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CN107076725A - 现场诊断系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于检测分析物的便携式完全独立的设备(20)以及其使用方法。该设备(20)包括微流体卡盒驱动单元(30)，光学检验单元(32)，控制单元(28)和电源供给单元，其可进行分析物的结合和检测，而不需要仪器的任何流体接口。该微流体卡盒驱动单元(30)容纳微流体卡盒(22)，该微流体卡盒具有微阵列和集成微流体芯片(24)用于输送分析物以在分析物检测中执行不同工艺步骤。使用本发明进行分析物的完整检测只用几分钟。

Description

现场诊断系统及其方法
有关申请的交叉引用
本申请依据U.S.C.§119(e)要求2014年08月05日提交的、具有序号62/033,116的美国临时申请的优先权，其在此全文引入以供参考。
技术领域
本发明涉及一种用于检测分析物的仪器及其使用方法。
背景技术
出于例如诊断目的的、用于检测样品(例如，存在于血清中的病原体、体液、鼻部/鼻咽拭子或者目标个体的唾液)中分析物的传统设备包括相对大数量或者体积的样品或者分析物。样品必须被运送到具有大型仪器的装备良好的实验室并且要求一些程序步骤，诸如样品制备、生物测试或者光学检验。换句话说，许多用于检测分析物的传统设备是费用高昂且费时的。
发明内容
根据上述背景技术，本发明的目的是提供一种用于检测一个或多个分析物的改进设备。
因此，本发明一方面为一种用于从样品中检测至少一个或多个分析物的设备，包括(a)微流体卡盒驱动单元，其包括被配置为容纳微流体卡盒的卡盒腔，该微流体卡盒具有用于与分析物相互作用或者反应的第一部分；和至少一个被配置为与微流体卡盒相连以与其电连接的电连接器；(b)光学检验单元，其被配置为，在预定条件下由于分析物的存在，检测由第一部分产生的至少一个信号，该单元包括被配置为容纳至少微流体卡盒的第一部分的收集托盘；照明系统，其被配置为直接将光传递至第一部分，由此提供预定条件；以及被配置为检测信号的光学传感器；和(c)控制单元，其被配置为控制由光学检验单元获得的信号的定量和定性分析，对接和存储以及控制和监控设备的操作。
另一方面，本发明为一种微流体卡盒，包括(1)包括多个储液槽的微流体芯片，其中至少一个储液槽被配置为容纳包括分析物的样品，而其余储液槽被配置为容纳至少一种试剂；和(2)诊断芯片，其可拆卸地附接到微流体芯片上，其中微流体芯片被进一步配置为使样品和试剂从多个储液槽移动到诊断芯片；其中诊断芯片预涂有检测点阵列，该阵列被配置为与分析物相互作用或者反应以在预定条件下产生至少一个信号。根据另一方面，本发明为一种用于检测至少一种分析物的方法，包括如下步骤，(a)将适当量的至少一种试剂和包括分析物的至少一个样品装载到微流体卡盒上；(b)将微流体卡盒放入(docking)到被配置为接收该微流体卡盒的卡盒腔内；(c)一旦经由至少一个电连接从卡盒腔接收电流，引导所述试剂和所述样品按照预定顺序通过微流体卡盒的至少一个微流体通道流到微流体卡盒的第一部分；(d)为微流体卡盒的第一部分提供预定条件以产生至少一个信号；(e)使用光学传感器检测至少一个信号和收集资料；以及(f)利用微处理器分析数据以定量或者定性地确定分析物的存在，其中微流体卡盒的第一部分预涂有检测点阵列，该阵列被配置为与分析物相互作用或者反应以在预定条件下产生至少一个信号。
本发明有很多优势。本发明用于检测分析物的设备包括相对小的数量或者体积的样品(例如从几微升(μl)到几百μl)同时使用集成式反应-检测仪器/技术。因而，这是为现场工作人员提供真正便利的真实"现场测试设备"。因此，大大减少了实验室分析物的专用处理和输送以及会影响分析物质量的过长的输送时间。
本发明的另一个优势在于，与常规诊断方法或系统相比，本发明的设备要求很少或者不要求样品制备，因而减少处理时间。
