DE19611347A1

DE19611347A1 - System for the quantitative, spatially resolved evaluation of test elements

Info

Publication number: DE19611347A1
Application number: DE1996111347
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Blasberg; Franz Dipl Phys Dr Bolduan; Susanne Dipl Ing Gentsch; Hans-Peter Dipl Phys Dr Haar; Erich Dipl Phys Dr Haendler
Original assignee: Boehringer Mannheim GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-25
Also published as: JP2000507353A; EP0888534A1; WO1997036168A1

Abstract

The invention concerns a system for the quantitative resolved evaluation of test elements, the system comprising a test element mounting which positions the test element, a test element with a sample-charging zone and a detection zone, a lighting arrangement, a sensor array, a converter, an evaluator unit for evaluating the digital signals, and a display for displaying the evaluation results.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum quantitativen ortsaufgelösten Nachweis eines Analyten mit Hilfe eines Testelements, beinhaltendThe present invention relates to a system for quantitative, spatially resolved detection an analyte using a test element, including

a) a holder for the test element, through which the test element is positioned,
b) a test element with a sample application zone which contains a labeled substance, which specifically binds to the analyte as well as a detection zone covering an area contains, for the immobilization of a complex of analyte and labeled substance serves
c) an illumination device for illuminating the detection zone of the test element,
d) a sensor array in which either a plurality of sensors are arranged in one area,
or
a plurality of sensors are arranged in a row and this linear array is moved transversely to the row of sensors by a transport device so that an area is covered,
e) a converter for converting the analog sensor signals into digital signals,
f) an evaluation unit for evaluating the digital signals about the analyte concentration to determine
g) a display to show the evaluation results.

Die vorliegende Erfindung liegt im Bereich der quantitativen Auswertung von Testelemen ten durch Transmissions- oder Reflektionsmessung.The present invention is in the field of quantitative evaluation of test elements through transmission or reflection measurement.

Im Stand der Technik sind bereits seit einiger Zeit Systeme zur quantitativen Auswertung von Testelementen bekannt, bei denen die Detektionszone eines Testelements beleuchtet und von der Detektionszone reflektiertes oder durch die Detektionszone transmittiertes Licht integral vermessen und aus der Strahlungsintensität die Konzentration eines Analyten berechnet wird. Bei dieser Meßmethode wird die Strahlung von einem einzelnen Sensor erfaßt, so daß der Informationsgehalt der Detektionszone nicht räumlich aufgelöst sondern integral ermittelt wird.Systems for quantitative evaluation have been in the prior art for some time known from test elements in which the detection zone of a test element is illuminated and reflected from or transmitted through the detection zone Measure light integrally and the concentration of an analyte from the radiation intensity is calculated. With this method of measurement, the radiation from a single sensor recorded so that the information content of the detection zone is not spatially resolved but is determined integrally.

In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 646 784 wird ein Videosystem zur Auswer tung von Testelementen beschrieben, bei dem Testelemente vom Benutzer auf eine Unter lage abgelegt werden. Die Auswertung der Testelemente erfolgt ohne eine vorhergehende Positionierung und das verwendete Videosystem muß daher die gesamte Unterlage erfassen, um sicherzustellen, daß die Detektionszone im Bildfeld ist. Dieses System gewährt eine sehr weitgehende Benutzerfreundlichkeit, da der Anwender keine Positionierung vornehmen muß, was jedoch in einer stark verminderten Genauigkeit des Analyseergebnisses resultiert, da nur relativ wenige Sensoren des Videosystems zur Auswertung des eigentlichen Test feldes zur Verfügung stehen. Um dem Benutzer die erwünschte Freiheit bei der Ablage eines Testelements zu gewähren, muß die beschriebene Apparatur auch einen großen Öff nungsbereich aufweisen, durch den Störlicht eindringen kann. Die beschriebene Apparatur ist daher lediglich für quantitative Auswertungen geeignet, bei denen das zu messende Signal groß ist und die Genauigkeitsanforderungen gering sind.In the European patent application EP-A-0 646 784 a video system is used device described in the test elements by the user on a sub location. The test elements are evaluated without a previous one Positioning and the video system used must therefore cover the entire document, to ensure that the detection zone is in the image field. This system grants a very Extensive user-friendliness, since the user does not make any positioning must, which however results in a greatly reduced accuracy of the analysis result, since only a few sensors of the video system for evaluating the actual test field are available. To give the user the desired freedom when filing To grant a test element, the apparatus described must also have a large opening range through which stray light can penetrate. The apparatus described is therefore only suitable for quantitative evaluations in which what is to be measured Signal is large and the accuracy requirements are low.

In den Dokumenten EP-B-0 437 968 und DE 32 47 355 werden Vorrichtungen zur Auswer tung von Dünnschichtchromatogrammen beschrieben. Bei dem Gerät der DE 32 47 355 handelt es sich um einen Scanner, mit dem eine Dünnschichtchromatographieplatte abge rastert wird. Die von einem einzelnen Sensor betrachteten Flächenelemente weisen eine Größe von etwa 0,05 bis 0,2 mm auf. In dieser Patentanmeldung wird auch bereits auf die Möglichkeit einer Auswertung von Dünnschichtchromatogrammen mit einem Videosystem hingewiesen. Dieses wird jedoch verworfen, da eine exakte quantitative Auswertung auf Schwierigkeiten stößt, weil eine homogene, vollflächige Ausleuchtung der DC-Platte sehr schwierig und mit monochromatischem Licht praktisch überhaupt nicht möglich sei. Die spätere europäische Patentschrift EP-B-0 437 968 schlägt dennoch ein Videodensitometer vor, mit dem eine quantitative Auswertung einer Dünnschichtchromatographie durchgeführt wird. Die Verbesserung, aufgrund derer die Auswertung möglich wird, beruht auf einer sehr schnellen Bilderfassung, die zur Reduktion von Schwankungen des Systems führt. In the documents EP-B-0 437 968 and DE 32 47 355 devices for Auswer device of thin layer chromatograms. In the device of DE 32 47 355 is a scanner with which a thin-layer chromatography plate is removed is rasterized. The surface elements viewed by a single sensor have one Size from about 0.05 to 0.2 mm. This patent application already refers to the Possibility of evaluating thin-layer chromatograms with a video system pointed out. However, this is discarded because of an exact quantitative evaluation Difficulties are encountered because homogeneous, full-area illumination of the DC plate is very difficult difficult and practically not possible with monochromatic light. The later European patent EP-B-0 437 968 nevertheless proposes a video densitometer before, with which a quantitative evaluation of a thin layer chromatography is carried out becomes. The improvement on the basis of which the evaluation is possible is based on a very fast image acquisition, which leads to a reduction in system fluctuations.

Die im Bereich der Dünnschichtchromatographie verwendeten Anordnungen besitzen im besten Falle eine Sensitivität im Bereich von nano-Mol. Dies resultiert daraus, daß die bei der Dünnschichtchromatographie gebildeten Banden in ihrer Breite stark vom jeweils ver wendeten Analyten und insbesondere von Beschichtungsmaterial der Dünnschichtplatte abhängen. Selbst bei Verwendung gleicher Materialien verursachen chargenspezifische Schwankungen eine Variation der Bandenbreite und Bandenlage. Weiterhin können Störun gen des Nachweises durch Substanzen mit sehr ähnlichen Chromatographieeigenschaften auftreten. Ein weiterer Nachteil bei einer quantitativen Bestimmung von Substanzen mittels Dünnschichtchromatographie ist darin zu sehen, daß die Breite der Banden relativ groß ist, was zu einer Reduktion der Auswertegenauigkeit führt, da bei abnehmender Konzentration der Anteil des optischen Rauschens zunimmt.The arrangements used in the field of thin layer chromatography have in at best a sensitivity in the nano-mole range. This results from the fact that at the thin-layer chromatography formed bands in their width strongly from each ver used analytes and in particular of coating material of the thin-layer plate depend. Even when using the same materials, cause batch-specific Fluctuations a variation in the band width and band position. Furthermore, disturbances against detection by substances with very similar chromatography properties occur. Another disadvantage of a quantitative determination of substances using Thin layer chromatography can be seen in the fact that the width of the bands is relatively large, which leads to a reduction in the evaluation accuracy, since the concentration decreases the proportion of optical noise increases.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die bestehenden Vorrichtungen zur Auswer tung von Testelementen soweit zu verbessern, daß auch klinisch relevante Analyten, die in sehr geringen Konzentrationen (piko-Mol) auftreten, mit hoher Genauigkeit quantitativ be stimmt werden können. Es war weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein einfach zu bedienen des und kostengünstiges Gerät für diesen Zweck zu finden.The object of the present invention was to evaluate the existing devices tion of test elements to the extent that clinically relevant analytes that are in very low concentrations (piko-mol) occur, quantitatively be with high accuracy can be voted. It was also an object of the invention to be easy to use des and to find inexpensive device for this purpose.

