WO2013182491A1 - Testing system for portioning, mixing, and distributing biological liquid samples - Google Patents

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WO2013182491A1
WO2013182491A1 PCT/EP2013/061294 EP2013061294W WO2013182491A1 WO 2013182491 A1 WO2013182491 A1 WO 2013182491A1 EP 2013061294 W EP2013061294 W EP 2013061294W WO 2013182491 A1 WO2013182491 A1 WO 2013182491A1
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sample
tube
transfer
piston
test
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PCT/EP2013/061294
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Inventor
Thomas Wuske
Jessika Mahn
Rainer Polzius
Original Assignee
Dräger Safety AG & Co. KGaA
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Publication date
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    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1048General features of the devices using the transfer device for another function
    • G01N2035/1062General features of the devices using the transfer device for another function for testing the liquid while it is in the transfer device

Definitions

  • the invention relates to a test system for portioning and optionally mixing, adding and diluting and / or distributing small or very small volumes of biological sample liquids, in particular submilliters volumes of such sample liquids, sometimes also referred to below as a device or test system for biological liquids.
  • sample preparation requires sophisticated systems, some of which are based on automated fluid management.
  • processing of smallest sample volumes enables the use of microfluidic components in sample preparation and analysis.
  • Multi-chamber rapid assay systems are known for the collection and combined analysis of biological fluids.
  • US Pat. No. 6,565,808 B describes a test device which consists of a sample receiving chamber and a combined test platform, wherein the sample receiving chamber can be removed and releases the sample liquid into the test chamber in the course of removal.
  • No. 6,413,784 B describes a hollow cylinder which, on the one hand, accommodates several closed compartments and, on the other hand, carries an integrated sensor membrane. Via a supplied hollow needle, which supplies the analyte on the one hand and, on the other hand, releases reagents from the compartments sequentially disruptively, the mixture of analyte and reagent reaches a sensor membrane located behind the compartments.
  • US Pat. No. 7,225,689 B describes a sample testing device which, composed of numerous components for sample preparation and analysis, completes a cooperative assembly.
  • a buffer vessel, a cutting facial expressions, a funnel-shaped sample preparation mimic, a sample collector and a test strip in a test strip housing are inserted in a form-fitting manner and make possible the flow of a sample, the contact with a buffer liquid and finally the enrichment and contacting of the sample with a test strip.
  • US Pat. No. 7,507,374 B describes a system of associated cylindrical chambers, which comprises receiving a body fluid by mixing it with a released reagent fluid from a further chamber with the aid of a rotatable mixing chamber and transferring the fluid to an immunochromatographic test strip via the Shift the said mixing chamber allows a complete sample evaluation.
  • an immuno-test strip device is described which comprises a housing for at least one test strip, a receptacle for a sample collector and a first chamber with a sample preparation reagent and a second chamber for a second reagent.
  • the device has instruments for contacting and incubating the sample and reagent and for mixing them, and finally for instruments which allow the mixture to come into contact with a test strip.
  • a device for the examination of biological fluids in which a fluid transfer of a sample applied undiluted by means of a metering capillary, which is integrated in a slide valve, is realized.
  • the device implements a fluidic bridge between the sample and the measuring chamber via an axially movable slide valve, in which a capillary, which initially takes a suitable liquid portion in the starting position, is moved to a second position in order to establish contact with a measuring chamber.
  • the device shows a solution for portioning and venting a sample for a test strip.
  • the concept is not suitable for the distribution of a sample liquid on multiple channels, nor for the integration of sampling and sample preparation processes.
  • This object is achieved with a device of the type mentioned above with the features of claim 1.
  • the tube accommodates a sliding piston with valve character, which seals the tube and thus defines a unilaterally open cylindrical reaction space for receiving sample liquids, provided that the tube at least one in has the tube wall inserted transfer channel, which opens at least indirectly in a respective test zone.
  • the transfer channel opens into a transfer pocket designed as a capillary-active gap, the transfer window serving as a starting point for the forwarding of the sample liquid, that is to say, for example, in the direction of a test zone. Since the transfer zone is configured as a capillary-active gap, it is ensured that a sufficient amount of sample liquid is available for this purpose.
  • the advantage of the invention is that the device as a compact detection system with means for the integrated sampling and automatable processing, which at low operating costs, a practical
  • the tube has a plurality of transfer channels, which are embedded in the tube wall and offset axially relative to one another, which open at least indirectly into a respective test zone. Then, with the test system, a multiple examination of the same sample liquid can be carried out quickly and easily in each case in a test zone.
  • the at least one transfer channel, individual transfer channels or a plurality of the transfer channels, in particular all transfer channels, have or have a capillary-active geometry, the recording of the respective sample liquid is facilitated in each such transfer channel.
  • This allows easy and simple application of the device even when aligning outside an optimal application position, with an optimal application position of the device is given in an upright or inclined by a few degrees tube.
  • the optimal application position extends up to inclination angles of the tube in the order of 30 °.
  • the or each transfer bag is provided and designed to accommodate at least one test strip.
  • the transfer bag designed as a capillary-active gap is at least open on one side for this purpose and allows an introduction of at least one test strip on the open side.
  • the gap shape of the transfer bag is thus simultaneously effective with regard to the desired capillary activity as well as for accommodating one end of a test strip or several test strips, that is, for example, for receiving two or three test strips arranged side by side in the longitudinal direction.
  • a test strip which can be used together with the test system has a capillary-active bridge component, that is to say, for example, a fleece acting as a bridge component or the like.
  • the respective bridge component is effective in order to forward sample liquid, which has penetrated into the transfer pocket, like a wick into the test zone.
  • the capillary-active bridge component brings about a limitation of the forwarded quantity of the sample liquid, so that in the case of a forwarding to the sensor, this or the test zone is not flooded with sample liquid.
  • an overflow chamber is located between the transfer bag and the test zone or respectively a transfer bag and a test zone, the overflow chamber avoids a possible flooding of the test zone by transferring excess sample liquid only into the overflow chamber, but from there did not get to the test zone.
  • the or each transfer bag thus empties into a non-capillary active overflow chamber.
  • a sensor located in the test zone is characterized by high capillarity, so that it receives sufficient quantities of sample liquid in the test zone adjacent to the overflow chamber.
  • one or more bridge components with in particular average capillarity, for example as an element of a test strip on the one hand contact the transfer bag and on the other hand the capillary-active sensor and thus bridge the overflow chamber.
  • test system functions as a combined sample preparation and test system for biological fluids in that a dry reagent depot, in particular a reaction module in the form of a dry reagent depot, is arranged in the reaction space above the piston.
  • a dry reagent depot for example, an oxidizing chemical can be provided which, when the test system is used, forms a chemical compound with a drug substance to be detected.
  • such a combined sample preparation and test system has an upwardly directed ventilation channel which forms a ventilation opening outside the tube, such a ventilation channel, for example inserted into the tube wall, fulfills the function of a pressure equalization channel with riser.
  • a ventilation channel for example inserted into the tube wall
  • the test system can also have several such channels, optionally additionally axially offset.
  • a particular embodiment of the combined sample preparation and test system allows the mounting of a sample collector at an upper open end of the tube, in particular the attachment of such a sample collector in a press fit.
  • such a sample preparation and test system is accordingly characterized by a sample collector fitted in an open end of the tube and being able to be moved in an interference fit in the tube.
  • the sample collector comes as a means for supplying a concentrated sample into consideration and the respective sample liquid can be extracted under pressure control of the sample collector with a movement of the piston.
  • the liquid reagent cartridge is attachable or attached between a piston and a sample collector in a sample preparation and test system, the liquid reagent may be used as a solvent to aid in the extraction of sample liquid from the sample collector.
  • a biological fluid is given as a sample (sample liquid) in an upper, open end of the tube in an application position, namely upright or inclined up to 30 °, and that the sample during a movement of the piston follows the piston and occurs at a successful in the course of a movement of the piston release of the transfer channel or the successive release of individual transfer channels in the transfer channel or the respective transfer channel, there each up to the located at the end of each transfer channel , capillary-active transfer pocket, wets a test strip with a capillary-active bridge component and so finally penetrates to a test zone beyond the overflow chamber adjoining the transfer bag.
  • the supply of volume fractions of the sample liquid into the transfer channel or individual transfer channels can be controlled selectively via the piston position in the tube.
  • the hydrostatic pressure of the sample and the increased capillarity in the transfer channel trigger the fluid transfer from the tube.
  • a method for using a test system with aurereagenzde- pot is characterized in that a dry reagent of the dry reagent depot is solved by a pressure change in the tube, in particular a piston position-dependent pressure change, namely triggered by several strokes of the piston, and before with a movement the piston is released one of the transfer channels.
  • the dissolution of the dry reagent represents a sample preparation. With the subsequent release of the transfer channels, the examination of the sample liquid is initiated.
  • the dry reagent of the dry reagent depot is released before a movement of the piston to release one of the transfer channels by a plurality of at least the ventilation channel releasing strokes of the piston, can be due to the over the ventilation channel caused pressure equalization a particularly homogeneous Achieve mixture of sample liquid and dry reagent.
  • a particular embodiment of the method is that a movement with respect to any incubation or reaction times automatically and time-controlled and accordingly by the movement of the piston, the release of the transfer channel or a successive release of individual transfer channels automatically and at predetermined or predeterminable times.
  • a microporous sample collector is introduced with a sample liquid bound therein.
  • the sample collector can be located in a suitable sleeve or tube.
  • a reagent liquid is displaced from the sample collector via a piston position-dependent pressure change in the tube and finally mixed with the sample liquid.
  • FIG. 1 shows a sample receiving and analysis system for metered transfer of a liquid sample into individual integrated analysis units
  • FIG. 5 shows illustrations for illustrating the use of the sample receiving and analyzing system of FIG. 1,
  • FIG. 6 shows a specific embodiment and use of the sample receiving and analyzing system of FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a specific embodiment and use of the sample receiving and analyzing system.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of a sample receiving and analyzing system, here and hereinafter often referred to only briefly as a device 10 or test system, which enables the metered transfer of a liquid sample 12, also referred to below as fluid 12, into individual integrated compartments.
  • the device comprises a tube 14 whose internal volume acts as a reaction space 16 and in which a sample liquid (sample) 12, not shown in FIG. 1, can be axially positioned with a piston 20 located on a piston rod 18.
  • the piston 20 seals the tube 14 on one side to the ground.
  • a lower region of the tube 14 there are a plurality of compartments which are identical or identical and act as analysis units 22, 24, 26.
  • the device 10 includes three such analysis units 22-26.
  • FIG. 2 an enlarged representation of one of the analysis units 22-26 is shown in FIG. 2 as a section of the device 10 according to FIG.
  • Each analysis unit 22-26 has a transfer channel 28 (sample receiving channel 28) open to the inner volume of the tube 14. Each transfer channel 28 is also open on the side facing away from the tube 14, so that the designation as a ventilated transfer channel 28 justifies itself. On the other side of the ventilated transfer channel 28 there is a transfer pocket 30 which adjoins the respective transfer channel 28 and which is designed as a capillary-active gap. Between the transfer pocket 30 and a test zone 32 is an overflow chamber 34. Each transfer pocket 30 acts as a receptacle for at least one test strip 36 or the like.
  • the test strip 36 comprises at least one capillary-active bridge component, which is sometimes referred to below as a bridge component, that is, for example, a capillary-active nonwoven.
  • each analysis unit 22-26 that is to say with an attached test strip 36 at its end, the test zone 32 is located as the location for a capillary-active sensor 38.
  • a capillary-active sensor 38 forms the end of the test stiffener 36.
  • the transfer channels 28 are radially oriented in the tube wall and axially offset from each other. The offset corresponds at least to the length of the piston 20. In the illustrated embodiment, the offset corresponds to the dimension measured in the axial direction of the tube 14 of the individual analysis units 22-26.
  • a fluid transfer when using the device 10 initially follows the fluidic principle of the communicating chambers.
  • the driving force is
  • a sample liquid 12 may be located in the reaction space 16, ie above the piston 20.
  • the piston rod 18 is actuated, ie when the piston 20 is withdrawn from the tube 14, an axial positioning of the piston 20 and thus also the sample liquid 12 located above the piston 20 results.
  • the sample liquid 12 follows the piston position, provided that the alignment of the device 10 wetting of the piston 20 in an ideal vertical orientation or an inclination of up to 30 ° allowed.
  • the rising of the respective sample liquid 12 in the transfer channel 28 can also be understood as a sample / fluid inclusion so that the transfer channel 28, even if it sometimes acts as a drain channel, can also be referred to as a sample collection channel.
  • the transfer channel 28 may optionally have a capillary-active geometry to actively support the uptake of the respective sample liquid 12. Between the transfer channel 28 as the location of the sample receiving and the test zone 32 is the overflow chamber 34. This keeps excess liquid from the sensor 38 far.
  • the bridge Component of a test strip 36 is a fleece or the like into consideration and the bridge component causes the fluid transport out of the transfer bag 30 and the sensor 38.
  • the sensor 38 is therefore on the capillary active transfer material of the bridge component of the test strip 36 with the Transferta- see 30 in contact and in turn openly accessible, for example, for visual inspection.
  • the device 10 shown in FIG. 1 can be present in multiple numbers in a test system.
  • the piston 20 can be moved axially or manually by means of an external actuator.
  • a method for using the device 10 according to FIG. 1 represents a sample processing scheme and can be described as follows:
  • the sliding piston 20 assumes a valve function by releasing a transfer region formed by the transfer channel 28 and the subsequent transfer pocket 30 position-dependent with respect to the reaction space 16 or shielded.
  • a sample liquid 12, which is located above the piston 20, follows the piston 20 when its axial position is changed.
  • An outlet of sample liquid 12 in selectively controlled transfer channels 28 is controlled with their exposure by the sliding piston 20.
  • the piston 20 reaches one of the transfer channels 28, the sample liquid 12 passes through the respective transfer channel 28, mediated by hydrostatic pressure and low capillary forces, into the transfer pocket 30 and possibly the overflow chamber 34. Only the test zone 32 adjoining this position is supplied with sample liquid 12.
  • the piston 20 can selectively underflow the respective transfer channel 28 in order to prevent a partial volume of the available liquid from flowing out and to reserve this subset for subsequent processes in subsequent analysis units 22-26.
  • the design of the transfer bag 30 as a gap with low capillarity against a hydrophilic liquid favors by the gap width and the contact angle of the liquid that the inflowing liquid distributed in the entire transfer bag 30 against the flow direction or against gravity and is held there position independent, if fluid contact to the tube 14 is.
  • the gap also forms the receptacle for one or more partially enclosed test strips 36 with bridging components of medium capillarity. This ensures fluid contact with all bridge components.
