устройство и способ для проведения флуоресцентных иммунных тестов

Формула изобретения

1. Устройство для проведения флуоресцентных иммунных тестов, в котором свет по меньшей мере от одного источника (16, 17) вводится через поверхность на одном конце световода (1) и введенным в световод (1) светом путем возбуждения спадающего поля на наружной поверхности световода возбуждается флуоресценция маркировочного вещества, соединенного с комплементарным партнером общей рецепторно-лигандной системы, который связан с партнером, иммобилизированным на наружной поверхности световода (1), флуоресцентное свечение частично вводится в световод (1), выводится из световода (1) через ту же поверхность, через которую вводился свет, и через оптическую систему направляется на оптический детектор (22), которым измеряется интенсивность флуоресцентного свечения, отличающееся тем, что световод (1) размещен в измерительной камере (9), образованной в поршне (6) цилиндропоршневого узла, предназначенного для проведения инкубации и измерений, причем измерительная камера (9) соединена с одной стороны через выполненный в поршне (6) впуск (8) с внутренней полостью цилиндра (7), а с другой стороны измерительная камера соединена с камерой (10) для сбора пробы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что световод (1) в направлении, параллельном направлению распространения в нем света, разделен по меньшей мере на два светопроводящих сегмента (27) при помощи по меньшей мере одного слоя (28), показатель n₂ преломления которого меньше показателя n₁ преломления материала световода.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что расстояние между внутренней поверхностью оболочки измерительной камеры (9) и наружной поверхностью световода (1) составляет менее 2 мм.

4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что камера (10) для сбора пробы, соединенная с измерительной камерой (9), образована в поршне (6).

5. Устройство по одному из пп. 1-4, отличающееся тем, что на световоде (1) образована поверхность (2) для ввода и вывода света, закрывающая поршень (6).

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что на конце световода (1), противоположном поверхности (2) для ввода и вывода света, расположен светопоглотитель (5).

7. Устройство по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что на светопоглотителе (5) и/или световоде (1) образована по меньшей мере одна направляющая насадка.

8. Устройство по одному из пп. 1-7, отличающееся тем, что в поверхности (2) для ввода и вывода света имеется отверстие (3), которое может закрываться.

9. Устройство по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что в цилиндре (7) имеется впускное отверстие (11).

10. Устройство по одному из пп. 1-9, отличающееся тем, что впускное отверстие (11) может закрываться с помощью клапана (15).

11. Устройство по одному из пп. 1-10, отличающееся тем, что в камере (10) для сбора пробы размещен впитывающий жидкость материал (12).

12. Устройство по одному из пп. 1-11, отличающееся тем, что во впуске (8) в измерительную камеру (9) или перед ним расположен фильтр, и/или мембрана, и/или иммунная колонка (14).

13. Устройство по одному из пп. 1-12, отличающееся тем, что на пути лучей выходящего из световода (1) света перед оптическим детектором (22) расположены линзы (18) и по меньшей мере один проницаемый для флуоресцентного свечения оптический фильтр (19).

14. Устройство по одному из пп. 1-13, отличающееся тем, что линза (18) имеет по меньшей мере один вырез, через который свет от источника (16) направляется на световод (1).

15. Устройство по одному из пп. 1-14, отличающееся тем, что второй источник (17) света излучает свет с длиной волны, возбуждающей флуоресценцию второго маркировочного вещества, а второй оптический фильтр (20) может поочередно с первым оптическим фильтром (19) перемещаться на путь лучей выходящего из световода (1) света.

16. Устройство по одному из пп. 1-15, отличающееся тем, что между оптическим фильтром (оптическими фильтрами) (19, 20) и детектором (22) расположена вторая линза (21).

17. Устройство по одному из пп. 1-16, отличающееся тем, что оптические фильтры (19) и/или (20) непроницаемы для света обоих источников (16) и (17).

18. Устройство по одному из пп. 1-17, отличающееся тем, что на пути лучей перед детектором (22) расположена подвижная диафрагма (26), отверстие которой имеет возможность переменного во времени позиционирования на путь лучей посредством поступательного и/или вращательного движения диафрагмы.

19. Устройство по одному из пп. 1-18, отличающееся тем, что детектор (22) выполнен в виде линейной или плоскостной системы из нескольких светочувствительных детекторов.

20. Устройство по одному из пп. 1-19, отличающееся тем, что на пути лучей между источниками (16,17) света и поверхностью (2) расположены оптические фильтры (24, 25).

