專利名稱：用于分析生物學液體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定液體樣品何時凝固的方法，至少一個磁場傳感器用于檢測至少一個顆粒在液體中的運動和/或位置以便確定所述液體的凝固狀態(tài)的用途，用于確定液體的凝固狀態(tài)的裝置，適合在測定讀數(shù)儀上使用的測定測試條，用于確定血液或血漿的凝固時間的裝置，以及用于確定血液或血漿的凝固時間的方法。
更具體地，但是并非唯一的講，公開了用于分析生物學流體樣品的方法和裝置，以便確定導致粘度改變的止血的紊亂。在實施方案中，所述方法和裝置可用于確定血液或血漿樣品的凝固或凝血酶原時間(PT)?？梢詼y定的止血的其他紊亂可以包括測量血小板聚集程度，凝塊形成和/或凝塊溶解的速度或量，形成血纖蛋白凝塊所需要的時間，激活的部分促凝血酶原激酶時間(APTT)，激活的凝固時間(ACT)，C蛋白活化時間(PCAT)，Russell’s蝰蛇毒時間(RVVT)和凝血酶時間(TT)。
背景技術(shù)：
血栓形成是世界范圍內(nèi)死亡的主要原因之一。諸如急性冠狀動脈綜合征和局部缺血性大腦梗塞的心血管疾病事件以易損的動脈粥樣硬化斑塊的破裂或侵蝕和隨后的血栓形成為特征。血栓形成妨礙了血液流向重要器官和組織，限制了氧氣的供應并且最終導致了細胞壞死。當這種現(xiàn)象出現(xiàn)在身體下部、心臟、肺或腦時對生命特別有威脅，會分別導致深部靜脈血栓形成、急性心肌梗塞、肺栓塞或急性局部缺血性發(fā)作。
與動脈粥樣硬化相關(guān)的各種危險因素包括血膽固醇過多、氧化氮形成、吸煙，以及遺傳學因素。因此，某些個體比其他個體具有發(fā)展為心臟或血管疾病的更高的風險。
兩種途徑或凝固級聯(lián)反應導致了凝塊的形成，其被稱作內(nèi)在的和外在的途徑。這兩種途徑是通過不同的機制啟動的，但是沿著共同的途徑匯聚。在沒有受到組織損傷的情況下由于異常的血管壁而導致的凝塊形成是內(nèi)在途徑的結(jié)果，而由于組織損傷所導致的凝塊形成是外在途徑的結(jié)果。凝固級聯(lián)反應是非常復雜的，并且涉及被稱作凝血因子的多種不同的蛋白。
患有心臟或血管疾病的人和進行過手術(shù)的患者存在發(fā)展為血液凝塊的風險，這有可能導致威脅生命的臨床狀況。這樣的人通常要用血液稀釋或抗凝血劑藥物治療，如芐丙酮香豆素或阿斯匹林。不過，抗凝血劑在血流中的量必須保持在適當?shù)乃教倏赡軐е虏幌Ｍ哪?，而太多可能會導致出血，產(chǎn)生威脅生命的后果。作為常規(guī)凝固篩選的結(jié)果，業(yè)已開發(fā)了測試方法，以便評估血液或血漿的凝固狀態(tài)。
凝固是身體在受到血管損傷之后封閉受到損傷的血管壁的方式。血液凝塊由包埋在不溶性血纖蛋白顆粒網(wǎng)絡中的血小板塞組成。用于在血液中形成凝塊的物質(zhì)是血纖蛋白原，它是由肝臟合成的一種蛋白，在正常的凝固過程中它通過凝血酶切割形成血纖蛋白肽。凝血酶還能激活血纖蛋白穩(wěn)定因子(因子XIII)，它隨后使血纖蛋白交聯(lián)成復雜的網(wǎng)絡。在凝固期間，血纖蛋白鏈開始在血液中形成，從而導致血液變稠。所述變稠的血液及時發(fā)展為凝塊。盡管凝塊的形成是重要的，但這種凝塊的持續(xù)對身體是有害的。因此，為了在凝固過程業(yè)已實現(xiàn)它的目的之后使對身體的損害最小化，凝塊周圍的健康細胞會釋放纖溶酶，以便消化血纖蛋白，從而溶解凝塊。
一種有用的凝固測量是所謂的凝血酶原時間(PT)試驗，并且通常是在出現(xiàn)心血管疾病事件之后用芐丙酮香豆素治療的患者上進行的。所述PT試驗測量組織因子誘導的血液或血漿的凝固時間。由此可以提供對外在凝固途徑的評估，并且對因子I、II、V、VII和X敏感。所述試驗是通過向患者樣品中添加諸如促凝血酶原激酶和Ca2+的凝固劑，然后測量凝塊形成時間進行的。業(yè)已開發(fā)出了便攜式凝固監(jiān)控器，如CoaguChek PlusTM凝固儀，它能測量凝血酶原時間，其中利用來自手指刺入(fingerstick)或切割裝置的非抗凝固的毛細血管全血。業(yè)已證實這種監(jiān)控器對于長期口服抗凝固治療劑的患者來說是有價值的工具。
不過，PT試驗結(jié)果的傳統(tǒng)表達對于國際比較來說是不恰當?shù)?，因為所述值取決于所使用的促凝血酶原激酶的性質(zhì)。這導致了對國際規(guī)格化比率(Internationalised Normalised Ratio)或INR的引用，以作為表達凝血酶原時間的方式。INR是通過下式確定的INR＝(觀察到的PT比率)exp ISI其中，ISI是國際靈敏度指標，而PT比率＝患者PT/平均正常PT。
ISI來自多個樣品的PT值的校準線，它是利用特定的促凝血酶原激酶相對于世界衛(wèi)生組織(WHO)的促凝血酶原激酶(人類組合的67/40)國際參考制劑獲得的?？紤]了所使用的具體方法和促凝血酶原激酶的ISI的特定值，被指定給每一個PT系統(tǒng)，從而每一個PT比率可以轉(zhuǎn)化成標準化比率。通過采用INR，患者應當能夠保持令人滿意的水平的凝固，該凝固水平與所使用的PT系統(tǒng)無關(guān)。PT以及因此INR值高于正常值意味著血液需要花費比通常更長的時間來形成凝塊。INR的正常值為1.0，而使用心臟瓣膜假器官的患者的推薦值為2.5-3.5?？梢岳肐NR值調(diào)節(jié)芐丙酮香豆素劑量，以便將患者調(diào)整到推薦的范圍內(nèi)，盡管可能需要考慮諸如維生素K的水平的其他因素。
