Планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов
Владельцы патента RU 2362129:
Общество с ограниченной ответственностью "Метромед" (RU)
Изобретение относится к области иммунологических исследований оптическими методами, в частности к приспособлениям для тестирования иммуноферментных анализаторов (ИФА) планшетного типа. В планшет, состоящий из рамки, набора оправок и, по меньшей мере, одной рейки с гнездами под оправки, введен набор, представляющий собой последовательность из не менее трех установленных в оправки и зафиксированных кольцами оптических элементов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин с полированными рабочими поверхностями. Первый элемент состоит из оптически прозрачного, последний - из оптически поглощающего материалов, остальные составлены из этих материалов с наращиванием толщины поглощающего материла. В процессе проверки линейности для градуировки тестируемого анализатора используются значения толщины поглощающей части введенных оптических элементов, которые можно получить с необходимой точностью путем измерения на рабочих средствах измерения, не прибегая к измерениям на образцовых (эталонных) устройствах. Техническим результатом является повышение точности контроля работоспособности анализаторов, в том числе эффективная метрологически корректная проверка линейности их измерительного тракта. 4 ил.
Заявляемое устройство относится к области иммунологических исследований оптическими методами, в частности к приспособлениям для тестирования иммуноферментных анализаторов (ИФА) планшетного типа.
Диагностическая значимость результатов в иммуноферментном анализе очень велика, так как это может быть связано с выявлением таких особо опасных заболеваний, как СПИД, гепатит, птичий грипп и др.
Известно приспособление для градуировки и контроля ИФА [DRY-DYE®Check Strips. DriDye-woLable.doc / AWARENESS Technology, Inc. - США: 7 с.], состоящее из набора стрипов DRI-DYE с предварительно внесенными в них красителями. Тип красителя выбран в соответствии с проверяемым рабочим спектральным диапазоном анализатора. В процессе изготовления растворы красителей с необходимыми разведениями тщательно отдозированы в лунки стрипов, и на эталонном приборе определены значения их оптической плотности. После чего стрипы высушены и упакованы.
После добавления одинакового количества воды в лунках градуировочных стрипов образуется ряд цветных растворов с известным соотношением их концентраций. При тестировании калибровочные стрипы с растворами помещают в кюветное отделение анализатора, градуируют его по одному из растворов и производят тестовые измерения. Полученные результаты для различных значений концентрации красителя позволяют оценить ряд технических характеристик анализатора, в том числе линейность измерительного тракта.
Линейность измерительного тракта является одной из важнейших характеристик ИФА, поскольку в лабораторных исследованиях в большинстве случаев используются методы расчетов по градуировочным характеристикам, а не по абсолютному значению оптической плотности.
Линейность измерительного тракта анализатора характеризуется отклонением реальной градуировочной характеристики от идеальной и определяет точность проведения иммуноферментных исследований.
Проверка линейности ИФА калибровочными (контрольными) стрипами DRI-DYE основывается на известном законе Бугера-Ламберта-Бэра, математическое выражение которого имеет следующий вид:
D=ξ·C·l,
где D - оптическая плотность раствора красителя;
ξ - удельный (молярный) показатель поглощения красителя, рассчитанный на единичную концентрацию;
С - концентрация красителя в растворе;
l - толщина слоя раствора.
Отклонение от линейной зависимости между оптической плотностью D растворов в стрипах DRI-DYE и их концентрацией С, при постоянных ξ и l, в основном определяется погрешностью дозирования при изготовлении стрипов. Погрешность широко применяемых в медицинской практике дозирующих устройств малых объемов (200-250 мкл) составляет (0,5-0,7)%. Существующие метрологические правила проведения контрольных измерений рекомендуют для получения достоверных результатов использовать средства, погрешность которых в 2-3 раза меньше погрешности контролируемого средства измерения. Следовательно, достоверная проверка линейности средством DRI-DYE® может проводиться только для ИФА, имеющих характеристику линейности не менее чем 1,5%. В настоящее время для высокоточных исследований начинают применять приборы с более линейной аппаратной функцией, проверка которых данными средствами метрологически некорректна.