21. Способ проведения флуоресцентных иммунных тестов, при котором свет по меньшей мере от одного источника (16,17) вводят через поверхность на одном конце световода (1), и введенным в световод (1) светом посредством возбуждения спадающего поля на наружной поверхности световода (1) возбуждают флуоресценцию маркировочного вещества, соединенного с комплементарным партнером общей рецепторно-лигандной системы, который связан с партнером, иммобилизированным на наружной поверхности световода (1), флуоресцентное свечение частично вводят в световод (1), выводят из него через ту же поверхность, через которую вводили свет, и через оптическую систему направляют на оптический детектор (22), которым измеряют интенсивность флуоресцентного свечения, причем световод (1) покрыт химическим или биохимическим компонентом и вставлен в измерительную камеру (9), отличающийся тем, что после предварительной инкубации пробу жидкости пропускают через измерительную камеру (9) вдоль наружной поверхности световода (1) в камеру (10) для сбора пробы с одновременным возбуждением флуоресценции введенным в световод (1) светом от источника (16, 17), а выведенное из световода (1) флуоресцентное свечение направляют на оптический детектор (22), измеряющий интенсивность флуоресцентного свечения, так что при протекании пробы жидкости измеряют во времени связывание маркированного флуоресцирующим веществом компонента общей рецепторно-лигандной системы с партнером, иммобилизированным на наружной поверхности световода (1).

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что торцевую поверхность (23) поршня, и/или внутреннюю поверхность цилиндра (7), и/или поверхность впускного отверстия (11) перед проведением флуоресцентных иммунных тестов покрывают химическим или биохимическим компонентом.

23. Способ по п. 21 или 22, отличающийся тем, что для протекания пробы жидкости через измерительную камеру (9) отверстие (3), выполненное в поверхности (2) для ввода и вывода света, по меньшей мере частично открывают.

24. Способ по п. 21 или 22, отличающийся тем, что при закрытом впускном отверстии в цилиндре (7), закрытом отверстии (3) или при наличии поверхности (2) без отверстия (3), при зафиксированном поршне (6) и зафиксированной поверхности (2) со световодом (1), цилиндр (7) перемещают поступательно параллельно его цилиндрической поверхности, так что проба жидкости протекает через измерительную камеру (9) в соответствии с направлением движения цилиндра (7).

25. Способ по одному из пп. 21-24, отличающийся тем, что в световод (1) вводят свет от двух источников (16,17) для возбуждения флуоресценции двух различных маркировочных веществ, а выведенное флуоресцентное свечение измеряют поочередно путем соответствующего перемещения двух фильтров (19, 20) на пути лучей выведенного света.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что в пробе жидкости определяют второй реагент или проводят контрольное измерение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству и способу для проведения флуоресцентных иммунных тестов, в которых свет по меньшей мере от одного источника направляется на поверхность на одном конце световода, введенным в световод светом посредством возбуждения спадающего поля на наружной поверхности световода возбуждается флуоресценция по меньшей мере одного маркировочного вещества, связанного с химическим или биохимическим партнером общей рецепторно-лигандной системы, и флуоресцентное свечение частично вводится в световод, выводится из него через ту же поверхность, через которую вводился свет, и через оптическую систему направляется на оптический детектор, которым измеряется интенсивность флуоресцентного свечения.

Изобретение позволяет проводить различные биохимические тесты в общих рецепторно-лигандных системах, например в системе "антитела-антигены". С помощью тестов определяется количество химических или биохимических веществ в жидких пробах.

Антитела могут маркироваться определенным маркировочным веществом (люминофором), которое может оптически возбуждаться при определенной длине волны возбуждающего света. Возникающее в результате возбуждения флуоресцентное свечение, имеющее другую длину волны, принимается оптическим детектором. Интенсивность флуоресцентного свечения используется для определения содержания химического или биохимического вещества в пробе жидкости. Для возбуждения флуоресценции используется образующееся на граничной поверхности спадающее поле. При этом должны быть приняты во внимание известные физические зависимости спадающего поля, в частности необходимое полное внутреннее отражение возбуждающего света.

Из WO 97/10506 известно оптическое устройство для проведения флуоресцентного иммунного анализа, в котором в оптическое волокно вводится свет от источника света и возникает флуоресценция пробы благодаря возбуждению спадающим полем. Наружная поверхность световода перед проведением теста, т.е. перед введением пробы жидкости в сосуд, в котором находится оптическое волокно, покрывается химическим или биохимическим компонентом.

Для введения света в оптическое волокно требуется очень дорогая и сложная оптика, включающая множество оптических компонентов. Свет от источника направляется через систему линз на полупрозрачное зеркало, затем часть света поступает в качестве опорного сигнала на оптический детектор, а другая часть через следующую линзу вводится в оптическое волокно. Конец оптического волокна, противоположный входной и выходной поверхности, является отражающим, поэтому большая часть возбуждающего света и флуоресцентного свечения снова выводится из оптического волокна. В результате ухудшается соотношение возбуждающего света и флуоресцентного свечения для анализа фотодетекторои и, соответственно, ухудшается точность измерений.

