PL201164B1 - Układ analizujący z elementem testowym oraz element testowy do analitycznego badania - Google Patents

Abstract

Uk lad analizuj acy z elementem testowym do analitycz- nego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierz at wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze folia no sna (5) ele- mentu testowego (2) zawiera optyczn a warstw e swiat lowo- dow a (26) oraz zawiera obszar wychwytywania swiat la (33), który jest cz esci a p laskiej strony folii no snej (5), do której zamocowane jest pole testowe (7) ze stref a detekcyjn a (24) pola testowego (7), a warstwa swiat lowodowa (26) ma powierzchni e wej sciow a dla sprz egania swiat la pierwotnego w warstw e swiat lowodow a (26) tak, ze odcinek swiat lowo- dowy (32) drogi swiat la pierwotnego (29) przebiega we- wn atrz warstwy swiat lowodowej (26), pomi edzy powierzch- ni a wej sciow a (31) i stref a detekcyjn a (24), a odbite z roz- proszeniem w strefie detekcyjnej (24) swiat lo wtórne zostaje odbijane do warstwy swiat lowodowej (26), za s odcinek swiat lowodowy (34) drogi swiat la wtórnego przebiega we- wn atrz folii no snej (5), pomi edzy stref a detekcyjn a (24) i detektorem (17). Przedmiotem wynalazku jest tak ze ele- ment testowy do analitycznego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierz at. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ analizujący z elementem testowym oraz element testowy do analitycznego badania próbki.

Do jakościowej i ilościowej analizy składników ciekłej próbki, zwłaszcza cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierząt, w szerokim zakresie stosuje się testy fotometryczne powiązane z nośnikiem. Stosuje się przy tym elementy testowe, które z reguły zawierają układ wskaźnikowy składający się z wielu odczynników. W celu przeprowadzenia reakcji element testowy wprowadza się w kontakt z próbką. Reakcja próbki i odczynnika prowadzi do charakterystycznej dla analizy zmiany elementu testowego, mierzalnej optycznie.

W zakresie medycznym jako próbka służy przede wszystkim krew i mocz. Poniżej, bez ograniczania ogólności stosowania, uwzględniono przykładowo analizę krwi. Szczególnie ważnym zakresem stosowania, w którym wynalazek znajduje bardzo duże zastosowanie, jest kontrola poziomu cukru we krwi u cukrzyków, a przede wszystkim samokontrola cukru we krwi (home monitoring).

Przyrząd służący do pomiaru charakterystycznych dla analizy zmian elementu testowego, a tym samym do oceny wyniku analizy, jest z reguły przeznaczony dla elementów testowych jednoznacznie określonego typu i określonego wytwórcy. Elementy testowe i przyrząd oceniający wyniki pomiarów tworzą w ten sposób wzajemnie do siebie dobrane części składowe i zwykle są razem określane jako układ analizatora.

Elementy testowe stosowane przy testach fotometrycznych, często mają kształt znanego paska testowego, w którym przynajmniej jedno pole testowe umocowane jest na płaskiej stronie zwykle podłużnej folii nośnej z tworzywa sztucznego. Pole testowe składa się z wielu warstw umieszczonych jedna na drugiej, które zawierają różne składniki układu wskaźnikowego i/lub spełniają różne funkcje. Próbkę nanosi się na górną stronę pola testowego. Po upływie koniecznego czasu reakcji, w strefie detekcyjnej pola testowego, za pomocą przyrządu oceniającego zmierzone wartości można zmierzyć metodą odbiciowo-fotometryczną charakterystyczną dla analizy zmianę barwy. Strefa detekcyjna znajduje się często na dolnej stronie pola testowego, która zwrócona jest do folii nośnej, przy czym folia nośna w obszarze pola testowego posiada otwór poprzez który dokonuje się pomiaru fotometrycznego. Fotometryczne urządzenie pomiarowe analizatora składa się zasadniczo z nadajnika świetlnego (np. diody świecącej) skierowanego na strefę detekcyjną oraz z detektora skierowanego również na strefę detekcyjną. Tego rodzaju układ analizatora opisany jest przykładowo w opisach patentowych US 5 281 395 i 5 424 035.

Fotometryczne układy analizatorów z elementami testowymi w tani sposób umożliwiają analizy z dużą dokładnoś cią, gdyż elementy testowe można wytwarzać tanio i o bardzo wysokiej jakości, a fotometryczna technika pomiarowa umożliwia bardzo dokładną ocenę barwy wywołanej w strefie detekcyjnej. Manipulowanie podczas pomiaru nie jest jednak optymalne. Powstaje szczególnie duże ryzyko zanieczyszczenia przyrządu pomiarowego.

Wynika to stąd, że ze względu na układ pomiarowy konieczny przy pomiarze fotometrycznym pole testowe znajduje się bezpośrednio ponad układem oświetlającym i optycznym. Z tego względu konieczne jest, aby próbka np. kropla krwi, została bardzo dokładnie umieszczona na polu testowym. Nie zawsze jest to możliwe zwłaszcza, że szczególnie ważną grupą użytkowników układów analizatorów z elementem testującym są diabetycy, a właśnie ci pacjenci, często na skutek podeszłego wieku i ograniczonej zdolności, mają duże trudności, aby kropkę krwi uzyskaną przez nakłucie swego palca precyzyjnie i bez zanieczyszczeń z otoczenia, nanieść na pole testowe. Tego rodzaju zanieczyszczenia mogą powodować zabrudzenie układu optycznego co drastycznie pogarsza dokładność dokonywanych następnie pomiarów. Poza tym czyszczenie zabrudzonych części przyrządu jest nieprzyjemne. Przy wielu zastosowaniach w wyniku takich zanieczyszczeń może powstać infekcja.