Bei einer Bestimmung sehr niedrig konzentrierter Analyten, wie beispielsweise Proteinen, Pharmaka, Drogen oder Metaboliten in Körperflüssigkeiten, stellt sich das Problem, daß aufgrund der niedrigen Konzentrationen sehr empfindliche Nachweisreaktionen erforderlich sind. Insbesondere muß bei solchen Analysen, bei denen häufig sehr ähnliche Verbindungen in höherer Konzentration als der Analyt vorliegen, eine eindeutige Unterscheidung bzw. ausschließliche Detektion des gewünschten Analyten möglich sein. Während in klinischen Laboratorien die Durchführung solcher Tests für viele Analyten zum Stand der Technik gehört, ist eine quantitative Auswertung solch geringer Analytkonzentrationen mit Testele ment bisher routinemäßig nicht möglich gewesen. Mit dem erfindungsgemäßen System hat es sich jedoch als möglich erwiesen, Analytkonzentrationen im Bereich von 10^-12 mol/l quantitativ nachzuweisen.When determining very low concentration analytes, such as proteins, pharmaceuticals, drugs or metabolites in body fluids, the problem arises that very sensitive detection reactions are required due to the low concentrations. In particular, in such analyzes, in which very similar compounds are often present in higher concentration than the analyte, it must be possible to clearly differentiate or exclusively detect the desired analyte. While the implementation of such tests for many analytes is part of the state of the art in clinical laboratories, a quantitative evaluation of such low analyte concentrations with test elements has so far routinely not been possible. With the system according to the invention, however, it has proven possible to quantitatively detect analyte concentrations in the range of 10 ^-12 mol / l.

Testelemente, die für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden können, werden im Stand der Technik als immunologische Testelemente bezeichnet. Für die Erfindung ge eignete Testelemente besitzen ein oder mehrere saugfähige Matrizes auf einem Träger material, wobei die Matrizes so auf dem Trägermaterial angeordnet sind, daß ein Flüssig keitsfluß durch alle Matrizes möglich ist. Ein geeignetes Testelement besitzt eine Proben aufgabe- und eine Nachweiszone. Weiterhin kann es auch eine Zone zur Abtrennung von störenden Substanzen, beispielsweise Erythrozyten aufweisen. Das Trägermaterial des Test elementes soll es ermöglichen, die Matrizes auf ihm zu befestigen und die gesamte Anord nung handhabbar zu machen. Trägermaterialien sollten daher ausreichend steif und für die durchzuführende Untersuchung chemisch inert sein. Insbesondere haben sich Kunst stoffolien, beispielsweise aus Polysterol, als geeignet erwiesen.Test elements that can be used for the present invention are described in State of the art referred to as immunological test elements. For the invention ge suitable test elements have one or more absorbent matrices on a carrier material, the matrices being arranged on the carrier material so that a liquid flow through all matrices is possible. A suitable test element has a sample task and a detection zone. Furthermore, it can also be a zone for the separation of have interfering substances, for example erythrocytes. The test substrate elementes should make it possible to fix the matrices on it and the entire arrangement make manageable. Carrier materials should therefore be sufficiently rigid and suitable for the investigation to be carried out be chemically inert. In particular, have art Fabric films, for example made of polysterol, have been found to be suitable.

Auf dem Trägermaterial können die ein oder mehreren Matrizes beispielsweise durch ein doppelseitiges Klebeband oder mit einem Schmelzkleber befestigt werden. Die Matrizes sind auf dem Trägermaterial so angeordnet, daß sie eine Flüssigkeitstransportstrecke bilden und Flüssigkeit, die auf der Probenaufgabezone aufgegeben wird, durch Kapillarkräfte in die Nachweiszone gelangt. Um den Flüssigkeitstransport zu unterstützen hat es sich als vorteil haft erwiesen, an die Nachweiszone eine sogenannte Saugzone anzuschließen, die aus einem gut Flüssigkeit aufnehmenden Material besteht.The one or more matrices on the carrier material can be, for example, by a double-sided adhesive tape or with a hot melt adhesive. The matrices are arranged on the carrier material so that they form a liquid transport path and liquid applied to the sample zone by capillary forces into the Detection zone arrives. In order to support the liquid transport it has to be advantageous proven to connect a so-called suction zone to the detection zone, which consists of a good fluid absorbing material.

In der Probenaufgabzone befindet sich eine markierte Substanz, welche spezifisch an den Analyten bindet. Sollen beispielsweise Saccharide nachgewiesen werden, so können die ent sprechenden Lektine als spezifisch bindende Substanz eingesetzt werden. Beim Nachweis von DNA oder RNA kommen als spezifisch bindefähige Substanz komplementäre DNA- oder RNA-Stränge in Frage. Eine besonders wichtige Klasse spezifisch bindefähiger Sub stanzen sind Antikörper oder Antikörperfragmente, die an die entsprechenden Analyten, die Antigene darstellen, binden. Weitere spezifisch bindefähige Substanzen sind im Stand der Technik bekannt.There is a labeled substance in the sample application zone that specifically targets the Analyte binds. If, for example, saccharides are to be detected, the ent speaking lectins can be used as a specific binding substance. With proof DNA or RNA come as a specifically bindable substance, complementary DNA or RNA strands in question. A particularly important class of specifically bindable sub are antibodies or antibody fragments that attach to the corresponding analytes Represent and bind antigens. Other specifically bindable substances are in the prior art Technology known.

Erfindungsgemäß besitzt die spezifisch bindefähige Substanz eine Markierung. Aufgrund der optischen Auswertung in Reflektion oder Transmission kommen hier chromophore oder fluorophore Gruppen in Betracht. Entsprechende Farbstoffe sind im Stand der Technik hin länglich bekannt. Als besonders geeignet für die erfindungsgemäße Anwendung hat sich eine Goldmarkierung herausgestellt. Von dem Begriff "Markierung" sollen auch solche Gruppen umfaßt sein, die selbst nicht farbig sind, jedoch durch eine chemische Reaktion oder durch die spezifische Bindung an ein gefärbtes Molekül detektierbar sind.According to the invention, the specifically bindable substance has a label. Because of the optical evaluation in reflection or transmission come here chromophores or fluorophoric groups. Corresponding dyes are out of the prior art well known. Has proven to be particularly suitable for the application according to the invention highlighted a gold mark. Those of the term "marking" should also be used Groups can be included which are not themselves colored, but by a chemical reaction or can be detected by the specific binding to a colored molecule.

