件54包含在一個元件中。指示劑物質保存部件51具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組。以這種狀態，該物質組可以被洗脫。測定部件54具有與靶物質特異性反應的第二物質組。第二物質組固定化於測定部件54。
指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積在3mm2至150mm2的範圍內。
用這種結構，從液體樣品施加到樣品施加部件52直至第一物質組通過測定部件54的時間可以得到控制。因此，擴散寬度B均一化。這樣，可以獲得與由上述實施方案中的生物裝置提供的相同的效果。
在液體樣品具有相對較高粘度的情況下，例如血液，液體樣品的流動速度相對較低。因此，指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積優選在3mm2至25mm2的範圍內，從而縮短第一物質組通過測定部件54之前的時間。相反，在液體樣品具有相對較低粘度的情況下，例如尿，液體樣品的流動速度相對較高。因此，指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積優選在25mm2至150mm2的範圍內，從而延長第一物質組通過測定部件54之前的時間。
根據本發明，樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51和測定部件54在液體樣品施加到樣品施加部件52前優選處於乾燥狀態。在施加液體樣品前，該生物裝置可以為乾燥裝置，其更易操作並且適於作為可用於POCT的簡單裝置。
根據本發明的生物裝置可以在例如，尿檢驗、妊娠試驗、水質檢測、糞便檢驗、土壤分析和食品分析的領域中使用。液體樣品可以是水溶液或有機溶液。可以用作液體樣品的溶液包括，例如體液、河水、海水、地下水和通過溶解土壤或食品獲得的水溶液。體液包括，例如血、血漿、血清、尿、唾液、汗和眼淚。
本發明中的靶物質包括，例如細菌、紅細胞、蛋白質和病毒。示例性的細菌包括結核分枝桿菌(tubercle bacillus)和腸桿菌(Enterobacteriaceae)。示例性蛋白質包括血紅蛋白、血紅蛋白Alc、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、C-活性蛋白(C-reactiveprotein，CRP)，清蛋白和甲胎蛋白。示例性病毒包括AIDS病毒和C型肝炎病毒。
包含在第一物質組中的與靶物質特異性反應的物質優選用著色物質、螢光物質、磷光物質、發光物質、氧化還原劑、酶、核酸或內質網標記。示例性著色物質包括金膠體、銀膠體、硒膠體、有色膠乳、菁藍和偶氮。示例性螢光物質包括芳族化合物如芘，用官能團如丹磺醯基取代的芳族化合物、螢光素、若丹明和香豆素。示例性磷光物質包括二苯甲酮。示例性發光物質包括通過例如螢光素和ATP的發光反應的形式發光的物質。示例性氧化還原劑包括通過例如葡萄糖和葡萄糖氧化酶的氧化還原反應的形式產生電流的物質。示例性內質網包括微團和脂質體。在這些物質中，金膠體是最優選的。
根據本發明的與靶物質特異性反應的物質包括，例如抗原、抗體、核酸、酶和受體。優選第一物質組包含抗靶物質的第一抗體，且第二物質組包含抗靶物質的第二抗體。第一抗體和第二抗體可以各自是與靶物質特異性反應的任何抗體。可用作第一和第二抗體的示例性抗體包括抗細胞抗體、抗蛋白抗體、抗糖蛋白抗體、抗酶抗體、抗多糖抗體、抗細菌抗體和抗病毒抗體。單克隆抗體和多克隆抗體都可以使用。
由於第一和第二抗體與同一類型的靶物質特異性反應，因此可以使用識別靶物質的不同抗原決定簇(表位)的抗體的任何組合。