  • the dimensions of the transfer pockets 30 and the dimensions of the test strips 36 that can be used in each case are matched to one another. Exceeding excess sample liquid 12 passes beyond the transfer bag 30 also only into the overflow chamber 34, to prevent the test zone 32 is flooded. Since the bridge component of the test strip 36 has a greater capillarity with respect to the sample liquid than the gap of the transfer bag 30, it sucks the necessary volume fractions of the sample liquid autonomously from the transfer bag 30 to the capillary-active sensor 38, which in turn opposes the further flow of the sample liquid 12 via increased capillarity maintains the bridge component upright.
  • the sensor 38 is freely accessible for the purpose of optical or visual evaluation and lateral roof-like shutdowns in the analysis unit 22-26 act as a mechanical protection and as protection against contact. Further transfer channels 28 can be actuated piston-position-dependent in order to supply other sensors 38 with sample liquid 12. Excess liquid from leading overflow chambers 34 is available for further analysis units 22-26.
  • the illustrations in FIGS. 3, 4 and 5 show a use of the device 10 according to FIG. 1 as a rapid drug tester for undiluted or prepared diluted sample liquids 12.
  • the device 10 comprises a housing 40 which is produced from injection-moldable polypropylene.
  • a plurality of transfer channels 28, the first open transfer bags 30 (transfer bag profiles), overflow chambers 34 and test zones 32 are molded.
  • the liquid-tight analysis units 22-26 are formed by complementary injection-molded parts which form a sealing connection with the housing 40 via a snap-fit or via a weld seam.
  • the capillary gap of the transfer pockets 30 has, for example, a width of 0.8 mm and a length of 6 mm.
  • immunochromatographic test strips 36 function as capillary-active sensors 38.
  • Capillary-active glass fiber or polyester nonwovens having sufficient rigidity form part of these test strips 36 as bridge components.
  • the nonwoven is coated, for example, with a gold reagent. This is it colloidal gold conjugates coupled with monoclonal antibodies that bind specifically to the drug substances amphetamine and tetrahydrocannabinol carboxylate.
  • a capture line in the form of a nitrocellulose membrane immobilized protein-drug conjugate and a control line with an immobilized anti-Host antibody.
  • the sample liquid 12 is urine, which is filled into the reaction space 16 via a dropper bottle, a commercially available pasteur pipette or the like.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show that the sample liquid, via the change in the piston position, reaches a respectively released transfer channel 28 and, initiated by the produced fluid contact, continues to run into the transfer pocket 30 and the overflow chamber 34.
  • the liquid level between the reaction chamber 16 and the overflow chamber 34 equalizes according to the position of the device 10.
  • the sample liquid 12 is passed through the tilt angle (about 30 °) of the device 10 into a lower part of the overflow chamber 34.
  • the surplus sample liquid 12 derived therefrom can no longer flood the test tire 36. Otherwise, the sample liquid 12 passes via the capillary-active glass fiber fleece of the test strip 36 acting as a bridging component onto a nitrocellulose membrane of the test strip 36.
  • FIG. 5 finally shows that upon further axial lowering of the piston 20, the excess sample liquid 12 flows back into the tube from the overflow chamber, while a remainder remains in the transfer pocket 30 of the first analysis unit 22 in order to supply the sensor with the necessary sample liquid.
  • the excess sample liquid passes again from the tube via the Excess sample liquid flows into the overflow chamber 34, while the sensor 38 of the test strip 36 is supplied from the transfer bag 30 via its capillary-active bridge component 35 with sample liquid 12 in the test strip 36 with the sensor 38 at the end thereof is, for example, a test strip for tetrahydrocannabinol carboxylate (THC acid).
  • THC acid tetrahydrocannabinol carboxylate
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of the device 10 according to FIG. 1, which is also suitable for a rapid drug test.
  • the device 10 comprises a reaction module, in particular a reaction module in the form of a dry reagent depot 42.
  • the dry reagent depot 42 is applied to a porous filter-type reagent carrier 44 above the piston 20.
  • the reagent carrier 44 is made of sintered polyethylene, for example.
  • the device 10 in FIG. 6 differs from the device 10 in FIG. 1 through a ventilation opening 46 at the end of a ventilation channel 48, which branches off in the tube above a first transfer channel 28.
  • the sample liquid 12 is, for example, diluted saliva.
  • the dry reagent depot 42 includes, for example, an oxidizing chemical that forms a chemical compound with the drug substance. Following filling of the diluted saliva sample, it collects above the dry reagent reservoir 42 and wets it. The capillary-porous structure of the reagent carrier 44 prevents gas exchange with the reaction space 16 below. Only pulling out the piston 20 generates a negative pressure. Through several strokes of the piston 20, the reagent carrier 44 is flushed through several times and the dry reagent 42 finally dissolved and distributed over the resulting convective vortex homogeneously in the diluted saliva sample. Specifically, this preparation of the sample liquid 12 allows a detailed analysis.
  • the release of the ventilation channel 48 by the piston 20 causes a pressure equalization in the reaction chamber 16 and thus facilitates the hydrostatically caused drainage of the sample liquid 12 via the transfer channels 28 in the Transfer bags 30 and allows the recording of the sample liquid 12 from the immunochromatographic test strips 36 via a fixed in the transfer bag 30 glass fiber fleece.
  • the immunochromatographic test strips 36 are prepared in such a way that the antibody-gold conjugates used can specifically bind the chemically modified drug derivatives. Furthermore, the nitrocellulose bound protein-drug conjugates can bind the antibody-gold conjugate. According to the drug concentration in the sample liquid 12 results in more or less colored lines that can be read visually or by means of an optical device.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the device according to FIG. 1
  • This like the device in FIG. 6, has a dry reagent depot 42 applied to a porous, filter-type reagent carrier 44 above the piston 20 and a ventilation channel 48.
  • the device 10 illustrated here enables the simple integration of sampling and sample preparation modules in the cylindrical tube 14 above the sliding piston 20 in the sense of an expansion into a complete analysis system.
  • a sampling interface and a sample preparation section can be integrated in such a way that a controlled fluid transfer of a sample extract generated in the pressure change process from the sampled sampling device via a mixing zone targeted after pressure equalization via transfer channel 28 and transfer bag 30 in different test zones (Diagno- / Analysis areas) 32 takes place.
  • One or more connected open cylindrical tubes 14 are reaction chambers 16 and an axially sliding piston 20 receptacle which seals tube 14 to the bottom on one side, and optional receptacles for a sample collector 50 and one or more reagent depots.
  • the tube 14 has at certain points below an integrated sample collector 50 radially aligned transfer channels 28, which are axially offset from each other, and a ventilation channel 48.
  • the offset of the transfer channels 28 corresponds at least to the length of the piston 20.
  • the movable in the tube 14 and sealed against the cylindrical wall piston 20 can be moved axially or manually via external actuators.
  • the piston top may optionally serve as a receiver for aurereagenzdepot 42.
  • the further embodiment of the device 10 corresponds to the embodiments already described above.
  • test zone 32 located beyond the vented transfer channels 28 designed as a capillary gap transfer bags 30.
  • overflow chamber 34 located between transfer bag 30 and test zone 32.
  • the test zone 32 which adjoins a formed by the overflow chamber 34 overflow zone, is in the form of a Test strip 36 at least one open-access capillary-active sensor 38, which is on the capillary-active transfer material of the test strip 36 with the transfer bag 30 in contact.
  • sample collector 50 At the upper end of the cylindrical tube 14 is the acted upon by the respective sample liquid 12, in particular capillary porous sample collector 50. This is either an integral part of the Komplett analysessystems or is designed so that it is supplied to the tube in the course of an analysis following a sampling can.
  • the sample collector 50 is finally on the outer open part in a press fit in the tube 14 movable and is airtight enclosed by the tube 14 in the fully sucked state.
  • a mixing zone 52 with a dry reagent depot 42 which is located on a porous carrier material of the reagent carrier 44.
  • a cartridge 54 for liquid reagent is located between sample collector 50 and piston 20.
  • the sample collector 50 is characterized by a capillary-porous structure and can be made of sintered polyethylene, for example, or designed in the form of collectors flocked with polyester fibers, for example to receive a saliva sample.
  • the sample collector 50 is provided with a mandrel or the like and, in its rigid design, is capable of perforating surrounding cartridge foils. Possible sample processing in a complete test kit formed by the device 10 according to FIG. 7 proceeds as follows:
  • the sample collector 50 is wetted by the nature of the sample liquid 12 with aqueous liquid and is initially in the upper part of the tube 14.
  • the so-wetted porous sample collector 50 seals against the tube 14 from.
  • the sample collector 50 can be pushed down with an external slider in the tube, perforating an underlying cartridge 54 containing a reagent depot or dilution buffer. In this way, a downstream piston stroke based extraction or mixing process can be initiated.
  • the sliding piston 20 is capable of producing position-dependent pressure gradients and thus capable of axially moving, thus sucking or pushing away a liquid located below, inside or above the sample collector 50.
  • the pressure-controlled fluid transfer in this manner is the driving force for extraction by perfusion of a sample liquid 12 concentrated in the porous sample collector 50 with a liquid reagent located either on either side of or beyond the sample collector 50. If the piston 20 moves away from the sample collector 50, the mixture of sample liquid 12 and liquid reagent is flushed by a negative pressure onto the dry reagent 42 deposited below. As a result, the dry reagent 42 dissolves in the mixture.
  • the optimal mixing of all reagents is carried out by a plurality of piston strokes mediated by Konvemieswirbel the pressure change and the repeated passage of dry reagent storage 42 and sample collector 50th
  • the homogeneous reagent-sample mixture adopts a ventilation valve function by exposing the ventilation channel 48.
  • the occurring negative pressure is compensated by inflowing air.
  • the leakage of liquid is prevented in that the ventilation channel 48 is designed in the form of a sufficiently long riser.
  • the outlet of mixture into the transfer channels 28 is controlled with their exposure by the sliding piston 20.
  • the transfer pocket 30 ensures via a capillary gap that a portion of the effluent mixture is held in this zone and can be transferred to an absorbent microfluidic transfer material of a test strip 36 which acts as a bridge component and which can likewise be positioned via the gap geometry in this zone.
  • the transfer channels 28 may be selectively released or isolated via the position of the piston 20.
  • Exceeding excess mixture passes through the transfer bag 30 into an overflow chamber 34, which prevents capillary-active sensors 38, which are positioned in the adjacent test zone 32, which also functions as the analysis area, from being flooded.
  • the bridge component sucks all necessary liquid onto the capillary-active sensor 38, which in turn controls the flow of the mixture through capillary structures.
  • the sensor 38 is freely accessible for the purpose of optical or visual evaluation.
  • Other transfer channels 28 can be driven to provide other sensors 38 with mixture.
  • the excess liquid from leading overflow chambers 34 can run in the preferred position of the complete test kit (upright or inclined up to 30 °) and is available for further test zones 32.
  • a lowermost transfer bag 30 is configured such that excess mixture not used up in the analysis process is stored in a reference store 56 acting absorbent material is physically bound. This can be used to secure sample material for an external reference examination.
  • One of the devices 10 described herein may be considered as the basis for a hand-held pen-shaped applicator.
  • Such an applicator is useful for manual recovery and subsequent automated analysis of saliva as the sample fluid 12 by means of a separate buffer cartridge placed in sealing engagement with the applicator.
  • the test tire resting on the outside of the tube 14 indicates dosimetrically drug substances directly after the fluidic processing of the sample fluid 12.
  • the shape of the pen-like applicator is suitable both for manual handling during sampling and for the direct presentation of test results after the test run as well as a depot for residual amounts of the sample, which were not used in the initial analysis and thus a secondary analysis (B Sample) can be supplied.
  • the pen applicator optionally integrates a sample collector 50, allows the actuator-based dilution and extraction of the saliva sample, their enrichment with reagent and the homogeneous mixing of the so spiked sample in a tubular reaction chamber 16 by means of a sealing piston 20 and the piston stroke-dependent hydrostatically initiated transfer of the homogeneous conditioned sample liquid 12th into independent associated test zones 32 for trace detection of a drug analyte in the sample by means of immunochromatographic test strips 36.
  • a sample collector 50 allows the actuator-based dilution and extraction of the saliva sample, their enrichment with reagent and the homogeneous mixing of the so spiked sample in a tubular reaction chamber 16 by means of a sealing piston 20 and the piston stroke-dependent hydrostatically initiated transfer of the homogeneous conditioned sample liquid 12th into independent associated test zones 32 for trace detection of a drug analyte in the sample by means of immunochromatographic test strips 36.
  • Each embodiment of the device 10 described here, as well as variants thereof, can be mounted in an analyzer for automatic or semi-automatic processing of the respective sample liquid 12.
  • the piston 20 is combined with an actuator of the analyzer and is one-dimensionally movable relative to the fixed device 10 by means of the actuating element.
  • an analyzer can accommodate one of the devices 10 described here or at the same time several of the described devices 10.
  • the analyzer comprises a control device which has at least one actuator, for example an electric motor or a pneumatic cylinder. Linder, and thus determines the movement of the actuating element and finally the movement of the piston 20 of the or each device spatially and temporally. This makes automatic or semi-automatic sample processing possible.
  • the concept is tolerant to sample volume and sample tolerances and also enables the integration of sampling and sample preparation modules for rapid sequential sample processing consisting of extraction of biological sample liquid, dilution with liquid reagent, addition of dry reagent 42, homogenous mixing and transfer the mixture to a sensor 38.

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Abstract

The invention relates to a testing system (10) for biological liquids, comprising a tube (14) as a reaction tube. The tube (14) houses a sliding plunger (20) which seals the tube (14) and thus defines a cylindrical reaction chamber (16) that is open on one side for receiving liquid samples (12). The tube (14) has one or more transfer channels (28) which are let into the tube wall, which are vertically offset relative to one another in the axial direction in particular, and which allow the respective liquid sample (12) to penetrate a test zone (32) and at least indirectly allow the liquid sample (12) to advance into the test zone.

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Testsystem zum Portionieren, Mischen und Verteilen von biologischen Test system for portioning, mixing and distribution of biological
Probenflüssigkeiten  sample liquids
Die Erfindung betrifft ein im Folgenden mitunter auch nur kurz als Vorrichtung oder Testsystem für biologische Flüssigkeiten bezeichnetes Testsystem für das Portionieren sowie gegebenenfalls Mischen, Aufstocken und Verdünnen und/oder Verteilen von kleinen oder kleinsten Volumina biologischer Probenflüssigkeiten, ins- besondere Submilliliter-Volumina solcher Probenflüssigkeiten. The invention relates to a test system for portioning and optionally mixing, adding and diluting and / or distributing small or very small volumes of biological sample liquids, in particular submilliters volumes of such sample liquids, sometimes also referred to below as a device or test system for biological liquids.
Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt. Such devices are known per se.
