傳感器在側流免疫分析中的集成和其應用
【專利說明】傳感器在側流免疫分析中的集成和其應用
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本發明要求在2012年10月23日提交的美國申請N0.13/658,614的權益。該申請的內容以引用方式并入。
技術領域
[0003]本發明涉及一種用于側流免疫分析(Lateral Flow Immunoassays, LFAI’s)的作為生物傳感器的裝置、改進這樣的LFAI裝置以及在診斷方法中使用這樣的LFAI裝置的方法。
【背景技術】
[0004]最近對預測性的、預防性的和尤其個人化的醫學越來越關注，其要求具有更高保真度一一例如敏感性和特異性的診斷測試。側流免疫分析(LFIA)裝置包含這樣的診斷測試并且是一種即時診斷(Point-of-Care:P0C)領域中的成熟技術。低成本、相對容易制造、長貨架期和容易被客戶使用是使LFIA非常有吸引力的優點中的一些。
[0005]側流免疫分析的基本原則在圖1中示出。在LFIA診斷裝置的早期發展期間，主要的焦點首先在于提供容易的是否答復的定性系統。最為人熟知的定性側流系統是驗孕。
[0006]然而現在，對更加敏感的、定量的和復用的測量的需要越來越大，其要求實現閱讀器系統。就其本身而言，側流免疫分析裝置可以用于新市場并且用于新應用。
[0007]毛細流動速率對于LFIA’ s非常重要，因為樣品中的分析物的有效濃度隨著流動速率中的增大的平方而降低。對于分析物的定量測量來說，這個關系非常重要，因為信號強度直接與有效濃度相關。因此，樣品經過分析測試線的流動速度影響相關分析物的定量測量。例如樣品粘度在正常血液粘度變動內的30%的變化會導致直到70%的信號變動。
[0008]不同樣品例如血液樣品的粘度可能顯著不同。樣品粘度(和因此毛細流動速率)中的顯著變動通常不影響驗孕性能；然而，當要測試生物標志物值一一比如濃度并且將其與其之前的值進行比較時，分析物/生物標志物的定量化非常重要。
[0009]在LFIA’s中，由毛細力驅使樣品流動穿過膜。吸收劑材料/膜的孔大小和樣品粘度是兩個對樣品穿過系統的流動速度具有直接影響的參數。至于流動速度/速率，在制造過程期間對LFIA的膜的損壞會引入多種不利地影響流動行為的人為因素。例如，膜與墊襯物(或膠布)的分離導致樣品快速向下流到膜的邊緣的無障礙的路徑。這會導致凹流和測量中的偽差。
[0010]印刷電子術包括允許在極其多樣的襯底一一比如紙或織物上創建電路的特定印刷方法。印刷電子術的優點是它們容許電系統的低成本、高容量、高吞吐量生產。尤其對于小的、不貴的和用后即棄的裝置，這項技術在使用LFIA’ s來提高量化診斷測試的可靠性方面可以是非常有利的。這使得印刷電子術對一次性使用的生物傳感器的領域非常有吸引力。
[0011]Jolke Perelaer 等人著的〈〈Inkjet-printed silver tracks: low temperaturecuring and thermal stability investigat1n)) (Journal of Materials Chemistry,2008，第18卷，第3209-3215頁)描述了在低溫下噴墨印刷。印刷低溫固化材料的可能性增大了電極可以印刷在其上(例如印刷在溫度敏感的硝化纖維膜上)的可用材料的數量。其他印刷方法——比如卷對卷印刷和沖壓也是可能的。
[0012]一些其他影響在側流測試中產生的信號的關鍵因素包括溶液的溫度和離子強度(包括pH)。包括測量和影響這樣的條件的傳感器和執行器在減小所產生的信號中的變動方面也是重要的。
【發明內容】
[0013]包括至少一個電傳感器的側流免疫分析裝置可以測量一個或更多個影響樣品中的相關分析物的信號強度的參數。側流免疫分析裝置中的集成印刷電傳感器可以測量這些參數，它們包括例如樣品在當流動經過裝置時的流動速率、流形態、溫度或離子濃度。
[0014]在一種實施例中，提供一種用于測量分析物的側流免疫分析裝置，其具有包括用于提供毛細流的吸收劑材料的載體，其包括:
[0015]a)用于接收樣品的樣品部；
[0016]b)包括綴合微粒材料的綴合部；
[0017]b)包括用于分析物的結合劑的診斷部；
[0018]c)用于提供毛細流的吸收劑材料的吸收劑部；和
[0019]d)至少一個電傳感器。
[0020]其中樣品部、綴合部、診斷部和吸收劑部以毛細流連接，樣品由此流動經過診斷部中的結合劑以提供樣品和結合劑之間的接觸。
