用于團簇檢測的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢測樣品中具有磁性顆粒的團簇的傳感器裝置(100)和方法。所述樣品被提供在基本平面的盒(110)的至少一個樣品室(114)中，所述基本平面的盒被暴露于由磁場發(fā)生器(190)生成的調制的磁場(Bxz、Byz)。利用激勵光(L0)照射所述樣品室(114)，并且由光檢測器(180)檢測得到的輸出光(Ls)。所述磁場(Bxz、Byz)尤其可以旋轉，從而誘發(fā)團簇的對應旋轉，所述團簇的對應旋轉繼而誘發(fā)檢測信號(S)的變化。根據優(yōu)選的實施例，激勵光(L0)被聚焦到所述樣品室(114)后面的阻擋斑(173)上，因此屏蔽所述光檢測器(180)以免受直接照射。
【專利說明】用于團簇檢測的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在樣品中檢測包括磁性顆粒的團簇的傳感器裝置和方法。此夕卜，其涉及用于這種裝置的盒。
【背景技術】
[0002]從文獻(Ranzoni,A.、Schleipen, J.J.Η.B.、van I jzendoorn, L.J.及 Prins, M.W.,“Frequency-Selective Rotation of Two-Particle Nanoactuators for Rapid andSensitive Detection of Biomolecules”, Nano Lettll,第 2017-2022 頁)已知通過旋轉包括磁性顆粒的團簇并檢測在暗場配置中散射的光，對團簇進行檢測。在所描述的設置中，具有團簇的樣品被提供在透明小容器中。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供允許在臨床環(huán)境中，尤其在手持式、微型化生物傳感器平臺中，應用團簇檢測的手段。
[0004]該目的通過根據權利要求1和2的傳感器裝置、根據權利要求3的方法，以及根據權利要求13的盒得以實現。在從屬權利要求中公開了優(yōu)選的實施例。
[0005]根據第一方面，本發(fā)明涉及一種用于在樣品中檢測包括磁性顆粒的團簇的傳感器裝置。在該語境中，術語“磁性顆?！睉ㄓ来蓬w粒以及可磁化顆粒(例如超順磁珠)兩者。所述磁性顆粒的尺寸通常在3nm至50μπι之間。所考慮的“團簇”為通過某種結合被耦合的兩個或更多個顆粒(它們中的至少一個為磁性的)的凝聚物。尤其感興趣的是經由特殊化學基團和感興趣的中間組分的特異性(生化)結合，與之相反的是，例如僅由磁化顆粒之間的磁性吸引力造成的非特異性結合。所述傳感器裝置包括以下部件:
[0006]a)具有至少一個樣品室的盒，所述樣品能夠被提供在所述樣品室中。所述盒應優(yōu)選地為基本平面的，所述盒的延伸定義了將在下文提到的“盒平面”。
[0007]在該語境中，如果盒的長度和寬度(在矩形坐標系的X方向和y方向上的延伸)比其高度(在Z方向上的延伸)大超過約3倍，優(yōu)選地超過約10倍，則將所述盒視作為“基本平面的”。此外，“平面盒”的外表面將通常為平坦的和/或沒有凸起。
[0008]所述盒將通常為可更換部件和/或一次性部件，其針對單個樣品僅被使用一次。其將優(yōu)選地，至少部分地為透明的。所述“樣品室”通常為開放腔、封閉腔、或通過流體連接通道被連接到其他腔的腔。此外，優(yōu)選的是，提供多個這樣的樣品室，以允許對具有一個或多個樣品的化驗的平行執(zhí)行。
[0009]b)光源，其用于向前文提及的至少一個樣品室中發(fā)射光，其中，出于引用的目的，所述光將在下文中被稱作“激勵光”。所述光源例如可以為激光器或發(fā)光二極管(LED)，其任選地被提供有一些光學器件，以對激勵光束進行成形和引導。
[0010]c)磁場發(fā)生器，其用于在所述樣品室中生成調制(即，時變)的磁場。所述磁場將通常使得其誘發(fā)包括磁性顆粒的團簇的對應調制的移動。所述磁場發(fā)生器尤其可以通過永磁體或電磁體得以實現。
[0011]d)光檢測器，其用于檢測由所述樣品室中的所述激勵光生成的光，其中，出于引用的目的，所述光將在下文中被稱作“輸出光”。所述輸出光尤其可以包括通過由團簇對激勵光的散射，和/或通過由所述激勵光激勵的熒光團簇的熒光而生成的光。
[0012]根據第二方面，本發(fā)明涉及一種用于在樣品中檢測包括磁性顆粒的團簇的方法，所述方法包括以下步驟，并且可以以所列的順序或任意其他合適的順序被執(zhí)行:
[0013]a)將所述樣品、包括磁性顆粒的化驗試劑、以及待檢測的團簇引入到基本平面的盒的至少一個樣品室中。
