空截头锥体形的试剂实验装置

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技术领域\n本发明涉及一种仪器和一次性装置，用于测量生物液体中的分析物的浓度； 更具体地说，涉及一种装置，它的一次性装置是空截头锥体形。\n背景技术\n医学诊断经常需要测量取自患者的生物液体，例如血液、尿、或唾液。通 常，避免仪器和人体被这些液体污染和防止患者被其他人的体液污染是非常重 要的。因此，需要能将这种污染危险减小到最小的诊断设备。\n如今使用最广泛的医疗诊断设备是血糖监测仪。仅在美国，估计有一千四 百万人患有糖尿病。为了避免严重的健康问题，例如失明、循环问题、肾衰竭 等，许多人有规律地监测他们的血糖，然后采取必要的措施，将血糖浓度保持 在允许的范围内。\n在进行血糖测量时血液污染是令人关心的。例如，当使用最常用的全血糖 仪(光度计〕时，血糖测量通常是通过加到仪器试验片上的血样完成的。要想 施加患者指尖的血样，患者的手指必须放到试验片的上方并且靠近试验片，以 便把血样注到试验片上。因此存在这样的危险，即患者的手指可能与仪器被先 前使用者的血液污染的部分接触，尤其在医院使用时更是如此。\n如果在将试验片放到仪器上之前对试验片接种就可以把这种对患者的 危险降低到最小。这就是所说的“仪器下接种”方法。用这种方法时，患者把 他的血样加到试剂试验片上作为测量过程的第一步。然后，试验片被插到仪器 上。患者的手指只和新的(干净的〕一次性装置接触，该装置不能被其他患者 的血液污染。手指永远不和仪器被污染的部分接触。仪器下接种方法已经使用 了一段时间，尤其是对于光度仪器，也用于测量血细胞容量的仪器。仪器下接 种的一个缺点是仪器不能在“零时”或在“零时”之前进行测量，零时是血样 加到试验片上之时。在光度计型仪器中，试验片接种之前的反射率读数允许仪 器校正试验片背景颜色和位置的变异。仪器也可以更直接更精确地确定零时， 这样有利于精确测量。比较而言，如果试片在仪器下接种，很难或者不可能确 定零时。\n虽然仪器下接种降低了对患者的污染问题，但是仪器仍可能被血液污染。 因此对其他可能接触污染的仪器的人例如医院里的工人和修理仪器的技师存 在危险。另外，如果病人由护理人员照顾，在试验完成之后，把试验片拆下 扔掉时，护理人员可能接触病人的血液。\n以电化学方式工作的仪器通常使用“远距离接种”，在这种接种方法中， 试验片在接种之前放到仪器上，但是血液加入点远离可能被污染的仪器表面。 例如，来自Bayer Diagnostics的Glucometer Elite和来自Boehringer Mannheim的Advantage包括利用远距离加入试样的电极。在使用仪器下接种 时，拆下试验片也对使用远距离接种的仪器产生危险。\n许多有助于减小对患者和/或与诊断试验有关的其他人的污染危险的系统 已经公开。\n1990年8月28日发行的Sugarman等人的美国专利U.S.4,952,373公开 了一种防护罩，用于防止诊断卡盘上的多余液体传到使用该卡盘的监测仪上。 该防护罩由薄塑料或者金属薄膜制成，安装到通常如信用卡一般大的卡盘上。\n1992年3月31日发行的Brenneman的美国专利U.S.5,100,620公开了一 种反漏斗形壳体，具有中心毛细管，用于把液体试样从远距离试样施加点传输 到试片表面。该装置可以用来把血液从指尖传输到试剂膜上。\n1976年11月16日发行的Marteau d’Autry的美国专利U.S.3,991,617 公开了一种使用移液管的装置，该移液管与一次性的管头一起使用。该装置提 供一个按扭机构，用于将管头从移液管的端部推掉。\n上述专利的共同点在于公开的每一个装置都具有生物液体和其它可能 有害的液体造成污染的危险。