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Umfeld der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Assaylesevorrichtungen zum Messen
von Analyten. Insbesondere betrifft sie elektronische Lesegeräte zur Verwendung
mit Assayteststreifen, die optische Verfahren zum Messen verwenden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Analytische
Vorrichtungen, die für
das Testen von Analyten zuhause geeignet sind, sind jetzt kommerziell
in weitem Umfang erhältlich.
Eine Lateralfluss-Immunoassayvorrichtung, die für diesen Zweck für das Messen
des Schwangerschaftshormons menschliches Choriongonadotropin (hCG)
geeignet ist, wird von Unipath unter dem Markennamen CLEARBLUE
® verkauft
und ist in der
EP 291 194 offenbart.
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Insbesondere
offenbart die
EP 291 194 eine Immunoassayvorrichtung,
umfassend einen porösen Träger, der
ein partikulär
markiertes spezifisches Bindungsreagens für einen Analyten enthält, wobei
das Reagens frei beweglich ist, wenn es in dem feuchten Zustand
vorliegt; und ein unmarkiertes spezifisches Bindungsreagens für denselben
Analyten, dieses Reagens ist in einer Detektionszone oder Testzone unterhalb
von dem unmarkierten spezifischen Bindungsreagens immobilisiert.
Eine Flüssigprobe,
von der vermutet wird, dass sie Analyt enthält, wird auf den porösen Träger aufgebracht,
wonach sie mit dem partikulär
markierten Bindungsreagens interagiert, um einen Analyt-Bindungspartnerkomplex
zu bilden. Die partikuläre
Markierung ist farbig und ist typischerweise Gold oder ein farbiges
Polymer, beispielsweise Latex oder Polyurethan. Der Komplex wandert
danach in eine Detektionszone, wo er einen weiteren Komplex mit
dem immobilisierten unmarkierten spezifischen Bindungsreagens bildet,
wodurch das Ausmaß des
anwesenden Analyten detektiert oder beobachtet werden kann. Aufgrund
der Natur der Bindungsreaktionen, die stattfinden, ist es notwendig
abzuwarten, bis eine bestimmte Zeitdauer nachdem der Test begonnen
hat, verstrichen ist, um das Ergebnis zu lesen. Dies ist insbesondere
wichtig für
einen visuellen semiquantitativen Testtyp, in dem sich das Ergebnis über die
Zeit entwickelt, während
der die Flüssigkeitsprobe,
die typischerweise im Überschuss
vorliegt, kontinuierlich über
die Detektionszone fließt, was
zu dem Anstieg von eingefangenem Analytenkomplex führt.
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Solche
Vorrichtungen sind einfach zu verwenden, und das Ergebnis kann visuell
bestimmt werden, ohne die Notwendigkeit eines elektronischen Lesegeräts. Sie
sind außerdem
semiquantitativ, sie führen
entweder zu einem positiven oder einem negativen Ergebnis. Aufgrund
der Natur des Tests ist es notwendig, für eine gewisse Zeitdauer zu warten,
so dass eine ausreichende Menge des markierten Analytkomplexes in
der Detektionszone eingefangen werden kann. Wenn ein Ergebnis zu
früh gelesen
würde,
könnte
es als negativ interpretiert werden, obwohl tatsächlich Analyt in der Probe
anwesend ist. In Anbetracht dessen begleiten den Test häufig Anweisungen,
die verlangen, dass der Anwender für eine vorgeschriebene Zeitdauer
wartet, nachdem die Probe aufgetragen wurde, um das Ergebnis zu
sehen. Andere Verfahren schließen
ein Signal ein, das erzeugt wird, nachdem eine bestimmte Zeitdauer verstrichen
ist, die dem Anwender anzeigt, dass eine ausreichende Zeitdauer
verstrichen ist, um den Test zu lesen, wie in unserer gleichzeitig
anhängigen
Anmeldung Nr. PCT/EP03/00274 offenbart ist.
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Die
EP 653 625 offenbart einen
Lateralfluss-Assayteststreifen zur Verwendung in Kombination mit
einem Assaylesegerät,
wobei das Ausmaß der
Bindung von partikulärer
Markierung optisch bestimmt wird (d.h. durch das Assaylesegerät). Das
Lesegerät
schließt
weiterhin einen Zeitmechanismus ein, so dass das Ergebnis nach einer
voreingestellten Zeitdauer angezeigt wird, wodurch für den Anwender die
Notwendigkeit entfällt,
den Test zeitlich festzulegen.
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Die
US 5,837,546 offenbart ein
integriertes Lesegerät
und Teststreifen, wobei der Teststreifen mit zusätzlichen Elektroden versehen
ist, welche die Anwesenheit von Flüssigkeit auf dem Teststreifen
abtasten, was ein Signal erzeugt, auf die Abtastelektronik umzuschalten.
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Die
oben genannten Tests erfordern jedoch, dass eine vorbestimmte Zeit
abgelaufen ist, bevor das Ergebnis gelesen oder angezeigt wird.
Dies ist nicht immer geeignet, beispielsweise in dem Fall, wenn
der Test in einem Notfallverfahren verwendet wird und die Zeit bis
zu dem Ergebnis entscheidend ist. Beispielsweise benötigen einige kommerzielle Lateralflussassay-basierte
Testkits für
Marker von Herzschädigung
bis zu 15 Minuten oder so bis der Assay beendet ist. In anderen
Fällen,
wie einem Schwangerschaftstest, gibt es einen natürlichen Wunsch
auf Seiten des Anwenders, das Ergebnis so schnell wie möglich zu
erhalten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung stellt Assayvorrichtungen bereit, umfassend
ein Lesegerät
zur Verwendung mit, oder in fester Kombination mit einem Assayteststreifen.
Das Lesegerät
kann unter gewissen Umständen
ein positives oder negatives Ergebnis bestimmen (d.h. die Anwesenheit
und/oder Menge eines Analyten in einer Testprobe), bevor ein Assay
beendet ist.