[0014]b)向所述樣品室中發(fā)射激勵光。
[0015]c)在所述樣品室中生成調制的磁場。
[0016]d)檢測由所述樣品室中的所述激勵光生成的輸出光。
[0017]所述傳感器裝置和所述方法為相同發(fā)明概念(即在平面盒中檢測包括磁性顆粒的團簇)的不同實現形式。因此，針對這些實現形式之一所提供的解釋和限定對其他實現形式也有效。所述傳感器裝置和所述方法具有以下優(yōu)點:由于能夠在基本平面的盒中檢查醫(yī)學樣品，因此它們允許在臨床環(huán)境中執(zhí)行團簇化驗。該盒的形式使得能夠使用小樣品體積，這是因為能夠將所需要的傳感器部件帶到樣品附近。
[0018]下文中，將描述本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例，其涉及上述傳感器裝置和方法。
[0019]所述光檢測器優(yōu)選地被設置為毗鄰所述盒的平面，S卩紙鄰由所述盒的平面延伸限定的平面。換言之，所述光檢測器沒有被設置在與所述盒相同的平面中。最優(yōu)選地，所述光檢測器額外地被設置為毗鄰所述盒自身(不僅只毗鄰所述盒的無限延伸的平面)。以此方式，能夠保證所述樣品室與所述光檢測器之間有短距離，由此將輸出光的任何損失最小化。所述光檢測器尤其可以被設置為相對于盒平面垂直地在所述樣品室上方。
[0020]大體上，對所述樣品室中的磁場的調制可以具有任何任意的時間進程。優(yōu)選地，對磁場的調制是周期型的，由此提供可以在所述輸出光中被恢復的特征頻率。在優(yōu)選的實施例中，磁場旋轉(即場向量的至少一個分量在給定平面中旋轉)。這樣的旋轉通常誘發(fā)磁性團簇的對應旋轉。
[0021]此外，磁場可以(額外地或備選地)被暫停打斷至少一次，其中，暫停的持續(xù)時間優(yōu)選地在約0.0ls至IOs之間,最優(yōu)選地在約0.1s至約5s之間。磁場尤其可以為脈沖的，即周期性地打開和關閉。所述脈沖頻率可以優(yōu)選地在約0.1Hz至IOOHz之間。
[0022]磁場(或其分量)在其中旋轉的平面優(yōu)選地包括激勵光和/或輸出光的傳播的(主或平均)方向。這意味著激勵光或輸出光，分別地，“看到”被所述平面中的磁場所旋轉的非球體團簇的時變橫截面。因此，團簇與激勵光或輸出光之間的相互作用也將被調制。
[0023]根據本發(fā)明的另一實施例，提供評價單元，以評價由所述光檢測器生成的檢測器信號，尤其地相對于所述檢測器信號的時間譜評價所述檢測器信號(即確定其時間譜的至少部分)。這允許識別與磁場的調制相關，以及因此與由該場驅動的團簇相關的譜信號分量。以給定頻率旋轉的磁場將例如經由團簇，誘發(fā)所述檢測器信號中的在該頻率處或其更高諧頻處的分量。
[0024]存在有不同的能夠實現利用激勵光照射所述樣品室的方式。根據一個實施例，在所述樣品室與所述光檢測器之間提供非透明的阻擋斑，其中，所述激勵光被聚焦到所述阻擋斑上。因此，所述激勵光能夠穿過所述樣品室(其在所述阻擋斑之前)但不能到達所述光檢測器(其在所述阻擋斑之后)。這具有以下優(yōu)點:將所述光檢測器的測量屏蔽，以免受通過利用激勵光的直接照射而產生的高背景信號。同時，激勵光和輸出光的方向能夠基本上平行，這允許相關聯(lián)的光學部件毗鄰所述盒平面的布置。所述阻擋斑例如可以被設置在單獨的光學載體上或透鏡上。
[0025]前文提及的非透明的阻擋斑可以簡單地包括吸收激勵光的材料。在優(yōu)選的實施例中，所述阻擋斑可以是反射性的。激勵光之后能夠被反射回到所述樣品室中，由此防止其損失。
[0026]輸出光將通常為發(fā)散的，這是因為其是由諸如散射的隨機過程生成的。如果所述光檢測器能夠被放置為距所述樣品室足夠近，并且如果其足夠大，則其可以能夠直接捕獲足量的(發(fā)散)輸出光。在另一實施例中，光學元件可以被設置在所述樣品室與所述光檢測器之間，以通過反射、折射或衍射，將輸出光引導和/或聚焦到所述光檢測器上。
[0027]所述光源可以被設置為毗鄰所述盒的平面(優(yōu)選地，Btt鄰所述盒自身)，以從基本上垂直于盒平面的方向照射所述樣品室。在該情況中，所述光檢測器可以被布置為相對于盒平面與所述光源相對。在另一實施例中，所述光源和所述光檢測器被設置在盒平面的相同側上，這樣為所述裝置的其他(例如流體)部件，在盒平面的相對側上留下空間?？梢栽谠撉闆r中提供“分配元件”，以將平行于盒平面?zhèn)鞑サ募罟庖龑У剿鰳悠肥抑?。所述光源之后能夠側向于所述光檢測器被設置，其激勵光首先沿盒平面?zhèn)鞑ィ钡狡涞竭_所述樣品室中的其被所述分配元件弓I導到所述室中的位置。
