DE3836657A1

DE3836657A1 - Vorrichtung zur erfassung der agglutination

Info

Publication number: DE3836657A1
Application number: DE3836657A
Authority: DE
Inventors: Hugh V Cottingham
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1989-06-22
Also published as: FR2624273B1; FR2624273A1; GB8824465D0; CA1318518C; GB2213582B; IT8848587A0; IT1224587B; GB2213582A; JPH01170834A; US4806015A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der Agglutination bzw. des Agglutinationsgrades von Partikeln, die in einem diagnostischen Testobjektträger erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein diagnostischer Objektträger zur Bewirkung einer Agglutinationsreaktion ist in der U.S. Patentanmeldung Serial No. 9 32 067 beschrieben. Dieser Objektträger wird im folgenden als "Cottingham-Objektträger" bezeichnet. Der Cottingham- Objektträger bewirkt das Auftreten einer Agglutinationsreaktion und eine Anzeige der Reaktion in der Zone eines Anzeigefensters. Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein einer Agglutinationsreaktion wird durch das menschliche Auge festgestellt.

Der Nachteil bei der Verwendung des Cottingham-diagnostischen Testobjektträgers oder bei der Feststellung irgendeines Agglutinationstests durch das menschliche Auge besteht darin, daß die Wahrnehmung der Reaktion durch die Fähigkeit des menschlichen Auges, die Unterschiede zwischen reagierten und nichtreagierten Partikeln aufzulösen, begrenzt ist. Wenn die Unterschiede zwischen der Größe der reagierten und nichtreagierten Partikel kleiner werden, nimmt der Fehler oder die Subjektivität einer visuellen Ablesung zu.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach verwendet werden kann und bei der die Ablesung nicht von der Sehschärfe einer einzelnen Person abhängt.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Erfassung des Agglutinationsgrades geschaffen, die einen Laserscanner zur Erfassung des Auftretens der Partikelagglutinationsreaktionen innerhalb eines diagnostischen Testobjektträgers verwendet. Entsprechend wird ein Agglutinationsreaktionserfassungssystem geschaffen, das einen Laserscanner in Kombination mit einem Testobjektträger verwendet, um diagnostisch die Größe und Verteilung von agglutinierten Partikeln zu erfassen. D. h. es wird mit der vorliegenden Erfindung eine Agglutinationserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Agglutination von Partikeln in einem Testobjektträger mit einer Anzeigezone vorbestimmter Länge und Dicke, die einen Spalt begrenzt, geschaffen. Die Erfassungsvorrichtung umfaßt ein Gehäuse zur Anordnung des Testobjektträgers. Eine Laserlichtquelle ist in dem Gehäuse angeordnet und fokussiert einen Lichtstrahl zur Ausbildung eines diffraktionsbegrenzten Lichtpunkts in dem Spalt. Ein auf der gegenüberliegenden Seite des Objektträgers angeordneter Photodetektor erfaßt das Intensitätsniveau des durch den Objektträger am Lichtpunkt übertragenen Lichts. Der fokussierte Lichtstrahl ist in der Lage, einen Weg von Lichtpunkten quer über dem Objektträger so abzutasten, daß der Photodetektor den Messungen des übermittelten Lichts, die in vorbestimmten Abstandsintervallen längs des Abtastweges durchgeführt werden, entsprechende Signale erzeugt. Der Abstand jedes Intervalls wird so ausgewählt, daß er ein Bruchteil des abgetasteten Partikels ist. Ein Erfassungsschaltkreis dient zum Empfang jedes vom Photodetektor erzeugten Signals und erzeugt ein der Größe und der Anzahl der abgetasteten Partikel entsprechendes Signal. Somit wird in vorteilhafter Weise ein verbessertes Agglutinationserfassungssystem geschaffen.

Mit der Erfindung wird weiter in vorteilhafter Weise ein Erfassungssystem geschaffen, welches digital die Größe und Verteilung der agglutinierten Partikel feststellt.

Weiter wird in vorteilhafter Weise mit der Erfindung ein Laserabtastinstrument zum Ablesen eines Agglutinationsobjektträgers und zur Erzeugung einer Ablesung auf der Grundlage der Größe und Verteilung der abgetasteten Partikel geschaffen.