Применение стрипов DRI-DYE для контроля линейности ИФА также ограничено диапазоном оптической плотности растворов красителей, верхняя граница которого не превышает 2,0 Б, что связано с нарушением закона Бэра в области больших концентраций растворенного вещества. Таким образом, достаточное количество современных ИФА, имеющих диапазон измерения оптической плотности до 4,0 Б, не могут контролироваться в полном объеме с помощью указанного средства.
Применение стрипов DRI-DYE связано с необходимостью дополнительных операций пробоподготовки, требующих определенной квалификации персонала: заполнение лунок контрольного стрипа жидкостью, герметизация для предотвращения испарения, временная выдержка, перемешивание.
Перечисленные операции требуют значительных временных затрат (более 2 часов) и особой тщательности, т.к. малейшее нарушение технологии пробоподготовки приводит к неисправимому браку контрольного стрипа с необходимостью его замены и повторения всех операций. Кроме того, в процессе пробоподготовки должны соблюдаться специальные меры предосторожности, чтобы исключить травмирование лаборанта получающимися в процессе пробоподготовки токсичными растворами.
Контрольные стрипы являются средством одноразового использования, так как фотометрические характеристики растворов красителя являются стабильными непродолжительное время (не более суток). Из-за незначительного срока службы подготовленного контрольного стрипа с растворами длительный мониторинг технических характеристик анализаторов, позволяющий выявлять их отказы на ранней стадии возникновения, не может быть проведен на одном и том же контрольном стрипе. При этом стрипы, приготовленные даже из одной упаковки, различаются по своим характеристикам, что снижает точность и достоверность проверки и приводит к возрастанию погрешности тестирования.
Кроме того, необходимость использования значительного количества стрипов при регулярном контроле анализаторов приводит, ввиду их высокой стоимости, к значительным финансовым затратам, которые могут быть не предусмотрены бюджетом лабораторий среднего уровня.
К недостаткам стрипов DRI-DYE следует отнести также ограниченный срок их хранения (особенно не в оригинальной упаковке), в течение которого должны соблюдаться особые условия по температуре, влажности и освещенности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является планшет для тестирования ИФА [Пат. 2079821 Российская Федерация, МПК6 G01J 1/04, опубл. 20.05.97, бюл. № 14. - 2 с.], который и выбран в качестве прототипа. Прототип, как и аналог, может использоваться при контроле линейности ИФА, для чего необходимо предварительно определить плотность контрольных образцов с помощью эталонных средств измерения.
Важным достоинством прототипа является значительное упрощение процесса тестирования анализаторов благодаря замене растворов красителей твердотельными имитаторами.
Прототип выгодно отличает полное отсутствие длительных и трудоемких операций пробоподготовки, выполняемых высококвалифицированным персоналом. При этом исключаются технологические процессы, приводящие к неисправимому браку, и отсутствует контакт пользователя с веществами, наносящими вред здоровью.
Еще одним из достоинств прототипа является возможность проверки параметра линейности измерительного тракта в более широком (от 0 до 4,0 Б) диапазоне оптической плотности.
Контрольные образцы прототипа имеют неограниченный срок службы и являются средством многократного использования, благодаря чему значительно уменьшаются финансовые затраты на проведение систематического контроля ИФА.
Прототип содержит рамку, набор оправок, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одну рейку с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, при этом длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, которая может быть дополнительно снабжена дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора. Кроме того, прототип содержит набор светофильтров, устанавливаемых в оправки.
Для проведения тестовых измерений оправки со светофильтрами устанавливают в рейку, которую закрепляют на рамке в продольном или поперечном направлениях. Рамку со светофильтрами устанавливают в иммуноферментный анализатор вместо планшета с жидкими пробами и на основании полученных результатов тестовых измерений делают выводы о работоспособности ИФА.
Прототип обеспечивает тестирование ИФА по следующим параметрам:
- правильность установки планшета в позиции измерения (позиционирования);
- воспроизводимость показаний во всем диапазоне измерения оптической плотности;
- правильность установки в анализаторе номинальной длины волны измерительного светового потока;
- стабильность спектральной характеристики анализатора;
- идентичность измерительных каналов анализатора;
- возможность работы в специальных режимах.