\n发明内容\n根据本发明，一种用于测定生物液体试样中分析物的浓度的仪器中的装置 包括：\n    (a)一个空的截头锥体，其开口端的大小不相等，和\n    (b)一个用于接收试样的多孔薄膜，安装在较小的开口端，并封 闭较小的开口端，该薄膜包括\n    (i)一个用于接收试样的表面，和\n        (ii)一种试剂，用于与分析物发生反应，引起薄膜物理可探 测的参数变化，该变化可测量，并与试样中分析物的浓度有关。\n本发明测量生物液体试样中分析物的浓度的方法包括：\n    (a)提供一个装置，该装置包括一个空的截头锥体，该空截头锥体 的开口端的大小不相等，较小的开口端基本上被薄膜封闭，该薄膜具有\n        (i)一个用于接收试样的表面，和\n        (ii)一种试剂，用于与分析物发生反应，引起薄膜一个物理可探 测的参数变化，该变化可测量，并与试样中分析物的浓度有关。\n    (b)把试样加到薄膜表面上；\n    (c)测量所述参数变化；以及\n    (d)从测量的参数变化确定分析物浓度。\n本发明的装置可以方便地与测量生物液体试样中分析物的浓度的仪器一 起使用，所述试样加到含有试剂的多孔薄膜第一表面上，所述试剂与分析物反 应引起薄膜第二表面的反射率变化，所述薄膜装在空截头锥体装置的一端，并 基本上封闭该端。所述仪器包括：\n    (a)一个本体，具有截头锥体形远端截面，用于与所述装置套接， 该截面朝内倾斜到面对薄膜第二表面的一端，\n    (b)一个光学系统，位于本体内，把一束光从远端射出，并接收 从薄膜第二表面反射回来的光线；\n    (c)一个装置，用于测量在试样加到薄膜上之前和之后反射回本体 的光线；以及\n    (d)通过测得的反射光值计算液体中分析物的浓度的装置。\n优选的本发明装置中，薄膜在凸缘上，这些点被没粘着的区域间隔开。\n本发明的装置允许人们测量生物液体中分析物的浓度，同时把液体或使 用者接触测量装置的危险减小到最小。因此，该装置减少了使用者对仪器污染 的可能性，及仪器对使用者的污染可能性。该装置是一次性的，词语“装置” 和“一次性”在本说明书和所附权利要求书中是可替换使用的。\n附图说明\n图1是本发明装置的透视图，为清楚起见拆去一部分；\n图2是沿图1中直线2-2的剖面图；\n图3是本发明的仪器和装置安装在一起之前的透视图；\n图4是取血样过程中仪器和装置的透视图；\n图5是图4中的仪器和装置沿直线5-5的部分剖面图；\n图6是在一个盒子中的多个装置的局部截面的侧视图；\n图7是本发明的仪器推掉一个装置的透视图；\n图8是图7所示仪器在第一位置，即使用位置的纵剖面图，为清楚起见某 些部件为正视图；\n图9是图7所示仪器在第二位置，即推掉装置的侧视图，局部剖开；\n图10是仪器的另一个实施例的透视图；\n图11是本发明的装置的另一个实施例的透视图；\n图12是图11的装置远端不完整的透视图；\n图13是沿图12中直线13-13的剖面图；\n图14是沿图12中直线14-14的剖面图；\n图15是本发明的装置的远端的又一个实施例的剖面图；\n图16是仪器和装置的又一个实施例在安装在一起之前的透视图；\n图17是仪器和装置的另一个实施例；\n图18是仪器和装置的另一个实施例的远端的透视图；\n图19是图18所示的仪器和装置的远端在安装位置的侧视图。 \n具体实施方式\n本发明的装置一般适用于测量生物液体例如血液、尿和唾液中的分析物例 如酒精、胆固醇、蛋白质、甲酮、酶、苯丙氨酸和葡萄糖的浓度的仪器中。为 简明起见，结合血糖自测仪详细描述本装置的使用；但是医疗诊断领域的普通 技术人员可以容易地把该技术用于测量其他生物液体中的分析物。\n血糖的自测仪通常通过运用如下两个原理之一的仪器进行。第一种是基于 试剂实验片的光度计类型，该试剂试验片包含一种组合物，加入血液以后变颜 色。颜色的改变是葡萄糖浓度的度量。