[0021]側流免疫分析裝置中的所述至少一個電傳感器連接到用于計算與樣品相關的一個或更多個參數的處理單元上。所計算的參數是那些影響來自結合標記分析物復合物的信號的強度，借以影響樣品中的分析物的濃度的計算。例如樣品的這樣的參數包括樣品經過診斷部的流動速率、樣品經過診斷部的流形態、樣品在診斷部處的溫度、樣品在診斷部處的pH和樣品在診斷部處的離子濃度。
[0022]在另一種實施例中，提供一種確定樣品中的分析物的濃度的方法，其包括確定樣品中的分析物和樣品在側流免疫分析裝置中的參數，其中側流免疫分析裝置包括包含用于提供毛細流的吸收劑材料的載體，所述側流免疫分析裝置包括:
[0023]a)用于接收樣品的樣品部；
[0024]b)包括綴合微粒材料的綴合部；
[0025]b)包括用于分析物的結合劑的診斷部；
[0026]c)用于提供毛細流的吸收劑材料的吸收劑部；和
[0027]d)至少一個電傳感器。
[0028]其中樣品部、綴合部、診斷部和吸收劑部以毛細流連接，樣品由此流動經過診斷部中的結合劑以提供樣品和結合劑之間的接觸。
[0029]樣品中的分析物的濃度通過確定結合在側流免疫分析裝置的診斷部上的標記分析物的信號強度并且考慮確定用于流動經過側流免疫分析裝置的診斷部的樣品的參數中的一個或更多來計算。
【附圖說明】
[0030]圖1:側流免疫分析裝置的示意性表示。
[0031]圖2:用于側流免疫分析裝置中的流動速度測量的設置的示意性表示。
[0032]圖3:用于確定非均一的流形態的流形態傳感器的電極對的示意性表示。
[0033]圖4:示出簡單的側流免疫分析裝置用于測量樣品的流形態的測量:a)非均一的流形態電極(U2)在當流形態電極(U3)短路之前短路:b)示出所測量的(余脈沖消除)電流信號的曲線圖。
[0034]圖5:示出由于樣品體積的不同量:a)500 μ I的PBS(流前沿運動得非常慢):b) 1000 μ I的PBS(膜被淹沒)而不同的流動速度的測量的曲線圖。
[0035]圖6:示出溫度感測的曲線圖。溫度掃描在30°C開始到熱板上的100°C。
[0036]圖7:電傳感器在側流免疫分析裝置的載體上的集成的替代示意性表示:a)電傳感器在載體的與診斷部不同的部分上:b)電傳感器的集成穿過支持層/膜在診斷部的膜下方:c)電傳感器集成穿過載體的診斷部的膜中的空隙。
[0037]圖8:印刷傳感器在側流裝置中的集成的示意性表示。測試線路的強度通過來自流動速度測量的數據來調整，所述流動速度測量可以由例如CMOS傳感器來執行，該CMOS傳感器發送信號到顯示器。
【具體實施方式】
[0038]電傳感器可以集成到側流免疫分析(LFIA)裝置中，用于確定樣品的參數，所述參數影響測量這樣的樣品中的相關分析物的濃度的準確度。提供可以集成到側流免疫分析中的不同種類的印刷電傳感器(流動速度傳感器、流形態傳感器、溫度傳感器)。幾乎每一種印刷工藝可以用于印刷這些導電電極，例如絲網印刷、凹版印刷或噴墨印刷還有噴涂或刷涂技術。用于這些電傳感器的材料包括例如銀、鉑、碳、銅或金墨或漿。
[0039]由于一些導電材料溶劑能夠腐蝕用在LFIA的診斷部中的膜(尤其是硝化纖維)，電極也可以施加在系統的不同的部分上(例如在硝化纖維膜下方背襯上一一穿過背襯)。例如在圖7中示出用于將印刷電極傳感器集成在LFIA裝置中的特定替代方案。這些替代方案包括在膜下方的背襯或支撐材料上印刷電極，其中電極可以穿過背襯或載體材料。如同例如在圖7b中舉例示出的那樣，其中電極可以容易地穿過背襯連接。替代地，在診斷部(診斷膜)上或在LFIA裝置的這樣的診斷部的間隙中印刷電極。在另一種替代方案中，電極不是印刷電極但包括施加到LFIA裝置的不同部分中的一個或多個上的非印刷電極或者穿過所述不同部分中的一個或多個的非印刷電極。
[0040]同樣地，提供一種用于測量分析物的側流免疫分析裝置，其具有包括用于提供毛細流的吸收劑材料的載體，其包括:
[0041]a)用于接收樣品的樣品部；
[0042]b)包括綴合微粒材料的綴合部；
[0043]b)包括用于分析物的結合劑的診斷部；
[0044]c)用于提供毛細流的吸收劑材料的吸收劑部；和
[0045]d)至少一個電傳感器，
[0046]其中樣品部、綴合部、診斷部和吸收劑部以毛細流連接，樣品由此流動經過診斷部中的結合劑以提供樣品和結合劑之間的接觸。樣品中的分析物(和綴合物)與結合劑的位于診斷部的測試線上的結合會導致在該地點處產生的