[0028]根據對前述實施例的進一步發(fā)展，所述分配元件包括至少一個“部分反射鏡”，即反射入射光但也允許入射光通過的反射鏡。反射的和透射的入射光的百分數可以取決于所述光的性質，例如其顏色或偏振。所述部分反射鏡例如可以完全地(100%)反射第一顏色的入射激勵光，并允許具有另一顏色的入射輸出(例如熒光)光完全通過(0%反射)。利用所述部分反射鏡，能夠將激勵光重新引導到所述樣品室中，并且能夠同時將來自所述樣品室的輸出光傳遞到所述光檢測器(反之亦然)。
[0029]如果所述部分反射鏡具有針對激勵光的特定透明度，則能夠平行地照射多個樣品室。這是因為已經經過第一部分反射鏡的激勵光能夠被第二部分反射鏡引導到第二樣品室中，以此類推。利用一系列部分反射鏡，能夠因此由最初平行于盒平面?zhèn)鞑サ囊粋€激勵光束照射多個樣品室。所述部分反射鏡可以任選地具有針對激勵光的不同透明度，由此控制每個樣品室接收的激勵光的量。
[0030]已提及，可以(至少部分地)通過激勵光的散射生成輸出光。根據另一實施例，所述輸出光可以包括由熒光團簇(當被激勵光激勵時)的熒光生成的光。來自團簇的熒光的發(fā)射可以是各向異性的，使得可以通過觀察到的熒光的變化來檢測團簇的誘發(fā)移動。此外，團簇的誘發(fā)移動可以使變化的橫截面暴露于激勵光，由此隱含熒光的時變激勵。
[0031]根據對前述的實施例的進一步發(fā)展，在所述樣品室與所述光檢測器之間提供濾波器元件，以在允許輸出光通過的同時，在光譜上過濾掉激勵光。因此，所述光檢測器能夠被屏蔽以免受直接激勵光的高背景信號，該信號不包括關于團簇的信息。
[0032]本發(fā)明還涉及尤其被設計用于在根據本發(fā)明的傳感器裝置或方法中使用的盒，然而其中，所述盒為其自身的獨立部件(及商品)。所述盒包括以下部件:[0033]a)透明層，在所述透明層中形成至少一個樣品室，并且激勵光能夠通過所述透明
層傳播。
[0034]b) “附加層”，其被設置為毗鄰前述透明層并且激勵光在所述附加層處被反射。
[0035]如果所述附加層顯示譜反射，則其能夠將想要離開所述樣品室的光反射回到所述室中，由此防止其損失。這樣的實施例尤其能夠在所述光源和所述光檢測器被設置在盒的相同側上的情況下被使用。
[0036]根據對所述盒的進一步發(fā)展，所述透明層被設置在兩個附加層之間，激勵光在所述附加層處被反射，其中，所述附加層具有比所述透明層更低的折射率。在所述透明層內傳播的激勵光之后可以在所述附加層處被完全內反射，使得所述透明層充當針對所述激勵光的波導。這允許在所述附加層中有效側面照明(一個或多個)樣品室。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]本發(fā)明的這些以及其他方面將從下文描述的實施例變得顯而易見，并將參考下文描述的實施例得以闡明。
[0038]在附圖中:
[0039]圖1示意性地示出對通過旋轉兩個磁性顆粒的團簇而散射的光的檢測；
[0040]圖2示出傳感器裝置，其中，光源和光檢測器被設置在載體上的具有阻擋斑的盒平面的相對側上；
[0041]圖3示出對圖2的傳感器裝置的修改，其中，阻擋斑被直接設置在透鏡上；
[0042]圖4示出傳感器裝置，其中，光源和光檢測器被設置在盒的相同側上，其中，由分配元件將激勵光引導到樣品室中；
[0043]圖5示出傳感器裝置，其中，從側面照射起波導作用的透明層；
[0044]圖6示出傳感器裝置，其中，觀察到磁性致動的團簇的熒光；
[0045]圖7示出對圖6的傳感器裝置的修改，其中，在光檢測器前方不使用光學器件。
[0046]相同的附圖標記或相差100的整數倍的標記在附圖中指等同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0047]US2010/0322824A1描述一種基于磁性顆粒和光學檢測的護理點生物傳感器(也稱作Philips “MagnoTech”平臺)。利用捕獲分子(例如抗體)涂覆的顆粒用于生物標記的捕獲以及隨后的檢測。使用磁性顆粒的優(yōu)點在于，它們能夠由磁場致動，這提升了生物傳感器的速度并避免在集成的生物傳感器盒中對復雜的流體操作的需要。所描述的技術基于磁性顆粒與傳感器表面的結合，以及通過受抑內全反射(FTIR)對顆粒的檢測。
[0048]執(zhí)行生物化驗的備選方式在所謂的團簇化驗中。團簇/凝聚體/聚集體化驗基于顆粒的生物或生化誘發(fā)的聚集或成簇，其指示被稱作目標或生物標記的生物組成部分的存在和/或濃度。在標準協(xié)議中，顆粒結合到所述目標，并且通過等待更長時間，形成聯(lián)接目標的團簇?？梢栽谖⒖字袌?zhí)行測試，可以由眼或由儀器讀取聚集體，并且成簇的量與目標在樣品中的濃度相關。凝聚分析一般是定性的并且不很靈敏。然而，由于它們的簡單化驗形式，它們是具有成本效率的。
