專利名稱：聲學(xué)－機(jī)械檢測系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用聲學(xué)-機(jī)械能來檢測一種或多種目標(biāo)生物分析物的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
與比如試管和玻片凝固酶試驗(yàn)之類傳統(tǒng)的臨床化驗(yàn)方法不同，本發(fā)明的檢測盒采用了集成傳感器。對于這里所使用的，“傳感器”指的是一種檢測至少一種物理性質(zhì)中的變化并響應(yīng)于可檢測的變化產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備。傳感器檢測變化的方式可包括，例如，電化學(xué)變化、光學(xué)變化、電光變化、聲學(xué)-機(jī)械變化等等。例如，電化學(xué)傳感器利用電勢和電流測量措施，而光學(xué)傳感器可利用吸光率、熒光性、發(fā)光性和衰減波。
對于聲學(xué)-機(jī)械傳感器的情況，很多生物分析物與載液相結(jié)合被引入傳感器。載液會(huì)不希望地降低聲學(xué)-機(jī)械檢測系統(tǒng)的靈敏度。此外，這種傳感器的選擇性會(huì)依賴于不能快速檢測的性質(zhì)，例如檢測樣品可能需要長時(shí)間培養(yǎng)或者發(fā)育。
為了解決這個(gè)問題，通過將目標(biāo)生物分析物粘合至例如檢測表面就能獲得選擇性。然而，已知目標(biāo)生物分析物選擇性地粘合至檢測表面會(huì)在所用傳感器依賴于聲學(xué)-機(jī)械能來檢測目標(biāo)生物分析物時(shí)產(chǎn)生一些問題。
沒有解決的一個(gè)技術(shù)問題是很多或大多生物分析物的尺寸和相對低的機(jī)械剛度的影響。這個(gè)問題在與剪切水平表面聲波檢測器相結(jié)合時(shí)特別麻煩。
剪切水平表面聲波傳感器被設(shè)計(jì)為沿著傳感器檢測表面的平面?zhèn)鞑ヂ晫W(xué)-機(jī)械能波。在一些系統(tǒng)中，波導(dǎo)可設(shè)在檢測表面處以使聲學(xué)-機(jī)械波停留在表面并增大傳感器的靈敏度(與無波導(dǎo)的傳感器相比)。這種改進(jìn)的剪切水平表面聲波經(jīng)常稱為Love波剪切水平表面聲波傳感器(“LSH-SAW傳感器”)。
這種傳感器與其中目標(biāo)分析物的尺寸相對較小的化學(xué)物質(zhì)和其它材料的檢測相相結(jié)合地使用。于是，目標(biāo)分析物很大程度上位于傳感器的有效波場內(nèi)(例如，對于在水中以103兆赫(MHZ)的頻率操作的傳感器而言為約60納米(nm))。
迄今還沒有認(rèn)識(shí)到的是，傳感器的有效波場相對于要檢測的生物分析物的尺寸明顯地受限。例如，例如呈單分子微生物形式的生物分析物可具有例如約1微米(1000nm)的典型直徑。然而，如上所述，傳感器的有效波場僅為約60nm。于是，目標(biāo)分析物的相當(dāng)部分可能位于傳感器的有效波場之外。
除了尺寸差異之外，目標(biāo)生物分析物經(jīng)常是填充有各種組分(包括水)的膜片。于是，在傳感器上的有效波場內(nèi)行進(jìn)的聲學(xué)-機(jī)械能對于全部生物分析物的影響會(huì)明顯地受限。在很多情況下，附著至這種傳感器表面上的目標(biāo)生物分析物就不能準(zhǔn)確地與用來將目標(biāo)分析物傳送至檢測器的液體介質(zhì)區(qū)分開。
盡管不希望受到理論的限制，但是理論上附著至檢測表面的生物分析物中機(jī)械剛度的相對缺乏(即其流體性質(zhì))會(huì)明顯地限制有效地結(jié)合至檢測表面的生物分析物的數(shù)量。換言之，盡管生物分析物可附著至檢測表面，但是生物分析物的相當(dāng)部分沒有聲學(xué)地或機(jī)械地結(jié)合至由傳感器所產(chǎn)生的聲學(xué)-機(jī)械波。于是，聲學(xué)-機(jī)械傳感器(例如LSH-SAW傳感器)有效地檢測目標(biāo)生物分析物是否存在的能力會(huì)嚴(yán)重地受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用來利用由傳感器所產(chǎn)生的聲學(xué)-機(jī)械能檢測試樣材料內(nèi)目標(biāo)生物分析物的檢測系統(tǒng)和方法，以及可用于所述系統(tǒng)和方法中的部件。聲學(xué)-機(jī)械能優(yōu)選地利用聲學(xué)-機(jī)械傳感器來提供，例如，比如剪切水平表面聲波傳感器(例如LSH-SAW傳感器)之類的表面聲波傳感器，盡管在一些情況下其它聲學(xué)-機(jī)械傳感器技術(shù)也可以與本發(fā)明的系統(tǒng)和方法相結(jié)合使用。
如上所述，在利用聲學(xué)機(jī)械能來檢測試樣材料內(nèi)是否存在目標(biāo)生物分析物時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題是，大部分目標(biāo)生物分析物有效地結(jié)合至檢測表面以使得傳感器的聲學(xué)-機(jī)械能以可檢測的方式起作用的能力。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和方法提供了多種用來改變試樣材料中目標(biāo)生物分析物有效質(zhì)量的技術(shù)。變性技術(shù)可包括例如，分餾或分解試樣材料中的目標(biāo)生物分析物(例如溶解目標(biāo)生物分析物)、將可檢測的質(zhì)量添加至目標(biāo)生物分析物或者改進(jìn)目標(biāo)生物分析物的結(jié)合(例如通過使用磁性顆粒)、將試樣材料暴露于在試樣材料內(nèi)從而在目標(biāo)生物分析物存在時(shí)引起至少可檢測的物理性質(zhì)的變化(例如粘性、彈性和/或粘彈性的變化)等。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有效質(zhì)量改變技術(shù)的使用可提供能在檢測各種目標(biāo)生物分析物時(shí)產(chǎn)生快速且準(zhǔn)確結(jié)果的聲學(xué)-機(jī)械生物傳感器。對于這里所使用的，“目標(biāo)生物分析物”可包括，例如，微生物(例如細(xì)菌、病毒、內(nèi)生孢子、真菌、原生動(dòng)物等)、蛋白質(zhì)、縮氨酸、氨基酸、脂肪酸、核酸、碳水化合物、激素、類固醇、類脂物、維生素等。
目標(biāo)生物分析物可以從試樣材料獲得，所述試樣材料包括或者就是通過任何適合方法獲得試樣并且很大程度上取決于要檢測的目標(biāo)生物分析物的類型。例如，試樣可以從通過例如收集生物組織和/或流體試樣(例如血液、尿、糞便、唾液、精液、膽汁、晶狀體液(ocular lensfluid)、關(guān)節(jié)液、腦髓液、膿液、汗液、滲出液、粘液、泌乳、皮膚、頭發(fā)、指甲等)而從對象(人類、動(dòng)物等)或其它來源獲得。換言之，試樣可以作為環(huán)境試樣、產(chǎn)品試樣、食品試樣等獲得。所獲得的試樣可以為液體、氣體、固體及其組合。
在傳送至本發(fā)明的系統(tǒng)和方法之前，試樣材料和/或試樣可受到前處理，例如稀釋粘性流體、濃縮、過濾、分餾、透析、加入試劑、化學(xué)處理等。
本發(fā)明系統(tǒng)和方法的可能優(yōu)點(diǎn)是，試樣材料(其可包括例如試樣、試劑、載液、緩沖劑等)以受控的方式帶給傳感器的檢測表面會(huì)改進(jìn)檢測和/或可再現(xiàn)性。
受控地給出可包括對試樣材料傳送至檢測表面進(jìn)行控制。控制優(yōu)選地利用基于模塊的輸入系統(tǒng)來提供，在所述輸入系統(tǒng)中，試樣材料(比如試樣、試劑、緩沖劑、洗滌材料等)能在選定時(shí)刻以選定速率按選定順序引入檢測盒。
受控地給出還可包括對越過檢測表面的流體流峰進(jìn)程進(jìn)行控制。對于這里所使用的，“流峰”指的是移動(dòng)越過檢測腔內(nèi)檢測表面的流體團(tuán)塊的前緣。對流峰進(jìn)程進(jìn)行控制的可能優(yōu)點(diǎn)是，優(yōu)選地所有檢測表面被試樣材料所浸濕，即優(yōu)選地減少或避免流體中可能會(huì)占據(jù)檢測表面一部分的氣泡或空隙。
受控地給出還可包括對通過檢測腔的體積流量進(jìn)行控制，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，這可以通過利用例如毛細(xì)力、多孔膜片、吸收介質(zhì)等將流體拉過檢測腔而實(shí)現(xiàn)。對試樣材料流過檢測表面的流率進(jìn)行控制可提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如如果流率太快，因?yàn)檫x擇性附著會(huì)降低或被組織，那么就不能準(zhǔn)確地檢測試樣材料中的目標(biāo)分析物。相反，如果流率過慢，可能會(huì)出現(xiàn)非目標(biāo)分析物或其它材料的過度非特定粘結(jié)，從而可能形成錯(cuò)誤的正信號(hào)。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還可包括密封模塊，其可選擇地結(jié)合入例如檢測盒以便于檢測盒內(nèi)不同目標(biāo)分析物的檢測。在使用前，模塊優(yōu)選地被密封以防止其內(nèi)的材料離開和/或防止模塊的內(nèi)部體積受到玷污。該模塊優(yōu)選地包括兩個(gè)或更多隔開的腔，不同的組分在被引向彼此和引至檢測盒之前可存儲(chǔ)在所述腔內(nèi)。不同組分的引入和混合連同引入檢測盒(并且最終引入傳感器)可利用模塊和致動(dòng)器進(jìn)行控制。很多不同組分的分離存儲(chǔ)可大大地提高可用來幫助檢測目標(biāo)分析物的材料的擱置壽命。一些應(yīng)當(dāng)在隔開的干燥條件下存儲(chǔ)的試劑可以包括，例如溶胞劑、纖維蛋白原、化驗(yàn)標(biāo)記顆粒(例如磁性顆粒)等。
模塊可由制造商(或者在一些情況下最終用戶)進(jìn)行選擇并附著至檢測盒。給最終用戶提供基本上基于使用而言定制檢測盒的靈活性就經(jīng)濟(jì)性和效率而言提供了另外的優(yōu)點(diǎn)。例如，根據(jù)最終用戶對檢測盒中模塊的選擇性組合，包含不同試劑、緩沖劑等的不同模塊可供應(yīng)至最終用戶以便對具體目標(biāo)分析物執(zhí)行特定的化驗(yàn)。
盡管這里所述的示例性實(shí)施例包括一單個(gè)傳感器，但是本發(fā)明的檢測盒可包括兩個(gè)或更多的傳感器，所述兩個(gè)或更多傳感器彼此間可基本上類似或不同。此外，根據(jù)本發(fā)明的檢測盒中的每個(gè)傳感器可包括兩個(gè)或更多的溝槽(例如檢測溝槽和基準(zhǔn)溝槽)?？蛇x地，不同的傳感器可用來提供檢測盒內(nèi)的檢測溝槽和基準(zhǔn)溝槽。如果提供了多個(gè)傳感器，那么它們可定位在檢測盒內(nèi)的同一檢測腔內(nèi)或不同檢測腔內(nèi)。
在一些實(shí)施例中，聲學(xué)-機(jī)械傳感器可包括提高的路徑長度。路徑長度提高的聲學(xué)一機(jī)械傳感器的可能優(yōu)點(diǎn)可包括，例如在存在試樣材料和/或目標(biāo)分析物時(shí)對于粘性、彈性和粘彈性變化的量級(jí)和狀態(tài)靈敏度增大。
本發(fā)明可與下述美國專利申請所述的各種材料、方法、系統(tǒng)、裝置等相結(jié)合地使用，這些美國專利申請的全部內(nèi)容以參考的方式結(jié)合于此。它們包括2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,162，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,178，2004年7月22日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/896,392，2003年11月14日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/713,174，2004年11月12日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/987,522，2003年11月14日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/714,053，2004年11月12日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/987,075，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,171，2004年10月7日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/960,491，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,177，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,176，與本申請同日提交的名稱為“Method of Enhancing Signal Detection of Cell-Wall Componentsof Cells(細(xì)胞的細(xì)胞壁組分的增強(qiáng)信號(hào)檢測的方法)”的________(代理公司編號(hào)No.59467US002)，與本申請同日提交的名稱為“SolublePolymers as Amine Capture Agents and Methods(作為胺捕獲劑的可溶聚合物及方法)”的________(代理公司編號(hào)No.59995US002)，與本申請同日提交的名稱為“Multifunctional Amine Capture Agents(多功能胺捕獲劑)”的_________(代理公司編號(hào)No.59996US002)，與本申請同日提交的名稱為“Estimating Propagation Velocity Through ASurface Acoustic Wave Sensor(通過表面聲波傳感器測定傳播速度)”的PCT申請No._________(代理公司編號(hào)No.58927WO003)，與本申請同日提交的名稱為“Surface Acoustic Wave Sensor Assemblies(表面聲波傳感器組件)”的PCT申請No._________(代理公司編號(hào)No.58928WO003)，與本申請同日提交的名稱為“Detection Cartridges，Modules，Systems and Methods(檢測盒、模塊、系統(tǒng)和方法)”的PCT申請No.________(代理公司編號(hào)No.560342WO003)，與本申請同日提交的名稱為“Acoustic Sensors and Methods(聲波傳感器及方法)”的PCT申請No._________(代理公司編號(hào)No.60209WO003)。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于檢測目標(biāo)生物分析物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有檢測表面的表面聲波傳感器；位于檢測表面上的捕獲劑，其中捕獲劑能選擇性地將目標(biāo)生物分析物附著至檢測表面；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的檢測腔，檢測腔包括由檢測表面和與檢測表面間隔開并與之相面對的相對表面所限定的體積，其中檢測腔的相對表面包括流峰控制部件；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的廢料腔，該廢料腔與檢測腔流體相通；用于驅(qū)動(dòng)剪切水平表面聲波傳感器的裝置；用于對來自表面聲波傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定是否目標(biāo)生物分析物結(jié)合至捕獲劑的裝置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用來檢測目標(biāo)生物分析物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括包括檢測表面的剪切水平表面聲波傳感器；位于檢測表面上的捕獲劑，其中捕獲劑能選擇性地將目標(biāo)生物分析物附著至檢測表面；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的檢測腔，檢測腔包括由檢測表面和與檢測表面間隔開并與之相面對的相對表面所限定的體積，其中檢測腔的相對表面包括流量控制部件；與檢測腔流體相通的廢料腔，其中吸收材料定位在廢料腔內(nèi)；位于檢測腔和廢料腔之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)；至少一個(gè)模塊，該模塊包括通過模塊端口附著至殼體的出口，該模塊端口通向殼體內(nèi)部體積，其中所述至少一個(gè)模塊包含位于腔內(nèi)的選定試劑，并且其中所述至少一個(gè)模塊包括將所述至少一個(gè)模塊的出口封閉起來的出口密封、位于所述至少一個(gè)模塊內(nèi)的柱塞，其中柱塞可從其中柱塞遠(yuǎn)離出口的裝載位置向其中柱塞靠近出口的卸載位置移動(dòng)，其中柱塞朝著出口的移動(dòng)使出口密封打開并將材料從所述至少一個(gè)模塊的腔通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積；結(jié)合至所述至少一個(gè)模塊的柱塞的致動(dòng)器，其中該致動(dòng)器能將柱塞從裝載位置移動(dòng)到卸載位置；用于驅(qū)動(dòng)剪切水平表面聲波傳感器的裝置；和用于對來自剪切水平表面聲波傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定是否目標(biāo)生物分析物結(jié)合至捕獲劑的裝置。