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In
einigen Ausführungsformen
kann eine Assayergebnis-Lesevorrichtung einen Berechnungskreis einschließen, der
auf ein Signal reagiert, das die Menge eines Analyten oder die Anhäufungsgeschwindigkeit
eines Analyten anzeigt. Der Kreis vergleicht das Signal mit einem
ersten Grenzwert und vergleicht das Signal mit einem zweiten Grenzwert, wobei
der zweite Grenzwert kleiner ist als der erste Grenzwert. Der Kreis
erzeugt ein Ausgangssignal, das ein erstes Ergebnis anzeigt und
beendet den Assay, wenn das Signal den ersten Grenzwert überschreitet.
Der Kreis erzeugt ein Ausgangssignal, das ein zweites Ergebnis anzeigt
und beendet den Assay, wenn das Signal kleiner als der zweite Grenzwert
ist.
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In
einigen Ausführungsformen
umfasst ein Verfahren zum Bestimmen des Resultats eines Assays das
Durchführen
des Assays, um ein Signal zu erzeugen, das die Menge eines Analyten
oder die Anhäufungsgeschwindigkeit
eines Analyten, darstellt; Vergleichen des Signals mit ersten und
zweiten Grenzwerten; und Angeben des Ergebnisses des Assays, wenn
die bestimmte Geschwindigkeit oder Menge der Signalanhäufung den
oberen Grenzwert überschreitet
oder unter dem unteren Grenzwert liegt.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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1 ist eine perspektivische
Ansicht einer Ausführungsform
einer Assayergebnis- Lesevorrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische
Darstellung von einigen der Bestandteile der in 1 dargestellten Ausführungsform; und
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3 ist ein Graph von typischen
Ergebnissen des Lesens (d.h. Signals) gegenüber der Zeit.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
ist bevorzugt, aber keineswegs essentiell, dass der Assay ein Lateralflusstypassay
ist, in dem eine Flüssigkeitsprobe,
die möglicherweise
den interessierenden Analyten aufweist, auf Flüssigkeitstransportmittel (typischerweise
umfassend einen porösen
Träger,
wie Nitrocellulose) aufgetragen wird und dort entlang wandert. Assays
dieses Typs sind dem Fachmann gut bekannt und sind beispielsweise in
der
EP 0 291 194 offenbart.
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Das
Signal, das sich während
der Durchführung
des Assays anhäuft,
kann irgendeines sein, das für
diesen Zweck geeignet ist. Geeigneterweise umfasst die Signalanhäufung die
Bildung oder Anhäufung
einer einfach zu detektierenden Substanz (z.B. farbiges Reaktionsprodukt).
Insbesondere umfasst der Assay vorzugsweise die Anhäufung eines
markierten Reagens, typischerweise die Ablagerung oder Anhäufung des
markierten Reagens in der Testzone oder Detektionszone eines Lateralflussassaystäbchens.
Die Markierung kann beispielsweise ein Enzym, eine radioaktive Markierung,
ein Fluorochrom, ein farbiges Partikel oder ähnliches sein. Insbesondere
schließt
der Assay geeigneterweise die Anhäufung eines spezifischen Bindungsreagens
in der Detektionszone des Lateralflussassaystäbchens ein, wobei das spezifische
Bindungsreagens mit einem Goldpartikel oder einem farbigen Polymer,
wie Latex, markiert ist.
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Allgemein
gesprochen wird die Anwesenheit des interessierenden Analyten in
der Probe dazu neigen, eine Signalanhäufung zu bewirken. In anderen Formaten
(insbesondere beispielsweise Kompetitions- oder Verdrängungsformate)
ist es jedoch die Abwesenheit des interessierenden Analyten, welche
die Anhäufung
des relevanten Signals bewirken kann.
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Wiederum
allgemein gesprochen wird in diesen Ausführungsformen der Vorrichtung
und des Verfahrens der vorliegenden Offenbarung, in denen die Anwesenheit
des interessierenden Analyten zur Anhäufung des Signals führt, der
obere Grenzwert derart gesetzt, das Signalmengen unter diesem Wert
als negativ erachtet werden (d.h. der Analyt ist nicht anwesend),
und Mengen darüber
werden als positiv erachtet.
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Wenn
nach einer gewissen Zeitdauer die Geschwindigkeit oder Menge der
Signalanhäufung
nicht das untere Grenzwertlimit erreicht hat, wird erachtet, dass
das Signal den oberen Grenzwert niemals erreichen wird, selbst dann
nicht, wenn zugelassen wird, dass die Reaktion bis zum Ende fortschreitet,
und ein frühes
negatives Ergebnis wird dann angezeigt. Dies würde den Fall einer Flüssigkeitsprobe
mit einer sehr niedrigen Analytkonzentration darstellen.
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Umgekehrt
kann ein Ergebnis sofort angezeigt werden, wenn die Geschwindigkeit
oder Menge der Signalanhäufung
das obere Grenzwertlimit durchschreitet. Im Fall einer hohen Analytkonzentration
wird der Messwert das obere Grenzwertlimit zu einer früheren Zeit
durchschreiten, und deshalb kann früher als für gewöhnlich ein Ergebnis angezeigt
werden.
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In
dem dazwischenliegenden Fall, in dem die Geschwindigkeit oder Menge
der Signalanhäufung das
untere Grenzwertlimit durchschreitet, bevor eine gewisse Zeitdauer
verstrichen ist, aber den oberen Grenzwert nicht überschreitet,
wird das Lesegerät warten,
bis der Messwert den oberen Grenzwert durchschreitet, bevor ein
positives Ergebnis angezeigt wird. Wenn der Messwert den oberen
Grenzwert nicht passiert bevor eine weitere zweite Zeitspanne verstrichen
ist, wird ein negatives Ergebnis angezeigt.
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So
ist die Vorrichtung in der Lage, die Ergebnisse so schnell als geeigneterweise
möglich
anzuzeigen, und muss nicht notwendigerweise warten, bis eine vorbestimmte
Zeit verstrichen ist. Eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Offenbarung kann deshalb für
gewöhnlich
ein Assayergebnis schneller anzeigen, insbesondere wo die Analytkonzentration
sehr hoch oder sehr niedrig ist.