Bliższe informacje o elementach przewodzących światło, w których przesyłanie światła bazuje na całkowitym odbiciu, można uzyskać z odpowiedniej literatury. W zakresie analiz, światłowody stosuje się przede wszystkim tam, gdzie pomiar ma być wykonany w miejscu trudno dostępnym (na przykład we wnętrzu rury lub wewnątrz naczynia w ciele człowieka).

Przykładowo w opisie EP 00 47 094 opisana jest tego rodzaju sonda pomiarowa do pomiaru różnych własności optycznych materii in situ. Opisy patentowe US 5 452 716 i Re 33,064 zawierają przykłady dla typu czujników analitycznych, w których analiza bazuje na osłabionym odbiciu całkowitym (attennated total reflection ATR), jakie obserwuje się w światłowodzie. Wzajemne oddziaływanie pomiędzy światłowodem i otaczającą go próbką bazuje tutaj na zanikającym (evanescenten) polu,

PL 201 164 B1 które otacza światłowód, w którym zachodzi całkowite odbicie. W licznych publikacjach omawiany jest inny typ światłowodowych czujników, przy którym na jeden koniec włókna światłowodowego nanosi się odczynnik, a światło pomiarowe doprowadza się do tego końca poprzez włókno światłowodowe, które to światło doznaje tam zmiany wskutek reakcji analizowanej substancji z odczynnikiem (US 5 127 077, US 5 234 835) lub przy którym odczynnik zintegrowany jest z włóknem światłowodowym (US 4 846 548).

W opisie DE 19 828 343 A1 przedstawiony jest czujnik optyczny do analizy gazów, w którym przynajmniej jedna przezroczysta warstwa wrażliwa na gaz, zamocowana jest na światłowodzie w róż nych poł o ż eniach tak, ż e przebiega poprzez nią ś wiatł o przechodzące poprzez ś wiatł owód w celu pomiaru absorpcji lub współczynnika załamania w warstwie wrażliwej na gaz. Mimo tego, że te znane sposoby dotyczą innych dziedzin zastosowania i różnią się znacznie od niniejszego wynalazku, to znane ze stanu techniki informacje o technice światłowodowej, na przykład odpowiednie materiały do przewodzenia światła, powłoki usprawniające całkowite odbicie lub tym podobne, mogą być użyteczne również dla tego wynalazku.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie fotometrycznego układu analizatora z elementem testowym oraz elementu testowego do analitycznego badania, które zapewnią bardzo dobrą dokładność pomiaru i umożliwią jednocześnie łatwą obsługę.

Układ analizujący z elementem testowym do analitycznego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierząt, zawierający elementy testowe z folią nośną z tworzywa sztucznego oraz z polem testowym umocowanym do płaskiej strony folii nośnej, wprowadzanym w kontakt z próbką tak, że ciekłe składniki próbki wnikają w pole testowe, przy czym pole testowe zawiera układ reagentów, zaś część składową pola testowego stanowi strefa detekcyjna usytuowana na stronie pola testowego zwróconej do folii nośnej, a ponadto zawierający przyrząd oceniający zmierzone wartości, mający zamocowanie dla elementu testowego dla usytuowania elementu testowego w położeniu pomiarowym oraz mający urządzenie pomiarowe do pomiaru optycznie mierzalnej zmiany w strefie detekcyjnej, przy czym urządzenie pomiarowe zawiera nadajnik świetlny do oświetlania strefy detekcyjnej światłem pierwotnym oraz detektor do detekcji odbitego przy tym od strefy detekcyjnej rozproszonego światła wtórnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że folia nośna elementu testowego zawiera optyczną warstwę światłowodową oraz zawiera obszar wychwytywania światła, który jest częścią płaskiej strony folii nośnej do której zamocowane jest pole testowe ze strefą detekcyjną pola testowego, a warstwa światłowodowa ma powierzchnię wejściową dla sprzęgania światła pierwotnego w warstwę światłowodową tak, że odcinek światłowodowy drogi światła pierwotnego przebiega wewnątrz warstwy światłowodowej, pomiędzy powierzchnią wejściową i strefą detekcyjną, a odbite z rozproszeniem w strefie detekcyjnej światło wtórne zostaje odbijane do warstwy światłowodowej, zaś odcinek światłowodowy drogi światła wtórnego przebiega wewnątrz folii nośnej, pomiędzy strefą detekcyjną i detektorem.

Korzystnie, według wynalazku element testowy usytuowany jest w pozycji pomiarowej tak, że pierwszy częściowy odcinek elementu testowego znajduje się wewnątrz obudowy przyrządu oceniającego zmierzone wartości, a drugi częściowy odcinek wystaje z obudowy przyrządu oceniającego zmierzone wartości, przy czym powierzchnia wejściowa usytuowana jest w pierwszym częściowym odcinku a pole testowe znajduje się w drugim częściowym odcinku.