[0049]團簇化驗的特定類型基于磁性顆粒的使用。優(yōu)點在于能夠應用顆粒在鏈中的磁性誘發(fā)的布置，這得到目標誘發(fā)的團簇的快速形成(Baudry等人，PNAS，第103卷，第16076頁，2006年)。已描述了幾種檢測技術，全都具有以下缺點:它們測量團簇的物理性質的小的相對變化，并且受大基線信號的存在的阻礙。阻礙該技術獲得商業(yè)應用的另一因素在于非特異性顆粒團簇的發(fā)生，尤其在復雜生物成分的基質中。
[0050]圖1圖示一種新穎的檢測技術，其基于對顆粒團簇的磁控旋轉和在暗場配置中對散射光的檢測(Ranzoni等人，如上)。在透明小容器(未示出)中，作為納米顆粒之間的生化作用的結果，形成磁性納米顆粒MP的團簇C。樣品體積由沿z軸引導的光束Ltl激勵，從而當輸入光束撞擊到納米顆粒上時產生光Ls的散射。散射光Ls可以由光檢測器D檢測到。
[0051]在應用了旋轉外部磁場B (f)(以頻率f在yz平面中旋轉)后，團簇C開始在磁場中旋轉，并生成光散射Ls的調制。致動和檢測方案允許將團簇與溶液中的單個顆粒進行區(qū)分。能夠例如通過脈沖磁鏈場的應用，增強團簇中的特異性結合，并且能夠借助于專用表面化學反應(例如顆粒上的雙層分子架構)，減少復雜基質中的非特異性顆粒成簇。
[0052]如果圖1的檢測原理應變得適合于護理點應用，則需要盒技術和讀出技術優(yōu)選地滿足以下要求:
[0053]1、所述盒和閱讀器應可靠且容易使用。所述盒應為一次性的且為有成本效率的。所述盒應能夠集成幾種功能，例如樣品過濾、試劑向樣品中的釋放、培養(yǎng)、檢測等。所述閱讀器應為緊湊的且為有成本效率的。
[0054]2、所述盒和讀出系統(tǒng)應適用于多個化驗室，以便允許化驗的多路復用。優(yōu)選地，所述技術應可擴展，使得其容易改變所述盒中的化驗室的數目。
[0055]3、優(yōu)選地，所述系統(tǒng)應適用于小樣品體積，例如血液的指尖樣品。優(yōu)選的樣品體積從100 μ I降至比I μ I低得多的體積?？梢栽谒龊兄械囊粋€或多個反應室間上分隔樣品。
[0056]4、檢測需要是靈敏的，并且應從檢測室中存在的每個磁性團簇收集盡可能最高的信號。這意味著光學系統(tǒng)應有效地探查每個室中的磁性顆粒。
[0057]5、所述盒技術應與用于將動態(tài)磁場應用到磁性顆粒的當前電磁系統(tǒng)相容。
[0058]為了解決所有提及的問題，提出一種帶有盒和閱讀器的系統(tǒng)，其具有:
[0059]-具有本質上平面的架構的盒，其具有至少一個樣品室(反應室)，
[0060]-閱讀儀器，其具有用于對所述至少一個樣品室中的磁性顆粒的團簇進行磁性致動的布置，
[0061]-光學布置，其光學地激勵所述至少一個樣品室中的所述磁性顆粒，
[0062]-光學檢測布置，其檢測從所述至少一個樣品室中的所述磁性顆粒散射的光，其中，光學檢測的軸優(yōu)選地本質上平行于盒法線(即垂直于盒平面)。
[0063]為了靈敏檢測，應以高效率檢測散射光。優(yōu)選地，激勵光不直接到達光學檢測器，從而實現暗場測量。然而應注意，暗場檢測并非嚴格必要的，這是因為來自動態(tài)致動的團簇的信號是通過適當的譜濾波(在時域中)而獲得的，由此從激勵束中過濾掉任何散射或反射的光。然而，如果來自、直接散射或反射的激勵光的DC類貢獻變得太大，則這可能導致降低的信噪比以及旋轉團簇信號的減小的動態(tài)范圍。因此，暗場檢測是優(yōu)選的，因為其將得到較好的SNR和較大的動態(tài)范圍。
[0064]而且，應注意，術語“暗場”可以同樣良好地用于以下兩種情形:
[0065](I)在光域中使用空間濾波的光學暗場檢測。[0066](2)在電子域中使用適當的譜濾波的光學亮場檢測。
[0067]優(yōu)選地，檢測光學器件的數值孔徑NAdet應盡可能地高，以便保證高檢測效率。假設具有在兩個相鄰樣品室之間的間隔D的特定樣品室?guī)缀谓Y構，以及具有特定焦距fdrt的檢測光學器件，則所述數值孔徑由NAdrt〈D/2fdrt限定，或者樣品室間隔應被選擇為使得
D>2.fdet.NAdet。
[0068]經管可以實現并使用高數值孔徑，但所述系統(tǒng)固有地對諸如盒或閱讀器光學器件上的劃痕、指紋或灰塵的光學干擾不靈敏，這是因為這些干擾導致穩(wěn)定的、DC類的信號劣化，該劣化通過相敏檢測方案而被濾掉(即在傅里葉頻域中濾波)。