Проверка линейности измерительного тракта ИФА с использованием прототипа возможна после предварительного определения оптической плотности контрольных светофильтров с помощью образцового (или эталонного) средства измерения.
Для проверки линейности ИФА с помощью прототипа проводится градуировка тестируемого анализатора по одному из контрольных светофильтров (обычно по светофильтру с максимальной оптической плотностью), а затем производятся тестовые измерения. По отклонениям полученных результатов тестирования от рассчитанных значений градуировочной кривой делают выводы о линейности измерительного тракта ИФА.
Недостатками прототипа являются сложность и низкая точность процесса тестирования характеристики линейности иммуноферментных анализаторов. Для обеспечения проверки линейности ИФА с помощью прототипа необходимо использовать эталонные (образцовые) средства измерения при определении оптической плотности контрольных светофильтров, что связано с необходимостью повышения точности контроля ИФА. Эталонные (образцовые) средства измерения не являются серийной продукцией, в основном принадлежат организациям Госстандарта. Проведение измерений на эталонных установках является дорогостоящей процедурой и недоступно широкому кругу пользователей.
Погрешность оценки линейности ИФА прототипом включает в себя погрешность эталонных (образцовых) средств и дополнительные погрешности, связанные с методикой тестирования и конструктивными особенностями прототипа (в том числе погрешность, обусловленная значительным влиянием паразитного рассеянного излучения).
Однако даже без учета дополнительных погрешностей, точность проверки линейности ИФА хуже, чем у аналога, так как в настоящее время предельная погрешность образцовых (эталонных) устройств для измерения оптической плотности в проходящем свете составляет 1,5% [ГОСТ 8.559-93 (Межгосударственный стандарт) Государственная поверочная схема для средств измерений оптической плотности материалов в проходящем свете: офиц. текст. / Минск. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - М.: Издательство стандартов, 1994. - 5 с.].
Поэтому достоверная проверка линейности возможна только для ИФА, имеющих характеристику линейности в два-три раза превышающую этот показатель, то есть (3-5)%.
Таким образом, из-за низкой точности прототип практически не применим для метрологически корректного контроля линейности парка иммуноферментных анализаторов, используемых медицинскими клинико-диагностическими лабораториями в настоящее время. По этой причине прототип не был рекомендован для проверки линейности (Регистрационное удостоверение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития № ФС 02015496/1678-05 от 26.05.2005 г., Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.37.003.A № 16026 Госстандарта России от 30.09.2003 г.).
Технический результат - создание планшета для тестирования ИФА, обеспечивающего повышение точности контроля работоспособности анализаторов, в том числе эффективную метрологически корректную проверку линейности их измерительного тракта.
Указанный технический результат достигается тем, что в планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, состоящий из рамки, снабженной дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, набора оправок, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одной рейки с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, при этом длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, введен набор, представляющий собой последовательность из не менее трех установленных в оправки и зафиксированных кольцами оптических элементов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин с полированными рабочими поверхностями, первый элемент состоит из оптически прозрачного, последний - из оптически поглощающего материалов, остальные составлены из этих материалов с обеспечением их оптического контакта (например, путем склеивания), с наращиванием толщины поглощающего материла, причем толщина всех оптических элементов одинакова, а оправки имеют соответствующую идентификацию, определяющую последовательность оптических элементов при использовании набора.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в процессе проверки линейности для градуировки тестируемого анализатора используются значения толщины поглощающей части введенных оптических элементов, которые можно получить с необходимой точностью путем измерения на рабочих средствах измерения, не прибегая к измерениям на образцовых (эталонных) устройствах.
Предлагаемое устройство позволяет реализовать проверку линейности с высокой точностью, что дает возможность контролировать один из важнейших технический параметров даже тех ИФА, погрешности которых являются предельно достижимыми в настоящее время.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства, на фиг.2 - конструкция рейки; на фиг.3 - конструкция набора оптических элементов в оправках (а - элемент «0», б - элемент «1», в - элемент «2», г - элемент «n-1», д - элемент «n»); на фиг.4 - график, поясняющий процесс проверки линейности ИФА.