測量在血液或血漿中凝固的另一種方法是激活的部分促凝血酶原激酶時間試驗(APTT)。該試驗是測量在激活內(nèi)在途徑時出現(xiàn)的凝固時間。這一目的是通過在存在鈣離子和磷脂(部分促凝血酶原激酶)的條件下向樣品中添加激活劑(高嶺土)實現(xiàn)的。將APTT用于評估內(nèi)在凝固途徑，它包括因子I、II、V、VIII、IX、X、XI和XII。復合物在磷脂表面的形成，使得凝血酶原能夠轉(zhuǎn)化成凝血酶，這導致了凝塊形成。
在手術(shù)過程中，APTT被用作監(jiān)控肝素治療的常規(guī)試驗，用作手術(shù)前篩選試驗，以分析出血傾向，并且用于評估患者凝固系統(tǒng)的總體能力。該試驗通常是在中心實驗室進行的。
激活的凝固時間試驗(ACT)類似于APTT試驗，并且被用于在涉及使用大量肝素的手術(shù)期間監(jiān)控患者的凝固狀態(tài)，所述手術(shù)如經(jīng)皮腔內(nèi)冠狀動脈成形術(shù)(PCTA)和心肺旁路手術(shù)。ACT試驗被認為是用于控制肝素治療的最佳實驗室試驗之一，可用于進行治療血栓栓塞性疾病的患者，和用于體外循環(huán)的患者。對于使用肝素的患者來說，ACT的延長與血液中肝素的濃度成正比。監(jiān)控是重要的，并且肝素的用藥量不足或用藥過量可能分別導致病理學血栓形成或嚴重的出血狀況。
凝血酶時間試驗(TT)通過凝血酶對血纖蛋白原的作用測量血漿中血纖蛋白凝塊形成的速度，與正常的血漿對照加以比較。該試驗是通過將標準量的凝血酶添加到業(yè)已剝?nèi)チ搜“宓幕颊叩难獫{中，并且測量凝塊形成所需的時間來實現(xiàn)的。業(yè)已將它用于診斷彌散性血管內(nèi)凝血和肝臟疾病，并且通常是在中心實驗室進行的。
業(yè)已開發(fā)了其他凝固試驗，這些試驗靶向特殊因子，如VIIIa因子，它是因子IX缺乏的指標。另一個例子是測定因子VIII，它構(gòu)成了對血友病的檢測。其他試驗包括測定激活肽因子IXa、抗凝血酶、C蛋白和S蛋白的水平。業(yè)已開發(fā)了免疫化學測定，以便鑒定并且測量凝固和血栓形成的各種標記。
篩選血小板功能是一種重要的和常見的血液學試驗。血小板是直徑為大約2-4μm的無色的細胞碎片，并且存在于血液中。正常血小板計數(shù)為180,000-400,000/μL，不過，50,000/μL的血小板計數(shù)對于正常止血來說就足夠了。在血管損傷之后，例如在手術(shù)之后，需要較大的血小板計數(shù)，有時，需要超過100,000/μL。血小板的用途是修復血管壁上的缺口，這通過它們自身的粘連或與受損的組織的粘連來實現(xiàn)。在細胞受損時，它們會釋放能導致血小板從平圓形的形狀變成球形形狀并且變粘的某些化學物質(zhì)，上述過程被稱作聚集粘連反應。
血小板被認為在局部缺血性心臟病的發(fā)病機理中起著重要作用。急性心肌梗塞和不穩(wěn)定的心絞痛是與較高濃度的某些血小板因子相關(guān)的臨床狀況。另外，血小板功能異常是在心肺旁路手術(shù)之后出血的若干種主要原因之一。血小板還被認為通過釋放生長因子造成了動脈粥樣化形成的長期過程，并且血小板功能還可能受到高和低密度脂蛋白的影響。因此，篩選血小板功能是一項重要并且常見的血液學試驗。
業(yè)已開發(fā)出了各種儀器以在實驗室中使用，并且作為即時檢測(point of care testing)(POCT)。除此之外，業(yè)已開發(fā)出了使得患者能夠在家中監(jiān)控它們的血液凝固的裝置。下面將示例說明這些裝置的例子。
轉(zhuǎn)讓給International Technidyne Corporation的US5,534,226公開了用于對血液樣品進行凝固時間試驗的裝置和方法，從而通過放置在一次性樣品池中的容器將血液儲存在毛細管中。然后使所述樣品在所述毛細管中相互運動，并且迫使血液穿過受限制的區(qū)域。當血液通過所述受限制區(qū)域所需要的時間比先前的時間超出預定百分比時，就確定業(yè)已發(fā)生了凝固。
轉(zhuǎn)讓給Hemosense的US6,060,323公開了一次性使用的電子裝置和檢測卡，用于測量血液樣品的凝固或裂解，通常體積為15μL。讓所述樣品接觸電極，它能測量相應于樣品凝固時的粘度改變的電阻的變化。
轉(zhuǎn)讓給Cardiovascular Diagnostics的US4,849,340公開了反應載玻片，用于光學測定凝血酶原時間的裝置。所述反應載玻片包括反應室，所述反應室含有在其中包埋了多個均勻分布的磁性顆粒的干燥試劑基質(zhì)。在來自永久磁鐵的磁場的作用下，所述永久磁鐵提供了平行于載玻片底部的磁場，所述顆粒被認為是平放在所述載玻片的底部，且在電磁鐵的作用下，所述電磁鐵提供了垂直于所述永久磁鐵的磁場的場，所述顆粒被認為是直立的。檢測光密度的改變，這種改變是由于所述磁性顆粒沿它們的兩個方向的光散射效應造成的。
轉(zhuǎn)讓給Biotrack的US5,039,617公開了用于在全血樣品上測定激活的部分促凝血酶原激酶時間(APTT)的裝置和方法，這通過將樣品應用到包括在外殼中的毛細管軌道中，其中，通過血液在毛細管軌道中流動的終止測量凝固時間。