本发明的另一个优势在于，其可用于诊断和食品安全分析的各个区域。这种应用，包括但不限于，动物免疫诊断(例如猪流行性感冒病毒(例如H1N1)感染，猪繁殖和呼吸综合症(PRRS)，牛口蹄疫(FMD)，典型猪瘟(CSFV)感染，和牛海绵状脑病(BSE)传染病)，食品安全测试(例如食物过敏原(例如花生、海鲜)，黄曲霉素和三聚氰胺的检测)，受试人群的临床检测(例如传染性疾病(性传播疾病(STD)，Ebola病毒，中东呼吸综合症冠状病毒(MERS-CoV)和流感病毒传染)，热带疾病(例如登革热病毒以及日本脑炎病毒传染)和落入病理途径中抗原/抗体免疫机制的新型紧急传染性疾病)。某些优选实现方式适合于在同一样品同一程序中对多个分析物进行分析，明显降低检查多种疾病/分析物所涉及的成本和处理时间。
总结来说，用于检测分析物的即时(instant)发明设备的优势是低成本、节省时间和空间，便携并且对用于引导大规模快速并且现场有效地完成分析物检测的技能和技巧要求程度低。
附图说明
可以结合伴随的附图参考接下来的详细说明实现对本发明的更彻底了解，其中：
图1是根据本发明的实施方式图示出诊断系统的框图；
图2是根据本发明同一实施方式的诊断系统的示意图；
图3是根据本发明同一实施方式的诊断系统的微流体卡盒驱动单元的示意图；
图4是根据本发明同一实施方式的诊断系统的光学检验单元的示意图；
图5是根据本发明同一实施方式的微流体卡盒的示意性俯视图；
图6是根据本发明同一实施方式的微流体卡盒的示意性仰视图；
图7是根据本发明同一实施方式的微流体卡盒的示意性分解图；
图8是根据本发明同一实施方式的微流体卡盒的示意性侧视图；
图9是根据本发明一个实施方式的诊断芯片上的检测点的涂覆工艺和沉积的流程图；
图10描述了荧光标记H7N9抗原的检测；
图11是根据本发明一个实施方式的现场诊断方法和诊断系统操作的流程图；和
图12是根据本发明替代实施方式的诊断系统的光学检验单元的示意图。
具体实施方式
正如这里以及权利要求书中所用的，"包括"表示包括下列元件而不排除其他元件。
"分析物"包括但不限于，存在于例如来自目标个体的例如体液或者血清样品中的病原体或者生物分子，所述目标个体包括但不限于例如动物或受试人群。
图1和图2图示出现场快速结果产生诊断系统，其包括诊断设备20和与诊断设备20一起操作的微流体卡盒22。包括微流体芯片24和诊断芯片26的微流体卡盒22被配置为收集和处理至少一个的样品，所述样品可以包括至少一个分析物。微流体卡盒22还容纳或者保存至少一种试剂。诊断设备20，其为便携的、可手持的紧凑型装置，包括控制单元28，微流体卡盒驱动单元30，光学检验单元32和显示单元34。控制单元28控制微流体卡盒驱动单元30，光学检验单元32和显示单元34并与其相连。微流体卡盒驱动单元30被配置为容纳和驱动微流体卡盒22，因此收集的样品和试剂按预定顺序穿过微流体芯片24和诊断芯片26。光学检验单元32被配置为容纳和检验诊断芯片26用于分析分析物的存在。显示单元34被配置为向用户显示包括分析/诊断结果的相关信息。图2图示出，控制单元28，微流体卡盒驱动单元30，光学检验单元32和显示单元34被封装在独立的(self-contained)诊断设备中，该诊断设备包括位于其前面板40上分别用于容纳微流体卡盒22和诊断芯片26的微流体卡盒容纳孔36和诊断芯片容纳孔38。
如图3所示的微流体卡盒驱动单元30包括用于容纳微流体卡盒22的卡盒腔42。卡盒腔42包括电连接器44，其用作微流体卡盒22界面来驱动/控制以及向微流体卡盒22提供强电力/电流以执行预定顺序用于使试剂和样品从微流体芯片24运动到诊断芯片26进行反应。预定顺序将在下面进行详细论述。通过接线电缆46将控制信号和动力提供到电连接器44。
如图4所示的光学检验单元32是小型的，其可对小于几千克(kg)进行称重用于现场分析物分析/检测。光学检验单元32包括光学传感器48，照明系统50和由支撑板54支撑的诊断芯片收集托盘52。可从诊断芯片收集托盘机架(bay)56中释放的诊断芯片收集托盘54包括诊断芯片座58和托盘按钮60。托盘按钮60启动诊断芯片收集托盘52的释放。在备用状态，诊断芯片收集托盘52位于诊断芯片收集托盘机架56中(例如在放入位置)。在这个状态下，当诊断芯片收集托盘52装有弹簧时，诊断芯片收集托盘52通过钩子锁定在诊断芯片收集托盘机架56上。当按下托盘按钮60时，诊断芯片收集托盘52从钩子上脱下因此处于放入位置的诊断芯片收集托盘52通过弹簧推动远离诊断芯片收集托盘56。因而，诊断芯片座58被支撑在诊断设备20之外以容纳微流体卡盒22的诊断芯片26。诊断芯片座58在被推向诊断设备20时缩回到诊断芯片收集托盘机架56内放入位置。