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種利用本發(fā)明的系統(tǒng)檢測目標(biāo)生物分析物的方法，該方法包括將試樣材料與變性劑相接觸，其中試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物與變性劑相互作用以使得在試樣內(nèi)獲得變性的目標(biāo)生物分析物；通過將試樣傳送至檢測腔而使表面聲波設(shè)備的檢測表面與變性的試樣相接觸；將變性的目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面；和在檢測表面浸入液體時(shí)操作表面聲波設(shè)備來檢測附著的變性生物分析物。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種檢測生物分析物的方法，該方法包括分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物；將剪切水平表面聲波傳感器的檢測表面與包含在分餾的目標(biāo)生物分析物內(nèi)的試樣材料相接觸；將分餾的目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面；和在檢測表面浸入液體時(shí)操作剪切水平表面聲波傳感器以檢測附著的分餾目標(biāo)生物分析物。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種剪切水平表面聲波傳感器，其包括具有主表面的壓電基片；至少一個(gè)位于壓電基片主表面上的換能器，其中所述至少一個(gè)換能器在壓電基片的主表面上限定了聲學(xué)路徑，其中聲學(xué)路徑具有第一端和第二端；其中所述至少一個(gè)換能器包括位于壓電基片主表面上的接觸墊，其中接觸墊偏離聲學(xué)路徑的第一側(cè)并且位于聲學(xué)路徑的第一端和第二端之間，其中接觸墊通過導(dǎo)線連接至所述至少一個(gè)換能器。
下面將結(jié)合本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例描述本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和方法的這些和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性檢測系統(tǒng)的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性檢測盒的示意圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的包括流峰控制部件的相對表面的平面圖。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的透視圖。
圖4C是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的橫截視圖。
圖4D是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的橫截視圖。
圖4E是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的橫截視圖。
圖4F是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的橫截視圖。
圖5是一個(gè)呈疏水和親水區(qū)域形式的包括流峰控制部件的相對表面的平面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的平面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的包括流峰控制部件的相對表面的平面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性檢測盒的示意圖。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明通向檢測盒中廢料腔的一個(gè)可選的示例性開口的放大橫截視圖。
圖8B是圖8A所示部件的分解圖。
圖8C是檢測表面上包括兩個(gè)溝槽的聲學(xué)傳感器的放大平面圖，其中溝槽具有提高的聲學(xué)路徑長度。
圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明的檢測盒中檢測腔和廢料腔之間的一個(gè)可選連接，圖9B是圖9A中流道沿著線9B-9B所截取的橫截視圖。
圖10A是可與本發(fā)明相結(jié)合使用的一個(gè)示例性模塊的橫截圖。
圖10B是圖10A所示模塊在使用期間的橫截圖。
圖10C是在本發(fā)明的模塊內(nèi)坐在卸載位置的可選柱塞和末端放大的局部橫截視圖。
圖10D是沿著圖10C中線10D-10D所截取的橫截視圖。
圖11是可與本發(fā)明相結(jié)合使用的一個(gè)系統(tǒng)的示意圖。
圖12是可與本發(fā)明相結(jié)合使用的一個(gè)示例性聲學(xué)-機(jī)械傳感器的構(gòu)造的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在以下對本發(fā)明示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成本發(fā)明一部分的附圖，并且其中以舉例的方式示出了實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。要理解的是，也可以利用其它實(shí)施例并且在不偏離本發(fā)明范圍之下可以作出結(jié)構(gòu)變化。
有效變性(mass-modification)如這里所述，利用聲學(xué)-機(jī)械的生物傳感器有效地檢測試樣材料中目標(biāo)生物分析物依賴于試樣材料內(nèi)目標(biāo)生物分析物有效檢測量的變性。一些與本發(fā)明相結(jié)合使用的變性技術(shù)可包括，但并不限于，例如，分餾或分解試樣中的目標(biāo)生物分析物、將可檢測物質(zhì)增加到目標(biāo)生物分析物、將試樣暴露于一種在出現(xiàn)目標(biāo)生物分析物時(shí)在試樣種引起至少可檢測的物理性質(zhì)的變化的試劑。
分餾/分解與本發(fā)明系統(tǒng)和方法相結(jié)合的目標(biāo)生物分析物的變性優(yōu)選地可采用下面的形式例如，將目標(biāo)生物分析物分餾(或者不然的話分解)為更小的片斷或顆粒以使得更大百分比的目標(biāo)生物分析物能保留在聲學(xué)-機(jī)械傳感器的有效波場內(nèi)和/或與聲學(xué)-機(jī)械傳感器的檢測表面有效地結(jié)合。
分餾或分解可以化學(xué)方式、機(jī)械方式、電方式、熱方式或者兩種或更多這種技術(shù)的組合來完成。一些可能適合的化學(xué)分餾技術(shù)的例子可涉及，例如，使用一種或多種酶、高滲溶液、低滲溶液、除垢劑等。一些可能適合的機(jī)械分餾技術(shù)的例子可包括，例如，暴露于聲能、機(jī)械攪拌(例如在有小珠或其它顆粒的情況下以提高破碎效果)等。熱分餾可以通過例如加熱目標(biāo)生物制劑來進(jìn)行。其它分餾/分解技術(shù)也可以與本發(fā)明相結(jié)合地使用。
與本申請同日提交的名稱為“Method of Enhancing SignalDetection of Cell-Wall Components of Cells(細(xì)胞的細(xì)胞壁成分的改進(jìn)信號(hào)檢測的方法)”的美國專利申請No.______(代理公司編號(hào)No.59467US002)，描述了將溶胞作為可與本發(fā)明相結(jié)合使用的一種分餾目標(biāo)生物分析物的方法。
顆粒附著在另一方法中，與本發(fā)明的系統(tǒng)和方法相結(jié)合的目標(biāo)生物分析物的變性可采取利用與目標(biāo)生物分析物選擇性附著的例如磁性顆粒等將可檢測的物質(zhì)添加至目標(biāo)生物分析物。很多種顆?？筛街聊繕?biāo)生物分析物，例如無機(jī)顆粒、有機(jī)顆粒等。一些可能適合的顆粒可包括，例如，硅石、二氧化鈦、氧化鋁、膠乳等。顆粒的附著可以與分餾/分解技術(shù)相組合(其中例如顆?？梢愿街良?xì)胞壁的片段等)。在其它情況下，顆?？梢詥为?dú)地使用，即在沒有故意地分餾/分解目標(biāo)生物分析物的情況下。顆?？梢赃x擇性地附著至目標(biāo)生物分析物或者它們可以無選擇地附著至試樣內(nèi)的材料。
然而優(yōu)選地，附著至目標(biāo)生物分析物(或其片段)的顆?？梢允谴判缘囊允沟盟鼈兡苁艿酱艌龅淖饔谩Ｔ谶@樣的系統(tǒng)中，磁場可建立在檢測表面附近以使得變性的目標(biāo)生物分析物被吸引和附著至檢測表面，從而使得它們能在檢測表面處被聲學(xué)-機(jī)械傳感器所檢測。
磁性顆粒能以多種方式改進(jìn)目標(biāo)生物分析物的檢測。磁性顆?？捎脕碓诖艌龅淖饔孟买?qū)動(dòng)附著至檢測表面的目標(biāo)生物分析物，從而可能加速捕獲和/或增大捕獲效率。附著的磁性顆粒自身也可以給目標(biāo)生物分析物提供另外的質(zhì)量從而改善檢測，以及可能將另外的磁力添加至目標(biāo)生物分析物自身所施加的重力，如果在檢測過程中磁場是活動(dòng)的話。在其它情況下，磁性顆?？梢愿淖兡繕?biāo)生物分析物的機(jī)械剛度，從而可能使目標(biāo)生物分析物更易于被聲學(xué)-機(jī)械傳感器檢測到。
利用磁性顆粒的一般方法和形成磁性顆粒的方法在例如美國專利No.3,970,518(Giaever)、美國專利No.4,001,197(Mitchell等)和歐洲專利申請公開No.0016552(Widder等)中有描述。這些方法適于與本發(fā)明相結(jié)合地使用。
試樣的變性在又一方法中，變性可涉及將試樣暴露于一種試劑，如果存在著目標(biāo)生物分析物的話，該試劑導(dǎo)致試樣中至少可檢測的物理性質(zhì)的變化?？蓹z測的物理變化的特征可以為變性，因?yàn)槠淇梢詢?yōu)選地增大目標(biāo)生物分析物有效的可檢測量。這種變化可以是，例如，試樣與檢測表面相接觸的粘性、彈性和/或粘彈性的變化。盡管這些性質(zhì)中的變化在技術(shù)上并不視為質(zhì)量的變化，但是它們能改變試樣有效的可檢測量，因?yàn)槿绻环N或多種這樣的性質(zhì)發(fā)生變化的話，能更容易地檢測到定位在有效波場內(nèi)的物質(zhì)。
一些適合的變性技術(shù)的例子可以是，例如，與葡萄狀球菌相組合使用的纖維蛋白原，如例如2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,171和2004年10月7日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/960,491所述的。
聲學(xué)-機(jī)械傳感器本發(fā)明的系統(tǒng)和方法優(yōu)選地通過測量(或者不然的話探測)聲學(xué)-機(jī)械能以確定波衰減、相位變化、頻率變化和/或共振頻率變化來檢測試樣中是否存在著目標(biāo)生物分析物。
聲學(xué)-機(jī)械能可以利用例如壓電基表面聲波(SAW)設(shè)備來產(chǎn)生。例如如美國專利No.5,814,525(Renschler等)所述的，根據(jù)檢測模式，壓電基表面聲波設(shè)備的種類可以再細(xì)分為表面聲波(SAW)、聲板波(APM)或者石英晶體微量天平(QCM)設(shè)備。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用來檢測附著至檢測表面的目標(biāo)生物分析物。在另一些實(shí)施例中，這些系統(tǒng)可用來檢測液體(例如水溶液)中的物理變化，比如可表示目標(biāo)生物分析物存在的粘性、彈性和/或粘彈性的變化。表面波的傳播速度是能檢測與聲學(xué)-機(jī)械傳感器的檢測表面相接觸的介質(zhì)中比如質(zhì)量、彈性、粘彈性、傳導(dǎo)性和介電常數(shù)等變化的靈敏探測器。因而，這些(或者可能地其它)物理性質(zhì)中一個(gè)或多個(gè)的變化會(huì)導(dǎo)致表面聲波衰減中的變化。
APM設(shè)備基于與SAW設(shè)備類似的原理操作，除了所用聲波能用與液體相接觸的設(shè)備操作之外。類似地，施加于QCM(通常為AT-切片石英)設(shè)備上兩個(gè)相對電極的交流電壓誘導(dǎo)了其共振頻率與涂覆材料中質(zhì)量變化成比例地變化的厚度剪切波模式。
聲波傳播的方向(例如在平行于波導(dǎo)或者垂直于波導(dǎo)平面的一個(gè)平面中)可通過壓電材料的晶體切片(由此構(gòu)造生物傳感器)來確定。其中大部分聲波傳播進(jìn)出平面(例如Rayleigh波，大多數(shù)Lamb波)的SAW生物傳感器通常并不應(yīng)用于液體傳感應(yīng)用，其原因是與表面相接觸的液體的聲學(xué)阻尼。
對于液體樣品介質(zhì)，優(yōu)選地使用剪切水平表面聲波生物傳感器(SH-SAW)。SH-SAW傳感器通常由壓電材料構(gòu)造，所述壓電材料的晶體切片和朝向允許波傳播被旋轉(zhuǎn)至剪切水平模式，即平行于由波導(dǎo)所限定的平面，從而使得減少與檢測表面相接觸的液體的聲學(xué)阻尼損耗。剪切水平聲波可包括，例如厚度剪切模式(TSM)、聲板波(APM)、表面掠行體波(SSBW)、Love波、漏泄聲波(LSAW)和Bleustein-Gulyaev(BG)波。
尤其，Love波傳感器可包括支撐SH波模式(比如ST石英的SSBW或者36°YXLiTaO3的漏失波)的基片。這些模式優(yōu)選地可通過應(yīng)用薄的波導(dǎo)導(dǎo)波層而被轉(zhuǎn)換為Love波模式。這些波隨頻率而定并且如果導(dǎo)波層的剪切波速低于壓電基片的剪切波速的話就能產(chǎn)生。
波導(dǎo)材料優(yōu)選地是具有一個(gè)或多個(gè)下述性質(zhì)的材料低聲學(xué)損耗、低導(dǎo)電性、水和水溶液中的強(qiáng)度和穩(wěn)定性、相對低的聲速、疏水性、較高的分子量、較高的交聯(lián)等。在一個(gè)例子中，SiO2已經(jīng)被用作石英基片上的聲學(xué)波導(dǎo)層。其它熱塑性和交聯(lián)的聚合波導(dǎo)材料的例子包括，例如，環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛樹脂(例如NOVALAC)、聚酰亞胺、聚苯乙烯等。
可選地，QCM設(shè)備也能與液體樣品介質(zhì)一起使用。應(yīng)用聲學(xué)-機(jī)械設(shè)備和部件的生物傳感器在例如美國專利No.5,076,094(Frye等)，5,117,146(Martin等)，5,235,235(Martin等)，5,151,110(Bein等)，5,763,283(Cernosek等)，5,814,525(Renschler等)，5,836,203(Martin等)和6,232,139(Casalnuovo等)中有描述。剪切水平SAW設(shè)備能從不同的制造商獲得，比如新墨西哥州Albuquerque的Sandia公司。一些可與本發(fā)明相結(jié)合使用的SH-SAW生物傳感器也在Branch等在《Biosensors and Bioelectronics》上發(fā)表的文章“Low-level detection of aBacillus anthracis simulant using Love-wave biosensors on 36°YXLiTaO3(利用36°YXLiTaO3上的Love波生物傳感器低水平地檢測炭疽桿菌模擬)”(2003年8月22日收稿)中有描述。
