ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
MEASURING DEVICE FOR ANALYSIS OF BIOLOGICAL FLUIDS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к измерительному устройству по пункту 1 и способу измерений по п.8.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время все больше растет потребность в биосенсорах, измеряющих объем или концентрацию биологических веществ. Обычно биосенсоры предусматривают обнаружение заданной конкретной молекулы целевого определяемого элемента в небольшом объеме пробы, в котором объем указанной молекулы обычно небольшой. Например, можно измерять объем лекарств или сердечных маркеров в слюне или крови. Вследствие этого используются частицы-метки, например суперпарамагнитные гранулы, которые связываются с конкретным сайтом связывания или активной поверхностью только в случае, если предназначенная для обнаружения молекула присутствует в пробе. Одной из последних методик обнаружения таких частиц-меток, связанных с активной поверхностью, является нарушенное полное внутреннее отражение (FTIR). В этой методике свет подается в одноразовый субстрат таким образом, что он освещает активную поверхность изнутри под углом полного внутреннего отражения. Если вблизи активной поверхности нет частиц, то свет полностью отражается. Однако если частицы-метки связаны с указанной поверхностью, то быстро исчезающее поле, расширяющееся в образце жидкости, рассеивается суперпарамагнитной меткой или попадает в нее. Часть света рассеивается в пробе или поглощается частицей, и, таким образом, снижается объем отражаемого поверхностью света. Посредством измерения интенсивности отраженного света оптическим детектором можно оценить количество частиц, связанных с поверхностью. Это позволяет оценить количество конкретных представляющих интерес молекул, присутствующих в жидкости-пробе. Для применения у постели больного используются биосенсоры, имеющие небольшие размеры для комфортного использования, например, биосенсорные устройства, которые можно держать в руке. Другие биосенсорные устройства, напротив, разработанные для настольного использования, являются в основном стационарными на поверхности стола и предназначены для лабораторного применения, при этом они в основном управляются квалифицированным персоналом. Измерительные приборы, содержащие биосенсоры, в настоящее время разрабатываются в качестве портативных приборов для использования у постели больного или для лабораторного применения.
US 6066243A относится к портативному устройству, которое содержит множество тестовых модулей для анализа предварительно выбранных концентраций различных биологических жидкостей пациента. Портативное диагностическое устройство взаимодействует с реагентами и использует сменные картриджи и тестовые полоски для диагностики извлеченных реагентов. В частности, представлены разъемы картриджа для управления и удержания сменного картриджа за боковые поверхности. Патент США не предоставляет устройство для мобильного использования или использования на дороге, но, с другой стороны, устройство является портативным в отношении стационарного применения по настоящему документу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
C учетом вышесказанного, задача настоящего изобретения состоит в предоставлении измерительного устройства и способа, которые обеспечивают гибкое и понятное для пользователя применение как для портативных устройств у постели больного, так и для настольного применения, например, в лаборатории.
Данные задачи решаются посредством признаков независимых пунктов 1 и 8.
Представлено измерительное устройство с кожухом и, по меньшей мере, одним дисплеем, интегрированным в кожух, при этом кожух содержит отсек, предназначенный для вставки картриджа в кожух с целью доставки предназначенного для измерения образца в устройство, при этом отсек имеет отверстие на передней стороне кожуха, и первая часть кожуха для вставки картриджа выступает в направлении, охватывающем угол со второй частью кожуха. Первая часть кожуха служит в качестве оконечности кожуха, примыкающей к руке пользователя, и вторая часть кожуха приспособлена для размещения в руке пользователя при нестационарном использовании. Картридж после вставки в первую часть кожуха практически полностью или полностью заключается в первую часть кожуха. Одна передняя сторона картриджа вблизи отверстия отсека является все еще видимой после вставки и также может выступать из отсека. Это означает, что первая часть кожуха заканчивается передней стороной картриджа или передняя сторона картриджа несколько выдвинута относительно первой части кожуха. Картридж не увеличивает размеры измерительного устройства, следовательно, улучшается его эксплуатация. Структура устройства позволяет пользователю легко видеть дисплей и установка картриджа в процессе эксплуатации легко доступна и очевидна. Одновременно достигается неподвижное положение измерительного устройства в области размещения. Измерительное устройство может быть использовано в режиме мобильного функционирования в качестве портативного устройства и также в режиме неподвижного функционирования в качестве настольного устройства. Размещение отсека для установки картриджа в первой части, удаленной от рабочего стола, предотвращает попадание пыли и грязи в кожух и ухудшение чувствительности измерения образца.
Другие примеры изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из примеров изобретения у измерительного устройства угол, образованный первой частью кожуха для вставки картриджа и второй частью кожуха, лежит в диапазоне приблизительно от 30° до 150°.