Планшет для тестирования ИФА (фиг.1) содержит рамку 1, набор оправок 2, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одну рейку 3 (фиг.2) с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке 3 выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а рамка 1 по периметру имеет элементы крепления реек 3, выполненные с таким же шагом, при этом длина реек 3 выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку 1, которая может быть дополнительно снабжена дном 4 с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора. Планшет для тестирования ИФА содержит также набор (фиг.3), представляющий собой последовательность из не менее трех устанавливаемых в оправки 2 и зафиксированных кольцами 5 оптических элементов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин с полированными рабочими поверхностями, первый элемент состоит из оптически прозрачного 6, последний - из оптически поглощающего 7 материалов, остальные составлены из этих материалов с обеспечением их оптического контакта (например, путем склеивания), с наращиванием толщины поглощающего материла 7, причем толщина всех оптических элементов одинакова, а оправки 2 имеют идентификаторы 8, определяющие последовательность оптических элементов при использовании набора.
Поглощающий материал выбран в соответствии с проверяемым рабочим спектральным диапазоном анализатора, а именно, таким образом, чтобы максимум его селективного поглощения был близок к одной из рабочих длин волн, используемых в ИФА, а толщины обеспечивали значения оптической плотности элементов, распределенные по всему проверяемому диапазону измерения ИФА на выбранной рабочей длине волны. Суммарная толщина оптически прозрачной и поглощающей составляющих оптического элемента ограничена максимальной высотой жидкой пробы, размещаемой в лунках планшета для иммуноферментного анализа. Для каждой рабочей длины волны ИФА предусмотрен соответствующий набор оптических элементов, толщины поглощающей части в каждом из них измерены. Оптические элементы, входящие в каждый набор, идентифицированы, например, путем нанесения штрих-кода, голографического изображения, графической маркировки и т.п., в результате чего на оправках набора обеспечиваются порядковые номера от «0» до «n», которые возрастают с увеличением толщины поглощающей части элемента, что позволяет организовать необходимую для контроля линейности последовательность.
Устройство работает следующим образом.
Для проведения тестовых измерений выбранный набор оптических элементов, зафиксированных в оправках 2 с помощью колец 5, устанавливают в рейку 3, а саму рейку 3 закрепляют на рамке 1 в продольном или поперечном направлениях. Рамку 1 устанавливают в ИФА вместо реального планшета с жидкими пробами и проводят тестовые измерения в соответствии с методикой проверки линейности.
Конструкция устройства позволяет контролировать параметр линейности как многоканальных, так и одноканальных ИФА. При тестировании многоканальных ИФА для контроля линейности каждого измерительного канала рейка 3 с одним и тем же набором оптических элементов перемещается по рамке 1. При тестировании одноканальных ИФА для проверки линейности перемещения рейки 3 по рамке 1 не требуется.
На основании полученных результатов измерений делают выводы о линейности анализатора.
Принцип действия заявляемого устройства основан на проверке выполнения закона Бугера-Ламберта путем последовательного измерения тестируемым анализатором оптической плотности набора однородных прозрачных поглощающих образцов с различной толщиной, значение которой предварительно определено.
Математическое выражение закона Бугера-Ламберта имеет следующий вид:
где D - оптическая плотность образца;
α - показатель поглощения материала образца;
l - толщина образца.
Известно, что ИФА, предназначенные для измерения оптической плотности исследуемых образцов, в общем случае выводят на устройство отображения результат измерения, пропорциональный измеряемой оптической плотности R(D)
R(D)=k·D,
где k - передаточная функция оптоэлектронного тракта.
С учетом математического выражения закона Бугера-Ламберта (формула 1), результат измерения ИФА принимает следующий вид:
R(D)=k·α·l,
При проведении контроля линейности тестируемый прибор градуируется по оптическим элементам с минимальной и максимальной толщиной поглощающей части, т.е.оптическим элементам «0» (фиг.3а) и «n» (фиг.3д). При этом получаются следующие значения:
R0 - значение регистрируемой анализатором величины при установке оптического элемента «0» (l=0);
Rn - значение регистрируемой анализатором величины при установке оптического элемента «n» (l=ln).