照明系统50包括二极管激光器，其在诊断芯片26上发出具有至少一个预定波长的至少一个激光束来产生至少一个信号。选择激光束的预定波长，因此产生至少一个可由光学传感器48检测的信号。激光束的强度和波长可由用户通过控制单元28进行选择/控制用于检测特定分析物。将激光束以一定角度转向诊断芯片26以便避免反射并且高质量地产生信号。预定波长，举例来说，处于465到500nm，400到700nm，430到465nm，500到550nm，550到580nm，580到620nm或者620到700nm的范围内。
当诊断芯片收集托盘52位于其放入位置时，诊断芯片座58位于光学传感器48和照明系统50下方。光学传感器48包括相机62和至少一个物镜64以从诊断芯片26接收信号，该信号是通过照明系统50在固定在诊断芯片座58上的诊断芯片26上发射激光产生的。然后将接收到的信号发送到控制单元28进行分析。控制单元28通常包括微处理器(CPU)、存储器和输入/输出(I/O)接口。控制单元28控制由光学检验单元32获得的信号的定量和定性分析，对接和存储，以及控制和监视诊断设备20的所有操作。
如图5和图6所示的微流体卡盒22包括附接到微流体芯片24的诊断芯片26。在图示实施方案中，其具有小于信用卡的尺寸，具有1-10mm的厚度。微流体芯片24包括电连接接口78，上部68和附接到上部68的下部70，该电连接接口78用于接收通过卡盒腔42的电连接器44提供的控制信号和电力。在该实施例中，上部68和下部70利用粘合材料或者通过焊接工艺组装在一起。下部70可由绝缘材料制成，诸如塑料和树脂材料。如图5所示，上部68具有多个微槽66，具有与微流体芯片24流体连通的通道开口72，以及用于将微流体芯片24附接到通道开口72的粘合剂74。微流体卡盒的下部70具有用于将微孔膜76置于其中的槽，如图6所示。
现在参见图7和图8，上部68由丙烯酸，聚碳酸酯或者诸如此类的塑料材料制成。其可以是透明的以便允许用户观察微流体芯片24内部的流体状态。塑料部件可通过注塑工艺结合其他工艺制造，诸如热压和微加工方法。上部68包括位于相应多个储液槽80中的多个微槽66，其中至少一个储液槽被配置为从顶部接收样品，并且至少一个储液槽被配置为容纳至少一种试剂用于促进分析物相互作用的分子和分析物之间的反应或者相互作用。因而，分析物的检测变得方便。保存在至少一个储液槽中的试剂选自由冲洗缓冲液和封闭缓冲液组成的组。在一个实施方式中，冲洗缓冲液为磷酸盐缓冲盐水(PBS)而封闭缓冲液为PBS和牛血清蛋白(BSA)。样品从微流体芯片24移动到诊断芯片26用于在诊断芯片26上进行分析物反应/相互作用。在每一个储液槽80中，至少一个微流体通道86在上部68和下部70之间的接口处位于微槽66下方，如图8所示。试剂和样品通过微流体通道86从微流体芯片24移动到诊断芯片26，然后移动到通道开口72。每一个储液槽80集成有微泵，该微泵构造有置于其中的少量水凝胶82。水凝胶82与集成在下部70的建造材料上的导电电路痕迹(traces)84接触。这些微泵由通过导电回路痕迹84提供的电流操作。这些微泵推动样品和试剂经过微流体通道86，由此样品与试剂混合，并且通过使水凝胶82膨胀和收缩推到通道开口72。通过经过电连接器44和电连接接口78之间的连接器发送信号和电力，由诊断设备20的微流体卡盒驱动单元30控制水凝胶82的膨胀和收缩，水凝胶还与导电电路痕迹84电连接。泵是封装在内的因此可以避免污染和交叉污染问题。每一个储液槽80的体积在1-80μl的范围内。