Im Zeitalter der Mobilität spielen einfache, auch vom Laien durchführbare und schnell auswertbare Messverfahren eine zunehmende Rolle. Wenn es darum geht, an beliebigen Orten von Messergebnissen konkrete Diagnosen abzuleiten, sind verlässliche Schnelltests mit gehobenem Bedienungskomfort und hoher Funktionsintegration unabdingbar. Abgesehen von der Präzision und der Richtigkeit eines Messwertes, hat eine schnelle Analyse zunehmende Bedeutung im Hin- blick auf kosten- und zeitsparende Diagnoseprozesse. In the age of mobility, simple measuring methods, which can also be carried out by the layman and can be evaluated quickly, play an increasing role. When it comes to deriving specific diagnoses at any location of measurement results, reliable rapid tests with high ease of use and high functional integration are indispensable. Apart from the precision and accuracy of a measured value, rapid analysis is increasingly important in terms of cost and time-saving diagnostic processes.
Im medizinisch-klinischen Umfeld ermöglichen unmittelbar zur Verfügung stehende Messergebnisse angemessene Maßnahmen auch im Falle einer eventuell kritischen Situation eines Patienten. Zudem evoziert die zunehmende Kompetenz und Selbstständigkeit des Normalverbrauchers auch in medizinischen Angelegenheiten jenseits von Kliniken und Praxen einen Messbedarf ins heimische Umfeld. Vitalparameter können dort, gegebenenfalls auch nur prophylaktisch, kostengünstiger sowie bedarfsgerecht und unmittelbar erzeugt werden. Dem geschilderten Messbedarf wird durch sogenannte„Point of Care oder Point of Collection" Messsysteme begegnet. Einfachste Ausführungen, wie z.B. In the medical-clinical environment immediately available measurement results allow appropriate measures even in the case of a possibly critical situation of a patient. In addition, the increasing competence and independence of the average consumer also in medical matters beyond clinics and practices evokes a need for measuring in the domestic environment. Vital parameters can be generated there, possibly only prophylactically, more cheaply and as needed and directly. The described measurement requirements are met by so-called "point of care or point of collection" measurement systems.
Schwangerschafts- oder Fertilitätstests sind seit Jahrzehnten anerkannte Diagnosehilfen für Normalverbraucher. Testsysteme mit erheblicher Verbreitung sind zu- dem Glucose-Analysatoren auf Basis von Blut, wie sie weltweit und täglich von Diabetikern eingesetzt werden. Pregnancy or fertility tests have been recognized diagnostic tools for normal consumers for decades. Test systems with considerable dissemination are also Glucose analyzers based on blood, as they are used worldwide and daily by diabetics.
Seit etwa zwanzig Jahren sind portable Drogentestsysteme für Speichel, die wei- testgehend die Technologie der immunchromatographischen Teststreifen verwenden, im Einsatz. Es existieren sowohl visuell ablesbare Teststreifen als auch Verfahren, die eine Objektivierung der Auswertung über reflektometrische Verfahren in einem Analysegerät ermöglichen. Das Fluidmanagement einer Probe, optional deren Verdünnung, die Reagenzaufnahme und der Gemischtransfer in die Analy- sezone wird entweder manuell oder gerätetechnisch gelöst. For about twenty years, portable drug testing systems for saliva, using as much as possible the technology of immunochromatographic test strips, are in use. There are both visually readable test strips and methods that allow an objectification of the evaluation via reflectometric methods in an analyzer. The fluid management of a sample, optionally its dilution, the reagent uptake and the mixture transfer into the analysis zone is achieved either manually or by device technology.
Die notwendige Genauigkeit bei der Probenvorbereitung erfordert ausgeklügelte Systeme, die teilweise auf einem automatisierten Fluidmanagement basieren. Die Verarbeitung kleinster Probenvolumina ermöglicht die Verwendung mikrofluidi- scher Komponenten bei der Probenvorbereitung und Analyse. The necessary accuracy in sample preparation requires sophisticated systems, some of which are based on automated fluid management. The processing of smallest sample volumes enables the use of microfluidic components in sample preparation and analysis.
Für die Sammlung und die kombinierte Analyse von biologischen Flüssigkeiten sind aus mehreren Kammern bestehende Schnelltestsysteme bekannt. Insofern wird in der US 6,565,808 B eine Testvorrichtung beschrieben, die aus einer Pro- benaufnahmekammer und einer kombinierten Testplattform besteht, wobei die Probenaufnahmekammer entnehmbar ist und im Zuge der Entnahme die Probenflüssigkeit in die Testkammer freisetzt. In der US 6,413,784 B ist ein Hohlzylinder beschrieben, der einerseits mehrere abgeschlossene Kompartimente beherbergt und andererseits eine integrierte Sensormembran trägt. Über eine zugeführte Hohlnadel, die den Analyten einerseits zuführt und andererseits Reagenzien aus den Kompartimenten sequentiell disruptiv freisetzt, gelangt das Gemisch aus Ana- lyt und Reagenz auf eine hinter den Kompartimenten liegende Sensormembran. Multi-chamber rapid assay systems are known for the collection and combined analysis of biological fluids. In this respect, US Pat. No. 6,565,808 B describes a test device which consists of a sample receiving chamber and a combined test platform, wherein the sample receiving chamber can be removed and releases the sample liquid into the test chamber in the course of removal. No. 6,413,784 B describes a hollow cylinder which, on the one hand, accommodates several closed compartments and, on the other hand, carries an integrated sensor membrane. Via a supplied hollow needle, which supplies the analyte on the one hand and, on the other hand, releases reagents from the compartments sequentially disruptively, the mixture of analyte and reagent reaches a sensor membrane located behind the compartments.
Die US 7,225,689 B beschreibt ein Probentestgerät, das aus zahlreichen Kompo- nenten zur Probenvorbereitung und Analyse zusammengesetzt eine kooperative Baugruppe komplettiert. Ein Puffergefäß, eine Schneidemimik, eine trichterförmige Probenvorbereitungsmimik, ein Probenkollektor und ein Teststreifen in einem Teststreifengehäuse werden formschlüssig ineinander gesteckt und ermöglichen den Durchfluss einer Probe, den Kontakt mit einer Pufferflüssigkeit und schließlich die Anreicherung und Kontaktierung der Probe mit einem Teststreifen. US Pat. No. 7,225,689 B describes a sample testing device which, composed of numerous components for sample preparation and analysis, completes a cooperative assembly. A buffer vessel, a cutting facial expressions, a funnel-shaped sample preparation mimic, a sample collector and a test strip in a test strip housing are inserted in a form-fitting manner and make possible the flow of a sample, the contact with a buffer liquid and finally the enrichment and contacting of the sample with a test strip.
Die US 7,507,374 B beschreibt ein System von assoziierten zylindrischen Kam- mern, die von der Aufnahme einer Körperflüssigkeit über deren Mischung mit einer freigesetzten Reagenzflüssigkeit aus einer weiteren Kammer mit Hilfe einer drehbaren Mischkammer bis hin zum Fluidtransfer des Gemisches auf einen immun- chromatographischen Teststreifen über die Verschiebung der genannten Mischkammer eine vollständige Probenauswertung ermöglicht. In der WO 2005/045408 ist eine Immuno-Teststreifen-Vorrichtung beschrieben, die ein Gehäuse für mindestens einen Teststreifen, eine Aufnahme für einen Probenkollektor und eine erste Kammer mit einer Probenvorbereitungsreagenz sowie eine zweite Kammer für ein zweites Reagenz umfasst. Darüber hinaus weist die Vorrichtung Instrumente zum Kontaktieren und Inkubieren von Probe und Reagenz sowie zu deren Vermi- schung und schließlich Instrumente, die den Kontakt des Gemisches mit einem Teststreifen ermöglichen, auf. US Pat. No. 7,507,374 B describes a system of associated cylindrical chambers, which comprises receiving a body fluid by mixing it with a released reagent fluid from a further chamber with the aid of a rotatable mixing chamber and transferring the fluid to an immunochromatographic test strip via the Shift the said mixing chamber allows a complete sample evaluation. In WO 2005/045408 an immuno-test strip device is described which comprises a housing for at least one test strip, a receptacle for a sample collector and a first chamber with a sample preparation reagent and a second chamber for a second reagent. In addition, the device has instruments for contacting and incubating the sample and reagent and for mixing them, and finally for instruments which allow the mixture to come into contact with a test strip.
In der WO 2005/068967 A ist eine Vorrichtung zur Untersuchung biologischer Flüssigkeiten beschrieben, bei der ein Fluidtransfer einer unverdünnt applizierten Probe mit Hilfe einer dosierenden Kapillare, die in einem Gleitventil integriert ist, realisiert ist. Die Vorrichtung realisiert eine fluidische Brücke zwischen Probe und Messkammer über ein axial bewegliches Gleitventil, in der eine Kapillare, die zunächst in der Ausgangsposition eine geeignete Flüssigkeitsportion entnimmt, in eine zweite Position verfahren wird, um einen Kontakt zu einer Messkammer her- zustellen. Die Vorrichtung zeigt eine Lösung für die Portionierung und Belüftung einer Probe für einen Teststreifen. Das Konzept eignet sich weder für die Verteilung einer Probenflüssigkeit auf mehrere Kanäle, noch für die Integration von Probenahme- und Probenvorbereitungsprozessen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend von diesem Stand der Technik darin, eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung für das Portionieren, Mischen, Aufstocken und Verdünnen sowie Verteilen von Volumina biologischer Probenflüssigkeiten anzugeben, die insbesondere leicht und intuitiv zu bedienen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem solchen Testsystem für biologische Flüssigkeiten mit einem Tubus als Reaktionsröhre, wobei der Tubus einen gleitenden Kolben mit Ventilcharakter beherbergt, der den Tubus abdichtet und damit einen einseitig offenen zylindrischen Reaktionsraum zur Aufnahme von Probenflüssigkeiten definiert, vorgesehen, dass der Tubus zumindest einen in die Tubuswand eingelassenen Transferkanal aufweist, der zumindest mittelbar in eine jeweilige Testzone mündet. Der Transferkanal mündet in eine als kapillaraktiver Spalt ausgestaltete Transfertasche, wobei die Transferta- sehe als Ausgangspunkt für die Weiterleitung der Probenflüssigkeit, also zum Beispiel in Richtung auf eine Testzone dient. Da die Transferzone als kapillaraktiver Spalt ausgestaltet ist, ist gewährleistet, dass dafür eine ausreichende Menge an Probenflüssigkeit zur Verfügung steht. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Vorrichtung als kompaktes Nachweissystem mit Mitteln für die integrierte Probenahme und automatisierbare Prozessierung, die bei geringem Bedienungsaufwand eine praxistaugliche In WO 2005/068967 A a device for the examination of biological fluids is described in which a fluid transfer of a sample applied undiluted by means of a metering capillary, which is integrated in a slide valve, is realized. The device implements a fluidic bridge between the sample and the measuring chamber via an axially movable slide valve, in which a capillary, which initially takes a suitable liquid portion in the starting position, is moved to a second position in order to establish contact with a measuring chamber. The device shows a solution for portioning and venting a sample for a test strip. The concept is not suitable for the distribution of a sample liquid on multiple channels, nor for the integration of sampling and sample preparation processes. It is an object of the invention, starting from this prior art, to provide a further embodiment of a device for portioning, mixing, replenishing and diluting and distributing volumes of biological sample liquids, which in particular is easy and intuitive to use. This object is achieved with a device of the type mentioned above with the features of claim 1. Given in such a test system for biological fluids with a tube as a reaction tube, the tube accommodates a sliding piston with valve character, which seals the tube and thus defines a unilaterally open cylindrical reaction space for receiving sample liquids, provided that the tube at least one in has the tube wall inserted transfer channel, which opens at least indirectly in a respective test zone. The transfer channel opens into a transfer pocket designed as a capillary-active gap, the transfer window serving as a starting point for the forwarding of the sample liquid, that is to say, for example, in the direction of a test zone. Since the transfer zone is configured as a capillary-active gap, it is ensured that a sufficient amount of sample liquid is available for this purpose. The advantage of the invention is that the device as a compact detection system with means for the integrated sampling and automatable processing, which at low operating costs, a practical
Schnittstelle zwischen minifluidischen und mikrofluidischen Systemkomponenten realisiert, eignet. Interface between minifluidischen and microfluidic system components realized, is suitable.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Bei einer Ausführungsform des Testsystems ist vorgesehen, dass der Tubus mehrere in die Tubuswand eingelassene, axial gegeneinander höhenversetzte Transferkanäle aufweist, die zumindest mittelbar in eine jeweilige Testzone münden. Dann kann mit dem Testsystem schnell und einfach in jeweils einer Testzone eine mehrfache Untersuchung der selben Probenflüssigkeit erfolgen. In one embodiment of the test system, it is provided that the tube has a plurality of transfer channels, which are embedded in the tube wall and offset axially relative to one another, which open at least indirectly into a respective test zone. Then, with the test system, a multiple examination of the same sample liquid can be carried out quickly and easily in each case in a test zone.
