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原文传递用于样品分析的装置和方法

专利名称：	用于样品分析的装置和方法
摘要：	公开了包括与检测组件集成样品制备组件的集成装置。所述样品制备组件可为数字微流体模块或表面声波模块，所述模块用于将样品液滴与试剂液滴组合且用于进行额外样品制备步骤，产生含有指示所述样品中所关注分析物的存在或不存在的珠粒/颗粒/标记的液滴。可通过将所述液滴移动到所述装置的所述检测组件来检测所述珠粒/颗粒/标记，所述检测组件包括井阵列。公开被配置成操作分析物检测芯片以制备测试样品且在所述分析物检测芯片中检测来自所制备测试样品的分析物相关信号的额外分析物检测装置。所述分析物检测芯片可包括可覆盖或可空间上分离的数字微流体(DMF)区域和分析物检测区域。所述分析物检测装置可被配置成用于通过可操作地与插入到所述装置中的分析物检测芯片连接的光学或电化学构件来检测分析物。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	雅培实验室
发明人：	J·B·赫夫;M·A·海登;G·戴维斯;S·格什坦
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201780061731.9
公开号：	CN109863396A
代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所
代理人：	李华英
分类号：	G01N33/48(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	美国伊利诺斯
主权项：	1.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：控制单元；检测单元；和料筒接口，其用于可操作地连接到包含所述样品的一个或多个料筒，其中所述控制单元被配置成用于控制所述料筒中电极阵列的启动以用于移动所述料筒中存在的样品液滴，其中所述检测单元被配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自料筒中空间上分隔的单一分子和/或来自料筒中空间上分隔的分子的第二分析物相关信号。 2.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含电学信号且所述第二分析物相关信号包含光学信号。 3.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光学信号且所述第二分析物相关信号包含光学信号。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自相同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 5.根据权利要求1到3中任一项所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 6.根据权利要求1所述的仪器，其中仪器进一步包含电源且其中所述控制单元控制施加于所述一个或多个电极的电力。 7.根据权利要求1到6中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制所述一个或多个电极的启动时长。 8.根据权利要求1到6中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进液滴在所述料筒中的移动。 9.根据权利要求8所述的仪器，其中所述移动包含将样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴。 10.根据权利要求9所述的仪器，其中所述移动包含将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元。 11.根据权利要求1到10中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的电学信号的电学检测单元。 12.根据权利要求11所述的仪器，其中所述电学检测单元包含连接到所述料筒接口的电路。 13.根据权利要求12所述的仪器，其中所述电路可操作地连接到用于记录所述电学信号的记录器，其中所述电学信号由以下产生：由分析物特异性酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质；或由酶对底物分子的作用而产生的电化学物质，其中所述酶共轭到特异性结合到所述分析物的抗体。 14.根据权利要求1到13中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含光学检测单元。 15.根据权利要求14所述的仪器，其中所述光学检测单元被配置成用于检测来自空间上分隔到单一井中的分子的光学信号。 16.根据权利要求14或15所述的仪器，其中所述光学检测单元被配置成用于检测来自空间上分隔到单一井中的单一分子的光学信号。 17.根据权利要求14到16中任一项所述的仪器，其中所述光学检测单元包含以下中的一者或多者的检测器：色度信号、浊度信号或荧光信号。 18.根据权利要求14到17中任一项所述的仪器，其中所述光学检测单元包含成像系统。 19.根据权利要求1到18中任一项所述的仪器，其中所述仪器包含处理器，所述处理器执行程序向所述控制单元发出指令，以启动和停用所述一个或多个电极并操作所述检测单元。 20.