Weiter wird mit der Erfindung in vorteilhafter Weise eine Agglutinationserfassungsvorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die in einem Testobjektträger auftretende Agglutinationsreaktion abzulesen, weiter auf die Änderung der Partikelgröße anspricht, einfach angewendet werden kann und die einen Übergang von Verschmutzungen von einer Probe zu einer anderen vermeidet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Erfassung der Agglutination;

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht eines Testobjektträgers für ein Agglutinationsreagenz zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 1b ein Blockdiagramm zur Darstellung der elektrooptischen Verbindung des in Fig. 1 dargestellten Laserinstruments;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2, in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht von Fig. 4;

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht von Fig. 5 zur Darstellung eines durch eine Suspension monomerer Partikel hindurchgehenden Laserstrahls;

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht von Fig. 5 zur Darstellung eines durch eine Suspension agglutinierter Partikel hindurchgehenden Laserstrahls;

Fig. 8a bis 8e eine grafische Darstellung des Zusammenwirkens des Strahls und der Partikel und der Änderung im Ausgang des Photodetektors, die auftritt, wenn ein Partikel abgetastet wird;

Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung eines tatsächlichen Abschnitts von Datenwerten einer abgetasteten monomerischen Probe; und

Fig. 10 ein Diagramm zur Darstellung eines Teils tatsächlicher Datenwerte einer Probe abgetasteter agglutinierter Partikel.

In den Fig. 1, 1b, 2 und 3 ist eine Vorrichtung 10 zur Erfassung eines Agglutinationsreagenz dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Gehäuse 11 mit einem Unterteil 12, einem Deckel 13 und einer Haube 14.

Ein Paar mittels des Gehäuses 11 gelagerter Stangen 20 erstreckt sich parallel zueinander. Ein bewegbarer Träger 22 ist gleitbar auf den Stangen 20 befestigt, so daß der Träger 22 hin- und herbewegbar ist, wie dies im einzelnen weiter unten beschrieben wird.

Am Träger 22 ist eine Laserdiode 24 befestigt, die einen Laserstrahl 52 aussendet, der durch eine Diffraktionsoptik 25 geleitet wird, wobei die Diffraktionsoptik einen Polarisator 26, eine Kollimatorlinse 28, ein reflektierendes Prisma 30 und eine optische Fokussieranordnung 32 umfaßt. Die Kollimatorlinse 28 erzeugt einen kollimierten Laserstrahl 52. Der Laserstrahl 52 wird durch das reflektierende Prisma 30 abgelenkt und gelangt durch die optische Fokussieranordnung 32. Die Fokussieranordnung 32 sammelt den kollimierten Laserstrahl in einem diffraktionsbegrenzten Lichtpunkt innerhalb des Agglutinationsschlittens 44. Ein Photodetektor 34 ist am Träger 22 im optischen Weg des von der Diode 24 erzeugten Laserstrahls 52 an einer Stelle benachbart zur optischen Fokussieranordnung 32 angeordnet und erfaßt das durch den Schlitten 44 hindurchgeleitete Laserlicht.

Am Träger 22 ist weiter eine Zahnstange 36 befestigt. Ein an der Platte 37 gelagertes Getriebe 38 ist mechanisch mit der Zahnstange 36 gekuppelt. Ein reversibler Motor 40, d. h. ein in zwei Richtungen laufender Motor, treibt das Getriebe 38, so daß der Träger 22 längs der mittels des Pfeils A in Fig. 3 bezeichneten Achse hin- und herbewegbar ist. Eine am Rahmen 18 gelagerte gedruckte Schaltungsplatte 42 steuert den Betrieb des Photodetektors 34 und der Laserdiode 24. Flexible Leitungen 58 verbinden den Detektor 34 mit der Schaltungsplatte 42, und flexible Leitungen 60 verbinden die Laserdiode 24 mit der Schaltungsplatte 42. Die Schaltungsplatte 42 wird weiter unten beschrieben und bestimmt, wenn der Ausgang des Detektors 34 einer Agglutination entspricht, und zeigt ein derartiges Ergebnis der Betriebsperson mittels einer elektronischen Anzeige 59 oder einem Ausdruck (nicht dargestellt) an.