Es ist wichtig, daß sich die in der Probenaufgabezone befindliche markierte Substanz bei der Probenaufgabe möglichst schnell und vollständig von dem Matrixmaterial ablöst und mit dem Flüssigkeitsfluß abtransportiert wird. Als Matrixmaterial haben sich für diese Anwen dung vor allem poröse, faserige oder nicht-faserige Materialien als geeignet erwiesen. Es seien hier Papiere, Vliese, poröse Kunststoffschichten und Membranen genannt. Als be sonders gut geeignet haben sich faserige Matrizes,die einen hohen Anteil an Glasfasern und/oder Synthetikfasern, wie beispielsweise Polyesterfasern und/oder Zellwolle enthalten, herausgestellt. It is important that the labeled substance in the sample zone is at the Detach sample sample as quickly and completely as possible from the matrix material and with the liquid flow is transported away. As a matrix material for these applications Especially porous, fibrous or non-fibrous materials have proven to be suitable. It here are papers, nonwovens, porous plastic layers and membranes. As be Fibrous matrices containing a high proportion of glass fibers are particularly suitable and / or contain synthetic fibers, such as polyester fibers and / or rayon, exposed.

Während des Flüssigkeitstransportes bildet sich aus dem nachzuweisenden Analyten und der markierten Substanz ein Komplex, der ebenfalls mit dem Flüssigkeitsstrom wandert. Dieser Komplex gelangt mit dem Flüssigkeitsstrom in die Detektionszone. Die Detektionszone ist die Zone, die beleuchtet und von der reflektierte oder transmittierte Strahlung detektiert wird. An die Detektionszone ist daher die Forderung zu stellen, daß sie optisch möglichst homogen ist, um den Detektionsprozeß nicht zu stören. Etwaige Inhomogenitäten können jedoch bis zu einem gewissen Grade bei der Auswertung berücksichtigt werden, sofern sie vor und nach der Nachweisreaktion gleich sind. Vermieden werden sollten jedoch solche optischen Inhomogenitäten, die erst bei Befeuchtung der Detektionszone auftreten.During the liquid transport, the analyte to be detected and the labeled substance is a complex that also migrates with the liquid flow. This Complex enters the detection zone with the liquid flow. The detection zone is the zone that illuminates and detects the reflected or transmitted radiation becomes. The requirement for the detection zone is therefore that it be optically possible is homogeneous so as not to interfere with the detection process. Any inhomogeneities can however, to a certain extent be considered in the evaluation, provided that before and after the detection reaction are the same. However, such should be avoided optical inhomogeneities that only appear when the detection zone is moistened.

Als Material für die Detektionszone sind ebenfalls Materialien geeignet, die bereits für die Probenaufgabezone genannt wurden. Die Detektionszone besitzt einen Bereich, der zur Immobilisierung eines Komplexes aus Analyt und markierter Substanz dient. Dieser Bereich kann erzeugt werden, in dem eine den Komplex bindende Substanz auf der Detektionszone aufgebracht wird. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die den Komplex bindende Substanz quer zur Flußrichtung als Strich oder dünnes Band aufzubringen. Striche von mehreren 10tel Millimetern bis mehreren Millimetern, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm Breite haben sich für den Nachweis von Analyten in Konzentrationen von etwa 10^-12 mol/l als sehr gut geeignet erwiesen. Die den Komplex bindende Substanz muß ihrerseits an das Matrix material gebunden sein, so daß sie eine Immobilisierung des Komplexes ermöglicht. Die den Komplex bindende Substanz kann beispielsweise mit einer Kanüle durch ein Inkjet-Verfah ren oder einen Airbrush in der gewünschten Breite aufgebracht werden. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Detektionszone in diesem Bereich aus Zellulosenitrat oder Nitro zelluloseester besteht, da hieran sehr viele Substanzen, insbesondere Proteine oder Nuklein säuren, stark absorptiv gebunden werden. Es ist so möglich, die spezifisch bindende Sub stanz durch reine Absorption genügend fest an die Matrix zu binden. Es ist natürlich auch möglich, die den Komplex immobilisierende Substanz kovalent an die Matrix zu binden.Also suitable as material for the detection zone are materials that have already been mentioned for the sample application zone. The detection zone has an area which serves to immobilize a complex of analyte and labeled substance. This area can be created by applying a substance that binds the complex to the detection zone. It has proven to be advantageous to apply the substance that binds the complex as a line or thin strip, transverse to the direction of flow. Lines of several tenths of a millimeter to several millimeters, preferably of 0.5 to 1 mm in width, have proven to be very suitable for the detection of analytes in concentrations of approximately 10 ^-12 mol / l. The substance that binds the complex must in turn be bound to the matrix material so that it enables the complex to be immobilized. The substance binding the complex can be applied, for example, with a cannula by an inkjet process or an airbrush in the desired width. It has proven to be advantageous if the detection zone in this area consists of cellulose nitrate or nitro cellulose ester, since very many substances, in particular proteins or nucleic acids, are strongly absorptively bound to it. It is thus possible to bind the specific binding substance sufficiently firmly to the matrix by pure absorption. It is of course also possible to covalently bind the substance immobilizing the complex to the matrix.

Informationen über den Aufbau von Testelementen, die im Rahmen der Erfindung verwen det werden können, finden sich in EP-A-0 323 605 und EP-A-0 186 799. Auf diese Litera turstellen wird insbesondere betreffend Matrixmaterialien, chromogener oder fluorophorer Gruppen, spezifisch bindender Substanzen, Substanzen zur Immobilisierung von Komplexen aus Analyt und markierter Substanz sowie der Herstellung dieser Testelemente vollinhaltlich Bezug genommen.Information about the structure of test elements that are used in the context of the invention can be found in EP-A-0 323 605 and EP-A-0 186 799. On these litera The position is particularly concerned with matrix materials, chromogenic or fluorophores Groups, specifically binding substances, substances for immobilizing complexes from analyte and labeled substance as well as the production of these test elements in full Referred.

Vorteilhaft wird die Menge an markierter Substanz im Überschuß zur Analytmenge ge wählt, so daß von einer quantitativen Bindung des Analyten an die markierte Substanz aus gegangen werden kann. Die Substanz, die zur Immobilisierung des Komplexes aus Analyt und markierter Substanz dient, sollte an die markierte Substanz so wenig wie möglich binden, um eine Verfälschung des Analyseergebnisses zu vermeiden. Während die Proben flüssigkeit, in der sich der Komplex aus Analyt und markierter Substanz befindet, die Immobilisierungszone passiert, wird der Komplex aus der Flüssigkeit abgefangen, während ungebundene markierte Substanz weiterwandert. Die Analytmenge bzw. Probenmenge, die auf der Probenaufgabezone aufgegeben wird, sollte groß genug sein, die ungebundene markierte Substanz aus dem Bereich der Detektionszone herauszutransportieren, damit eine Verfälschung des Analyseergebnisses durch markierte Substanz, die nicht an Analyt gebun den ist, vermieden wird. Falls die Probenmenge nicht ausreichend ist, so kann eine Hilfs flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, isotonische Kochsalzlösung oder Detergenzlösung auf die Probenaufgabezone gegeben werden.The amount of labeled substance in excess of the amount of analyte is advantageous selects so that from a quantitative binding of the analyte to the labeled substance can be gone. The substance used to immobilize the complex of analyte and labeled substance should serve to the labeled substance as little as possible bind to avoid falsifying the analysis result. During the rehearsals liquid in which the complex of analyte and labeled substance is located, the Happening immobilization zone, the complex is intercepted from the liquid while unbound labeled substance continues to migrate. The amount of analyte or sample, the on the sample zone should be large enough, the unbound to transport the marked substance out of the area of the detection zone so that a Falsification of the analysis result by labeled substance that is not bound to analyte which is avoided. If the amount of sample is not sufficient, an auxiliary can liquid, such as water, isotonic saline or detergent solution be placed in the sample application zone.

