Одноразовое устройство для использования при выявлении антигена-мишени в жидком образце, способ определения количества антигена-мишени в жидком образце

Одноразовое устройство для использования при выявлении антигена-мишени в жидком образце, способ определения количества антигена-мишени в жидком образце

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способу осуществления иммунологических анализов. Устройство содержит одноразовый иммуносенсор.

Предпосылки к созданию изобретения

Биомедицинские сенсоры используются для определения наличия и/или концентрации широкого ряда аналитов. В случае, когда аналитом является белок, используемый чувствительный элемент обычно представляет собой антитело, поскольку взаимодействие антитела с белком (антигеном) является весьма специфичным. Подобные иммунологические анализы обычно подпадают под две категории: получают "ответ да/нет", например, простым визуальным выявлением, или концентрацию антигена, определенную количественным методом. Большинство количественных методов требуют дорогостоящего оборудования, такого как сцинтилляционные счетчики (для мониторинга радиоактивности), спектрофотометры, спектрофлюориметры (см., например, US 5156972), поверхностные плазмонные резонансные инструменты (см., например, US 5965456) и т.п. Таким образом, было бы выгодно разработать количественный иммунологический анализ, который был бы недорогим и достаточно простым в обращении, который был бы удобным для применения как в помещениях, так и в полевых условиях. Подобный иммуносенсор не требует центрифугирования, разведения, использования пипеток, промывания или этапов экспозиции, а также требует минимальных расходов.

Обычные иммунологические анализы классифицируют на две категории: конкурентные анализы и иммуносэндвичи. В конкурентном анализе антиген в тест-образце с комплексом антиген-зонд (обычно называемым комплексом-репортером), и смесь затем конкурирует за связывание с антителом. Зондом может являться радиоактивный изотоп, фермент, флуорофор или хромофор. В анализе иммуносэндвич антиген в тест-образце связывается с антителом, а затем второй комплекс антитело-зонд связывается с антигеном. В данных известных ранее методах обычно требуется один или более этапов промывания. Этапы промывания привносят сложность в процедуру анализа и могут приводить к утечкам биологически опасных жидкостей. Таким образом, было бы выгодно разработать устройство для осуществления иммунологического анализа, который не требует этапов промывания и является удобным для однократного применения в качестве одноразового устройства.

Сущность изобретения

Разработан количественный, недорогой, одноразовый иммуносенсор, который не требует этапов промывания и, таким образом, не допускает утечек жидкостей. Для иммуносенсоров в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения от потребителя не требуется этапов измерения времени (экспозиции), а сенсор можно легко адаптировать к взаимодействиям антиген-антитело в широких кинетических пределах. Сенсоры предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения имеют ряд потенциальных преимуществ. Указанные сенсоры легче изготавливать, поскольку реагенты можно размещать на одной стадии и/или только на одной части реакционной камеры или подложке, которая в ней содержится.

Указанные сенсоры могут использовать комплекс псевдоантиген-зонд, комплекс модифицированный антиген-зонд или комплекс антиген-зонд. Термин "псевдоантиген", используемый в настоящем документе, является широким термином и используется в своем обычном значении, включая, без ограничения, антигены, отличные от антигена, представляющего интерес, которые связываются с иммобилизованным антителом, но не так прочно, как антиген, представляющий интерес. Термин "модифицированный антиген", используемый в настоящем документе, является широким термином и используется в своем обычном значении, включая, без ограничения, антигены, которые были химически или каким-либо другим способом модифицированы таким образом, что модифицированный антиген связывается с иммобилизованным антителом, но не так прочно, как антиген, представляющий интерес. Антиген в комплексе антиген-зонд, который может быть тем же самым или отличаться от антигена, представляющего интерес, в силу того, что он связан с зондом, будет связываться с иммобилизованным антителом, но не так прочно, как антиген, представляющий интерес, который находится в несвязанном состоянии. В то время как обсуждаются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, прежде всего, в связи с псевдоантигеном, следует понимать, что псевдоантиген может быть заменен на комплекс антиген-зонд или модифицированный антиген.