В еще одном примере изобретения первая часть кожуха измерительного устройства имеет на одном из концов наклонную поверхность для соответствия области размещения при установке измерительного устройства с целью стационарного считывания показаний дисплея измерительного устройства, и вторая часть кожуха настроена для того, чтобы пользователь мог держать ее в руке, для нестационарного считывания показания измерительного устройства, при этом первая часть кожуха служит в качестве завершения кожуха, примыкающего к руке пользователя. Таким образом упрощается эксплуатация измерительного устройства.
В еще одном примере изобретения первая часть кожуха содержит помимо сменного картриджа устройство обнаружения для обнаружения образца, находящегося в картридже, и вторая часть кожуха содержит помимо прочего электронные схемы дисплея  для передачи сигналов измерений и расчета результатов на основании сигналов измерений, а также источник питания для обеспечения измерительного устройства электропитанием. Описанное размещение приводит к форме устройства, которая позволяет использовать его как для мобильного функционирования в качестве портативного устройства, так и для настольного.
В еще одном примере изобретения в измерительное устройство интегрирован принтер для распечатки результатов измерений в случае, когда образец содержит определенное вещество в определенном объеме или концентрации. Если в результате измерений было выяснено, что образец исследуемого объекта является положительным, то результаты измерений печатаются на бумаге для дальнейших процедур в качестве подтверждения. Распечатанный лист может быть удален из измерительного устройства.
Эти и другие аспекты изобретения будут объяснены и станут более ясными со ссылкой на примеры, описанные ниже в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 схематически показан вид измерительного устройства с картриджем, предназначенным для помещения в кожух измерительного устройства,
на фиг.2 схематически показан вид сверху измерительного устройства в соответствии с фиг.1, показывающий в основном вторую часть кожуха с дисплеем и интерфейсом оператора с кнопками для управления устройством,
на фиг.3 схематически показан вид снизу измерительного устройства в соответствии с фиг.1 и фиг.2, показывающий вторую часть кожуха, и вид снизу первой части кожуха, в которую помещается картридж, показанный в верхней части чертежей,
на фиг.4 схематически показан вид сбоку измерительного устройства в соответствии с фиг.1, показывающий также гибкую створку, закрывающую электрические разъемы (такие как разъем питания, последовательный разъем и USB-разъем),
на фиг.5 показан вид, аналогичный фиг.4, повернутый с тем, чтобы показать противоположную часть измерительного устройства и также показывающий кнопку питания измерительного устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 схематически показано изображение примера измерительного устройства 1 по изобретению, имеющего  кожух 3, содержащий первую часть 31, которая лежит на линии, перпендикулярной плоскости дисплея. Первая часть 31 измерительного устройства 1 расположена под углом ко второй части 32 измерительного устройства 1, в данном примере под углом 90°. Вторая часть 32 измерительного устройства 1 лежит на приблизительно горизонтальной линии относительно плоскости дисплея и содержит интегрированный дисплей 5 для отображения нескольких результатов измерений. Кожух 3 имеет отсек (углубление) 7, предназначенный для помещения в него сменного картриджа 8, в пределах первой части 31 кожуха 3, при этом отсек 7 проходит через первую часть 31 кожуха 3, начиная с отверстия, показанного на фиг.1. Картридж 8 схематически изображен над измерительным устройством 1 со стрелкой, указывающей направление вставки в кожух 3. Картридж 8 используется для исследования жидкого или твердого образца, при этом указанный образец может, например, представлять собой биологическое вещество, например слюну, кровь, мочу или некоторую другую биологическую жидкость, или материал, взятый из окружающей среды, например почву, воду или пищу. Картридж 8 может содержать элемент сбора образцов для получения образца, предназначенного для исследования, в месте его происхождения. Элемент сбора образцов может, например, включать в себя тампон для сбора биологической жидкости, например слюны изо рта пациента. Картридж 8 также включает в себя сенсорный элемент для измерения представляющего интерес параметра исследуемого образца, например, с помощью средств оптического детектирования. Представляющий интерес параметр может, в частности, указывать наличие или, возможно, также и количество или концентрацию конкретного целевого вещества в образце, например наличие лекарства в слюне, предназначенное для отображения на дисплее 5. Картридж 8 также может включать в себя механизм перемещения образца для перемещения собранного образца от элемента сбора образцов к сенсорному элементу. Механизм перемещения образца будет выполнять некоторую механическую или даже химическую предварительную обработку собранного образца во время его перемещения, например тщательное перемешивание образца с растворителем, с тем, чтобы обеспечить для сенсорного элемента строго определенные условия. После установки картриджа в измерительное устройство 1 картридж 8 прикрепляется с возможностью удаления к измерительному устройству 1. Картридж 8, предпочтительно, разработан для однократного использования.