Element testowy do analitycznego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierząt, z folią nośną z tworzywa sztucznego oraz z umocowanym do pł askiej strony folii noś nej polem testowym, wprowadzanym w kontakt z próbką tak, że ciekłe składniki próbki wnikają w pole testowe, przy czym pole testowe zawiera układ reagentów, zaś część składową pola testowego stanowi strefa detekcyjna odbijająca z rozproszeniem padające na nią światło pierwotne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że folia nośna elementu testowego posiada optyczną warstwę światłowodową oraz zawiera obszar wychwytywania światła, który jest częścią płaskiej strony folii nośnej, do której zamocowane jest pole testowe ze strefą detekcyjną, a warstwa światłowodowa ma powierzchnię wejściową dla sprzęgania światła pierwotnego tak, że odcinek światłowodowy drogi światła pierwotnego sprzęganego z warstwą światłowodową, przebiega wewnątrz warstwy światłowodowej, pomiędzy powierzchnią wejściową i strefą detekcyjną , natomiast odbite z rozproszeniem od strefy detekcyjnej ś wiatł o wtórne odbijane jest do warstwy światłowodowej, zaś odcinek światłowodowy drogi światła wtórnego, przebiega wewnątrz folii nośnej, pomiędzy strefą detekcyjną i detektorem.

Korzystnie, w elemencie testowym według wynalazku, przeciwległa do obszaru wychwytywania światła strona warstwy światłowodowej przynajmniej odcinkami wykonana jest tak, że kierunek rozprzestrzeniania się światła pierwotnego zmienia się na kierunek prowadzący do strefy detekcyjnej.

PL 201 164 B1

Przeciwległa strefie detekcyjnej strona warstwy światłowodowej przynajmniej odcinkami wykonana jest tak, że kierunek rozprzestrzeniania się światła wtórnego odbitego od strefy detekcyjnej jako rozproszone, zmienia się na kierunek prowadzący w warstwie światłowodowej do detektora.

Ciekłe składniki próbki w polu testowym transportowane są aż do płaskiej strony folii nośnej, do której umocowane jest pole testowe i zwilżają warstwę światłowodową w obszarze wychwytywania światła.

Warstwa światłowodowa w obszarze wychwytywania światła jest uszorstniona.

Pole testowe zawiera składniki silnie rozpraszające optycznie.

Korzystnie, w elemencie testowym według wynalazku folia nośna ma dwie warstwy światłowodowe, przy czym światło pierwotne sprzęgane jest z pierwszą warstwą światłowodową stanowiącą światłowód pierwotny, a światło wtórne ze strefy detekcyjnej sprzęgane jest z drugą warstwą światłowodową, stanowiącą światłowód wtórny.

Pole testowe umocowane jest na płaskiej stronie światłowodu pierwotnego odwróconej od światłowodu wtórnego.

Warstwy światłowodowe przynajmniej na części swej długości oddzielone są blokadą optyczną, przy czym optyczna blokada zawiera trzy warstwy składowe, z których pierwsza warstwa składowa sąsiaduje ze światłowodem pierwotnym i ma współczynnik załamania, który jest mniejszy od współczynnika załamania światłowodu pierwotnego, a druga warstwa składowa sąsiaduje ze światłowodem wtórnym i ma współczynnik załamania, który jest mniejszy niż współczynnik załamania światłowodu wtórnego, przy czym trzecia warstwa składowa przebiega pomiędzy pierwszym odcinkiem składowym i drugą warstwą składową i odbija metalicznie.

Warstwa światłowodowa w układzie według wynalazku wykonana jest z materiału, który w zakresie długości fal światła pierwotnego jest bardzo przezroczysty, a więc ma możliwie małą absorpcję optyczną. Korzystnie, jego współczynnik załamania n2 jest większy od współczynnika załamania n1 dla otoczenia (na przykład powietrza lub innej podobnej powłoki) tak, że w warstwie światłowodowej zachodzi odbicie zupełne. Mechanizm prowadzenia światła w warstwie światłowodowej może jednak bazować także na metalicznym odbiciu powierzchni granicznych ograniczających warstwę światłowodową.

Powierzchnia wejściowa, poprzez którą światło wchodzi do warstwy światłowodowej, korzystnie utworzona jest przez powierzchnie przecięcia po jednej stronie brzegowej warstwy światłowodowej. W korzystnym przypadku pasma testowego z wydłużoną , pasmową folią nośną , wprowadzanie światła następuje korzystnie poprzez powierzchnię czołową na jednym z końców warstwy światłowodowej. Z powierzchni wejściowej, światło pierwotne, korzystnie w warunkach całkowitego odbicia, kierowane jest do obszaru wychwytywania, który stanowi część jednej z obu płaskich stron folii nośnej.

Aby w obszarze wychwytywania spowodować żądane wyprowadzenie światła z warstwy światłowodowej do strefy detekcyjnej pola testowego, można zastosować rozmaite środki, które będą bliżej wyjaśnione poniżej. Zwłaszcza przez odpowiednie zabiegi można uzyskać to, że w obszarze wychwytywania współczynnik załamania w otoczeniu warstwy światłowodowej nie jest niższy lub jest tylko niewiele niższy od współczynnika załamania warstwy światłowodowej tak, że odbicie całkowite nie zachodzi lub zachodzi tylko w niewielkim zakresie.

Wychwytywanie światła można usprawnić również za pomocą tego, że uszorstnia się powierzchnię warstwy światłowodowej w obszarze wychwytywania. Wyprowadzanie światła można również powodować przez odpowiednie prowadzenie światła wewnątrz warstwy światłowodowej, wskutek czego przynajmniej większa część światła pierwotnego w obszarze wychwytywania pada na powierzchnię graniczną zwróconą do pola testowego pod kątem, który jest większy od kąta granicznego do odbicia całkowitego (sina_c = n₁/n₂). Można to uzyskać zwłaszcza przez to, że płaska strona warstwy światłowodowej przeciwległa do obszaru wychwytywania, przynajmniej odcinkowo tak jest ścięta, że światło pierwotne odbijane jest do strefy detekcyjnej.