這里所述的各個(gè)文獻(xiàn)都描述了可能適于驅(qū)動(dòng)本發(fā)明傳感器的裝置和用于對來自傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以便確定目標(biāo)材料是否附著至傳感器表面的裝置。
選擇性附著本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和方法優(yōu)選地可提供來用來將目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面或者附著至另一能結(jié)合至檢測表面的組分。不管目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面本身還是另一組分，優(yōu)選地結(jié)合至檢測表面的那些應(yīng)當(dāng)能利用聲學(xué)-機(jī)械能進(jìn)行檢測。
選擇性附著可通過多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。一些例子可包括，例如，抗原-抗體粘合、附著粘合(例如抗生物素蛋白生物素、鎳螯合物、谷胱甘肽-GST)、共價(jià)附著(例如吖內(nèi)酯、三氯三嗪、磷亞硝胺氯化三聚物或者N-磺酰氨羰基-酰胺化學(xué)物質(zhì))等。
目標(biāo)生物分析物的選擇性附著可以直接地實(shí)現(xiàn)，即目標(biāo)生物分析物自身可被選擇性地附著至檢測表面。一些這種直接地選擇性附著技術(shù)的例子包括使用捕獲劑，例如抗原-抗體粘合(其中目標(biāo)生物分析物自身包括粘合至固定在檢測表面上的抗體的抗原)、DNA捕獲等。
可選地，選擇性附著可選地為間接的，即目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至一個(gè)選擇性地附著或吸附至檢測表面的載體。間接地選擇性附著技術(shù)的一個(gè)例子包括，例如，將磁性顆粒選擇性地粘合至目標(biāo)生物分析物以使得目標(biāo)生物分析物能被磁性地吸附至檢測表面并保持在其上。
與選擇性附著相結(jié)合，優(yōu)選地本發(fā)明的系統(tǒng)和方法為其它生物分析物或材料很少地非特定粘合至例如檢測表面作準(zhǔn)備。非特定粘合會(huì)不利地影響利用本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和方法獲得的結(jié)果的準(zhǔn)確性。非特定粘合能以很多不同的方式解決。例如，將已知為可能帶來非特定粘合問題的生物分析物和材料在被引入檢測表面之前從試樣中移除。在另一方法中，堵塞技術(shù)可用來減少檢測表面上的非特定粘合。
因?yàn)檫x擇性附著通常取決于位于聲學(xué)-機(jī)械檢測表面上的涂層、層等，必須要注意，這些材料相對較薄并且不會(huì)將聲學(xué)-機(jī)械能衰減至阻止有效檢測的程度。
另一個(gè)與選擇性附著相關(guān)聯(lián)的問題是通常稱之為“固定”技術(shù)的使用，所述“固定”技術(shù)可用來將捕獲劑保持或固定在聲學(xué)-機(jī)械傳感器自身的表面上。本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和系統(tǒng)可涉及各種固定技術(shù)的使用。
如這里所述，一般方法是給聲學(xué)-機(jī)械傳感器設(shè)備的檢測表面涂覆或者不然的話提供捕獲劑，比如抗體、縮氨酸、適體或者任何其它對于目標(biāo)生物分析物具有高粘著力的捕獲劑。捕獲劑在表面上的表面覆蓋和包裝可確定傳感器的靈敏度。將捕獲劑交聯(lián)至傳感器檢測表面的化學(xué)固定可在捕獲劑的包裝中起作用，保存捕獲劑的活性(如果其是生物分子的話)，并且還可以有助于傳感器的可復(fù)制性和擱置壽命。
如果捕獲劑是蛋白質(zhì)或抗體，它們能一般地吸附至表面并喪失捕獲目標(biāo)生物分析物的能力(活性)。多種固定方法可與聲學(xué)-機(jī)械傳感器相結(jié)合地使用以實(shí)現(xiàn)高的產(chǎn)出、活性、擱置壽命和穩(wěn)定性的目標(biāo)。這些捕獲劑優(yōu)選地可利用戊二醛交聯(lián)化學(xué)、丙烯酰胺中的誘陷或者一般的交聯(lián)化學(xué)(比如碳化二亞胺、環(huán)氧化物、氰基溴化物等)來涂覆。
除了粘合至捕獲劑并仍保持其活性的化學(xué)之外，還有其它與本發(fā)明相結(jié)合使用的任何化學(xué)固定的表面特性需要考慮并且可與聲學(xué)-機(jī)械傳感器應(yīng)用相關(guān)。例如，化學(xué)固定優(yōu)選地可引起聲學(xué)-機(jī)械能的有限衰減以使得化學(xué)固定不會(huì)阻止傳感器產(chǎn)生可用數(shù)據(jù)?；瘜W(xué)固定還可以確定抗體或蛋白質(zhì)如何粘合至表面并且因此也確定了活動(dòng)捕獲位置的朝向?；瘜W(xué)固定優(yōu)選地提供了可復(fù)制的特點(diǎn)以從本發(fā)明的聲學(xué)-機(jī)械傳感器獲得可復(fù)制的數(shù)據(jù)和靈敏度。
一些可與本發(fā)明的系統(tǒng)和方法相結(jié)合使用的固定技術(shù)例如在以下文獻(xiàn)中描述2003年11月14日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/713,174，2004年11月12日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/987,522，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,162，2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,178，2004年7月22日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/896,392，2003年11月14日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/714,053，2004年11月12日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/987,075，與本申請同日提交的名稱為“Soluble Polymers as Amine Capture Agents and Methods(作為胺捕獲劑的可溶聚合物及方法)”的美國專利申請______(代理公司編號(hào)No.59995US002)，與本申請同日提交的名稱為“MultifunctionalAmine Capture Agents(多功能胺捕獲劑)”的美國專利申請_______(代理公司編號(hào)No.59996US002)，以及與本申請同日提交的名稱為“Acoustic Sensors and Methods(聲學(xué)傳感器及方法)”的PCT申請_____(代理公司編號(hào)No.60209WO003)。
固定方法可包括介于聲學(xué)-機(jī)械基片上的波導(dǎo)和固定層之間的粘結(jié)層(tie layer)。一個(gè)示例性的粘結(jié)層可以是例如鉆石狀玻璃，比如國際專利公開WO01/66820A1(David等)所述的。鉆石狀玻璃通?？紤]非晶材料，包括碳、硅，以及一種或多種選自于氫、氧、氟、硫、鈦或銅的元素。一些鉆石狀玻璃材料利用等離子體工藝由四亞甲基硅烷前體制成。疏水材料能在氧等離子體中進(jìn)一步處理以控制表面上的硅醇濃度。也可以使用其它粘結(jié)層，比如金。
鉆石狀玻璃的形式可以為薄膜或者另一層上的涂層或者基片中的材料。在一些應(yīng)用中，鉆石狀玻璃可以為具有至少30％重量碳、至少25％重量硅和達(dá)到45％重量氧氣的薄膜。這種膜可以是柔軟的和透明的。在一些多層基片中，鉆石狀玻璃沉積在鉆石狀碳層上。在一些實(shí)施例中，鉆石狀碳可以在多層基片中用作第二粘結(jié)層或者聚合層和鉆石狀玻璃層之間的底層。鉆石狀碳膜例如可以在等離子體反應(yīng)器中由乙炔制備。制備這些膜的其它方法在美國專利No.5,888,594和No.5,948,166(David等)以及M.David等在AlChE Journal第37卷第3期(1991年3月)的367-376頁的文章中有描述。
示例性的檢測系統(tǒng)/方法以下將結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)和方法的一些說明性的示例實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種檢測系統(tǒng)10的示意圖，其可包括呈變性劑22、試樣24以及洗滌緩沖劑26形式的輸入。這些組分可被引入例如預(yù)備腔(staging chamber)28，在該處這些組分可相互混合和/或彼此反應(yīng)以形成能被進(jìn)一步處理的試樣。例如，可以期望變性劑22和試樣24被引入預(yù)備腔28以允許變性劑22作用在試樣24上以使得試樣24內(nèi)的任何目標(biāo)生物分析物能被有效地變性。可選地，這些組分中的一種或多種可在一種或多種組分被引入制備腔28之前就出現(xiàn)在所述制備腔28中。
優(yōu)選地，變性劑22對于目標(biāo)生物分析物是選擇性的，即試樣24中的其它生物分析物不被變性劑22所改變。可選地，變性劑22可以是非選擇性的，即其可作用在試樣24中的很多生物分析物，而不管生物分析物是否是目標(biāo)生物分析物。
在一些實(shí)施例中，變性劑22優(yōu)選地可以是化學(xué)分餾劑，比如一種或多種酶、高深溶胞劑、低滲溶胞劑、除垢劑等。代替分餾，變性劑22可以通過將顆粒附著至目標(biāo)生物分析物來增加重量或者變性劑可用來基于試樣中一種或多種目標(biāo)生物分析物的出現(xiàn)(或不存在)而引起物理性質(zhì)的可檢測變化。例如，變性劑22可以是2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,171和2004年10月7日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/960,491中所述的系統(tǒng)/方法中的纖維蛋白原。
在試樣24中的目標(biāo)生物分析物變性之后，變性劑22和試樣24可以從預(yù)備腔28中移動(dòng)到檢測腔30，在該處目標(biāo)生物分析物能接觸檢測表面32。在所述系統(tǒng)中，檢測表面32的類型優(yōu)選地是其上具有捕獲劑以使得試樣中的目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面32。
在本發(fā)明的各種系統(tǒng)和方法中，例如圖1所示的，有益的是對試樣引入、流速和在檢測表面32上的停留時(shí)間提供一些控制。在一些情況下，例如，可以期望在試樣為液體形式時(shí)防止將氣泡引導(dǎo)至檢測表面32。另一試樣控制問題可以是例如控制試樣在檢測表面32上的流速。如果流速過快，可能會(huì)不能準(zhǔn)確地檢測試樣中的目標(biāo)生物分析物，因?yàn)檫x擇性附著會(huì)減少或被阻止。相反，如果流速過慢，會(huì)出現(xiàn)非目標(biāo)生物分析物或其它材料過度地非特定粘合至檢測表面32。
檢測表面上的流體控制可以通過很多技術(shù)來解決(單獨(dú)地或組合地)?？赡艿姆椒ò?，例如，表面流動(dòng)控制(利用溝槽或其它特征)、材料性質(zhì)(例如利用親水或疏水材料、涂層等)、利用多孔膜片來控制朝向或遠(yuǎn)離檢測表面的流動(dòng)等。
在試樣中的目標(biāo)生物分析物已經(jīng)駐留在檢測腔30中足夠的時(shí)間或者已經(jīng)移動(dòng)通過其中之后，洗滌緩沖劑26可引入檢測腔30以將未附著的生物分析物和其它材料從檢測腔30中移除。這些材料優(yōu)選地被移動(dòng)入與檢測腔30相連接的廢料腔36。
優(yōu)選地利用由控制模塊35操作的傳感器34來檢測選擇性地附著至檢測表面的任何目標(biāo)生物分析物?？刂颇K35優(yōu)選地可操作傳感器34以使得產(chǎn)生適合的聲學(xué)-機(jī)械能并且還監(jiān)控傳感器34以使得能確定檢測表面32上是否存在著目標(biāo)生物分析物。
驅(qū)動(dòng)和監(jiān)控聲學(xué)-機(jī)械傳感器(比如延遲線設(shè)備、共振器等)的技術(shù)和裝置的例子(比如可與本發(fā)明相結(jié)合使用的那些)可以在例如美國專利No.5,076,094(Frye等)、No.5,117,146(Martin等)、No.5,235,235(Martin等)、No.5,151,110(Bein等)、No.5,763,283(Cernosek等)、No.5,814,525(Renschler等)、No.5,836,203(Martin等)和No.6,232,139(Casalnuovo等)等中發(fā)現(xiàn)。還有一些例子在例如Branch等在《Biosensors and Bioelectronics》上發(fā)表的文章“Low-level detection of aBacillus anthracis simulant using Love-wave biosensors on 36°YXLiTaO3(利用36°YXLiTaO3上的Love波生物傳感器低水平地檢測炭疽桿菌模擬)”(2003年8月22日收稿)以及2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,177和與本申請同日提交的名稱為“Estimating Propagation Velocity Through A Surface Acoustic WaveSensor(通過表面聲波傳感器測定傳播速度)”的PCT申請No.______(代理公司編號(hào)No.58927WO003)中有描述。
圖2中示出了一種可選的示例性檢測系統(tǒng)110，并且其包括呈變性劑122、試樣124、洗滌緩沖劑126以及磁性顆粒127形式的輸入。這些組分可被引入例如預(yù)備腔128，在該處這些組分可相互混合和/或彼此反應(yīng)?？蛇x地，這些組分中的一種或多種可在一種或多種組分被引入預(yù)備腔128之前就出現(xiàn)在所述預(yù)備腔128中。
例如，可以期望變性劑122和試樣124被引入預(yù)備腔128以允許變性劑122作用在和/或附著至試樣124內(nèi)的目標(biāo)生物分析物。此后，磁性顆粒127可被引入預(yù)備腔128。磁性顆粒127優(yōu)選地可選擇性地附著至預(yù)備腔128內(nèi)的目標(biāo)生物分析物，盡管選擇性附著不是必須的。
在一些情況下，如上所述那樣，磁性顆粒127的使用自身可通過增加附著的目標(biāo)生物分析物的重量而用作變性劑。在這種系統(tǒng)中，磁性顆粒127可減少或消除對于圖2所示系統(tǒng)中分離的變性劑122的需要，如果僅僅是磁性顆粒127就足以提高傳感器的響應(yīng)的話。
生物分析物附著至例如磁性顆粒可以是通常在例如國際專利公開WO02/090565(Ritterband)和WO00/70040(Bitner等)所述的那樣，這兩項(xiàng)專利描述了使用成套的磁性珠子來集中細(xì)胞以及磁性響應(yīng)的顆粒。生物劑選擇性地附著至磁性顆粒(例如順磁性微滴)也在例如Kim等在《Biosensors and Bioelectronics》2003年第18期91-99頁上的文章“Impedance characterization of a piezoelectric immunosensor part IISalmonella typhimurium detection using magnetic enhancement(壓電免疫傳感器的阻抗特性第二章利用磁性改進(jìn)來檢測鼠傷寒沙門氏菌)”中有描述。
在試樣124中的目標(biāo)生物分析物附著至磁性顆粒127之后，試驗(yàn)材料(連同試樣124和相關(guān)磁性顆粒)可以從預(yù)備腔128中移動(dòng)到檢測腔130，在該處試樣材料中的目標(biāo)生物分析物能接觸檢測表面132。因?yàn)槟繕?biāo)生物分析物與磁性顆粒相結(jié)合，可以期望包括能在檢測表面132產(chǎn)生磁場的磁場發(fā)生器133以使得與磁性顆粒相結(jié)合的目標(biāo)生物分析物能保留在檢測表面上以便利用由控制器135所操作的傳感器134來檢測。換言之，檢測表面132附近由磁場提供的磁力可以將磁性顆粒(和附著的目標(biāo)生物分析物)拉動(dòng)至檢測表面132。磁場發(fā)生器133可以是能提供將磁性顆粒拉動(dòng)至檢測表面的磁場的任何適合設(shè)備，例如永磁體、電磁體等。