根据权利要求1到18中任一项所述的仪器，其中所述仪器被配置成进行以下中的两者或更多者：临床化学、免疫测定、单一分子的空间分隔、成像、凝集测定以及血液学。 21.根据权利要求1到20中任一项所述的仪器，其包含电学检测单元，所述电学检测单元包含被配置成用于检测来自包含电化学检测区域的料筒的工作电极的电学信号的电路；且包含光学检测单元，所述光学检测单元包含以下中的一者或多者：照相机、显微镜、电荷耦合器(CCD)、光谱仪、互补型金属氧化物半导体(CMOS)检测器、荧光计、色度计和浊度计。 22.根据权利要求1到21中任一项所述的仪器，其中所述电学检测单元检测选自由以下组成的组的电学信号：电流、电压、阻抗、电容、电荷、导电性、电阻或其组合。 23.一种料筒，其包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第一衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电学致动力；以及电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极。 24.根据权利要求23所述的料筒，其中所述工作电极和所述参考电极两个均安置于所述第一衬底或所述第二衬底的表面上，且其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分与安置于所述料筒中的所述间隙中的液滴电接触。 25.根据权利要求23所述的料筒，其中所述工作电极或所述参考电极中的一者安置于所述第一衬底的所述表面上且所述另一电极以面对配置安置于所述第二衬底的所述表面上，且其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分与安置于所述料筒中的所述间隙中的液滴电接触。 26.根据权利要求23到24中任一项所述的料筒，其中对液体液滴产生电学致动力的所述多个电极定位于所述第一衬底或所述第二衬底的表面上。 27.根据权利要求23到26中任一项所述的料筒，其进一步包含覆盖所述多个电极的第一层。 28.根据权利要求27所述的料筒，其中所述第一层包含介电层和/或疏水层。 29.根据权利要求27或28所述的料筒，其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分不被所述第一层覆盖。 30.根据权利要求27到29中任一项所述的料筒，其中所述第一层包含可光降解的材料，且其中所述第一层不覆盖所述工作电极和所述参考电极的一部分，这是由于所述第一层通过曝露于光而从所述工作电极和所述参考电极的所述部分去除。 31.根据权利要求21到30中任一项所述的料筒，其中所述工作和参考电极安置于毛细管通道中，所述毛细管通道被配置成对液滴施加毛细管力，进而使所述液滴移动到所述毛细管通道。 32.一种多功能料筒，其包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第一衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电学致动力；以及以下中的两者或更多者：电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极；光学检测区域，其包含用于单一分子检测的井阵列；以及光学检测区域，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并且被配置成用于所述液滴的光学探查。 33.根据权利要求32所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极。 34.根据权利要求32所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极；和光学检测区域，其包含用于单一分子检测的井阵列。 35.根据权利要求32所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极；和光学检测区域，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并且被配置成用于所述液滴的光学探查。 36.根据权利要求32所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：光学检测区域，其包含用于单一分子检测的井阵列。 37.根据权利要求32所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：光学检测区域，其包含用于单一分子检测的井阵列；和光学检测区域，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并且被配置成用于所述液滴的光学探查。 38.根据权利要求32到37中任一项所述的料筒，其进一步包含覆盖所述多个电极的第一层。 39.根据权利要求38所述的料筒，其中所述第一层包含介电层和/或疏水层。 40.一种用于检测样品中分析物的系统，所述系统包含：分析物检测仪器；和一个或多个分析物检测料筒，其中所述分析物检测仪器包含：控制单元；检测单元；以及料筒接口，其用于可操作地连接到所述一个或多个分析物检测料筒，其中所述控制单元被配置成用于控制一个或多个电极的启动以移动所述料筒中存在的液滴，其中所述检测单元被配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自料筒中空间上分隔的单一分子和/或来自料筒中空间上分隔的分子的第二分析物相关信号，其中所述一个或多个分析物检测料筒各自包含：多个电极，其响应于所述控制单元对液体液滴产生电学致动力；和至少一个检测区域，其用于产生来自料筒中的液滴或来自料筒中的空间上分隔的单一分子和/或空间上分隔的分子的分析物相关信号。 