Światło wtórne ze strefy detekcyjnej odbite jako rozproszone, odbijane jest do warstwy światłowodowej i tam, również korzystnie w warunkach odbicia całkowitego, przebywa przynajmniej pewną część drogi do detektora. Zasadniczo istnieje możliwość, aby światło pierwotne i światło wtórne przesyłane były w jednowarstwowej folii nośnej, to znaczy w tej warstwie światłowodowej. Korzystna jest jednak postać wykonania w której folia nośna ma dwie warstwy światłowodowe, w których światło pierwotne i światło wtórne przebiegają osobno. Za pomocą odpowiednich środków, które zostaną dalej omówione bliżej, można uzyskać to, że światło uchwycone przez detektor w znacznym stopniu

PL 201 164 B1 jest wolne od zakłócających części światła pierwotnego. Uzyskuje się przez to bardzo dobry stosunek sygnału do tła.

Korzystnie, folia nośna składa się zasadniczo tylko z jednej lub z dwóch warstw światłowodowych. Istnieje jednak także możliwość wykonania folii nośnej jako wielowarstwowej z udziałem innych warstw, które spełniają inne zadania (na przykład odnośnie mechanicznych własności folii nośnej).

Należy przy tym uwzględnić, że warstwy światłowodowe mają bardzo mały przekrój poprzeczny. Folia nośna powinna być możliwie cienka, aby oszczędzić materiał, ciężar i objętość opakowania. Wynika z tego bardzo niewielka grubość zintegrowanej z folią nośną warstwy światłowodowej względnie warstw światłowodowych. Korzystnie całkowita grubość jest mniejsza niż 3 mm, szczególnie korzystnie jest mniejsza niż 1 mm. Jej szerokość (mierzona poprzecznie do kierunku przebiegu światła) wynosi korzystnie najwyżej 10 mm, szczególnie korzystnie najwyżej 6 mm. Na podstawie wyników doświadczalnych wynika, że grubość warstw światłowodowych powinna mieć przynajmniej około 10 μm.

Z eksperymentalnego stosowania wynalazku wynika to, że mimo pozornie niekorzystnych warunków brzegowych (małe powierzchnie wejściowe i przekroju poprzecznego, małe natężenie światła pierwotnego w strefie detekcyjnej) uzyskuje się dobrą dokładność pomiarów.

Według wynalazcy wynika to stąd, że w porównaniu do konwencjonalnych pomiarów rozproszone odbicie w strefie detekcyjnej elementów testowych powoduje zwiększony udział detekcjonowanego światła wtórnego jako sygnału użytecznego.

Jednocześnie wynalazek umożliwia istotne uproszczenie obsługi, zwłaszcza odnośnie pozbawionego zanieczyszczeń umieszczania próbki. Dotyczy to zwłaszcza korzystnej postaci wykonania, przy której w pozycji pomiarowej elementu testowego pole testowe z miejscem na wprowadzenie krwi, znajduje się poza przyrządem oceniającym zmierzone wartości. Możliwe jest więc tak zwane outside dosing przy fotometrycznych układach analizatora. Dotychczas taka możliwość istniała tylko dla elektrochemicznych układów analizujących, które jednak w porównaniu z forometrycznymi układami osiągają mniejszą dokładność względnie wymagają zwiększonych kosztów. Poza tym, w przeciwieństwie do układów fotometrycznych, nie dają one możliwości kontrolowania analizy za pomocą obserwacji wizualnej zmiany barwy w strefie detekcyjnej.

Cechy opisane w przykładzie wykonania mogą być stosowane osobno lub w kombinacjach, w celu utworzenia korzystnych postaci wykonania wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia perspektywicznie, zasadniczy widok układu analizującego, fig. 2 - widok z boku, częściowo w przekroju, przyrządu oceniającego zmierzone wartości, z elementem testowym znajdującym się w pozycji pomiarowej, fig. 3 - zasadniczy widok z boku, przedstawiający drogę światła pomiarowego w układzie analizującym według wynalazku, fig. 4 - szczegółowy widok wycinka z fig. 3, fig. 5 - widok w przekroju, korzystnej postaci wykonania folii nośnej, fig. 6 - krzywe pomiarowe odbicia rozproszonego strefy detekcyjnej w zależności od czasu, dla trzech stężeń glukozy, a fig. 7 - przedstawia graficznie wyniki pomiaru porównawczego dla układu analizującego według wynalazku i dla konwencjonalnego układu analizującego.

Układ analizujący 1 przedstawiony na fig. 1 i 2 składa się z elementu testowego 2 i przyrządu 3 oceniającego zmierzone wartości. Element testowy 2 wykonany jest jako pasmo testowe 2 z podłużnej folii nośnej 5 wykonanej z tworzywa sztucznego oraz z pola testowego 7 umocowanego do górnej, płaskiej strony 6 folii nośnej 5.

Element testowy 2, poprzez otwór 10 w obudowie 11 przyrządu 3 oceniającego zmierzone wartości, wsunięty jest w zamocowanie 12 elementu testowego i w ten sposób usytuowany jest w pozycji pomiarowej przedstawionej na fig. 2. Przyrząd 3 oceniający zmierzone wartości, zawiera elektroniczne układy pomiarowe i opracowujące zmierzone wartości, które to układy w tym przypadku mają postać płytki obwodu drukowanego 14 i scalonych układów przełączających 15. Do układów pomiarowo-oceniających 13 dołączony jest nadajnik świetlny 16, korzystnie w postaci diody świecącej (LED) oraz detektor 17 wykonany korzystnie jako fotodioda, które stanowią części składowe optycznego urządzenia pomiarowego 18.