第一物質組可以包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體可以用生物素標記，第二物質組可以包含與生物素特異性反應的抗生物素蛋白。由於這種結構，第一抗體和標記有生物素的第二抗體在形成複合物的同時經過靶物質在液體樣品中流動。在測定部件54，複合物中的生物素和抗生物素蛋白特異性地相互反應，從而使靶物質在測定部件54被捕獲。
第一物質組可以包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體可以用磁性物質標記，且第二物質組可以包含以磁性捕獲磁性物質的物質。由於這種結構，第一抗體和標記有磁性物質的第二抗體在形成複合物的同時經過靶物質在液體樣品中流動。在測定部件54，複合物中的磁性物質以磁性被捕獲，從而使靶物質在測定部件54被捕獲。磁性物質是，例如磁粉如氧化鐵或氧化鋁。可以通過在測定部件54提供磁體而以磁性捕獲磁性物質。
樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51和測定部件54可以由任何使液體樣品通過毛細現象以適當的速度流動的材料形成。例如，樣品施加部件52、指示劑物質保存部件51和測定部件54可以由多孔元件形成，例如硝酸纖維素基膜、醋酸纖維素膜和玻璃纖維。在這些元件中，最優選使用硝酸纖維素基膜。
樣品施加部件52可以疊加在包括指示劑物質保存部件51和測定部件54的多孔元件上。由於這種結構，可以將足量的液體樣品提供給包括指示劑物質保存部件51和測定部件54的多孔元件。樣品施加部件52可以由例如由無紡布或類似的材料形成的吸水多孔元件形成。
該生物裝置可以另外包括位於包括指示劑物質保存部件51和測定部件54的多孔元件上的吸水部件56，相對於測定部件54，吸水部件56位於指示劑物質保存部件51的對側。由於這種結構，包括指示劑物質保存部件51和測定部件54的多孔元件上的過量液體樣品可以被吸收。吸水部件56可以由，例如多孔部件如玻璃纖維濾器形成。
該生物裝置優選容納在中空容器中。中空容器由，例如塑料材料形成，並具有至少與測定部件54和樣品施加部件52對應的開口。中空容器提供防止液體樣品外漏的作用。
液體樣品不能透過的元件優選附著於樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的至少部分。例如，可以連接由液體樣品不能透過的材料形成的膠帶。這提供防止液體樣品外漏的作用，還提供控制生物裝置上液體樣品的流速和使液體樣品的流速均一化的作用。
根據本發明的定量測定裝置用來測定包含在液體樣品中的靶物質。該定量測定裝置包括上述生物裝置，以及用於定量測定在生物裝置的測定部件54獲得的物理或化學信號的測定裝置。作為用於定量測定物理或化學信號的測定裝置，可以使用任何可以將測定部件54的顏色強度的變化轉化成數值的設備。例如，可以使用可以測定反射吸光度的設備。
根據本發明的定量測定方法用於用上述定量測定裝置測定包含在液體樣品中的靶物質。所述定量測定方法包括以下步驟將預定量的液體樣品施加到樣品施加部件52，以及通過定量測定裝置的測定裝置定量測定在測定部件54獲得的物理或化學信號。在將預定量的液體樣品施加到樣品施加部件52的步驟中，用移液管等準確量取液體樣品並轉移到樣品施加部件52。
在本發明的生物裝置中，指示劑物質保存部件51和測定部件54包含在一個元件中。由於這種結構，當液體樣品引入樣品施加部件51時，被液體樣品的作用洗脫的第一物質組開始以物質狀態向測定部件54移動，同時在移動方向上擴散。然後，第一物質組在短時間內通過測定部件54。相反，在常規生物裝置中，來自指示劑物質保存部件12的第一抗體(相應於第一物質組)隨第一抗體不中斷地逐漸流出而向測定部件16擴散。因此，與本發明的生物裝置相比，常規生物裝置需要更長時間才能使足量第一抗體到達測定部件16。本發明的生物裝置與常規生物裝置相比，在更短時間內引發在測定部件54的反應，從而縮短測定時間。例如通過免疫層析裝置進行的大多數妊娠試驗在取樣後需要3至5分鐘才能獲得充分的測定結果。本發明的生物裝置在少於3分鐘的時間內獲得可靠的測定結果。