US4,319,194公開了集合度計，它能夠?qū)θM行血小板分析。將金屬絲狀的電極插入添加了聚集劑的血液樣品中，并且作為時間的函數(shù)記錄電阻的變化。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于確定液體樣品的凝固狀態(tài)的方法，所述方法包括以下步驟提供包括至少一個顆粒的液體樣品，所述顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料；對所述樣品施加磁場；使用磁場傳感器檢測所述至少一個顆粒的運動和/或位置，從而確定所述液體樣品的凝固狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了至少一個磁場傳感器用于檢測至少一個顆粒在液體中的運動和/或位置，以便測定液體的凝固狀態(tài)的用途，所述顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了確定液體的凝固狀態(tài)的裝置，該裝置包括用于容納要分析的液體樣品的體積；放置在所述體積中的至少一個顆粒，所述至少一個顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料；用于對所述體積的至少一部分施加磁場的工具，和至少一個磁場傳感器，所述傳感器可以有效檢測所述至少一個顆粒的運動和/或位置，從而確定液體的凝固狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于確定血液或血漿的凝固時間的裝置，該裝置包括容器和磁性裝置，所述容器限定了用于容納一定量的所述血液或血漿的腔室，并且所述腔室裝有顆粒材料，而所述磁性裝置與所述容器配合，并且被設(shè)置為用于提供磁場，所述磁場導致所述顆粒材料在所述腔室中通過未凝固的血液或血漿來回移動。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于測定血液或血漿的凝固時間的方法，該方法包括以下步驟使在放入磁場時會受到力的材料的顆粒通過所述血液或血漿運動；并且將所述血液或血漿的特性改變至少能減弱所述運動的瞬間視為所述凝固時間。
所述顆粒的運動可以是來回運動。
所述方法可以包括循環(huán)地提供第一和第二磁場，其中，所述第一磁場是從第一空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第一方向平移，而所述第二磁場是從第二空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第二方向平移。
該磁場可以為1-100mT。在一種實施方案中，所述磁場為10-50mT，而在另一種實施方案中，所述磁場為10-20mT。
每個磁鐵的接通時間可以少于1秒鐘。
磁場傳感器的使用與光的使用相反，在選擇容納所述液體的材料時提供了較大的自由度。顆?？梢酝ㄟ^液體來回移動的結(jié)果是，對液體特性的評估不會局限于狹窄的帶中，而某些以前的裝置就存在這樣的問題。
所述腔室可以具有任何合適的體積。在一種實施方案中，所述腔室的體積小于25μl。在另一種實施方案中，所述腔室的體積小于5μl。所述腔室可以具有任何常方便的形狀。在一種實施方案中，所述腔室是以一次性支撐條的形式制成的，可將它從所述裝置上取出?？梢酝ㄟ^任何方便的方法將流體導入所述腔室，包括毛細管。所述腔室可以是任何合適的材料，它使得可以進行試驗，并且可以用非磁性材料制成。
在一種實施方案中，用于填充所述容器的填充裝置包括毛細管。在另一種實施方案中，所述填充裝置包括柱塞。所述裝置可以包括一個以上的腔室。所述腔室可以劃分成兩個、三個或多個區(qū)室。
在一種實施方案中，所述在放入磁場時會受到力的材料，或顆粒材料分別是鐵磁的。在另一種實施方案中，所述材料是順磁性的。在另一種實施方案中是超順磁性的。
在一種實施方案中，所述至少一個顆粒大體上是球形的。在一種實施方案中，它的尺寸為2-500μm，而在另一種實施方案中，沿至少一個方向的尺寸為2-20μm。所述至少一個顆?？梢园▋煞N或兩種以上不同材料，并且只有一種材料在暴露于磁場時需要受到力。
在另一種實施方案中，所述顆?？梢允情L形的或?qū)ΨQ性質(zhì)的。
在一種類型的實施方案中，使用多個顆粒。
所述一個或多個顆粒必須具有足夠的量和/或大小，以便使得它們能夠在未凝固的流體樣品中運動。
在測量之前，在每一個測試條中的或在特定測試條的每一個腔室或區(qū)室中的顆粒的量和/或質(zhì)量可能是已知的。另外，可以通過首先測量未凝固的樣品補償所述量和/或質(zhì)量。
在使用一個以上腔室或區(qū)室時，放置在每一個腔室或區(qū)室中的試劑可以不同，以便改變凝固速度和/或時間。另外，一個區(qū)室或腔室可以沒有試劑，從而還可以測量不取決于凝固劑的凝固時間。
作為另一種替代方案，一個區(qū)室可以具有能抑制樣品凝固的試劑，從而在試驗期限內(nèi)所述樣品不會凝固。
可以采用一個檢測儀或一對檢測儀來確定存在于一個以上腔室或區(qū)室中的樣品的凝固時間。在這種場合下，所述一個或多個檢測儀測量在每一個腔室或區(qū)室中的顆粒的磁場強度的總和。在這種場合下，存在于每一個腔室或區(qū)室中的顆粒和/或試劑的量和/或質(zhì)量應當進行選擇，從而讀數(shù)儀可以確定哪一個腔室或區(qū)室可以凝固。
可選擇地，可以采用一個檢測儀或一對檢測儀來確定存在于每一個腔室或區(qū)室中的樣品的凝固時間。
所述制劑開始可以放置在測試條的內(nèi)部樣品腔的任何合適的位置上，并且可以在導入要分析的流體樣品之前放置在這里。例如，可以將試劑放置在腔室和/或區(qū)室中。作為替代，在添加到所述條上之前可以將磁性顆粒和/或凝固試劑與樣品混合。
在測量期間，所施加的磁場可以保持為恒定的值，或者可以使它改變。
在測量期間，施加磁場的時間可以保持為恒定值，或者可以使它改變。