41.根据权利要求40所述的系统，其进一步包含试剂储槽，其中所述试剂储槽与所述料筒接口邻接或位于所述料筒上。 42.根据权利要求41所述的系统，其中所述仪器被程序化以从所述试剂储槽形成液滴并通过选择性地启动和停用所述多个电极来移动所述液滴。 43.根据权利要求40到42中任一项所述的系统，其中所述仪器被程序化以从引入到所述料筒中的样品形成至少一种样品液滴并通过选择性地启动和停用所述多个电极来移动所述样品液滴。 44.根据权利要求40到43中任一项所述的系统，其中所述试剂储槽包含试剂，所述试剂包含对所述样品中的所述分析物具有特异性的酶，其中所述酶作用于所述分析物以产生反应产物，所述反应产物产生电学或光学信号。 45.根据权利要求41所述的系统，其中所述试剂进一步包含氧化还原介体。 46.根据权利要求42到45中任一项所述的系统，其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第一结合成员，其中所述第一结合成员附着于珠粒。 47.根据权利要求46所述的系统，其中所述第一结合成员为抗体。 48.根据权利要求46或47所述的系统，其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第二结合成员，其中所述第二结合成员附着于酶。 49.根据权利要求48所述的系统，其中所述第二结合成员为抗体。 50.根据权利要求48或49所述的系统，其中所述酶作用于底物以产生与电学信号或光学信号相关的反应产物。 51.根据权利要求40到44中任一项所述的系统，其中所述料筒接口包含用于容纳所述料筒的插入槽，其中所述料筒包含： (i)电学检测区域，所述电学检测区域包含：工作电极和参考电极，其用于检测来自当分析物存在于所述样品中时所产生的电化学物质的电学信号；或 (ii)光学检测区域，所述光学检测区域包含用于容纳用于检测所述分析物的至少一个珠粒的井阵列。 52.根据权利要求51所述的系统，其中所述仪器包含多个插入槽。 53.根据权利要求52所述的系统，其中所述多个插入槽定位于转盘上。 54.根据权利要求40到47中任一项所述的系统，其中所述系统包含对于选择所述仪器的功能进行编程，其中所述功能是基于可操作地连接到所述仪器的所述料筒接口的料筒类型来选择的，其中所述功能选自用于处理所述样品的多个测定。 55.根据权利要求54所述的系统，其中当所述料筒包含电学检测区域时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生电学信号并经由所述电学检测单元检测所述电学信号。 56.根据权利要求55所述的系统，其中仪器接收待检测的所述分析物的指示并基于待检测的分析物的类型处理所述样品。 57.根据权利要求56所述的系统，其中所述指示由用户经由所述仪器的用户界面来提供或其中所述指示是经由所述料筒上存在的机器可读指示物来提供。 58.根据权利要求40到56中任一项所述的系统，其中当所述料筒包含光学检测区域时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生光学信号并经由所述光学检测单元检测所述光学信号。 59.根据权利要求40到58中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成用于检测全血样品中的分析物和/或全血样品的血浆部分。 60.根据权利要求40到58中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成用于检测全血样品的血浆部分中的分析物，其中所述全血样品的所述血浆部分使用料筒来产生，所述料筒包含用于从所述全血样品分离所述血浆部分的过滤器。 61.一种用于电化学检测样品中的分析物的方法，所述方法包含： (a)将所述样品引入到料筒中，所述料筒包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第二衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电学致动力；以及电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极； (b)致动所述多个电极以提供包含所述分析物的第一液体液滴； (c)致动所述多个电极以提供包含对所述分析物具有选择性的酶的第二液体液滴； (d)致动所述多个电极以合并所述第一液滴和所述第二液滴以产生混合物； (e)致动所述多个电极以将所述混合物的全部或一部分移动到所述电化学感测区域； (f)经由所述工作和参考电极检测由所述酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质的电学信号。 62.根据权利要求61所述的方法，其中所述第二液体液滴包含氧化还原介体。 63.根据权利要求61所述的方法，其进一步包含基于所述电学信号确定所述分析物的浓度。 64.根据权利要求61所述的方法，其中所述电化学感测区域位于毛细管区域中。 65.