Другой недостаток этого известного устройства состоит в том, что свет должен проходить через линзу, расположенную перед входной поверхностью оптического волокна, так что свет должен входить в оптическое волокно, которое необходимо для возбуждения спадающего поля, под определенным главным углом внутри малой угловой области, что вообще очень трудно достижимо.

При проведении флуоресцентных иммунных тестов согласно этому известному решению размещенное в сосуде подготовленное, покрытое оптическое волокно вводится в контакт с жидкой пробой, поступающей через перфорацию в крышке сосуда, и может происходить связывание с иммобилизированным на наружной поверхности оптического волокна комплементарным партнером рецепторно-лигандной системы. После связывания свет, излучаемый источником, возбуждает флуоресценцию, интенсивность которой измеряется оптическим детектором.

Так как на процесс связывания влияет перенос вещества к наружной поверхности световода и при этом должны быть учтены конвекция и диффузия, то в известном из WO 97/10506 решении возникают ошибки измерения, поскольку размещаемый в сосуде объем пробы каждый раз постоянный, а проникновение пробы жидкости через перфорацию происходит очень быстро и вследствие этого связывание осуществляется в покоящейся жидкости. В этом случае на связывание преобладающее влияние оказывает диффузия, что приводит приводит к увеличению времени измерения и к другим недостаткам.

При таком способе не разрешенного во времени измерения необходима фоновая коррекция измерительного сигнала, что не предусмотрено в WO 97/10506.

Другой существенный недостаток, присущий этому известному решению, состоит в том, что для повышения точности результатов измерений в качестве опорного сигнала используется лишь один возбуждающий свет. Однако для улучшения точности измерений и достоверности результатов теста, а также повышения воспроизводимости для иммунных тестов требуется проводить контрольные измерения.

В US 4909990 и US 5492674 описаны решения для проведения флуоресцентных иммунных тестов, в которых используется прозрачный для возбуждающего света и флуоресцетного свечения световод, например оптическое волокно, по меньшей мере частично помещенный в капиллярную оболочку. Перед проведением флуоресцентного иммунного теста проба жидкости поступает в зазор между капиллярной оболочкой и световодом, который перед этим соответствующим образом биохимически подготавливается, и остается в этом зазоре. Перенос вещества к наружной поверхности световода осуществляется почти полностью посредством диффузии. Когда капиллярная оболочка заполнится и проба жидкости в ней будет находиться в контакте с подготовленной наружной поверхностью световода, измеряется флуоресцентное свечение, возбуждаемое известным образом с помощью спадающего поля, создаваемого излучаемым в световод возбуждающим светом. В этом устройстве из-за малого полезного объема капилляра используется относительно малый объем пробы.

В соответствии с изложенным задачей изобретения является обеспечение возможности проведения флуоресцентных иммунных тестов с малыми затратами, за короткое время и с высокой точностью измерения.

Согласно изобретению эта задача решена при помощи признаков пп.1 и 21 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.

Устройство согласно изобретению включает признаки описанных известных устройств, а также по меньшей мере один источник света, свет которого вводится в световод для возбуждения флуоресценции спадающим полем, при этом интенсивность флуоресцентного свечения маркировочного вещества, связанного с партнером общей рецепторно-лигандной системы, определяется оптическим детектором. Флуоресцентное свечение и часть возбуждающего света выводятся через ту же поверхность, в которую вводился возбуждающий свет. Световод размещен в измерительной камере, образованной в поршне цилиндропоршневого узла. Измерительная камера соединена через выполненный в поршне впуск с внутренней полостью цилиндра. Такой цилиндропоршневой узел может быть выполнен примерно как обычный шприц, но с модифицированным поршнем, снабженным измерительной камерой.

Дальнейшее улучшение может быть достигнуто посредством того, что в поршне образована дополнительная камера для сбора пробы, соединенная с измерительной камерой. Благодаря этому получается узел, в котором могут проводиться инкубация и измерение, а после проведения соответствующего теста проба надежно удерживается в дополнительной камере и цилиндропоршневой узел может транспортироваться и удаляться без больших проблем и не представляя опасности.

Световод на стороне, через которую вводится возбуждающий свет и выводятся флуоресцентное свечение и часть возбуждающего света, может иметь поверхность, закрывающую поршень с этой стороны. Эта поверхность образует затвор для измерительной камеры и камеры для сбора пробы, а также служит для фиксации световода на этой стороне поршня. Световод и указанная поверхность могут быть выполнены предпочтительно как одно целое из одного и того же материала, например из полимера, такого как полиметилметакрилат (РММА).

