藉助側流測定物電化學分析液態試樣的裝置和方法

2023-07-05 06:21:56

藉助側流測定物電化學分析液態試樣的裝置和方法
【專利摘要】本發明涉及一種藉助側流測定物(Lateral?Flow?Assays)電檢驗液態試樣(5)的裝置(1)和方法。側流測定物包括一個薄膜(4)，它設置在第一託座(2)前側面上。第一託座(2)設計為電絕緣。在託座(2)與薄膜(4)之間的第一託座(2)前側面上，導電的電極(3)設置為與薄膜(4)直接接觸。
【專利說明】藉助側流測定物電化學分析液態試樣的裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種藉助側流測定物(Lateral Flow Assays)電檢驗液態試樣的裝置和方法，其中，Lateral Flow Assays包括一個薄膜,它設置在第一託座前側。第一託座設計為電絕緣，以及在第一託座上設置導電的電極。

【背景技術】
[0002]在試管內診斷(IVD)中廣泛流行側流測定物。它們操作簡單並且非常便宜。側流測定物的缺點是靈敏度低，多路性差和對結論不良的定量能力。
[0003]採用光學、磁學和電學方法可以達到良好的定量能力，然而迄今這只是在很低的多路性的情況下，多路性是指同時或模擬測量多個在空間分離的測量點。
[0004]由US6896778已知一種裝置，在此裝置中為了達到良好的多路性，將金電極在電絕緣託座一些孔的上方排布成陣列，以及這些孔充填了在空間彼此隔離的、用聚合物/微纖維基質材料制的薄膜。這種薄膜是離子選擇性的，以及例如不適用於免疫測定中的免疫傳感器。
[0005]在免疫測定中使用捕集抗體時，它們必須直接在金電極或傳感器上固定不動。在一種與在US6896778中介紹的由絕緣層和金電極組成的託座層合裝置，其中金電極在絕緣層內的孔上方排布成陣列形式，類似的裝置中，通過周圍的絕緣層在金電極上方分別造成小的空穴。在將液體直接或通過作為薄膜的側流紙施加在裝置上時，在空穴的區域內形成氣泡，在測量時這些氣泡導致各個具有空氣夾雜的電極失效。


【發明內容】

[0006]因此本發明要解決的技術問題是，提供一種電檢驗液態試樣的裝置和方法，它們在具有很高的靈敏度和定量能力的同時，能夠實現良好的多路性。在這裡，良好的多路性理解為多路性例如在3至10路(傳感器)的範圍內。本發明的目的尤其是提供一種能可靠測量的裝置和方法，尤其在電極上面沒有幹擾性空氣夾雜。
[0007]上述有關藉助側流測定電檢驗液態試樣的裝置的技術問題通過權利要求1的特徵部分得以解決，以及有關藉助上述裝置電檢驗液態試樣的方法方面的技術問題，通過權利要求11的特徵部分得以解決。
[0008]由各自相關的從屬權利要求得出本發明的藉助側流測定電檢驗液態試樣的裝置以及藉助上述裝置電檢驗液態試樣的方法的有利的擴展設計。在這裡，獨立權利要求的特徵可以與從屬權利要求的特徵組合，以及從屬權利要求的特徵可以互相組合。
[0009]按本發明的藉助側流測定物電檢驗液態試樣的裝置包括一個薄膜，該薄膜設置在第一託座前側面上。第一託座設計為電絕緣以及在第一託座上設計導電的電極。在託座與薄膜之間的第一託座前側面上，電極設置為與薄膜直接接觸。
[0010]通過將電極設置在第一託座前側面上，亦即在那裡也設置薄膜的那一側，電極可以設計為與薄膜直接接觸。由此防止形成例如在上述現有技術中存在的空腔或空穴。薄膜平放在電極上時接觸面最大，以及在薄膜上施加用於分析的液態試樣時使電極與液態試樣直接接觸。通過電極與薄膜直接接觸，並因而也通過電極與液態試樣直接接觸，防止形成會妨礙或完全阻礙測量的氣泡或空氣夾雜。由此能可靠測量試樣，而且這是在試樣的多路測量(用多個傳感器同時測量)和有很高靈敏度和定量能力的情況下達到的。
[0011]薄膜設計為一個閉合層，電極，尤其全部電極通過它互相連接。由此可以實現側向的液體輸送(Lateral Flow)可以完全經過薄膜,尤其經過全部電極。
[0012]薄膜可以包括或是一種尤其用硝化纖維製成的側流紙。側流紙具有高的孔隙率和能良好地吸收液態試樣，並將其順利地輸送給電極，在那裡導致用要檢驗的試祥液體良好潤溼電極。由此通過在電極之間充分吸收液態試樣的薄膜可以實現良好的電接觸。硝化纖維比較便宜和用作具有前面已說明的性質的薄膜。