Wenn der mindestens eine Transferkanal, einzelne Transferkanäle oder eine Mehrzahl der Transferkanäle, insbesondere alle Transferkanäle, eine kapillaraktive Geometrie aufweist bzw. aufweisen, ist bei jedem derartigen Transferkanal die Aufnahme der jeweiligen Probenflüssigkeit erleichtert. Dies erlaubt eine leichte und einfache Anwendung der Vorrichtung auch bei Ausrichtungen außerhalb einer optimalen Anwendungsstellung, wobei eine optimale Anwendungsstellung der Vorrichtung bei einem aufrecht stehenden oder um einige Grad geneigten Tubus gegeben ist. Bei einer Vorrichtung mit kapillaraktiven Transferkanälen erweitert sich die optimale Anwendungsstellung bis zu Neigungswinkeln des Tubus in der Größenordnung von 30°. Bei einer Ausführungsform des Testsystems ist vorgesehen, dass die oder jede Transfertasche zur Aufnahme zumindest eines Teststreifens vorgesehen und ausgestaltet ist. Die als kapillaraktiver Spalt ausgestaltete Transfertasche ist dafür zumindest einseitig offen und erlaubt an der offenen Seite eine Einführung von zumindest einem Teststreifen. Die Spaltform der Transfertasche ist also gleichzei- tig im Hinblick auf die gewünschte Kapillaraktivität wie auch zur Aufnahme eines Endes eines Teststreifens oder mehrerer Teststreifen, also zum Beispiel zur Aufnahme von zwei oder drei in Längsrichtung nebeneinander angeordneten Teststreifen, wirksam. Bei einer besonderen Ausführungsform des Testsystems ist vorgesehen, dass ein zusammen mit dem Testsystem verwendbarer Teststreifen eine kapillaraktive Brückenkomponente, also zum Beispiel ein als Brückenkomponente fungierendes Vlies oder dergleichen, aufweist. Die jeweilige Brückenkomponente ist wirksam, um in die Transfertasche vorgedrungene Probenflüssigkeit gleichsam wie ein Docht bis in die Testzone weiterzuleiten. Die kapillaraktive Brückenkomponente bewirkt dabei gleichzeitig eine Begrenzung der weitergeleiteten Menge der Probenflüssigkeit, so dass bei einer zu einem Sensor erfolgenden Weiterleitung dieser oder die Testzone nicht mit Probenflüssigkeit überflutet wird. Wenn sich bei einem Testsystem der hier und im Folgenden beschriebenen Art zwischen der Transfertasche und der Testzone bzw. jeweils einer Transfertasche und einer Testzone eine Überlaufkammer befindet, vermeidet die Überlaufkammer eine eventuelle Überflutung der Testzone, indem überschüssige Probenflüssigkeit nur in die Überlaufkammer, aber von dort nicht zur Testzone gelangt. Die oder jede Transfertasche mündet also in eine selbst nicht kapillar aktive Überlaufkammer. Indem die Überlaufkammer mit einem in die Transfertasche eingesetzten Teststreifen überbrückbar ist, bleibt die Erreichbarkeit der Testzone gewährleistet. In einer Ausführungsform des Testsystems zeichnet sich ein in der Testzone be- findlicher Sensor durch hohe Kapillarität aus, so dass dieser in der an die Überlaufkammer angrenzenden Testzone ausreichende Mengen an Probenflüssigkeit erhält. Dafür ist günstig, wenn eine oder mehrere Brückenkomponenten mit insbesondere mittlerer Kapillarität, zum Beispiel als Element eines Teststreifens, einerseits die Transfertasche und andererseits den kapillaraktiven Sensor kontaktieren und so die Überlaufkammer überbrücken. If the at least one transfer channel, individual transfer channels or a plurality of the transfer channels, in particular all transfer channels, have or have a capillary-active geometry, the recording of the respective sample liquid is facilitated in each such transfer channel. This allows easy and simple application of the device even when aligning outside an optimal application position, with an optimal application position of the device is given in an upright or inclined by a few degrees tube. In a device with capillary-active transfer channels, the optimal application position extends up to inclination angles of the tube in the order of 30 °. In one embodiment of the test system, it is provided that the or each transfer bag is provided and designed to accommodate at least one test strip. The transfer bag designed as a capillary-active gap is at least open on one side for this purpose and allows an introduction of at least one test strip on the open side. The gap shape of the transfer bag is thus simultaneously effective with regard to the desired capillary activity as well as for accommodating one end of a test strip or several test strips, that is, for example, for receiving two or three test strips arranged side by side in the longitudinal direction. In a particular embodiment of the test system, it is provided that a test strip which can be used together with the test system has a capillary-active bridge component, that is to say, for example, a fleece acting as a bridge component or the like. The respective bridge component is effective in order to forward sample liquid, which has penetrated into the transfer pocket, like a wick into the test zone. At the same time, the capillary-active bridge component brings about a limitation of the forwarded quantity of the sample liquid, so that in the case of a forwarding to the sensor, this or the test zone is not flooded with sample liquid. If, in a test system of the type described here and below, an overflow chamber is located between the transfer bag and the test zone or respectively a transfer bag and a test zone, the overflow chamber avoids a possible flooding of the test zone by transferring excess sample liquid only into the overflow chamber, but from there did not get to the test zone. The or each transfer bag thus empties into a non-capillary active overflow chamber. By the overflow chamber can be bridged with a test strip inserted into the transfer bag, the accessibility of the test zone remains guaranteed. In one embodiment of the test system, a sensor located in the test zone is characterized by high capillarity, so that it receives sufficient quantities of sample liquid in the test zone adjacent to the overflow chamber. This is favorable if one or more bridge components with in particular average capillarity, for example as an element of a test strip, on the one hand contact the transfer bag and on the other hand the capillary-active sensor and thus bridge the overflow chamber.
Eine besondere Ausführungsform des hier und im Folgenden beschriebenen Testsystems fungiert als kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem für biologische Flüssigkeiten, indem im Reaktionsraum oberhalb des Kolbens ein Trocken- reagenzdepot, insbesondere ein Reaktionsmodul in Form eines Trockenreagenzdepots, angeordnet ist. In dem Trockenreagenzdepot kann zum Beispiel eine oxi- dierende Chemikalie vorgehalten werden, die bei einer Verwendung des Testsystems eine chemische Verbindung mit einer zu detektierenden Drogensubstanz eingeht. A particular embodiment of the test system described here and below functions as a combined sample preparation and test system for biological fluids in that a dry reagent depot, in particular a reaction module in the form of a dry reagent depot, is arranged in the reaction space above the piston. In the dry reagent depot, for example, an oxidizing chemical can be provided which, when the test system is used, forms a chemical compound with a drug substance to be detected.
Wenn ein solches kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem einen oberhalb des Transferkanals bzw. eines ersten Transferkanals gebildeten und aufwärts gerichteten Belüftungskanal aufweist, der in einer Belüftungsöffnung außerhalb des Tubus endet, erfüllt ein solcher, zum Beispiel in die Tubuswand ein- gelassener Belüftungskanal die Funktion eines Druckausgleichskanals mit Steigrohr. Bei der Verwendung des kombinierten Probenvorbereitungs- und Testsystems bewirkt eine Freistellung des Belüftungskanals durch den Stempel des Kolbens den Druckausgleich im Reaktionsraum und erleichtert somit den hydrostatisch verursachten Abfluss der Probenflüssigkeit über den Transferkanal bzw. die Transferkanäle in die Transfertaschen. Anstelle nur eines Belüftungs- / Druckausgleichskanals kann das Testsystem auch mehrere derartiger Kanäle, gegebenenfalls noch zusätzlich axial versetzt, aufweisen. Eine besondere Ausführungsform des kombinierten Probenvorbereitungs- und Testsystems erlaubt an einem oberen offenen Ende des Tubus das Anbringen eines Probenkollektors, insbesondere das Anbringen eines solchen Probenkollektors in einem Presssitz. Beim Gebrauch zeichnet sich ein solches Probenvorbereitungs- und Testsystem entsprechend durch einen in ein offenes Ende des Tubus eingepassten und in einem Presssitz im Tubus beweglichen Probenkollektor aus. Der Probenkollektor kommt dabei als Mittel zur Zuführung einer konzentrierten Probe in Betracht und die jeweilige Probenflüssigkeit kann mit einer Bewegung des Kolbens druckgesteuert aus dem Probenkollektor extrahiert werden. Wenn bei einem Probenvorbereitungs- und Testsystem zwischen Kolben und Probenkollektor eine Patrone für Flüssigreagenz anbringbar oder angebracht ist, kann das Flüssigreagenz als Lösungsmittel verwendet werden, um die Extraktion der Probenflüssigkeit aus dem Probenkollektor zu unterstützen. Bei einem Verfahren zur Verwendung eines Testsystems wie hier beschrieben ist vorgesehen, dass eine biologische Flüssigkeit als Probe (Probenflüssigkeit) in ein in einer Anwendungsstellung, nämlich aufrecht stehend oder bis zu 30° geneigt, oberes, offenes Ende des Tubus gegeben wird und dass die Probe bei einer Bewegung des Kolbens dem Kolben folgt und bei einer im Zuge einer Bewegung des Kolbens erfolgenden Freigabe des Transferkanals bzw. der sukzessive erfolgenden Freigabe einzelner Transferkanäle in den Transferkanal bzw. den jeweiligen Transferkanal eintritt, dort jeweils bis zu der am Ende des jeweiligen Transferkanals befindlichen, kapillaraktiven Transfertasche vordringt, einen Teststreifen mit einer kapillaraktiven Brückenkomponente benetzt und so schließlich bis zu einer Testzone jenseits der an die Transfertasche anschließenden Überlaufkammer vordringt. Auf diese Weise kann die Zuführung von Volumenanteilen der Probenflüssigkeit in den Transferkanal bzw. einzelne Transferkanäle selektiv über die Kolbenposition im Tubus gesteuert werden. Der hydrostatische Druck der Probe und die erhöhte Kapillarität im Transferkanal lösen dabei den Fluidtransfer aus dem Tubus aus. If such a combined sample preparation and test system has an upwardly directed ventilation channel which forms a ventilation opening outside the tube, such a ventilation channel, for example inserted into the tube wall, fulfills the function of a pressure equalization channel with riser. When using the combined sample preparation and test system causes an exemption of the ventilation duct by the plunger of the piston, the pressure equalization in the reaction chamber and thus facilitates the hydrostatically caused drainage of the sample liquid via the transfer channel or Transfer channels into the transfer bags. Instead of just one ventilation / pressure equalization channel, the test system can also have several such channels, optionally additionally axially offset. A particular embodiment of the combined sample preparation and test system allows the mounting of a sample collector at an upper open end of the tube, in particular the attachment of such a sample collector in a press fit. In use, such a sample preparation and test system is accordingly characterized by a sample collector fitted in an open end of the tube and being able to be moved in an interference fit in the tube. The sample collector comes as a means for supplying a concentrated sample into consideration and the respective sample liquid can be extracted under pressure control of the sample collector with a movement of the piston. If a liquid reagent cartridge is attachable or attached between a piston and a sample collector in a sample preparation and test system, the liquid reagent may be used as a solvent to aid in the extraction of sample liquid from the sample collector. In a method for using a test system as described herein, it is provided that a biological fluid is given as a sample (sample liquid) in an upper, open end of the tube in an application position, namely upright or inclined up to 30 °, and that the sample during a movement of the piston follows the piston and occurs at a successful in the course of a movement of the piston release of the transfer channel or the successive release of individual transfer channels in the transfer channel or the respective transfer channel, there each up to the located at the end of each transfer channel , capillary-active transfer pocket, wets a test strip with a capillary-active bridge component and so finally penetrates to a test zone beyond the overflow chamber adjoining the transfer bag. In this way, the supply of volume fractions of the sample liquid into the transfer channel or individual transfer channels can be controlled selectively via the piston position in the tube. The hydrostatic pressure of the sample and the increased capillarity in the transfer channel trigger the fluid transfer from the tube.
Ein Verfahren zur Verwendung eines Testsystems mit einem Trockenreagenzde- pot zeichnet sich dadurch aus, dass ein Trockenreagenz des Trockenreagenzdepots durch einen Druckwechsel im Tubus gelöst wird, insbesondere einen kolben- positionsabhängigen Druckwechsel, nämlich ausgelöst durch mehrere Hubbewegungen des Kolbens, und zwar bevor mit einer Bewegung des Kolbens eine Freigabe eines der Transferkanäle erfolgt. Das Lösen des Trockenreagenz stellt eine Probenvorbereitung dar. Mit dem anschließenden Freigeben der Transferkanäle wird die Untersuchung der Probenflüssigkeit eingeleitet. A method for using a test system with a Trockenreagenzde- pot is characterized in that a dry reagent of the dry reagent depot is solved by a pressure change in the tube, in particular a piston position-dependent pressure change, namely triggered by several strokes of the piston, and before with a movement the piston is released one of the transfer channels. The dissolution of the dry reagent represents a sample preparation. With the subsequent release of the transfer channels, the examination of the sample liquid is initiated.
Wenn bei einem Testsystem mit zumindest einem Belüftungskanal das Trockenreagenz des Trockenreagenzdepots vor einer Bewegung des Kolbens zur Freiga- be eines der Transferkanäle durch mehrere, jeweils zumindest den Belüftungskanal freigebende Hubbewegungen des Kolbens gelöst wird, lässt sich aufgrund des über den Belüftungskanal bewirkten Druckausgleichs eine besonders homogene Mischung von Probenflüssigkeit und Trockenreagenz erreichen. Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass eine Bewegung im Hinblick auf eventuelle Inkubations- oder Reaktionszeiten automatisch und zeitgesteuert erfolgt und entsprechend durch die Bewegung des Kolbens die Freigabe des Transferkanals oder eine sukzessive Freigabe einzelner Transferkanäle automatisch und zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten erfolgt. If, in a test system with at least one ventilation channel, the dry reagent of the dry reagent depot is released before a movement of the piston to release one of the transfer channels by a plurality of at least the ventilation channel releasing strokes of the piston, can be due to the over the ventilation channel caused pressure equalization a particularly homogeneous Achieve mixture of sample liquid and dry reagent. A particular embodiment of the method is that a movement with respect to any incubation or reaction times automatically and time-controlled and accordingly by the movement of the piston, the release of the transfer channel or a successive release of individual transfer channels automatically and at predetermined or predeterminable times.
Bei einem Verfahren zur Verwendung eines Testsystems, das die Anbringung eines Proben kollektors erlaubt, ist vorgesehen, dass in das obere offene Ende des Tubus ein mikroporöser Probenkollektor mit einer darin gebundenen Probenflüssigkeit eingeführt wird. Der Probenkollektor kann sich dabei in einer passenden Hülse oder Röhre befinden. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird aus dem Probenkollektor über einen kolbenpositionsabhängigen Druckwechsel im Tubus eine Reagenzflüssigkeit verdrängt und schließlich mit der Probenflüssigkeit vermischt. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. In a method of using a test system that allows the mounting of a sample collector, it is provided that in the upper open end of the tube, a microporous sample collector is introduced with a sample liquid bound therein. The sample collector can be located in a suitable sleeve or tube. In one embodiment of the method, a reagent liquid is displaced from the sample collector via a piston position-dependent pressure change in the tube and finally mixed with the sample liquid. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, in the context of the present disclosure, modifications and modifications are possible, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual in combination with the described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawing features or Elements or process steps for the expert in terms of solving the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps, even if they concern testing and working procedures.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 ein Probenaufnahme- und Analysesystem zum dosierten Transfer einer flüssigen Probe in einzelne integrierte Analyseeinheiten, 1 shows a sample receiving and analysis system for metered transfer of a liquid sample into individual integrated analysis units,
FIG 2 eine vergrößerte Darstellung einer der Analyseeinheiten, 2 shows an enlarged view of one of the analysis units,
FIG 3, 3,
FIG 4 und  4 and
FIG 5 Darstellungen zur Veranschaulichung der Verwendung des Probenaufnahme- und Analysesystems aus FIG 1 , 5 shows illustrations for illustrating the use of the sample receiving and analyzing system of FIG. 1,
FIG 6 eine spezielle Ausführungsform und Verwendung des Probenaufnahme- und Analysesystems aus FIG 1 , 6 shows a specific embodiment and use of the sample receiving and analyzing system of FIG. 1,
FIG 7 eine spezielle Ausführungsform und Verwendung des Probenaufnahme- und Analysesystems. FIG 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein hier und im Folgenden oftmals auch nur kurz als Vorrichtung 10 oder Testsystem bezeichnetes Probenaufnahme- und Analysesystem, die bzw. das den dosierten Transfer einer im Folgenden auch als Fluid 12 bezeichneten flüssigen Probe 12 in einzelne integrierte Kompartimente ermöglicht. 7 shows a specific embodiment and use of the sample receiving and analyzing system. FIG. 1 shows a sectional illustration of a sample receiving and analyzing system, here and hereinafter often referred to only briefly as a device 10 or test system, which enables the metered transfer of a liquid sample 12, also referred to below as fluid 12, into individual integrated compartments.