Eine Verwendung des genannten Testelementtyps im Rahmen der vorliegenden Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Menge an Analyt und damit auch die Menge an Komplex aus Analyt und markierter Substanz in einem relativ kleinen und gut definierten Bereich konzentriert wird. In diesem Bereich wird auch bei geringer Analytkonzentration ein hoher Signalpegel erreicht, der ein günstigeres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist, als dies der Fall wäre, wenn die nachzuweisende Markierung über einen größeren Bereich ver teilt wäre, wie dies beispielsweise bei Dünnschichtchromatogrammen der Fall ist. Weiterhin besitzt die Verwendung einer spezifisch bindefähigen Substanz zur Markierung des Analy ten und auch die spezifische Immobilisierung des gebildeten Komplexes den Vorteil, daß eine Trennung des Analyten von anderen Substanzen erfolgt.A use of the type of test element mentioned in the context of the present invention brings with it the advantage that the amount of analyte and thus also the amount Complex of analyte and labeled substance in a relatively small and well-defined Area is concentrated. In this area, even at low analyte concentrations achieved a high signal level, which has a more favorable signal-to-noise ratio than this would be the case if the marking to be verified ver over a larger area would be divided, as is the case with thin-layer chromatograms, for example. Farther has the use of a specifically bindable substance for labeling the analyte ten and also the specific immobilization of the complex formed the advantage that the analyte is separated from other substances.

Vorteilhaft befindet sich ein erfindungsgemäßes Testelement in einem Gehäuse, in dem es gehaltert wird. Das Gehäuse besitzt eine Öffnung zur Aufgabe der Probenflüssigkeit auf die Probenaufgabezone und eine Öffnung, durch die die Detektionszone optisch zugänglich ist. Das Gehäuse besteht in der Regel aus einem Unter- und einem Oberteil, zwischen denen der Testelement eingeklemmt wird. Durch Streben und dergleichen wird dafür gesorgt, daß sich das Testelement innerhalb des Gehäuses in einer wohl definierten Position befindet. Das Gehäuse dient dazu, das Testelement mechanisch zu stabilisieren, eine leichtere Positionie rung zu ermöglichen und das Testelement an den notwendigen Stellen durch Öffnungen zugänglich zu machen. Um die Erhöhung der mechanischen Stabilität zu gewährleisten, werden für das Gehäuse Materialien eingesetzt, die eine ausreichende Steifigkeit aufweisen. Insbesondere kommen hier Kunststoffe, wie Polyethylen oder Polystyrol in Frage. Ein weiterer wichtiger Vorteil des Gehäuses ist es, die Infektionsgefahr für den Anwender herabzusetzen. A test element according to the invention is advantageously located in a housing in which it is held. The housing has an opening for feeding the sample liquid onto the Sample application zone and an opening through which the detection zone is optically accessible. The housing usually consists of a lower and an upper part, between which the Test element is clamped. By striving and the like, it is ensured that the test element is in a well-defined position within the housing. The Housing is used to mechanically stabilize the test element, an easier position enable and the test element at the necessary points through openings to make it accessible. To ensure the increase in mechanical stability, materials are used for the housing that have sufficient rigidity. In particular, plastics such as polyethylene or polystyrene come into question here. On Another important advantage of the housing is the risk of infection for the user belittling.

Zur Auswertung eines Testelementes, das mit Probeflüssigkeit reagiert hat, wird eine Appa ratur verwendet, die eine ortsaufgelöste Auswertung ermöglicht. Diese Apparatur beinhaltet eine Halterung für das Testelement oder ein Gehäuse, in dem sich ein Testelement befindet, zur Positionierung der Detektionszone. Als Halterung kann beispielsweise ein Einschub dienen, bei dem das Testelement an Anschlagkanten geschoben wird, durch die es innerhalb einer Ebene positioniert wird. Bevorzugt wird das Testelement auch von der Oberseite her auf die Unterlage gedrückt, um es in der Senkrechten zu positionieren.An appa is used to evaluate a test element that has reacted with sample liquid used that enables a spatially resolved evaluation. This equipment includes a holder for the test element or a housing in which a test element is located, for positioning the detection zone. An insert can be used as a holder, for example serve, in which the test element is pushed against stop edges through which it is inside is positioned on a plane. The test element is also preferred from the top pressed on the pad to position it vertically.

Ein erfindungsgemäßes System weist weiterhin eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuch tung der Detektionszone des Testelementes auf. Die Beleuchtungseinrichtung kann ein breitbandiges Spektrum besitzen. Bevorzugt ist jedoch eine Beleuchtungseinrichtung mit einem schmalbandigen Spektrum. Insbesondere haben sich Leuchtdioden als vorteilhaft er wiesen. Es sind beispielsweise auch Halogenlampen in Kombination mit Spektralfiltern ge eignet.A system according to the invention also has an illumination device for illuminating tion of the detection zone of the test element. The lighting device can be a have broadband spectrum. However, a lighting device is preferred a narrow band spectrum. In particular, LEDs have proven to be advantageous grasslands. For example, there are also halogen lamps in combination with spectral filters is suitable.

Die Beleuchtungseinrichtung wird so installiert, daß eine möglichst homogene Ausleuchtung der Detektionszone erreicht wird. Insbesondere kann dies mit einer kreisförmigen Anord nung von Leuchtdioden in einer Ebene parallel zur Ebene der Detektionszone erreicht wer den, wobei der Strahlungskegel der Leuchtdioden auf die Ebene der Detektionszone ge richtet ist. Eine Fokussierung der Leuchtdiode auf die Detektionszone ist dabei nicht not wendig.The lighting device is installed in such a way that the illumination is as homogeneous as possible the detection zone is reached. In particular, this can be done with a circular arrangement of light emitting diodes in a plane parallel to the plane of the detection zone the ge, the radiation cone of the light-emitting diodes at the level of the detection zone is aimed. It is not necessary to focus the LED on the detection zone agile.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Frequenzband der Beleuchtungseinrichtung so zu wählen, daß es in den Absorptionsbereich der Markierung der markierten Substanz fallt. Bei mit Goldpartikeln markierten Substanzen, die eine rote Farbe aufweisen, haben sich grüne Leuchtdioden als Lichtquellen gut bewährt. Besonders geeignet sind jedoch blaue Leucht dioden. Es ist im Stand der Technik bekannt, die Lichtquellen so anzusteuern, daß ihre Strahlungsintensität während der Meßwertaufnahme möglichst konstant ist, z. B. durch pulsförmiges Ansteuern der Lichtquellen mit einem geeigneten Strom. Dabei wird die Messung während einer Plateauphase des Lichtimpulses durchgeführt.It has proven to be advantageous to close the frequency band of the lighting device in this way choose that it falls within the absorption range of the label of the labeled substance. At substances marked with gold particles, which have a red color, are green LEDs have proven themselves as light sources. However, blue lights are particularly suitable diodes. It is known in the prior art to control the light sources so that their Radiation intensity is as constant as possible during the measurement, z. B. by pulsed activation of the light sources with a suitable current. The Measurement carried out during a plateau phase of the light pulse.

Die Detektionszone wird mit der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und von ihr reflektier tes oder durch sie transmittiertes Licht mit einem Sensorarray detektiert. Ein solches Sensorarray ist erfindungsgemäß entweder ein zweidimensionales Array, beispielsweise ein CCD-Array oder ein lineares Array, das mit einer Transportvorrichtung quer zur Reihe der Sensoren bewegt wird, so daß dabei eine Fläche überstrichen wird. Zweidimensionale Sensorarrays sind aufgrund ihrer Verwendung in Videokameras bereits relativ kostengünstig erhältlich. Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete Arrays sollten mindestens etwa 250 000 Einzelsensoren aufweisen. Bei einer Größe der Detektionszone im Bereich von 1 cm × 1 cm erreicht man eine Auflösung von ungefähr 0,1 mm in jeder Raumrichtung. Eine Erhöhung der Auflösung wirkt sich vorteilhaft auf die Auswertegenauigkeit aus.The detection zone is illuminated by the illumination device and reflected by it tes light or transmitted through it with a sensor array. Such one According to the invention, the sensor array is either a two-dimensional array, for example a CCD array or a linear array that is used with a transport device across the row of Sensors is moved so that an area is covered. Two-dimensional Sensor arrays are already relatively inexpensive due to their use in video cameras available. Arrays suitable for the use according to the invention should be at least approximately Have 250,000 individual sensors. With a size of the detection zone in the range of 1 cm × 1 cm results in a resolution of approximately 0.1 mm in each spatial direction. A Increasing the resolution has an advantageous effect on the evaluation accuracy.

