一種讀取測試載體上化驗結果的設備的製作方法

2023-05-30 08:24:06

專利名稱：一種讀取測試載體上化驗結果的設備的製作方法
技術領域：
本發明公開的主題涉及讀取被化驗對象測量值的設備。特別地，其涉及電子讀數器，與使用光學測量方法的化驗試片一起使用。
背景技術：
目前市場上可以買到多種適於家庭使用對化驗物進行測試的分析設備。Unipath 就在CLEARBLUE 商標名下出售一種適合測量懷孕荷爾蒙人體絨膜(hCG)的橫流免疫測定設備，該設備在EP^ 1194中公開。具體地，EP291194公開了一種免疫測定設備，包括一個多孔滲水的測試載體，該載體包含用於一種化驗物的微粒標記的特定結合試劑，在潮溼狀態下，該試劑可以自由移動；和一種用於同一化驗物的不帶標記的特定結合試劑，該試劑固定在所述不帶標記的特定粘合試劑下遊的檢測區或測試區中。懷疑含有所述化驗物的液態樣本施加到所述多孔滲水的載體，在其上該化驗物與所述微粒標記的特定結合試劑作用，形成一種化驗物-結合的複合體。所述微粒標記是有色的，通常是金色或染色聚合體，例如，乳膠或聚亞安脂。所述複合體隨後移入檢測區，在檢測區與所述固定的不帶標記的特定結合試劑構成另一中複合體，使得所述化驗物的存在範圍被檢測或觀察到。已經提出各種定時所述結果的方法用於商業設備，包括指示用戶在讀取化驗結果前等待一段時間。其它方法包括一個信號，在特定時間段之後產生，這在我們的共同未決的申請PCT/EP03/00274中公開，所述信號通知用戶現在可以讀取結果。將電子讀出器與測試載體，例如分析測試條，結合起來用以檢測流體樣品中分析物的濃度和/或量是公知技術。EP653625就公開了這樣一種裝置，它利用光學方法獲得結果。將EP^1194中公開的那種分析測試條插入讀出器，使測試條定位在讀出器內的光學元件上。從光源如發光二極體發出的光照射測試條，並用光檢測器檢測反射光或透射光。典型地是，該讀出器至少含有一個發光二極體，並且每一個發光二極體都設有相應的光檢測器。US5580794公開了一種完全一次性的一體化分析讀出器和橫流式分析測試條，憑藉讀出器中的光學元件，通過測定反射光來獲得檢測結果。以上公開的裝置，當需要非常靈敏地隨著測試試紙條上檢測區域上的信號變化而讀取最終的測試結果仍然存在很多問題。當多個發光元件照射在狹小的試劑條上的對應區域內，希望從區域內反射或透射的光儘可能的只照射到特定的一個或多個光檢測器上而不需要照射到其它的光檢測器上，從而保證檢測的精確性。另外，在實際使用中，希望照射到光檢測器上的光儘可能多的反應測試區域上的信號變化而避免其他雜光對測試結果的幹擾。US7315378雖然提供了一種方法，在發光元件和光檢測器之間設置擋板，可以避免發光元件發出的光直接照射到光檢測器上而導致最終的讀數結果不準確。但是，仍然需要對這些利用光學系統讀取試劑條上的測試結果的設備進行改進，特別地，當需要在一個測試條上同時進行多個不同測試結果的化驗的時候，需要光電檢測器準確的反映所特定測試區域上的信號變化，而避免受到其它非測試區域反射光線的幹擾；同時獲得對每個測試區域準確的讀數成為必須。為了提供更準確和可靠的設備，最好使用一些附加的技術特徵，其可以最大限度的消除來自試劑條上的雜光而讓直接反映測試載體上相應區上與測試樣本相關的光最大限度的被光檢測器檢測。另外，最好還可以消除設備內其他非試劑條/測試載體部件的雜光對光電檢測器的幹擾。

發明內容
本發明提供一設備，可以避免雜光對光檢測器的幹擾，儘可能多的讓來自試劑條或測試載體上的反射或透射的光照射到光檢測器上；特別地，儘量讓來自測試載體上反映檢測區域和/或控制區域信號變化的有效反射或透射光被光電檢測器檢測，而避免其它雜光的影響。一般的，當使用液體傳輸載體執行化驗的時候，首先需要把液體樣本施加在載體上，然後再用讀取設備讀取載體上的化驗結果。在一個優選的例子中，利用光學系統進行化驗結果的讀取。一方面，本發明提供一種讀取測試載體上測試結果的設備，包括發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；阻擋元件，阻擋來自測試載體或非載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。