На другом конце световода предпочтительно расположен светопоглотитель, предпочтительно из окрашенной в черный цвет пластмассы. Светопоглотитель может иметь такие размеры и форму, что он центрирует и фиксирует световод в нижней области измерительной камеры.

Благодаря светопоглотителю может быть обеспечено другое премущество, заключающееся в том, что достигается такое соотношение возбуждающего света и флуоресцентного свечения, которое является выгодным для измерения. Светопоглотитель поглощает почти весь возбуждающий свет, уменьшая флуоресцентное свечение только на половину, так что соотношение обоих компонентов света изменяется в пользу флуоресцентного свечения. Благодаря этому могут применяться очень чувствительные световые детекторы, способные измерять слабое флуоресцентное свечение.

Световод может быть разделен на несколько светопроводящих сегментов, проходящих параллельно направлению распространения света в световоде и отделенных друг от друга тонким слоем. Показатель преломления n₂ этого слоя меньше, чем у светопроводящих сегментов, чтобы свет направлялся благодаря полному внутреннему отражению. При использовании такого сегментированного световода можно выполнять многореагентное измерение, так как флуоресцентный иммунный тест может проводиться с каждым светопроводящим сегментом.

Для проведения тестов целесообразно, чтобы в поверхности, закрывающей поршень, имелось отверстие, которое может закрываться, например, тонкой пленкой или заглушкой, которые в свою очередь при необходимости могут быть сняты для открывания отверстия, о чем будет сказано ниже.

Проба жидкости может поступать в цилиндр через впускное отверстие, как в обычных шприцах.

Для избежания нежелательного вытекания пробы из цилиндра после его заполнения впускное отверстие должно иметь возможность закрываться с помощью клапана.

В другом варианте выполнения устройства согласно изобретению применяется впитывающий материал, который размещен по меньшей мере в камере для сбора пробы и часть которого может входить в измерительную камеру.

Внутри указанного впуска, проходящего через поршень в измерительную камеру, или перед этим впуском могут быть расположены фильтр, и/или иммунная колонка, и/или мембрана, которые могут быть проницаемыми или полупроницаемыми, чтобы на измерение не влияли некоторые компоненты, содержащиеся в пробе жидкости, или, наоборот, чтобы можно было влиять на измерение путем применения иммунной колонки, и/или мембраны, и/или фильтра.

При проведении флуоресцентных иммунных тестов наружная поверхность световода покрыта различными химическими или биохимическими компонентами, например, такими как антитела. Покрытие может наноситься, например, в двухступенчатом процессе обработки партиями, включающем, наряду с покрытием при помощи, например, поглотительной иммобилизации соответствующих компонентов, предварительную очистку наружной поверхности световода. Это может осуществляться путем простого погружения, когда можно быстро и эффективно одновременно обработать относительно большое число световодов. Так как световоды могут изготавливаться традиционным способом литья под давлением и после литья, образуется большое число соединенных друг с другом световодов, то, разумеется, использование этого процесса чрезвычайно эффективно.

Затем покрытые световоды вставляют в измерительную камеру поршня, выполненного, как описано выше, и закрывают отверстие в поверхности на конце световода, закрывающей поршень. Указанная поверхность может быть приклеена к поршню, причем должно быть обеспечено герметичное соединение.

Перед установкой торцевая поверхность поршня может покрываться, например, биокомпонентом.

Альтернативно может покрываться лиофилизированным биокомпонентом также внутренняя поверхность цилиндра. Можно также покрывать поверхность впуска цилиндра.

В подготовленном таким образом виде предлагаемое устройство может храниться в соответствующих условиях длительное время до его использования.

Образованный в устройстве цилиндропоршневой узел может быть вытянут как шприц и наполнен жидкой пробой, причем в цилиндр может быть введено определенное количество пробы. Проба жидкости остается исключительно в цилиндре и не может попасть через впуск в поршне в измерительную камеру и, соответственно, в камеру для сбора пробы, так как содержащийся там воздух не может быть вытеснен, поскольку отверстие, через которое может выходить воздух, еще закрыто.

Биокомпоненты, покрывающие поверхность впуска цилиндра, и/или поверхность цилиндра, и/или торцевую поверхность поршня, при заполнении жидкой пробой проникают в нее. При этом происходит взаимодействие (предварительная инкубация) биокомпонента с химическими или биохимическими компонентами пробы. После этой предварительной инкубации предварительно обработанная соответствующим образом проба может поступать в измерительную камеру к световоду, если отверстие для выпуска воздуха в закрывающей поверхности будет открыто. Отверстие может открываться путем удаления или прокалывания закрывающей его пленки. Из измерительной камеры и камеры для сбора пробы выходит воздух, и они заполняются благодаря капиллярным силам, причем проба жидкости непрерывно протекает у наружной поверхности световода. Протекание пробы через измерительную камеру с определенной скоростью может быть достигнуто также благодаря соответствующему движению цилиндра при зафиксированном поршне шприца. При этом не обязательно, чтобы отверстие для выпуска воздуха в закрывающей поверхности было открыто, так как воздух в измерительной камере и в особенности в камере для сбора пробы может сжиматься, и вследствие этого проба также может протекать у наружной поверхности световода. При таком способе работы отверстие для выпуска воздуха в закрывающей поверхности не является необходимым.