Будет проще гарантировать, что соотношение антитела и антигена-зонда, модифицированного антигена-зонда или псевдоантиген-зонда в реакционной камере будет правильным, поскольку это будет происходить практически автоматически, когда антиген-зонд, модифицированный антиген-зонд или псевдоантиген-зонд связан с антителом во время изготовления сенсора, в противоположность ранее существовавшим способам, при которых правильное соотношение обычно достигают путем контролирования степеней нанесения слоя реагента и плотностей поверхности. Сенсор предпочтительных вариантов осуществления также может особенно хорошо подходить для замедления кинетики иммунной реакции, при которых процессы связывания могут происходить медленно. Применение нечеловеческого псевдоантигена для производства сенсора может понизить вероятность передачи заразных болезней, когда сенсор контактирует с каплей крови на пальце пациента.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивают одноразовое устройство для применения для выявления антигена-мишени в образце жидкости; указанное устройство включает в себя реакционную камеру, иммобилизованное антитело, фиксированное внутри реакционной камеры, комплекс-репортер, включающий зонд и антиген комплекса-репортера, в котором зонд связан с антигеном комплекса-репортера, в котором антиген комплекса-репортера связан с иммобилизованным антителом и в котором антиген комплекса-репортера связан менее прочно, чем антиген-мишень, с иммобилизованным антителом, камеру выявления, вход для образца в реакционную камеру и проход для образца между реакционной камерой и камерой выявления.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения антиген комплекса-репортера может представлять собой антиген-мишень, псевдоантиген или модифицированный антиген. Зонд может включать радиоактивные изотопы, хромофоры или флуорофоры.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения зонд может включать фермент, такой как глюкозодегидрогеназа. Когда зондом является фермент, камера выявления может дополнительно включать в себя субстрат для фермента, например окисляемый субстрат, такой как глюкоза. Камера выявления может также дополнительно включать в себя медиатор, такой как дихлорфенолиндофенол, или комплексы между переходными металлами и азотсодержащими гетероатомными видами, или феррицианид. Устройство может дополнительно включать в себя буфер, который корригирует рН образца, такой как фосфат или меллитат. Устройство может также включать в себя стабилизатор, причем стабилизатор стабилизирует один или более антигенов-мишеней, антиген комплекса-репортера, фермент и иммобилизованное антитело. Субстрат фермента можно закреплять на внутренней поверхности камеры выявления.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения иммобилизованное антитело можно закреплять на внутренней поверхности реакционной камеры.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения устройство также включает в себя поддерживающий материал. Поддерживающий материал может содержаться внутри камеры выявления и может включать в себя первое вещество, такое как субстрат фермента, медиатор или буфер, который может быть закреплен на поддерживающем материале или находиться внутри поддерживающего материала. Поддерживающий материал может содержаться внутри реакционной камеры и может включать в себя второе вещество, такое как иммобилизованное антитело, комплекс-репортер или агент, который предотвращает неспецифическое связывание белков с внутренней поверхностью реакционной камеры, который может быть закреплен на поддерживающем материале или находиться внутри поддерживающего материала. Поддерживающий материал может включать в себя сетчатый материал, например материал, содержащий полимер, такой как полиолефин, полиэфир, нейлон, целлюлоза, полистирол, поликарбонат, полисульфон или их смеси. Поддерживающий материал может включать в себя волокнистый наполняющий материал, такой как волокнистый наполняющий материал, включающий полимер, такой как полиолефин, полиэфир, нейлон, целлюлоза, полистирол, поликарбонат, полисульфон или их смеси. Поддерживающий материал может включать в себя пористый материал, такой как агломерированный порошок, или макропористую мембрану, например макропористую мембрану, включающую в себя полимерный материал, такой как полисульфон, дифторид поливинилидена, нейлон, ацетат целлюлозы, полиметакрилат, полиакрилат или их смеси. Поддерживающий материал может включать в себя гранулы.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения камера выявления включает в себя первый электрод и второй электрод. По меньшей мере, один из первого электрода и второго электрода включает в себя материал, такой как алюминий, медь, никель, хром, сталь, нержавеющая сталь, палладий, платина, золото, иридий, углерод, углерод, смешанный со связывающим агентом, оксид индия, оксид олова, проводящий электричество полимер или их смеси.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения стенка камеры выявления может быть прозрачной для излучения, испускаемого или поглощаемого зондом, и излучение является показателем присутствия или отсутствия комплекса-репортера в камере выявления.