诊断芯片26由玻璃，硅或者塑料制成并且通过粘合剂74可拆卸地附接到微流体芯片24上。诊断芯片26的下表面(即正对通道开口72的表面)朝向通道开口72放置并与其流体连通，该表面预涂有与存在于样品中的分析物反应/相互作用以在特定条件下(例如在由特定波长的激光辐射时产生荧光信号)产生至少一个信号的检测点阵列。在一个实施方式中，检测点分别包括与至少一个分析物反应/相互作用的至少一个分析物相互作用的分子。在一个特定实施方式中，分析物相互作用的分子是特定的蛋白质或者缩氨酸，其与处于完整状态或者位于适于检测位置的至少一种特定病毒/细菌(例如抗原)结合。检测点阵列位于通道开口72周围1-15毫米(mm)内，因此混合后的样品和试剂可在其被泵出通道开口72时通过阵列涂布。正对微流体芯片24的诊断芯片26的下表面首先涂有第一涂层，用于使之后涂覆的检测点固定化而不改变检测点的结构(例如，使包括在检测点内的分析物相互作用的分子的结合位置可被分析物接近)。第一涂层还将生成用于发生分析物反应/相互作用的亲水环境。可以优化的是使非专化反应/相互作用最小化由此减少即时装置中的背景噪声信号。一旦第一涂层形成，检测点以预定图案(例如，阵列)沉积在诊断芯片26的下表面上。选择按需滴定方法来将其散布到诊断芯片26上。在一个实施方式中，按需滴定方法可通过微阵列打印机进行。具有在其上反应/相互作用的混合试剂和样品(其可以包括分析物)的诊断芯片26与微流体芯片24分开并放置到诊断芯片座58上用于通过光学检验单元32进一步分析。诊断芯片26上的混合样品和试剂可在将诊断芯片26和微流体芯片24分开之前或之后干燥。
在一个示例性实施方式中，在诊断芯片26的表面上，包含例如H7N9流感病毒抗原的检测点的涂敷工艺和沉积步骤图示于图9中并且接下来进行详述：
对于清洗步骤88：玻璃材料的诊断芯片26部分浸在含有丙酮的250毫升(ml)烧杯中。然后进行5分钟(mins)超声处理以便清洗诊断芯片26的浸入部分。然后用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有乙醇的250ml烧杯。然后再次进行5mins超声处理。
对于羟化步骤90：将75ml的95％硫酸转移到250ml烧杯中。然后将25ml的34.5％体积比(volume to volume)(v/v)的双氧水滴到同一烧杯中，因此双氧水的最终浓度为8.63％，并且浓硫酸和34.5％双氧水的体积之间的合成比例(piranha solution,食人魚洗液)为1:3v/v。因此，随后将来自清洗步骤88的诊断芯片26在室温下浸入上述溶液2小时(hrs)。然后用镊子将处理过的诊断芯片26从食人魚溶液中取出并使用洗涤瓶用超纯水漂洗5mins。食人魚溶液丢弃到废物瓶中。接下来，用镊子将处理过的诊断芯片26转移到含有95％纯乙醇的250ml烧杯中。然后再次进行5mins超声处理。然后在另一个含有净化水的250ml烧杯中再一次重复所处理诊断芯片26的这种步骤。
对于酸化步骤92：将25ml的盐酸转移到50ml反应管中。然后将25ml乙醇添加到同一试管中。然后用镊子将来自羟化步骤90的诊断芯片26转移到上述溶液中并且在37摄氏度(℃)下反应3hrs。然后用镊子将处理过的诊断芯片26从溶液中取出并使用洗涤瓶用超纯水漂洗5mins。将溶液丢弃到废物瓶中。因此，随后用镊子将清洗过的诊断芯片26转移到含有95％纯乙醇的250ml烧杯中。然后进行5mins超声处理。
然后用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有净化水的250ml烧杯中。然后再次进行5mins超声处理。之后，用镊子将处理过的诊断芯片26转移到250ml烧杯中并且在继续进行如下所述的氨化步骤94之前，在烘箱中在60℃保温30mins进行干燥。