[0013]電極可以是尤其用金製成的金屬電極。用金屬製成的電極通常比較穩定，而尤其金電極可以良好使用於電化學，因為它們可導致時間上穩定的測量信號以及基本上化學惰性。
[0014]電極可以在託座的前側面、尤其在一個其中沒有設置薄膜的邊緣區內導電觸點接通。當後側面例如通過封裝達到不良電接觸時，這帶來突出的優點。
[0015]但託座也可以分別在各電極的區域內具有從前側面到後側面貫穿其厚度的孔，電極通過所述孔從託座前側面到後側面導電地觸點接通。由此可以防止例如在託座前側面與試樣液接觸時在電極觸頭之間電短路。
[0016]託座可以包括多個絕緣層，尤其聚合物層和/或通過層合互相連接的層。用聚合物製成的層合式託座例如是印刷電路板，它們能經濟地生產。
[0017]薄膜可以夾層式地設置在和第一託座的導電的電極(工作電極)直接接觸的第一託座前側面，與和第二託座後側面上的至少一個電極(對應電極)，尤其正好一個電極直接接觸的第二託座的後側面之間。這種配置可以實現一種緊湊的結構，以及短的路程經過電極之間的薄膜，從而在工作電極與對應電極之間形成電壓。
[0018]在第一託座前側面上的每個電極，尤其通過用於測量電流和/或電壓和/或電容的電測量儀器或測量裝置，分別與在第二託座後側面上的至少一個電極導電接通。在第一託座前側面上的這些電極可以前後排列成行或排列成陣列的形式。由此可以進行電化學測量，以及能類似於色譜法中的光學測量，實施在薄膜內液態試樣空間分辨的電化學測量。
[0019]按本發明用於電檢驗液態試樣的方法藉助上述裝置實現。將液態試樣施加在薄膜上以及尤其藉助毛細力使液態試樣經過薄膜向電極運動。薄膜將電極相互連接，尤其在薄膜被電化學地充填液體的情況下。尤其正好一個薄膜將尤其全部電極互相連接。由此保證在這些電極之間的導電液體通過薄膜能良好地導電。
[0020]所述裝置按側流法(Lateral Flow Verfahren)促使在空間和/或時間上類似於色譜法離析所述液態試樣內的物質，或用不同的捕集分子固定在不同地點。所述在空間和/或時間上的離析可以通過電極以電流變化和/或電壓變化和/或電荷變化的形式來電化學測量。
[0021]在上述結構中薄膜可以與電極直接接觸。每個電極與薄膜的接觸面總是可以用液態試樣完全潤溼，尤其在電極上面沒有空氣夾雜。由此保證通過電極良好地電化學測量，因為例如直接在電極上的氣泡會阻止或至少妨礙電化學測量。
[0022]液態試樣可以是一種生化試樣，尤其是一種體液。可以檢查例如尿、血或它們的分解物(Aufschliisse)。
[0023]與採用這種藉助上述裝置電檢驗液態試樣的方法相關聯的優點，類似於前面針對藉助側流測定物電檢驗液態試樣的裝置已說明的優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面藉助附圖詳細說明本發明優選的實施形式和按從屬權利要求特徵所述的有利的擴展設計，然而並不限於此。附圖中:
[0025]圖1示意表示通過用於電檢驗液態試樣5的按現有技術的裝置I剖開示出的剖視圖，包括層合式電極3和設置在它上面的離子選擇性薄膜4 ；
[0026]圖2示意表示通過用於電檢驗液態試樣5的按本發明的裝置I剖開示出的剖視圖，包括用於Lateral Flow Assays的層合式電極3,其中電極3在託座2與薄膜4之間設置在託座2前側；
[0027]圖3示意表示通過類似於圖2所示裝置I剖開示出的剖視圖，包括多個前後排列成行的電極3，以及在裝置I後側沒有電觸頭6 ；
[0028]圖4示意表示圖3所示裝置I的俯視圖,包括一條側流紙4,它在電極3上鋪放為，保持空留出側面區用於電觸頭6 ;以及
[0029]圖5示意表示通過類似於圖3所示裝置I的剖視圖，包括通過對應電極9設置在薄膜4上的第二電極託座8以及測量裝置10，它們分別與第一託座2的工作電極3和第二託座8的對應電極9連接。

【具體實施方式】
[0030]在圖1中表示的用於電檢驗液態試樣5按現有技術的裝置I具有電極陣列的層合電極3。用剖視圖示意表示裝置I。電極3設置在第一託座2下方，託座2類似於印刷電路板例如由層合的聚合物層構成，在這裡，電極3例如作為金層層合在託座2上。但電極也可以例如膠粘或電鍍。
[0031]在電極3上方的託座2內加工一個貫穿託座2的孔。它可以例如以鑽孔或銑孔的形式製成例如圓形。在與電極3接觸時，在孔內設置一個薄膜4作為離子選擇性層，它在孔內完全覆蓋電極3的自由表面。