[0069]在圖2中，示出傳感器裝置100的第一實施例，其是根據上述原則設計的并且能夠在平面的盒110中完成對旋轉團簇的暗場檢測，同時檢測多個樣品室114。盒110包括:
[0070]-透明底部襯底113;
[0071]-透明頂部襯底111;
[0072]-包含多個樣品室114的中間層112。
[0073]通過使用諸如壓紋或注射成型的技術，中間層112以及更具體的樣品室114也可以為頂部層111和/或底部層113的部分。用于將樣品流體帶到樣品室114所需要的微流體系統(tǒng)(未示出)也可以為中間層112的部分，或者將其直接制作在頂部層111和/或底部層113中。
[0074]盒110被插入讀出系統(tǒng)或“閱讀器” 150中，包括:
[0075]-光源160,即用于做出“激勵光”Ltl的一系列發(fā)散束的光學布置,個體發(fā)散束照射樣品室114。
[0076]-透明襯底172，其包含小的不透明的或反射區(qū)域，下文稱作“阻擋斑”173，該區(qū)域位于激勵光束的焦點，由此阻擋激勵光并防止其擊中檢測器并使檢測器飽和。如果阻擋斑173為反射性的，則激勵光Ltl被再次引導向所述樣品室，從而得到兩倍多的信號。
[0077]-光檢測器180的陣列，其用于檢測在對應的樣品室114中生成的“輸出光”Ls。每個光檢測器180均可以為單個Si檢測器，或為諸如CCD或CMOS傳感器的2D陣列(的部分)。由于所述方法依賴于大塊樣品測量，因此不需要成像和平面分辨率，并且單個檢測器的使用是優(yōu)選的(由于成本和信號比方面)。
[0078]-評價單元140，例如數字數據處理單元，其用于處理和評價由光檢測器180提供的檢測信號S。
[0079]-磁場發(fā)生器190，這里由四極布置中的四個電磁體190a、190b、190c和190d實現。
[0080]每個光檢測器180的檢測器信號S均源自發(fā)源于對應的樣品室114的散射的輸出光Ls。該散射光Ls由透鏡171收集，透鏡171設置在樣品室114與光檢測器180之間并且聚焦在檢測器180上。
[0081]為了多路復用，需要樣品室114的(一維或二維)陣列，并且完整的實施例包括相關聯(lián)的光源的陣列、阻擋斑173、透鏡171以及光檢測器180。應采取預防措施，使得起始于一個室的散射輸出光Ls不被另一室的檢測光學器件檢測到，以便防止不同室114之間的光學串擾。
[0082]創(chuàng)建調制的磁場的磁體布置190也是閱讀器150的部分。優(yōu)選地，這是在xz平面中旋轉的磁場Bxz，或在yz平面中旋轉的磁場Byz (或其組合)。在兩種情況中，磁場的旋轉在包含激勵束Ltl(其沿z軸被引導)的平面中。
[0083]隨后在評價單元140中對來自每個光檢測器180的檢測器信號S在光譜上進行濾波，從而僅獲得來自旋轉團簇的貢獻，由此過濾掉發(fā)源于例如單個納米顆粒、劃痕等的DC含量。
[0084]圖3至圖7示出對圖2的傳感器裝置和盒的各種修改，其中，等同或相似的部件具有相差100的整數倍的附圖標記，并且將不再解釋。應注意，在這些圖中未示出磁場檢測器190和評價單元140，盡管它們一直為所述設置的部分。
[0085]圖3圖示用于對團簇化驗進行暗場檢測的傳感器裝置200的第二實施例。與圖2的傳感器裝置相比，允許暗場檢測的阻擋斑273現在是透鏡270的部分。反射斑或吸收斑273能夠通過標準薄層沉積技術，被直接制作在透鏡271的頂部。
[0086]此外，可以由單個部件(例如經由諸如注射成型、2P復制或玻璃成型的標準技術制作的透鏡陣列)代替離散的透鏡271的集合。使用具有各離散透鏡之間的固定距離的透鏡陣列的優(yōu)點為在裝配期間光學系統(tǒng)的對準。在該情況中，生成激勵束Ltl的個體光源之間、個體透鏡271之間、以及個體檢測器280之間的距離固定，并且由個體樣品室214之間的距尚確定。
[0087]圖4示出用于對團簇化驗進行暗場檢測的傳感器裝置300的第三實施例，其中，激勵光學器件和檢測光學器件僅位于盒310的一側。該幾何結構的優(yōu)點為(i)僅使用一個光學透明的(底部)襯底313，以及(ii)實現薄的平面讀出系統(tǒng)，其中，所有的光學器件均僅位于所述盒的一側。