对于氨化步骤94：在室温下将6.641克(g)的3-氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)(易潮的)滴到50ml反应管(第一次使用)中。然后将43ml乙醇滴到同一试管中。接下来，随后将0.1ml乙酸添加到同一试管中。然后用镊子将来自酸化步骤92的处理过的诊断芯片26转移到上述溶液中并在50℃下反应24hrs。因此，随后用镊子将诊断芯片26转移到含有95％纯乙醇的250ml烧杯中。然后进行5mins超声处理。然后用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有净化水的250ml烧杯中，然后再次进行5mins超声处理。之后，用镊子将处理过的诊断芯片26转移到250ml烧杯中并且在烘箱中在120℃保温30mins进行干燥。
对于添加步骤96-添加醛基：分别在50ml反应管中制备百分之二十五的戊二醛。然后用镊子将来自氨化步骤94的处理过的诊断芯片26转移到上述溶液中并在室温下反应24hrs。因此，随后用镊子将诊断芯片26转移到含有95％纯乙醇的250ml烧杯中。然后进行5mins超声处理。然后用镊子将诊断芯片26转移到另一个含有净化水的250ml烧杯中，然后再次进行5mins超声处理。然后在另一个含有净化水的250ml烧杯中再一次重复这种步骤。接下来，用镊子将处理过的诊断芯片26转移到250ml烧杯中并且在烘箱中在60℃保温30mins进行干燥。
在替代实施方式中，用去离子水漂洗诊断芯片26，然后用1:3体积比(v/v)的清洗剂：去离子水混合物超声处理5mins。随后将清洗过的诊断芯片26浸在去离子水(倾析之后)中5mins，并且最后浸在丙酮中5mins。然后用压缩空气干燥清洗过的诊断芯片26。接下来，然后将3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)溶入丙酮中并用滴管与棉胶溶液(10％，由Wako获得)混合。将诊断芯片26浸在该混合物中并且慢慢地从该混合物中移出。然后诊断芯片26在空气中干燥并且变成白膜。涂覆过的诊断芯片26在80℃下进一步保温1小时。然后在室温下平衡之后将诊断芯片26浸在20ml乙醇中5mins。然后用水彻底漂洗诊断芯片26，随后用丙酮和水漂洗。诊断芯片26变得透明并且在用于例如如下所述的打印步骤98之前在室温下进行存储。
对于打印步骤98-PBS缓冲液，H7N9抗原或者BSA在涂有如步骤96中所述的醛基的诊断芯片26或者在由酸化步骤92获得的透明诊断芯片26上的打印：对于用PBS缓冲液打印，在4ml PBS中制备40％甘油的墨水制剂并将其装在打印机墨盒中。对于打印H7N9抗原，制备0.1ml H7N9抗原(来自SinoBiological，1毫克(mg)/ml)和1.5ml PBS中40％甘油组成的墨水制剂，并将该混合物装在打印机墨盒中。对于用BSA打印，制备1ml中1000微克(mg)的BSA(来自Thermo，产品号码23208)溶液和4ml PBS中40％甘油组成的墨水制剂，并且将该混合物装在打印机墨盒中。接下来，安设FUJIFILM dimatrix Materials打印机(型号DMP-2831)。然后将准备好的墨盒固定到打印头上(预防措施:确保溶液中观察不到气泡，尤其是没有困在进气流道中的。如果不行，手指轻敲墨盒直至将气泡从通道内去除)。然后验证来自16个喷嘴的溶液滴滴落稳定性。还选择至少一个具有完好状态的喷嘴在来自添加步骤96的处理过的诊断芯片26上进行点阵打印。然后将200μm的H7N9抗原或者BSA点打印到处理过的诊断芯片26上。然后将打印的诊断芯片26转移至带盖的培养皿中，然后在干燥步骤100中在37℃下在干燥箱中保温2hrs。
然后使用粘合剂74将来自干燥步骤100的玻璃材料制成的加工诊断芯片26的打印面附接到装载有如前所述用于检测的样品的微流体芯片24的上部68，并且在与含有分析物的样品反应/相互作用之后通过光学检验单元32从微流体芯片24中移出进行光学检验。正如图示于图10中通过使用1:80稀释H7N9抗体所揭示的，打印在用25％戊二醛处理24hrs的玻璃诊断芯片上的示例性打印图案(4X放大)的抗原。