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения устройство включает в себя детектор, который выявляет состояние, при котором реакционная камера является практически заполненной.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения устройство включает в себя средство для прокола, которое образует отверстие в дистальном конце камеры выявления. Устройство может также содержать отверстие в дистальном конце реакционной камеры.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения антиген-мишень включает в себя человеческий С-реактивный белок. Антиген комплекса-репортера может включать в себя мономерный С-реактивный белок. Альтернативно, антиген комплекса-репортера может содержать С-реактивный белок, полученный от видов животных, не являющихся человеком, или химически модифицированный С-реактивный белок, при этом аффинность химически модифицированного С-реактивного белка в отношении антитела меньше аффинности человеческого С-реактивного белка в отношении антитела.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения стенка камеры выявления или стенка реакционной камеры содержит материал, такой как полиэфир, полистирол, поликарбонат, полиолефин, полиэтилентерефталат или их смеси. Стенка камеры выявления или стенка реакционной камеры может также содержать наполнитель, такой как диоксид титана, углерод, диоксид кремния, стекло и их смеси.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения зонд содержит кофактор фермента, такой как флавинмононуклеотид, флавинадениндинуклеотид, никотинамидадениндинуклеотид или пирролохинолинхинон. Кофактор фермента может быть связан с антигеном комплекса-репортера посредством гибкого спейсера. Камера выявления также может включать в себя субстрат фермента или апофермент.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения зонд включает в себя регулятор ферментативной активности, такой как киназа или фосфорилаза. Камера выявления также может включать в себя субстрат фермента или фермент.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения зонд содержит белковую субъединицу, которая представляет собой часть фермента, состоящего из множества субъединиц.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения разработан способ определения количества антигена-мишени в образце жидкости, указанный способ включает в себя следующие этапы: помещение образца жидкости в реакционную камеру, содержащую иммобилизованное антитело и комплекс-репортер, содержащий зонд, соединенный с антигеном комплекса-репортера, при котором антитело фиксировано в реакционной камере, при котором антиген комплекса-репортера связан с иммобилизованным антителом и при котором антиген комплекса-репортера связан с иммобилизованным антителом гораздо слабее, чем антиген-мишень, диссоциирование части антигена комплекса-репортера от иммобилизованного антитела в образец жидкости, связывание части антигена-мишени с иммобилизованным антителом, перенос образца жидкости в камеру выявления и определение количества комплекса-репортера в образце жидкости, при котором количество комплекса-репортера является показателем количества антигена-мишени, первоначально присутствовавшего в образце жидкости.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения этап переноса образца жидкости в камеру выявления включает в себя перенос образца жидкости в электрохимический элемент, имеющий первый электрод и второй электрод. Этап определения количества комплекса-репортера в образце жидкости может также включать создание потенциала между первым электродом и вторым электродом в электрохимическом элементе и измерение тока, при котором ток является показателем количества комплекса-репортера, присутствующего в образце жидкости, и при котором количество комплекса-репортера является показателем количества антигена-мишени.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения этап переноса образца жидкости в камеру выявления включает в себя перенос образца жидкости в камеру выявления, содержащую часть, проницаемую для электромагнитного излучения. Этап определения количества комплекса-репортера в образце жидкости может также включать в себя этапы воздействия на часть, проницаемую для электромагнитного излучения, электромагнитным излучением, при котором электромагнитное излучение проходит через образец жидкости или отражается от образца жидкости, и мониторинга свойства электромагнитного излучения после его прохождения через образец жидкости или его отражения от образца жидкости, при котором свойство является показателем количества комплекса-репортера, присутствующего в образце жидкости, и при котором количество комплекса-репортера является показателем количества антигена-мишени.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает горизонтальную проекцию (не изменять масштаб) иммуносенсора первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, который включает в себя электрохимический элемент.