[0088]在盒310的僅下方，放置光學布置或“分配元件”374，其在不同的樣品室314上分配進入的激勵光束U。分配元件374可以包括單個波導光學部件，所述波導光學部件包含部分反射的、偏振或非偏振分束反射鏡374a。這里，也可以使用離散的光學器件，以便將光耦合到盒310中。可以小心選擇個體反射鏡374a的反射系數，使得到達個體樣品室314的光的總體強度針對所有室都相同。為了防止來自擊中檢測器380的激勵束Ltl的雜散光，或者(i)當光擊中上部盒層311時所述光應被完全吸收，或者(ii)所述光擊中另一中間“附加層”315，該“附加層”315以與上文所述相同的方式將所述光完全反射向吸收或反射阻擋元件373，并且由此允許對散射光進行暗場檢測。
[0089]圖5示出用于對具有側路激勵的團簇化驗進行暗場檢測的傳感器裝置400的第四實施例。這里，激勵光Ltl被耦合到包含樣品室414的盒410的透明引導層412中。用于將來自光源460的光耦合到波導部件的光學布置在本領域是已知的，例如(i)使用具有適當NA的透鏡的對接耦合，從而將光聚焦在盒410的側面，(ii)使用在下方層411、413的頂部的平面衍射或折射結構。
[0090]為了使盒410的透明層412充當光學波導，應使用比引導層412具有更低折射率的中間“附加層”415，例如使用具有低折射率的光學膠，以將所述盒的不同層411、412以及413互連。
[0091]由于激勵光Ltl傳播的主方向現在是X方向(檢測仍在z方向)，這暗含(i)現在在相對于激勵束Ltl的直角處收集散射光Ls，以及(ii)旋轉磁場(Bxz或Bxy)的平面的取向現在優(yōu)選地在Xz方向和/或zy方向。[0092]圖6示出用于使用熒光標記的磁性納米顆粒進行暗場檢測的傳感器裝置500的第五實施例。也能夠通過使用熒光標記的磁性納米顆粒，在譜(即波長)光域中獲得暗場檢測。在該情況中，由于通過在樣品室514與光檢測器580之間的適當的光學濾波器575，防止了來自激勵光束Ltl的直接雜散光擊中光檢測器580，因此激勵光學器件變得非常簡單:盒510現在可以作為整體被例如具有均勻光束Ltl的單一光源560照射。應注意，該照射也可以從底部(如圖4)或從側面(圖5)完成。
[0093]阻擋斑的角色現在已被譜(波長)濾波器575代替，其過慮掉激勵波長并且防止所述檢測器被高強度激勵束飽和。僅熒光輸出光Lf能夠到達檢測器580。之后在譜(時)域中發(fā)生第二過濾步驟，由此僅例如檢測器信號的2f分量被檢測到，并且針對存在于大塊樣品流體中的分析物的濃度被考慮(其中，f為旋轉磁場的旋轉頻率)。
[0094]由于不存在空間濾波器(阻擋元件)，檢測光學器件也可以變得簡單得多，并且可以無需額外的透鏡571，通過將所述檢測器放置為盡可能接近所述盒，來構建閱讀器。
[0095]圖7中示出使用熒光標記的磁性納米顆粒的傳感器裝置600的對應實施例。通過使用具有大約為樣品室614的面積的覆蓋區(qū)的檢測器680，能夠將收集的熒光輸出光Lf的量最大化，而不使用透鏡。在該情況中，獲得非常緊湊且超薄的閱讀器設備650。盡管在圖7中以來自上方的激勵束Ltl圖示該情況，但這里，來自盒610的下方或側面的激勵束也同樣有效。
[0096]熒光的使用具有以下優(yōu)點:消除了對通過額外的空間濾波光學器件來防止激勵束Ltl擊中檢測器的需要，并且由此使從(熒光)散射團簇收集的光的效率最大化。此外，其潛在地允許非常緊湊且簡單的閱讀器幾何結構。缺點為，與散射橫截面相比較，在某種程度上更低的總體熒光橫截面(吸收橫截面乘以熒光量子產率)。
[0097]當期望如圖7中所示的超薄系統(tǒng)時，包括磁性組件(線圈、芯、軛)的所有部件應盡可能地在xy平面中。當磁性旋轉的平面在xy平面中時，則優(yōu)選地，應在xy平面中從側面向樣品室引導激勵光束U。當磁性旋轉的平面在xz平面或yz平面中時，則優(yōu)選地沿z軸使用激勵。
[0098]總而言之，本發(fā)明提供一種用于在樣品中檢測具有磁性顆粒的團簇的傳感器裝置和方法。所述樣品被提供在基本平面的盒的至少一個樣品室中，所述基本平面的盒被暴露于由磁場發(fā)生器生成的調制的磁場。利用激勵光Ltl照射所述樣品室，并且由光檢測器檢測得到的輸出光Ls、Lf。所述磁場尤其可以旋轉，從而誘發(fā)團簇的對應旋轉，所述團簇的對應旋轉繼而誘發(fā)檢測信號的變化。根據優(yōu)選的實施例，激勵光被聚焦到所述樣品室后面的阻擋斑上，由此屏蔽所述光檢測器免受直接照射。
[0099]優(yōu)選地，磁性致動被選擇為使得光學激勵的軸落入顆粒團簇的角度致動的平面中。在該幾何結構中，團簇將時間調制的橫截面暴露于激勵光。如果團簇在不同平面中旋轉，則該原理仍有效，然而，每個團簇的信號能夠更低。