在一個優選的方式中，阻擋元件為擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。在另一個優選的方式中，阻擋元件為斜面，該斜面阻擋來自非測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。在一個方式中，設備包括光電檢測器，其接收來自測試載體的區上相應的反射或透射光。在另一個優選的方式中，擋光元件位於測試載體接收發光元件發出的光並形成鏡面反射的區域內。這樣可以部分或全部阻擋來自測試載體上的鏡面反射光被光電檢測器檢測而避免出現不準確的讀取測試載體上的化驗結果。在一些優選的實施方式中，該設備還可以包括一窗口，發光元件的光穿過窗口照
射到測試載體上相應的區上；其中發光元件、擋光元件以及窗口的位置滿足以下函數關係 V7
S3 _ (2X幻-S2)，其中，Sl表示發光元件與窗口的垂直距離；S2表示擋光元件的垂直
O丄
高度；S3表示擋光元件與發光元件的垂直距離；S7表示窗口的長度。這樣可以有效的消除
來自試劑條上的鏡面反射光照射到光電檢測器上，從而減少鏡面反射的光對最終測試結果
的幹擾。在優選的方式中，發光元件、擋光元件以及窗口的位置滿足以下函數關係 C7S3=ix(2xm)。
Sl另一方面，本發明提供一種讀取測試載體上測試結果的設備，包括測試載體，測
試載體包括一個或多個區；發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；
擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面反射照射到光電檢測器上。在一些實施方式中，發光
C7
元件、擋光元件以及測試載體上區之間的位置滿足以下函數關係eQ-TxPxM-D)，
ου = ol
其中，Sl表示發光元件與測試載體上的區之間的垂直距離；S2表示擋光元件的垂直高度； S3表示擋光元件與發光元件的垂直距離；S7表示發光元件照射到測試載體上形成能光區的長度。優選的，所述的發光元件、擋光元件以及測試載體上區之間的位置滿足以下函數關
C7
系:S3= —χ(2χ51-52) ο S\另一方面，本發明還公開一種讀取測試載體上測試結果的設備，包括發光元件， 發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；斜面，阻擋來自非測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。在一個方式中，設備包括光電檢測器，其接收來自測試載體的區上相應的反射或透射的光。在一個優選的方式中，該設備還包括一個擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面
反射的光照射到光電檢測器上，斜面位於測試載體的下方，並位於擋光元件的左上方。優選
的方式中，斜面與發光元件發出的光被擋光元件阻擋後的光的夾角大於或等於90度。
+ - ν7 ο在優選的方式中，arctan—+ arctan——-——< 90
si其中，S3表示擋光元件12與發光元件5之間的垂直距離；Sl表示發光元件與窗口或測試載體之間的垂直距離；S7表示窗口的長度或照射到載體上光區的長度；S2表示擋光元件12的垂直高度；S4表示斜面的延長線條與發光元件、光電檢測器所在的平面的交點E 與擋光元件12之間的垂直距離。


圖1為本發明一個實施方式的讀取結構剖面正面視圖；圖2為一個實施方式中讀取設備中測試載體或窗口、發光元件和擋光元件之間的位置關係剖面結構示意圖；圖3為圖2中測試載體或窗口、發光元件和擋光元件之間的立體結構示意圖；圖4為阻擋來自非載體表面的鏡面反射光的斜面與發光元件、窗口或測試載體、 擋光元件、光電檢測器的位置關係。圖5表示斜面與發光元件發出的光被擋光元件阻擋後剩餘的光的不同夾角構成對光電檢測器不同的影響的示意圖；圖6表示當測試區域為硝酸纖維素膜的時候表面在電子顯微鏡下的結構圖。附圖標記說明發光元件5，光電檢測器7，擋光元件12，測試載體3，液面2，測試區域4，窗口 10， 斜面20，硝酸纖維素膜的微孔40。