與目標(biāo)生物分析物相結(jié)合的磁性顆粒的使用可以通過例如比磁力不存在時(shí)更有效和/或更快速地將目標(biāo)生物分析物移動(dòng)至檢測表面132來改進(jìn)檢測。另外，如果在實(shí)際檢測過程中維持磁場(在產(chǎn)生和檢測聲能時(shí))，磁力也可以改進(jìn)目標(biāo)生物分析物的檢測。
如果檢測表面132包括位于其上的選擇性捕獲劑以使得在沒有磁場的情況下目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面132，那么通過去除磁場和洗滌檢測表面132，沒有承載任何目標(biāo)生物分析物(或由其承載)的磁性顆粒能從檢測表面132上移除。在沒有磁場的情況下洗滌檢測表面132優(yōu)選地可去除沒有承載任何目標(biāo)生物分析物(或由其承載)的磁性顆粒。而且，在借助于檢測表面132上的選擇性捕獲劑或試劑在沒有磁場的情況下進(jìn)行洗滌之后，目標(biāo)生物分析物(以及與其相結(jié)合的磁性顆粒)優(yōu)選地可保持在檢測表面132上。
移除不相關(guān)的磁性顆粒(即不與任何目標(biāo)生物分析物的磁性顆粒)的其它方法可以在引入相結(jié)合的磁性顆粒(即承載目標(biāo)生物分析物或由其所承載的磁性顆粒)之后進(jìn)行。
檢測盒盡管上面描述了可與本發(fā)明相結(jié)合使用的兩個(gè)示例性的系統(tǒng)，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述可以很好地適用于這些系統(tǒng)中的各種部件。這些部件包括例如圖3中示意性地示出的示例性檢測盒?？膳c例如檢測盒相結(jié)合使用的密封模塊的一個(gè)例子與圖11A&11B相結(jié)合地示出。密封模塊可用來存儲(chǔ)各種組分，比如分餾/分解劑、磁性顆粒、試劑、洗滌緩沖劑等，和/或?qū)⑺鼈円氡景l(fā)明的系統(tǒng)。與本申請同日提交的名稱為“Detection Cartridges，Modules，Systems and Methods(檢測盒、模塊、系統(tǒng)和方法)”的PCT申請No._____________(代理公司編號(hào)No.60342WO003)描述了可與本發(fā)明相結(jié)合使用的檢測盒和/或模塊的其它特點(diǎn)。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可使用包括集成傳感器和流體控制部件的檢測盒，所述流體控制部件幫助試樣分析物選擇性地傳送至傳感器。尤其，圖3中示例性地示出的示例性檢測盒210包括預(yù)備腔220、檢測腔230、廢料腔240、傳感器250、體積流量控制部件270和模塊280。通常，圖3的檢測盒210可描述為具有包括預(yù)備腔220、檢測腔230和廢料腔240的內(nèi)部體積，并且這些不同的腔限定了從預(yù)備腔220通過檢測腔230并進(jìn)入廢料腔240的向下流動(dòng)方向。于是，檢測腔230可描述為在廢料腔240的上游并且預(yù)備腔220可描述為在檢測腔230的上游。并非所有與本發(fā)明相結(jié)合使用的檢測盒都必須包括包含在圖3所示檢測盒210中的部件的組合。
檢測盒210的檢測腔230優(yōu)選地限定了介于傳感器250的檢測表面和與傳感器250的檢測表面相對地定位的相對表面260之間的內(nèi)部體積。檢測腔230優(yōu)選地可設(shè)有側(cè)壁或限定檢測腔230內(nèi)部體積其余部分的其它結(jié)構(gòu)(即檢測腔230不是由傳感器250的檢測表面和相對表面260所限定的部分)。
圖1中還示出了連接器254，其優(yōu)選地可操地連接至傳感器250以將例如動(dòng)力供應(yīng)到傳感器250。連接器254優(yōu)選地將電能供應(yīng)至傳感器250，盡管在一些實(shí)施例中連接器可用來供應(yīng)光能或操作傳感器250所需的任何其它形式能量。連接器254還可用來將傳感器250連接到控制器或其它可將控制信號(hào)供應(yīng)至傳感器250或者可從傳感器250接收信號(hào)的系統(tǒng)。如果需要，連接器254(或另外的連接器)可操作地連接至其它部件，比如閥、流體監(jiān)控器、溫控元件(以提供加熱和/或冷卻)、溫度傳感器以及其它可作為檢測盒210一部分而包括在內(nèi)的設(shè)備。
除了檢測腔230之外，圖3所示的檢測盒210還包括可選的廢料腔240，材料在離開檢測腔230之后流入所述廢料腔240中。廢料腔240可通過體積流量控制部件270與檢測腔230流體相通，所述體積流量控制部件270能用來控制來自檢測腔230的試樣材料流入廢料腔240的速度。體積流量控制部件270優(yōu)選地可提供足以將流體拉動(dòng)通過檢測腔230并將其移動(dòng)進(jìn)入廢料腔240的壓降。在這里所述的各個(gè)示例性實(shí)施例中，體積流量控制部件270可以包括一個(gè)或多個(gè)下述部件一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)孔道、多孔膜片、吸收材料、真空源等。在各個(gè)實(shí)施例中，這些不同的部件根據(jù)它們?nèi)绾闻渲迷诤?10內(nèi)以及配置在何處可限制或增大流速。例如，毛細(xì)結(jié)構(gòu)可設(shè)在檢測腔230和廢料腔240之間以限制從檢測腔230進(jìn)入廢料腔240的流動(dòng)，如果例如廢料腔240包括在沒有毛細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)導(dǎo)致過高流速的吸收材料的話。
圖3所示出的另一部件是孔口278，其優(yōu)選地可提供來在其處于打開狀態(tài)時(shí)將檢測盒210的內(nèi)部體積布置為與環(huán)境大氣((即檢測盒210所處的環(huán)境)流體相通?？卓?78優(yōu)選地還可具有封閉狀態(tài)，其中基本上消除了流過孔口278的流體流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，孔口278的封閉可有效地中止或停止通過檢測盒210內(nèi)部體積的流體流動(dòng)。盡管示出為通入廢料腔2140，但是可提供一個(gè)或多個(gè)孔口并且它們可直接連接至檢測盒210內(nèi)的任何適合位置，例如預(yù)備腔220、檢測腔230等?？卓?78可呈任何適合的形式，例如一個(gè)或多個(gè)空隙、管、配件等。
孔口278可包括封閉元件279，封閉元件的形式包括密封、封蓋、閥或其它打開、封閉或調(diào)節(jié)孔口打開大小的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，封閉元件279可用來打開或封閉孔口。在其它實(shí)施例中，封閉元件279是可調(diào)節(jié)的以使得孔口打開的大小可被調(diào)節(jié)至介于完全封閉和完全打開之間的一個(gè)大小以調(diào)節(jié)通過檢測盒210的液流流速。例如，增大孔口打開的大小會(huì)增大液流流速，而限制孔口打開的大小會(huì)導(dǎo)致通過檢測盒210(例如通過預(yù)備腔220、檢測腔230等)內(nèi)部體積的液流流速可控的減小。如果孔口278包括多個(gè)孔，可以打開或封閉孔之中的一個(gè)或多個(gè)等。
盡管通過體積流量控制部件270可控制移動(dòng)通過檢測腔230的體積流速，優(yōu)選地是對通過檢測腔230的流峰進(jìn)程進(jìn)行控制。流峰進(jìn)程控制可有助于確保傳感器250的檢測表面暴露在檢測腔230內(nèi)的所有部分被試樣材料所覆蓋或被其弄濕以使得不會(huì)形成氣泡或空隙。優(yōu)選地，例如通過檢測腔230的流峰進(jìn)程呈與通過檢測腔230的流動(dòng)方向垂直的大致直線形。
在圖3所示的示例性實(shí)施例中，流峰控制部件優(yōu)選地可提供在相對表面260之中或之上。如果傳感器250依賴于會(huì)受到檢測表面形狀和/或成分影響的物理性質(zhì)時(shí)(例如如果檢測表面是依賴于傳輸通過波導(dǎo)的聲能的傳感器的一部分時(shí)，所述波導(dǎo)構(gòu)成檢測表面或位于檢測表面下面)，尤其如此。物理結(jié)構(gòu)的不連續(xù)或布置在檢測表面上的不同材料例如會(huì)導(dǎo)致聲能在檢測表面上以不會(huì)有助于檢測腔230內(nèi)目標(biāo)分析物的準(zhǔn)確檢測的方式傳播。其它傳感器技術(shù)，例如光學(xué)等，也可以利用本身不包括物理結(jié)構(gòu)或不同材料組合的檢測表面更好地實(shí)施以控制檢測腔內(nèi)的流體流峰進(jìn)程。
考慮到上述問題，優(yōu)選地在檢測腔230的相對表面260之中或之上提供流峰控制部件以幫助對傳感器250的檢測表面進(jìn)行液流進(jìn)程控制。流峰控制優(yōu)選地對試樣材料在檢測表面上的進(jìn)程提供控制同時(shí)還減小或防止檢測表面上氣泡的形成(或保留)。
設(shè)在相對表面260上的流峰控制部件優(yōu)選地是被動(dòng)的，即它們在流體移動(dòng)通過檢測腔230時(shí)無需任何外部輸入或能量來操作。流峰控制部件優(yōu)選地還可以在很寬范圍的可通過檢測腔230的試樣體積(例如處于10微升或更小范圍內(nèi)的較小試樣體積直到5微升或更大的較大試樣體積)之上操作。
優(yōu)選地，相對表面260和傳感器250的檢測表面彼此間隔開以使得相對表面260(以及位于其上的任何部件)不會(huì)與傳感器250的檢測表面相接觸。至于聲學(xué)傳感器，相對表面260更加靠近傳感器的檢測表面會(huì)不利地影響傳感器操作的性質(zhì)。例如，優(yōu)選地傳感器250的檢測表面和相對表面260的最低部件之間的間隔為20微米或更大，或者更優(yōu)選地為50微米或更大。為了有效地進(jìn)行流峰控制，優(yōu)選地相對表面260的最低部件和傳感器250的檢測表面為10毫米，可選地為1毫米或更小，在一些情況下為500微米或更小，并且在另一些情況下為250微米或更小。
在一類流峰控制部件中，相對表面260可包括比如溝槽、柱等可用來對通過檢測腔230的流體流動(dòng)進(jìn)行控制的物理結(jié)構(gòu)。不管具體的物理結(jié)構(gòu)如何，優(yōu)選地尺寸足夠大以使得通過檢測腔的流峰進(jìn)程受到相當(dāng)?shù)挠绊憽D4A-4F示出了多種可用來控制流體流峰進(jìn)程的物理結(jié)構(gòu)。
圖4A是相對表面260a上可提供流峰控制的一種物理結(jié)構(gòu)的平面圖。該物理結(jié)構(gòu)包括多個(gè)離散結(jié)構(gòu)262a，例如支柱、嵌入或附著的珠子等，它們布置在相對表面260a上且從將離散結(jié)構(gòu)262a分開的凸出區(qū)域264a突出。離散結(jié)構(gòu)262a可以任何形狀提供，例如圓柱形、直角棱形、三棱形、半球形等。不同結(jié)構(gòu)262a的高度、大小、間隔和/或布置可以根據(jù)流體粘度和/或相對表面260a和檢測腔內(nèi)檢測表面之間的間隔進(jìn)行選擇以提供期望的流峰控制。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)262a可用與相對表面260a上介于結(jié)構(gòu)262a之間的凸出區(qū)域264a相同的材料制造，或者可選地，結(jié)構(gòu)262a可用一種或多種與結(jié)構(gòu)262a之間的凸出區(qū)域264a不同的材料制造。
圖4B示出了可與相對表面260b相結(jié)合提供的物理結(jié)構(gòu)的另一種示例性實(shí)施例。物理結(jié)構(gòu)的形式為形成于相對表面260b中的三角形溝槽262b，并且每個(gè)溝槽262b包括位于谷266b任一側(cè)上的兩個(gè)峰264b。盡管所示出的溝槽262b平行并且在垂直于期望流體流動(dòng)(參見圖4B中的箭頭261b)的直線上延伸，但是可以理解的是，任何這些特征的變化都可以使用，如果它們有助于獲得跨過檢測表面的期望流體流動(dòng)的話。溝槽262b可以尺寸不規(guī)則、形狀不規(guī)則、間隔不規(guī)則、直線的、彎曲的、與流體流動(dòng)以90度之外的角度定向等。例如，相鄰溝槽262b可彼此緊鄰，如圖4B所示。而且，盡管溝槽262b具有三角形橫截面形狀，但是與本發(fā)明相結(jié)合使用的溝槽可具有任何橫截面形狀，例如弓形、矩形、梯形、半球形等以及它們的組合。
在其它實(shí)施例中，溝槽可被峰之間的凸出區(qū)域所分離或者包括具有凸出區(qū)域的谷(即沒有達(dá)到底部并且然后立即向上轉(zhuǎn)向至相鄰峰)。凸出區(qū)域可以是平狀的或者按照期望采取其它形狀。圖4C中示出了一個(gè)這樣的變化，其中相對表面260c中的溝槽262c設(shè)有將相對表面260c上的溝槽262c分開的凸出區(qū)域264c。
圖4D示出了相對表面260d上可用于流峰控制的物理結(jié)構(gòu)的另一變化。該物理結(jié)構(gòu)提供為溝槽262d形。相對表面260d的溝槽262d具有不同的形狀，即與圖4B和3C的三角形溝槽相反，更加矩形或梯形，包括壁263d和頂部265d。
盡管溝槽262d的形狀更加矩形，但優(yōu)選地每個(gè)溝槽262d前緣處的壁263d與向上導(dǎo)向至溝槽262d的表面264d形成一個(gè)小于270度的角度θ。如這里所使用的，溝槽的“前緣”就是檢測表面上向下移動(dòng)的液體所最先遇到的邊緣。限制角度θ可提高進(jìn)入溝槽262d的流體流動(dòng)，因?yàn)榍熬壧幍谋?63d和表面264d之間更高的角度會(huì)阻止流體流峰進(jìn)程。由于它們?nèi)切涡螤畹膬?yōu)點(diǎn)，圖4B&4C中相對表面中的溝槽固有的具有有利于流體流動(dòng)進(jìn)入溝槽的角度。
圖4E示出了相對表面260e的另一實(shí)施例，其包括具有弓形(例如半球形)輪廓的溝槽262e，所述溝槽也提供了小于270度的進(jìn)入角以便優(yōu)選地也促進(jìn)流體流動(dòng)進(jìn)入溝槽262e。溝槽262e優(yōu)選地可被如圖4E所示出的凸出區(qū)域264e所分離。
除了上述針對圖4A-4E的變化之外，另一變化可以是兩種或更多不同形狀的溝槽可提供在一個(gè)相對表面上，例如三角形、矩形、半球形等的混合可提供在同一相對表面上。
圖4F示出了相對表面260F的又一變化，其包括控制檢測腔內(nèi)流體流峰的物理結(jié)構(gòu)。所示表面260f包括呈三棱錐形式的離散結(jié)構(gòu)，所述三棱錐由一系列沿著和/或平行于軸線265f、266f和267f形成于表面260f中的三角形溝槽所形成。優(yōu)選地，至少一個(gè)溝槽形成于與流體流動(dòng)方向(如箭頭261f所示)大致垂直的方向上，例如，沿著和/或平行軸線266f的溝槽。與沿著軸線265f和267f的傾斜溝槽一起，沿著和/或平行于軸線266f的垂直溝槽優(yōu)選地可形成每個(gè)棱錐結(jié)構(gòu)上的表面。盡管所示棱錐結(jié)構(gòu)具有三角形底面，但是棱錐形結(jié)構(gòu)可以具有四個(gè)或多個(gè)表面，如果希望如此的話。
再參照圖3，通過檢測腔230的流峰控制也可以在不使用物理結(jié)構(gòu)之下實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，流峰控制可以通過使用位于相對表面260上的親水和/或疏水材料來實(shí)現(xiàn)。圖5是相對表面360的平面圖，其包括占據(jù)相對表面360局部的疏水材料區(qū)域362和親水材料區(qū)域364。區(qū)域362和364優(yōu)選地可提供為與如箭頭361所示通過檢測腔的流動(dòng)方向(即從檢測腔的輸入端到輸出端)大致垂直地定向的連續(xù)條帶，不過也可以使用其它親水/疏水圖案。用于區(qū)域362和/或364的親水和/或疏水材料可以涂覆或以其它方式提供在相對表面360上。在一些情況下，用來構(gòu)成相對表面360的材料本身可以考慮親水的而更加疏水的材料定位在相對表面360的選擇部分上(或者相反，即用來構(gòu)成相對表面360的材料是疏水的并且該表面的區(qū)域可涂覆或以其它方式處理以在相對表面上提供親水區(qū)域)。
通常，固體表面被液體浸濕的敏感性的特征在于液體在沉積于水平布置表面上且穩(wěn)定在其上之后與固體表面所形成的接觸角。這有時(shí)也稱作“靜態(tài)平衡接觸角”，有時(shí)僅稱作“接觸角”。如美國專利No.6,372,954B1(Johnston等)和國際專利申請公開WO99/09923(Johnston等)所述，接觸角是一個(gè)介于在與表面接觸點(diǎn)處在表面上與液滴表面成切線的直線和表面平面之間的角度。其切線垂直于表面平面的液滴將具有90度的接觸角。