一种用于电化学检测样品中的分析物的方法，所述方法包含： (a)将所述样品引入到料筒中，所述料筒包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第二衬底分离；多个电极，其对液体液滴产生电学致动力；以及电化学物质感测区域，其包含工作电极和参考电极； (b)致动所述多个电极以提供包含所述分析物的第一液体液滴； (c)致动所述多个电极以提供包含固体衬底的第二液体液滴，所述固体衬底包含特异性结合到所述分析物的第一结合成员； (d)致动所述多个电极以合并所述第一液滴和所述第二液滴以产生混合物； (e)致动所述多个电极以将所述混合物的全部或一部分与第三液体液滴合并，所述第三液体液滴包含特异性结合到所述分析物的第二结合成员； (f)将所述固体衬底保持在适当位置，同时致动所述多个电极以去除任何未结合分析物和/或第二结合成员； (g)致动所述多个电极以使所述固体衬底与共轭到所述第二结合成员的所述酶的底物分子接触；以及 (h)经由所述工作和参考电极检测由所述酶对所述底物分子的作用而产生的电化学物质的电学信号。 66.根据权利要求65所述的方法，其中所述方法包含在步骤(g)和(h)之前将来自步骤(f)的包含所述固体第二衬底的液体液滴移动到所述电化学感测区域。 67.根据权利要求65所述的方法，其中所述方法包含将来自步骤(g)的包含所述固体第二衬底和酶底物的液体液滴移动到所述电化学感测区域。 68.根据权利要求65到67中任一项所述的方法，其进一步包含基于所述电学信号确定所述分析物的浓度。 69.根据权利要求65到67中任一项所述的方法，其进一步包含使用单一料筒或不同的料筒对样品进行免疫测定。 70.根据权利要求69所述的方法，其包含空间上分隔的单一分子且光学检测所述分隔的单一分子以检测所述样品中分析物的存在。 71.一种用于使用仪器进行分析物检测的方法，其包含：提供包含料筒接口的分析物检测仪器，所述料筒接口用于可操作地连接到一个或多个分析物检测料筒；提供多个料筒，其具有对液体液滴产生电学致动力的多个电极；将第一料筒与所述仪器接合并检测来自料筒中液滴的分析物相关信号；和将第二料筒与所述仪器接合并检测来自料筒中的空间上分隔的单一分子和/或来自空间上分隔的分子的分析物相关信号。 72.一种方法，其使用单一系统同时或依序地进行至少两个测定。 73.根据权利要求72所述的方法，其中所述至少两个测定选自由以下组成的组： (a)一个临床化学测定和一个免疫测定； (b)两个临床化学测定； (c)两个免疫测定； (d)一个临床化学测定和一个血液学测定； (e)一个免疫测定和一个血液学测定； (f)两个血液学测定； (g)一个临床化学测定、免疫测定和一个血液学测定； (h)三个临床化学测定； (i)三个免疫测定； (j)两个临床化学测定和一个血液学测定； (k)两个免疫测定和一个血液学测定； (l)两个血液学测定和一个临床化学测定； (m)两个血液学测定和一个免疫测定；以及 (n)三个血液学测定。 74.根据权利要求72或73所述的方法，其中所述单一系统为根据权利要求1到22中任一项所述的仪器. 75.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：控制单元；检测单元；以及料筒接口，其用于可操作地连接到包含所述样品的一个或多个料筒，其中所述控制单元被配置成用于控制所述料筒中电极阵列的启动以用于移动所述料筒中存在的样品液滴，其中所述检测单元被配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自料筒中单一分子的第二分析物相关信号。 76.根据权利要求75所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光学或电学信号且所述第二分析物相关信号包含光学信号。 77.根据权利要求75所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光学或电学信号且所述第二分析物相关信号包含电学信号。 78.根据权利要求75到77中任一项所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自相同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 79.根据权利要求75到77中任一项所述的仪器，其中所述检测单元被配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 80.根据权利要求1所述的仪器，其中仪器进一步包含电源且其中所述控制单元控制施加于所述一个或多个电极的电力。 81.根据权利要求75到80中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制所述一个或多个电极的启动时长。 82.根据权利要求75到81中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制一个或多个电极的启动和停用顺序以促进液滴在所述料筒中的移动。 83.根据权利要求82所述的仪器，其中所述移动包含将样品液滴与试剂合并以产生合并液滴。 84.根据权利要求83所述的仪器，其中所述移动包含将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元。 85.根据权利要求75到84中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的电学信号的电学检测单元。 86.根据权利要求75到85中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的光学信号的光学检测单元。
所属类别：	发明专利