在所述實施方案中，在導入液體樣品之前將多個顆粒放入所述腔室中。在所述實施方案中，所述顆粒被相對于所述腔室的內(nèi)壁進行固定，并且被設(shè)置成在將液體樣品導入所述腔室時進入液體樣品中的懸浮液。在一種實施方案中，所述顆粒作為干燥的涂層分布在腔室壁上。
在導入要分析的樣品之前，可以將凝固試劑放入所述腔室。用于測量PT的合適的試劑包括，ThromborelSTM和InnovinTM(由Dade生產(chǎn))和ThromboTestTM(由Axis Shield生產(chǎn))。
用于提供磁場的工具可以包括兩個分開的電磁鐵。所述電磁鐵可以放置在所述腔室的相互對立的兩側(cè)。另外，可以將它們放置在腔室的同一側(cè)。每一個電磁鐵可以是螺線管。所述螺線管可以是大體上同軸的。
在一種描述的實施方案中，所述磁鐵是用直流電交替啟動的，以便產(chǎn)生恒定的磁場。由一個磁鐵產(chǎn)生的磁場的強度可能比另一個磁鐵產(chǎn)生的磁場強度大。
至少一個磁場傳感器可以是霍爾效應傳感器。在所述實施方案中，提供了兩個或兩個以上傳感器，每一個傳感器與一個相應的磁鐵結(jié)合。在工作時，由傳感器測量的磁場會受到至少一個顆粒相對于傳感器的位置的影響。因此，可以利用傳感器的輸出確定至少一個顆粒在所述腔室中的位置和/或運動。
在將兩個傳感器用于不同的測量時，隨著噪音的降低而產(chǎn)生了靈敏度的提高。通過兩個傳感器同時檢測任何外部影響，并因此抵消這種影響。因此，所述裝置只能讀出樣品的變化。
在所述實施方案中，兩個傳感器是靠近長形腔室的相對的兩端放置的，各自位于腔室和相應的磁鐵之間。在分析腔室中的液體樣品時，每一個磁鐵被交替啟動。在每一個磁鐵被啟動之后，使得每一個顆粒通過所述腔室移動一段時間。然后，獲得所述傳感器的一系列不同輸出的測量值，并且計算平均值。然后啟動另一個磁鐵，并且重復以上過程。
所述裝置可以包括用于測量從導入樣品直到檢測到凝固所經(jīng)歷的時間的電路。所述裝置可以包括控制工具，該工具可以包括微處理器。所述裝置可以包括顯示器，它能夠為用戶顯示信息。該裝置可以顯示凝固時間和/或INR值。
所述裝置可以包括用于對所述腔室進行加熱，以便將要分析的樣品保持在需要的溫度上的工具。
附圖簡述為了更清楚地理解本發(fā)明，下面將通過舉例形式參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的裝置的示意圖；圖2是圖1所示裝置的電路框圖；圖3表示圖1在建立基線磁場值時所示裝置的螺線管的電流對時間；圖4是圖1所示裝置的工作的流程圖；圖5表示圖1所示裝置與一般的檢測器輸出的螺線管的電流對時間；圖6是血液樣品的不同的傳感器輸出對時間的曲線圖；圖7是轉(zhuǎn)換時間對凝血酶原時間的曲線圖；圖8是用于本發(fā)明的其他腔室的示意圖；圖9是在圖8的腔室中血液樣品的檢測器輸出對時間的曲線圖；圖10是表示傳感器輸出對時間的數(shù)據(jù)的圖；圖11是表示使用本發(fā)明的裝置獲得的凝固時間對由視覺方法得到的凝固時間的圖；和圖12表示用于本發(fā)明的樣品腔室結(jié)構(gòu)的透視分解圖。
實施方案的詳細說明圖1所示裝置包括測量單元1和獨立的樣品腔室2，它在使用時被插入測量單元1。
在本實施方案中，樣品腔室2是以載玻片樣結(jié)構(gòu)限定的，以下稱之作條3(參見圖12)。限定腔室2的結(jié)構(gòu)的材料是非磁性的，并且所述腔室的體積為大約1μl。腔室2裝有已知量的超順磁性的顆粒4，和用于血液凝固的干燥試劑4a，它分布在腔室2的內(nèi)表面上。合適的凝固劑是重組人組織因子(Innovin)。在本實施方案中的超順磁性的顆粒4基本上是球形的，并且平均直徑為大約10μm。毛細管5從位于條3上遠離腔室2的點延伸到腔室2中。在使用時，放置在毛細管5的樣品接收開口105的血液樣品在毛細作用下沿毛細管流入腔室2。
測量單元1包括第一和第二分開放置的大體上同軸的螺線管6、7。第一螺線管6將第一霍爾效應傳感器8支撐在它的表面上，朝向第二螺線管7。第二螺線管7將第二霍爾效應傳感器9支撐在它的表面上，朝向第一螺線管6?；魻栃獋鞲衅?、9是與螺線管6、7同軸的。測量單元1還包括各種相關(guān)的電路(具體參見圖2)，其中包括微處理器10。該單元還包括電源(未示出)，顯示器11和用于對要分析的樣品加熱的電阻加熱元件12。
現(xiàn)在參見圖12，該實施方案的條3具有三層100-2，它的材料是根據(jù)相關(guān)用途選擇的。由于本發(fā)明的實施方案不需要本發(fā)明本身的任何特殊光學特性，所以所述材料可以自由地選擇，當然應當牢記的是需要非磁性材料。例如，如果不希望使用玻璃或特殊類型的玻璃，就無需使用玻璃。第一層100是聚合材料基片，并且大體上是矩形的平板，在本實施例中，其長度100a大約為其寬度100b的四倍。第二層101是類似的材料，并且具有外部尺寸。在內(nèi)部它限定了大體上為矩形的開口2，該開口構(gòu)成了腔室2，并且它分布在層101的大部分寬度上。毛細管5是由較窄的通道形成的，這些通道與開口2的一端連通，并延伸到圓形孔105a，構(gòu)成樣品接收開口的一部分。第三層102具有與其他層類似的尺寸，并且具有第一和第二圓形孔105b和106。當這三層粘合在一起時，第三層的第一孔105b與第二層的圓形孔105a對齊。然后將第二孔106放置在開口2上，以便形成通氣孔。
單元1具有未示出的支撐裝置，用于支撐條3，從而當條3與支撐結(jié)構(gòu)接合時，腔室2位于螺線管6、7之間并且大體上位于它們的軸線上。在這種部署中，第一和第二霍爾效應磁場傳感器8、9靠近腔室2和與它結(jié)合的螺線管6、7放置，與腔室2接觸。在另一種實施方案中，在傳感器6、7和腔室2之間具有小的間隙。