Фиг.2 показывает поперечное сечение (не изменять масштаб) вдоль линии A-A' варианта иммуносенсора фиг.1.

Фиг.3 показывает горизонтальную проекцию (не изменять масштаб) иммуносенсора предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, который содержит электрохимический элемент.

Фиг.4 показывает поперечное сечение (не изменять масштаб) вдоль линии В-В' варианта иммуносенсора фиг.3.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения

Следующее описание и примеры подробно иллюстрируют предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Специалистам будет понятно, что настоящее изобретение включает в свой объем многочисленные вариации и модификации настоящего изобретения. Соответственно, описание предпочтительного варианта осуществления не предполагает ограничения объема настоящего изобретения.

Создана сенсорная полоска, которая содержит две камеры: реакционную камеру и камеру выявления. Образец получает реакционная камера, в которой компоненты образца подвергают иммунологической реакции. Один или более продуктов иммунологической реакции выявляют в камере выявления, чтобы количественно определить антиген, присутствующий в образце. Реакционная камера и камера выявления устроены таким образом, что образец может протекать из реакционной камеры в камеру выявления.

После того как в реакционной камере произошла иммунологическая реакция, по меньшей мере, некоторая часть прореагировавшего образца перемещается в камеру выявления, где выявляют наличие зонда и анализируют для получения результата. Предпочтительно, чтобы переместилось достаточное количество образца так, чтобы камера выявления была достаточно заполнена, а именно чтобы достаточное количество образца переместилось в камеру выявления так, чтобы наличие зонда можно было обнаружить и проанализировать с помощью применяемого способа выявления.

Реакционная камера содержит антитела к антигену, представляющему интерес, иммобилизованные внутри реакционной камеры. Антитела можно иммобилизовать на стенке самой камеры. Альтернативно, антитела можно иммобилизовать на подложке, содержащейся в реакционной камере. Подходящие подложки включают в себя, без ограничения, волокнистые материалы, макропористые материалы, порошкообразные материалы или в особенно предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения гранулы материала такого, который хорошо известен для поддержания антител.

В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения иммобилизованные антитела связаны с тем, что называют "псевдоантигеном", соединенным с зондом. Псевдоантиген-зонд связывается с иммобилизованным антителом, но не настолько сильно, как антиген, представляющий интерес. Если, например, антиген, который необходимо обнаружить, представляет собой человеческий белок, то подходящий псевдоантиген-зонд может содержать животную версию того же самого белка, такого как собачий белок или свиной белок, соединенный с зондом. В данном примере антитела к человеческой версии белка иммобилизуют в реакционной камере, а животную версию белка, соединенную с подходящим зондом, связывают с иммобилизованным антителом для образования комплекса антитело-псевдоантиген-зонд.

Когда образец заполняет реакционную камеру, малая часть комплекса псевдоантиген-зонд диссоциирует в раствор, поскольку данный комплекс относительно слабо связан с антителом. Динамическое равновесие будет существовать между связанным комплексом псевдоантиген-зонд и свободным комплексом псевдоантиген-зонд, оставляя некоторое количество свободных сайтов связывания антитела. Если в растворе имеется антиген, то он прочно свяжется со свободными сайтами связывания антитела, предпочтительнее, чем комплекс псевдоантиген-зонд, и, таким образом, оставить псевдоантиген-зонд в растворе. Данный процесс будет продолжаться до тех пор, пока практически весь антиген в образце не свяжется с антителами, а равное количество комплекса псевдоантиген-зонд не окажется в свободном виде в растворе. Таким образом, каждый антиген, который связывается с иммобилизованным антителом, будет вытеснять один комплекс псевдоантиген-зонд в раствор.