W celu przeprowadzenia analizy, kroplę badanej cieczy 21 wprowadza się na stronę pola testowego 7 (górną stronę) odwróconą od folii nośnej 5. Umieszczanie próbki ułatwione jest przez to, że tylko pierwszy odcinek 22 stanowiący część elementu testowego 2 usytuowanego w położeniu pomiarowym, znajduje się wewnątrz obudowy 11, natomiast drugi odcinek 23 zawierający pole testowe 7, wystaje z obudowy 11 i jest przez to łatwo dostępny. Ciecz wnika w pole testowe 7 rozpuszcza6

PL 201 164 B1 jąc zawarte w nim odczynniki i dociera aż do strefy detekcyjnej 24, która znajduje się na tej stronie pola testowego 7 (dolnej stronie), która zwrócona jest do folii nośnej 5.

Reakcja analizowanych substancji zawartych w próbce, z układem wskaźnikowym, wywołuje zmiany mierzalne optycznie, zwłaszcza zmianę barwy strefy detekcyjnej 24. W celu fotometrycznej oceny, przy oświetleniu strefy detekcyjnej 24 światłem pierwotnym, mierzy się natężenie światła wtórnego odbitego z rozproszeniem. W ramach wynalazku dokonuje się to za pomocą specjalnie ukształtowanego elementu testowego 2, oraz współpracująca z nim częścią optycznego urządzenia pomiarowego 18. Korzystna postać wykonania przedstawiona jest wyraźniej na fig. 3 i 4.

Folia nośna obejmuje przynajmniej jedną optyczną warstwę przewodzącą światło - warstwę światłowodową 26 o ustalonych własnościach pod względem optycznej przezroczystości i współczynnika załamania.

Według wynalazku folia nośna 5, jak to przedstawiono na fig. 3 i 4, zawiera korzystnie dwie warstwy światłowodowe 26, przy czym górna warstwa światłowodowa służy jako światłowód pierwotny 27, a dolna warstwa światłowodowa służy jako światłowód wtórny 28. Światło pierwotne 29 z nadajnika świetlnego 16, za pomocą soczewki 30 wprowadzane jest do pierwotnego światłowodu 27 poprzez jego tylną powierzchnię czołową, służącą jako sprzęgająca powierzchnia wejściowa 31 i transportowane jest w światłowodzie pierwotnym 27 aż do pola testowego 7. Obszar górnej, płaskiej strony 6 warstwy światłowodowej 26 znajdujący się w jednej linii z polem testowym, przynajmniej częściowo służy jako obszar wychwytywania światła 33, w którym światło pierwotne 29 ze światłowodu pierwotnego 27 wprowadzane jest do strefy detekcyjnej 24 pola testowego 7.

W przedstawionej postaci wykonania wychwycenie pierwotnego światła 29 powodowane jest zasadniczo przez to, że położona naprzeciwlegle względem obszaru wychwytywania 33 (a więc także względem pola testowego 7), dolna, płaska strona 8 folii nośnej 5, (przy przedstawionej dwuwarstwowej postaci wykonania folii nośnej dolna, płaska strona światłowodu pierwotnego 27), wykonana jest tak, że światło pierwotne odchylane jest do strefy detekcyjnej 24 pola testowego 7. Ta zmiana kierunku rozprzestrzeniania się światła powodowana jest przez odbijającą powierzchnię 25, która korzystnie nachylona jest pod kątem około 45°. W celu poprawienia jej własności odbijających jest ona wypolerowana i/lub wyposażona w metalowo błyszczącą powłokę. Możliwe są odchylenia od kąta 45°, przy czym jest szczególnie korzystny kąt pomiędzy 30° i 60°.

Alternatywnie lub dodatkowo można przeprowadzić dalsze zabiegi, aby wspomagać wychwytywanie światła pierwotnego 29 w obszarze wychwytywania światła 33. Zwłaszcza, przy zastosowaniu kleju dobranego do współczynnika, pole testowe powinno być tak zamocowane, że w obszarze wychwytywania światła 33 współczynnik załamania w otoczeniu folii nośnej 5 nie jest niższy lub tylko niewiele niższy od współczynnika załamania warstwy światłowodowej 26. W każdym przypadku powinien on być wyższy niż poza obszarem wychwytywania światła 33.

W tym samym sensie korzystne jest, gdy pole testowe umocowane jest tak i jest tak przystosowane do zasysania, że ciekłe składniki próbki przenikają w obszarze wychwytywania światła 33 aż do płaskiej strony 6 folii nośnej i zwilżają ją w obszarze wychwytywania światła 33. Współczynnik załamania wodnistej próbki cieczowej wynosi około n = 1,33. Wartość ta jest wprawdzie wyraźnie niższa od współczynnika załamania materiału z tworzywa sztucznego korzystnego do wytwarzania folii nośnej 5, który to współczynnik wynosi 1,4 do 1,7, jednakże przez zwilżenie obszaru wychwytywania światła 33 próbką cieczową, wychwytywanie światła pierwotnego 29 ulega poprawie, gdyż współczynnik załamania wody jest wyraźnie wyższy od współczynnika załamania powietrza (n=1). Ponadto wychwytywanie w obszarze wychwytywania 33 ułatwione jest, gdy powierzchnia folii nośnej 5 zostanie uszorstniona.