具體實施例方式經過我們研究發現，如圖1所示，當沒有在測試載體上施加流體樣本的時候，測試載體的表面具有多孔結構，在微觀上並非水平面，例如圖6為硝酸纖維素膜在放大1500倍的電鏡下的結構，膜上分布大小不同的微孔40。當發光元件5發光並照射到載體上的時候， 一旦有液體在載體上流動，在載體表面自然形成一層很薄的液面2，該液面可以覆蓋整個載體或部分載體表面，這個時候發發光元件發出的一部分光在該液面2上就形成鏡面反射， 另一部分的光透過液面照射到測試載體3的特定區上(例如測試區4，參比區或控制區中的一個或多個)，被這些特定區(例如測試區)吸收並形成漫反射。另外，當沒有液體流過載體的時候，也有部分光在載體表面形成鏡面反射，雖然相對較少但是仍然存在。除了在測試載體上可能形成鏡面反射外，在設備的其他部件中，凡是可能被源自發光元件的光直接或間接(發出的光經過多次反射)照射的地方都有可能形成鏡面反射。
其實，檢測測試載體上漫反射的變化才能更準確地反映測試載體或載體上的測試結果的變化(例如測試區域和/或控制區域上的顏色變化，標記顆粒的積累，顏色物質的積累等)，而鏡面反射幾乎不能反應測試液體樣本被分析物質(例如HCG，LH)中濃度的變化， 這些與測試載體上實際特定區域上信號變化不相關的鏡面反射都有可能被光電檢測器檢測而構成對最終讀數結果的幹擾。 所以，在設計這類讀取設備的時候，讓光電檢測器儘可能多的接收來自測試載體上的漫反射的光，而儘量不接收鏡面反射的光。測試載體上的區可以為測試區上、參考區或控制區中一個或多個區。另外，由於液體在載體上運動有一個先後順序，一般從測試區移動到控制區域，或者從測試區移動到參比區，再從參比區移動到控制區域。因此載體上液面的形成也存在時間的先後，即使樣本中不存在被分析物質，只有液體流動，這樣在同一時間內由於各個區鏡面反射出現的時間不同的影響，光學系統讀取的各個區的數值也會不同，如果一開始就消除來自測試載體上鏡面反射的光對光測試器的影響，這樣可以讓各個區獲得測試結果更加歸一化。現結合附圖具體說明在讀取測試載體上的化驗結果的時候，如何避免光電檢測器接收雜光的照射，例如鏡面反射的照射。例如，在圖1中，當發光元件5發出光照射到測試載體3上，一部分光在測試載體3上形成鏡面反射，其中b為發光元件的鏡像，因此測試載體上形成鏡面反射的區域就是β和3角度所表示的區域。如果從立體的角度來看，從鏡像 b點發出的光在發光元件和光電檢測器所在的平面形成一個圓形ζ區，ζ區為鏡面反射的區域。當然，如果測試載體本身的形狀不同，則形成Z區的形狀也不相同，隨著光照射到測試載體上的區域的形狀改變而Z區的形狀也隨著變化。另外，在設備上還可以包括窗口 10，測試載體的區緊靠窗口，則窗口起到限制發光元件發出的光照射到測試載體上的區域的大小和形狀，例如窗口為圓形或長方形，則光照射到測試載體的區域就為圓形或長方形。如果把光電檢測器7安排在鏡面反射所能照射的區域內(例如Ζ、β或3區域)，則鏡面反射的光就被檢測到，就構成了對讀數結果的幹擾。 為了避免鏡面反射的光照射到光電檢測器，在鏡面反射的區域上，例如Ζ、β或3區域，設置一些擋光元件，用以阻擋鏡面反射的光照射光電檢測器上。優選的，擋光元件位於發光元件和光電檢測器之間。更優選的，例如，擋光元件1以一定的高度可以位於發光元件5和光電檢測器7之間，並以一定距離位於發光元件。當然也可以是，擋光元件12以一定的高度位於發光元件5和光電檢測器之間，並以D距離位於發光元件，這樣可以完全阻擋測試載體上產生的鏡面反射光照射到光電檢測器上。在實際產品設計中，為了讓讀數設備更加緊驟，體積更小，儘可能的讓發光元件和光電檢測器之間的距離縮短，這樣可以增加光電檢測器檢測光的強度，但是這樣會讓光電檢測器常常位於測試載體所形成的鏡面反射區域內。所以需要擋光元件阻擋測試載體的鏡面反射成為必須或優選的方案之一。不同的分析系統中，發光元件和測試載體或窗口之間的位置關係處於變化中，這種變化引起鏡面反射所形成的區域也不相同。所以當用擋光元件消除測試載體上的鏡面反射的時候，根據位置變化可以合適選擇擋光元件的位置和/或高度等參數來避免測試載體上的鏡面反射。例如發光元件與窗口或測試載體之間的距離、窗口的實際大小就可以確定擋光元件實際的位置。