现在转向如图11所示的现场诊断方法和诊断系统的操作。微流体芯片24首先通过在装载步骤102中将样品分布到储液槽80中装载有合适数量的包含分析物的样品(例如血清样品)。意图便于分析物检测的试剂也类似分配从而分离储液槽80。保存在至少一个储液槽中的试剂选自由冲洗缓冲液和封闭缓冲液组成的组。在一个实施方式中，清洗缓冲液是PBS而封闭缓冲液是PBS和BSA。然后在附接步骤104，使诊断芯片26带到粘合剂74处以将诊断芯片26附接到微流体芯片24上。具有检测点阵列和第一涂层的诊断芯片26表面将正对通道开口72和位于微流体芯片24上部68的粘合剂74。检测点阵列和第一涂层应当位于通道开口72的1-15mm的近处。然后在放入步骤106中，通过使电连接接口78通过微流体卡盒容纳孔36，将通过附接微流体芯片24和诊断芯片26形成的微流体卡盒22附在(docketed)微流体卡盒驱动单元30的卡盒腔42内，因此电连接接口78将与电连接器44接触。然后在涂布分析物步骤108，使混合后的样品和试剂通过检测点阵列涂布。这通过使样品和试剂通过微流体芯片24的微流体通道86从储液槽80流到通道开口72实现。一旦经由电连接器44通过电连接接口78从微流体卡盒腔接收电流和信号，微泵将以如控制单元28的微处理器所指示的时间、速度和顺序使样品经过微流体通道86。从通道开口72排出的混合后的样品和试剂(样品与试剂在如前所述流经微流体芯片24的微流体通道86时混合)经过诊断芯片26的下表面涂布。储液槽80中的所有气泡通过微孔膜76去除，该微孔膜在样品从微流体通道86通过时位于微流体芯片24下部70。混合后的样品和试剂涂布的区域覆盖检测点阵列所处位置，因此分析物可在检测点与分析物相互作用的分子反应/相互作用。在一个实施方式中，步骤108进一步包括进一步使微流体芯片24涂布第二辅助试剂的步骤，第二辅助试剂位于其中一个储液槽80中，通过微流体芯片24的微流体通道86流到诊断芯片26，用于附接第二分子，以在将混合后的样品和试剂涂布到检测点阵列之后便于反应或者相互作用后的分析物的检测。当泵送和分析物反应/相互作用停止时，微流体卡盒22从微流体卡盒驱动单元30的卡盒腔42中卸下(unplugged from)。然后在分离步骤110将其上带有分析物的诊断芯片26与微流体芯片24分开。诊断芯片26上混合后的样品和试剂可在将诊断芯片26和微流体芯片24分开之前或之后干燥。在诊断芯片装载步骤112中，然后使诊断芯片收集托盘52和诊断芯片座58与诊断芯片收集托盘机架56中分离，并且伸出到诊断设备20之外用于容纳诊断芯片26。诊断芯片26放置并且固定在诊断芯片座58上。之后，诊断芯片收集托盘52和诊断芯片座58被推向诊断设备20，因此诊断芯片收集托盘52位于诊断芯片收集托盘机架56中。之后，开始分析步骤114。当诊断芯片收集托盘52位于诊断芯片收集托盘机架56中时，诊断芯片26位于光学传感器48下方。一旦从微处理器收到启动信号，来自照明系统50的光束(例如激光束)随后将被引导至诊断芯片26上以产生至少一个可由光学传感器48检测的信号(假设混合后的样品和试剂包括分析物)。在一个实施方式中，至少一个信号包括荧光信号，该信号在以合适波长(例如488nm)通过合适的光辐射诊断芯片26时产生。收集的信号将转变为数字数据，然后该数据被传递至控制单元28的微处理器并在其中进行分析以定量或定性地确定分析物的存在。结果将在相对短的时间(快速)(例如在10-25mins范围内)显示在设备的显示单元34上。
控制单元28进一步包括非暂时计算机可读介质用以存储计算机可读代码因此在其通过微处理器执行时产生信号并且控制诊断设备20的所有部件来执行和操作如上所述的步骤。非暂时计算机可读介质包括所有已知类型的数据存储器和/或传输介质，包括磁介质，光学介质，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，数据高速缓冲存储器，数据对象，等等。此外，存储器可位于包括一种或多种类型的数据存储器的一个物理位置，或者以各种形式经过多个物理系统分配。