Когда весь антиген или заранее определенная его фракция в образце свяжется с иммобилизованными антителами, концентрация комплекса псевдоантиген-зонд в растворе будет отражать оригинальную концентрацию антигена в образце. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения равновесие между свободным и связанным комплексами псевдоантиген-зонд лежит в основе уверенности в том, что антиген в растворе прекратил связываться с антителом предпочтительнее комплекса псевдоантиген-зонд. Следовательно, применяют псевдоантиген-зонд, который более слабо связывается с антителом, чем антиген-мишень, но нет необходимости физического удаления комплекса псевдоантиген-зонд с антитела перед введением образца, как при некоторых ранее существовавших методиках.

После того как иммунологические реакции состоялись, жидкий образец, содержащий любой комплекс псевдоантиген-зонд, высвобожденный из антител, переносится в камеру выявления. В камере выявления определяют концентрацию комплекса псевдоантиген-зонд, присутствующего в образце, и получают результат.

Малое количество комплекса псевдоантиген-зонд может диссоциировать в раствор даже в отсутствие антигена в образце, в результате того, что связанный и свободный комплексы псевдоантиген-зонд достигают равновесия в растворе. Если это имеет место, тот сигнал, генерированный в камере выявления, из-за наличия указанного свободного комплекса псевдоантиген-зонд, считают фоновым сигналом, который вычитают из концентрации антигена, полученного как часть процедуры анализа.

В одновременно рассматриваемой заявке № 09/616433, поданной 14 июля 2000 г., включенной в настоящий документ в качестве ссылки, описана полоска для иммунологического анализа, с присоединенной иммунологической реакцией и камерой выявления. В отличие от сенсора, описанного в настоящем документе, в котором используют псевдоантиген-зонд, исходно комплексированный с антителом, иммобилизованным на поверхности внутри реакционной камеры, в сенсоре заявки № 09/616433 перед помещением образца в реакционную камеру антитела иммобилизуют на одной поверхности, а антиген-зонд иммобилизуют на другой поверхности реакционной камеры. Когда образец помещают в реакционную камеру, антиген-зонд растворяется в растворе и конкурирует с антигеном образца за сайты связывания антитела. Способ применения сенсора заявки № 09/616433 основан, прежде всего, на кинетических факторах, чтобы гарантировать связывание антигена с антителом (поскольку достигает его первым) предпочтительнее связывания комплекса антиген-зонд. Следовательно, существует необходимость пространственного удаления комплекса антиген-зонд из антитела в реакционной камере, и сенсор может функционировать, когда антиген и антиген-зонд связываются с антителом с одинаковой силой.

В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения сенсор представляет собой одноэтапный иммуносенсор, не требующий промывания. Данный сенсор представляет собой одноразовое устройство, которое обеспечивает работу реакционной камеры и камеры выявления. Можно использовать любой доступный способ выявления. Подходящие способы выявления включают в себя, например, визуальное выявление, при котором наблюдается проявление окрашивания, или спектроскопическое выявление, при котором отраженный или пропущенный свет используют для измерения изменений поглощения света. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ выявления представляет собой электрохимический способ, при котором измеряют электрический ток или потенциал, связанный с продуктами иммунологических реакций.

Способы и устройства для осуществления электрохимических измерений в образцах жидкостей дополнительно обсуждаются в одновременно рассматриваемой патентной заявке США № 09/616556, поданной 14 июля 2000 г., которая включена в настоящий документ в качестве ссылки.