例如在圖2-3中，發光元件距離測試窗口 10的垂直距離為Si，而窗口的長度為 S7,測試載體緊靠窗口讓載體上的區被發光元件照射，在這裡測試載體和窗口的距離可以忽略不記，同時窗口的厚度也可以忽略不記。窗口的大小可以限制發光元件照射到測試載體上的面積。當然，也可以認為發光元件距離測試元件3的垂直距離為Si，而光可以照射到測試載體上的光區的長度為S7。A點表示發光元件對於窗口或測試載體的鏡像。假設A點，發光元件所在的位置和擋光元件所在的位置在同一個平面上，發光元件發出的光照射到測試載體或窗口上的光就形成θ角度內的鏡面反射區域，為了完全阻擋測試載體上形成的鏡面反射照射到光電檢測器上，在他們之間設置擋光元件12來阻擋鏡面反射。在這樣的情況下，擋光元件12的與發光元件5的垂直距離S3 (X)與發光元件與
窗口或測試載體之間的距離Si，窗口的長度S7之間存在函數關係。具體計算如下 sjXm θ =一；tan6>--^―
jL X iS"! S
SJx = tan0x(2xsl-s2)-^>x = — χ (2χ si-^2)；為了完全阻擋來自測試載體上的鏡面反射，需要滿足S3 > χ;所以得出 c7
—x(2x5l-^2)。參考以上公式，在實際設計產品的時候，當其中一些參數被確定的時
候，就可以計算出其它剩餘部件的位置關係的變化範圍，從而縮短產品的開發周期。更優選的，為了讓測試載體上的漫反射可以被光電測試器檢測到，擋光元件的垂直高度S2小於發光元件距離測試載體或窗口的距離Si，即s2 < si。在這裡只是對於一個例子來計算這些部件之間的位置關係，當在立體位置中，發光元件，擋光元件和光電檢測器的位置有時候並不在同一個平面上，在這個時候可以通過投影把他們處理在同一個平面內，然後參照上述的方法計算他們的位置函數關係。在這裡， 這些參數(S3、S1、S》是指他們的投影在同一個平面上之間的垂直距離。一般的，可以把擋光元件或/和光電檢測器投影在發光元件與其鏡像之間的線條和任何一條鏡面反射的光所在的平面上，然後計算他們只的函數關係。在另一方面，擋光元件可以實現阻擋來自測試載體上的鏡面反射光照射到光電檢測器上，但是發光元件發出的光除了照射到測試載體上外，還有一部分光照射到設備的其他部件上，這樣其它部件的光經過鏡面反射或多次反射的光也可能被光電檢測器檢測，而這些不是來自測試載體上的光仍然構成光電檢測器的雜光，實際影響最後的讀數結果。其中，設計斜面結構20(或者另外的阻擋結構)來避免或消除發光元件發出的光照射到設備的非測試載體上的其他部件上而形成一些反射光被光照射到電檢測器上。通過讓擋牆結構與發光元件發出的光呈一定的角度可以避免反射或多次反射的光照射到光電檢測器上，減少雜光的幹擾，讓最終讀取測試載體上的化驗結果更準確。所以，在一個具體的方式中，本發明提供一種讀取測試載體上測試結果的設備，包括發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；斜面，阻擋來自非測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。在一個方式中，設備包括光電檢測器，其接收來自測試載體的區上相應的反射或透射的光。該斜面結構可以把發光元件發出的那些沒有直接照射到測試載體上的光阻擋在發光元件所在的區域而不進入光電檢測器所在的區域並可能被光電檢測器檢測到。這種檢測可以是直接接收來自發光元件的光，也可以是發光元件發出的光照射斜面而形成的光直接照射到光電檢測器上，或者發光元件發出的光照射斜面而形成的光經過其它部件多次反射然後照射到光電檢測器上。斜面可以位於窗口下方，並位於擋光元件的左上方。 與本發明前述部分公開的阻擋測試載體上的鏡面反射的光進入光電檢測器的擋光元件結合使用，可以避免所有的鏡面反射進入光電檢測器中，從而，在利用光電系統讀取測試元件上的化驗結果的時候，可以避免雜光的幹擾。從另外的意思上，就是只讓真正反映測試載體上測試信號變化的部分漫反射光被光檢測器檢測而避免幹雜光的幹擾。這裡的擋光元件和斜面結果可以合稱為阻擋元件。如圖4-5，當採用在光電檢測器和發光元件之間設置擋光元件12的時候，發光元件5發出的部分光可能照射到非測試載體區域上，例如斜面20上，為了避免雜光進入光電檢測器中，需要設置斜面20的角度，讓斜面20與發光元件發出的光被擋光元件阻擋後剩餘的光之間的夾角大於或等於90°，(圖幻，這樣就不會有雜光進入光電檢測器7所在的區域。