Bei Verwendung eines linearen Sensorarray kann entweder eine klassische Transportvor richtung verwendet werden, mit der das Sensorarray quer zur Reihe der Sensoren ver schoben wird, es ist jedoch auch möglich, über eine optische Anordnung einzelne Streifen der Detektionszone optisch auf das Zeilenarray abzubilden. Hierfür ist beispielsweise eine Apparatur gemäß DE 32 47 355 geeignet. Besonders vorteilhaft kann auch eine Vorrichtung gemäß P 19520606.1 eingesetzt werden. Zweidimensionale Sensorarrays bieten jedoch den Vorteil, daß in der Apparatur keine beweglichen Teile erforderlich sind. Dafür sind jedoch eindimensionale Arrays wesentlich preisgünstiger und auch leichter anzusteuern, wenn mehrere tausend Bildpunkte pro Reihe aufgelöst werden sollen.When using a linear sensor array, either a classic transport can be used direction are used with which the sensor array ver perpendicular to the row of sensors is pushed, but it is also possible to optically arrange individual strips the detection zone optically on the line array. For example, one is Suitable according to DE 32 47 355. A device can also be particularly advantageous according to P 19520606.1. However, two-dimensional sensor arrays offer that Advantage that no moving parts are required in the apparatus. For that, however one-dimensional arrays much cheaper and easier to control if several thousand pixels per row are to be resolved.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, daß die ortsaufgelöste Auswer tung der Detektionszone und insbesondere des Bereiches um die Immobilisierungszone mit einer ausreichenden Zahl von Sensoren erfolgt. Dafür ist, neben einer ausreichenden Zahl der Einzelsensoren, eine geeignete optische Abbildung der Detektionszone auf das Sensor array notwendig. Die optische Abbildung sollte so erfolgen, daß das Bild der Detektions zone die Fläche des Sensorarrays bzw. die von einem linearen Array überstrichene Fläche, möglichst vollständig ausfüllt. Eine erfindungsgemäße Anordnung besitzt gegenüber einer quantitativen Auswertung von Dünnschichtchromatogrammen den Vorteil, daß der Bereich, in dem das detektierbare Signal auftritt, durch die Immobilisierungszone vorgegeben ist. Es ist daher möglich, die Größe der Detektionszone, die Größe des Sensorarrays und die optischen Abbildungsmittel so aufeinander einzustellen, daß das Sensorarray optimal ausgenutzt wird. In der Regel wird dies durch eine schwache Verkleinerungsoptik zur Abbildung der Detektionszone auf das Sensorarray erreicht. Neben einer konventionellen Ausgestaltung der Optik mit Linsen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen Bildwandler zu verwenden, der aus einer Vielzahl von Lichtleiterfasern besteht, die in ihrer Gesamtheit an dem einen Ende einen Querschnitt aufweisen, der in Größe und Form der Detektions zone entspricht, wobei das andere Ende in Größe und Form dem Sensorarray entspricht. Solche Bildwandler sind beispielsweise bei der Firma Schott erhältlich.An essential aspect of the present invention is that the spatially resolved Auswer device of the detection zone and in particular the area around the immobilization zone a sufficient number of sensors. For that, in addition to a sufficient number of the individual sensors, a suitable optical imaging of the detection zone on the sensor array necessary. The optical imaging should be done so that the image of the detection zone the area of the sensor array or the area covered by a linear array, fills out as completely as possible. An arrangement according to the invention has one quantitative evaluation of thin-layer chromatograms has the advantage that the area in which the detectable signal occurs is predetermined by the immobilization zone. It is therefore possible to determine the size of the detection zone, the size of the sensor array and the adjust optical imaging means so that the sensor array is optimal is exploited. As a rule, this is due to a weak reduction optics The detection zone is mapped onto the sensor array. In addition to a conventional Designing the optics with lenses, it has proven advantageous to use an image converter to use, which consists of a large number of optical fibers, which in their entirety have a cross section at one end, the size and shape of the detection zone corresponds, the other end corresponding in size and shape to the sensor array. Such image converters are available, for example, from Schott.

Wird mit dem erfindungsgemäßen System eine reflektometrische Auswertung durchgeführt, sind die Beleuchtungseinrichtungen bevorzugt um den Rand des abbildenden Systems herum angeordnet. Beispielsweise können Leuchtdioden kreisförmig um das Objektiv herum gruppiert werden. Eine derartige Anordnung der Leuchtdioden verbessert die Homogenität der optischen Ausleuchtung. Als gut geeignet hat sich eine Zahl von 4 bis 30 Leuchtdioden erwiesen.If a reflectometric evaluation is carried out with the system according to the invention, the lighting devices are preferably around the edge of the imaging system arranged around. For example, LEDs can be circular around the lens be grouped. Such an arrangement of the light-emitting diodes improves the homogeneity the optical illumination. A number of 4 to 30 light-emitting diodes has proven to be well suited proven.

Zur Umwandlung der analogen Sensorsignale besitzt das erfindungsgemäße System einen Konverter, der diese Signale digitalisiert. Solche Konverter sind im Stand der Technik hin länglich bekannt und werden in der Regel als Analog-Digitalwandler bezeichnet. Die digi talisierten Sensorsignale werden von einer Auswertevorrichtung, in der Regel einem Mikro computer, ausgewertet.The system according to the invention has one for converting the analog sensor signals Converter that digitizes these signals. Such converters are out of the prior art well known and are usually referred to as analog-digital converters. The digi Talized sensor signals are from an evaluation device, usually a micro computer, evaluated.

Bei den erfindungsgemäßen Testelementen liegt eine Verteilung des Detektionssignales vor, die im wesentlichen durch die Form der Immobilisierungszone bestimmt wird. Im der Auf tragszone zugewandten Bereich ist die Konzentration an Markierungssubstanz groß, während sie in Richtung auf die Saugmatrix hin abnimmt. Es hat sich herausgestellt, daß zur exakten quantitativen Auswertung dieser Art von Testelementen eine integrale Ver messung nicht ausreicht. Hingegen hat es sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen orts aufgelösten Auswertung eine sehr genaue quantitative Auswertung möglich ist. Bei der erfindungsgemäßen Auswertung wird jedes einzelne Sensorsignal in eine Substanzmenge umgerechnet und aufgrund der Einzelmessung die gesamte Substratmenge ermittelt. Mit Kenntnis der auf das Testelement aufgegebenen Probenmenge kann die Konzentration an Analyt bestimmt werden. Der Vorteil der ortsaufgelösten Messung liegt darin, daß der nicht-lineare Zusammenhang zwischen Konzentration und Remission bzw. Absorption besser berücksichtigt werden kann. Die Genauigkeit der Auswertung hängt bei diesem An satz entscheidend davon ab, wie stark die Konzentration innerhalb des Flächenbereiches, der durch einen einzelnen Sensor des Sensorarrays erfaßt wird, konstant ist. Bei Auswertung der beschriebenen Testelemente kann man bei der Auswertung weiterhin davon profitieren, daß durch die Form der Immobilisierungszone die Verteilungskurve der Markierungssub stanz weitestgehend vorgegeben ist. Es ist daher möglich, aufgrund der Meßwerte eine Spline-Funktion anzupassen, so daß bei Berechnung der Menge an immobilisierter Markierungssubstanz eine Interpolation zwischen den einzelnen Meßwerten möglich ist. Dies steigert die Auswertegenauigkeit insbesondere dann, wenn die Signale zweier benach barter Sensoren relativ weit auseinander liegen, da dies darauf hindeutet, daß die Konzen tration bzw. Menge an Markierungssubstanz innerhalb der Fläche, die von einem einzelnen Sensor erfaßt wird, verhältnismäßig stark schwankt.In the test elements according to the invention there is a distribution of the detection signal, which is essentially determined by the shape of the immobilization zone. In the up area facing the bearing zone, the concentration of marking substance is large, as it decreases towards the suction matrix. It has been found that for the exact quantitative evaluation of this type of test elements, an integral ver measurement is not sufficient. On the other hand, it has been shown that with the location according to the invention resolved evaluation a very precise quantitative evaluation is possible. In the Evaluation according to the invention converts each individual sensor signal into a quantity of substance converted and the total amount of substrate determined on the basis of the individual measurement. With Knowing the amount of sample applied to the test element can increase the concentration Analyte can be determined. The advantage of the spatially resolved measurement is that the non-linear relationship between concentration and remission or absorption can be better considered. The accuracy of the evaluation depends on this depends crucially on how strong the concentration within the area, the is detected by a single sensor of the sensor array is constant. When evaluating of the test elements described can still benefit from the evaluation, that by the shape of the immobilization zone, the distribution curve of the marker sub stamping is largely specified. It is therefore possible to use a Adjust spline function so that when calculating the amount of immobilized Interpolation between the individual measured values is possible. This increases the evaluation accuracy especially when the signals are adjacent beard sensors are relatively far apart, as this indicates that the conc tration or amount of marking substance within the area by an individual Sensor is detected, fluctuates relatively strongly.