[0100]優(yōu)選地，使用四極電磁體以用于磁性致動。當相對磁極尖端的表面平行并且相對磁極的芯成直線時，則磁場具有在尖端之間的間隙中的高度的空間均勻性(如上文Ranzoni等人的文章)?；蛘?，能夠使用具有以角度取向的極尖端的磁體，從而生成在芯的平面外部的場(參見 Janssen、X.J.A.、van Reenen, A.、van I jzendoorn, L.J.、de Jong, A.M.以及 Prins、M.W.J.:“The rotating particles probe:A new technique to measureinteractions between particles and a substrate，，，Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects 373,第 88-93 頁(2011 年))。
[0101]在檢測期間，能夠將磁性顆粒鋪展在樣品室中?；蛘撸紫?例如通過磁力)向樣品室的光學窗口移動顆粒，隨后在光學窗口附近的檢測區(qū)域中執(zhí)行檢測。
[0102]優(yōu)選地，樣品室中的磁性團簇在所述檢測器中生成信號，該信號本質上獨立于團簇在樣品室的檢測區(qū)域中的空間位置。因此優(yōu)選地，磁場、光學激勵場、以及光學檢測效率在樣品室的檢測區(qū)域中相當均勻。
[0103]能夠在閱讀器與盒機械靜止的同時(針對靜態(tài)成像)，或在閱讀器與盒正在掃描的同時(針對掃描讀出)，執(zhí)行對光學信號的收集。當樣品具有非常大的平面形狀時，例如在有許多單獨的樣品室的情況中或在有一個或多個非常大的樣品室的情況中(例如樣品鋪展在載片上)，掃描讀出能夠是有用的。
[0104]本發(fā)明具有平面架構的途徑提供以下優(yōu)點:
[0105]-適合于具有成本效率的盒的大規(guī)模生產；
[0106]-盒到閱讀器中的容易的機械插入；
[0107]-盒與閱讀器的有效光磁對準；
[0108]-平面布置與芯片類光學傳感器的平面幾何結構相容；
[0109]-平面空間對于流體系統(tǒng)的功能可用，例如用于過濾、試劑向樣品中的釋放(從濕態(tài)或干態(tài))、向樣品室的傳輸等；
[0110]-在平面的盒的兩側上，兩個成半空間對電磁體和光學布置可用；
[0111]-如果電磁體和光學布置被放置在一個成半空間中，則盒的另一個成半空間的側面對另外的流體系統(tǒng)的功能可用，例如給出移液機器人的進入；
[0112]-平面架構給出所述系統(tǒng)針對多室操作的平面可擴展性，在多室操作中，從單獨的樣品室收集單獨的光學信號。
[0113]盡管已在附圖和前文的描述中詳細說明并描述了本發(fā)明，但這種說明和描述被認為是說明性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書以及權利要求書，本領域技術人員在實施要求保護的本發(fā)明時能夠理解并實現對所公開實施例的其他變型。在權利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且量詞“一”或“一個”不排除多個。互不相同的從屬權利要求中記載特定措施并不指示不能有利地使用這些措施的組合。權利要求書中的任何附圖標記不得被解釋為對范圍的限制。
【權利要求】
1.一種用于檢測樣品中的磁性顆粒(MP)的傳感器裝置(100-600)，包括: a)基本平面的盒(110-610)，其具有至少一個樣品室(114-614)，所述樣品能夠被提供在所述樣品室中； b)光源(160-660),其用于向所述樣品室(114-614)中發(fā)射激勵光(Ltl)； c)磁場發(fā)生器(190),其用于在所述樣品室(114-614)中生成旋轉磁場(Bxz、Byz、Bxy)； d)光檢測器(180-680)，其用于檢測輸出光(Ls、Lf)，所述輸出光是由所述樣品室(114-614)中的激勵光(Ltl)生成的并且包括由熒光生成的光，所述光檢測器被設置為毗鄰所述盒(110-610)的平面(x, y)； e)評價單元(140)，其用于相對于檢測器信號(S)的時間譜來評價所述檢測器信號。
2.一種用于檢測樣品中具有磁性顆粒(MP)的團簇(C)的傳感器裝置(100-600)，包括: a)基本平面的盒(110-610)，其具有至少一個樣品室(114-614)，所述樣品能夠被提供在所述樣品室中； b)光源(160-660),其用于向所述樣品室(114-614)中發(fā)射激勵光(Ltl)； c)磁場發(fā)生器(190)，其用于在所述樣品室(114-614)中生成調制的磁場(Bxz、Byz、Bxy); d)光檢測器(180-680)，其用于檢測由所述樣品室(114-614)中的激勵光(Ltl)生成的輸出光(Ls、Lf) ο