\n第二种血糖监测仪是电化学型，工作原理是血液加到电化学池中，根据仪 器的类型能够产生一个电信号-电压、电流、或电荷，该电信号与血糖的浓度 有关。\n本发明对于光度计系统和电化学系统都允许使用便利的远距离接种。为简 明起见，下面的描述针对光度计系统。类似装置可以与电化学系统一起使用。 使用任何一种系统，本发明的装置允许仪器监视反应的整个过程，从加入试样 到葡萄糖测量完成。能够测量试验开始时间使得能够比较容易地精确测量葡萄 糖浓度。\n使用光度计系统比使用电化学系统测量葡萄糖具有许多优点。光度计系统 的一个优点是测量可以在不止一种波长的光下进行，可以修正血球比容计的变 化。这里公开的一次性装置提供了光度计系统的这些优点，同时也使仪器的污 染最小。\n用于光度计测量系统的一次性装置通常制成长方形薄的试验片。该形状是 从原来所谓的“蘸试样和读数”的试验片结构得出的。一端作为手柄，而与液 体试样的化学反应在另一端完成。\n这些长方形的一次性装置形成与仪器接合面的插入部分。也就是说，试验 片被仪器上围绕一次性装置的部件保持在位置上。这种固位方法导致液体试样 污染仪器。\n为了避免污染问题，本发明的一次性装置采用空截头锥体的形状，该形状 提供与仪器接合面的凹陷部分。也就是说，一次性装置包围仪器的一部分，并 作为一个盖，防止液体试样对仪器的污染。\n图1是描述本发明的实施例去掉一部分的示意图，其中一次性装置10是空 的截头圆锥。薄膜12装在较小的一端14上。任选的凸缘16提供一个表面， 薄膜12通过粘合剂18粘在其上面。任选的凹槽20围绕圆锥表面分布，提供 固位机构，与仪器的沟槽结合。\n图2是图1所示一次性装置沿直线2-2的剖面图。如图2所示，薄膜安装 在一次性装置的外部。或者，如图11所示，薄膜可以安装在一次性装置的内 部。\n图3是光度计仪器和图1所示类型的一次性装置的分解透视图。仪器30 具有细长结构，远端32大体是圆柱对称的截头锥体，沿它的圆周方向是任选 的沟槽34。注意一次性装置是这样嵌套在仪器的远端截面上的，即在仪器30 的远端36和薄膜12的底面之间具有精确限定的间隙G。精确定位有利于测量 的准确性和可信度。在开口可以看到光源38和探测器40，分别用来给一次性 装置提供照明和探测从一次性装置反射的光线。如下所述，测量从一次性装置 反射的光线产生加到薄膜上的试样的葡萄糖浓度。虽然在图3中只示出一个光 源和一个探测器，但是可以使用多个具有任选的不同输出光谱的光源和/或多 个探测器。\n图4是使用图3中的仪器和装置从刺破的指尖取血样S的方法的透视图。 使用者很容易使一次性装置与手指接触，这对有视力障碍的使用者是一个极大 的优点。\n图5是仪器30的部分远端32和一次性装置10的剖面图，该图描述固位 机构20和沟槽34把仪器30正确放置在一次性装置10中，留有间隙G。注意 间隙G确保透过薄膜的血液不污染仪器。间隙的尺寸并不严格，最好不小于大 约1/2mm。\n本发明的装置在与图3所示类型的仪器一起使用时，它的一个优点是装置 可以套在一起，方便地套装在容器42中，如图6所示。通过把仪器30的远端 截面32插入容器42中，使沟槽34与固位机构20接合，可以简单地把一个装 置安装上。在试验完成以后，可以把使用过的一次性装置推到废物容器W中， 如图7所示，假设具有任选的按钮推动机构。\n公知和广泛使用的这类按钮推动机构都适用本发明(例如，见美国专利 U.S.3,991,617)。图8和图9描述了一个这样的机构，它们表示按钮机构安装 在图3所示类型的仪器中。机构的元件包括轴44，它连接推动器46和按钮48。 按钮48通过轴44工作，使推动器46把一次性装置10从仪器30的远端截面 32去掉。弹簧50使推动器46和按钮48返回它们的缩进位置。采用按钮推动， 允许不直接接触把一次性装置去掉，从而帮助避免污染。与图8和图9所示类 型的按钮推动机构一起使用的一次性装置最好具有凸缘19。