Фиксирование времени, требующегося на различные этапы теста, т.е. этап реакции и этап выявления, можно производить вручную. Альтернативно, фиксирование времени можно осуществлять автоматически в ответ на триггерный сигнал, который генерируется, когда реакционная камера и/или камера выявления наполняется.

Варианты сенсоров, подходящих для применения с электрохимическим выявлением, проиллюстрированы на фиг.1 и 2, а также на фиг.3 и 4. Фиг.1 представляет собой горизонтальную проекцию первого варианта сенсорной полоски, а фиг.2 представляет собой поперечное сечение, показывающее детали реакционной камеры и камеры выявления. Фиг.3 представляет собой горизонтальную проекцию второго варианта сенсорной полоски, а фиг.4 представляет собой поперечное сечение, показывающее детали реакционной камеры и камеры выявления.

Сенсор

Иммуносенсоры по настоящему изобретению можно изготовить с помощью хорошо известной технологии тонкослойных устройств, которая используется при изготовлении электрохимических устройств для измерения уровня глюкозы (см., например, US 5942102, включенный в настоящий документ в качестве ссылки). Подобные технологии с некоторыми модификациями можно также использовать для изготовления иммуносенсоров, в которых способы электрохимического выявления не применяются.

В предпочтительных вариантах иммуносенсоров, показанных на фиг.1 и 2, а также на фиг.3 и 4, камера выявления содержит электрохимический элемент. Иммуносенсоры можно изготавливать путем сборки различных тонких слоев материалов, имеющих удобную форму, в соответствии со способами изготовления тонкослойных сенсоров, хорошо известных специалистам. Обычно процесс изготовления включает в себя накладывание друг на друга одного или более спейсерных слоев между верхним слоем и нижним слоем.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения сенсор 20 представляет собой электрохимический элемент 28, в котором используется фермент, например глюкозооксидаза или глюкозодегидрогеназа, в качестве зонда, как показано на фиг.1, горизонтальная проекция подобного сенсора 20, и на фиг.2 - поперечное сечение сенсора по линии А-А'. Реакционную камеру 22 и камеру 28 выявления изготавливают формированием апертуры, простирающейся через листок электрически резистивного материала 36. Апертуре придается такая форма, что она определяет боковую стенку как реакционной камеры 22, так и камеры 28 выявления, а также проход 38 для образца между указанными двумя камерами 22 и 28. Благодаря тому что апертура простирается от проксимального конца 24 реакционной камеры 22 насквозь, до края листка 37, формируется также вход 24 для образца. В одном варианте осуществления настоящего изобретения толщина листка 36 определяет полную высоту реакционной камеры 22 и камеры 28 выявления, которые являются одинаковыми. В другом варианте осуществления настоящего изобретения высота реакционной камеры 22 превышает высоту камеры 28 выявления. Реакционную камеру 22, имеющую большую высоту, чем камера 28 выявления, изготавливают путем наслаивания друг на друга множества листков 32, 34 и 36 вместе. Средний листок 36 слоя имеет апертуру, определяющую боковые стенки 74 и 76 как реакционной камеры 22, так и камеры 28 выявления, как описано выше. Указанный средний слой 36 помещен между двумя или более дополнительными слоями 32 и 34, дополнительные слои 32 и 34 имеют апертуру, определяющую боковую стенку 74 только реакционной камеры 22, а слои 32 и 34, таким образом, определяют торцевые стенки 60 и 62 камеры 28 выявления. В указанном варианте осуществления торцевые стенки 60 и 62 камеры выявления содержат электроды 52 и 54, которые можно изготовить, как описано ниже.

Как показано на фиг.2, антитела 44 прикреплены ко дну 40 реакционной камеры 22. Псевдоантиген-зонд 50 образует комплекс с антителами 44. Антитело может быть закреплено на любой подходящей поверхности реакционной камеры, например к стенке или к поверхности подложки внутри реакционной камеры 22.