在一个实施方式中，控制单元28包括系统操作所需的软件模块。模块包括操作系统，应用模块，图像处理模块，用于控制流体在如上所述的微流体芯片24中流动的微流体卡盒驱动软件模块和用户界面软件模块。操作系统管理计算机硬件资源并为所有计算机软件模块提供通用服务。操作系统可以是苹果iOS，安卓，微软windows或Linux。操作系统还集成了各种通信协议，有线或者无线的，诸如局域网(LAN)，USB，Wi-fi，蓝牙等等。应用模块是设计为实现设备操作的一组程序。其管理设备数据以及作业数据，程序数据，客户数据，微流体卡盒数据，泵设置，光学传感器设置以及从光学检验单元32收集的数据。图像处理模块从光学检验单元32收集数据。图像处理模块选择诊断芯片26的兴趣区域并且控制图像的获取。图像处理模块还修正所获取图像的亮度和对比度。一旦从图像处理模块接收图像，控制单元28根据光学传感器48的设置测量诊断芯片26的图像并且比较图像。然后图像处理模块计数并根据设置极限计算，并将分析结果发送到用户界面软件模块。微流体卡盒驱动软件模块被设计为指示微流体卡盒驱动单元30控制电流和在微流体芯片24上将这种电流输送到微流体泵的时间。电流越强和/或输送这种电流的时间越长，越多的流体从储液槽80中泵出。用户界面软件模块是允许用户通过图形图表，目视指示器，诸如符号和指令，与设备相互作用的界面。用户界面软件模块使该设备对非本领域人员俩说是非常便于操作的，允许用户轻易地获得、理解、增加、编辑和删除信息而不需要任何专业技能。此外使用户感觉到，他们借助于图形，声音以及用户界面软件模块给出的通知和指令传输而与光学检验单元32有紧密联系。
因此本发明的示例性实施方式已经完全进行了描述。虽然本说明书涉及特定实施方式，本领域技术人员清楚的是，本发明可根据这些具体细节的变化进行实施。因此本发明不应被看作限于在此所述的实施方式。
举例来说，需要电源供给单元来启动系统但是未详细论述，因为本领域技术人员清楚的是，需要电源进行设备操作。该单元包括至少一个可再充电电池组，电池充电器端口，电源开关和电源管理电子电路。传统的可再充电电池组可由锂离子，锂聚合物或者其他的大容量电池制成。电源供给单元中的可再充电电池组可在没有公共电力供给所谓的边远地区支持几个小时的设备操作。电源供给单元具有电池保护电路，其可保护可再充电电池组避免过量充电，过电流和过高温度以便保证设备和用户的安全。电源供给单元还具有电池连接器从而让用户在使用时间延长时用备用充满电池替换完全放电电池。电源管理电子电路用于将可再充电电池组电压转换为不同系统单元所要求的不同电压。电源管理电子电路与控制单元28，可再充电电池组，微流体卡盒驱动单元30和光学检验模块相连。电源管理电子电路在需要节省设备电力消耗时提供启动，终止和电压的变化。这些指令信号由控制单元28给出。此外，电池充电器提供直流电流(DC)以经过位于设备后面板上的电池充电器端口为系统中的可再充电电池组充电。该设备可在即使可再充电电池组放空但存在公共电力供给时进行操作。电池充电器端口可在可再充电电池组充完时拆下。
该设备进一步包括至少一个USB端口或者任一其他数据通讯装置以实现数据传输中常用通信协议的操作。显示单元装配在设备中作为人机界面。显示单元为高分辨率彩色显示器，其可以是液晶显示器(LCD)，有机发光二极管(OLED)或者其他种类的显示器。显示单元可与触屏面板集成，因此其可从人指的碰触接收指令。显示单元与控制单元28相连。然而，其显示方式、显示内容通过图形用户界面形成。
可用的示例性微流体芯片可以是德国专利申请DE102010061910.8和de102010061909.4中公开的微流体芯片。
在一个替代实施方式中，检查单元32的诊断芯片收集托盘52可由图12中所示的分析槽116替代。分析槽116包括诊断芯片收集槽118，其被配置为容纳诊断芯片26并允许其滑入诊断设备20的光学检验单元32中。诊断芯片收集槽118的开口具有比诊断芯片26略大的尺寸，因此诊断芯片26可在指定方向上滑入光学检验单元32。分析槽116进一步被配置为将诊断芯片26固定在诊断芯片收集槽118中的预定位置，其中预定位置位于相机62的光学传感器48下方用于分析。槽状钩120也设置在分析槽116中，其中槽状钩120被配置为直接将诊断芯片26固定在预定位置进行分析，并且在这之后直接释放诊断芯片26。