Тогда расчетное значение регистрируемой величины Ri для i-го оптического элемента, полученное для расчетной (линейной) зависимости R от l, будет определяться по следующей формуле:
где li - значение толщины поглощающей части i-го оптического элемента.
Реальная зависимость результата измерения образцов от их толщины Ризм(l) строится по результатам измерения оптических элементов набора с номерами от «1» до «n-1» на тестируемом ИФА.
На фиг.4 приведены расчетная (1) и реальная (2) зависимости регистрируемой величины от толщины образцов R(l).
Линейность измерительного тракта анализатора характеризуется отклонением ΔR реальной градуировочной характеристики от идеальной и может быть представлена как в абсолютных, так и в относительных единицах.
Погрешность оценки линейности ИФА заявляемым устройством в основном определяется погрешностью измерения толщины поглощающей части контрольных оптических элементов. В настоящее время для измерения толщины оптических деталей существуют измерительные средства (индикаторы, длинномеры, оптиметры), обеспечивающие погрешность измерения в диапазоне от 10 до 0,1 мкм.
Для контроля параметра линейности современных высокоточных анализаторов, используемых в клинико-диагностических лабораториях, имеющих нелинейность порядка (0,5-1)%, достаточно применять средство тестирования с относительной погрешностью не более (0,15-0,3)%.
Для худшего случая по относительной погрешности измерения, то есть для тонкого стекла с толщиной 0,5 мм, относительная погрешность измерения толщины, равная 0,3%, составит в абсолютных единицах 1,5 мкм. Такая погрешность обеспечивается рутинными рабочими средствами, которые доступны всем контрольно-измерительным подразделениям предприятий-изготовителей планшета для тестирования.
Кроме того, высокая точность заявляемого устройства при контроле параметра линейности ИФА обусловлена пренебрежимо малым влиянием паразитных засветок на результат измерения, т.к. градуировка проводится по оптическим элементам одинаковой толщины, формирующим идентичное рассеянное излучение.
Таким образом, недостаток прототипа, связанный со значительной величиной погрешности средства тестирования при проверке линейности, в заявляемом устройстве отсутствует.
Кроме отмеченного снижения погрешности тестирования, заявляемое средство имеет меньшую себестоимость по сравнению с прототипом (в случае использования прототипа для проверки линейности).
Причиной, снижающей производственные затраты, является исключение договорных работ со сторонними организациями, связанных с эталонными измерениями оптической плотности контрольных светофильтров. Из себестоимости при этом исключаются как высокая стоимость этого процесса, так и собственные трудозатраты производителя на его организацию.
Итак, без больших технических трудностей и финансовых затрат введение набора оптических элементов, толщина поглощающей части которых измерена с достаточной точностью, дает возможность с помощью заявляемого устройства метрологически корректно тестировать современные ИФА по параметру линейности измерительного тракта. Проверка линейности позволяет оценить погрешность лабораторных измерений, проводимых в режиме градуировки. В то же время заявляемое устройство сохраняет все функциональные возможности прототипа по контролю ряда характеристик ИФА, влияющих на точность иммуноферментных исследований.
Планшет для тестирования иммуноферментных анализаторов, состоящий из рамки, набора оправок, выполненных в виде стаканов, и, по меньшей мере, одной рейки с гнездами под оправки, причем гнезда в рейке выполнены с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, а рамка по периметру имеет элементы крепления реек, выполненные с таким же шагом, при этом длина реек выбрана из условия их продольной или поперечной установки в рамку, которая может быть дополнительно снабжена дном с отверстиями, выполненными с шагом, равным расстоянию между оптическими измерительными каналами иммуноферментного анализатора, отличающийся тем, что в устройство введен набор, представляющий собой последовательность из не менее трех устанавливаемых в оправки и зафиксированных кольцами оптических элементов, выполненных в виде плоско-параллельных пластин с полированными рабочими поверхностями, первый из которых состоит из оптически прозрачного, последний - из оптически поглощающего материалов, а остальные составлены из этих материалов с обеспечением их оптического контакта, с наращиванием толщины поглощающего материла, причем толщина всех оптических элементов одинакова, а оправки имеют идентификаторы, определяющие последовательность оптических элементов при использовании набора.