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Die
Reaktion, die zu Signalanhäufung
führt, kann
jede geeignete Reaktion sein, z.B. eine herkömmliche chemische Reaktion
zwischen zwei chemischen Einheiten oder eine enzymkatalysierte Reaktion
oder eine Reaktion, die einen anderen Katalysator benötigt, oder
sie kann eine Bindungsreaktion sein. Bevorzugte Bindungsreaktionen
werden die Bindung wenigstens eines biologischen Moleküls einschließen. Insbesondere
wird die Reaktion vorzugsweise die Bindung von Mitgliedern eines
spezifischen Bindungspaares ("sbp") einschließen. Sbps sind
dem Fachmann gut bekannt und schließen, inter alia, Enzym/Substrat-,
Antikörper/Antigen-
und Ligand/Rezeptorpaare ein.
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Eine
bevorzugte Reaktion umfasst die Bindung eines markierten Analyt/Reagenskomplexes
an ein spezifisches Bindungsreagens, das in einer Detektionszone
eines Lateralflussassaystäbchens
immobilisiert ist, wobei das Signal die Anhäufung der Markierung in der
Detektionszone ist.
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Das
Assayergebnis-Lesegerät
wird typischerweise ein optisches Detektionssystem aufweisen, um
die Anhäufung
der Markierung zu detektieren. Geeigneterweise wird die Lesegerätvorrichtung Mittel
zum Erzeugen eines Signals (typischerweise ein digitales Signal)
aufweisen, das proportional zu der Menge der angehäuften Markierung
ist. Wünschenswerterweise
kann das optische Detektionssystem eine optische Eigenschaft messen,
wie die Menge des von der Detektionszone reflektierten und/oder
transmittierten Lichts, in der sich die Markierung anhäuft. Geeignete
optische Systeme sind dem Fachmann bekannt und sind beispielsweise
in der
EP 0 653 625 offenbart.
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Das
bevorzugte optische Detektionssystem wird wenigstens eine Lichtquelle
und wenigstens einen Fotodetektor (wie eine Fotodiode) aufweisen. Bevorzugte
Lichtquellen sind Leuchtdioden oder LED's. Reflektiertes Licht und/oder transmittiertes Licht
kann durch den Fotodetektor gemessen werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung
bedeutet reflektiertes Licht, dass Licht von der Lichtquelle von dem
porösen
Träger
oder anderen Flüssigkeitstransportmitteln
auf den Fotodetektor reflektiert wird. In dieser Situation ist der
Detektor typischerweise auf derselben Seite des Trägers wie
die Lichtquelle vorgesehen. Transmittiertes Licht bezieht sich auf
Licht, das durch den Träger
hindurchtritt, und typischerweise ist der Detektor auf der der Lichtquelle
gegenüberliegenden
Seite des Trägers
vorgesehen. Für
die Zwecke einer Reflexionsmessung kann der Träger mit einer Unterschicht,
wie einer weißen
reflektierenden MYLAR® Plastikschicht versehen
sein. So wird Licht aus der Lichtquelle auf den Träger fallen,
einiges wird von seiner Oberfläche
reflektiert werden, und einiges wird in den Träger eindringen und in irgendeiner
Tiefe bis zu und einschließlich
der Tiefe, an der die reflektierende Schicht vorgesehen ist, reflektiert
werden. So kann eine Reflexionstypmessung tatsächlich die Transmission von
Licht durch wenigstens eines der Stärke des porösen Trägers einschließen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Assayergebnis-Lesevorrichtung ein Gehäuse, das
aus einem lichtundurchlässigen
Material gebildet ist, geeigneterweise einem synthetischen Plastikmaterial
wie Polycarbonat, ABS, Polystyren, hochdichtes Polyethylen oder
Polypropylen oder Polystyrol, das ein geeignetes lichtblockierendes
Pigment enthält.
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Das
Gehäuse
des Assayergebnis-Lesegeräts
weist typischerweise eine Öffnung
auf, so dass ein Teststreifen lösbar
in das Gehäuse
eingeführt
und (vorzugsweise) darin eingreifen kann. Das Gehäuse ist
derart ausgestaltet, dass Umgebungslicht, das in das Innere des
Lesegerätes
eindringt, auf ein absolutes Minimum begrenzt wird. Wünschenswerterweise sind
geeignete Ausrichtungs- und Befestigungsmittel innerhalb des Gehäuses vorgesehen,
so dass der Teststreifen in einer fixierten Position verbleibt,
wenn er eingeführt
ist. Die Lichtquellen sind in dem Gehäuse derart angeordnet, dass,
wenn der Teststreifen richtig eingeführt wurde, sie mit der jeweiligen
zu messenden Zone richtig ausgerichtet sind.
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Der
Assayteststreifen kann jeder herkömmliche Lateralflussassayteststreifen
sein, wie jene, die in der
EP
291 194 oder der
US
6,352,862 offenbart sind. Der Teststreifen weist vorzugsweise
einen porösen
Träger
auf, der ein partikulär
markiertes spezifisches Bindungsreagens und ein unmarkiertes spezifisches
Bindungsreagens enthält.
Die Lichtquellen und die entsprechenden Fotodetektoren sind vorzugsweise
derart ausgerichtet, dass während
der Anwendung Licht aus den Lichtquellen in die jeweiligen Zonen
auf den porösen
Träger
fällt und
zu den jeweiligen Fotodetektoren reflektiert oder transmittiert wird.
Die Fotodetektoren erzeugen einen Strom der proportional ist zu
der Menge des Lichts, das auf sie fällt, der anschließend durch
einen Widerstand geführt
wird, um eine Spannung zu erzeugen. Die Menge des Lichts, das den
Fotodetektor erreicht, hängt von
der Menge der anwesenden farbigen partikulären Markierung und deshalb
von der Menge des Analyten, ab. So kann die Menge des Analyten,
der in der Probe anwesend ist, bestimmt werden. Dieses Verfahren
zur optischen Bestimmung der Analytkonzentration ist ausführlicher
in der
EP 653 625 beschrieben.
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In
einer typischen Ausführungsform
wird die Assayergebnis-Lesevorrichtung eines oder mehrere der Folgenden
aufweisen: eine Zentraleinheit (CPU) oder Mikrocontroller; eine
oder mehrere LED's;
einen oder mehrere Fotodetektoren; eine Stromquelle; und zugehörige elektrische
Schaltkreise. Die Stromquelle kann eine Batterie oder irgendeine
andere geeignete Stromquelle (z.B. eine fotovoltaische Zelle) sein.