Der Cottingham-Testschlitten 44 (Fig. 1a) bewirkt, daß eine Agglutinationsreaktion in einer Fensterzone 46 auftritt. Der Cottingham-Testschlitten 44 wird in der Vorrichtung durch einen Schlitz 48 angeordnet, der durch den Abstand zwischen der Haube 14 und dem Deckel 13 gebildet wird. Bevorzugt wird eine Ausführungsform des Schlittens, wie er in der U.S. Anmeldung Nr. 9 32 067 beschrieben wird, wobei diese Patentanmeldung Mitinhalt dieser Anmeldung sein soll. Es kann jedoch irgendein Schlitten und irgendein Reagenz verwendet werden, wobei die Kombination der Geometrie des Testschlittens und die Art der Agglutinationspartikelreagenzien, die eine kombinierte optische Dichte schafft, die hier als "Spalt" bezeichnet wird, in Verbindung mit der Vorrichtung 10 verwendet werden, die nicht vollständig den Laserstrahl schwächt. Beispielsweise kann ein Testschlitten mit einer 150 µ dicken Probe mit 0,1 bis 0,5 Gew.-% Latex als Agglutinationsreagenz verwendet werden.

Wenn der Cottingham-Testschlitten 44 im Schlitz verschoben wird, ist der Gehäusedeckel so ausgebildet, daß der Schlitten gegen einen Anschlag 50 innerhalb der Haube 14 anschlägt. Der Anschlag 50 legt den Cottingham-Testschlitten 44 relativ zum Lichtstrahl 52 der Diode 24 fest.

Wie oben ausgeführt, tritt der kollimierte Strahl 52 aus der elektronischen Fokussieranordnung 32 als ein konvergierender Strahl aus, der genau so fokussiert ist, daß man einen diffraktionsbegrenzten Lichtpunkt innerhalb des Spalts 47 des Schlittens erhält. Der Lichtstrahl 52 wird zu dem diffraktionsbegrenzten Lichtpunkt so fokussiert, daß der Lichtpunkt an einem Punkt innerhalb der flüssigen Partikelsuspension im Fenster 46 einen Durchmesser von einem Mikron hat. Der Laserstrahl 52 tritt durch den Schlitten 44 hindurch, wird gestreut und trifft dann auf den Photodiodendetektor 34. Die Photodiode 34 erzeugt ein Erfassungssignal mit einem Spannungsniveau, das der Menge des auftreffenden Lichts, welches durch die Photodiode erfaßt wird, entspricht. Das Erfassungssignal wird dann mittels des Schaltkreises 42 verarbeitet und einer Anzeige 59 zugeleitet.

Wenn der Strahl 52 am Schlitten fokussiert ist, treibt der Motor 40 das Getriebe 38 an, so daß der Träger 22 auf einer Linie quer zum Schlitten 44 bewegt wird, so daß sich ein Abtastweg in Richtung des Pfeils A ergibt, wodurch die Laserdiode 24 und der Photodetektor 34 den Schlitten quer zum Fenster 46 abtasten. Während dieses ersten Weges quer zum Schlitten 44 wird die Fokussieranordnung 32 fortlaufend eingestellt, um mehrere unterschiedliche Fokussierniveaus abzutasten, wenn sich der Träger 22 längs des ersten Weges bewegt. Wenn der erste Weg beendet ist, wird der optimale Fokus innerhalb des Spalts 47 aus allen Fokussierstellungen der ersten Abtastung bestimmt. Der Motor 40 wird dann in der Richtung umgekehrt, um eine zweite Abtastung durchzuführen, bei der der Laser 24 und der Photodiodendetektor 34 den Schlitten erneut abtasten, um Daten zu sammeln. Am Ende dieses zweiten Weges wird der Träger 22 zu seinem Ausgangspunkt zurückgeführt.