Aby uzyskać możliwie dobrą dokładność pomiaru, korzystne jest, gdy pole testowe, przynajmniej w strefie detekcyjnej, zawiera składniki silnie optycznie rozpraszające. Korzystnie jest, gdy współczynnik rozproszenia μ.; jest większy niż współczynnik absorpcji μ materiału pola testowego. Szczególnie korzystne jest, gdy μ stanowi wielokrotność p_s. Przykładowo μ może być 10 razy lub nawet więcej niż 100 razy większy od pg. Odbicie rozproszone powodowane przez materiał pola testowego (przed utworzeniem się zabarwienia spowodowanego reakcją chemiczną) powinno wynosić przynajmniej 50%.

Odbite, rozproszone światło pochodzące ze strefy detekcyjnej, a powstałe wskutek oświetlenia światłem pierwotnym 29, jako światło wtórne 35 pada ponownie na folię nośną 5 wykonaną jako element światłowodowy 26. W przedstawionej dwuwarstwowej postaci wykonania, do przesyłania światła w obrębie folii nośnej 5 do detektora 17, służy światłowód wtórny 28, w znacznym stopniu optycznie

PL 201 164 B1 oddzielony. Aby uzyskać ukierunkowane, sprawniejsze wprowadzanie światła wtórnego 35, korzystne jest, gdy światłowód wtórny 28, jak to przedstawiono, na odcinku 36 pokrywającym się ze strefą detekcyjną 24, po stronie oddalonej od światłowodu pierwotnego 27, przynajmniej na pewnym odcinku był tak ścięty, że światło odbite od strefy detekcyjnej 24, za pomocą odbijającej powierzchni 37 odbijane jest w światłowodzie wtórnym 28, w kierunku prowadzącym do detektora 17. Odbijająca powierzchnia 37 nachylona jest w tym samym kierunku co odbijająca powierzchnia 25. Kąt nachylenia odbijających powierzchni 25 i 37 do wzdłużnej osi folii nośnej 5 wynosi korzystnie około 45° (około 30° do 60°).

Również wtedy, gdy folia nośna 5 zawiera tylko jedną warstwę światłowodową 26, korzystne jest, gdy odcinek warstwy światłowodowej 26 zbiegający się ze strefą detekcyjną 24 po stronie odwróconej od pola testowego 7, przynajmniej odcinkowo (zwłaszcza przez przynajmniej jedną odbijającą powierzchnię przebiegająca z nachyleniem względem osi wzdłużnej folii nośnej 5) wykonany jest tak, że kierunek rozprzestrzeniania się wypromieniowanego światła pierwotnego ulega zmianie i kierowany jest w kierunku strefy detekcyjnej, i/lub kierunek rozprzestrzeniania się światła w postaci światła wtórnego odbitego z rozproszeniem od powierzchni detekcyjnej zostaje odchylony od warstwy światłowodowej prowadzącej do detektora.

Światło wtórne 35 odbite od strefy detekcyjnej 24 do folii nośnej 5, na odcinku swego przebiegu 34 we wnętrzu światłowodu wtórnego 28, przebiega w kierunku detektora 17. W postaci wykonania przedstawionej na fig. 3, detektor 17 usytuowany jest poniżej światłowodu wtórnego 28 (to znaczy, po stronie oddalonej od światłowodu pierwotnego 27). Aby światło wtórne 35 wyprowadzić ze światłowodu wtórnego 38 w kierunku detektora 17, na tylnym końcu folii nośnej 5 (oddalonym od pola testowego 7) znajduje się również odbijająca powierzchnia 38 (polerowana i/lub metalizowana), usytuowana skośnie względem osi wzdłużnej folii nośnej. Również tu powierzchnia korzystnie nachylona jest względem osi wzdłużnej folii nośnej 5 pod kątem około 45° (od 30° do 60°).

Zamiast odbijających powierzchni 25, 37 i 38 można zastosować również inne środki w celu uzyskania pożądanej zmiany kierunku rozprzestrzeniania się światła. Tego rodzaju odmiany współczynnika załamania można wytwarzać na przykład przez napromieniowywanie laserowym światłem UV.

Ze względu na optymalną dokładność pomiaru korzystne jest aby światłowód pierwotny 27 optycznie oddzielić możliwie całkowicie od światłowodu wtórnego 28. W tym celu, w przedstawionej korzystnej postaci wykonania, pomiędzy warstwami światłowodowymi 27 i 28 znajduje się blokada dla światła 39, z wyjątkiem odcinka 36, gdzie znajduje się strefa detekcyjna 24 pola testowego 7. Blokada ta może składać się z jednej lub z wielu warstw.

Korzystnie blokada dla światła 39 zawiera warstwę blokującą, której współczynnik załamania jest mniejszy od współczynnika załamania warstw światłowodowych 27, 28. Jeszcze bardziej kompletne optyczne oddzielenie uzyskuje się, gdy blokada zawiera warstwę blokującą z metalicznie odbijającego materiału.

Szczególnie korzystna trójwarstwowa postać wykonania blokady optycznej 39 przedstawiona jest na fig. 5. Składa się ona z trzech warstw, mianowicie z pierwszej warstwy 43 sąsiadującej ze światłowodem pierwotnym 27 oraz z drugiej warstwy 44 sąsiadującej ze światłowodem wtórnym 28 i z metalicznie odbijającej trzeciej warstwy 45 usytuowanej pomiędzy warstwami 43 i 44.