還要安裝電阻加熱元件12，從而當條3被插入單元1時它與腔室2結(jié)合，從而使它可有效加熱腔室2中的樣品。
在另一種實施方案中，不提供電阻加熱元件。相反，腔室2中的樣品的任何必要的加熱是通過如下方法實現(xiàn)的，即用高頻交流電驅(qū)動螺線管6、7中的一個或兩個以便產(chǎn)生交替的磁場，并且導致對腔室2中的超順磁性的顆粒4感應性加熱，并因此對腔室2中的任何樣品進行加熱。
微處理器10可有效通過每一個螺線管的相應的放大器13、14控制供給兩個螺線管6、7的電流。
兩個霍爾效應傳感器8、9與不同的放大器15連接，它們將傳感器的不同的輸出通過ADC電路(未示出)提供給所述微處理器。
在使用時，用戶啟動所述單元，并且將條3插入單元1，從而腔室2位于螺線管6、7之間。
如果必要的話，微處理器10將腔室2加熱到大約37℃的溫度。在本實施方案中，所述微處理器還與霍爾效應傳感器8、9的一個或兩個連接，以便測量它的電阻，從而測量所述腔室的溫度。當然其他技術(shù)也是可行的，包括測量加熱元件12的電阻，或提供獨立的熱傳感器。
在其他實施方案中，將腔室加熱到37℃不是必需的。例如，可以使用其他較低的溫度，因為在了解樣品溫度的前提下，由本發(fā)明的裝置所確定的時間可以校正到如果使用標準的37℃將達到的值。在一種實施方案中，不進行加熱，并且溫度是通過諸如傳感器的裝置測定的，并且進行必要的校正。
在插入條3時，對所述裝置進行編程，以便進行基線磁場測量，隨后進入“等待”狀態(tài)，并最終進行測量循環(huán)。為了啟動所述基線測量，由條3操縱開關(guān)(未示出)，由它啟動微處理器10，導致第一種強度的直流電流入第一螺線管6。在經(jīng)過大約200μs的預定時間之后，以讓所產(chǎn)生的磁場形成并且穩(wěn)定，繼續(xù)在大約800μs的預定時間測定霍爾效應傳感器8、9的不同的輸出大約500次的預定次數(shù)，在此期間，由螺線管6產(chǎn)生的磁場保持大體上恒定。保存所述測定結(jié)果，并且確定平均值。然后將所述平均值作為第一螺線管6(B1)的基線值保存。然后終止沿第一螺線管6流動的電流，并且在第二螺線管7上重復這一過程，只是所使用的電流具有比第一次所使用的電流小的第二種強度。由此確定了第二螺線管7的基線值(B2)。在圖3中顯示每一個螺線管6、7上施加的電流的曲線圖。一旦記錄并且保存了基線值B1和B2，則將螺線管6、7中的一個保持啟動，并且所述裝置做好了接收血液樣品的準備。指示器(未示出)將這一信息通知用戶。所述指示器可以是發(fā)光體，如LED，或蜂鳴器或任何其他合適的指示器。另外，可以提供諸如格柵的屏障，以便防止進入毛細管5，并且一旦所述裝置做好了使用的準備，所述屏障就移動或解除鎖定。
當用戶將血液樣品放置在條3上的毛細管5的一端時，所述血液隨后流入腔室2。在進入腔室2時，所述血液與凝固試劑4a反應。所述血液還釋放出超順磁性的顆粒4，這些顆粒隨后可以在血液的懸浮液中運動。
血液在腔室2中的存在，使得所述顆粒能夠進入懸浮液。由此可導致霍爾效應傳感器8、9的不同的輸出結(jié)果在不同的放大器15的輸出結(jié)果的增加。所述不同輸出結(jié)果的改變主要是由于超順磁性的顆粒4朝向被啟動的一個螺線管6、7運動，并因此向與它結(jié)合的霍爾效應傳感器8、9運動，從而影響了兩個傳感器在相反方向所經(jīng)受的磁場。較小的效應是由血液本身的特性導致的。
微處理器10檢測輸出增加，并且根據(jù)這種增加啟動定時器，以便開始測定系列。在該系列中，所述微處理器交替地以不重疊的方式激發(fā)螺線管6、7，并且記錄不同放大器15的平均輸出，其中使用與測量B1和B2時相同的操作順序。對每一輪操作來說，微處理器10決定在第一螺線管6和第二螺線管7被激活時測量的不同放大器15的系列平均輸出之間的差異是否大于B1-B2加上噪聲因數(shù)。當滿足這一條件時，就表明所述樣品業(yè)已凝固。停止定時器，由鐘表記錄的經(jīng)歷的時間就是該樣品的凝固時間，據(jù)此，根據(jù)對腔室2中凝固劑的了解，通過微處理器計算INR值。圖4是表示在導入條3之后所述裝置工作的流程圖。
在其他實施方案中，進行了霍爾傳感器輸出的不同的分析，例如，測量輸出的改變速度。在僅提供一個霍爾傳感器的實施方案中，不同的結(jié)構(gòu)是可行的。在一種實施方案中，對電流輸出和原始輸出進行比較，并且當差異超過設(shè)定的閾值時就提供了凝固指標。在另一種實施方案中，測定輸出的改變速度。
為了更詳細地解釋操作，圖5示出了電流的一次循環(huán)，所述電流在測定基線值期間從每一個螺線管6、7中流動，和測量順序，以及霍爾效應傳感器8、9在測定基線值11時和在血液樣品業(yè)已導入腔室2時17的一般不同的輸出。
在所述測量順序中，將每一個螺線管6、7激發(fā)足夠的時間，以便使得超順磁性的顆粒4能夠從腔室2的一端運動到另一端，至少在新鮮血液樣品最初被導入腔室2時是這樣。
隨著血液在腔室2中凝固，超順磁性的顆粒4通過血液的運動逐漸受到限制。對于選擇的血液樣品來說，以及通過對磁場的適當選擇，達到了一定的時間，此時，顆粒4只能在由第一螺線管6產(chǎn)生的磁場的作用下運動，由于提供了更大的電流，該磁場強度比第二螺線管7的磁場強度大。因此，顆粒4將在靠近第一螺線管6的腔室2的一端積累和保留。
可以理解的是，非運動顆粒的條件對本實施方案來說是特定的；在其他測試結(jié)構(gòu)中或?qū)τ谄渌簶悠穪碚f，某些顆?？赡芾^續(xù)運動。
顆粒4在腔室2中的位置會影響霍爾效應傳感器8、9的不同的輸出。當顆粒4停止通過血液樣品運動并且保持朝向腔室2的一端時，不同傳感器輸出的改變可用作血液業(yè)已凝固的指標。