\n图10描述了本发明的仪器的一个实施例，其中包括一个显示器51用于显 示仪器测得的分析物的浓度。显示器可以是发光二极管(LED)显示器，液晶 显示器(LCD)，或本领域公知的类似显示器。\n虽然上面的描述和附图讨论的一次性装置具有环形截面，仪器的远端具有 配套截面，但是几何形状不重要，事实上，圆形甚至不是最佳的。在光度计系 统中选择几何形状的最初考虑是光学设计。通常，反射测量术表明探测器和镜 面反射光之间至少保持最小角度间隔(通常45度)。因此要求圆锥形一次性 装置至少具有最小顶角。然而，使用者能够看到他\她的手指接种是一个优点， 大的顶角防碍观看。因此，一次性装置具有长方形截面可能是最佳的，例如图 11所示的空截头长方锥体110。在这种情况下，探测器和镜面反射光之间的角 间隔只决定最小合理值L，大的开口端的纵向尺寸。但是，一次性装置可以较 小，对使用者观察他\她的手指的防碍较小。另外，长方形薄膜可以由不太昂 贵的丝带或纸制成，不太浪费材料。然而，在光学系统中使用几个光源和\或 探测器列阵时，环形截面具有优越性。\n如果过量的试样从一次性装置上滴下，就可能造成污染，因此希望装置能 容纳大量试样，而不往下滴。各种设计可以用来保存过量的试样。图12、13、 14示出一种。图12描述图11所示的一次性装置在较小端表面具有凹槽124的 一次性装置。如图13和14所示，凹槽允许细流注入薄膜和仪器顶部内表面之 间形成的间隙。形成该间隙的另一种方法是用粘的粘合剂把薄膜粘到一次性装 置上，留有间隙用于容纳过量的试样。吸收过量试样的另一种方法是把吸收片 126贴附到薄膜的前表面上，如图15所示。\n图16是图11所示类型的一次性装置和仪器的分解透视图。仪器130的远 端132具有任选的沟槽134，与沟槽34类似，用于安装一次性装置。细长脖颈 130便于从图6所示的细长容器42中拾取一次性装置。显示器150显示测得的 分析物浓度。\n图17描述了适合与图11的一次性装置一起使用的仪器的另一个实施例。\n图18描述一次性装置210和仪器230的另一个实施例的远端部分。远端 232与一次性装置210套接。注意槽234代替沟槽34(或134)，用于锁住一 次性装置上的固位部件，例如220。\n图19是图18的实施例的侧视图。\n本发明的方法是，血样被吸在薄膜的外表面上。血样中的葡萄糖与薄膜中 的试剂反应引起颜色变化，该颜色变化改变薄膜内表面的反射率。仪器中的光 源照明薄膜的内表面，测量从该表面反射的光的强度。通过适当的计算，反射 率的变化产生试样的葡萄糖浓度。\n对于光度计测量血糖浓度，已知有各种薄膜和试剂组合物的组合。一种最 佳薄膜/试剂组合物组合是尼龙基质包含氧化酶、过氧化酶，和染料或染料对。 氧化酶最好是葡萄糖氧化酶。过氧化酶最好是辣根过氧化酶。一种最佳染料对 是3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐加上3，3-二甲胺基苯甲酸。该薄膜/试剂 组合物组合的细节及其变化在1994年4月19日发行的Phillips等人的美国 专利U.S.5,304,468中有介绍，编入本说明书供参考。\n另一个最佳薄膜/试剂组合物组合是各向异性聚砜薄膜(可以从Memtec Ameria Corp.Timonium，MD买到)包含葡萄糖氧化酶、辣根过氧化酶、和染料 对结合有8-苯胺基-1-萘磺酸铵的[3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙]N-硫酰苯 磺酸一钠。该薄膜/试剂组合物组合的细节及其变化在1994年9月8日递交的 流水号为No.08/302,575美国专利申请中有介绍，编入本说明书供参考。\n本领域的技术人员应理解，前面对本发明的实施例的描述是对实施本发明 的解释，而不是仅限于此。可以对这里陈述的细节进行变形，而不脱离本发明 的范围和精神。