Geeigneterweise werden der CPU oder Mikrocontroller programmiert,
um von dem Ausgang der Fotodetektoren die Geschwindigkeit und Menge
der Signalanhäufung
zu bestimmen und diese mit den oberen und unteren Grenzwerten zu
vergleichen.
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Um
das Assayergebnis anzugeben, wird das Lesegerät für gewöhnlich eine Weise zum Anzeigen oder
Mitteilen des Ergebnisses des Assays an den Anwender besitzen. Diese
kann die Form beispielsweise eines hörbaren oder sichtbaren Signals
annehmen. Wünschenswerterweise
wird die Vorrichtung ein sichtbares Display aufweisen, um das Assayergebnis
anzuzeigen. Dies kann einfach die Form einer oder mehrerer LED's oder anderer Lichtquellen
annehmen, so dass das Leuchten einer bestimmten Lichtquelle oder
einer Kombination von Lichtquellen die notwendige Information an
den Anwender übermittelt.
Alternativ dazu kann die Vorrichtung mit einem alphanumerischen
oder einem anderen Display, wie einem LCD, ausgestattet sein. Zusätzlich oder als
eine Alternative, um das Assayergebnis anzuzeigen, kann die Vorrichtung
außerdem
anzeigen oder in einer anderen Weise dem Anwender angeben, ob das
Ergebnis des bestimmten Assays außer Acht gelassen werden sollte
oder nicht, z.B. weil ein Kontrollergebnis versagt hat bzw. fehlt.
Wenn die Lesevorrichtung bestimmt, dass ein bestimmtes Assayergebnis
außer
Acht gelassen werden sollte, kann sie den Anwender auffordern, den
Assay zu wiederholen. Displays, die zum Anzeigen dieser Art von
Information geeignet sind, sind dem Fachmann bekannt und sind beispielsweise
in der WO 99/51989 offenbart.
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Um
Zweifel zu vermeiden, wird ausdrücklich angeführt, dass
irgendeines der Merkmale die hier als "bevorzugt", "wünschenswert", "geeignet", "vorteilhaft" oder ähnlichem beschrieben
sind, in einer Ausführungsform
in Kombination mit irgendeinem anderen so beschriebenen Merkmal
oder so beschriebenen Merkmalen verwendet werden können, oder
sie können
alleine verwendet werden, außer
der Zusammenhang ergibt etwas anderes.
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Vorteilhafterweise
wird die Lesevorrichtung Mittel zum Bestimmen von verstrichener
Zeit aufweisen, wie eine integrierte Uhr.
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Vorzugsweise
wird die Lesevorrichtung aktiviert, wenn eine Assayvorrichtung in
die Lesegerätvorrichtung
eingeführt
wird. Dies kann erreicht werden, indem der Anwender einen Schalter
oder einen Knopf drückt,
aber weiter bevorzugt wird es automatisch ausgeführt, so dass das Einführen einer
Assayvorrichtung in der richtigen Orientierung und in der richtigen
Lage in das Lesegerät
ihre Aktivierung bewirkt. Um dies zu erleichtern, ist es bevorzugt,
dass das Lesegerät
und die Assayvorrichtung derart geformt und dimensioniert sind,
um eine genaue dreidimensionale Passform zu erlauben. Dieses Konzept ist
offenbart und beschrieben in der
EP
0 833 145 . Insbesondere kann die Aktivierung des Lesegeräts und/oder
das Einführen
einer Assayvorrichtung in das Lesegerät das Lesegerät veranlassen,
mit der Zeitaufnahme zu beginnen.
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Wünschenswerterweise
ist das Lesegerät
so programmiert, dass es eine erste Bestimmung der Geschwindigkeit
oder der Menge der Signalanhäufung
nach einem vorbestimmten Zeitintervall aufnimmt. (Beispielsweise
10 Sekunden nach Aktivierung). Wenn die Geschwindigkeit oder Menge
der Signalanhäufung
den oberen Grenzwert überschreitet oder
unter dem unteren Grenzwert liegt, und die Kontrollwerte (falls
vorhanden) innerhalb akzeptabler Grenzen liegen, kann der Assay
sicher beendet und die Ergebnisse (positiv, negativ oder ein semiquantitatives
Ergebnis) dem Anwender angezeigt werden. Wenn jedoch die bestimmte
Geschwindigkeit oder Menge der Signalanhäufung über dem unteren Grenzwert,
aber unter dem oberen Grenzwert liegt, muss der Assay fortgesetzt
werden. Das Signal kann in diesem Fall als ein Zwischensignal bezeichnet werden.
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Typischerweise
gibt es einen Endpunkt, te, an dem die Lesevorrichtung
den Assay als beendet erachtet. Wenn das Signal bei te immer
noch unter dem oberen Grenzwert liegt, ist das Ergebnis des Assays
negativ (in den Formaten, in denen es die Anwesenheit des interessierenden
Analyten ist, die zu der Bildung des Signals führt). Der Endpunkt des Assays
muss nicht notwendigerweise am Schluss der Reaktion liegen. Tatsächlich wird
der Endpunkt te normalerweise als erreicht
aufgefasst, bevor die Reaktion abgeschlossen ist.
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Der
te Endpunkt kann geeigneterweise durch das
Lesegerät
unter Bezugnahme auf einen bestimmten Zeitpunkt bestimmt werden
(d.h. te kann als das Auftreten einer bestimmten
Menge an Zeit nach dem Beginn des Assays erachtet werden, z.B. ein
bestimmtes Intervall nach Aktivierung des Lesegeräts und/oder
dem Einführen
eines Assaystäbchens
in das Lesegerät
und/oder Aufbringen der Probe auf das Teststäbchen). Zum Zwecke der Darstellung
wird te typischerweise zwischen 1 und 10
Minuten auftreten, vorzugsweise zwischen 1 und 5 Minuten nach dem
Beginn des Assays.
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Wünschenswerterweise
wird das Assayergebnis-Lesegerät
derart programmiert sein, dass es die Testmessung wiederholt, falls
ein Zwischensignal erhalten wird. In einer einfachen Ausführungsform wird
die Messung bei te wiederholt. Vorzugsweise wird
die Messung jedoch einmal oder mehrere Male vor dem Endpunkt wiederholt.