為了本發(fā)明的目的，表面的親水性/疏水性優(yōu)選地關(guān)于相對比例進(jìn)行確定以使得如果本發(fā)明的一個(gè)組分描述為具有疏水和親水表面，那么不同的表面不必是疏水的或親水的。在常規(guī)限制下兩個(gè)表面例如可以都是親水的，但是一個(gè)表面可以比另一個(gè)表面更少親水。相反，在常規(guī)限制下兩個(gè)表面例如可以都是疏水的，但是一個(gè)表面可以比另一個(gè)表面更少疏水。因此，“疏水”和“親水”區(qū)域可以按照相對接觸角進(jìn)行描述，例如對于20攝氏度時(shí)的水滴，兩個(gè)表面可顯示10度或更大(或者在一些情況下20度或更大)的接觸角差(即使兩個(gè)表面可常規(guī)地考慮疏水性或親水性)。換言之，本發(fā)明的疏水表面的接觸角可顯示為比親水表面的接觸角高10度或更大(或者在一些情況下20度或更大)(對于20攝氏度時(shí)水在水平表面上)。
如這里所用的，“親水”僅用來涉及材料的表面特性，即其被水溶液所浸濕，并且不會(huì)顯示是否材料吸收或吸附水溶液。因此，一種材料可稱為親水的，無論該材料的一層是水或水溶液不可滲透的或可滲透的。
圖6是可用于本發(fā)明的檢測腔中的相對表面460的另一實(shí)施例的平面圖。相對表面460包括呈溝槽形式的物理結(jié)構(gòu)462，所述溝槽優(yōu)選地定向?yàn)榇笾麓怪庇谕ㄟ^檢測腔的流動(dòng)方向。除了橫過腔室的溝槽462之外，相對表面460還包括在進(jìn)口端465處以扇形圖案朝著相對表面460的側(cè)面向外分叉的流動(dòng)導(dǎo)向器464。圖6所示的相對表面460還包括在相對表面460的出口端467朝著相對表面460的寬度中心向內(nèi)會(huì)聚的流動(dòng)導(dǎo)向器466。
在使用中，進(jìn)口端465處的流動(dòng)導(dǎo)向器464優(yōu)選地在流體進(jìn)入檢測腔時(shí)有助于將流峰在相對表面460的寬度上(并且因而也在具有相對表面460的檢測腔中)擴(kuò)展。在流體達(dá)到第一橫過腔室的溝槽462時(shí)，流峰優(yōu)選地停止在出口端467方向上的移動(dòng)，直到流峰擴(kuò)展過相對表面460的寬度。一旦流峰伸過相對表面460，其優(yōu)選地前進(jìn)到下一橫過腔室的溝槽462，在該處其再次中止直到流峰擴(kuò)展過相對表面460的寬度。
流峰以上一自然段所述的方式前進(jìn)，直到達(dá)到了相對表面460出口端附近的可選流動(dòng)導(dǎo)向器466。在該處，流動(dòng)優(yōu)選地被導(dǎo)向至檢測腔的出口端467，在出口端467處流動(dòng)能被導(dǎo)向至這里所述的廢料腔。
圖7所示的流動(dòng)控制部件包括相對表面560，該相對表面560包括其中一系列溝槽564與流體流動(dòng)方向(如箭頭561所示)不垂直地定向的進(jìn)入段562。優(yōu)選地，溝槽564從大致中分相對表面560寬度的中心軸線563分叉(其中寬度大致垂直于流動(dòng)方向561地測量)并且布置為大致V形，并且V形的寬度沿著流動(dòng)方向增大并且頂點(diǎn)位于開口的上游。相對表面560第二段中的溝槽566優(yōu)選地與流體流動(dòng)方向大致垂直地定向。這種布置有利于確保流體流動(dòng)到表面560的側(cè)面并且還可以將氣泡分流或?qū)蛑翙z測腔的邊緣，氣泡在該處不會(huì)妨礙檢測表面的操作。
這里所述的各種流峰控制方法可以組合地使用，雖然這里沒有明確描述。例如，優(yōu)選地使用相對表面上疏水和/或親水材料的選定區(qū)域與物理結(jié)構(gòu)(例如溝槽、離散突出結(jié)構(gòu)等)的組合以對通過本發(fā)明檢測腔的流峰進(jìn)程進(jìn)行控制。而且，盡管檢測腔530的內(nèi)部體積優(yōu)選地具有大致直線形狀，但是將能理解到，與本發(fā)明相結(jié)合使用的檢測腔可采取其它形式，例如圓柱形、弓形等。
返回圖3，也可以包括在檢測盒210內(nèi)的可選預(yù)備腔220可用來在試樣材料引入檢測腔230之前預(yù)備、混合或者保持試樣材料。預(yù)備腔220可采取任何適合的形式。在一些情況下，優(yōu)選地，在使用檢測盒210期間預(yù)備腔220的體積定位在檢測腔230之上(相對于重力而言)以使得在預(yù)備腔220中能在試樣材料中形成靜壓頭，這有助于其從預(yù)備腔220被動(dòng)地傳送到檢測腔230。
可選的端口222可設(shè)在預(yù)備腔220(或者通向盒210內(nèi)部的另一位置)以使得材料可通過例如注射器、吸管等引入盒210的內(nèi)部體積。如果提供了，那么端口222可借助于例如隔膜、閥盒/或其它結(jié)構(gòu)在材料插入盒210之前和/或之后進(jìn)行密封。在一些實(shí)施例中，端口222優(yōu)選地可包括例如設(shè)計(jì)來與試樣傳送設(shè)備(例如Luer鎖閉接頭、螺紋接頭等)相配合的外部結(jié)構(gòu)。盡管只是示出了一個(gè)端口222，但是應(yīng)當(dāng)理解的是也可以提供兩個(gè)或更多分離的端口。
在一些實(shí)施例中，預(yù)備腔220可通過流量控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)224(例如閥)與直接和檢測腔230流體相通相隔離。如果流量控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)224提供來將檢測腔230與預(yù)備腔220相隔離，那么預(yù)備腔220在將材料釋放入檢測腔230之前可能會(huì)更有效地用來存儲(chǔ)材料。在沒有流量控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)224之下，可以通過其它技術(shù)來獲得對于材料流入檢測腔230的一些控制，例如將盒210保持在其中重力、向心力等有助于將材料保持在預(yù)備腔220中的朝向直到它們傳送到檢測腔230是期望的。
圖3所示出的另一可選部件是流體監(jiān)控器227。流體監(jiān)控器227優(yōu)選地提供來主動(dòng)實(shí)時(shí)地監(jiān)控流體的存在、流速、流率等。流動(dòng)監(jiān)控器227可采取任何適合的形式，例如暴露于流體的電極，并且利用例如交流電進(jìn)行監(jiān)控以確定流動(dòng)特性和/或監(jiān)控器電極上流體的存在。另一種替代方案可涉及基于電容的流體監(jiān)控器，其無需與正被監(jiān)控的流體相接觸。
盡管示出為監(jiān)控檢測腔230，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，流體監(jiān)控器也可以定位在檢測盒210內(nèi)部體積內(nèi)的任何適合位置。例如，流體監(jiān)控器能位于預(yù)備腔220、廢料腔240等中。另外，可在盒210內(nèi)不同位置處布置多個(gè)流體監(jiān)控器。
流體監(jiān)控器227的可能優(yōu)點(diǎn)可包括，例如，響應(yīng)于由流體監(jiān)控器227所探測的狀態(tài)自動(dòng)地致動(dòng)試樣材料、試劑、洗滌緩沖劑等引入的能力，所述狀態(tài)用于反饋回路中以便例如操作與模塊280等相結(jié)合的致動(dòng)器290?？蛇x地，由流體監(jiān)控器227所探測的狀態(tài)能給操作者提供信號(hào)或反饋以便評估和/或動(dòng)作。對于一些應(yīng)用，例如診斷保健應(yīng)用，流體監(jiān)控器227可用來確保檢測盒正確地操作，即在可接受的參數(shù)內(nèi)接收流體。
利用流體監(jiān)控器227的反饋回路控制可以使用盒210外面的控制器來實(shí)現(xiàn)(參見例如圖11所示系統(tǒng)或者檢測盒中的嵌入式控制器(參見例如圖1&2))。在使用中，流體監(jiān)控器227可利用一個(gè)或多個(gè)模塊280和/或輸入端口222檢測一種或多種能用作將其它材料傳送入檢測盒210內(nèi)部(進(jìn)入例如預(yù)備腔220)的基礎(chǔ)的狀態(tài)。
除了端口222之外或者代替端口222，圖3中還示出了可優(yōu)選地用來將材料引入或傳送入盒210的可選模塊280。如所示，優(yōu)選地模塊280將材料傳送入預(yù)備腔220，盡管在一些情況下，它們也能將材料直接傳送入檢測腔230。模塊280可用來傳送很多不同的材料，盡管優(yōu)選地所傳送的材料包括至少一種液體組分以有助于材料從模塊280進(jìn)入盒210的移動(dòng)。能利用模塊280引入的材料例如有試樣材料、試劑、緩沖劑、洗滌材料等。對材料從模塊280引入盒210的控制可以以多種方式實(shí)現(xiàn)，例如模塊280可以通過密封、閥等與盒210隔離，所述密封、閥等能被打開以允許模塊280中的材料進(jìn)入盒210。
優(yōu)選地，模塊280可彼此獨(dú)立以使得包含在每個(gè)模塊280內(nèi)的材料能在選定時(shí)刻以選定速率按選定順序等引入檢測盒。在一些情況下，致動(dòng)器290可與每個(gè)模塊280相結(jié)合來將模塊280內(nèi)的材料移入盒210。致動(dòng)器290可基于模塊280的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇。致動(dòng)器290可手動(dòng)地操作或者它們也可以利用例如液動(dòng)、氣動(dòng)、螺線管、步進(jìn)電機(jī)等自動(dòng)化。盡管示出為檢測盒210的一個(gè)部件，但是致動(dòng)器290可以提供為這里所述的更大系統(tǒng)(其示例性實(shí)施例在圖1&2中示出)的一部分。
使用模塊280來傳送比如試劑、緩沖劑等材料的可能優(yōu)點(diǎn)是使盒210適于與很寬范圍的不同試樣材料、樣品等一起使用的可能。
已經(jīng)描述了圖3中示意性地示出的檢測盒210的各個(gè)方面，在圖8中還示出了包括預(yù)備腔620、檢測腔630和廢料腔640的檢測盒610的一個(gè)示例性實(shí)施例。檢測盒610包括殼體612和傳感器650，該傳感器具有暴露于檢測腔630內(nèi)的檢測表面652。
優(yōu)選地，傳感器650為聲學(xué)-機(jī)械傳感器，比如Love波剪切水平表面聲波傳感器。如所示，傳感器650優(yōu)選地可附著為使得，除了其周邊之外，傳感器650的背面654(即背離檢測腔650的表面)不會(huì)接觸到盒610內(nèi)的任何其它結(jié)構(gòu)。
可與本發(fā)明相結(jié)合使用的適于將聲學(xué)-機(jī)械傳感器附著在盒內(nèi)的一些可能的適合方法的例子可以在例如2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,176以及與本申請同日提交的名稱為“Surface Acoustic Wave Sensor Assemblies(表面聲波傳感器組件)”PCT專利申請No._________(代理公司編號(hào)No.58928US004)中找到。
在一些情況下，用于上述文獻(xiàn)中的過程可與包括接觸墊的聲學(xué)傳感器一起使用，所述接觸墊利用插入在傳感器接觸點(diǎn)和載體或支撐元件上的痕跡之間的Z軸線膠粘劑而暴露于傳感器上波導(dǎo)層的邊界外面，傳感器附著至所述載體或支撐元件。然而，可選地，這些文獻(xiàn)所述的方法可用來形成通過波導(dǎo)層的電連接，在該處Z軸膠粘劑和波導(dǎo)材料(例如玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Tg)和熔點(diǎn))的性質(zhì)是類似的。在這種過程中，波導(dǎo)材料無需從傳感器上接觸墊移除，并且Z軸膠粘劑中的導(dǎo)電顆粒通過傳感器接觸墊上的波導(dǎo)材料而形成電接觸。
優(yōu)選地，檢測表面652暴露在檢測腔630內(nèi)的部分定位為與流動(dòng)通過檢測腔630的試樣材料相接觸。優(yōu)選地，例如，檢測表面652定位在檢測腔630的底部(相對于重力而言)以使得流動(dòng)通過檢測腔630的材料至少由重力(如果不通過其它力的話)在檢測表面652的方向上推動(dòng)。
檢測腔630優(yōu)選地還包括與檢測表面652相對地定位的相對表面660。一個(gè)或多個(gè)不同的流峰控制部件優(yōu)選地可設(shè)在相對表面660上以幫助控制通過檢測腔630的流峰的進(jìn)程。這里討論了可能適合的流峰控制部件的很多例子。
優(yōu)選地，相對表面660和檢測表面652彼此間隔開以使得相對表面660(以及位于其上的任何突出部件)不會(huì)接觸到檢測表面652。至于聲學(xué)傳感器，太靠近會(huì)不利地影響傳感器操作的性質(zhì)，如果相對表面660干擾了檢測表面652上聲能的傳播的話。優(yōu)選地，例如，檢測表面652和相對表面660面對檢測表面652活動(dòng)部件的最低部分之間的間隔為20微米或更大，或者更優(yōu)選地50微米或更大。為了有效地控制流峰，優(yōu)選地，相對表面660的最低部件和檢測表面652之間的距離為10毫米，可選地1毫米或更小，在一些情況下為500微米或更小，并且在另一些情況下為250微米或更小。
圖8的盒610還包括廢料腔640，廢料腔640與檢測腔630流體相通并且供試樣材料在離開檢測腔630之后流入其中。盒610優(yōu)選地可包括插入在檢測腔630和廢料腔640之間流體路徑中的體積流量控制部件。體積流量控制部件優(yōu)選地可用來控制試樣材料從檢測腔630流入廢料腔640的速率。
盡管體積流量控制部件可采取很多不同的形式，在圖6所示的實(shí)施例中，其提供為開口672的形式，開口672上定位有呈多孔膜片674形式的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。除了多孔膜片674之外，許多吸收材料676定位在廢料腔640內(nèi)。
多孔膜片674優(yōu)選地提供從面對檢測腔630的側(cè)面到面對廢料腔640的側(cè)面的流體壓降。多孔膜片674優(yōu)選地幫助對從檢測腔630進(jìn)入廢料腔640的流動(dòng)速率進(jìn)行控制。壓降優(yōu)選地可通過多孔膜片674內(nèi)通道的毛細(xì)作用來提供。多孔膜片兩側(cè)的壓降通常是空隙大小和膜片厚度的函數(shù)。優(yōu)選地，多孔膜片的空隙大小范圍為例如0.2微米至50微米?？捎米鞫嗫啄て牟牧系囊恍┻m合的例子包括例如丙烯酸系共聚物、硝化纖維、聚偏氟乙稀(PVDF)、聚砜、聚醚砜、尼龍、聚碳酸酯、聚酯等。
參照圖8A&8B，示出了一種利用多孔膜片1474來對進(jìn)入廢料腔的流體流速進(jìn)行控制的可選結(jié)構(gòu)。開口1472包括一系列貫穿殼體材料形成的孔1471。開口1472優(yōu)選地可包括斜面1473以便通過避免可能會(huì)抑制流動(dòng)進(jìn)入和穿過開口1472的尖銳邊緣而優(yōu)選地幫助流體流動(dòng)穿過開口1472(可選地，也能使用圓角、圓化或平滑的邊緣等)。
多孔膜片1474由蓋板1475保持就位，蓋板1475在優(yōu)選實(shí)施例中可超聲焊接在孔1471之上并且多孔膜片1474定位在兩者之間。蓋板1475優(yōu)選地包括孔1479，由此流體可進(jìn)入廢料腔。蓋板1475的超聲焊接可通過使用位于開口1472周圍的能量導(dǎo)向器1477來輔助并且能量導(dǎo)向器1477的高度足以允許多孔膜片1474厚度的一些公差。在這種系統(tǒng)中，蓋板1475和能量導(dǎo)向器1477可有助于在不毀壞多孔膜片1474之下形成不漏流體的附著。也可以使用將膜片1474保持在開口1472上的其它技術(shù)，例如膠粘劑、熱焊接、溶胞劑熔接、機(jī)械夾持等。這些技術(shù)可與蓋板1475一起使用或者在沒有蓋板1475的情況下使用，即多孔膜片1474自身可直接附著至開口1472周圍的結(jié)構(gòu)。
再參照圖8，盡管膜片674可將流體從檢測腔630中拉出，但是流體中的表面張力可能會(huì)阻止流體從膜片674流出和進(jìn)入廢料腔640。于是，傾向于利用例如廢料腔640內(nèi)的流體負(fù)壓將流體從膜片674拉入廢料腔640。廢料腔640內(nèi)的流體負(fù)壓可利用多種技術(shù)來提供。一種用來提供廢料腔640內(nèi)流體負(fù)壓的技術(shù)可包括，例如，如圖8所示位于廢料腔640內(nèi)的吸收材料676。一種用來提供廢料腔640內(nèi)流體負(fù)壓的可選技術(shù)是廢料腔640內(nèi)的真空。也可以使用其它可選的技術(shù)。