При протекании предварительно инкубированной пробы жидкости через измерительную камеру поршень шприца должен быть расположен так, чтобы свет от источника возбуждающего света падал на поверхность под нужным углом и мог входить в световод. Если диаметр световода примерно 1 мм, то допустимы сравнительно большие погрешности в точности позиционирования, не оказывающие негативного влияния на результаты измерения.

Упомянутый выше клапан на впуске в цилиндр предотвращает нежелательное вытекание из него пробы жидкости, предназначенной для измерения, что может случиться в особенности тогда, когда цилиндр перемещается для протекания пробы через измерительную камеру.

Во время протекания пробы жидкости через измерительную камеру и связывания маркированных химических или биохимических компонентов с иммобилизированным на наружной поверхности световода партнером рецепторно-лигандной системы возбуждаемое светом от источника света флуоресцентное свечение выводится через торцевую поверхность световода и принимается оптическим детектором, измеряющим его интенсивность. Оптическая схема устройства описана ниже.

Для улучшения прохождения предварительно инкубированной, как описано, пробы жидкости через измерительную камеру в камере для сбора пробы размещен материал, хорошо впитывающий жидкость, например нетканый материал, выступающий в измерительную камеру. После открывания отверстия в поверхности, закрывающей поршень, предварительно инкубированная проба жидкости может поступать, благодаря капиллярным силам во впитывающем жидкость материале, из цилиндра в измерительную камеру и далее проходить через измерительную камеру до тех пор, пока не заполнится камера для сбора пробы. Это обеспечивает стабильное движение жидкости.

Интенсивность флуоресцентного свечения измеряется в течение времени, когда проба жидкости протекает вдоль световода через измерительную камеру. В таком варианте выполнения устройства можно отказаться от клапана на впуске в цилиндр и в качестве цилиндра может использоваться корпус обычного шприца, имеющий низкую стоимость.

В отношении связывания на биохимически сенсибилизированной наружной поверхности нужно учитывать два различных явления в текущей среде, а именно конвекцию и диффузию.

Из гидродинамики известно, что в случае ламинарного течения скорость жидкости в трубе или каналообразной конструкции, которой является выполненная согласно изобретению измерительная камера, не будет постоянной и зависит от расстояния от стенок, т. е. скорость течения непосредственно у стенки равна нулю и возрастает с увеличением расстояния от стенки.

Учитывая этот факт, можно определить два слоя в ламинарном или квазиламинарном течении, которое возникает в предлагаемом устройстве. Это, во-первых, гидродинамический слой на определенном расстоянии от стенки и, во-вторых, диффузионный слой, причем расстояние слоев от стенки зависит от вязкости и скорости течения жидкости.

Выше диффузионного слоя, т. е. на большем расстоянии от стенки, химические и биохимические компоненты подводятся к наружной поверхности благодаря конвекции, а внутри диффузионного слоя, т.е. по направлению к стенке, движение затем осуществляется благодаря диффузии. Массообмен, обусловленный конвекцией, существенно больше, чем массообмен, который может быть достигнут посредством диффузии. Для относительно быстрой реакции антигенов и антител это означает, что из-за относительно медленно протекающей диффузии процесс реакции сильно затягивается и это может привести к тому, что для одного иммунного теста потребуется время, например, около 1 часа, чтобы получить достаточно точный результат измерения.

Кроме того, при диффузионном массообмене существует большая вероятность регенерации уже связанных химических или биохимических компонентов, что так же, как и тот факт, что внутри потока концентрация вещества выше, чем в диффузионном слое, искажает результат измерения.

Путем повышения скорости течения жидкости толщину диффузионного слоя можно уменьшить и таким образом увеличить влияние конвективного переноса массы к стенке, с которой должны быть связаны химические или биохимические компоненты. Благодаря этому реагирование в иммунном тесте значительно ускоряется и вследствие этого уменьшается время измерения.

Вместо повышения скорости течения можно уменьшить толщину потока в канале при неизменной скорости течения, чтобы предотвратить расширение диффузионного слоя, что можно осуществить в предлагаемом устройстве, состоящем из измерительной камеры и световода. При этом расстояние между наружной поверхностью световода и внутренней поверхностью оболочки измерительной камеры делается как можно меньше и составляет предпочтительно менее 2 мм, особенно предпочтительно от 0,1 до 0,05 мм.