Wird zur Immobilisierung des Komplexes aus nachzuweisender Substanz und spezifisch bindender markierter Substanz eine Zone mit hoher Symmetrie, beispielsweise ein Strich, gewählt, so gestattet die Berücksichtigung dieser Symmetrie eine Verbesserung der Aus wertegenauigkeit. Wird die Immobilisierungszone als Strich ausgebildet, so sollten die parallelen Zeilen des Sensorarrays, die senkrecht zum Strich verlaufen, einen sehr ähnlichen Signalverlauf aufweisen. Aufgrund dieser Information können beispielsweise Randzonen des Testelements, die einen verzerrten Signalverlauf aufweisen, erkannt und eliminiert werden. Weiterhin können Inhomogenitäten des Testelementes erkannt und berücksichtigt oder eliminiert werden. Sind Zeilen des Sensorarrays lokalisiert worden, die aufgrund dieser Kriterien einen geeigneten Signalverlauf aufweisen, so kann die Auswertung des Test elementes beschleunigt werden, indem die Auswertevorrichtung äquivalente Spalten dieser Zeilen mittelt und die nachfolgenden Berechnungen auf dieser Basis durchführt.Used to immobilize the complex of the substance to be detected and specifically binding labeled substance a zone with high symmetry, for example a line, chosen, the consideration of this symmetry allows an improvement of the off value accuracy. If the immobilization zone is designed as a line, the parallel lines of the sensor array, which are perpendicular to the line, a very similar Show signal course. Based on this information, edge zones of the Test elements that have a distorted signal curve are recognized and eliminated. Furthermore, inhomogeneities of the test element can be recognized and taken into account or be eliminated. Rows of the sensor array have been localized due to this Criteria have a suitable signal curve, so the evaluation of the test element can be accelerated by the evaluation device equivalent columns this Lines averaged and performs the subsequent calculations on this basis.

Eine ortsaufgelöste Auswertung von Testelementen bietet weiterhin den Vorteil, daß eine Korrektur des Hintergrundes möglich ist. Bei einer integralen Auswertung von Testelemen ten kann der Hintergrund, der durch eine Färbung der Detektionszone hervorgerufen wird, die nicht durch die zu detektierende Substanz verursacht wird, lediglich in Form einer Konstanten berücksichtigt werden. Bei dem ortsaufgelösten Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, aufgrund der Signalverteilung den Bereich, der ausgewertet wird, geeignet zu begrenzen, so daß Hintergrundeffekte außerhalb des ausgewählten Bereiches keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Zur Begrenzung des Auswertebereiches wird die gemessene Signalkurve analysiert und Signale von Sensoren, die unterhalb oder oberhalb eines ermittelten Schwellenwertes liegen, bei späteren Berechnungen nicht berücksichtigt. Aufgrund des bereits genannten Signalverlaufes, der durch eine Funktionskurve angenähert werden kann, ist es möglich, mit dieser Funktionskurve durch Extrapolation auch noch Be reiche zu erfassen, in denen die Sensorsignale aufgrund der Schwellenwertkorrektur nicht berücksichtigt wurden.A spatially resolved evaluation of test elements also offers the advantage that a Correction of the background is possible. With an integral evaluation of test elements The background, which is caused by a coloration of the detection zone, can which is not caused by the substance to be detected, only in the form of a Constants are taken into account. In the spatially resolved method of the present According to the invention, it is possible, based on the signal distribution, to determine the area that is being evaluated suitable limit, so that background effects outside the selected area have no influence on the measurement result. To limit the evaluation range The measured signal curve is analyzed and signals from sensors that are below or above of a determined threshold value are not taken into account in later calculations. Because of the signal curve already mentioned, which is approximated by a function curve it is possible to use this function curve by extrapolation rich to detect where the sensor signals are not due to the threshold correction were taken into account.

Aus den Sensorsignalen, die zur Auswertung gelangen, bzw. aus Werten, die durch eine Funktionskurve ermittelt werden, wird durch die Auswertevorrichtung eine Substanzmenge ermittelt. Dies erfolgt in der Regel, in dem die Sensorsignale mit Signalen verglichen wer den, die für bekannte Konzentrationen an Analyt ermittelt wurden. Die Erstellung von Kali brationskurven, die eine Zuordnung von Remissions- oder Transmissionswerten zu der je weiligen Substanzmenge bzw. Substanzkonzentration ermöglichen, ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt.From the sensor signals that are evaluated or from values that are generated by a Functional curve are determined, the evaluation device becomes a quantity of substance determined. This is usually done by comparing the sensor signals with signals those determined for known concentrations of analyte. The creation of potash fration curves that assign remission or transmission values to each allow a certain amount of substance or substance concentration is in the prior art well known.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Figuren naher erläutert:The present invention is explained in more detail with reference to the following figures:

Fig. 1 Aufbau eines Testelements, Fig. 1 configuration of a test element,

Fig. 2 Aufsicht auf ein Gehäuse mit Testelement, Fig. 2 plan view of a housing with the test element,

Fig. 3 Querschnitt durch ein Gehäuse mit Testelement, Fig. 3 cross-section of a housing with the test element,

Fig. 4 Halterung, in die ein Gehäuse eingeschoben ist, Fig. 4 holder into which a housing is inserted,

Fig. 5 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System, Fig. 5 cross-section through an inventive system,

Fig. 6 Signalkurve eines Testelements mit Kontrollstrich, Fig. 6 waveform of a test element with a control line,

Fig. 7 Vergleich von Signalkurven, Fig. 7 Comparison of Waveforms,

Fig. 8 Auswertealgorithmus. Fig. 8 evaluation algorithm.