優(yōu)選地，廢料腔640內(nèi)的流體負(fù)壓通過例如使用吸收材料或其它無需輸入能量的技術(shù)被動(dòng)地提供(如同例如維持廢料腔內(nèi)的真空)。一些可在設(shè)在廢料腔640內(nèi)的可能適合的吸收材料可包括(但并不限于此)泡沫(例如聚氨脂等)、顆粒材料(例如硅酸鋁、聚丙烯酸等)、粒狀材料(例如纖維素、木漿等)。
如果廢料腔640設(shè)有如圖8所示位于其中的吸收材料676，那么吸收材料優(yōu)選地與膜片674(或者如圖8A&8B所示蓋板1475中的任何孔1479)面對廢料腔640內(nèi)部的側(cè)面物理接觸。吸收材料676和膜片674之間的縫隙可限制或防止流體離開膜片674進(jìn)入廢料腔640，因?yàn)榘谀て?74中的流體內(nèi)存在著表面張力。
如果廢料腔640設(shè)有如圖8所示位于其中的吸收材料676，那么吸收材料優(yōu)選地與膜片674面對廢料腔640內(nèi)部的側(cè)面物理接觸。吸收材料676和膜片674之間的縫隙可限制或防止流體離開膜片674進(jìn)入廢料腔640，因?yàn)榘谀て?74中的流體內(nèi)存在著表面張力。
如果吸收材料676設(shè)在廢料腔640內(nèi)，那么有利的是提供多層吸收材料以控制進(jìn)入廢料腔640的體積流速。例如，第一層吸收材料可提供為靠近膜片674，并且第一層吸收材料具有典型的芯吸速率和有限的流體容量。在第一層吸收材料已經(jīng)加載到其能力之后，進(jìn)入廢料腔640的流體可被拉入具有不同芯吸速率的第二層吸收材料，從而可能在廢料腔640內(nèi)形成不同的負(fù)壓。
利用例如不同層的吸收材料來改變廢料腔640內(nèi)的負(fù)壓可用來補(bǔ)償盒610內(nèi)的其它變化，例如在試樣材料被拉過盒610時(shí)流體靜壓力的變化。也可以使用其它技術(shù)來補(bǔ)償流體靜壓力的變化，例如改變保持在廢料腔中的真空度、打開盒中的一個(gè)或多個(gè)孔等。
圖8所示實(shí)施例包括廢料腔640中的孔口678，該孔口678可布置為使廢料腔640的內(nèi)部體積與環(huán)境大氣相通。打開和/或封閉孔口678可用來控制流體流入廢料腔640并且因而通過盒610。此外，孔口678可用來降低廢料腔640內(nèi)的壓力，例如通過由孔口678引入真空等。
盡管示出為與廢料腔640直接流體相通，但是可提供一個(gè)或多個(gè)孔口并且它們可直接連接到通向檢測盒610內(nèi)部體積的任何適合位置，例如預(yù)備腔620、檢測腔630等?？卓?78可呈任何適合的形式，例如一個(gè)或多個(gè)孔隙、管、接頭等。
孔口678可包括呈密封、封蓋、閥或其它結(jié)構(gòu)的封閉元件679以便打開、封閉或調(diào)節(jié)孔口打開的小大。如果提供為密封，那么密封可膠粘地或者不然的話附著在孔口678之上或定位在孔口678內(nèi)。在一些實(shí)施例中，封閉元件679可用來打開或封閉孔口。在另一些實(shí)施例中，封閉件679是可調(diào)節(jié)的以使得孔口打開的大小可被調(diào)節(jié)至介于完全封閉和完全打開之間的至少一個(gè)大小以便調(diào)節(jié)通過檢測盒610的流體流速。例如，增大孔口打開的大小會(huì)增大流體流速，而限制孔口打開的大小會(huì)導(dǎo)致通過檢測盒610內(nèi)部體積的流體流速的可控降低，例如通過預(yù)備腔620、檢測腔630等。例如，孔口678可設(shè)有能用來調(diào)節(jié)孔口打開大小的流量限制器。如果孔口678包括多個(gè)孔，那么可打開或封閉孔之中的一個(gè)或多個(gè)以控制流體流動(dòng)等。
圖8C是可與本發(fā)明相結(jié)合使用的一個(gè)可能傳感器650的檢測表面652的視圖。盡管與檢測盒相結(jié)合地描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，圖8C所示的傳感器設(shè)計(jì)能用于任何聲學(xué)-機(jī)械傳感器。檢測表面652包括兩個(gè)溝槽653a和653b，其中每個(gè)分別包括一對交叉梳狀的換能器654a和654b，所述換能器類似于用來激勵(lì)聲學(xué)-機(jī)械傳感器中壓電基片的已知換能器。
然而，溝槽653a和653b與已知傳感器的不同之處在于，相對的換能器654a和654b之間測得的聲學(xué)路徑長度655得到提高，因?yàn)樵诿總€(gè)溝槽653a和653b中用來將電能傳送到換能器654a和654b的接觸墊656定位為離開限定在換能器654a和654b之間的聲學(xué)路徑的一側(cè)。因?yàn)榻佑|墊656定位為離開聲學(xué)路徑的一側(cè)，接觸墊656能定位在聲學(xué)路徑的兩端之間(如換能器654a和654b在每個(gè)溝槽653a和653b的每個(gè)端部處限定的)。接觸墊656由如圖8C所示的導(dǎo)線連接至電極654a和654b。
將接觸墊656定位離開每個(gè)溝槽653a和653b的聲學(xué)路徑的一側(cè)是有利的，因?yàn)槁晫W(xué)路徑長度能通過在給定檢測表面652上將換能器654a和654b移動(dòng)得更加遠(yuǎn)離而增大。在兩個(gè)溝槽653a和653b將要形成于同一檢測表面652上之處，優(yōu)選地接觸墊656并不位于溝槽653a和653b的兩個(gè)聲學(xué)路徑之間，而是如圖8C所示離開兩個(gè)聲學(xué)路徑(例如主要聲學(xué)路徑和次要聲學(xué)路徑)的側(cè)面。
盡管圖8C所示基片上的每個(gè)聲學(xué)路徑由一對通常為例如延遲線傳感器的換能器所限定，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，圖8C所示原理能在僅包括一個(gè)布置來作為共振設(shè)備操作的換能器的傳感器中實(shí)施。在這種設(shè)備中，連接至換能器的接觸墊優(yōu)選地將離開由所述一個(gè)換能器所限定的聲學(xué)路徑的一側(cè)并介于聲學(xué)路徑的端部之間。
圖9A&9B示出了包括檢測腔730局部和廢料腔740的可選檢測盒710的局部。在所示實(shí)施例中，廢料腔740和檢測腔730由呈流道770形式的毛細(xì)結(jié)構(gòu)所隔開，所述流道770包括一組優(yōu)選地通過毛細(xì)力將流體從檢測腔730中拉出的毛細(xì)溝槽772。毛細(xì)溝槽772的具體形狀可以不同于圖9B橫截面所示的形狀。而且，設(shè)在流道內(nèi)的毛細(xì)溝槽772的數(shù)目可從少至一個(gè)毛細(xì)溝槽變化到任何選定數(shù)目的多個(gè)毛細(xì)溝槽。
在圖9A&9B的實(shí)施例中，流道770優(yōu)選地可代替與圖8實(shí)施例相結(jié)合使用的多孔膜片。毛細(xì)溝槽770優(yōu)選地提供了希望水平的流體負(fù)壓以將流體從檢測腔730中拉出。
在一些情況下，優(yōu)選地同時(shí)提供多孔膜片和一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)溝槽以便在本發(fā)明的檢測盒中的檢測腔和廢料腔之間形成毛細(xì)結(jié)構(gòu)。比如管等其它毛細(xì)結(jié)構(gòu)也能替代這里所述的示例性實(shí)施例。
盡管毛細(xì)溝槽772可將流體從檢測腔730中拉出，但是流體中的表面張力會(huì)阻止流體流出流道770進(jìn)入廢料腔740。于是，優(yōu)選地利用例如廢料腔740中的流體負(fù)壓將流體從流道770拉入廢料腔740。廢料腔740中的流體負(fù)壓可利用多種技術(shù)提供。一種用來提供廢料腔740內(nèi)流體負(fù)壓的技術(shù)可包括，例如，如圖9A所示位于廢料腔740內(nèi)的吸收材料776。一種用來提供廢料腔740內(nèi)流體負(fù)壓的可選技術(shù)是廢料腔740內(nèi)的真空。也可以使用其它可選的技術(shù)。
優(yōu)選地，廢料腔740內(nèi)的流體負(fù)壓通過例如使用吸收材料或其它無需輸入能量的技術(shù)被動(dòng)地提供(如同例如維持廢料腔內(nèi)的真空)。在廢料腔內(nèi)使用吸收材料在上面已經(jīng)結(jié)合圖8所示實(shí)施例進(jìn)行了描述。
如果吸收材料用于廢料腔740內(nèi)，那么吸收材料優(yōu)選地與任何毛細(xì)溝槽772的端部相接觸以克服任何表面張力，否則表面張力會(huì)阻止流體離開毛細(xì)溝槽。
再參照圖8所示檢測盒，預(yù)備腔620可設(shè)在檢測腔630的上游。預(yù)備腔620可提供一個(gè)體積，各種組分可在進(jìn)入檢測腔630之前引入其中。盡管沒有描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，預(yù)備腔620能包括多種組分，比如一種或多種位于其中的試劑(例如弄干或者包含來在適合的時(shí)刻選擇性地釋放)、涂層(例如親水的、疏水的等)、結(jié)構(gòu)/形狀(例如可以減少/防止氣泡的形成、提高/產(chǎn)生混合等)。
而且，預(yù)備腔620和檢測腔630之間的流道可如圖8所示那樣打開。可選地，預(yù)備腔620和檢測腔630之間的流道可包括多個(gè)執(zhí)行一種或多種功能的部件，比如過濾(利用例如多孔膜片、大小排除結(jié)構(gòu)、珠子等)、流量控制(利用例如一個(gè)或多個(gè)閥、多孔膜片、毛細(xì)管或溝槽、流量限制器等)、涂層(例如親水的、疏水的等)、結(jié)構(gòu)/形狀(例如可以減少/防止氣泡的形成和/或傳送、提高混合等)。
圖8所示的另一可選部件是位于預(yù)備腔620和檢測腔630之間的流動(dòng)路徑中的流體監(jiān)控器627。流體監(jiān)控器627優(yōu)選地提供來主動(dòng)實(shí)時(shí)地監(jiān)控流體的存在、流速、流率等。流動(dòng)監(jiān)控器627可采取任何適合的形式，例如暴露于流體的電極，并且利用例如交流電進(jìn)行監(jiān)控以確定流動(dòng)特性和/或監(jiān)控器電極上流體的存在。另一種替代方案可涉及基于電容的流體監(jiān)控器，其無需與正被監(jiān)控的流體相接觸。
流體監(jiān)控器627的可能優(yōu)點(diǎn)可包括，例如，響應(yīng)于由流體監(jiān)控器627所探測的狀態(tài)自動(dòng)地致動(dòng)試樣材料、試劑、洗滌緩沖劑等引入的能力?？蛇x地，由流體監(jiān)控器627所探測的狀態(tài)能給操作者提供信號(hào)或反饋以便評估和/或動(dòng)作。對于一些應(yīng)用，例如診斷保健應(yīng)用，流體監(jiān)控器627可用來確保檢測盒正確地操作，即在可接受的參數(shù)內(nèi)接收流體。
利用流體監(jiān)控器627的反饋回路控制可以使用盒610外面的控制器來實(shí)現(xiàn)(參見例如圖11所示系統(tǒng)或者檢測盒中的嵌入式控制器(參見例如圖1&2))。在使用中，流體監(jiān)控器627可利用一個(gè)或多個(gè)模塊680檢測一種或多種能用作將其它材料傳送入檢測盒610內(nèi)部(進(jìn)入例如預(yù)備腔620)的基礎(chǔ)的狀態(tài)。
圖8所示的示例性檢測盒610包括兩個(gè)布置來將材料傳送入檢測盒610的預(yù)備腔620之中的模塊680。模塊680通過通向預(yù)備腔620的端口628來將材料傳送入預(yù)備腔620(應(yīng)當(dāng)理解為模塊680相對于預(yù)備腔620的定向或方向可與所示不同)。模塊680優(yōu)選地可通過膠粘劑624或者能在模塊680和模塊端口628之間提供不漏流體的適合密封的其它材料附著至模塊端口628。將模塊680附著至模塊端口628的任何適合技術(shù)都可以替代膠粘劑624。在一些情況下，模塊680可焊接(化學(xué)地、熱地、超聲地等)或者不然的話附著在模塊端口628上。在另一些情況下，模塊680可利用比如螺紋接頭、Luer鎖閉件等互補(bǔ)結(jié)構(gòu)連接至模塊端口。
盡管在別處描述了可用來將材料引入檢測盒610的模塊的其它示例性實(shí)施例，但是圖8所示的每個(gè)模塊680都包括位于開口682之上的密封689，該密封對準(zhǔn)在通向預(yù)備腔620的模塊端口628之上。每個(gè)模塊680還包括柱塞681，該柱塞限定了定位在密封689和柱塞681之間的腔686。在柱塞681用來將模塊680的內(nèi)容物傳送入預(yù)備腔620之前，將要傳送入預(yù)備腔620的材料通常定位在腔686中。
在所示實(shí)施例中，柱塞681優(yōu)選地設(shè)計(jì)為穿刺、撕裂或者不然的話打開密封689以允許模塊680內(nèi)的材料進(jìn)入預(yù)備腔620。所示柱塞681包括用于此目的的穿刺末端。應(yīng)當(dāng)理解的是，模塊680可選地能通過閥或者用來控制腔之間材料移動(dòng)的任何其它適合流體結(jié)構(gòu)而與預(yù)備腔620隔開。
圖8所示一個(gè)變化是上模塊680包括通向模塊680的腔686的端口690。端口690可用來將材料傳送入腔686以便隨后利用模塊680傳送至預(yù)備腔620。例如，端口690可用來將收集的樣品等引入模塊680，在該處樣品能隨后在選定的時(shí)刻和/或速率被引入預(yù)備腔620。另外，模塊680接收試樣材料的腔686可包括一種或多種在引入模塊680時(shí)與試樣材料相接觸的試劑或其它材料。盡管沒有描述，但是優(yōu)選地端口690在試樣材料引入模塊680之前和/或之后被密封。端口690可利用例如隔膜、閥、感應(yīng)焊接密封、封蓋和/或其它結(jié)構(gòu)在材料插入模塊680之前和/或之后進(jìn)行密封。
圖10A&10B所示的橫截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明可用來傳送試劑和/或其它材料的模塊880的一個(gè)示例性實(shí)施例。所示的示例性模塊880包括多個(gè)腔，每個(gè)腔可包含同樣或不同的材料并且每個(gè)腔優(yōu)選地可彼此密封。模塊880優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為使得不同腔內(nèi)的材料在被引向彼此時(shí)相互混合。
通過將不同的材料存儲(chǔ)在分離的腔內(nèi)，就可能在模塊880中提供優(yōu)選地在需要之前不會(huì)混合的材料。例如，一些物質(zhì)優(yōu)選地可在干燥狀態(tài)下存儲(chǔ)以便例如延長其擱置壽命、適用期等，從而提供可用產(chǎn)品。通過提供根據(jù)需要混合和/或分散這些材料的能力，本發(fā)明的模塊能為很多不同的材料提供方便的存儲(chǔ)和引入設(shè)備。
所示模塊880包括三個(gè)腔884、886和888。這些腔優(yōu)選地可由密封885(位于腔884和886之間)和密封887(位于腔886和888之間)隔開。所示模塊880還包括具有末端883的柱塞881，所述末端883在所示實(shí)施例中設(shè)計(jì)來在柱塞881從圖10A所示裝載位置(即模塊880的左端)移動(dòng)到卸載位置(即如圖10A中箭頭所示朝著出口882)時(shí)穿刺密封885和887。柱塞881優(yōu)選地包括O形環(huán)(所示)或者其它密封結(jié)構(gòu)以防止腔中的材料在相反方向上(即遠(yuǎn)離開口882)移動(dòng)過柱塞881。
圖10B示出了分配操作，其中柱塞881從圖10A的裝載位置移動(dòng)到卸載位置的中間狀態(tài)。在圖10B中，末端883已經(jīng)穿刺了密封885以使得腔884和886中的材料能彼此接觸并混合。優(yōu)選地腔884包含液體890，例如水、鹽水等，并且腔686包含干燥的試劑892(例如溶解試劑、纖維蛋白原等)，并且液體890使得試劑892與液體890一起進(jìn)入溶液、懸浮液、混合物等。盡管試劑892描述為在腔886內(nèi)為干燥的，但是其可以呈粉末、凝膠、溶液、懸浮液或任何其它形式。無論腔884和886中的材料為何種形式，穿刺或打開密封885都使得兩種材料彼此接觸并且優(yōu)選地在模塊880內(nèi)移動(dòng)以使得至少一部分能從模塊880中傳送出去。
在柱塞881朝著出口882前進(jìn)時(shí)，末端883優(yōu)選地還穿刺密封887以使得腔888中的材料優(yōu)選地能與來自腔884和886的材料890和892相接觸。
在朝著出口882完全前進(jìn)時(shí)，末端883優(yōu)選地可穿刺提供在出口882上的密封889，從而將材料890、892和894從流體模塊880中釋放并進(jìn)入例如預(yù)備腔或其它空間。優(yōu)選地柱塞881和末端883的形狀與最后一個(gè)腔888和出口882的形狀相匹配以使得在柱塞881完全前進(jìn)通過流體模塊880(即一直向著圖10A&10B的右側(cè))時(shí)各個(gè)腔中的幾乎所有材料被迫離開流體模塊880。