На фиг.2 схематически показан вид сверху измерительного устройства 1 в соответствии с фиг.1, в основном демонстрирующий вторую часть 32 кожуха 3 с дисплеем 5, представляющим пользователю результаты проведенных измерений. В верхней части фиг.2 показано отверстие отсека 7 для вставки картриджа 8. На этом изображении отсек 7 проецируется на плоскость чертежа. Кроме того, на чертеже показан интерфейс оператора, включающий в себя кнопки для управления измерительным устройством. На фиг.3 схематически показан вид снизу измерительного устройства 1 в соответствии с фиг.1 и фиг.2, демонстрирующий вторую часть 32 кожуха 3, и, в верхней части, вид снизу первой части 31 кожуха 3 для размещения картриджа 8. На фиг.2, демонстрирующей вид, который наблюдает пользователь в процессе эксплуатации, можно видеть, что отверстие отсека 7, представляющее собой гнездо для вставки картриджа, доступно и ясно видно пользователю.
На фиг.4 схематически показан вид сбоку измерительного устройства 1 в соответствии с фиг.1 и также показана гибкая створка 9, закрывающая электрические разъемы, такие как разъем питания, последовательный разъем и USB-разъем. На фиг.4 показаны кнопки, выступающие из кожуха 3, для управления измерительным устройством 1. На фиг.5 показан повернутый вид, аналогичный фиг.4, для демонстрации противоположной стороны измерительного устройства 1, на котором  также показана кнопка питания 11 измерительного устройства 1. Поверхность, показанная на фиг.4, к которой осуществляется доступ, особенно при размещении в левой руке пользователя, может дополнительно содержать электрические разъемы, например, USB (универсальная последовательная шина), разъем питания или разъем для принтера с последовательным интерфейсом. Посредством этого достигается легкость доступа для вставки штекеров и кабелей, в особенности для вставки штекеров правой рукой пользователя в случае, когда он держит измерительное устройство 1 в левой руке. Фиг.4 и фиг.5 показаны с точки зрения режима ручного функционирования, описанного ниже, при этом первая часть 31 кожуха 3 наверху и вторая часть 32 проецируется вниз. Во втором режиме настольного функционирования кожух 3 наклоняется вдоль нижней поверхности второй части 32 в направлении первой части 31 с тем, чтобы наклоненная поверхность 15 соответствовала поверхности размещения. Структура измерительного устройства 1 предотвращает выскальзывание измерительного устройства 1 из рук пользователя. Первая часть 31 измерительного устройства 1 служит в качестве средства предотвращения падения измерительного устройства 1 из рук пользователя, поскольку первая часть 31 примыкает к руке пользователя при функционировании и захватывает измерительное устройство 1. Улучшается обращение с измерительным устройством 1, например, в случае вставки картриджа 8, как показано на фиг.1. особенно улучшается для случая, когда на пользователе надеты перчатки, например, при использовании в полицейской работе, или в ситуациях, когда снаружи кожуха 3 измерительного устройства 1 скользко, например в случае дождя.
Измерительное устройство 1 с картриджем 8 используется в двух сильно различающихся сценариях. В первом сценарии измерительное устройство 1 находится в руке пользователя и картридж 8 вставляется другой рукой. Измерительное устройство 1 размещается в руке пользователя устойчивым образом, то есть его достаточно сложно выронить, например при вставке картриджа 8. Одновременно с этим, измерительное устройство 1 позволяет офицеру полиции непрерывно наблюдать за проходящим тестирование объектом при выполнении теста, во избежание опасных ситуаций, в которых проходящий тестирование объект подозревается в возможности нападения на офицера полиции. Данный сценарий, например, имеет место во время дорожного тестирования на наркотики «через окно», как описано ниже. При контроле движения офицер полиции останавливает автомобиль с водителем на обочине дороги, распаковывает и вставляет картридж 8 в измерительное устройство 1. Часть картриджа 8 представляет собой блок сбора образцов (не показано) для получения у водителя образца, при этом данный блок после взятия образца, в данном случае слюны, помещается обратно в картридж 8 для измерения определенных веществ в образце, в данном случае, вызывающих зависимость медицинских препаратов, употребление которых противозаконно во многих странах. Первая часть 31 кожуха 3 включает в себя сменный картридж 8 и устройство обнаружения для обнаружения образца, находящегося в картридже 8. Устройство обнаружения представляет собой, например, чувствительное устройство оптического детектирования для обнаружения веществ в анализе, при этом устройство обнаружения известно в технике. Вторая часть 32 кожуха 3 включает в себя дисплей 5, электронные схемы для передачи сигналов измерений от устройства обнаружения и вычисления результатов на основании сигналов измерений. Кроме того, вторая часть 32 кожуха 3 включает в себя источник питания для обеспечения измерительного устройства 1 электрическим питанием, например батарею. Другие применимые источники энергии включают в себя фотоэлементы или тепловыделяющие элементы. Показанная и описанная структура из нескольких частей измерительного устройства 1, разделенного на первую часть 31 и вторую часть 32, позволяет кожуху 3 измерительного устройства 3 иметь форму, допускающую легкое управление при мобильном применении. В особенности данный эффект достигается посредством размещения картриджа 8 после его вставки в основном в первой части 31 кожуха 3. Длина и размер кожуха 3 существенно сокращаются в результате использования описанной структуры, что способствует и делает возможным применение и хранение измерительного устройства 1 вне лаборатории, и не только для настольного использования.