Fig. 1 zeigt ein Analyseelement, bei dem auf einem Trägermaterial (5) eine Probenauf gabezone (1), eine Erytrozytenabtrennzone (2), eine Detektionszone (3) und eine Saugzone (4) aufgebracht sind. In der Probenaufgabezone (1) ist eine Probenaufgabematrix (6) ange ordnet, die eine Erytrozytenabtrennmatrix (7) teilweise überlappt. Die Erytrozytenabtrenn matrix (7) ihrerseits überlappt etwas die Detektionsmatrix (8) (Detektionszone), auf der eine immobilisierte Substanz in Form eines Striches (9) aufgebracht ist. Eine Saugmatrix (10) überlappt etwas die Detektionsmatrix (8). In der Probenaufgabematrix (6) sind alle diejenigen Reagenzien untergebracht, die zur Bildung eines Komplexes mit dem nachzu weisenden Analyt erforderlich sind. Der hier beispielhaft vorgestellte Testelement dient zur Bestimmung der Konzentration von Troponin T aus Vollblut. Troponin T ist ein wichtiger Indikator zur Bestimmung von Herzmuskelnekrosen. Im vorliegenden Fall besteht die Probenaufgabezone aus 2 übereinanderliegenden Vliesen, wobei das erste mit einem gold markierten Antikörper gegen Troponin T getränkt ist und das zweite Vlies einen biotinylier ten Antikörper gegen Troponin T enthält. Innerhalb der Detektionszone ist ein Strich (9) aus Streptavidin aufgebracht. Fig. 1 shows an analysis element in which a sample application zone ( 1 ), an erytrocyte separation zone ( 2 ), a detection zone ( 3 ) and a suction zone ( 4 ) are applied to a carrier material ( 5 ). In the sample application zone ( 1 ) a sample application matrix ( 6 ) is arranged, which partially overlaps an erytrocyte separation matrix ( 7 ). The erytrocyte separation matrix ( 7 ) in turn slightly overlaps the detection matrix ( 8 ) (detection zone) on which an immobilized substance in the form of a line ( 9 ) is applied. A suction matrix ( 10 ) slightly overlaps the detection matrix ( 8 ). The sample application matrix ( 6 ) contains all those reagents that are required to form a complex with the analyte to be detected. The test element presented here as an example serves to determine the concentration of troponin T from whole blood. Troponin T is an important indicator for the determination of cardiac muscle necrosis. In the present case, the sample application zone consists of 2 superimposed nonwovens, the first one is soaked with a gold-labeled antibody against Troponin T and the second nonwoven contains a biotinylated antibody against Troponin T. A line ( 9 ) of streptavidin is applied within the detection zone.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf ein Gehäuse (12) mit einem Testelement. Das Gehäuse be sitzt zwei Öffnungen, die Probenaufgabeöffnung (13) und die Detektionsöffnung (14). Beide Öffnungen verjüngen sich in Richtung auf das Testelement. Das Gehäuse besitzt weiterhin ein Halteteil (15) zur Verbesserung des Handlings. Fig. 2 shows a plan view of a housing ( 12 ) with a test element. The housing has two openings, the sample application opening ( 13 ) and the detection opening ( 14 ). Both openings taper towards the test element. The housing also has a holding part ( 15 ) to improve handling.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse mit Testelement. Das Testelement liegt auf dem Gehäuseunterteil (17), während das Gehäuseoberteil mit den Gehäuseträgern (18) auf den Anschlägen (19) des Gehäuseunterteils (17) ruht, so daß ein definierter Abstand von Gehäuseunter- und Gehäuseoberteil gewährleistet werden kann. Das Testelement wird durch den einen Anschlag (19) und einen weiteren Anschlag (20) gegen ein Verrutschen gesichert, so daß eine definierte Lage der Probenaufgabezone und der Detektionszone gegenüber den Öffnungen des Gehäuses gewährleistet werden kann. Fig. 3 shows a cross section through a housing with a test element. The test element lies on the lower housing part ( 17 ), while the upper housing part with the housing supports ( 18 ) rests on the stops ( 19 ) of the lower housing part ( 17 ), so that a defined distance from the lower housing and upper housing part can be ensured. The test element is secured against slipping by a stop ( 19 ) and a further stop ( 20 ), so that a defined position of the sample application zone and the detection zone in relation to the openings in the housing can be ensured.

Fig. 3 zeigt weiterhin die Aufgabe einer Probeflüssigkeit mit Hilfe einer Pipette (22) auf die Probenaufgabezone. Die Probe löst aus den Matrizes (11 und 26) biotinylierten Anti körper und goldmarkierten Antikörper, die mit dem Analyten der Probeflüssigkeit binden. Es bilden sich dabei verschiedene Komplexe zwischen Analyt und den zwei genannten Anti körpern aus, die miteinander im Gleichgewicht stehen. Für die Detektion sind insbesondere solche Komplexe wichtig, die sowohl biotinylierten Antikörper als auch goldmarkierten Antikörper aufweisen. Die Probenflüssigkeit mit den gebildeten Komplexen wandert durch die Erytrozytenabtrennmatrix (7) und gelangt in die Detektionszone (8). Hier werden auf grund des auf der Detektionszone aufgebrachten Streptavidinstreifens (9) biotinylierte Antikörper immobilisiert. Lediglich Komplexe, die sowohl Biotin als auch Goldmarkierun gen enthalten, tragen zu dem detektierbaren Signal bei. An die Detektionszone (8) schließt sich ein Saugvlies (10) an. Fig. 3 also shows the application of a sample liquid using a pipette ( 22 ) to the sample application zone. The sample releases from the matrices ( 11 and 26 ) biotinylated antibodies and gold-labeled antibodies, which bind with the analyte of the sample liquid. Different complexes are formed between the analyte and the two antibodies mentioned, which are in equilibrium with each other. Complexes that contain both biotinylated antibodies and gold-labeled antibodies are particularly important for detection. The sample liquid with the complexes formed migrates through the erytrocyte separation matrix ( 7 ) and reaches the detection zone ( 8 ). Due to the streptavidin strip ( 9 ) applied to the detection zone, biotinylated antibodies are immobilized here. Only complexes that contain both biotin and gold markings contribute to the detectable signal. A suction fleece ( 10 ) connects to the detection zone ( 8 ).

Fig. 4 zeigt eine Halterung, in die ein Gehäuse mit Testelement eingeschoben ist. Die Halterung besitzt eine ebene Basisplatte (30), auf der zwei Anschlagkanten (31, 32) montiert sind. An einer Halterung (33) befinden sich Blattfedern (34), die seitlich gegen das Gehäuse (12) drücken. Fig. 4 shows a holder into which a housing with a test element is inserted. The holder has a flat base plate ( 30 ) on which two stop edges ( 31 , 32 ) are mounted. On a holder ( 33 ) there are leaf springs ( 34 ) which press laterally against the housing ( 12 ).

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße System. Die Detektions zone (8) und insbesondere der Immobilisierungsstrich (9) werden durch ein optisches System (40), das schematisch als Linse dargestellt ist, auf das Sensorarray (41) abgebildet. Die Beleuchtung der Detektionszone erfolgt über Leuchtdioden (42), die um das Sensor array (41) herum angeordnet sind. Der Mikroprozessor (CPU) steuert das Sensorarray an. Analoge Signale des Sensorarrays werden mit einem A/D-Wandler (A/D) in digitale Signale umgewandelt, die dem Mikroprozessor (CPU) zugeführt werden. Im Mikroprozessor er folgt auch die Auswertung der Sensorsignale, um die Konzentration an Analyt zu be stimmen. Das Analyseergebnis wird mit Hilfe eines Displays (D) dargestellt. Fig. 5 shows a cross section through the inventive system. The detection zone ( 8 ) and in particular the immobilization line ( 9 ) are imaged on the sensor array ( 41 ) by an optical system ( 40 ), which is shown schematically as a lens. The detection zone is illuminated by light-emitting diodes ( 42 ) which are arranged around the sensor array ( 41 ). The microprocessor (CPU) controls the sensor array. Analog signals from the sensor array are converted into digital signals by an A / D converter (A / D), which are fed to the microprocessor (CPU). The microprocessor also evaluates the sensor signals to determine the concentration of analyte. The analysis result is shown on a display (D).