圖6表示在分析血液樣品期間當?shù)谝宦菥€管6被激發(fā)時的霍爾效應傳感器8、9的平均不同輸出(較小的B1-以便顯示超順磁性的顆粒4在樣品中的真實效應)小于當?shù)诙菥€管7被激發(fā)時(較小的B2)。
最初，在腔室2中不存在血液，并且所述值是低的。在18處導入血液，它導致所述值急劇上升。在該點上，微處理器10啟動定時器。在凝塊開始形成時19，不同的傳感器輸出開始下降，然后急劇下降并在凝固結(jié)束時20穩(wěn)定。這種不同輸出的急劇改變大大方便了關(guān)于凝固何時開始的確定，此時，微處理器10停止所述定時器。所述定時器則指示了凝固時間。一旦結(jié)束測量，就可以取出條3并且扔掉。將新的條用于未來的測量。
所述測量順序的參數(shù)可以根據(jù)要分析的樣品的特征和需要的精確度而改變。上述所討論的測量順序涉及大約1秒鐘的螺線管開關(guān)時間。就是說每一個螺線管以交替順序啟動大約1秒鐘。在樣品凝固時間增加時，所述開關(guān)時間也可以增加，同時保持測量的凝固時間的精確度。例如，如果在20秒時INR為1的誤差需要為5％的話，那么1秒鐘的開關(guān)時間是合適的。如果在60秒時INR為8時需要相同的誤差的話，那么8秒鐘的開關(guān)時間是合適的。較長的開關(guān)時間的優(yōu)點是，所導致的超順磁性的顆粒4的運動對凝塊形成具有較小的破壞作用，它可用于涉及較大INRs的場合，因為凝塊形成有可能較弱。另一個優(yōu)點是，較長的開關(guān)時間降低了該裝置所需要的動力。
圖7表示凝血酶原時間(PT)為10-100秒，誤差為2-5％的實例性開關(guān)時間時間曲線。
當存在較高的INRs時，在一種實施方案中，磁場強度隨著時間推移而減弱。這導致了對凝塊形成的較小的干擾，并且降低了該裝置所需要的動力。為了實現(xiàn)這一目的，本實施方案將來自兩個螺線管的標準磁場強度保持最長為預定的時間閾值，然后逐漸降低所述磁場強度。
為了確定凝固時間，所述裝置還可以通過測量超順磁性的顆粒4通過腔室2的相對末端之間的已知距離所需要的時間來測量樣品的粘度。
按以下方法對所述單元進行評估新鮮血液是從IRN 2.2-5.5的當?shù)氐尼t(yī)院獲得的，而一份標準INR血液是從健康供體獲得的。使用Amelung KC10A微型臺式凝固儀(coagulation meter)確定每一份血液樣品的INR值，沒有測量血細胞比容校正。
在實驗之后對所述樣品之一進行讀數(shù)，并且作為盲試進行處理，以便了解該實施方案的裝置是否能提供可以與其他已知值可比較的INR值。
將毛細管(Camlab 200□m試管，產(chǎn)品編號VD/3520-100。將它切割成25mm的)放入測量單元1，處在受控制的溫度環(huán)境(37℃)下。為了在本實驗的超順磁性的顆粒14中使用，選擇LiquidResearch Limited編碼PM002顆?；騊olysciences Inc.目錄號19233 12□范圍的羧酸化順磁顆粒。稱出所述顆粒的重量，并且在Innovin(DADE BEHRING Innovin 10ml瓶，溶解在5ml的蒸餾水中)中制備成每體積懸浮液最高達3重量％。
使用渦旋混合器混合所述顆粒的3重量％的懸浮液和Innovin。將一部分懸浮液(10□1)分配到Eppendorf管中。
將血液樣品(20□1)添加到Eppendorf管中。與此同時，啟動測量單元1的計算機上的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，和手持停表。在渦旋混合器上混合所述樣品，并且將一部分血液樣品(4□1)添加到所述毛細管的末端。
所述樣品中的顆粒是用肉眼觀察的。當所述顆粒停止運動時，霍爾效應Jig的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀察到了相同的反應。
在測量單元1進行測試的同時，將Eppendorf管中的其余的樣品用移液管尖的頂部混合。當Eppendorf管中的樣品看上去業(yè)已凝固時，停止所述停表(參見表1，表中示出了通過測量留在Eppendorf管中的血液樣品的凝固時間獲得的停表時間)
表I
顯示來自霍爾效應傳感器8、9的讀出，以便顯示信號對時間的改變-參見圖10。凝固被表示為在負峰值處的信號變化的點。
將從測量單元1的信號改變獲得的數(shù)據(jù)與停表的數(shù)據(jù)進行比較。比較的結(jié)果如圖11所示。
參見圖8和9，所述裝置的一種實施方案是自我校準的。為了實現(xiàn)這一目的，采用了腔室21，它具有三個或三個以上獨立的區(qū)室，各自在內(nèi)部涂有不同比例的凝固劑，并且裝有不同量的超順磁性的顆粒4。腔室2包括三個獨立的區(qū)室A、B和C。區(qū)室A裝有量為X的超順磁性的顆粒4，和對于任何類型的血液來說都具有已知的短的凝固時間的試劑。區(qū)室B裝有2X超順磁性的顆粒4，和對于要分析的血液樣品來說正常的凝固劑。區(qū)室C裝有4X超順磁性的顆粒4，和在任何類型的血液中具有已知的長的凝固時間的凝固試劑。所述區(qū)室之間的顆粒的比率可以相對上文所述改變，并且可進行選擇，從而可以測定每一個區(qū)室的獨立的凝固時間。
在使用該腔室21，并且同時用血液樣品填充每一個區(qū)室時，開始測量順序。顆粒4在區(qū)室A和C中應該停止運動的相對時間是已知的，且顆粒4在區(qū)室B中停止運動的時間是要測定的。因為每一個區(qū)室中顆粒4的數(shù)目是不同的，所以可能在顆粒4在每一個區(qū)室中停止運動時區(qū)分哪一個區(qū)室中顆粒4由于不同的傳感器輸出的改變而停止運動。