在本發明的生物裝置中，測定部件54的位置使A∶B在1∶0.25至1∶1的範圍內；即B/A比在25％至100％的範圍內。由於這種設置，可以在短時間內以更高的重現性實現比常規裝置更精密的測定。
以下將參照附圖，通過示例性但非限制性的實施例進一步說明本發明。
作為著色物質的金膠體顆粒如下製備。將1％的檸檬酸水溶液加入處於回流狀態的溫度為100℃的0.01％氯金酸水溶液中。溶液繼續回流30分鐘並且在室溫下冷卻。用0.2M碳化鉀水溶液將得到的金膠體溶液調節到pH9。向所得的溶液中加入抗-hCG-α抗體並攪拌幾分鐘。接著，向其中加入pH9的10％的BSA(牛血清白蛋白)水溶液，加入的量使終濃度為1％。接著攪拌混合物。這樣，獲得了作為指示劑物質的抗體-金膠體複合物(標記的抗體或第一物質組)。標記的抗體溶液在4℃、20000 G離心50分鐘，從而分離標記的抗體。將標記的抗體懸浮在洗滌緩衝液(1％BSA-磷酸鹽緩衝液)中。接著，離心獲得的物質以洗滌並分離標記的抗體。將標記的抗體懸浮在洗滌緩衝液中並通過0.8μm濾器過濾。將標記的抗體的量調節到金膠體溶液初始量的1/10，接著將標記的抗體在4℃貯存。
將標記的抗體溶液置於溶液注射裝置中，並施加到硝酸纖維素膜43上並乾燥。這樣，製得具有在硝酸纖維素膜43上含有標記的抗體(第一物質組)的指示劑物質保存部件41的位置設置裝置體40(反應層載體)。將位置設置裝置體40在與指示劑物質保存部件41垂直的方向上切割成多個寬度為0.5cm的位置設置裝置。(b)設置測定部件的位置將40μL量的尿樣滴至所得的位置設置裝置的樣品施加部件42上。將位置設置裝置置於反射吸光分光計的掃描部位。在施加液體樣品後，標記抗體在位置設置裝置上的流動方式用隨時間測定反射吸光度而檢測。更具體地說，使光線指向對於測定部件而言適當的位置設置裝置的位置。在移動方向上的指示劑物質保存部件41的保存寬度A和擴散寬度B用上述方法測定。使光源指向同樣適於測定部件的多個其它位置，測定保存寬度A和擴散寬度B。這樣，獲得了適於測定部件的各個位置和相應的擴散寬度B間的關係。(c)製備生物裝置圖5A和5B顯示根據本發明的一個實施例的生物裝置50。圖5A是其平面圖，圖5B是其側視圖。生物裝置50包括支撐體55；在支撐體55上的具有指示劑物質保存部件51和測定部件54的硝酸纖維素膜53；以及硝酸纖維素膜53上的樣品施加部件52和吸水部件56。樣品施加部件52位於硝酸纖維素膜53在指示劑物質保存部件51附近的部分上。上述部分不包含指示劑物質。相對於測定部件54，吸水部件56位於硝酸纖維素膜53與樣品施加部件52相對的一側。
生物裝置50如下製備。
首先，提供測定部件54。製備具有用磷酸鹽緩衝液稀釋獲得的適當濃度的抗-hCG-β抗體的水溶液。用溶液注射裝置將抗體溶液施加到硝酸纖維素膜53上。這樣，抗體固定化在硝酸纖維素膜53上作為測定部件54。將所得的帶有測定部件54的硝酸纖維素53浸在含有1％脫脂乳的Tris-HCl緩衝液中並輕輕振搖30分鐘。接著將硝酸纖維素膜53放入Tris-HCl緩衝液浴中並輕輕振搖10分鐘。接著，將硝酸纖維素膜53在另一Tris-HCl緩衝液浴中再輕輕振搖10分鐘。以這種方式洗滌兩次後，將硝酸纖維素膜從浴中移出並在室溫下乾燥。
接下來，指示劑物質保存部件51如下提供。