Предлагаемое устройство, выполненное в различных вариантах, может изготовляться в виде рентабельной массовой продукции и предварительно подготавливаться путем покрытия соответствующими биокомпонентами. Другое достоинство изобретения состоит в том, что отсутствует контакт пробы жидкости с персоналом, и она, в том числе и после проведения теста, надежно содержится в закрытом объеме, что в медицинской практике особенно предпочтительно.

Для измерения интенсивности флуоресценции предпочтительно, чтобы на пути лучей выводимого из световода света перед оптическим детектором были расположены линза и оптический фильтр, проницаемый для флуоресцентного свечения и задерживающий возбуждающий свет. Свет на выходе из линзы должен направляться параллельно через соответствующий фильтр на оптический детектор.

Для того чтобы как можно большая часть выводимого света направлялась на детектор, линза должна иметь соответственно большие размеры.

Так как введение в световод возбуждающего света от источника через линзу нежелательно, то целесообразно, чтобы линза имела вырез, через который лучи возбуждающего света от источника вводятся в световод, не проходя через линзу. Достигаемые таким образом лучшие условия введения света в световод оправдывают небольшие потери выводимого света из-за наличия выреза в линзе.

Оптическая часть устройства согласно изобретению может быть дополнительно усовершенствована тем, что за указанным оптическим фильтром по ходу лучей выходящего света расположеная дополнительная вторая линза, которая фокусирует проходящее через фильтр флуоресцентное свечение на детекторе. При этом оптические параметры и расстояние от линзы до детектора должны быть выбраны такими, чтобы выходящее из световода флуоресцентное свечение фокусировалось на оптическом детекторе.

Можно фокусировать свет на детекторе с помощью только одной линзы и одного фильтра перед детектором. Однако такая схема имеет малую светосилу.

Особенно выгодное усовершенствование изобретения состоит в использовании двух источников света с разными длинами волн для возбуждения разных маркировочных веществ. При этом можно либо измерять параллельно два различных реагента, либо использовать один из реагентов в качестве эталонного. Таким образом можно существенно повысить достоверность результатов теста и выполнить требования внутреннего контроля качества.

Если источников света два, то, разумеется, требуются также два различных оптических фильтра для соответствующего флуоресцентного свечения. Они предпочтительно должны быть установлены с возможностью манипулирования ими таким образом, чтобы они могли поочередно перемещаться на путь лучей выходящего света, т. е. чтобы на пути выходящего света всегда находился только один из двух фильтров для соответствующего флуоресцентного свечения.

Так как оба источника света не могут быть расположены в одном и том же месте, для второго источника света в первой линзе выполнен дополнительный вырез, так что свет второго источника поступает непосредственно на входную поверхность световода.

При помещении соответствующего фильтра на путь лучей флуоресцентного свечения предпочтительно одновременно перекрывать путь лучам другого возбуждающего источника, чтобы свет от этого источника не поступал в световод.

Дальнейшее предпочтительное усовершенствование изобретения состоит в том, что перед детектором установлена диафрагма, отверстие которой имеет возможность переменного во времени позиционирования на путь лучей перед детектором посредством поступательного перемещения и/или вращения диафрагмы. При применении сегментированного световода это дает возможность проводить измерения в каждом сегменте световода. Целесообразно также вместо одного детектора использовать линейную или плоскостную систему детекторов, например ПЗС-камеры, для измерений в отдельных сегментах световода.

Далее более подробно описаны примеры выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает световод предлагаемого устройства в нескольких видах;

фиг.2 - предлагаемое устройство в разрезе;

фиг.3 - пример выполнения поршня предлагаемого устройства;

фиг.4 - другой пример выполнения поршня предлагаемого устройства;

фиг.5 - пример выполнения предлагаемого устройства с дополнительным клапаном в разных рабочих положениях и

фиг.6 - пример оптической схемы предлагаемого устройства.

На фиг.1 изображен световод 1, используемый в предлагаемом устройстве, в различных видах. На одной торцевой стороне световода 1 имеется светопоглотитель 5 из темной, предпочтительно черной, пластмассы, который поглощает очень большую часть падающего света. Кроме того, как видно из фиг.1, светопоглотитель 5 имеет насадки, позволяющие направлять и фиксировать световод 1 при введении его в измерительную камеру 9, подробнее описанную ниже. На световоде 1 могут быть размещены одна или несколько таких насадок.

На фиг. 1 показано возможное разделение световода 1 на несколько светопроводящих сегментов 27, отделенных друг от друга тонким слоем 28, показатель n₂ преломления которого меньше показателей n₂ преломления светопроводящих сегментов. Вид сбоку на фиг.1 поясняет, как может быть разделен световод 1.