圖9表示在使用圖8所示的腔室2時所述裝置的實例性輸出。曲線表示在導入血液樣品時輸出開始急劇升高。在經(jīng)過一段時間之后，所述輸出急劇降低，降低的量表明量為X的超順磁性的顆粒4業(yè)已停止運動，從而表明在區(qū)室A中的血液業(yè)已凝固。再過一段時間之后，輸出降低一定的量，表明量為2X的超順磁性的顆粒4業(yè)已停止運動，從而表明在區(qū)室B的血液業(yè)已凝固。最后，在經(jīng)過第三段時間之后，所述輸出再降低一定的量，表明量為4X的超順磁性的顆粒4在腔室2中業(yè)已停止運動。第三次降低表明了區(qū)室C中的血液業(yè)已凝固。
可以將區(qū)室A和C的凝固時間用于校正所述裝置，并且對區(qū)室B的測量的凝固時間進行任何必要的修正。
上述實施方案與現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法相比具有顯著的優(yōu)點。特別是當血液樣品凝固時，由于傳感器的輸出突然停止，所以可能僅使用非常少量的血液，通常為大約2μl，就可以精確地測量凝固時間。
盡管所述裝置特別適合測定血液的凝固時間，但還可將它用于分析其他類型的液體。
上述實施方案只是是以實例形式說明的。在不超出所述權(quán)利要求書的范圍的前提下，可能作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種測定液體樣品的凝固狀態(tài)的方法，其包括以下步驟提供包括至少一個顆粒的液體樣品，所述顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料；對所述樣品施加磁場；使用磁場傳感器檢測所述至少一個顆粒的運動和/或位置，從而確定所述液體樣品的凝固狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其包括循環(huán)提供第一和第二磁場，其中，所述第一磁場是從第一空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第一方向平移，而所述第二磁場是從第二空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第二方向平移。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中，所述第一和第二磁場具有不同的強度。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項的方法，其中，所述施加的磁場強度為1-100mT。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，所述施加的磁場強度為10-50mT。
6.如權(quán)利要求2和從屬于權(quán)利要求2時的權(quán)利要求3-5中任意一項的方法，其中，所述第一和第二磁場各自是以短于1秒鐘的時間段循環(huán)施加的。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述液體樣品的體積小于25μl。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述液體樣品的體積小于5μl。
9.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述或每一個顆粒的尺寸沿至少一個方向為2-500μm。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中，所述或每一個顆粒的尺寸沿至少一個方向為2-20μm。
11.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述或每一個顆粒包括超順磁性材料。
12.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述液體樣品與能改變所述液體的凝固速度和/或時間的試劑組合。
13.如前述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述液體是血液。
14.一種用于確定液體的凝固狀態(tài)的裝置，該裝置包括用于容納要分析的液體樣品的體積；放置于所述體積內(nèi)的至少一個顆粒，所述至少一個顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料；用于對所述體積的至少一部分施加磁場的工具；和至少一個磁場傳感器，所述傳感器可以有效檢測所述至少一個顆粒的運動和/或位置，從而確定所述液體的凝固狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14的裝置，其中，所述用于施加磁場的工具是循環(huán)地排列的，以便提供第一和第二磁場，其中，所述第一磁場是從第一空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第一方向平移，而所述第二磁場是從第二空間位置提供的，以便導致所述顆粒在第二方向平移。
16.如權(quán)利要求14或15的裝置，其中，所述用于施加磁場的工具所施加的磁場強度為1-100mT。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其中，所述用于施加磁場的工具所施加的磁場強度為10-50mT。