作為著色物質的金膠體顆粒如下製備。將1％的檸檬酸水溶液加入處於回流狀態的溫度為100℃的0.01％氯金酸水溶液中。溶液繼續回流30分鐘並且在室溫下冷卻。用0.2M碳化鉀水溶液將所得的金膠體溶液調節到pH9。向所得的溶液中加入抗-hCG-α抗體並攪拌幾分鐘。接著，向其中加入pH9的10％BSA(牛血清白蛋白)水溶液，加入量使終濃度為1％。接著，攪拌混合物。這樣，獲得作為指示劑物質的抗體-金膠體複合物(標記的抗體或第一物質組)。將標記的抗體溶液在4℃、20000 G離心50分鐘，從而分離標記的抗體。將標記的抗體懸浮在洗滌緩衝液(1％BSA-磷酸鹽緩衝液)中。接著，離心獲得的物質以洗滌並分離標記的抗體。將標記的抗體懸浮在洗滌緩衝液中並通過0.8μm濾器過濾。將標記的抗體的量調節到金膠體溶液初始量的1/10，接著將標記的抗體溶液在4℃貯存。
將標記的抗體溶液置於溶液注射裝置中，並施加到其上固定化有抗-hCG-β抗體(第二物質組)的作為測定部件54的硝酸纖維素膜53上。將標記的抗體溶液施加到遠離測定部件54的硝酸纖維素膜53的位置。接著，乾燥硝酸纖維素膜53。這樣，製得具有指示劑物質保存部件51和測定部件54的反應層載體(硝酸纖維素膜53)。
將這樣製得的具有指示劑物質保存部件51的反應層載體連接到支撐體55上。由無紡布形成的樣品施加部件和由玻璃纖維濾器形成的吸水部件56位於反應層載體上。獲得的設備除樣品施加部件52的一部分外用透明帶(Nitto Denko；沒有顯示)覆蓋，並接著切割成多個寬度為0.5cm的生物裝置。
用通過位置設置裝置40獲得的結果生產八種類型的生物裝置，每種類型生產五個。更具體地說，八種類型的生物裝置的A∶B分別為1∶0.05、1∶0.25、1∶0.5、1∶0.75、1∶1、1∶1.05、1∶1.1和1∶1.2。換言之，八種類型的生物裝置的B/A比分別為5％、25％、50％、75％、100％、105％、110％與120％。
這樣製得的生物裝置如下評價。(d)評價生物裝置將約40μl含有1000 U/l hCG的尿樣施加到各生物裝置的樣品施加部件52上。五分鐘後，由抗原-抗體反應引起的測定部件54的顏色用反射吸光度測定。具體地說，在520nm處的吸光度用反射吸光分光計(CS9300，Shimadzu Corporation)測定。圖6是說明所得的B/A比、吸光度和CV值之間的關係的圖。各類型生物裝置的CV值從五個生物裝置的測定值獲得。更具體地說，CV值如下計算測定值的標準偏差/測定值的平均值×100。
從圖6可見，當B/A比在25％至100％的範圍內時，CV值和吸光度都非常好。
接下來，B/A比為5％、50％和120％的三種類型的生物裝置以相似的方式用含有0、100、1000和10000 U/L hCG的尿樣進行測試。
如上所述，將40μL尿樣施加到各生物裝置的樣品施加部件52上。五分鐘後，各生物裝置的測定部件54的顏色用反射吸光分光計測定，接著對所得的顏色進行算術運算。具體地說，測定在520nm處的吸光度，並且代入預先做好的說明hCG濃度和吸光度之間的關係的校正曲線中。圖7是說明用B/A比為5％的生物裝置獲得的結果的圖。圖8是說明用B/A比為50％的生物裝置獲得的結果的圖。圖9是說明用B/A比為120％的生物裝置獲得的結果的圖。在圖7、8和9中，橫軸代表施加入生物裝置的尿樣hCG濃度。縱軸代表基於在測定部件54的520nm處的吸光度，由以上算術運算獲得的hCG濃度。
在理想條件下，當測定含有例如1000U/lhCG的尿樣的吸光度，並將吸光度代入校正曲線時，hCG濃度應為1000U/l。實際上，hCG濃度值有偏差。偏差的數量級代表測定的準確度。
從B/A比為5％的生物裝置的圖7可見，含有100U/lhCG的尿樣的吸光度無法測定。可能的原因是在包含在尿樣中的hCG被固定化的抗-hCG-β抗體充分捕獲前尿樣就通過了測定部件54，在hCG的低濃度區，測定靈敏度過低。