圖10C是模塊的開口1682中的一個(gè)示例性可選末端1683的放大視圖。模塊1683優(yōu)選地從柱塞1681延伸。如這里所述，末端1683和柱塞1681的形狀優(yōu)選地與模塊殼體1695中的開口1682的形狀相匹配。例如，所示末端1683的部分具有與開口1682的截頭圓錐形相適應(yīng)的圓錐形狀。另外，優(yōu)選地，柱塞1681和模塊面對柱塞1681的內(nèi)表面1696還彼此相適應(yīng)。柱塞1681和末端1683與模塊的配合部件之間的適應(yīng)性可促進(jìn)材料從模塊完全傳送進(jìn)入本發(fā)明的檢測盒。
此外，優(yōu)選地，末端1683提供有便于材料傳送經(jīng)過被末端1683所穿刺的密封的形狀或部件。所述部件可以簡單地為如圖10C&10D所示形成于不然的話圓錐形末端1683中的溝槽1697。可選地，末端1683自身可具有很多其它形狀以減少末端在穿刺密封時(shí)阻礙流體流動(dòng)的可能性。這種可選方案可包括例如星形穿刺末端、脊部等。
模塊880中的柱塞881可由任何適合的致動(dòng)器或技術(shù)來移動(dòng)。例如，柱塞881可由通過驅(qū)動(dòng)器開口898插入模塊880的機(jī)械設(shè)備(例如活塞)驅(qū)動(dòng)或者流體壓力可通過驅(qū)動(dòng)器開口898引入模塊880從而在期望方向上移動(dòng)柱塞881。優(yōu)選地是利用例如步進(jìn)電機(jī)或其它可控的機(jī)械結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)柱塞881以便對柱塞881(以及任何相關(guān)結(jié)構(gòu)，比如末端883)的移動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)的控制。用來移動(dòng)柱塞881的其它裝置對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來所是已知的，例如螺線管組件、液動(dòng)組件、氣動(dòng)組件等。
模塊880、柱塞881和末端883可由任何適合材料構(gòu)造，例如聚合物、金屬、玻璃、硅、陶瓷等提供期望質(zhì)量或機(jī)械性質(zhì)并且與存儲(chǔ)在模塊中的材料兼容的材料。類似地，密封885、887和889可由任何適合材料構(gòu)造，例如聚合物、金屬、玻璃等。例如，密封優(yōu)選地可由聚合物膜/金屬箔復(fù)合材料制成以提供期望的阻礙性質(zhì)以及與將要存儲(chǔ)在模塊880中的各種材料的兼容性。
優(yōu)選地，用于密封和模塊殼體的材料與用來以防止不同腔之間泄漏的方式附著密封的附著技術(shù)相兼容?？膳c模塊880相結(jié)合使用的一些附著技術(shù)的例子包括，例如熱封、膠粘劑、化學(xué)焊接、熱焊接、超聲焊接及其組合等。還應(yīng)當(dāng)理解的是，模塊可被構(gòu)造為使得密封通過摩擦、加壓等方式保持就位。
此外，應(yīng)當(dāng)理解到，在一些實(shí)施例中，可以在不使用末端或其它穿刺密封的結(jié)構(gòu)之下打開流體模塊中的密封。例如，密封可以僅僅通過流體壓力來打開(即密封可以設(shè)計(jì)為利用例如形成于密封等中的弱化線而在柱塞從裝載位置朝著出口移動(dòng)時(shí)在壓力之下破裂)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以期望本發(fā)明的檢測盒能存入或連接至一個(gè)單元，所述單元可例如提供很多功能，比如向檢測盒中的傳感器或其它設(shè)備提供動(dòng)力、接受由傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、提供接受用戶輸入以控制流體流動(dòng)和/或傳感器操作等的能力。
一個(gè)這樣的系統(tǒng)900在圖11中示意性地示出，并且優(yōu)選地可包括動(dòng)力源901和用戶接口902(例如按鈕、鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)等)。系統(tǒng)900還可包括適于利用例如條形碼、無線射頻識(shí)別設(shè)備、機(jī)械結(jié)構(gòu)等識(shí)別具體檢測盒910的識(shí)別模塊903。
系統(tǒng)900優(yōu)選地還可包括從檢測盒中的傳感器獲得數(shù)據(jù)的傳感器分析器904以及解釋傳感器輸出的處理器905。換言之，傳感器分析器904可從檢測盒910的傳感器接受輸出并向處理器905提供輸入以使得傳感器的輸出能得到解釋。
處理器905從傳感器分析器904接收輸入，該傳感器分析器904可包括例如與通過聲學(xué)-機(jī)械傳感器或位于其上的波傳播相關(guān)的措施。處理器905然后可確定試樣材料中是否存在著目標(biāo)生物分析物。盡管本發(fā)明并不限于這個(gè)方法，但是檢測盒910中的傳感器可通過將檢測盒910插入系統(tǒng)900之中或之上的槽或其它對接結(jié)構(gòu)而電結(jié)合至傳感器分析器904。處理器905可與傳感器分析器904容納在同一單元中或者作為分離的單元或分離的計(jì)算機(jī)。
處理器905還可結(jié)合至存儲(chǔ)器906，該存儲(chǔ)器906能存儲(chǔ)一種或多種不同的數(shù)據(jù)分析技術(shù)?？蛇x地，任何期望的數(shù)據(jù)分析技術(shù)可設(shè)計(jì)為例如處理器905內(nèi)的硬件?？傊?，處理器905執(zhí)行數(shù)據(jù)分析技術(shù)以確定檢測盒910中的傳感器的檢測表面上是否存在著可檢測量的目標(biāo)生物分析物。
舉例來說，處理器905可以是執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器906中軟件的通用微處理器。在此情況下，處理器905可容納在特別設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)、通用個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、手持計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)等之中?？蛇x地，處理器905可以是專用集成電路(ASIC)或其它特別設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。總之，處理器905優(yōu)選地執(zhí)行任何期望的數(shù)據(jù)分析技術(shù)以確定試樣中是否存在著目標(biāo)生物分析物。
存儲(chǔ)器906是存儲(chǔ)能由處理器905應(yīng)用的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行軟件指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的一個(gè)例子。舉例來說，存儲(chǔ)器906可以是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、非易失隨機(jī)存儲(chǔ)器(NVRAM)、電可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、快速存儲(chǔ)器等。任何數(shù)據(jù)分析技術(shù)可構(gòu)成用來分析傳感器輸出的大型軟件程序(例如來自于美國德克薩斯州Austin的National Instruments公司的LABVIEW軟件)的一部分。
可與本發(fā)明相結(jié)合使用的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進(jìn)一步描述(以便提供例如用來驅(qū)動(dòng)傳感器的方式和/或?qū)碜詡鞲衅鞯臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析的方式)可以在例如2003年12月30日提交的美國專利申請序列號(hào)No.60/533,177以及與本申請同日提交的名稱為“Estimating PropagationVelocity Through A Surface Acoustic Wave Sensor(通過表面聲波傳感器測定傳播速度)”的PCT專利申請No._______(代理公司編號(hào)No.58927WO003)中找到。利用本發(fā)明的傳感器確定目標(biāo)生物分析物是否存在的其它數(shù)據(jù)分析技術(shù)也可以提出請求，例如用作實(shí)驗(yàn)后減噪過濾器以簡化相移計(jì)算的時(shí)閾門等。其它可用的數(shù)據(jù)分析技術(shù)可在這里標(biāo)識(shí)的與聲學(xué)傳感器相關(guān)的文獻(xiàn)中找到描述。盡管這里描述了與使用表面聲波傳感器相關(guān)的系統(tǒng)和方法，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這些系統(tǒng)和方法的使用也可與其它聲學(xué)-機(jī)械傳感器一起使用。
制造聲學(xué)-機(jī)械傳感器如這里所討論的，本發(fā)明依賴于使用聲學(xué)-機(jī)械傳感器來檢測流過檢測表面上的試樣內(nèi)目標(biāo)生物分析物的存在。可利用多種方法和技術(shù)來將涂覆或者不然的話提供所需的各種材料從而給聲學(xué)-機(jī)械傳感器提供期望的選擇性附著的性質(zhì)。
可用構(gòu)造的一個(gè)例子在圖12中示出并且包括其上定位有波導(dǎo)1082的基片1080。粘結(jié)層1084可設(shè)在固定化學(xué)層1086和波導(dǎo)1082之間，如果例如需要在這些層之間獲得期望水平的粘合(或者實(shí)現(xiàn)一些其它結(jié)果)的話。一層捕獲劑1088可設(shè)在固定層1086上，并且在一些實(shí)施例中，在捕獲劑層1088上可形成鈍化層1090。
在和聲學(xué)傳感器一起使用時(shí)，用于傳感器上的波導(dǎo)材料、固定材料、捕獲劑等可用任何適合的技術(shù)或方法沉積。通常，優(yōu)選地這些材料在載液中傳送至基片，并且載液和材料形成了例如溶液或分散相。在如此傳送時(shí)，一些適于在表面上沉積材料的沉積技術(shù)的例子可包括(但并不限于此)浸漬涂覆(flood coating)、旋涂、印刷、無接觸沉積(例如噴墨、射流等)、模型涂覆、刮刀涂覆等。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地沉積技術(shù)具有模型涂覆一個(gè)表面的能力，即將材料僅沉積在表面的選定部分上。2003年6月27日提交的美國專利申請序列號(hào)No.10/607,698描述了適于與根據(jù)本發(fā)明的傳感器構(gòu)造相結(jié)合使用的模型涂覆的方法。
在一些實(shí)施例中，(比如與本申請同日提交的名稱為“AcousticSensors and Methods(聲學(xué)傳感器和方法)”的PCT專利申請No.______(代理公司編號(hào)No.60209WO003)等所述的)，一些材料可同時(shí)用作波導(dǎo)材料和用于下層基片上次級(jí)捕獲劑的固定材料。在另一些實(shí)施例中，同一材料可用作波導(dǎo)材料、固定材料以及捕獲彩。在上述變化中，本發(fā)明的材料優(yōu)選地沉積在下層基片上，所述下層基片本身可有效地溶解在載液中以使得載液不會(huì)不利地影響下層基片。
然而，如果波導(dǎo)材料、固定材料和/或捕獲劑將要沉積到其上的表面顯示了在用來傳送材料的載液中的某些溶解性，那么優(yōu)選地材料利用無接觸沉積技術(shù)(比如噴墨、射流等)來沉積。例如，如果下層基片是傳感器基片上由例如聚酰亞胺、丙烯酸鹽等構(gòu)成的波導(dǎo)并且固定層的材料將要利用例如醋酸異丁脂作為載液來沉積，那么優(yōu)選地使用無接觸沉積方法來限制波導(dǎo)的變形以及優(yōu)選地保留固定材料暴露在所得到涂覆表面上的功能特性。相同的考慮可適用于將捕獲劑涂覆在表面上。
射流涂覆工藝中有幾個(gè)可控的變化，包括沉積速率、基片速度(相對于噴頭)、護(hù)套氣體流速、護(hù)套氣體、掃描間隔、掃描模式、道次數(shù)目、噴射溶液/分散相中固體百分比、噴嘴直徑、載液、本發(fā)明的材料將要沉積在其上的下層表面的組分等。沉積本發(fā)明的材料以獲得適合涂層的具體條件可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
對于這里和所附權(quán)利要求所使用的，單數(shù)形式的“一個(gè)”、“和”、“所述”都包括多個(gè)，除了另有明確說明。因而，例如，“一個(gè)目標(biāo)生物分析物”包括多個(gè)目標(biāo)生物分析物并且“所述檢測器”包括一個(gè)或多個(gè)檢測器和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的等同物。
詞語“包括”及其變化在說明書或權(quán)利要求中出現(xiàn)時(shí)并非是限制性的。
本文所提及的所有參考文獻(xiàn)和公開出版物的全部內(nèi)容以參考的方式結(jié)合入本申請。已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且參考所述實(shí)施例能在本發(fā)明范圍內(nèi)作出變化。本發(fā)明中這些和其它變化和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯沒有偏離本發(fā)明的范圍，并且應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于這里所闡述的示例性實(shí)施例。因此，本發(fā)明僅受到下面提供的權(quán)利要求書及其等同物的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測目標(biāo)生物分析物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包括檢測表面的表面聲波傳感器；位于檢測表面上的捕獲劑，其中捕獲劑能選擇性地將目標(biāo)生物分析物附著至檢測表面；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的檢測腔，該檢測腔包括由檢測表面和與該檢測表面間隔開并與之相面對的相對表面所限定的體積，其中檢測腔的相對表面包括流峰控制部件；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的廢料腔，該廢料腔與檢測腔流體相通；用于驅(qū)動(dòng)剪切水平表面聲波傳感器的裝置；用于對來自表面聲波傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定目標(biāo)生物分析物是否結(jié)合至捕獲劑的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中表面聲波傳感器包括剪切水平表面聲波傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中流峰控制部件包括從檢測器的相對表面突出并由其上的凸出區(qū)域所隔開的離散結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中流峰控制部件包括檢測器相對表面中的一個(gè)或多個(gè)溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中流峰控制部件包括一個(gè)或多個(gè)占據(jù)相對表面一部分的疏水材料區(qū)域以及一個(gè)或多個(gè)占據(jù)相對表面一部分的親水材料區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括位于廢料腔內(nèi)的吸收材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中檢測盒還包括位于檢測腔與廢料腔之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括在打開時(shí)使殼體內(nèi)部體積與環(huán)境大氣流體相通的孔口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，還包括可操作地附著至孔口的封閉元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括可操作地連接至殼體的流體監(jiān)控器，其中位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的液體能夠由所述流體監(jiān)控器所探測。