CN102224260B - 用于检测分析物的试剂盒和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了装置，其提高了用于检测临床、工业或环境样品中的特定细胞、病毒和分子靶物的试验。本发明允许在低放大率有效地检测单个微型靶物，用于高灵敏度检验。本发明不需要洗涤步骤，因而允许灵敏且特异性的检测，同时简化手工操作，并降低成本和自动化操作的复杂性。简而言之，本发明提供了可以递送快速的、精确的且定量的、容易使用的且节省成本的试验的装置。

Description

用于检测分析物的试剂盒和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月24日提交的美国临时申请号 61/099,830的利益，其通过引用并入本文。

背景技术

检测特定靶物的重要性。用于检测特定的分子、细胞和病毒靶物的方法，是医学和兽医诊断、环境试验和工业质量控制的基础工具。在临床医学中用于检测特定靶物的方法的实例包括柜台有售的快速妊娠试验、用于测定传染因子对特定抗生素的抗性的微生物学培养试验，和血样中癌症标志物的高度自动化的试验。检测食物中的病原体污染物、用于药物开发的候选化合物的高效筛选、定量药物中的活性成分，例证了依赖于用于测定特定靶物的存在的方法的工业生产用途。需要测试特定靶物的环境用途包括，检测供水污染、空气传播的生物威胁因子和家庭的真菌污染。

标记靶物。一个用于检测特定细胞、病毒或分子的重要方案是，用光学上可检测的标记来标记靶物。可以特异性地或非特异性地标记靶物。通过用含有光学标记的靶物特异性的结合分子进行标记，可以特异性地标记靶物。靶物特异性标记可以具有不同类型的结合部分，包括大分子(例如，抗体、蛋白受体、核酸、碳水化合物和凝集素)和小分子(例如，激素、滥用药、代谢物)。靶物特异性标记的可检测的信号发射部分可以使用多种信号发射特征，包括荧光、磷光、色原体发光（chromogenicity）、化学发光、光散射和拉曼散射。

或者，可以非特异性地标记靶物——也就是说，可以与样品中的其它实体一起标记它们。例如，可以用DNA染色剂标记样品中的所有细胞，或可以用结合所有这样的分子的标记来标记所有脂蛋白。然后可以使用下述的靶物特异性的选择，特异性地检测非特异性地标记的靶物。

特异性地选择靶物。靶物特异性的选择对于检测标记的靶物而言通常是重要的。特异性选择经常用于物理地从其它标记的实体中、也从未结合的标记中分离出靶物。例如，用靶物特异性的抗体包被的磁性颗粒可以用于络合标记的靶物。将磁力应用于该络合物，则可以将标记的靶物沉积在表面上，而标记的实体和未结合的标记则未沉积。或者，通过捕获，也就是说，通过结合到被靶物特异性的结合部分（诸如抗体）包被的表面上，可以进行特异性选择。特异性选择可以发生在靶物标记之前或之后。

在特异性选择和靶物标记后，通常在连续的洗涤步骤中从反应物中去除未结合的标记，而选择保留特异性地选择的靶物，用于后续检测。洗涤步骤需要用户所不希望的劳动（在手工实验方法的情况下），且可能需要复杂的液体处理工程（在自动化系统中）。一些技术，诸如侧向流方法，使用被动毛细管作用来从已经特异性地捕获在膜或固体表面上的标记的靶物洗下未结合的标记和非特异性地结合的标记。侧向流方法为手工实验简化了洗涤功能，但是这些方法可能是不灵敏的，且不适用于在自动化平台上的高流通量试验。

使用成像来计数标记的靶物。成像是用于检测在检测表面上的特异性地选择的标记的靶物的有力方法。成像方法将从检测区中的每个点发射出的光信号映射成图像中的对应点。相反，非成像检测方法通常整合从整个检测区发射出的光信号。

一些成像方法可以检测和计数单个标记的靶物。与检测区整合方法相比，计算特异性地标记的靶物可以导致非常低靶物水平的检测。基于图像的靶物计数方法的灵敏度优点主要源自下述事实，即随着靶物水平降低，光信号与背景之比基本上保持恒定。相反，对于检测区整合方法，随着靶物水平降低，信号与背景之比降低。

一类方法通过用显微光束系统性扫描检测区来建立图像。扫描方法比使用数字阵列检测器(例如，CCD或CMOS照相机)来同时计算整个检测区中的特异性地标记的靶物的方法耗费更多时间。