Warstwy 43 i 44 wykonane są z materiału, którego współczynnik załamania jest niższy od współczynnika załamania sąsiadujących warstw światłowodowych 27 względnie 28. Korzystnie wykonane są one z kleju o odpowiednim współczynniku załamania. Blokada optyczna 39 przedstawiona na fig. 5 umożliwia prowadzenie światła w światłowodzie pierwotnym 27 i w światłowodzie wtórnym 28 ze znacznym wyeliminowaniem strat, przy praktycznie całkowitym optycznym oddzieleniu.

Jak wspomniano, optyczna blokada 39 nie istnieje na odcinku 36 pokrywającym się ze strefą detekcyjną 24. Według odmiany wykonania może być korzystne, gdy w tym obszarze nie ma żadnego oddzielenia pomiędzy warstwami 27 i 28. Zwłaszcza folia nośna 5 w swym kierunku wzdłużnym, aż do lewej granicy obszaru 36 (fig. 4) może być nadcięta, tworząc oddzielne warstwy światłowodowe 27 i 28, natomiast w obszarze 36 na całej swej grubości jest jednolita.

Pole testowe 7, w ramach wynalazku, może być realizowane w różny sposób. Zwłaszcza można stosować różne znane ze stanu techniki wykonania pól testowych elementów analitycznych, jako jednowarstwowych lub wielowarstwowych. Istotne jest tylko, aby w strefie detekcyjnej 24, po stronie pola testowego 7 zwróconej do folii nośnej 5 zachodziła optycznie mierzalna zmiana chara kterystyczna dla analizy.

PL 201 164 B1

W wynalazku moż na zastosować również inne cechy konstrukcyjne znanych analitycznych elementów testowych. Tak na przykład w paśmie testowym 4 przedstawionym na fig. 2 do 4, ponad polem testowym 7 znajduje się tak zwana warstwa rozprzestrzeniająca 40, która może być wykonana jako wielowarstwowa i spełnia rolę przygotowywania próbki. Zwłaszcza może ona służyć do tego, aby usprawniać równomierne nawilżanie górnej strony pola testowego 7 cieczą próbki 21, to znaczy, oddzielić z krwi całkowitej czerwone ciałka krwi a nadmiar próbki odessać. Jeżeli taka warstwa rozprzestrzeniająca 40, jak to przedstawiono w mniejszej postaci wykonania, rozmieszczona jest ponad obszarem powierzchni pola testowego 7 i umocowana jest do folii nośnej 5, to korzystne jest aby również tutaj umieścić optyczną blokadę 41 z materiału o niskim współczynniku załamania i/lub metalicznym odbiciu, aby w ten sposób wykluczyć zakłócenia własności przewodzenia światła w folii nośnej 5.

Ocena sygnału pomiarowego, to znaczy zmierzonego natężenia światła wtórnego i ustalenie żądanego rezultatu analizy, na przykład, stężenia glukozy w próbce, dokonuje się za pomocą układów elektronicznych 13 pomiarowych i oceniających zmierzone wartości, w sposób zasadniczo taki sam jak w znanych układach analizatorów z elementem testowym, i dlatego nie musi być bliżej wyjaśniana.

Na fig. 6 przedstawione są wyniki pomiarów uzyskanych za pomocą układu analizatora, którego istotne cechy konstrukcyjne odpowiadają fig. 2 do 4. Przedstawione jest natężenie światła wtórnego w dowolnych zespołach, w zależności od czasu t. w sekundach. Budowa i skład chemiczny pola testowego 7 odpowiadają uzyskiwanym w handlu elementem analitycznym dla testów zawartości glukozy. Przedstawione są krzywe pomiarowe uzyskane na podstawie wielu pomiarów, dla trzech różnych stężeń glukozy, mianowicie krzywa A : 53 mg/dl krzywa B : 101 mg/dl krzywa C : 341 mg/dl

Widać wyraźnie, że sygnał pomiarowy przy wielu pomiarach jest bardzo dobrze odtwarzalny, a różnice krzywych pomiarowych w zależności od stężenia glukozy (przesunięcie sygnału) umożliwiają dokładną ocenę.