在又一个替代实施方式中，代替使用至少一个激光束，使用至少一个光束产生至少一个信号用于分析。在该替代实施方式中照明系统50在诊断芯片26上发出具有至少一个预定波长的至少一个光束。照明系统50包括发光二极管(LED)，至少一个滤波器和至少一个分色镜。
在另一个实施方式中，照明系统50具有多于一个的二极管激光器或者多于一个的LED。
在又一个实施方式中，检查单元32的相机可以是数字式高分辨率相机62，其中传感器选自由互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷耦合器件(CCD)传感器组成的组。数字式高分辨率相机62的兆像素处于1.0兆像素到30兆像素的范围内。
在又一个实施方式中，诊断设备20包括多个微流体换卡盒驱动单元30和多个光学检验单元32，因此多个分析/诊断可同时进行。

Claims (13)

1.一种用于从样品中检测至少一种分析物的设备，包括：
(a)微流体卡盒驱动单元，包括：
(1)卡盒腔，其被配置为容纳微流体卡盒，所述微流体卡盒具有用于与所述分析物相互作用或者反应的第一部分；和
(2)至少一个电连接器，其被配置为与所述微流体卡盒相连以与其电连接；
(b)光学检验单元，其被配置为在预定状态下由于所述分析物的存在，检测由所述第一部分产生的至少一个信号，所述光学检验单元包括：
(1)收集托盘，其被配置为容纳至少所述微流体卡盒的所述第一部分；
(2)照明系统，其被配置为直接将光传递至所述第一部分，从而提供所述预定条件；和
(3)光学传感器，其被配置为检测所述信号；
(c)控制单元，其被配置为控制由所述光学检验单元获得的信号的定量和定性分析，对接和存储，以及控制和监控所述设备的操作。
2.如权利要求1的设备，其特征在于，所述光学传感器包括集成到高分辨率相机的至少一个物镜。
3.如权利要求2的设备，其特征在于，所述高分辨率相机是数字式相机。
4.如权利要求3的设备，其特征在于，所述照明系统包括至少一个具有400-500nm波长的二极管激光器。
5.如权利要求4的设备，其特征在于，所述分析物为流感病毒抗原，并且所述二极管激光器的所述波长为488nm。
6.如权利要求1的设备，其特征在于，控制单元能够控制所述微流体卡盒驱动单元。
7.如权利要求1的设备，其特征在于，所述设备包括带有嵌入式可再充电电池的电源。
8.一种微流体卡盒，包括：
(i)包括多个储液槽的微流体芯片，其中至少一个所述储液槽被配置为容纳包括分析物的样品，而其余储液槽被配置为容纳至少一种试剂；和
(ii)可拆卸地附接到所述微流体芯片上的诊断芯片，
其中所述微流体芯片被进一步配置为使所述样品和所述试剂从所述多个储液槽移动到所述诊断芯片；以及所述诊断芯片预涂有检测点阵列，该检测点阵列被配置为与所述分析物相互作用或者反应以在预定条件下产生至少一个信号。
9.如权利要求8的微流体卡盒，其特征在于，所述检测点进一步包括可与所述分析物反应或者相互作用的一个或多个分析物相互作用的分子。
10.一种用于检测至少一种分析物的方法，包括如下步骤：
(a)将合适量的至少一种试剂和包括所述分析物的至少一个样品装载到微流体卡盒上；
(b)将所述微流体卡盒放入到被配置为容纳所述微流体卡盒的卡盒腔；
(c)一旦经由至少一个电连接器从所述卡盒腔接收电流，引导所述试剂和所述样品按照预定顺序通过所述微流体卡盒的至少一个微流体通道流到所述微流体卡盒的第一部分；
(d)为所述微流体卡盒的所述第一部分提供预定条件以产生至少一个信号；
(e)使用光学传感器检测所述至少一个信号和收集数据；和
(f)利用微处理器分析所述数据以定量或者定性地确定所述分析物的存在，其中所述微流体卡盒的所述第一部分预涂有检测点阵列，该阵列被配置为与所述分析物相互作用或者反应，用以在所述预定条件下生成至少一个信号。
11.如权利要求10的方法，其特征在于，所述至少一个信号是荧光信号。
12.如权利要求11的方法，其特征在于，所述光学传感器为高分辨率相机。
13.如权利要求12的方法，其特征在于，所述高分辨率相机是数字式相机。
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