Am meisten bevorzugt ist die Lesevorrichtung programmiert, um die
Messung in regelmäßigen Intervallen
(beispielsweise 1 Sekunden oder 5 Sekunden Intervalle) zu wiederholen,
bis das Signal den oberen Grenzwert überschreitet oder bis te, je nachdem was zuerst auftritt.
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Der
Einschluss einer Uhr oder einer anderen Zeitnahmevorrichtung in
das Assayergebnislesegerät
ist wünschenswert,
so dass das Lesegerät
automatische Messungen an vorbestimmten Zeitpunkten ohne vorherige
Eingabe des Anwenders durchführen kann.
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So
kann das Lesegerät
beispielsweise programmiert werden, um Messungen an einem Anfangszeitpunkt
t0 durchzuführen, und, falls notwendig,
wiederholte Messungen an jedem gewünschten Intervall danach vorzunehmen,
bis das Signal den oberen Grenzwert überschreitet oder te erreicht ist, wie oben beschrieben.
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Darüber hinaus
erleichtert eine Uhr oder eine andere Zeitnahmevorrichtung der Lesevorrichtung die
Bestimmung der Geschwindigkeit der Signalanhäufung. Wenn Messungen der Menge
des Signals an zwei oder mehreren Zeitpunkten (mit einer bekannten
zeitlichen Trennung) aufgenommen werden, dann kann die Geschwindigkeit
der Signalanhäufung einfach
berechnet werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Geschwindigkeit oder Menge der
Signalanhäufung
entweder in absoluter Dauer oder als ein relativer Wert (z.B. verglichen
mit einer Kontrolle oder anderen Vergleichswerten, die wahlweise
von einer im Wesentlichen gleichzeitigen Reaktion erhalten werden)
gemessen werden kann.
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Beispiel 1
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Eine
Ausführungsform
einer Assayergebnis-Lesevorrichtung ist in 1 gezeigt.
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Die
Lesevorrichtung ist ungefähr
12 cm lang und ungefähr
2 cm breit und ist allgemein finger- oder zigarrenförmig. In
bevorzugten Ausführungsformen ist
das Gehäuse
nicht größer als
ungefähr
12 cm lang, ungefähr
2,5 cm breit und ungefähr
2,2 cm hoch. Jedoch kann jede geeignete Form verwendet werden, wie
ein kreditkartenförmiges
Lesegerät.
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 2 auf,
das aus einem lichtundurchlässigen
Plastikmaterial gebildet ist (z.B. Polycarbonat, ABS, Polystyren,
hochdichtes Polyethylen oder Polypropylen oder Polystyrol, das ein
geeignetes lichtblockierendes Pigment, wie Kohlenstoff, enthält). An
einem Ende der Lesevorrichtung ist ein enger Schlitz oder Öffnung 4 vorgesehen,
durch den bzw. die ein Teststreifen (nicht gezeigt) in das Lesegerät eingeführt werden
kann.
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Auf
seiner oberen Seite weist das Lesegerät zwei ovalförmige Öffnungen
auf. Eine Öffnung
beherbergt den Screen eines Flüssigkristalldisplays 6,
der dem Anwender Information anzeigt, z.B. die Ergebnisse eines
Assays, in qualitativer oder quantitativer Weise. Die andere Öffnung beherbergt
einen Auswurfmechanismus 8, der, wenn betätigt, eine
eingeführte
Assayvorrichtung aus der Assayergebnis-Lesevorrichtung gewaltsam
auswirft.
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Die
Assayvorrichtung zur Verwendung mit der Lesevorrichtung ist ein
allgemein herkömmliches Lateralflussteststäbchen, z.B.
der Art, die in der
US 6,156,271 ,
US 5,504,013 ,
EP 728 309 oder
EP 782 707 offenbart ist. Die Assayvorrichtung
und eine Oberfläche
oder Oberflächen
des Schlitzes in dem Lesegerät,
in den die Assayvorrichtung eingeführt wird, sind derart geformt
und dimensioniert, dass (1) die Assayvorrichtung nur erfolgreich
in das Lesegerät in
der geeigneten Orientierung eingeführt werden kann; und (2) es
eine präzise
dreidimensionale Ausrichtung des Lesegeräts und einer eingeführten Assayvorrichtung
gibt, die sicherstellt, dass das Assayergebnis durch das Lesegerät richtig
gelesen werden kann.
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Eine
geeignete Assayvorrichtung/Lesegerätvorrichtungs-Kombination,
die diese präzise
dreidimensionale Ausrichtung zeigt, ist in der
EP 833 145 offenbart.
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Wenn
eine Assayvorrichtung richtig in das Lesegerät eingeführt ist, wird ein Schalter
geschlossen, der das Lesegerät
aus einem "Schlaf"modus aktiviert,
der den normalen Zustand darstellt, der von dem Lesegerät eingenommen
wird, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird.
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Eingeschlossen
innerhalb des Gehäuses des
Lesegerätes
(und deshalb in 1 nicht
sichtbar) sind eine Vielzahl von weiteren Bestandteilen, die schematisch
in 2 dargestellt sind.
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Unter
Bezugnahme auf 2 weist
das Lesegerät
drei LED's 10a,
b und c auf. Wenn ein Teststäbchen
in das Lesegerät
eingeführt
wird, ist jede LED 10 mit einer jeweiligen Zone des Teststäbchens ausgerichtet.
LED 10a ist mit der Testzone ausgerichtet, LED 10b ist
mit der Referenzzone ausgerichtet und LED 10c ist mit der
Kontrollzone ausgerichtet. Jeweilige Fotodioden 12 detektieren
Licht, das von den verschiedenen Zonen reflektiert wird, und erzeugen
einen Strom, dessen Stärke
proportional zu der Menge des Lichteinfalls auf die Fotodioden 12 ist. Der
Strom wird in eine Spannung umgewandelt, durch einen Dämpfer 14 gedämpft und
einem Analog-Digital-Umwandler (ADC, 16) zugeführt. Das
resultierende digitale Signal wird durch einen Mikrocontroller 18 gelesen.