從B/A比為120％的生物裝置的圖9可見，在hCG的高濃度區，測定準確度特別低。可能的原因是尿樣通過測定部件54的時間過長，尿樣的流動幹擾、反應中的變化發生。
由圖8可見，用B/A比為50％的生物裝置獲得準確而精密的定量測定結果。
圖10是說明用指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積為175mm2的生物裝置獲得的結果的圖。圖11是說明用指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積為50mm2的生物裝置獲得的結果的圖。圖12是說明用指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積為5mm2的生物裝置獲得的結果的圖。在圖10、11和12中，橫軸代表施加入生物裝置的尿樣hCG濃度。縱軸代表基於在測定部件54的520nm處的吸光度，通過以上的算數運算獲得的hCG濃度。
由圖10可見，對於指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積為175mm2的生物裝置而言，代表施加入生物裝置的尿樣hCG濃度與在測定部件54的hCG濃度間關係的曲線在10000U/l的高濃度區不是線性的。另外，CV值顯示10-100％的大偏差，表明這種生物裝置不提供準確而精密的定量測定。
由圖11和12可見，當用指示劑物質保存部件51和測定部件54之間的面積為50mm2或5mm2的生物裝置時，代表施加入生物裝置的尿樣hCG濃度與在測定部件54的hCG濃度間關係的曲線在hCG高濃度區也是線性的。各類型的生物裝置的CV值在3％至28％的範圍內，意味著這些類型的生物裝置提供準確而精密的定量測定。
本發明優化了指示劑物質保存部件和測定部件間的位置關係，由此提供了實現快速、高精密度和高重現性定性和定量測定液體樣品中的靶物質的生物裝置。本發明的生物裝置適於POCT。
在不背離本發明的範圍與實質的前體下，本領域技術人員將清楚各種其它修飾，並容易進行修飾。因此，本文的描述並不限制所附權利要求的範圍，而對權利要求進行廣泛解釋。
權利要求
1.用於測定包含在液體樣品中的靶物質的生物裝置，所述生物裝置包括樣品施加部件；指示劑物質保存部件；以及測定部件，其中樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的位置使施加到樣品施加部件的液體樣品經過指示劑物質保存部件被轉移到測定部件，至少指示劑物質保存部件與測定部件包含在一個元件中，指示劑物質保存部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組，其中第一物質組以能被所施加的液體樣品洗脫的狀態存在，並且在第一物質組被施加到樣品施加部件的液體樣品洗脫後，第一物質組以在流動過程中具有前端與尾端的物質流動。
2.用於測定包含在液體樣品中的靶物質的生物裝置，所述裝置包括樣品施加部件；指示劑物質保存部件；以及測定部件，其中樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的位置使施加到樣品施加部件的液體樣品經過指示劑物質保存部件被轉移到測定部件，至少指示劑物質保存部件與測定部件包含在一個元件中，指示劑物質保存部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組，其中第一物質組以能被所施加的液體樣品洗脫的狀態存在，測定部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第二物質組，第二物質組處於固定化狀態，並且在包含在指示劑物質保存部件中的第一物質組被施加到樣品施加部件的液體樣品的作用洗脫，並在在液體樣品的移動方向上擴散的同時與液體樣品一起到達測定部件的過程中，在施加樣品前，在液體樣品的移動方向上的指示劑物質保存部件的保存寬度A，和擴散寬度B的比A∶B為1∶0.25至1∶1，擴散寬度B是當第一物質組的尾端到達測定部件時，在液體樣品的移動方向上，相對於保存寬度A而言，指示劑物質的寬度。