Die Vorrichtung umfasst einen Tubus 14, dessen Innenvolumen als Reaktionsraum 16 fungiert und in dem eine in der FIG 1 nicht gezeigte Probenflüssigkeit (Probe) 12 mit einem an einer Kolbenstange 18 befindlichen Kolben 20 axial posi- tionierbar ist. Der Kolben 20 dichtet den Tubus 14 einseitig zum Boden ab. In einem unteren Bereich des Tubus 14 befindet sich eine Mehrzahl von jeweils gleich oder gleichartig ausgeführten und als Analyseeinheiten 22, 24, 26 fungierenden Kompartimenten. In der dargestellten Konfiguration umfasst die Vorrichtung 10 drei derartige Analyseeinheiten 22-26. The device comprises a tube 14 whose internal volume acts as a reaction space 16 and in which a sample liquid (sample) 12, not shown in FIG. 1, can be axially positioned with a piston 20 located on a piston rod 18. The piston 20 seals the tube 14 on one side to the ground. In a lower region of the tube 14, there are a plurality of compartments which are identical or identical and act as analysis units 22, 24, 26. In the illustrated configuration, the device 10 includes three such analysis units 22-26.
Zur besseren Übersicht ist in FIG 2 als Ausschnitt aus der Vorrichtung 10 gemäß FIG 1 eine vergrößerte Darstellung einer der Analyseeinheiten 22-26 gezeigt. For a better overview, an enlarged representation of one of the analysis units 22-26 is shown in FIG. 2 as a section of the device 10 according to FIG.
Jede Analyseeinheit 22-26 weist einen zum Innenvolumen des Tubus 14 offenen Transferkanal 28 (Probenaufnahmekanal 28) auf. Jeder Transferkanal 28 ist auch auf der vom Tubus 14 abgewandten Seite offen, so dass sich die Bezeichnung als belüfteter Transferkanal 28 rechtfertigt. Jenseits des belüfteten Transferkanals 28 befindet sich eine an den jeweiligen Transferkanal 28 anschließende Transfertasche 30, die als kapillaraktiver Spalt ausgestaltet ist. Zwischen der Transfertasche 30 und einer Testzone 32 befindet sich eine Überlaufkammer 34. Jede Transfertasche 30 fungiert als Aufnahme für zumindest einen Teststreifen 36 oder dergleichen. Der Teststreifen 36 umfasst zumindest eine kapillaraktive Brückenkomponente, die im Folgenden mitunter auch kurz nur als Brückenkomponente bezeichnet ist, also zum Beispiel ein kapillaraktives Vlies. An einem oberen Ende jeder Analyseeinheit 22-26, also bei einem angebrachtem Teststreifen 36 an dessen Ende, befindet sich die Testzone 32 als Ort für einen kapillaraktiven Sensor 38. Üblicherweise bildet ein solcher kapillaraktiver Sensor 38 das Ende des Teststeifens 36. Die Transferkanäle 28 sind in der Tubuswand radial orientiert und gegeneinander axial versetzt. Der Versatz entspricht mindestens der Länge des Kolbens 20. Bei der dargestellten Ausführungsform entspricht der Versatz der in axialer Richtung des Tubus 14 gemessenen Dimension der einzelnen Analyseeinheiten 22-26. Each analysis unit 22-26 has a transfer channel 28 (sample receiving channel 28) open to the inner volume of the tube 14. Each transfer channel 28 is also open on the side facing away from the tube 14, so that the designation as a ventilated transfer channel 28 justifies itself. On the other side of the ventilated transfer channel 28 there is a transfer pocket 30 which adjoins the respective transfer channel 28 and which is designed as a capillary-active gap. Between the transfer pocket 30 and a test zone 32 is an overflow chamber 34. Each transfer pocket 30 acts as a receptacle for at least one test strip 36 or the like. The test strip 36 comprises at least one capillary-active bridge component, which is sometimes referred to below as a bridge component, that is, for example, a capillary-active nonwoven. At an upper end of each analysis unit 22-26, that is to say with an attached test strip 36 at its end, the test zone 32 is located as the location for a capillary-active sensor 38. Usually, such a capillary-active sensor 38 forms the end of the test stiffener 36. The transfer channels 28 are radially oriented in the tube wall and axially offset from each other. The offset corresponds at least to the length of the piston 20. In the illustrated embodiment, the offset corresponds to the dimension measured in the axial direction of the tube 14 of the individual analysis units 22-26.
Ein Fluidtransfer bei einer Verwendung der Vorrichtung 10 folgt zunächst dem fluidischen Prinzip der kommunizierenden Kammern. Die treibende Kraft sind A fluid transfer when using the device 10 initially follows the fluidic principle of the communicating chambers. The driving force is
Schwerkraft und Unterdruck in Abhängigkeit von einer vertikalen oder winkeligen Ausrichtung der Vorrichtung 10 und einer Position des Kolbens 20 im Tubus 14. Bei der in FIG 1 dargestellten Situation kann sich im Reaktionsraum 16, also oberhalb des Kolbens 20, eine Probenflüssigkeit 12 befinden. Beim Betätigen der Kolbenstange 18, also beim Herausziehen des Kolbens 20 aus dem Tubus 14, ergibt sich eine axiale Positionierung des Kolbens 20 und damit auch der oberhalb des Kolbens 20 befindlichen Probenflüssigkeit 12. Die Probenflüssigkeit 12 folgt der Kolbenposition, sofern die Ausrichtung der Vorrichtung 10 eine Benetzung des Kolbens 20 in idealer vertikaler Ausrichtung oder einer Neigung bis zu 30° erlaubt. Sobald die Probenflüssigkeit 12 auf diese Weise in den Bereich einer der Analyseeinheiten 22-26, konkret in den Bereich des jeweiligen Transferkanals 28 gelangt, treten Teile der Probenflüssigkeit 12 in die Transfertasche 30 ein. Schon an dieser Position erfolgt der Fluidtransfer auch gegen die Schwerkraft mit Hilfe von Kapillarkraft und einer dochtartigen Versorgung des Sensors 38, indem die Probenflüssigkeit 12 im Transferkanal 28 aufsteigt und dort die an dessen Ende gegebenenfalls vorhandene Brückenkomponente eines Teststreifens 36 benetzt, welche aufgrund ihrer Kapillaraktivität die Probenflüssigkeit 12 bis in die Testzone 32 und zu dem dort befindlichen Sensor 38 weiterleitet. Gravity and negative pressure as a function of a vertical or angular orientation of the device 10 and a position of the piston 20 in the tube 14. In the situation illustrated in FIG. 1, a sample liquid 12 may be located in the reaction space 16, ie above the piston 20. When the piston rod 18 is actuated, ie when the piston 20 is withdrawn from the tube 14, an axial positioning of the piston 20 and thus also the sample liquid 12 located above the piston 20 results. The sample liquid 12 follows the piston position, provided that the alignment of the device 10 wetting of the piston 20 in an ideal vertical orientation or an inclination of up to 30 ° allowed. As soon as the sample liquid 12 reaches the region of one of the analysis units 22-26, specifically into the area of the respective transfer channel 28, parts of the sample liquid 12 enter the transfer pocket 30. Already at this position, the fluid transfer takes place against gravity with the help of capillary force and a wick-like supply of the sensor 38 by the sample liquid 12 rises in the transfer channel 28 and there wets the possibly present at the end bridge component of a test strip 36, which due to their capillary activity the Sample liquid 12 passes into the test zone 32 and the sensor 38 located there.
Das Aufsteigen der jeweiligen Probenflüssigkeit 12 im Transferkanal 28 kann auch als Aufnahme der Probe/des Fluids aufgefasst werden, so dass der Transferkanal 28, selbst wenn er mitunter auch als Abflusskanal fungiert, auch als Probenauf- nahmekanal bezeichnet werden kann. Der Transferkanal 28 kann optional eine kapillaraktive Geometrie aufweisen, um die Aufnahme der jeweiligen Probenflüssigkeit 12 aktiv zu unterstützen. Zwischen dem Transferkanal 28 als Ort der Probenaufnahme und der Testzone 32 befindet sich die Überlaufkammer 34. Diese hält überschüssige Flüssigkeit vom Sensor 38 fern. Hinsichtlich der Brückenkom- ponente eines Teststreifens 36 kommt ein Vlies oder dergleichen in Betracht und die Brückenkomponente bewirkt den Fluidtransport aus der Transfertasche 30 heraus und zum Sensor 38. Der Sensor 38 ist demnach über das kapillar aktive Transfermaterial der Brückenkomponente des Teststreifens 36 mit der Transferta- sehe 30 in Kontakt und seinerseits offen zugänglich, zum Beispiel für eine visuelle Kontrolle. The rising of the respective sample liquid 12 in the transfer channel 28 can also be understood as a sample / fluid inclusion so that the transfer channel 28, even if it sometimes acts as a drain channel, can also be referred to as a sample collection channel. The transfer channel 28 may optionally have a capillary-active geometry to actively support the uptake of the respective sample liquid 12. Between the transfer channel 28 as the location of the sample receiving and the test zone 32 is the overflow chamber 34. This keeps excess liquid from the sensor 38 far. With regard to the bridge Component of a test strip 36 is a fleece or the like into consideration and the bridge component causes the fluid transport out of the transfer bag 30 and the sensor 38. The sensor 38 is therefore on the capillary active transfer material of the bridge component of the test strip 36 with the Transferta- see 30 in contact and in turn openly accessible, for example, for visual inspection.
Die in FIG 1 gezeigte Vorrichtung 10 kann in einem Testsystem in mehrfacher Anzahl vorhanden sein. Der Kolben 20 kann manuell oder mit einer externen Aktua- torik axial bewegt werden. The device 10 shown in FIG. 1 can be present in multiple numbers in a test system. The piston 20 can be moved axially or manually by means of an external actuator.
Ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung 10 gemäß FIG 1 stellt ein Proben- prozessierungsschema dar und kann wie folgt beschrieben werden: Der gleitende Kolben 20 übernimmt eine Ventilfunktion, indem ein durch den Transferkanal 28 und die anschließende Transfertasche 30 gebildeter Transferbereich positionsabhängig gegenüber dem Reaktionsraum 16 freigestellt oder abgeschirmt wird. Eine Probenflüssigkeit 12, die sich oberhalb des Kolbens 20 befindet, folgt dem Kolben 20, wenn dessen axiale Position verändert wird. Ein Auslauf von Probenflüssigkeit 12 in gezielt angesteuerte Transferkanäle 28 wird mit deren Freilegung durch den gleitenden Kolben 20 gesteuert. Erreicht der Kolben 20 einen der Transferkanäle 28, tritt Probenflüssigkeit 12 vermittelt durch hydrostatischen Druck und geringe Kapillarkräfte über den jeweiligen Transferkanal 28 in die Transfertasche 30 und gegebenenfalls die Überlaufkammer 34 aus. Nur die an dieser Position anschließende Testzone 32 wird mit Probenflüssigkeit 12 versorgt. Zur Portionierung der Probenflüssigkeit 12 kann der Kolben 20 den jeweiligen Transferkanal 28 gezielt unterlaufen, um ein Teilvolumen der zur Verfügung stehenden Flüssigkeit am Ablauf zu hindern und um diese Teilmenge für nachfolgende Prozesse in nachfolgenden Analyseeinheiten 22-26 vorzuhalten. Die Ausgestaltung der Transfertasche 30 als Spalt mit geringer Kapillarität gegenüber einer hydrophilen Flüssigkeit begünstigt durch deren Spaltbreite und den Kontaktwinkel der Flüssigkeit, dass sich die einströmende Flüssigkeit in der gesamten Transfertasche 30 auch entgegen der Fließrichtung oder entgegen der Schwerkraft verteilt und dort lageunabhängig gehalten wird, sofern Fluidkontakt zum Tubus 14 besteht. Der Spalt bildet darüber hinaus die Aufnahme für eine oder mehrere abschnittsweise umschlossene Teststreifen 36 mit Brückenkomponenten mittlerer Kapillarität. Damit wird der Fluidkontakt zu allen Brückenkomponenten sichergestellt. Die Dimensionen der Transfertaschen 30 und die Dimensionen der jeweils verwendbaren Teststreifen 36 sind dafür aufeinander abgestellt. Weiter austretende überschüssige Probenflüssigkeit 12 gelangt über die Transfertasche 30 hinaus nur in die Überlaufkammer 34, um zu verhindern, dass die Testzone 32 überflutet wird. Da die Brückenkomponente des Teststreifens 36 eine stärkere Kapillarität gegenüber der Probenflüssigkeit aufweist als der Spalt der Transfertasche 30, saugt sie die notwendigen Volumenanteile der Probenflüssigkeit autonom aus der Transfertasche 30 auf den kapillaraktiven Sensor 38, der seinerseits den weiteren Fluss der Probenflüssigkeit 12 über erhöhte Kapillarität gegenüber der Brückenkomponente aufrecht erhält. Der Sensor 38 ist zum Zwecke der optischen oder visuellen Auswertung frei zugänglich und seitliche dachartige Abstellungen in der Analyseeinheit 22-26 wirken als mechanischer Schutz sowie als Berührungsschutz. Weitere Transferkanäle 28 können kolbenpositionsabhängig angesteuert werden, um andere Sensoren 38 mit Probenflüssigkeit 12 zu versorgen. Überschüssige Flüssigkeit aus vorlaufenden Überlaufkammern 34 steht dabei für weitere Analyseeinheiten 22-26 zur Verfügung. A method for using the device 10 according to FIG. 1 represents a sample processing scheme and can be described as follows: The sliding piston 20 assumes a valve function by releasing a transfer region formed by the transfer channel 28 and the subsequent transfer pocket 30 position-dependent with respect to the reaction space 16 or shielded. A sample liquid 12, which is located above the piston 20, follows the piston 20 when its axial position is changed. An outlet of sample liquid 12 in selectively controlled transfer channels 28 is controlled with their exposure by the sliding piston 20. When the piston 20 reaches one of the transfer channels 28, the sample liquid 12 passes through the respective transfer channel 28, mediated by hydrostatic pressure and low capillary forces, into the transfer pocket 30 and possibly the overflow chamber 34. Only the test zone 32 adjoining this position is supplied with sample liquid 12. For portioning the sample liquid 12, the piston 20 can selectively underflow the respective transfer channel 28 in order to prevent a partial volume of the available liquid from flowing out and to reserve this subset for subsequent processes in subsequent analysis units 22-26. The design of the transfer bag 30 as a gap with low capillarity against a hydrophilic liquid favors by the gap width and the contact angle of the liquid that the inflowing liquid distributed in the entire transfer bag 30 against the flow direction or against gravity and is held there position independent, if fluid contact to the tube 14 is. The gap also forms the receptacle for one or more partially enclosed test strips 36 with bridging components of medium capillarity. This ensures fluid contact with all bridge components. The dimensions of the transfer pockets 30 and the dimensions of the test strips 36 that can be used in each case are matched to one another. Exceeding excess sample liquid 12 passes beyond the transfer bag 30 also only into the overflow chamber 34, to prevent the test zone 32 is flooded. Since the bridge component of the test strip 36 has a greater capillarity with respect to the sample liquid than the gap of the transfer bag 30, it sucks the necessary volume fractions of the sample liquid autonomously from the transfer bag 30 to the capillary-active sensor 38, which in turn opposes the further flow of the sample liquid 12 via increased capillarity maintains the bridge component upright. The sensor 38 is freely accessible for the purpose of optical or visual evaluation and lateral roof-like shutdowns in the analysis unit 22-26 act as a mechanical protection and as protection against contact. Further transfer channels 28 can be actuated piston-position-dependent in order to supply other sensors 38 with sample liquid 12. Excess liquid from leading overflow chambers 34 is available for further analysis units 22-26.