Во втором сценарии измерительное устройство 1 помещается на место размещения (не показано), обычно, на стол, на в основном наклонную поверхность 15 внизу первой части 31 кожуха 3. Угол между первой частью 31 кожуха 3 для вставки картриджа 8 и второй частью 32 кожуха 3 находится в диапазоне, приблизительно, между 30° и 150°, при этом на фигурах показан угол около 90°. Здесь первая часть 31 кожуха 3, точнее дальний конец первой части 31 с наклонной поверхностью 15, используется в качестве несущей поверхности для размещения измерительного устройства 1 в месте размещения. При помещении в данное положение кожух 3 соответствует одной из оконечных поверхностей второй части 32, предпочтительно, также наклонной, и другой оконечной поверхности первой части 31, при этом наклонная поверхность 15, расположенная дальше от пользователя, соприкасается с областью размещения. Измерительное устройство 1, помещаемое в данном втором сценарии в область размещения, используется стационарным образом, при этом считывание с дисплея 5 измерительного устройства 1 осуществляется стационарно без ручной обработки. Вторая часть 32 кожуха 3, расположенная вертикально под определенным углом к области размещения, позволяет ясно видеть дисплей 5, при этом пользователь все еще может наблюдать проходящий тестирование объект в течение всей процедуры считывания. Возможность одновременного считывания и наблюдения для пользователя важна в полицейской операции тестирования на вызывающие привыкание запрещенные лекарственные препараты для обеспечения безопасности пользователя, офицера полиции, против нападений. Структура кожуха 3 допускает вставку картриджа 8 пользователем одной рукой без удержания измерительного устройства 1. Силы, действующие на кожух 3 при вставке картриджа 8, передаются в область размещения из-за наличия угла вставки относительно области размещения. Мягкий материал, например, резиновая прокладка, размещенная на нижней поверхности кожуха 3, то есть на наклонной поверхности 15 части кожуха 31, переводит силы, создаваемые при вставке картриджа 8. Кроме того, такая резиновая прокладка снижает силы ускорения в случае, когда измерительное устройство 1 помещается в область размещения. Низкие силы ускорения особенно важны, поскольку гидравлический стопор в картридже 8, используемые для управления течением образца, должен выдерживать данные силы ускорения для устойчивой остановки течения жидкости образца. Описанная структура устраняет необходимость наличия отдельной опоры в кожухе 3 для помещения измерительного устройства 1 в область размещения, что способствует снижению стоимости измерительного устройства 1.
Описанная структура позволяет интегрировать сенсорный элемент или модуль считывания в электронные схемы, источник питания и дисплей в кожухе 3, что является подходящим для портативного устройства. Интеграция всех элементов в форме коробки сделало бы устройство слишком толстым, слишком широким или слишком длинным для его успешного функционирования в качестве мобильного устройства. Модуль считывания является особенно большим, поскольку картридж 8 для приема и измерений образца, например, слюны, является достаточно длинным с целью обеспечения возможности выжимания длинного элемента при взятии образца картриджа 8 в трубку для выжимания, интегрированную в сменный картридж 8. Длинный элемент взятия образца требуется для эффективного сбора слюны изо рта. Длинный элемент взятия образца размещается в первой части 31 кожуха 3 при вставке картриджа 8.
Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, данные чертежи и описание должны рассматриваться как иллюстративные и в качестве примеров, а не как ограничивающие; изобретение не ограничивается изложенными вариантами осуществления. Другие варианты осуществления могут быть поняты и применены специалистами в данной области техники в процессе практического применения заявляемого изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения термин "включает в себя/содержит" не исключает наличия других элементов или этапов, и единственное число не исключает множественности. Один процессор или другой элемент может выполнять функцию нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные характеристики перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих характеристик не может выгодно использоваться. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.