Na fig. 7 przedstawione jest porównanie układów analizujących, w którym wartości pomiarowe stężenia glukozy C, zmierzone według wynalazku, zostały zaznaczone na rzędnej oznaczonej LGD, a wartości zmierzone za pomocą znanego układu analizatora z elementem testowym zostały naniesione na odciętej oznaczonej jako CON konwencjonalne. Wyniki wskazują na praktycznie całkowitą zgodność.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ analizujący z elementem testowym do analitycznego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierząt, zawierający elementy testowe z folią nośną z tworzywa sztucznego oraz z polem testowym umocowanym do płaskiej strony folii nośnej, wprowadzanym w kontakt z próbką tak, że ciekłe składniki próbki wnikają w pole testowe, przy czym pole testowe zawiera układ reagentów, zaś część składową pola testowego stanowi strefa detekcyjna usytuowana na stronie pola testowego zwróconej do folii nośnej, a ponadto zawierający przyrząd oceniający zmierzone wartości, mający zamocowanie dla elementu testowego dla usytuowania elementu testowego w położeniu pomiarowym oraz mający urządzenie pomiarowe do pomiaru optycznie mierzalnej zmiany w strefie detekcyjnej, przy czym urządzenie pomiarowe zawiera nadajnik świetlny do oświetlania strefy detekcyjnej światłem pierwotnym oraz detektor do detekcji odbitego przy tym od strefy detekcyjnej rozproszonego światła wtórnego, znamienny tym, że folia nośna (5) elementu testowego (2) zawiera optyczną warstwę światłowodową (26) oraz zawiera obszar wychwytywania światła (33), który jest częścią płaskiej strony folii nośnej (5), do której zamocowane jest pole testowe (7) ze strefą detekcyjną (24) pola testowego (7), a warstwa światłowodowa (26) ma powierzchnię wejściową (31) dla sprzęgania światła pierwotnego w warstwę światłowodową (26) tak, że odcinek światłowodowy (32) drogi światła pierwotnego (29) przebiega wewnątrz warstwy światłowodowej (26), pomiędzy powierzchnią wejściową (31) i strefą detekcyjną (24), a odbite z rozproszeniem w strefie detekcyjnej (24) światło wtórne zostaje odbijane do warstwy światłowodowej (26), zaś odcinek światłowodowy (34) drogi światła wtórnego przebiega wewnątrz folii nośnej (5), pomiędzy strefą detekcyjną (24) i detektorem (17).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że element testowy (2) usytuowany jest w pozycji pomiarowej tak, że pierwszy częściowy odcinek (22) elementu testowego znajduje się wewnątrz obuPL 201 164 B1 dowy (11) przyrządu (3) oceniającego zmierzone wartości, a drugi częściowy odcinek (23) wystaje z obudowy (11) przyrządu (3) oceniającego zmierzone wartości, przy czym powierzchnia wejściowa (31) usytuowana jest w pierwszym częściowym odcinku (22) a pole testowe (7) znajduje się w drugim częściowym odcinku (23).
3. 3. Element testowy do analitycznego badania cieczy fizjologicznej ludzi lub zwierząt, z folią nośną z tworzywa sztucznego oraz z umocowanym do płaskiej strony folii nośnej polem testowym, wprowadzanym w kontakt z próbką tak, że ciekłe składniki próbki wnikają w pole testowe, przy czym pole testowe zawiera układ reagentów, zaś część składową pola testowego stanowi strefa detekcyjna odbijająca z rozproszeniem padające na nią światło pierwotne, znamienny tym, że folia nośna (5) elementu testowego (2) posiada optyczną warstwę światłowodową (26) oraz zawiera obszar wychwytywania światła (33), który jest częścią płaskiej strony folii nośnej (5), do której zamocowane jest pole testowe (7) ze strefą detekcyjną (24), a warstwa światłowodowa (26) ma powierzchnię wejściową (31) dla sprzęgania światła pierwotnego tak, że odcinek światłowodowy (32) drogi światła pierwotnego sprzęganego z warstwą światłowodową (26), przebiega wewnątrz warstwy światłowodowej (26), pomiędzy powierzchnią wejściową (31) i strefą detekcyjną (24), natomiast odbite z rozproszeniem od strefy detekcyjnej (24) światło wtórne odbijane jest do warstwy światłowodowej (26), zaś odcinek światłowodowy (34) drogi światła wtórnego, przebiega wewnątrz folii nośnej (5), pomiędzy strefą detekcyjną (24) i detektorem (17).
4. 4. Element testowy według zastrz. 3, znamienny tym, że przeciwległa do obszaru wychwytywania światła (33) strona warstwy światłowodowej (26) przynajmniej odcinkami wykonana jest tak, że kierunek rozprzestrzeniania się światła pierwotnego (29) zmienia się na kierunek prowadzący do strefy detekcyjnej (24).
5. 5. Element testowy według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że przeciwległa strefie detekcyjnej (24) strona warstwy światłowodowej (26) przynajmniej odcinkami wykonana jest tak, że kierunek rozprzestrzeniania się światła wtórnego (35) odbitego od strefy detekcyjnej jako rozproszone, zmienia się na kierunek prowadzący w warstwie światłowodowej (26) do detektora (17).
6. 6. Element testowy według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że ciekłe składniki próbki w polu testowym (7) transportowane są aż do płaskiej strony (6) folii nośnej (5), do której umocowane jest pole testowe (7) i zwilżają warstwę światłowodową (26) w obszarze wychwytywania światła (33).
7. 7. Element testowy według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że warstwa światłowodowa (26) w obszarze wychwytywania światła (33) jest uszorstniona.
8. 8. Element testowy według zastrz. 3, znamienny tym, że pole testowe (7) zawiera składniki silnie rozpraszające optycznie.
9. 9. Element testowy według zastrz. 3, znamienny tym, że folia nośna (5) ma dwie warstwy światłowodowe, przy czym światło pierwotne sprzęgane jest z pierwszą warstwą światłowodową stanowiącą światłowód pierwotny (27), a światło wtórne ze strefy detekcyjnej (24) sprzęgane jest z drugą warstwą światłowodową, stanowiącą światłowód wtórny (28).
10. 10. Element testowy według zastrz. 9, znamienny tym, że pole testowe (7) umocowane jest na płaskiej stronie (6) światłowodu pierwotnego (27) odwróconej od światłowodu wtórnego (28).
11. 11. Element testowy według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że warstwy światłowodowe (27, 28) przynajmniej na części swej długości oddzielone są blokadą optyczną (39).
12. 12. Element testowy według zastrz. 11, znamienny tym, że optyczna blokada zawiera trzy warstwy składowe, z których pierwsza warstwa składowa (43) sąsiaduje ze światłowodem pierwotnym (27) i ma współczynnik załamania, który jest mniejszy od współczynnika załamania światłowodu pierwotnego (27), a druga warstwa składowa (44) sąsiaduje ze światłowodem wtórnym (28) i ma współczynnik załamania, który jest mniejszy niż współczynnik załamania światłowodu wtórnego (28), przy czym trzecia warstwa składowa (45) przebiega pomiędzy pierwszym odcinkiem składowym (43) i drugą warstwą składową (44) i odbija metalicznie.