Die Darstellungen in FIG 3, 4 und 5 zeigen eine Verwendung der Vorrichtung 10 gemäß FIG 1 als Drogenschnelltester für unverdünnte oder vorbereitete verdünnte Probenflüssigkeiten 12. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 40, das aus spritzgussfähigem Polypropylen hergestellt ist. In dem Gehäuse 40 sind der Tubus 14, mehrere Transferkanäle 28, die zunächst offenen Transfertaschen 30 (Transfertaschenprofile), Überlaufkammern 34 und Testzonen 32 abgeformt. Die flüssigkeitsdichten Analyseeinheiten 22-26 entstehen durch komplementäre Spritzgussteile, die über eine Schnappung oder über eine Schweißnaht mit dem Gehäuse 40 eine dichtende Verbindung ausbilden. Der kapillare Spalt der Transfertaschen 30 hat beispielsweise eine Breite von 0,8 mm und eine Länge von 6 mm. Als kapillaraktive Sensoren 38 fungieren die Enden von immunchromatographischen Teststreifen 36. Kapillaraktive Glasfaser- oder Polyestervliese mit einer hinreichenden Steifigkeit bilden als Brückenkomponenten einen Teil dieser Teststreifen 36. Das Vlies ist zum Beispiel mit einem Goldreagenz beschichtet. Hierbei handelt es sich um Konjugate aus kolloidalem Gold gekoppelt mit monoklonalen Antikörpern, die spezifisch an die Drogensubstanzen Amphetamin und Tetrahydrocannabinol- Carboxylat binden. Auf den immunchromatographischen Teststreifen 36 befindet sich eine Abfanglinie in Form eines auf Nitrocellulosemembran immobilisierten Protein-Drogenkonjugats sowie eine Kontrolllinie mit einem immobilisierten AntiHost-Antikörper. Die Probenflüssigkeit 12 ist Urin, der über eine Tropfflasche, eine handelsübliche Pasteurpipette oder dergleichen in den Reaktionsraum 16 gefüllt wird. Die Darstellungen in FIG 4 und FIG 5 zeigen, dass die Probenflüssigkeit über die Veränderung der Kolbenposition in einen jeweils freigestellten Transferkanal 28 gelangt und, initiiert durch den hergestellten Fluidkontakt, weiter in die Transfertasche 30 und die Überlaufkammer 34 läuft. Gemäß dem Prinzip der kommunizierenden Kammern gleicht sich der Flüssigkeitsstand zwischen Reaktionsraum 16 und Überlaufkammer 34 entsprechend der Lage der Vorrichtung 10 aus. In der hier gezeigten Position wird die Probenflüssigkeit 12 durch den Kippwinkel (ca. 30°) der Vorrichtung 10 in einen unteren Teil der Überlaufkammer 34 geleitet. Die dort abgeleitete überschüssige Probenflüssigkeit 12 kann den Testreifen 36 nicht mehr überfluten. Ansonsten gelangt die Probenflüssigkeit 12 über das als Brü- ckenkomponente fungierende kapillaraktive Glasfaservlies des Teststreifens 36 auf eine Nitrozellulosemembran des Teststreifens 36. Beim Passieren des Glasfaservlieses wird Goldkonjugat aufgenommen und in der Probenflüssigkeit 12 beim Durchströmen des Glasfaservlieses gelöst. Das gelöste Konjugat bildet mit der gelösten Drogensubstanz einen Komplex und verhindert damit die Bindung der Konjugate in einer Abfangzone der Nitrozellulose. Bei Abwesenheit der Drogensubstanz findet keine Komplexbildung im Glasfaservlies statt. Die Goldkonjugate können damit alternativ in der Abfangzone gebunden werden. Eine intensive Farblinie zeigt die Drogenfreiheit der Probe an. FIG 5 zeigt schließlich, dass bei weiterer axialer Absenkung des Kolbens 20 die überschüssige Probenflüssigkeit 12 aus der Überlaufkammer wieder in den Tubus zurückfließt, während ein Rest in der Transfertasche 30 der ersten Analyseeinheit 22 verbleibt, um den Sensor mit der nötigen Probenflüssigkeit zu versorgen. Die überschüssige Probenflüssigkeit gelangt erneut ausgehend vom Tubus über den nächstfolgenden Transferkanal 28 und von dort in die anschließende Transfertasche 30 in die nächste Analyseeinheit 24. Überschüssige Probenflüssigkeit fließt in die Überlaufkammer 34, während der Sensor 38 des Teststreifens 36 aus der Transfertasche 30 heraus über seine kapillaraktive Brückenkomponente 35 mit Probenflüssigkeit 12 versorgt wird Bei dem Teststreifen 36 mit dem an dessen Ende befindlichen Sensor 38 handelt es sich zum Beispiel um einen Teststreifen für Tetrahydrocannabinol-Carboxylat (THC-Säure). The illustrations in FIGS. 3, 4 and 5 show a use of the device 10 according to FIG. 1 as a rapid drug tester for undiluted or prepared diluted sample liquids 12. The device 10 comprises a housing 40 which is produced from injection-moldable polypropylene. In the housing 40 of the tube 14, a plurality of transfer channels 28, the first open transfer bags 30 (transfer bag profiles), overflow chambers 34 and test zones 32 are molded. The liquid-tight analysis units 22-26 are formed by complementary injection-molded parts which form a sealing connection with the housing 40 via a snap-fit or via a weld seam. The capillary gap of the transfer pockets 30 has, for example, a width of 0.8 mm and a length of 6 mm. The ends of immunochromatographic test strips 36 function as capillary-active sensors 38. Capillary-active glass fiber or polyester nonwovens having sufficient rigidity form part of these test strips 36 as bridge components. The nonwoven is coated, for example, with a gold reagent. This is it colloidal gold conjugates coupled with monoclonal antibodies that bind specifically to the drug substances amphetamine and tetrahydrocannabinol carboxylate. On the immunochromatographic test strip 36 is a capture line in the form of a nitrocellulose membrane immobilized protein-drug conjugate and a control line with an immobilized anti-Host antibody. The sample liquid 12 is urine, which is filled into the reaction space 16 via a dropper bottle, a commercially available pasteur pipette or the like. The illustrations in FIG. 4 and FIG. 5 show that the sample liquid, via the change in the piston position, reaches a respectively released transfer channel 28 and, initiated by the produced fluid contact, continues to run into the transfer pocket 30 and the overflow chamber 34. According to the principle of the communicating chambers, the liquid level between the reaction chamber 16 and the overflow chamber 34 equalizes according to the position of the device 10. In the position shown here, the sample liquid 12 is passed through the tilt angle (about 30 °) of the device 10 into a lower part of the overflow chamber 34. The surplus sample liquid 12 derived therefrom can no longer flood the test tire 36. Otherwise, the sample liquid 12 passes via the capillary-active glass fiber fleece of the test strip 36 acting as a bridging component onto a nitrocellulose membrane of the test strip 36. As the glass fiber fleece passes, gold conjugate is taken up and dissolved in the sample liquid 12 as it flows through the glass fiber fleece. The dissolved conjugate forms a complex with the dissolved drug substance, thereby preventing binding of the conjugates in a capture zone of the nitrocellulose. In the absence of the drug substance, no complex formation takes place in the glass fiber fleece. The gold conjugates can thus be bound alternatively in the capture zone. An intense color line indicates the drug-free nature of the sample. FIG. 5 finally shows that upon further axial lowering of the piston 20, the excess sample liquid 12 flows back into the tube from the overflow chamber, while a remainder remains in the transfer pocket 30 of the first analysis unit 22 in order to supply the sensor with the necessary sample liquid. The excess sample liquid passes again from the tube via the Excess sample liquid flows into the overflow chamber 34, while the sensor 38 of the test strip 36 is supplied from the transfer bag 30 via its capillary-active bridge component 35 with sample liquid 12 in the test strip 36 with the sensor 38 at the end thereof is, for example, a test strip for tetrahydrocannabinol carboxylate (THC acid).
Die Darstellung in FIG 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß FIG 1 , die ebenfalls für einen Drogenschnelltest in Betracht kommt. Die Vorrichtung 10 umfasst im Unterschied zu der Vorrichtung in FIG 1 ein Reaktionsmodul, insbesondere ein Reaktionsmodul in Form eines Trockenreagenzdepots 42. Das Trockenreagenzdepot 42 ist oberhalb des Kolbens 20 auf einen porösen filterartigen Reagenzträger 44 aufgetragen. Der Reagenzträger 44 besteht beispielsweise aus gesintertem Polyethylen. Weiter unterscheidet sich die Vorrichtung 10 in FIG 6 von der Vorrichtung 10 in FIG 1 durch eine Belüftungsöffnung 46 am Ende eines Belüftungskanals 48, der im Tubus oberhalb eines ersten Transferkanals 28 abgeht. Die Probenflüssigkeit 12 besteht zum Beispiel aus verdünntem Speichel. Das Trockenreagenzdepot 42 beinhaltet zum Beispiel eine oxidierende Chemikalie, die mit der Drogensubstanz eine chemische Verbindung eingeht. Im Anschluss an das Einfüllen der verdünnten Speichelprobe sammelt sich diese oberhalb des Trockenreagenzdepots 42 und benetzt dieses. Die kapillarporöse Struktur des Reagenz- trägers 44 verhindert den Gasaustausch zum darunter liegenden Reaktionsraum 16. Erst ein Herausziehen des Kolbens 20 erzeugt einen Unterdruck. Durch mehrere Hubbewegungen des Kolbens 20 wird der Reagenzträger 44 mehrfach durchspült und das Trockenreagenz 42 schließlich gelöst und über die entstehenden konvektiven Wirbel homogen in der verdünnten Speichelprobe verteilt. Spe- ziell diese Vorbereitung der Probenflüssigkeit 12 ermöglicht eine genaue Analyse. The illustration in FIG. 6 shows an alternative embodiment of the device 10 according to FIG. 1, which is also suitable for a rapid drug test. In contrast to the device in FIG. 1, the device 10 comprises a reaction module, in particular a reaction module in the form of a dry reagent depot 42. The dry reagent depot 42 is applied to a porous filter-type reagent carrier 44 above the piston 20. The reagent carrier 44 is made of sintered polyethylene, for example. Furthermore, the device 10 in FIG. 6 differs from the device 10 in FIG. 1 through a ventilation opening 46 at the end of a ventilation channel 48, which branches off in the tube above a first transfer channel 28. The sample liquid 12 is, for example, diluted saliva. The dry reagent depot 42 includes, for example, an oxidizing chemical that forms a chemical compound with the drug substance. Following filling of the diluted saliva sample, it collects above the dry reagent reservoir 42 and wets it. The capillary-porous structure of the reagent carrier 44 prevents gas exchange with the reaction space 16 below. Only pulling out the piston 20 generates a negative pressure. Through several strokes of the piston 20, the reagent carrier 44 is flushed through several times and the dry reagent 42 finally dissolved and distributed over the resulting convective vortex homogeneously in the diluted saliva sample. Specifically, this preparation of the sample liquid 12 allows a detailed analysis.
Die Freistellung des Belüftungskanals 48 durch den Kolben 20 bewirkt einen Druckausgleich im Reaktionsraum 16 und erleichtert somit den hydrostatisch verursachten Abfluss der Probenflüssigkeit 12 über die Transferkanäle 28 in die Transfertaschen 30 und ermöglicht die Aufnahme der Probenflüssigkeit 12 von den immunchromatographischen Teststreifen 36 über ein in der Transfertasche 30 fixiertes Glasfaservlies. Die immunchromatographischen Teststreifen 36 sind so präpariert, dass die verwendeten Antikörper-Goldkonjugate spezifisch die che- misch modifizierten Drogenderivate binden können. Des Weiteren können die an Nitrocellulose gebundenen Protein-Drogenkonjugate das Antikorper-Goldkonjugat binden. Entsprechend der Drogen konzentration in der Probenflüssigkeit 12 ergeben sich mehr oder weniger stark gefärbte Linien, die visuell oder mit Hilfe einer optischen Vorrichtung ausgelesen werden können. The release of the ventilation channel 48 by the piston 20 causes a pressure equalization in the reaction chamber 16 and thus facilitates the hydrostatically caused drainage of the sample liquid 12 via the transfer channels 28 in the Transfer bags 30 and allows the recording of the sample liquid 12 from the immunochromatographic test strips 36 via a fixed in the transfer bag 30 glass fiber fleece. The immunochromatographic test strips 36 are prepared in such a way that the antibody-gold conjugates used can specifically bind the chemically modified drug derivatives. Furthermore, the nitrocellulose bound protein-drug conjugates can bind the antibody-gold conjugate. According to the drug concentration in the sample liquid 12 results in more or less colored lines that can be read visually or by means of an optical device.