На другой торцевой поверхности световода 1 образована поверхность 2, диаметр которой больше диаметра световода 1 и которая отделяет сторону поршня 6, описанного подробнее ниже, от окружающей среды. В поверхности 2 в области, расположенной снаружи в радиальном направлении от световода 1, имеется отверстие 3, которое временно закрыто затвором 4. Этим затвором может быть, например, выполненная с возможностью снятия или прокалывания пленка.

На фиг. 1 на виде сбоку видна область поверхности 2, на которую должен направляться свет для возбуждения флуоресценции.

Световод 1, имеющий поверхность 2, может быть введен в измерительную камеру 9 поршня 6 и склеен с поршнем по поверхности 2, как показано на фиг. 2.

При этом на наружной поверхности световода 1 уже иммобилизирован химический или биохимический компонент.

В поршне 6 выполнена также по меньшей мере одна камера 10 для сбора пробы, которая соединена с измерительной камерой 9 и может представлять собой кольцевую камеру, расположенную вокруг измерительной камеры 9. Камера 10 для сбора пробы должна иметь такие размеры, чтобы вместить весь объем или большую часть объема пробы. В поршне 6 имеется впуск 8, соединяющий измерительную камеру 9 с внутренней полостью цилиндра 7, в которую вставлен поршень 6 со световодом 1. Цилиндр 7 имеет еще один впуск 11, через который проба жидкости может поступать внутрь цилиндра 7.

Если поршень 6 перемещается так, что свободное внутреннее пространство в цилиндре увеличивается, то проба жидкости может поступать через впуск 11 в цилиндр 7, как в обычных шприцах или других цилиндропоршневых устройствах. Так как отверстие 3 в поверхности 2 закрыто затвором 4, то проба жидкости не может поступать через впуск 8 в измерительную камеру 9. Только в момент, когда отверстие 3, по меньшей мере частично, открывается, воздух, содержащийся в камере 10 для сбора пробы и измерительной камере 9, может выходить и вытесняться пробой жидкости, которая теперь может поступать через впуск 8 и измерительную камеру 9 в камеру 10 для сбора пробы. При этом перемещается предпочтительно цилиндр 7 при зафиксированном поршне 6, так что свободный объем внутри цилиндра 7 уменьшается, и при определенной скорости этого перемещения может быть установлена соответствующая скорость потока пробы жидкости через измерительную камеру 9. При этом с помощью клапана 15, описанного ниже, необходимо предотвратить вытекание пробы через впуск 11.

Если камера 10 для сбора пробы имеет соответствующий большой объем, то отверстие 3 в поверхности может отсутствовать. При движении цилиндра 7 воздух в измерительной камере 9 вытесняется пробой жидкости и сжимается в закрытой камере 10 для сбора пробы, так что достигается протекание пробы через измерительную камеру 9 в зависимости от направления движения цилиндра 7. Однако проба может течь в измерительную камеру 9 и из нее в камеру 10 для сбора пробы при прокалывании или удалении затвора 4 и без движения цилиндра 7 и без клапана 15 благодаря капиллярным силам.

На фиг. 3 представлен другой вариант выполнения поршня 6 для предлагаемого устройства, где хорошо видно уплотнение 13 поршня.

В этом варианте камера 10 для сбора пробы заполнена материалом 12, хорошо впитывающим жидкость пробы. Часть этого впитывающего материала 12, по меньшей мере частично, может выступать (на фиг.3 не показано) в измерительную камеру 9.

При таком выполнении поршня перемещение пробы жидкости через измерительную камеру может осуществляться благодаря действию капиллярных сил во впитывающем материале, причем здесь также проба протекает сначала через измерительную камеру 9, если отверстие 3 в поверхности 2, по меньшей мере частично, открывается и становится возможным выпуск воздуха, и открыт впуск 11.

Согласно фиг. 4 во впуске 8 поршня 6 может быть расположен фильтр или иммунная колонка 14, через которые должна проходить проба жидкости перед входом в измерительную камеру 9. Впуск 8 на поверхности 23 поршня может быть закрыт фильтром или мембраной.

На фиг.5 показан клапан 15, который закрывает или открывает впуск 11 во внутреннюю полость цилиндра 7, и поясняется работа этого клапана. В данном примере используется простой откидной обратный клапан, расположенный внутри цилиндра 7 около впуска 11.

При перемещении поршня 6 в направлении, показанном правой стрелкой, проба жидкости может поступать внутрь цилиндра 7 через впуск 11 и открытый клапан 15.

По окончании движения поршня 6 клапан 15 закрывается и предотвращает нежелательное вытекание пробы из внутренней полости цилиндра 7 через впуск 11.