In den Fig. 4 bis 9 ist die Wirkungsweise des Strahls, wenn er durch das Fenster 46 hindurchtritt, im einzelnen dargestellt. Wie oben ausgeführt, konvergiert der Strahl 52, wenn er in den Schlitten 44 eintritt, und divergiert am Ausgang des Schlittens 44. Der Strahl konvergiert zu einem Punkt mit einer Größe von ungefähr der Größe eines einzigen Partikels der nichtagglutinierten (monomeren) Probe. Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt die Größe eines monomeren Partikels 0,8 µm. Der Spannungsausgang des Detektors wird jedes Mal festgestellt, wenn der Träger 22 um einen vorbestimmten Betrag fortschreitet. Der Betrag ist ein kleiner Bruchteil der tatsächlichen Größe eines monomeren Partikels. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Spannungsausgang des Detektors alle 155 nm der linearen Abtaststrecke erfaßt, um eine Größeninformation zu erhalten. Bei dem vorliegenden System wird ein Partikel mit einem Durchmesser von 1 µm an sechs Punkten gemessen, wenn der Laserstrahl 52 sich über den Partikel bewegt.

Das Verfahren ist am besten in Fig. 8 dargestellt, wo der Laserstrahl 52 sich über den monomeren Partikel 54 bewegt. Der Laserstrahl 52 ist in Richtung des Pfeils B gerichtet und verläuft, wenn er den Schlitten abtastet, in Richtung des Pfeils C. Der abtastende Laserstrahl 52 hat ein nominales Durchgangsniveau, das als ein bestimmtes Spannungsniveau von dem Photodiodendetektor 34 (Fig. 8a) erfaßt wird. Wenn der Lichtstrahl 52 teilweise durch den Partikel 54 im Lichtweg geschwächt wird, beginnt die von dem Photodetektor 34 erzeugte Spannung abzunehmen (Fig. 8b), bis ein maximaler Schwächungspunkt erreicht wird, der die untere Spitze einer Spannungskurve (Fig. 8c) darstellt. Wenn der Partikel 54 die Bahn des Laserlichtstrahls 52 verläßt, wird der Lichtstrahl 52 weniger geschwächt (Fig. 8d), und die Spannung kehrt zum nominalen Spannungsniveau eines vollständig unbehinderten Lichtstrahls 52 zurück (Fig. 8e).

Wie oben ausgeführt, wird der Spannungsausgang des Detektors 34 alle 155 nm der linearen Abtaststrecke des Laserstrahls erfaßt. Entsprechend wird es möglich, genau die Größe des Partikels durch Berechnen der von dem Strahl 52 zwischen aufeinanderfolgenden Ablesungen des nominalen Spannungsniveaus zurückgelegten Strecke zu messen. Da weiter der typische Partikel an mehreren Punkten gemessen wird, hat das System eine sehr hohe Auflösung. Weiter kann die Agglutination erfaßt werden, wenn die Größe und Anzahl der erfaßten Partikel sich von der für den besonderen untersuchten Partikel erwarteten Größe und Anzahl (Verteilung) unterscheidet. Agglutinationen können somit auch dann bestimmt werden, wenn sich die Reaktion in einem derartig frühen Stadium befindet, daß lediglich zwei Partikel miteinander verbunden sind.

Die tatsächliche Arbeitsweise des Agglutinationsdetektors 10 ist in den Tabellen 1 und 2 mit tatsächlichen Datenwerten und den Fig. 9 und 10 dargestellt. Fig. 9 ist eine Aufzeichnung tatsächlicher Daten über einen 100 Mikronabschnitt einer 1-cm-Abtastung über das Fenster 46. Die Punkte längs des Diagramms stellen die Detektorausgangsspannung dar, die alle 155 nm der Abtastung gemessen wurde. Jede Spitze der Aufzeichnung stellt einen vom Laserstrahl abgetasteten Partikel dar, d.h. eine Schwächung. Fig. 9 ist ein Datenwert einer monomeren Probe (1/100 des Datenwerts) der in Fig. 6 dargestellten Art. Tabelle 1 liefert eine Zusammenfassung der Anzahl der Partikel gleicher Größe in jedem Kanal und der Anzahl der an jeder Kanalgröße erfaßten Partikel, wenn jeder Kanal 155 nm beträgt.