Первый тонкий электродный слой 52 смонтирован или сформирован на одной стороне 70 листка электрически резистивного материала 36, простираясь поверх апертуры, образующей камеру 28 выявления, и образуя торцевую стенку 60. Слой 52 может быть приклеен к листку 36, например, с помощью клея. Подходящие клеи включают в себя, например, клеи, активируемые при нагревании, клеи, эффективные при кратковременном прижатии, клеи, отверждающиеся при нагревании, клеи, отверждающиеся при химическом воздействии, термоплавкие клеи, клеи, приобретающие текучесть при нагревании.

Электродный слой 52 может быть изготовлен путем нанесения (например, путем нанесения распылением, как описано в WO97/18464, путем трафаретной печати или путем любого другого удобного способа) на листок из электрически резистивного материала 32 подходящего материала, например алюминия, меди, никеля, хрома, стали, нержавеющей стали, платины, палладия, углерода, углерода, смешанного со связывающим агентом, оксида индия, оксида олова, смешанных оксидов индия/олова, золота, серебра, иридия, их смесей, проводящих электричество полимеров, таких как полипиррол или полиацетилен. Если электрод 52 предназначен для использования в качестве катода в электрохимическом элементе, то подходящие материалы включают в себя, например, алюминий, медь, никель, хром, сталь, нержавеющую сталь, платину, палладий, углерод, углерод, смешанный со связывающим агентом, оксид индия, оксид олова, смешанные оксиды индия/олова, золото, серебро, иридий, их смеси, проводящие электричество полимеры, таких как полипиррол или полиацетилен. Если электрод 52 предназначен для использования в качестве анода в электрохимическом элементе или должен контактировать с окислителями в процессе изготовления или хранения сенсора, то подходящие материалы включают в себя, например, платину, палладий, углерод, углерод, смешанный со связывающим агентом, оксид индия, оксид олова, смешанные оксиды индия/олова, золото, серебро, иридий, их смеси, проводящие электричество полимеры, такие как полипиррол или полиацетилен. Материалы, подходящие для применения в качестве электродов 52 и 54, являются совместимыми с реагентами, присутствующими в сенсоре 20, а именно они не вступают в химические взаимодействия с реагентами при потенциале выбора или в процессе изготовления и хранения сенсора.

Второй тонкий электродный слой 54 смонтирован на противоположной стороне 72 листка электрически резистивного материала 36, также простираясь поверх апертуры, образующей камеру 28 выявления, и образуя вторую торцевую стенку 62. В указанном варианте осуществления настоящего изобретения инертный, электрически изолирующий слой 36 отделяет друг от друга содержащие электроды субстраты 32 и 34. Предпочтительно изолирующий слой 36 держит слои 32 и 34 на предопределенном расстоянии друг от друга. При условии, что указанное разделение достаточно мало, например меньше или равно приблизительно 500 микрон, ток, протекающий между электродами 52 и 54, будет прямо пропорционален концентрации восстановленного медиатора после подходящего короткого времени по сравнению с временем, требующимся на выявление. В указанном варианте осуществления настоящего изобретения скорость появления тока прямо зависит от скорости ферментативной реакции и, следовательно, от количества присутствующего фермента.

В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения может быть предпочтительной другая конфигурация электродов, а не положение друг против друга, например положение бок в бок или параллельно, но с некоторым смещением. Электроды могут быть идентичными или практически одинаковыми по размеру или могут быть различных размеров и/или различных форм. Электроды могут содержать один и тот же проводящий материал или различные материалы. Другие вариации конфигурации электродов, расстояние между ними, а также конструкция или изготовление будут очевидны для специалиста в данной области.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения электродные слои 52 и 54 смонтированы параллельно, друг против друга, на расстоянии, меньшем или равном 500, 450, 400, 350, 300, 250 или 200 микрон и более предпочтительно приблизительно от 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 или 50 микрон до приблизительно 75, 100, 125, 150 или 175 микрон. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, однако, может быть предпочтительным расстояние между электродами, превышающее 500 микрон, например 600, 700, 800, 900 или 1000 микрон, или даже превышающее 1, 2, 3, 4 или 5 мм.