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In
einer einfachen Anordnung ist eine getrennte Fotodiode vorgesehen,
um aus jeder Zone (d.h. die Zahl der Fotodioden entspricht der Zahl
der Zonen, von denen reflektierte Lichtmessungen gemacht werden)
zu detektieren. Die Anordnung, die in 2 dargestellt
ist, ist komplizierter und bevorzugt. Zwei Fotodioden 12 sind
vorgesehen. Eine Fotodiode detektiert Licht, das von der Testzone
reflektiert wird und einiges Lichts, das von der Referenzzone reflektiert
wird. Die andere Fotodiode 12 detektiert einiges des Lichts,
das von der Referenzzone reflektiert wird und das Licht, das von
der Kontrollzone reflektiert wird. Der Mikrocontroller 18 schaltet
die LED's 10 eine
nach der anderen an, so dass nur eine der drei Zonen zu irgendeiner
gegebenen Zeit beleuchtet ist – auf
diese Weise können
die Signale, die durch Licht erzeugt werden, das von den jeweiligen Zonen
reflektiert wird, auf einer zeitlichen Basis unterschieden werden.
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2 zeigt weiterhin schematisch
den Schalter 20, der durch Einführen einer Assayvorrichtung
in das Lesegerät
geschlossen wird, und der den Mikrocontroller 18 aktiviert.
Obwohl in 2 nicht gezeigt,
weist die Vorrichtung weiterhin eine Stromquelle (typischerweise
eine oder zwei Knopfzellen) und eine LCD Vorrichtung auf, die auf
den Ausgang des Mikrocontrollers 18 reagiert.
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Bei
der Verwendung wird ein trockenes Teststäbchen (d.h. vor dem Inkontaktbringen
mit der Probe) in das Lesegerät
eingeführt,
dies schließt
den Schalter 20, was die Lesegerätvorrichtung aktiviert, die
anschließend
ein anfänglichen
Eichen durchführt. Die
Intensität
des Lichtausgangs von verschiedenen LED's ist selten identisch. Ebenso ist es
unwahrscheinlich, dass die jeweiligen Fotodetektoren identische
Empfindlichkeiten haben. Weil solche Variationen das Lesen des Assay
beeinträchtigen
könnten, wird
ein anfängliches
Eichen durchgeführt,
in dem der Mikrocontroller die Länge
der Zeit abgleicht, zu der jede der drei LED's leuchtet, so dass das gemessene Signal
von jeder der drei Zonen (Test, Referenz und Kontrolle) ungefähr gleich
und in einer geeigneten Betriebsposition in einer linearen Region
des Antwortprofils des Systems ist (so dass eine Veränderung
in der Lichtintensität,
die von den verschiedenen Zonen reflektiert wird, eine direkt proportionale
Veränderung
im Signal liefert).
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Nach
dem Durchführen
des anfänglichen
Eichens führt
die Vorrichtung ein weiteres, feineres Eichen durch. Dies schließt das Messen
("Eichwert") von reflektierter Messungen
("Testwerte") werden durch Bezugname
auf den Eichwert für
die jeweiligen Zonen normalisiert (d.h. normalisierter Wert = Testwert/Eichwert).
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Um
einen Assay durchzuführen,
wird ein Probenaufnahmeabschnitt des Teststäbchens mit der Flüssigkeitsprobe
in Kontakt gebracht. Im Falle einer Urinprobe kann der Probenaufnahmeabschnitt in
den Urinstrom gehalten werden, oder die Urinprobe wird in einem
Behälter
gesammelt und der Probenaufnahmeabschnitt wird kurz (für ungefähr 5 – 10 Sekunden)
in die Probe eingetaucht. Die Probennahme kann durchgeführt werden,
während
das Teststäbchen
in das Lesegerät
eingeführt
ist oder, weniger bevorzugt, das Stäbchen kann kurz aus dem Lesegerät zur Probennahme
entfernt und anschließend wieder
in das Lesegerät
eingeführt
werden.
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Anschließend werden
Messungen der reflektierten Lichtintensität von einer oder mehreren (vorzugsweise
alle drei) der Zonen begonnen, typischerweise nach einem spezifisch
bemessenen Intervall nach dem Einführen des Teststäbchens in
das Lesegerät.
Wünschenswerterweise
werden die Messungen in regelmäßigen Intervallen
(z.B. in zwischen 1 – 10
Sekunden Intervallen, vorzugsweise in zwischen 1 – 5 Sekunden
Intervallen) durchgeführt.
Die Messungen werden als eine Sequenz von vielen Messungen über kurze
(10 Millisekunden oder weniger) Zeiträume, überlappend Zone nach Zone,
durchgeführt, wodurch
irgendwelche Effekte, die auf Schwankung der Umgebungslichtintensität zurückgehen,
das in das Innere des Gehäuses
des Lesegeräts
eindringt, minimiert werden.
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Beispiel 2
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3 zeigt typische Ergebnisse
für drei
verschiedene Proben, hinsichtlich Stärke des Signals ("Messung", in willkürlichen
Einheiten) gegenüber Zeit
(in Sekunden).
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Die
Stärke
des Signals ist ein Maß des
absorbierten Lichts oder des Abfalls in reflektiertem Licht, von
der Testzone eines Lateralflussteststäbchens, das bestimmt werden
kann unter Verwendung des Assayergebnis-Lesegeräts, das in dem vorhergehenden
Beispiel beschrieben wurde. In der Anwesenheit eines interessierenden
Analyten reichert sich ein farbiges partikulär markiertes Bindungsreagens in
der Testzone an. Die farbige partikuläre Markierung absorbiert einiges
des Einfallslichts in die Testzone, und dies reduziert die Menge
an Licht, die davon reflektiert wird, die für die Detektion durch einen geeigneterweise
angeordneten Fotodetektor zur Verfügung steht. Je höher die
Konzentration des Analyten ist, desto höher ist die Geschwindigkeit
der Anhäufung
der Markierung in der Testrone und umso stärker ist das "Signal".
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Der
Plot 1 zeigt einen typischen Graph, der von einer Flüssigkeitsprobe
erhalten werden könnte, die
eine hohe Konzentration an Analyt enthält. Der Plot 3 zeigt
einen typischen Graph, der von einer Flüssigkeitsprobe erhalten werden
könnte,
die eine sehr niedrige Konzentration an Analyt enthält. Der Plot 2 zeigt
einen typischen Graph, der von einer Flüssigkeitsprobe erhalten werden
könnte,
die eine dazwischenliegende Konzentration an Analyt enthält.