Fig. 6 zeigt eine Signalkurve eines Testelementes mit einem Kontrollstrich. Dargestellt ist in dieser Figur das Signal einer Zeile eines zweidimensionalen Sensorarrays mit 165 Zeilen und 192 Spalten. Auf der X-Achse der Darstellung ist die jeweilige Spalte des Sensorarrays angegeben. Die Y-Achse zeigt den Grauwert der jeweiligen Sensoren in willkürlichen Ein heiten an. In Fig. 6 ist zu erkennen, daß der Nachweisstrich bei klinisch relevanten Kon zentrationen an Troponin T gegenüber dem Kontrollstrich einen verhältnismäßig kleinen Signalhub aufweist. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer räumlich aufgelösten Messung für dieses Anwendungsgebiet. An den Rändern des Testelements, d. h. bei Spaltenzahlen kleiner als 30 und größer als 170 machen sich Randeffekte bemerkbar, die durch einen Schattenwurf, bedingt durch das Gehäuse auftreten. Dies zeigt, daß es von ent scheidender Bedeutung ist, bei dieser Art von Testelement eine ortsaufgelöste Auswerte methode zu verwenden, die diese Effekte korrigieren bzw. eliminieren kann. Fig. 6 is a waveform showing a test element with a control line. The figure shows the signal of one line of a two-dimensional sensor array with 165 lines and 192 columns. The respective column of the sensor array is indicated on the X axis of the display. The Y axis shows the gray value of the respective sensors in arbitrary units. In Fig. 6 it can be seen that the detection line at clinically relevant concentrations of troponin T compared to the control line has a relatively small signal swing. This illustrates the need for a spatially resolved measurement for this area of application. At the edges of the test element, ie with column numbers less than 30 and greater than 170, edge effects are noticeable, which occur due to shadows caused by the housing. This shows that it is of crucial importance to use a spatially resolved evaluation method with this type of test element, which can correct or eliminate these effects.

Fig. 7 zeigt einen Vergleich von Signalkurven, die von verschiedenen Zeilen des Sensor arrays stammen. Anhand dieser Signalkurven ist zu sehen, daß diejenigen, die aus dem mittleren Bereich des Sensorarrays stammen, sehr ähnlich sind, während Signalkurven aus den äußeren Bereichen aufgrund von Schattenwurf durch das Gehäuse bzw. aufgrund von Störungen des Chromatographieverhaltens am Rande des Testelements einen anderen Signalverlauf aufweisen. FIG. 7 shows a comparison of signal curves that come from different lines of the sensor array. On the basis of these signal curves, it can be seen that those which come from the middle area of the sensor array are very similar, while signal curves from the outer areas have a different signal curve due to shadows cast by the housing or due to disturbances in the chromatography behavior at the edge of the test element .

BezugszeichenlisteReference list

1 Probenaufgabezone
2 Erytrozytenabtrennzone
3 Detektionszone
4 Saugzone
5 Trägermaterial
6 Probenaufgabematrix
7 Erytrozytenabtrennmatrix
8 Detektionsmatrix
9 Strichförmige Immobilisierungszone
10 Saugmatrix
11 Probenaufgabematrix getränkt mit goldmarkiertem Antikörper
12 Gehäuse
13 Probenaufgabeöffnung
14 Detektionsöffnung
16 Gehäuseoberteil
17 Gehäuseunterteil
18 Gehäuseträger (Abstandshalter)
19 Anschlag
20 Anschlag
21 Steg unter Gehäuseoberteil
22 Pipette
23 Probenflüssigkeit
26 Probenaufgabematrix getränkt mit biotinmarkiertem Antikörper
30 Basisplatte
31, 32 Anschlagkanten
33 Halterung
34 Blattfedern
40 Linsensystem/optisches System
41 Sensorarray
42 Leuchtdioden
A/D analog/Digitalwandler
CPU Mikroprozessor
D Display 1 sample application zone
2 erytrocyte separation zone
3 detection zone
4 suction zone
5 carrier material
6 sample application matrix
7 Erytrocyte separation matrix
8 detection matrix
9 Line-shaped immobilization zone
10 suction matrix
11 Sample application matrix soaked with gold-labeled antibody
12 housing
13 Sample feed opening
14 detection opening
16 upper housing part
17 lower housing part
18 housing supports (spacers)
19 stop
20 stop
21 bridge under the upper part of the housing
22 pipette
23 sample liquid
26 Sample application matrix soaked with biotin-labeled antibody
30 base plate
31 , 32 stop edges
33 bracket
34 leaf springs
40 lens system / optical system
41 sensor array
42 light emitting diodes
A / D analog / digital converter
CPU microprocessor
D display

Claims

1. System for the quantitative, spatially resolved evaluation of test elements, including

a) a holder for a test element, through which the test element is positioned,
b) a test element with a sample application zone which contains a labeled substance which binds specifically to the analyte and a detection zone which contains an area which serves to immobilize a complex of analyte and labeled substance,
c) an illumination device for illuminating the detection zone of the test element,
d) a sensor array in which either a multiplicity of sensors are arranged in an area or a multiplicity of sensors are arranged in a row and this linear array is moved transversely to the row of sensors by a transport device so that an area is swept over,
e) a converter for converting the sensor signals into digital signals,
f) an evaluation unit for evaluating the digital signals in order to determine the analyte concentration,
g) a display to show the evaluation results.

2. System according to claim 1, wherein the specifically labeled substance to the Analyte binds, is an antibody against the analyte.

3. System according to claim 1 or 2, wherein the sample application zone further a has labeled substance that binds to the analyte and that in the detection zone can be immobilized.

4. System according to claim 1, wherein the labeling of the labeled substance, the binds specifically to the analyte, is a gold label.

5. System according to claim 1, in which in the detection zone of the test element Substance is applied in a line, which is used to immobilize the complex Analyte and labeled substance is used.

6. System according to claim 5, wherein the line-shaped immobilization zone Has width of 0.5 to 1 mm.

7. The system of claim 1, wherein the test element in a housing with two Openings is located, the first opening accessible to the sample application zone and the second opening makes an optical examination of the detection zone possible.

8. The system of claim 1, wherein the lighting be from 4 to 30 light emitting diodes stands, which are arranged in a circle in a plane and aligned so that they the Illuminate the detection zone.

9. The system of claim 1, wherein the sensor array is at least 250,000 sensors having.

10. System according to claim 5, wherein the test element in addition to the line-shaped Immobilization zone has a second line-shaped immobilization zone the labeled substance that is specifically bindable to the analyte is immobilized without that the specifically bindable substance is bound to an analyte.

11. Method for the quantitative evaluation of test elements,

with a test element which has a sample application zone and a detection zone and the sample application zone contains a labeled substance which binds specifically to the analyte and an immobilization zone is arranged in the region of the detection zone in which a complex of analyte and labeled substance is immobilized,
a sample liquid is applied to the sample application zone of the test element and after an incubation period the detection zone of the test element is illuminated with an illumination device,
- It is reflected from the detection zone or light transmitted through the detection zone is detected with a sensor array, wherein
the sensor array either has a multiplicity of sensors in one area or a multiplicity of sensors in a row,
Signals from the sensor array are converted into digital signals,
- The digitized sensor signals are evaluated with an evaluation unit for determining the concentration of an analyte and
- The analyte concentration is shown on a display.

12. The method according to claim 11, wherein the lighting device is pulsed is controlled.

13. The method according to claim 11, wherein the sensor signals with a calibration curve are converted into concentration values, which are used as base values for determining a Concentration curve can be used.

14. The method according to claim 13, wherein

a test element with a line-shaped immobilization zone is used,
Lines of the sensor array which are arranged perpendicular to the line-shaped immobilization zone are compared with one another,
- Lines that deviate from curves in the center of the test element are deleted and
- An averaged curve is calculated from the remaining curves and used for further evaluation.

15. The method according to claim 11, wherein the signal curve of individual lines of the Sensor arrays analyzed and areas below. . . % of the signal swing in the center of the detection signal are eliminated.

16. The method of claim 11, wherein a test element is used which except a line-shaped immobilization zone in the detection zone another line shaped immobilization zone within the detection zone, which is detectable immobilized labeled substance that is not bound to analyte and the signal ver run in the area of this second immobilization zone as a correction value for the off evaluation of the first immobilization zone is used.