3.根據權利要求1的生物裝置，其中在指示劑物質保存部件和測定部件之間的面積等於或大於3mm2，並且等於或小於150mm2。
4.根據權利要求1的生物裝置，其中樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件在施加液體樣品前處於乾燥狀態。
5.根據權利要求1的生物裝置，其中液體樣品是體液。
6.根據權利要求1的生物裝置，其中包含在第一物質組中的與靶物質特異性反應的物質用著色物質、螢光物質、磷光物質、發光物質、氧化還原劑、酶、核酸或內質網標記。
7.根據權利要求6的生物裝置，其中著色物質為金膠體顆粒。
8.根據權利要求2的生物裝置，其中第一物質組包含抗靶物質的第一抗體，且第二物質組包含抗靶物質的第二抗體。
9.根據權利要求2的生物裝置，其中第一物質組包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體用生物素標記，且第二物質組包含與生物素特異性反應的抗生物素蛋白。
10.根據權利要求2的生物裝置，其中第一物質組包含抗靶物質的第一抗體和第二抗體，第二抗體用磁性物質標記，且第二物質組包含以磁性捕獲該磁性物質的物質。
11.根據權利要求1的生物裝置，其中指示劑物質保存部件和測定部件包含在多孔元件中。
12.根據權利要求11的生物裝置，其中多孔元件是硝酸纖維素基膜。
13.根據權利要求11的生物裝置，其中樣品施加部件疊加在包括指示劑物質保存部件和測定部件的多孔元件上。
14.根據權利要求11的生物裝置，其另外包括位於包括指示劑物質保存部件和測定部件的多孔元件上的吸水部件，相對於測定部件而言，吸水部件在指示劑物質保存部件對面。
15.根據權利要求1的生物裝置，其另外包括液體樣品不能透過的元件，所述元件附著在樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的至少一部分上。
16.用於測定包含在液體樣品中的靶物質的定量測定裝置，所述定量測定裝置包括根據權利要求1的生物裝置；以及用於定量測定在生物裝置的測定部件獲得的物理或化學信號的測定裝置。
17.使用權利要求16的定量測定裝置測定包含在液體樣品中的靶物質的定量測定方法，所述定量測定方法包括以下步驟將預定量的液體樣品施加到樣品施加部件；以及通過定量測定裝置的測定裝置定量測定在測定部件獲得的物理或化學信號。
全文摘要
本發明涉及生物裝置,所述生物裝置包括樣品施加部件、指示劑物質保存部件,以及測定部件。樣品施加部件、指示劑物質保存部件和測定部件的位置使施加到樣品施加部件的液體樣品經過指示劑物質保存部件被轉移到測定部件。至少指示劑物質保存部件和測定部件包含在一個元件中。指示劑物質保存部件具有含有與靶物質特異性反應的物質的第一物質組,其中第一物質組以能被所施加的液體樣品洗脫的狀態存在。在第一物質組被施加到樣品施加部件的液體樣品洗脫後,第一物質組以在流動過程中具有前端和尾端的物質(mass)流動。
文檔編號G01N33/53GK1384358SQ02118669
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月27日 優先權日2001年4月27日
發明者北脅文久, 重藤修行, 河村達朗, 灘岡正剛, 田中宏橋, 高橋三枝 申請人:松下電器產業株式會社