3.一種用于檢測樣品中具有磁性顆粒(MP)的團簇(C)的方法，所述方法包括: a)將所述樣品引入到基本平面的盒(110-610)的至少一個樣品室(114-614)中； b)向所述樣品室(114-614)中發(fā)射激勵光(L。)； c)在所述樣品室(114-614)中生成調制磁場(Bxz、Byz、Bxy)； d)利用光檢測器(180-680)檢測由所述樣品室(114-614)中的激勵光(Ltl)生成的輸出光(Ls、Lf)。
4.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(100-600)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，所述光檢測器(180-680)被設置為毗鄰所述盒(110-610)的平面(x，y)。
5.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(100-600)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，所述磁場(Bxz、Byz, Bxy)旋轉，尤其在包括所述激勵光(Ltl)和/或所述輸出光(Ls、Lf)的平面中旋轉。
6.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(100-600)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，提供評價單元(140)，以相對于所述檢測器信號(S)的時間譜來評價所述檢測器信號。
7.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(100-300)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，在所述樣品室(114-314)與所述光檢測器(180-380)之間提供非透明的阻擋斑(173-373)，并且所述激勵光(Ltl)被聚焦到所述非透明的阻擋斑上。
8.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(100-500)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，在所述樣品室(114-514)與所述光檢測器(180-580)之間提供光學元件(171-571)，以將輸出光(Ls、Lf)引導到所述光檢測器(180-580)上。
9.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(300)或根據權利要求3所述的方法，其特征在于，提供分配元件(374)，以將到達所述元件的激勵光(Ltl)平行于所述盒(310)的所述平面引導到所述樣品室(314)中。
10.根據權利要求9所述的傳感器裝置(300)或方法， 其特征在于，所述分配元件(374)包括至少一個部分反射鏡(374a)。
11.根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(500-600)或根據權利要求3所述的方法， 其特征在于，所述輸出光(Lf)包括由團簇(C)的突光生成的光。
12.根據權利要求11所述的傳感器裝置(500-600)或方法， 其特征在于，在所述樣品室(514-614)與所述光檢測器(580-680)之間提供濾波器元件(575、675)，以在允許輸出光(Lf)通過的同時，在光譜上過濾掉激勵光(Ltl)。
13.一種用于根據權利要求1或2所述的傳感器裝置(300-400)的盒(310-410)，包括: a)透明層(312、313、412)，在所述透明層中形成至少一個樣品室(314、414)，并且激勵光(Ltl)能夠通過所述透明層傳播； b)毗鄰所述透明層的附加 層(315、415)，所述激勵光(Ltl)在所述附加層處被反射。
14.根據權利要求13所述的盒(410)， 其特征在于，所述透明層(412)被設置在具有比所述透明層(412)更低的折射率的兩個附加層(416)之間。
【文檔編號】G01N21/64GK103930765SQ201280055621
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權日:2011年11月14日
【發(fā)明者】J·J·H·B·施萊彭, M·W·J·普林斯, A·蘭佐尼 申請人:皇家飛利浦有限公司