18.如權(quán)利要求15和從屬于權(quán)利要求14時的權(quán)利要求16或17中任意一項的裝置，其中，所述用于施加磁場的工具被設(shè)置為循環(huán)地施加少于1秒鐘時間段的第一和第二磁場。
19.如權(quán)利要求14-18中任意一項的裝置，其中，所述用于施加磁場的裝置包括分別放置在所述體積相對兩側(cè)的兩個電磁鐵。
20.如權(quán)利要求19的裝置，其包括被設(shè)置用于交替激發(fā)兩個電磁鐵的工具，從而一個電磁鐵產(chǎn)生的磁場強度大于另一個電磁鐵產(chǎn)生的磁場強度。
21.如權(quán)利要求14-20中任意一項的裝置，其中，所述體積是由一次性支撐條限定的，所述條可以從所述裝置的其余部分中取出。
22.如權(quán)利要求14-21中任意一項的裝置，其包括用于填充所述體積的填充裝置。
23.如權(quán)利要求14-22中任意一項的裝置，其包括超過一個體積。
24.如權(quán)利要求14-23中任意一項的裝置，其中，所述或每一個體積是由體積小于25μl的腔室限定的。
25.如權(quán)利要求24的裝置，其中，所述或每一個體積是由體積小于5μl的腔室確定的。
26.如權(quán)利要求14-25中任意一項的裝置，其中，所述或每一個顆粒沿至少一個方向的尺寸為2-500μm。
27.如權(quán)利要求26的裝置，其中，所述或每一個顆粒沿至少一個方向的尺寸為2-20μm。
28.如權(quán)利要求14-27中任意一項的裝置，其中，所述或每一個顆粒包括超順磁性材料。
29.如權(quán)利要求14-28中任意一項的裝置，其中，將能夠改變液體的凝固速度和/或時間的試劑放置入所述或至少一個體積。
30.如從屬于權(quán)利要求23時的權(quán)利要求29的裝置，其中，所述試劑的類型和/或量在體積之間是不同的，從而在每一個體積中所述液體的凝固速度或時間受到所述試劑的存在或其他因素的不同的影響。
31.如權(quán)利要求23或從屬于權(quán)利要求23時的權(quán)利要求24-30中任意一項的裝置，其中，將包括在放入磁場時會受到力的材料的不同類型和/或量的一個或多個顆粒放入每一個體積。
32.如前述權(quán)利要求中任意一項的裝置，其包括分別放置在所述或每一個體積的相對兩側(cè)的兩個磁場傳感器。
33.如從屬于權(quán)利要求19時的權(quán)利要求32的裝置，其中，將磁鐵和磁場傳感器放置在限定所述體積的長形腔室的每一端，所述傳感器放置在與它相關(guān)的磁鐵和腔室之間。
34.如權(quán)利要求32或33中任意一項的裝置，其被設(shè)置用于確定兩個磁場傳感器的不同的輸出。
35.如權(quán)利要求14-34中任意一項的裝置，其包括用于測量從導入樣品直到檢測到凝固所經(jīng)歷的時間的工具。
36.如權(quán)利要求14-36中任意一項的裝置，其包括控制工具和顯示器，其可以有效地給用戶顯示包括凝固時間和/或INR值在內(nèi)的信息。
37.如權(quán)利要求14-36中任意一項的裝置，其包括用于對由所述體積限定的腔室進行加熱的裝置，以便將要分析的樣品保持在需要的溫度上。
38.如權(quán)利要求14-37中任意一項的裝置，其用于確定血液或血漿的凝固時間。
39.至少一個磁場傳感器用于檢測液體中的至少一個顆粒的運動和/或位置以便確定液體的凝固狀態(tài)的用途，所述顆粒包括在放入磁場時會受到力的材料。
40.如權(quán)利要求39的用途，其中，所述液體是血液或血漿。
41.一種測定血液或血漿的凝固時間的方法，該方法包括如下步驟使在放入磁場時會受到力的材料的顆粒通過所述血液或血漿運動；并且將所述血液或血漿的特性改變至少能減弱所述運動的瞬間視為所述凝固時間。
42.如權(quán)利要求41的方法，其中，所述材料的顆粒是通過施加磁場導致運動的。
43.如權(quán)利要求41或42任意一項的方法，其中，使所述顆粒來回運動。
44.用于確定血液或血漿的凝固時間的裝置，該裝置包括容器和磁性裝置，所述容器限定了用于容納一定量的所述血液或血漿的腔室，并且所述腔室裝有顆粒材料，而所述磁性裝置與所述容器配合，并且被設(shè)置為用于提供磁場，所述磁場會導致所述顆粒材料在所述腔室中通過未凝固的血液或血漿來回移動。
45.如權(quán)利要求44的裝置，其還包括一個或多個磁性傳感器，所述傳感器可有效確定所述顆粒材料的位置和/或運動。
46.如權(quán)利要求45的裝置，其包括控制工具，所述工具可有效確定所述顆粒材料通過導入所述腔室的血液或血漿樣品的運動何時受到樣品凝固的影響，從而確定所述樣品的凝固時間。
全文摘要
一種用于確定液體的凝固狀態(tài)的方法和裝置。使在放入磁場時會受到力的材料顆粒通過液體的樣品運動，并且通過磁場傳感器確定所述顆粒的位置和/或運動。通過注意所述顆粒響應于所施加的磁場作用所發(fā)生的變化，可以確定所述液體的凝固狀態(tài)的變化。所述裝置可以包括長形腔室，用于容納液體樣品，在它的相對的每一端分別放置有電磁鐵和相關(guān)的磁場傳感器。所述方法和裝置特別適合測量血液或血漿的凝固時間。
文檔編號G01N33/49GK1856705SQ200480022405
公開日2006年11月1日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者J·A·富勒, N·－E·德彥納蒂, R·波特, D·斯科特 申請人:Ivmd(英國)有限公司, 因韋爾尼斯醫(yī)藥瑞士股份有限公司