Как видно на фиг.5, в этом положении затвор 4 на отверстии 3 проколот и поэтому проба жидкости может поступать через впуск 8 в измерительную камеру 9, если, как показано двумя стрелками на нижнем изображении фиг.5, цилиндр 7 движется так, что его свободное внутреннее пространство уменьшается и проба выдавливается через впуск 8.

Согласно нижнему изображению на фиг.5 проба жидкости протекает теперь через измерительную камеру 9, и одновременно проводится измерение флуоресценции. Оптическая схема устройства представлена на фиг.6.

Согласно фиг. 6 в качестве источников света используются два лазерных диода 16 и 17, чтобы либо и определять параллельно два различных реагента, либо проводить дополнительно контрольное измерение.

Свет от лазерного диода 16 направляется на входную поверхность световода 1 под фиксированным углом, так что свет для возбуждения флуоресценции вводится в световод под определенным углом и направляется в нем.

В этом варианте используется лазерный диод 16, излучающий свет с длиной волны, при которой может возбуждаться флуоресценция люминофора Су5.

Вышедший из световода 1 свет, меньшая часть которого представляет собой флуоресцентное свечение, а существенно большая часть - рассеянный при отражении возбуждающий свет, поступает в виде расходящегося пучка на линзу 18 и направляется ею в виде параллельного или почти параллельного пучка лучей через оптический фильтр 19 на оптический детектор 22 для измерения интенсивности флуоресценции. Детектор 22 может представлять собой фотодиод, лавинный фотодиод или фотоумножитель.

На пути лучей перед детектором находится фильтр 19, проницаемый для флуоресцентного свечения люминофора и не пропускающий возбуждающий рассеянный свет.

Линза 18, как видно на фиг.6, снабжена двумя шлицевидными вырезами, через которые возбуждающий свет лазерных диодов 16 и 17 может поступать непосредственно на входную поверхность световода 1, не подвергаясь преломлению или отклонению линзой 18.

Лазерный диод 17 излучает свет с длиной волны, при которой может возбуждаться люминофор Су7.

Так как часть флуоресцентного свечения, которая может достигать детектора 22, относительно мала, то целесообразно указанный фильтр 19 и второй фильтр 20, проницаемый для флуоресцентного свечения люминофора Су7, поочередно перемещать на путь лучей перед детектором, при этом также поочередно должны осуществляться соответствующие измерения и синхронизация измерительных сигналов детектора 22 с движением обоих фильтров 19 и 20.

Как видно на фиг.6, для фокусировки флуоресцентного свечения на детекторе 22 на пути лучей выходящего из световода 1 света за фильтрами 19 или 20 расположена дополнительная линза 21.

В этом примере оба лазерных диода 16 и 17 расположены диаметрально противоположно, однако они могут быть расположены под произвольным углом друг относительно друга.

Однако угол падения световых лучей лазерных диодов 16 и 17, которые могут быть различными, должен быть таким, чтобы обеспечивать приблизительно оптимальный ввод соответствующего возбуждающего света в световод 1.

Как видно на фиг.6, при перемещении фильтров 19 и/или 20 целесообразно также перекрывать путь лучей не используемого источника света. Например, если в данный момент используются лазерный диод 16 и фильтр 19, то свет лазерного диода 17 не может достигать световода 1, так как путь лучей перекрыт фильтром 20. Поэтому фильтры 19 и 20 должны быть не проницаемы для света лазерных диодов 16 и 17.

Вместо выполнения вырезов в линзе 18 можно уменьшить ее диаметр, чтобы лучи света лазерных диодов 16 и 17 не подвергались действию линзы 18, при сохранении всех установленных углов.

На фиг. 6 также показаны два оптических фильтра 24 и 25, которые размещены непосредственно за лазерными диодами 16 и 17 на пути их лучей и которыми фильтруется соответствующий возбуждающий свет.

Чтобы направить свет для возбуждения флуоресценции на входную поверхность световода 1 под фиксированным и определенным углом, лазерные диоды 16 и 17 применяются в виде отдельного узла с соответствующей оптической системой, которая выравнивает лучи света параллельно.

В случае сегментированного световода 1 для измерения в отдельных сегментах предусмотрена подвижная диафрагма 26, расположенная на пути лучей перед детектором 22. Отверстие диафрагмы 26 при ее поступательном перемещении и/или вращении можно позиционировать на путь лучей так, что на детектор 22 будет поступать флуоресцентное свечение только из одного сегмента 27 световода 1. Так как диафрагма 26 является подвижной, то при ее поступательном перемещении и/или вращении детектор 22 может измерять поочередно во времени флуоресцентные свечения из отдельных сегментов 27. Целесообразно также использовать детектор 22, представляющий собой линейную или плоскостную систему светочувствительных детекторов, благодаря чему может быть почти одновременно измерено флуоресцентное свечение из всех сегментов 27 световода 1.