FIG 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß FIG 1 . Diese weist wie die Vorrichtung in FIG 6 oberhalb des Kolbens 20 ein auf einem porösen, filterartigen Reagenzträger 44 aufgebrachtes Trockenreagenzdepot 42 und einen Belüftungskanal 48 auf. Im Unterschied zu der Vorrichtung 10 in FIG 6 er- möglicht die hier dargestellte Vorrichtung 10 die einfache Integration von Probenahme- und Probenvorbereitungsmodulen im zylindrischen Tubus 14 oberhalb des gleitenden Kolbens 20 im Sinne einer Erweiterung zu einem Komplett- Analysesystem. Dabei kann eine Probenahmeschnittstelle und eine Probenvorbereitungsstrecke derart integriert werden, dass ein geregelter Fluidtransfer eines im Druckwechsel- Prozess erzeugten Probenextraktes aus der mit Probe beaufschlagten Probenahmevorrichtung über eine Mischzone zielgerichtet nach erfolgtem Druckausgleich über Transferkanal 28 und Transfertasche 30 in verschiedene Testzonen (Diagno- se- / Analysebereiche) 32 erfolgt. Nachfolgend wird dazu beschrieben, wie dies mit Hilfe verschiedener Komponenten und einer besonderen Anordnung der Komponenten zueinander erreicht wird: 7 shows a further embodiment of the device according to FIG. 1 This, like the device in FIG. 6, has a dry reagent depot 42 applied to a porous, filter-type reagent carrier 44 above the piston 20 and a ventilation channel 48. In contrast to the device 10 in FIG. 6, the device 10 illustrated here enables the simple integration of sampling and sample preparation modules in the cylindrical tube 14 above the sliding piston 20 in the sense of an expansion into a complete analysis system. In this case, a sampling interface and a sample preparation section can be integrated in such a way that a controlled fluid transfer of a sample extract generated in the pressure change process from the sampled sampling device via a mixing zone targeted after pressure equalization via transfer channel 28 and transfer bag 30 in different test zones (Diagno- / Analysis areas) 32 takes place. The following describes how this is achieved by means of various components and a special arrangement of the components to each other:
Einer oder mehrere verbundene offene zylindrische Tubi 14 sind Reaktionskam- mer 16 und Aufnahme für einen axial gleitenden Kolben 20, der den Tubus 14 einseitig zum Boden abdichtet, sowie optional Aufnehmer für einen Probenkollektor 50 und ein oder mehrere Reagenzdepots. Der Tubus 14 weist an bestimmten Stellen unterhalb eines integrierten Probenkollektors 50 radial ausgerichtete Transferkanäle 28, die gegeneinander axial versetzt sind, sowie einen Belüftungskanal 48 auf. Der Versatz der Transferkanäle 28 entspricht mindestens der Länge des Kolbens 20. Der im Tubus 14 bewegliche und gegenüber der zylindrischen Wand dichtende Kolben 20 kann manuell oder über externe Aktuatorik axial bewegt werden. Die Kolbenoberseite kann optional als Aufnehmer für ein Trockenreagenzdepot 42 dienen. Die weitere Ausführung der Vorrichtung 10 entspricht den oben bereits beschrieben Ausführungsformen. Demnach befinden sich jenseits der belüfteten Transferkanäle 28 die als kapillarer Spalt ausgestalteten Transfertaschen 30. Zwischen Transfertasche 30 und Testzone 32 befindet sich eine Überlaufkammer 34. In der Testzone 32, die sich an eine durch die Überlaufkammer 34 gebildete Überlaufzone anschließt, befindet sich in Form eines Teststreifens 36 mindestens ein offen zugänglicher kapillaraktiver Sensor 38, der über das kapillaraktive Transfermaterial des Teststreifens 36 mit der Transfertasche 30 in Kontakt ist. One or more connected open cylindrical tubes 14 are reaction chambers 16 and an axially sliding piston 20 receptacle which seals tube 14 to the bottom on one side, and optional receptacles for a sample collector 50 and one or more reagent depots. The tube 14 has at certain points below an integrated sample collector 50 radially aligned transfer channels 28, which are axially offset from each other, and a ventilation channel 48. The offset of the transfer channels 28 corresponds at least to the length of the piston 20. The movable in the tube 14 and sealed against the cylindrical wall piston 20 can be moved axially or manually via external actuators. The piston top may optionally serve as a receiver for a Trockenreagenzdepot 42. The further embodiment of the device 10 corresponds to the embodiments already described above. Accordingly, located beyond the vented transfer channels 28 designed as a capillary gap transfer bags 30. Between transfer bag 30 and test zone 32 is an overflow chamber 34. In the test zone 32, which adjoins a formed by the overflow chamber 34 overflow zone, is in the form of a Test strip 36 at least one open-access capillary-active sensor 38, which is on the capillary-active transfer material of the test strip 36 with the transfer bag 30 in contact.
Am oberen Ende des zylindrischen Tubus 14 befindet sich der mit der jeweiligen Probenflüssigkeit 12 beaufschlagte, insbesondere kapillarporöse Proben kollektor 50. Dieser ist entweder integraler Bestandteil des Komplettanalysesystems oder ist so gestaltet, dass er dem Tubus im Zuge einer Analyse im Anschluss an eine Probenahme zugeführt werden kann. Der Probenkollektor 50 befindet sich schließlich am außen offenen Teil in einem Presssitz im Tubus 14 beweglich und wird im vollgesaugten Zustand luftdicht vom Tubus 14 eingefasst. Zwischen Probenkollektor 50 und Kolben 20 befindet sich eine Mischzone 52 mit einem Tro- ckenreagenzdepot 42, das sich auf einem porösen Trägermaterial des Reagenzträgers 44 befindet. Darüber hinaus ist zwischen Probenkollektor 50 und Kolben 20 eine Patrone 54 für Flüssigreagenz lokalisiert. Der Probenkollektor 50 zeichnet sich durch eine kapillar poröse Struktur aus und kann dafür z.B. aus gesintertem Polyethylen hergestellt oder in Form von mit Polyesterfasern beflockten Kollekto- ren ausgeführt sein, um zum Beispiel eine Speichelprobe aufzunehmen. Der Probenkollektor 50 ist mit einem Dorn oder dergleichen versehen und in seiner starren Ausführung geeignet, umgebende Patronenfolien zu perforieren. Eine mögliche Probenprozessierung in einem durch die Vorrichtung 10 gemäß FIG 7 gebildeten Komplett-Testkit verläuft wie folgt: At the upper end of the cylindrical tube 14 is the acted upon by the respective sample liquid 12, in particular capillary porous sample collector 50. This is either an integral part of the Komplettanalysesystems or is designed so that it is supplied to the tube in the course of an analysis following a sampling can. The sample collector 50 is finally on the outer open part in a press fit in the tube 14 movable and is airtight enclosed by the tube 14 in the fully sucked state. Between sample collector 50 and piston 20 there is a mixing zone 52 with a dry reagent depot 42, which is located on a porous carrier material of the reagent carrier 44. In addition, a cartridge 54 for liquid reagent is located between sample collector 50 and piston 20. The sample collector 50 is characterized by a capillary-porous structure and can be made of sintered polyethylene, for example, or designed in the form of collectors flocked with polyester fibers, for example to receive a saliva sample. The sample collector 50 is provided with a mandrel or the like and, in its rigid design, is capable of perforating surrounding cartridge foils. Possible sample processing in a complete test kit formed by the device 10 according to FIG. 7 proceeds as follows:
Der Proben kollektor 50 ist durch die Beschaffenheit der Probenflüssigkeit 12 mit wässriger Flüssigkeit benetzt und befindet sich zunächst im oberen Teil des Tubus 14. Der so benetzte poröse Probenkollektor 50 dichtet gegenüber dem Tubus 14 ab. Der Probenkollektor 50 kann mit einem externen Schieber im Tubus nach unten gedrückt werden, eine darunter liegende Patrone 54, die ein Reagenzdepot oder Verdünnungspuffer enthält, perforieren. Auf diese Weise kann ein nachgela- gerter Kolbenhub basierter Extraktions- oder Misch prozess initiiert werden. The sample collector 50 is wetted by the nature of the sample liquid 12 with aqueous liquid and is initially in the upper part of the tube 14. The so-wetted porous sample collector 50 seals against the tube 14 from. The sample collector 50 can be pushed down with an external slider in the tube, perforating an underlying cartridge 54 containing a reagent depot or dilution buffer. In this way, a downstream piston stroke based extraction or mixing process can be initiated.
Der gleitende Kolben 20 ist in der Lage, positionsabhängige Druckgradienten zu erzeugen und damit imstande, eine unterhalb, innerhalb oder oberhalb des Probenkollektors 50 befindliche Flüssigkeit axial zu bewegen, somit anzusaugen oder wegzudrücken. Der auf diese Weise druckgesteuerte Fluidtransfer ist die treibende Kraft zur Extraktion durch Perfusion einer im porösen Probenkollektor 50 konzentrierten Probenflüssigkeit 12 mit einem Flüssigreagenz, das sich entweder diesseits oder jenseits des Probenkollektors 50 befindet. Bewegt sich der Kolben 20 vom Probenkollektor 50 weg, wird das Gemisch aus Probenflüssigkeit 12 und Flüssigreagenz durch einen Unterdruck auf das unterhalb deponierte Trockenreagenz 42 gespült. Dadurch löst sich das Trockenreagenz 42 im Gemisch. Die optimale Vermischung aller Reagenzien erfolgt durch mehrere Kolbenhübe vermittelt durch Konvektionswirbel beim Druckwechsel und beim wiederholten Durchströmen von Trockenreagenzdepot 42 und Probenkollektor 50. The sliding piston 20 is capable of producing position-dependent pressure gradients and thus capable of axially moving, thus sucking or pushing away a liquid located below, inside or above the sample collector 50. The pressure-controlled fluid transfer in this manner is the driving force for extraction by perfusion of a sample liquid 12 concentrated in the porous sample collector 50 with a liquid reagent located either on either side of or beyond the sample collector 50. If the piston 20 moves away from the sample collector 50, the mixture of sample liquid 12 and liquid reagent is flushed by a negative pressure onto the dry reagent 42 deposited below. As a result, the dry reagent 42 dissolves in the mixture. The optimal mixing of all reagents is carried out by a plurality of piston strokes mediated by Konvektionswirbel the pressure change and the repeated passage of dry reagent storage 42 and sample collector 50th
Das homogene Reagenz-Probengemisch übernimmt durch weiteres Herausziehen des Kolbens 20 eine Belüftungsventilfunktion, indem der Belüftungskanal 48 frei- gelegt wird. Somit wird der auftretende Unterdruck durch einströmende Luft ausgeglichen. Der Austritt von Flüssigkeit wird dadurch verhindert, dass der Belüftungskanal 48 in Form eines ausreichend langen Steigrohrs ausgeführt ist. Der Auslauf von Gemisch in die Transferkanäle 28 wird mit deren Freilegung durch den gleitenden Kolben 20 gesteuert. Erreicht der Kolben 20 einen der Transferkanäle 28, tritt Gemisch vermittelt durch hydrostatischen Druck und kapillaraktiven Transfer in die an den jeweiligen Transferkanal 28 anschließende Transfertasche 30 aus. Die Transfertasche 30 stellt über einen kapillaren Spalt einerseits sicher, dass ein Teil des abgeflossenen Gemisches in dieser Zone gehalten wird und auf ein saugfähiges mikrofluidisches und als Brückenkomponente fungierendes Transfermaterial eines Teststreifens 36 übertragen werden kann, welcher ebenfalls über die Spaltgeometrie in dieser Zone positionierbar ist. By further pulling out of the piston 20, the homogeneous reagent-sample mixture adopts a ventilation valve function by exposing the ventilation channel 48. Thus, the occurring negative pressure is compensated by inflowing air. The leakage of liquid is prevented in that the ventilation channel 48 is designed in the form of a sufficiently long riser. The outlet of mixture into the transfer channels 28 is controlled with their exposure by the sliding piston 20. When the piston 20 reaches one of the transfer channels 28, the mixture passes through hydrostatic pressure and capillary-active transfer into the transfer pocket 30 adjoining the respective transfer channel 28. On the one hand, the transfer pocket 30 ensures via a capillary gap that a portion of the effluent mixture is held in this zone and can be transferred to an absorbent microfluidic transfer material of a test strip 36 which acts as a bridge component and which can likewise be positioned via the gap geometry in this zone.
Die Transferkanäle 28 können selektiv über die Position des Kolbens 20 freigestellt oder isoliert werden. Der Kolben 20, nämlich dessen Kolbenstange 18, ist zum Beispiel über ein starres Verbindungselement und einen Kuppelmechanismus an einen hubfähigen Aktuator koppelbar, so dass die Positionierung des Kolbens 20 auch automatisch, halbautomatisch oder zumindest apparativ unterstützt erfolgen kann. The transfer channels 28 may be selectively released or isolated via the position of the piston 20. The piston 20, namely the piston rod 18, for example, via a rigid connecting element and a coupling mechanism coupled to a liftable actuator, so that the positioning of the piston 20 can also be done automatically, semi-automatically or at least supported by equipment.
Weiter austretendes überschüssiges Gemisch gelangt über die Transfertasche 30 hinaus in eine Überlaufkammer 34, welche verhindert, dass kapillaraktive Senso- ren 38, die in der benachbarten und auch als Analysebereich fungierenden Testzone 32 positioniert sind, überflutet werden. Exceeding excess mixture passes through the transfer bag 30 into an overflow chamber 34, which prevents capillary-active sensors 38, which are positioned in the adjacent test zone 32, which also functions as the analysis area, from being flooded.
Die Brückenkomponente saugt alle notwendige Flüssigkeit auf den kapillaraktiven Sensor 38, der seinerseits den Fluss des Gemisches über kapillare Strukturen kontrolliert. Der Sensor 38 ist zum Zwecke der optischen oder visuellen Auswertung frei zugänglich. The bridge component sucks all necessary liquid onto the capillary-active sensor 38, which in turn controls the flow of the mixture through capillary structures. The sensor 38 is freely accessible for the purpose of optical or visual evaluation.
Weitere Transferkanäle 28 können angesteuert werden, um andere Sensoren 38 mit Gemisch zu versorgen. Die überschüssige Flüssigkeit aus vorlaufenden Über- laufkammern 34 kann in Vorzugslage des Komplett-Testkits (aufrecht oder bis zu 30° geneigt) nachlaufen und steht für weitere Testzonen 32 zur Verfügung. Other transfer channels 28 can be driven to provide other sensors 38 with mixture. The excess liquid from leading overflow chambers 34 can run in the preferred position of the complete test kit (upright or inclined up to 30 °) and is available for further test zones 32.
Eine unterste Transfertasche 30 ist derart ausgestaltet, dass überschüssiges, im Analyseprozess nicht verbrauchtes Gemisch in einem als Referenzspeicher 56 fungierenden saugfähigen Material physikalisch gebunden wird. Damit kann Probenmaterial für eine externe Referenzuntersuchung gesichert werden. A lowermost transfer bag 30 is configured such that excess mixture not used up in the analysis process is stored in a reference store 56 acting absorbent material is physically bound. This can be used to secure sample material for an external reference examination.
Eine der hier beschriebenen Vorrichtungen 10 kommt als Basis für einen in der Hand zu haltenden stiftförmiger Applikator in Betracht. Ein solcher Applikator ist zur manuellen Gewinnung und zur nachgeschalteten automatisierten Analyse von Speichel als Probenflüssigkeit 12 mit Hilfe einer separaten Pufferpatrone, die in dichtende Verbindung zum Applikator gebracht wird, verwendbar. Der außen am Tubus 14 anliegende Testreifen zeigt dosimetrisch Drogensubstanzen direkt im Anschluss an die fluidische Prozessierung der Probenflüssigkeit 12 an. Die Form des stiftartigen Applikators eignet sich sowohl für die manuelle Handhabung bei der Probenahme sowie für die direkte Präsentation von Testergebnissen im Anschluss an den Testlauf als auch als Depot für Restmengen der Probe, die im Rahmen der Erstanalyse nicht verwendet wurden und somit einer Zweitanalyse (B-Probe) zugeführt werden können. One of the devices 10 described herein may be considered as the basis for a hand-held pen-shaped applicator. Such an applicator is useful for manual recovery and subsequent automated analysis of saliva as the sample fluid 12 by means of a separate buffer cartridge placed in sealing engagement with the applicator. The test tire resting on the outside of the tube 14 indicates dosimetrically drug substances directly after the fluidic processing of the sample fluid 12. The shape of the pen-like applicator is suitable both for manual handling during sampling and for the direct presentation of test results after the test run as well as a depot for residual amounts of the sample, which were not used in the initial analysis and thus a secondary analysis (B Sample) can be supplied.