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Ebenfalls
auf dem Graph gezeigt sind zwei horizontale Linien, die jeweils
den oberen Grenzwert ("U") und unteren Grenzwert
("L") anzeigen.
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Unter
Bezugnahme auf Plot 1 ist das Lesegerät programmiert, um eine anfängliche
Messung bei t(1) durchzuführen,
einer bestimmten vorbestimmten Länge
an Zeit nach dem Beginn des Assays. Die erhaltene Messung liegt
unterhalb des Wertes von "U", so dass ein frühes positives
Ergebnis bei t(1) nicht angegeben werden kann.
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Ebenso
ist die Messung über
dem Wert von "L", so dass ein frühes negatives
Ergebnis bei t(1) ebenfalls nicht angegeben werden kann. In dieser
Situation ist das Lesegerät
programmiert, die Messung zu wiederholen, nachdem eine weitere,
vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, bei t(2). Bei t(2) hat die Messung
für Plot 1 gerade
den Wert von U überschritten,
so dass das Lesegerät
sofort anzeigen kann, dass das Ergebnis positiv ist, über die
LCD Vorrichtung.
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Unter
Bezugnahme auf Plot 3, bei t(1) ist die anfängliche
Messung unter dem Wert von L, so dass das Lesegerät sofort
ein negatives Ergebnis angeben kann, weil es vorhersagen kann, dass
der Wert niemals den oberen Grenzwert vor dem vorbestimmten Endpunkt
des Assays te, überschreiten wird.
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Unter
Bezugnahme auf Plot 2 ist die anfängliche Messung zur Zeit t(1)
gleich zu der für
Plot 1, unter dem Wert von U aber über dem Wert von L, so dass
ein frühes
positives oder negatives Ergebnis nicht angegeben werden kann. Dasselbe
gilt bei t(2). Falls gewünscht,
kann das Lesegerät
programmiert werden, um irgendeine Zahl von weiteren Messungen bei
t(3), t(4) etc. durchzuführen,
bis die Endmessung bei te aufgenommen wird.
Für Plot 2 ist
die Endmessung bei te immer noch unter dem
Wert von U, so dass das Assayergebnis negativ wäre.
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Die
folgenden Erläuterungen
gelten allgemein, nicht nur für
das gerade oben beschriebene Beispiel. Es sollte angemerkt werden,
dass anstelle des Messens absoluter Messungen Werte bezüglich der
Geschwindigkeit der Veränderung
der Messung bezüglich
der Zeit, oder d(Messung)/d(Zeit) berechnet werden können. Alternativ
dazu kann die Geschwindigkeit der Änderung der Steigung bezüglich der
Zeit gemessen werden oder d2 (Messung/d)Zeit)2 oder das Integral ∫ d(Messung) bezüglich zwei
oder mehreren Zeitwerten, nämlich
des Bereichs, der durch die Kurve definiert ist. Dies hat den Vorteil, dass
die Messung über
die Zeit gemittelt wird, was Abweichungen glättet. Alternativ dazu kann
die Geschwindigkeit der Änderung
der Steigung bezüglich der
Zeit gemessen werden oder d2(Messung/d)Zeit)2. Als eine weitere Alternative können alte
oder einige der obigen Messungen in Kombination durchgeführt werden,
um ein Ergebnis zu erhalten. Daher kann das Lesegerät, anstelle
ein frühes
Ergebnis basierend auf dem Wert der Messung, die einen unteren oder
oberen Grenzwert überschreitet,
zu liefern, diese Bewertung basierend auf Berechnung eines ersten
oder zweiten Differentials, eines Integrals oder Kombination von
einem oder mehreren davon, anstellen. Darüber hinaus kann ein frühes Ergebnis
sofort angegeben werden, nachdem die Messung den unteren Grenzwert überschritten
hat, aber das Lesegerät
bestimmt, dass das Ergebnis den oberen Grenzwert nicht überschreiten
wird bevor die Messung das Gleichgewicht erreicht hat.
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Darüber hinaus
kann angemerkt werden, dass die Werte für das wenigstens obere und
untere Grenzwertlimit während
des Verlaufs des Assaylesens angepasst werden können. Dies kann auf der Basis
von Messungen, die früher
im Verlauf des Assays erhalten wurden, geschehen. Es ist jedoch
bevorzugt, dass diese Werte während
des Verlaufs eines einzelnen Assays konstant bleiben.
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Als
eine Alternative, um sofort ein Ergebnis anzugeben, kann das Lesegerät für eine gewisse
definierte Zeit warten, bevor es ein Ergebnis angibt. Dies liefert
ein extra Kontrollmerkmal, so dass zum Beispiel ein Ergebnis nicht
angegeben wird, bevor verschiedene Kontrollprüfungen entweder an dem Assaystreifen,
dem Lesegerät
oder beiden gemacht wurden. Eine solche Situation kann für eine Probe
mit einer außerordentlich
hohen oder niedrigen Analytkonzentration auftreten.
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Beispiel 3
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Eine
Assayergebnis-Lesevorrichtung wurde entworfen, um Schwangerschaftsbestimmungen
basierend auf der Konzentration von hCG im Urin durchzuführen. Der
Teststreifen schließt
anti-hCG Antikörper,
gekoppelt an ein Chromophor, ein.
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Der
obere Grenzwert wurde bei 10 % Attenuationszunahme (engl.: attenuation
gain (AG)) (Signal vs Referenz) gesetzt, und der untere Grenzwert
wurde bei 6 % Attenuationszunahme (Kontrolle vs Ref.) gesetzt. 10
% AG entspricht ungefähr
15 mlU hCG für einen
neuen Teststreifen und 25 mlU für
einen alten Teststreifen (von dem Altern wird angenommen, dass es
einen Abfall des Antikörpers
bewirkt, was zu einem offensichtlichen Anstieg des Signals führt), und 6
% AG entspricht ungefähr
5 mlU. In anderen Ausführungsformen
kann der obere Grenzwert zwischen ungefähr 10 und ungefähr 90 %
AG gesetzt werden, und der untere Grenzwert zwischen ungefähr 1 % und
ungefähr
9 %, obwohl im Prinzip andere Wertebereiche gewählt werden könnten.