Tabelle 1

Monomere Probe

Erwartungsgemäß tritt in einem monomeren Feld, bei dem die Durchschnittsgröße jedes Partikels 0,8 Mikron beträgt, die Häufung der Partikel mit einer Größe zwischen sechs und zwölf Kanälen auf. Dies ist in Tabelle 1 dargestellt, wobei sich die große Anzahl der festgestellten Partikel um die erwartete mittlere Größe ergibt. Eine derartige Tabelle kann vom Detektor ausgedruckt werden, um das Ausmaß der Agglutination bzw. des Nichtauftretens der Agglutination anzuzeigen.

Wenn man jedoch dieses Ergebnis mit den Erfassungsablesungen einer Probe gemäß Fig. 7 vergleicht, bei der Agglutinationen aufgetreten sind, tritt eine vollständig andere Art der Anordnung auf.

Tabelle 2

Agglutinationsprobe

Wie erwartet, ist die Größe und die Verteilung der Partikel oder der Agglutination größer bzw. von größerer Größe im Gegensatz zu der hohen Anzahl kleinerer Partikel, die in der monomeren Datentabelle auftreten. Dies wird auch durch die allgemeine Form der in Fig. 9 und Fig. 10 dargestellten Spannungsspitzen wiedergegeben.

Es ist somit möglich, aufgrund dieser Art von Daten festzustellen, wenn Agglutinationen auftreten. Infolge der hohen Auslösung der Vorrichtung 10 zur Erfassung der Agglutination können Reaktionen an einem Reaktionspunkt, an dem nur dimere Agglutination aufgetreten ist, weit vor dem Punkt festgestellt werden, der durch das menschliche Auge feststellbar ist. Durch die Erzeugung von Größen- und Verteilungsdaten aus der Abtastung kann die Laserabtastung mehr als einen Parameter verwenden, um genaue Ablesungen zu liefern.

Durch das Vorsehen eines Laserdetektors, mittels dem ein Laserlichtstrahl durch eine Agglutinationstestprobe gelangt, wobei das Laserlicht ungefähr die Größe eines erwarteten monomeren Partikels hat, und der Ausgang eines Lichtdetektors in Abständen eines Bruchteils des Durchmessers der monomeren Probe erfaßt wird, wird eine Vorrichtung zur Erfassung der Agglutination mit einer hohen Auflösung geschaffen.

Man sieht, daß die obengenannte Aufgabe und die aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlichen Ziele gelöst bzw. erreicht werden, obwohl gewisse Änderungen bei der oben beschriebenen Konstruktion durchgeführt werden können, ohne sich von dem Erfindungsgedanken zu lösen. Es ist somit beabsichtigt, daß alles was aus der Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich ist, lediglich zur Darstellung und nicht zur Begrenzung der Erfindung dient.

Weiter wird vorausgesetzt, daß die Ansprüche alle allgemeinen und besonderen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung umfassen sollen, und daß alle Ausführungen hinsichtlich des Rahmens der Erfindung in sprachlicher Hinsicht mitumfaßt sein sollen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung der Agglutination bzw. des Agglutinationsgrades von Partikeln in einem Testobjektträger mit einer Anzeigezone vorbestimmter Länge und Dicke, wobei die Dicke einen Spalt begrenzt, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (24) zur Ausbildung eines diffraktionsbegrenzten Lichtpunkts am Spalt (47) in vorbestimmten Abstandsintervallen längs der Länge der Anzeigezone und durch eine Erfassungseinrichtung (34) zur Erfassung des durch die Partikel (54) im Spalt (47) geschwächten Lichtintensitätsniveaus und zur Erzeugung eines der Größe und Anzahl der abgetasteten Partikel (54) entsprechenden Erfassungssignals.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24) einen diffraktionsbegrenzten Lichtpunkt (47) mit einer Größe in der Größenordnung des Durchmessers eines einzigen Partikels (54) ausbildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige zum Empfang des Erfassungssignals von der Erfassungseinrichtung (34) vorgesehen ist, die eine dem Agglutinationsgrad der Partikel im Reagenz entsprechende Anzeige (59) liefert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes vorbestimmte Abstandsintervall geringer als 20% des Durchmessers des Partikels (54) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24) eine Laserdiode (24) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (34) eine Photodetektordiode (34) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (34) eine Photodetektordiode (34) ist.