Объем камеры выявления или реакционной камеры обычно составляет приблизительно от 0,3 микролитров или менее до приблизительно 100 микролитров или более, предпочтительно приблизительно от 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 или 0,9 микролитров до приблизительно 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90 микролитров и наиболее предпочтительно приблизительно от 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5 или 5 микролитров до приблизительно 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16 или 18 микролитров. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть предпочтительными большие или меньшие объемы одной из или обеих реакционной камеры и камеры выявления.

Электроды 54 и 52 в камере 28 выявления могут быть приведены в электрическое соединение с помощью измерителя (не показан) через край 66 соединения. Соединители (не показаны) находятся в электрическом соединении с электродами 54 и 56 в камере 28 выявленияпосредством проводящих межсоединений (не показаны). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.1, указанные проводящие межсоединения состоят из расширений пленок проводника 52 и 54, покрывающих внутренние поверхности 32 и 34. Измеритель в соединении с участком 66 соединения способен прилагать потенциал между электродами 52 и 54 в камере 28 выявления, анализируя вырабатываемые электрические сигналы, показывая ответ, необязательно, сохраняя ответ в памяти, и, необязательно, передавая сохраненные ответы на внешнее устройство, такое как принтер или компьютер.

В других вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых используется электрохимическое выявление, обычно используются полоски проводящего материала на одной или обеих внутренних поверхностях камеры выявления с наличием, по меньшей мере, двух электродов, а именно чувствительного электрода и электрода счетчика/эталона. Необязательно, может присутствовать третий электрод, который служит отдельным эталонным электродом.

При использовании способов потенциометрического выявления измеритель способен определять разницу потенциалов между чувствительным электродом и эталонным электродом, но не обязательно способен прилагать потенциал между электродами.

В вариантах осуществления, при которых в качестве способа выявления используют визуальное выявление или отражательную спектроскопию, слои 32 и 46 и/или слои 34 и 42 являются прозрачными для длины волны излучения, которое должно наблюдаться. В случае визуального выявления наблюдается простое изменение цвета в камере 28 выявления. В случае отражательной спектроскопии выявляющее излучение просвечивает через слои 32 и 46 и/или слои 34 и 42 и анализируется излучение, отраженное от раствора в камере 28 выявления. В случае пропускающей спектроскопии в качестве способа выявления слои 32, 46, 34 и 42 являются прозрачными для излучения с выбранной длиной волны. Излучение просвечивает через образец в камере 28 выявления, и измеряется ослабление луча.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения слой 36 содержит субстрат со слоем клея (не показан), нанесенным на его верхнюю поверхность 70 и нижнюю поверхность 72. Примеры материалов, подходящих в качестве субстрата слоя 36, включают в себя полиэфир, полистирол, поликарбонат, полиолефины и предпочтительно полиэтилентерефталат. Указанные материалы могут быть натуральными или могут быть наполнены подходящими наполнителями для придания желательных оптических или механических свойств. Примеры материалов, подходящих в качестве наполнителей, включают в себя, без ограничения, диоксид титана, углерод, диоксид кремния и стекло. Примерами подходящих клеев являются клеи, эффективные при кратковременном прижатии, отверждающиеся при нагревании или при химическом воздействии, а также термоплавкие клеи и клеи, приобретающие текучесть при нагревании. Альтернативно, спейсерные слои сами по себе могут состоять из подходящего клея.

Если вход 24 для образца в процессе изготовления еще не был сформирован, то его обеспечивают, например, формированием бороздки (не показана) на конце 37 устройства 20, которое пересекает реакционную камеру 22.

Заштрихованный кружок на фиг.1 обозначает апертуру 30, проходящую сквозь слои 32, 34 и 36, но не через слои 42 и 46, апертура в слое 34 открывается в камеру 28 выявления. Поскольку слои 42