[0032]電極3從後側，亦即從電極3與薄膜4相對置的和未被薄膜4覆蓋的那一側，通過電觸頭6電觸點接通。在薄膜4上和託座2的在其上沒有設置電極3並與在託座2上有電極那一側相對置的那一側上，導引液態試樣5，它通過薄膜4與電極3電化學接觸。這意味著，離子可以從液態試樣5通過薄膜4向電極3運動。
[0033]為了簡化起見，沒有示出的對應電極與液態試樣5電接觸。在對應電極與起工作電極作用的電極3之間，通過沒有表示的測量裝置10可以測量在電極3上的電流變化和/或電壓變化和/或電荷變化。測量根據液態試樣5進行，以及用於分析試樣5。測量可以與試樣流量和/或時間有關地進行，並得出有關試樣5成分或化學/生化組成部分的說明。例如血、尿或其他體液可以用作試樣5。但也可以檢驗其他液體，直至氣體。
[0034]圖1中表示的裝置I可以使用在傳感器陣列中或傳感器的其他布局中，例如排列成行的傳感器。電極3意味著是傳感器。對於可靠測量重要的是，沒有液體5到達第一託座2有電極3的那一側，電觸頭6處於這一側。
[0035]上述結構的缺點是離子選擇性薄膜4。這種薄膜4不適用於例如免疫傳感器。複雜的結構導致高昂的生產成本以及難以操作。
[0036]圖2示意表示通過用於電檢驗液態試樣5的按本發明的裝置I剖開示出的剖視圖。類似於上面針對現有技術說明的裝置I，電極3設置在層合式第一託座2上。薄膜4設置在電極3前側面上，它按照本發明與電極3和託座2相接觸的那一側相對。薄膜4例如是側流紙，它平鋪在電極上。
[0037]在圖2所示的實施例中，電極3通過在電極3後側面上的電觸頭6電觸點接通。在電極3所在區域的後側在層合式託座2內有一個孔，電觸頭6穿過該孔一直伸到電極3。如在後面的說明中那樣，電極3也可以從前側觸點接通。
[0038]圖3和圖4表示按本發明的裝置I的實施例，其中電極3的電觸頭6可以設置在前側面的側面。在圖3中示意表示通過類似於圖2所示裝置I剖開示出的剖視圖，但有多個在圖2中表示的電極3，它們前後排列成行。電極3也可以例如矩陣式排列在第一託座2上成為陣列。
[0039]圖4表示圖3所示裝置I的俯視圖，包括排成一行7的電極3。例如由側流紙構成的薄膜4成條狀地以這樣的方式設置在電極3上，亦即保持空留出電極3的側面區，用於電觸頭。在所述的側面區內，可以在每個電極3上分別安置一個電觸頭6，為了簡化起見，它們在圖中沒有表示。
[0040]圖5用不意剖視圖表不用於電測量的結構,包括在圖3和圖4中表不的按本發明的裝置I。在薄膜4上通過電極9設置第二託座8，其中，薄膜4直接接觸地平鋪在電極9上。電極9用作對應電極。在薄膜4下方排列一行電極3，它們用作工作電極以及設置為與薄膜4直接接觸。如已經在圖2至圖4中表示的那樣，電極3設置在託座2上。因此薄膜4夾層狀處於在第一託座2上的電極3與電極9之間，電極9平放在第二託座8上。
[0041]如圖5示意表示的那樣，為了測量，電極9分別通過電測量儀或測量裝置10與每個電極3連接。在這裡，電極3、9與在圖2中表示的一樣，可以從有託座2、8的那一側，通過託座2、8內的孔電觸點接通，或如針對圖4說明的那樣，從電極3、9與薄膜4直接接觸的那一側電觸點接通，不過是在電極3、7的一個其中沒有設置薄膜4的區域內。
[0042]若薄膜4，例如用硝化纖維製成條狀或其他形狀的側流紙，被施加例如血或尿，則例如由於薄膜4的多孔結構使試樣5運動到薄膜4內和運動通過薄膜4。因此薄膜4被試樣5「充填」。由於試樣5能導電，所以與薄膜4直接接觸的電極3、9互相電或電化學接通，並分別通過在各個作為工作電極的電極3與作為對應電極的電極9之間的測量裝置10形成一個閉合的電路。通過電化學測量，在電極3排列成電極陣列或成行排列時，可以在空間和時間上分辨地檢測液態試樣的成分。由此可以在各個電極3上位置相關地，亦即在電極3所在的地點，通過電流、電壓和/或電容測量，電化學測量得出有關處於此地點的試樣5的說明。
[0043]類似色譜檢驗，可以分析試樣成分，或捕集分子可以固定在各自電極3上不動，例如不同的捕集分子在不同的電極3上，以及可以證實在試樣5內的各種物質。捕集分子也可以在電極3上方薄膜4內的區域中空間分布地固定不動。由此按本發明的裝置I可使用於免疫測定。
[0044]電極3、9如附圖中表示的那樣，尤其參見圖5，可以使用在包括工作電極3和對應電極9的測量結構中。還可以附加使用至少一個基準電極RE，為了簡化在圖中沒有表示。作為電極可以使用尤其用金或鉬製成的金屬層，或例如作為基準電極可使用銀/銀-氯化物層或銀/銀-氯化物電極。也可以是在電化學中常用的其他測量結構。