例如在圖5中，斜面20與發光元件5發出光的夾角為Cl (斜面與窗口所在平面為 180° )，C2(斜面20與窗口所在平面為鈍角)的時候，Cl和C2為銳角，這些光可能進入光電檢測器7所在區域而形成多次反射後被光電檢測器檢測到。這些光對光電檢測器的幹擾最終構成測試載體上讀取的測試結果的幹擾。當斜面20與發光元件發出的光的夾角為C3 的時候，他們的夾角C3大於或等於90°，這個時候幾乎所有的來自斜面20的光都不再進入光電檢測器所在的區域。這個時候，側面20位於窗口的下方，擋光元件的左上方。如圖4，為了使斜面20與發光元件5發出的光的夾角(Θ彡=90° )大於或等於 90°，需要考慮如下參數的位置關係，因為θ 1+θ 2+θ =180°，所以，Θ1+Θ2彡90°，
權利要求
1.一種讀取測試載體上化驗測試結果的設備，包括發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述的設備還包括窗口，發光元件發出的光通過窗口照射到測試載體上。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，所述的發光元件、擋光元件以及窗口的位置滿足以下函數關係S3彡2 X S7-S7 X S2 + S1，其中，Sl表示發光元件與窗口之間的垂直距離；S2 表示擋光元件的垂直高度；S3表示擋光元件與發光元件之間的垂直距離；S7表示窗口的長度。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，所述的發光元件、擋光元件以及窗口的位置滿足以下函數關係S3 = 2XS7-S7XS2 + S1。
5.一種讀取測試載體上測試結果的設備，包括測試載體，測試載體包括一個或多個區；發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；光電檢測器，接收來自測試載體上一個或多個區上的光擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面反射的光照射到光電檢測器上。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，所述的發光元件、擋光元件以及測試載體上區之間的位置滿足以下函數關係S3彡2XS7-S7XS2 + S1，其中，Sl表示發光元件與測試載體上區之間的垂直距離；S2表示擋光元件的垂直高度；S3表示擋光元件與發光元件的垂直距離；S7表示發光元件發出的光照射到測試載體上形成光區的長度。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，所述的發光元件、擋光元件以及測試載體上區之間的位置滿足以下函數關係S3 = 2XS7-S7XS2 + S1。
8.根據權利要求1或5所述的設備，其中，擋光元件位於測試載體上的區所產生的鏡面反射光的區域內。
9.根據權利要求1或5所述的設備，其中，擋光元件的垂直高度小於發光元件距離所述測試載體或窗口的垂直距離。
10.根據權利要求1-9之一所述的設備，其中，擋光元件阻擋來自測試載體上的液面所形成的鏡面反射光照射到光電檢測器上。
11.根據權利要求1-9之一所述的設備，其中，所述的載體為多孔載體。
全文摘要
本發明提供一種讀取測試載體上化驗測試結果的設備，包括發光元件，發出光並照射到測試載體上相應的一個或多個區上；擋光元件，阻擋來自測試載體上的鏡面反射照射到光電檢測器上；和窗口，發光元件的光穿過窗口並照射到測試載體相應的區上。在一個優選的方式中，發光元件、擋光元件以及窗口的位置滿足以下函數關係S3≥2S7-S7×S2÷S1，其中，S1表示發光元件與窗口之間的垂直距離；S2表示擋光元件的垂直高度；S3表示擋光元件與發光元件之間的垂直距離；S7表示窗口的長度。
文檔編號G01N21/77GK102401796SQ20101028022
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者劉威, 吳銀飛, 詹應安, 高飛 申請人:艾博生物醫藥(杭州)有限公司