Der Stiftapplikator integriert gegebenenfalls einen Probenkollektor 50, ermöglicht die aktuatorbasierte Verdünnung und Extraktion der Speichelprobe, deren Anreicherung mit Reagenz sowie die homogene Vermischung der so aufgestockten Probe in einem tubusförmigen Reaktionsraum 16 mittels eines dichtenden Kolbens 20 und den kolbenhubabhängigen hydrostatisch initiierten Transfer der homogenen konditionierten Probenflüssigkeit 12 in unabhängige assoziierte Testzonen 32 zum Spurennachweis eines in der Probe befindlichen Drogenanalyten mittels immunchromatographischer Teststreifen 36. The pen applicator optionally integrates a sample collector 50, allows the actuator-based dilution and extraction of the saliva sample, their enrichment with reagent and the homogeneous mixing of the so spiked sample in a tubular reaction chamber 16 by means of a sealing piston 20 and the piston stroke-dependent hydrostatically initiated transfer of the homogeneous conditioned sample liquid 12th into independent associated test zones 32 for trace detection of a drug analyte in the sample by means of immunochromatographic test strips 36.
Jede hier beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung 10 sowie Varianten derselben lassen sich zum automatischen oder halbautomatischen Prozessieren der jeweiligen Probenflüssigkeit 12 in einem Analysator anbringen. Der Kolben 20 wird mit einem Betätigungselement des Analysators kombiniert und ist mittels des Be- tätigungselements relativ zur der fixierten Vorrichtung 10 eindimensional beweglich. Ein Analysator kann dabei je nach Ausführungsform eine der hier beschriebenen Vorrichtungen 10 oder gleichzeitig mehrere der beschriebenen Vorrichtungen 10 aufnehmen. Der Analysator umfasst eine Steuerungseinrichtung, welche zumindest einen Aktor, zum Beispiel einen Elektromotor oder einen Pneumatikzy- linder, ansteuert und damit die Bewegung des Betätigungselements und schließlich die Bewegung des Kolbens 20 der oder jeder Vorrichtung räumlich und zeitlich bestimmt. Damit ist eine automatische oder halbautomatische Probenprozessie- rung möglich. Each embodiment of the device 10 described here, as well as variants thereof, can be mounted in an analyzer for automatic or semi-automatic processing of the respective sample liquid 12. The piston 20 is combined with an actuator of the analyzer and is one-dimensionally movable relative to the fixed device 10 by means of the actuating element. Depending on the embodiment, an analyzer can accommodate one of the devices 10 described here or at the same time several of the described devices 10. The analyzer comprises a control device which has at least one actuator, for example an electric motor or a pneumatic cylinder. Linder, and thus determines the movement of the actuating element and finally the movement of the piston 20 of the or each device spatially and temporally. This makes automatic or semi-automatic sample processing possible.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben wird zunächst eine Vorrichtung 10 für das Portionieren, Mischen und Verteilen von Submilliliter- Volumina biologischer Probenflüssigkeiten 12 mit Hilfe einer Kolbenhub-Mechanik in mehrere separat zugängliche, auch als Analyseeinheiten 22-26 oder Analysekammern auffassbare Kompartimente, die mit kapillar aktiven Sensoren 38 ausgestattet sind. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung 10 angegeben. Das Konzept ist in Grenzen probenvolumen- und lagetolerant und ermöglicht darüber hinaus die Integration von Probenahme- und Probevorberei- tungsmodulen für eine zügige sequentielle Probenverarbeitung bestehend aus Extraktion einer biologischen Probenflüssigkeit, deren Verdünnung mit Flüssigreagenz, der Aufstockung mit Trockenreagenz 42 deren homogener Mischung und dem Transfer der Mischung zu einem Sensor 38. Individual foregrounding aspects of the description submitted here can thus be briefly summarized as follows: First, a device 10 for portioning, mixing and distributing submilliliter volumes of biological sample liquids 12 by means of a piston-stroke mechanism into a plurality of separately accessible, also as Analysis units 22-26 or analysis chambers viewable compartments equipped with capillary-active sensors 38. Furthermore, a method for using the device 10 is given. The concept is tolerant to sample volume and sample tolerances and also enables the integration of sampling and sample preparation modules for rapid sequential sample processing consisting of extraction of biological sample liquid, dilution with liquid reagent, addition of dry reagent 42, homogenous mixing and transfer the mixture to a sensor 38.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Probenaufnahme- und Analysesystem („Vorrichtung")10 sample receiving and analysis system ("device")
12 Probe / Probenflüssigkeit 12 sample / sample liquid
14 Tubus  14 tube
16 Reaktionsraum  16 reaction space
18 Kolbenstange  18 piston rod
20 Kolben  20 pistons
22-26 Analyseeinheiten  22-26 analysis units
28 Transferkanal  28 transfer channel
30 Transfertasche  30 transfer bag
32 Testzone  32 test zone
34 Überlaufkammer  34 overflow chamber
35 Kapillaraktive Brückenkomponente  35 Capillary active bridge component
36 Teststreifen  36 test strips
38 Sensor  38 sensor
40 Gehäuse  40 housing
42 Trockenreagenzdepot  42 dry reagent depot
44 Reagenzträger  44 reagent carrier
46 Belüftungsöffnung  46 Ventilation opening
48 Belüftungskanal  48 ventilation duct
50 Probenkollektor  50 sample collector
52 Mischzone  52 mixing zone
54 Patrone (für Flüssigreagenz)  54 cartridge (for liquid reagent)
56 Referenzspeicher  56 reference memory
58 Transferdüse  58 transfer nozzle
60 Reaktionskammer  60 reaction chamber
62 Patronenflansch  62 cartridge flange
64 Reagenzpapier  64 reagent paper

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Testsystem (10) für biologische Flüssigkeiten mit einem Tubus (14) als Re- aktionsröhre, 1 . Test system (10) for biological fluids with a tube (14) as a reaction tube,
wobei der Tubus (14) einen gleitenden Kolben (20) beherbergt, der den Tubus (14) abdichtet und damit einen einseitig offenen zylindrischen Reaktionsraum (16) zur Aufnahme von Probenflüssigkeiten (12) definiert,  the tube (14) housing a sliding piston (20) which seals the tube (14) and thus defines a cylindrical reaction chamber (16) open on one side for receiving sample liquids (12),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Tubus (14) zumindest einen in die Tubuswand eingelassenen Transferkanal (28) aufweist, der in eine kapillar aktive Transfertasche (30) mündet, die ein Eindringen der jeweiligen Probenflüssigkeit (12) und zumindest mittelbar ein Vordringen der Probenflüssigkeit (12) in eine Testzone (32) erlaubt.  the tube (14) has at least one transfer channel (28) embedded in the tube wall, which opens into a capillary-active transfer pocket (30), which penetrates the respective sample liquid (12) and at least indirectly advances the sample liquid (12) into a test zone (32) allowed.
2. Testsystem (10) nach Anspruch 1 , wobei der Tubus (14) mehrere in die Tubuswand eingelassene, axial gegeneinander höhenversetzte Transferkanäle (28) aufweist, die ein Eindringen der jeweiligen Probenflüssigkeit (12) und zumindest mittelbar ein Vordringen der Probenflüssigkeit (12) in eine Testzone (32) erlauben. 2. Test system (10) according to claim 1, wherein the tube (14) has a plurality of recessed in the tube wall, axially offset from each other transfer channels (28), the penetration of the respective sample liquid (12) and at least indirectly a penetration of the sample liquid (12). allow in a test zone (32).
3. Testsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der oder jeder Transferkanal (28) eine kapillaraktive Geometrie aufweist. The test system (10) of claim 1 or 2, wherein the or each transfer channel (28) has a capillary-active geometry.
4. Testsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Transferta- sehe (30) zur Aufnahme zumindest eines Teststreifens (36) vorgesehen und ausgestaltet ist. 4. test system (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein each Transferta- see (30) for receiving at least one test strip (36) is provided and configured.
5. Testsystem (10) nach Anspruch 4, wobei ein zusammen mit dem Testsystem (10) verwendbarer Teststreifen (36) eine kapillaraktive Brückenkomponente aufweist. The test system (10) of claim 4, wherein a test strip (36) usable with the test system (10) comprises a capillary-active bridge component.
6. Testsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich zwischen jeweils einer Transfertasche (30) und einer Testzone (32) eine Überlaufkammer (34) befindet und wobei die Überlaufkammer (34) mit einenn in die Transfertasche (30) eingesetzten Teststreifen (36) überbrückbar ist. 6. test system (10) according to one of claims 1 to 5, wherein between each one transfer bag (30) and a test zone (32) has an overflow chamber (34) and wherein the overflow chamber (34) can be bridged with a test strip (36) inserted into the transfer pocket (30).
7. Kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem (10) für biologische Flüssigkeiten in Form eines Testsystems (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Reaktionsraum (16) oberhalb des Kolbens (20) ein Reaktionsmodul in Form eines Trockenreagenzdepots (42) angeordnet ist. 7. A combined sample preparation and test system (10) for biological fluids in the form of a test system (10) according to one of the preceding claims, wherein in the reaction space (16) above the piston (20) a reaction module in the form of a Trockenreagenzdepots (42) is arranged.
8. Kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem (10) nach Anspruch 7, mit einem oberhalb eines ersten Transferkanals (28) gebildeten Belüftungskanal8. Combined sample preparation and test system (10) according to claim 7, with a ventilation channel formed above a first transfer channel (28)
(48), der außerhalb des Tubus (14) in einer als ein Steigrohr ausgebildeten Belüftungsöffnung (46) endet. (48) terminating outside the tube (14) in a vent opening (46) formed as a riser.
9. Kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem (10) nach Anspruch 7 oder 8, mit einem in ein offenes Ende des Tubus (14) eingepassten und in einem9. A combined sample preparation and test system (10) according to claim 7 or 8, with one in an open end of the tube (14) fitted and in one
Presssitz im Tubus (14) beweglichen Probenkollektor (50). Press fit in the tube (14) movable sample collector (50).
10. Kombiniertes Probenvorbereitungs- und Testsystem (10) nach Anspruch 9, mit einer zwischen Kolben (20) und Probenkollektor (50) angebrachten Patrone (54) für Flüssigreagenz. A combined sample preparation and testing system (10) according to claim 9, including a liquid reagent cartridge (54) mounted between said piston (20) and sample collector (50).
1 1 . Verfahren zur Verwendung eines Testsystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine biologische Flüssigkeit als Probe (12) in ein in einer Anwendungsstellung oberes offenes Ende des Tubus (14) gegeben wird und wo- bei die Probenflüssigkeit (12) bei einer Bewegung des Kolbens (20) dem Kolben (20) folgt und bei einer im Zuge einer Bewegung des Kolbens (20) erfolgenden Freigabe des Transferkanals (28) oder einer sukzessive erfolgenden Freigabe einzelner Transferkanäle (28) in den Transferkanal bzw. den jeweiligen Transferkanal (28) eintritt, dort bis zu der am Ende des jeweiligen Transferkanals (28) be- findlichen, kapillaraktiven Transfertasche (30) vordringt, dort einen Teststreifen (36) mit einer kapillaraktiven Brückenkomponente benetzt und so schließlich bis zu einer jenseits der an die Transfertasche (30) anschließenden Überlaufkammer (34) befindlichen Testzone (32) vordringt. 1 1. A method of using a test system (10) according to any one of claims 1 to 10, wherein a biological fluid is added as sample (12) to an upper open end of the tube (14) in an application position, and wherein the sample fluid (12) a movement of the piston (20) follows the piston (20) and in the course of a movement of the piston (20) takes place releasing the transfer channel (28) or a successively releasing individual transfer channels (28) in the transfer channel or the respective transfer channel (28), where it penetrates to the capillary-active transfer pocket (30) located at the end of the respective transfer channel (28), where it wets a test strip (36) with a capillary-active bridge component and finally finally to one beyond the transfer pocket (30) subsequent overflow chamber (34) located test zone (32) penetrates.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 zur Verwendung eines Testsystems (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Trockenreagenz des Trockenreagenzdepots (42) vor einer Bewegung des Kolbens (20) zur Freigabe eines der Transferkanäle (28) durch einen kolbenpositionsabhängigen Druckwechsel im Tubus (14) gelöst wird. 12. The method of claim 1 1 for using a test system (10) according to claim 8 or 9, wherein a dry reagent of the Trockenreagenzdepots (42) before a movement of the piston (20) for releasing one of the transfer channels (28) by a piston position-dependent pressure change in the tube (14) is solved.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 zur Verwendung eines Testsystems (10) nach Anspruch 9, wobei ein Trockenreagenz des Trockenreagenzdepots (42) vor einer Bewegung des Kolbens (20) zur Freigabe eines der Transferkanäle (28) durch mehrere, jeweils zumindest den Belüftungskanal (48) freigebende Hubbewegun- gen des Kolbens (20) gelöst wird. 13. The method of claim 1 1 for using a test system (10) according to claim 9, wherein a dry reagent of the Trockenreagenzdepots (42) before a movement of the piston (20) for releasing one of the transfer channels (28) by a plurality, in each case at least the ventilation channel ( 48) releasing Hubbewegun- conditions of the piston (20) is released.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13 zur Verwendung eines Testsystems (10) nach Anspruch 10, wobei in das obere offene Ende des Tubus (14) ein mikroporöser Probenkollektor (50) mit einer darin gebundenen Proben- flüssigkeit (12) eingeführt wird. 14. The method according to any one of claims 1 1 to 13 for using a test system (10) according to claim 10, wherein in the upper open end of the tube (14) a microporous sample collector (50) with a sample liquid bound therein (12) introduced becomes.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei aus dem abgedichteten Probenkollektor (50) eine Reagenzflüssigkeit über einen kolbenpositionsabhängigen Druckwechsel im Tubus (14) verdrängt wird. 15. The method of claim 14, wherein from the sealed sample collector (50) a reagent liquid via a piston position-dependent pressure change in the tube (14) is displaced.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, wobei durch eine Bewegung des Kolbens (20) die Freigabe des Transferkanals (28) oder eine sukzessive Freigabe einzelner Transferkanäle (28) automatisch und zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten erfolgt. 16. The method according to any one of claims 1 1 to 15, wherein by a movement of the piston (20) the release of the transfer channel (28) or a successive release of individual transfer channels (28) takes place automatically and at predetermined or predeterminable times.
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