[0045]上述實施例可以組合使用。這些實施例也可以與由現有技術已知的實施例組合。因此作為薄膜4除了例如用硝化纖維製成的側流紙外，也可以使用由聚偏氟乙烯、經靜電處理的聚醯胺或聚醚碸製成的薄膜4。電極3、9可以平放在託座2、8上，或有某種空間結構、前後排列成行、按由η行和m列組成的nXm矩陣的陣列形式，或也採用不同的剖面高度。
【權利要求】
1.一種藉助側流測定物電檢驗液態試樣(5)的裝置(1)，其中，側流測定物包括薄膜(4)，該薄膜設置在第一託座(2)前側面上，以及其中，第一託座(2)設計為電絕緣以及在第一託座(2)上設置導電的電極(3)，其特徵為:在託座(2)與薄膜(4)之間的第一託座(2)的前側面上，電極(3)設置為與所述薄膜(4)直接接觸。
2.按照權利要求1所述的裝置(I)，其特徵為，所述薄膜(4)設計為一個閉合層，所述電極(3、7)，尤其全部電極(3、7)通過它互相連接。
3.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，所述薄膜(4)包括尤其用硝化纖維製成的側流紙。
4.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，所述電極(3、7)是尤其用金製成的金屬電極。
5.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，所述電極(3、7)在所述託座(2,8)的前側面上，尤其在其中沒有設置薄膜(4)的邊緣區內電觸點接通。
6.按照權利要求1至4之一所述的裝置(1)，其特徵為，所述託座(2、8)分別在各電極(3,7)的區域內具有從前側面到後側面貫穿其厚度的孔，電極(3、7)通過所述孔從託座(2、8)前側面到後側面導電地觸點接通。
7.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，所述託座(2、8)包括多個絕緣層，尤其聚合物層和/或通過層合互相連接的層。
8.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，所述薄膜(4)夾層式地設置在和第一託座(3)的導電的電極(3)直接接觸的第一託座(2)前側面,與和第二託座(8)後側面上的至少一個電極(7)，尤其正好一個電極(7)直接接觸的第二託座(8)後側面之間。
9.按照權利要求8所述的裝置(1)，其特徵為，在第一託座(2)前側面上的每個電極(3)，尤其通過用於測量電流和/或電壓和/或電容的電測量裝置(10)，分別與在第二託座(8)後側面上的至少一個電極(7)導電接通。
10.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)，其特徵為，在第一託座(2)的前側面上的電極(3)前後排列成一行(7)或排列成陣列的形式。
11.一種利用按照前列諸權利要求之一所述的裝置(I)電檢驗液態試樣(5)的方法，其特徵為:將所述液態試樣(5)施加在薄膜上以及尤其藉助毛細力使所述液態試樣經過薄膜向電極(3、7)運動，其特徵在於，所述薄膜(4)，尤其正好一個薄膜(4)，將所述電極(3、7)，尤其全部電極(3、7)，相互連接。
12.按照權利要求11所述的方法，其特徵為，所述裝置(I)按照側流法促使在空間和/或時間上離析所述液態試樣(5)內的物質，所述在空間和/或時間上的離析通過電極(3、7)以所述液態試樣的電流變化和/或電壓變化和/或電荷變化的形式來測量。
13.按照權利要求11或12之一所述的方法，其特徵為，將所述薄膜(4)與所述電極(3、7)直接接觸，以及使每個電極(3、7)與薄膜(4)的接觸面總是用液態試樣(5)完全潤溼，尤其沒有空氣夾雜。
14.按照權利要求11至13之一所述的方法，其特徵為，所述液態試樣(5)是一種生化試樣(5)，尤其是一種體液。
【文檔編號】G01N27/327GK104136921SQ201380009375
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月21日 優先權日:2012年2月8日
【發明者】W.岡布雷赫特, P.波利卡 申請人:西門子公司