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括能在檢測表面附近形成磁場的磁場發(fā)生器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)密封模塊，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊之中的每個(gè)模塊包括通過一個(gè)或多個(gè)通向殼體內(nèi)部體積的模塊端口而附著至殼體的出口，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊包含與殼體內(nèi)部體積相隔開的液體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊包括選擇的試劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊包括溶胞劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊包括輸入端口，該輸入端口通向模塊內(nèi)的腔。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊包括其中包含液體的第一腔；其中包含選定試劑的第二腔；和在所述至少一個(gè)模塊內(nèi)將第二腔與第一腔隔開的腔間密封。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括用來將所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊內(nèi)的材料移動(dòng)入殼體內(nèi)部體積中的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)密封模塊中的至少一個(gè)模塊還包括出口密封，其封閉所述至少一個(gè)模塊的出口；位于所述至少一個(gè)模塊內(nèi)的柱塞，其中柱塞可從其中柱塞遠(yuǎn)離出口端口的裝載位置移動(dòng)到其中柱塞靠近出口端口的卸載位置；其中柱塞朝著出口的移動(dòng)將出口密封打開，以使得來自所述至少一個(gè)模塊的材料通過出口離開并進(jìn)入殼體內(nèi)部體積中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，還包括致動(dòng)器，該致動(dòng)器可操作地結(jié)合至包括柱塞的所述至少一個(gè)模塊的柱塞，其中致動(dòng)器能使柱塞從裝載位置移動(dòng)到卸載位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括可操作地連接至殼體的流體監(jiān)控器，其中位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的液體能夠被流體監(jiān)控器所探測。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，還包括可操作地連接至致動(dòng)器和流體監(jiān)控器的控制器，其中該控制器能夠基于來自流體監(jiān)控器的信號(hào)來操作致動(dòng)器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括附著至殼體的模塊，其中所述模塊包括模塊殼體，其包括出口和密封的內(nèi)部體積；位于出口之上的出口密封；位于模塊殼體的內(nèi)部體積內(nèi)的腔，該腔包括一種或多種位于其中的試劑；柱塞，該柱塞可從其中柱塞遠(yuǎn)離出口的裝載位置移動(dòng)到其中柱塞靠近出口的卸載位置；和與所述腔流體相通的輸入端口，其中輸入端口在柱塞處于裝載位置時(shí)進(jìn)入位于柱塞和出口之間的腔；其中柱塞朝著出口的移動(dòng)使出口密封打開，以使得來自模塊殼體內(nèi)部體積的材料通過出口離開并進(jìn)入殼體的內(nèi)部體積。
23.一種用來檢測目標(biāo)生物分析物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包括檢測表面的剪切水平表面聲波傳感器；位于檢測表面上的捕獲劑，其中捕獲劑能夠選擇性地將目標(biāo)生物分析物附著至檢測表面；位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的檢測腔，該檢測腔包括由檢測表面和與檢測表面間隔開并與之相面對的相對表面所限定的體積，其中檢測腔的相對表面包括流量控制部件；與檢測腔流體相通的廢料腔，其中吸收材料位于該廢料腔內(nèi)；位于檢測腔和廢料腔之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)；至少一個(gè)模塊，該模塊包括通過模塊端口附著至殼體的出口，該模塊端口通向殼體內(nèi)部體積，其中所述至少一個(gè)模塊包含位于腔內(nèi)的選定試劑，并且其中所述至少一個(gè)模塊包括將所述至少一個(gè)模塊的出口封閉起來的出口密封、位于所述至少一個(gè)模塊內(nèi)的柱塞，其中柱塞可從其中柱塞遠(yuǎn)離出口的裝載位置向其中柱塞靠近出口的卸載位置移動(dòng)，其中柱塞朝著出口的移動(dòng)使出口密封打開并將材料從所述至少一個(gè)模塊的腔通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積中；結(jié)合至所述至少一個(gè)模塊的柱塞的致動(dòng)器，其中該致動(dòng)器能將柱塞從裝載位置移動(dòng)到卸載位置；用于驅(qū)動(dòng)剪切水平表面聲波傳感器的裝置；和用于對來自剪切水平表面聲波傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定目標(biāo)生物分析物是否結(jié)合至捕獲劑的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括可操作地連接至殼體的流體監(jiān)控器，其中位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的液體能夠由所述流體監(jiān)控器所探測。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括可操作地連接至致動(dòng)器和流體監(jiān)控器的控制器，其中控制器能夠基于來自流體監(jiān)控器的信號(hào)操作致動(dòng)器。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)模塊包括輸入端口，該輸入端口通向所述至少一個(gè)模塊內(nèi)的腔。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)模塊包括其中包含液體的第一腔；包含選定試劑的第二腔；和在所述至少一個(gè)模塊內(nèi)將第二腔與第一腔隔開的腔間密封。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括能夠在檢測表面附近形成磁場的磁場發(fā)生器，并且所述至少一個(gè)模塊包括位于腔內(nèi)的磁性顆粒。
29.一種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)檢測目標(biāo)生物分析物的方法，該方法包括提供根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)；將試樣材料與變性劑相接觸，其中試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物與變性劑相互作用，從而在試樣內(nèi)獲得變性的目標(biāo)生物分析物；通過將試樣傳送至檢測腔，使表面聲波設(shè)備的檢測表面與變性的試樣相接觸；將變性的目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面；和在檢測表面浸入液體時(shí)操作表面聲波設(shè)備來檢測附著的變性生物分析物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中表面聲波設(shè)備包括剪切水平表面聲波設(shè)備。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中該系統(tǒng)包括在打開時(shí)使殼體內(nèi)部體積與環(huán)境大氣流體相通的孔口，并且其中該方法還包括通過調(diào)節(jié)孔口打開的大小來控制試樣材料流過檢測腔的流動(dòng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中該系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)模塊，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊中的每個(gè)模塊包括通過模塊端口附著至殼體的出口，所述模塊端口通入殼體的內(nèi)部體積中，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊中的至少一個(gè)模塊包含位于腔內(nèi)的變性劑，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊中的每個(gè)模塊包括將所述至少一個(gè)模塊的出口封閉起來的出口密封以及位于模塊內(nèi)的柱塞，其中該柱塞可從其中柱塞遠(yuǎn)離出口的裝載位置移動(dòng)到其中柱塞靠近出口的卸載位置；其中該方法還包括將柱塞朝著出口移動(dòng)以打開出口密封，并將材料從所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊的腔通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積中。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中至少一個(gè)模塊包括密封模塊，該密封模塊包括與殼體內(nèi)部體積相隔開的液體；其中該方法還包括將柱塞朝著出口移動(dòng)以打開出口密封，并將材料通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積中。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊包括位于腔內(nèi)的磁性顆粒。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中變性劑包括化學(xué)分餾劑。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊包括輸入端口，該輸入端口通向模塊內(nèi)的腔；其中該方法包括通過輸入端口將試樣傳送入至少一個(gè)模塊的腔；和其中該方法包括將所述至少一個(gè)模塊的柱塞朝著出口移動(dòng)以打開出口密封，并將試樣從所述至少一個(gè)模塊的腔通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積中。
37.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊包括其中包含液體的第一腔、其中包含選定試劑的第二腔、以及在所述至少一個(gè)模塊內(nèi)將第二腔與第一腔隔開的腔間密封；其中該方法包括將所述至少一個(gè)模塊的柱塞朝著出口移動(dòng)以將腔間密封打開，其中第一腔中的液體與第二腔中的選定試劑相接觸；并且其中該方法還包括將所述至少一個(gè)模塊的柱塞朝著出口移動(dòng)以打開出口密封，并將液體和選定試劑通過出口傳送入殼體的內(nèi)部體積中。
38.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊包括位于其中的磁性顆粒；并且其中該方法還包括將所述至少一個(gè)模塊中的磁性顆粒附著至目標(biāo)生物分析物；和利用檢測表面附近的磁場將磁性顆粒朝著檢測表面吸附。
39.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中該系統(tǒng)還包括致動(dòng)器，該致動(dòng)器可操作地結(jié)合至所述一個(gè)或多個(gè)模塊的至少一個(gè)模塊的柱塞，其中致動(dòng)器能使柱塞從裝載位置移動(dòng)到卸載位置；并且其中該系統(tǒng)還包括可操作地連接至殼體內(nèi)部體積的流體監(jiān)控器，其中位于殼體內(nèi)部體積內(nèi)的液體能夠由所述流體監(jiān)控器所探測；并且其中該方法還包括響應(yīng)于來自流體監(jiān)控器的信號(hào)，操作致動(dòng)器以將材料傳送入殼體的內(nèi)部體積中。
40.一種檢測生物分析物的方法，該方法包括分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物；將剪切水平表面聲波傳感器的檢測表面與包含在已分餾的目標(biāo)生物分析物內(nèi)的試樣材料相接觸；將已分餾的目標(biāo)生物分析物選擇性地附著至檢測表面；和在檢測表面浸入液體時(shí)操作剪切水平表面聲波傳感器以檢測附著的已分餾目標(biāo)生物分析物。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中分餾包括用化學(xué)方式分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中分餾包括用機(jī)械方式分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中分餾包括用熱方式分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物。
44.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中分餾包括用電方式分餾試樣材料內(nèi)的目標(biāo)生物分析物。
45.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中剪切水平表面聲波傳感器包括Love波剪切水平表面聲波傳感器。
46.一種剪切水平表面聲波傳感器，其包括包括主表面的壓電基片；至少一個(gè)位于壓電基片主表面上的換能器，其中所述至少一個(gè)換能器在壓電基片的主表面上限定了聲學(xué)路徑，其中所述聲學(xué)路徑包括第一端和第二端；其中所述至少一個(gè)換能器包括位于壓電基片主表面上的接觸墊，其中接觸墊偏離聲學(xué)路徑的第一側(cè)并且位于聲學(xué)路徑的第一端和第二端之間，其中接觸墊通過導(dǎo)線連接至所述至少一個(gè)換能器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的傳感器，其中所述至少一個(gè)換能器包括位于壓電基片主表面上的一對接觸墊，其中該對接觸墊偏離聲學(xué)路徑的第一側(cè)并且位于聲學(xué)路徑的第一端和第二端之間，其中這些接觸墊分別通過導(dǎo)線連接至所述至少一個(gè)換能器。
全文摘要
公開了利用由傳感器所產(chǎn)生的聲學(xué)－機(jī)械能檢測試樣材料內(nèi)目標(biāo)生物分析物的檢測系統(tǒng)和方法。聲學(xué)－機(jī)械能可利用聲學(xué)－機(jī)械傳感器來提供，例如，比如剪切水平表面聲波傳感器(例如LSH－SAW傳感器)之類的表面聲波傳感器。公開了多種用來改變試樣材料中目標(biāo)生物分析物有效質(zhì)量的技術(shù)，包括分餾或分解試樣材料中的目標(biāo)生物分析物(例如溶解目標(biāo)生物分析物)、將可檢測的質(zhì)量添加至目標(biāo)生物分析物或者改進(jìn)目標(biāo)生物分析物的結(jié)合(例如通過使用磁性顆粒)、將試樣材料暴露于在試樣材料內(nèi)從而在目標(biāo)生物分析物存在時(shí)引起至少可檢測的物理性質(zhì)的變化(例如粘性、彈性和/或粘彈性的變化)等。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1922480SQ200480042207
公開日2007年2月28日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者查德·J·卡特, 莫塞斯·M·大衛(wèi), 拉里·H·道奇, M·本頓·弗里, 塞繆爾·J·加森, 約翰·S·赫伊津哈, 雷蒙德·P·約翰斯通, 布林達(dá)·B·拉克希米, 帕特里克·A·馬赫, 拉里·G·馬丁, 米哈伊爾·L·佩庫羅夫斯基, 馬克·S·沙伯格, 杰弗里·D·史密斯, 肯尼思·B·伍德, 許文源 申請人:3M創(chuàng)新有限公司