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Die
anfängliche
Zeitreferenz (t = 0) wird gesetzt, wenn das Kontroll- vs Referenzsignal
durch Null schreitet. Dies bedeutet, dass die Probenflüssigkeit
die Kontrolllinie erreicht hat. Der Timer wird dann gestartet. Das
Analytsignal wird mit den Grenzwerten, wie zuvor beschrieben, verglichen.
Der früheste Zeitpunkt
für ein
positives (schwanger) Ergebnis wird bei 20 Sekunden gesetzt, und
der früheste
Punkt für ein
negatives Ergebnis wird bei 60 Sekunden gesetzt. In anderen Ausführungsformen
können
selbstverständlich
andere Zeiträume
gesetzt werden.
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Die
offenbarten Vorrichtungen und Verfahren können natürlich für die Verwendung mit einer
großen
Vielzahl von Analyten angepasst werden. Insbesondere sollte angemerkt werden,
dass die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren in Situationen
verwendet werden können,
in denen ein negatives Ergebnis nur in der Abwesenheit des Analyten
erwartet wird, und ebenfalls in Situationen, in denen ein negatives
Ergebnis angemessen ist, selbst wenn der Analyt in einiger Menge
vorliegt. Ein Beispiel für
die erste Situation ist ein Test für ein Pathogen, wie HIV oder Strep
A. Jedoch wird sogar in der Abwesenheit des Analyten ein unterer
Grenzwert immer noch gesetzt und ein Grenzwerttest durchgeführt, weil
unspezifische Bindung sonst zu einer falsch positiven Hintergrundmessung
führt.
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Ein
Beispiel für
die zweite Situation ist ein Assayergebnis-Lesegerät für Ovulation,
welches das luteinisierende Hormon (LH) misst, weil LH normalerweise
in einer Grundmenge vorhanden ist und kurz vor der Ovulation ansteigt;
ein positives Ergebnis ist während
des Anstiegs gewünscht,
und ein negatives Ergebnis während
der Grundmenge.
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Beispiel 4
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Die
oben beschriebenen Beispiele beziehen sich auf Assayergebnis-Lesevorrichtungen,
die als eine-Zeit-Tests arbeiten; d.h. ein einzelner Teststreifen
wird für
ein einzelnes Testergebnis untersucht. Die Grenzwerte bleiben typischerweise
von Test zu Test wegen Verlässlichkeit
und Wiederholbarkeit fest.
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Jedoch
können
einige Ausführungsformen eine
Reihe von Teststreifen verwenden, um die Menge eines Analyten über die
Zeit zu verfolgen, und um die Grenzwerte von Streifen zu Streifen
in der Reihenabfolge anzupassen, um präzise Ergebnisse zu liefern.
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Ein
Beispiel eines solchen Systems ist ein Assayergebnis-Lesegerät, das luteinisierendes
Hormon (LH) über
einige Tage misst, um die Ovulation basierend auf dem Nachweis des "LH Anstiegs" kurz vor Ovulation
vorherzusagen. In einem typischen Verfahren wird eine erste Messung
vorgenommen. Wenn sie über
einem gewissen oberen Grenzwert liegt (beispielsweise größer als
16 % AG) wird ein positives Ergebnis, das den "LH Anstieg" anzeigt, geliefert. Wenn die Messung
unter diesem Grenzwert liegt, dann wird der obere Grenzwert für den nächsten Test
angepasst, in Abhängigkeit
von der gemessenen Menge. Falls beispielsweise das Signal niedriger
als 7 % AG ist, wird der obere Grenzwert auf als 13 % gesenkt. Falls
die Messung für
den ersten Teststreifen jeweils niedriger als 5 % oder 3 % ist,
dann werden Werte von jeweils 12 % und 11 % gewählt.
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So
wählt der
Algorithmus den Grenzwert auf der Basis der Messung des vorherigen
Tages, aber er könnte
auch ein Durchschnitt der Messungen der vorherigen Tage sein. So
müssen
im Allgemeinen die Grenzwerte nicht notwendigerweise festgelegt
werden.
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Beispiel 5
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In
einigen Ausführungsformen
schließt
die Assayergebnis-Lesevorrichtung ein Speichersystem ein, das vorherige
Testergebnisse speichert, die über einen
Zeitraum angesammelt wurden. Beispielsweise kann die Vorrichtung
zum Testen hinsichtlich der Anwesenheit eines Arzneimittelmissbrauchs
oder eines Metaboliten davon konfiguriert werden, und das Speichersystem
kann periodische Testergebnisse speichern. Die Vorrichtung schließt auch
ein System zum Anzeigen oder Abfragen von Testergebnissen ein, wie
durch ein Display und elektronische Verbindung oder ähnlichem.
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Beispiel 6
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In
einigen Ausführungsformen
schließt
die Assayergebnis-Lesevorrichtung ein Speichersystem ein, das Testprofile
für eine
Vielzahl von Analyten speichert. Ein Profil kann beispielsweise
den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert einschließen. Das
Profil kann weiterhin Zeiträume
zum Durchführen
von Grenzwertvergleichen einschließen. Auf diese Weise kann eine
Einzelassayergebnis-Lesevorrichtung verwendet werden, um eine Vielzahl
von Analytassays durchzuführen.
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Die
Vorrichtung schließt
weiterhin ein Auswahlsystem ein, welches das geeignete Profil für den gewünschten
Analyten auswählt.
In einigen Ausführungsformen
kann das Auswahlsystem ein Schalter sein, den ein Anwender auf den
gewünschten
Test setzt. In anderen Ausführungsformen
detektiert das Auswahlsystem ein Merkmal auf einem Assayteststreifen,
das den zu messenden Analyten anzeigt. Beispielsweise kann der Teststreifen
einen Strichcode oder andere optische Muster aufweisen. Alternativ
dazu kann ein Teststreifen konfiguriert werden, so dass er Licht
einer bestimmten Frequenz oder in einem bestimmten Frequenzbereich,
der charakteristisch ist für
einen bestimmten Analyten, remittiert. Das Speichersystem weist
eine Nachschlagetabelle auf, auf die das Auswahlsystem zugreifen
kann, um einen Analyten basierend auf der remittierten Lichtfrequenz
zu identifizieren.