用于灵敏的靶物计数的在低放大率的大面积成像。一些方法使用高放大率显微术来计算单个微型靶物。显微成像缺少灵敏度，因为每个图像仅取样小面积。可以对更大的面积连续成像，但是许多图像的获取是费力的、昂贵的且耗时的。或者，可以使用在低放大率的大面积成像，单个地检测和计算标记的微型靶物。低放大率成像可以允许在单个图像中计算在相对大面积中的小量微型靶物。

不需要洗涤来从特异性地标记的靶物去除游离标记的方法。已经开发了几种不需要洗涤的方法，其检测用标记的靶物特异性的结合部分特异性地络合的靶物。一类方法使用除非它们结合靶物时不发射信号的标记。这些标记具有限制，因为它们不会发射足够强的信号用于单个标记的靶物的有效大面积检测。不需要洗涤的另一种方法通过液相屏障进行选择，以从未结合的标记中分离出标记的靶物络合物。该方案使用检测区整合而不是灵敏的图像分析，因而缺少高灵敏度。

使用成像来检测特定靶物的试验装置。已经开发出了许多用于进行试验的装置，用于使用成像方法同时检测特定微型靶物。一些试验装置用于手工试验，而另一些则为用于自动化试验系统而设计。使用标记的靶物的目检的手工方法包括柜台有售的快速侧向流实验，诸如用于妊娠试验的那些。手工试验通常为测试单个样品而设计，不适用于高流通量试验。目检不能计数单个标记的靶物，因而在低靶物水平时缺少灵敏度。

大多数用于同时检测单个标记的微型靶物的试验装置使用在高放大率的自动化成像来使靶物显像。例如，含有光学上澄清的基质的简单微量滴定孔可以用作通过显微术成像的装置。特异性地标记靶物，并沉积在光学基质表面上。通过重复洗涤去除未结合的标记和非特异性地标记的实体后，可以使用数字照相机和显微镜光学装置计算靶物。这样的装置具有下述缺点：需要洗涤步骤，且缺少灵敏度，因为显微方法仅对小面积成像。

已经开发了几种使用大面积自动化数字成像的试验装置，用于同时检测单个标记的靶物。这些方法通常在毛细管室中检测，并使用侧向流来去除未结合的标记。关于其它侧向流方法，该技术方案使自动化复杂化，并限制可以方便地分析的样品的体积。

发明内容

本发明为分析仪提供了改进的试剂盒和装置，所述分析仪使用大面积成像来检测单个微型靶物。本发明允许不经洗涤步骤地进行单个标记的靶物的大面积成像，从而提供灵敏的且特异性的检测，同时简化手工操作，并降低自动化操作的成本和复杂度。本发明可以递送快速的、精确的和定量的结果。在本文中，我们使用术语成像来表示从一个区域同时获取图像。

在一个方面，本发明表征了一种试剂盒，其包括：具有≥ 2 mm深度的成像孔和具有≥ 1 mm的最短线性尺寸的检测区；信号发射部分，例如，荧光颗粒或荧光的或发荧光的染色剂，其以干燥或液体形式储存；和选择部分，例如，以干燥或液体形式储存的磁性颗粒或捕获分子；其中所述信号发射部分和选择部分或捕获分子特异性地结合靶物，其中所述捕获分子结合到成像孔上，其中所述检测区在与信号发射部分的信号标志相对应的波长是可穿透的，且其中所述成像孔包含用于使成像分析仪对齐或对准成像孔的部件。

所述试剂盒可以另外包括：任意一种或更多种染料，所述染料干扰投向或来自信号发射部分的光的生成或透射；取样装置，例如，拭子，其能收集样品中的靶物；垫子或在溶剂化后生成垫子的干燥试剂，其中所述垫子在溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度。生成垫子的干燥试剂可以放置成接触检测区，且在检测区与干燥的信号发射和选择部分之间。在某些实施方案中，界定检测区的检测表面在190 – 1100 nm之间的区域是可穿透的，例如，在可视区。优选地，所述检测表面在信号标志的波长是无荧光的。在其它实施方案中，检测区的最长线性尺寸是2 cm，且其中成像孔的深度小于2 cm。

本发明也表征了用于分析可能含有靶物的样品的装置，其包括：具有样品入口的壳体；具有≥ 2 mm的深度的成像孔，和具有≥ 1 mm的最短线性尺寸的检测区；选择部分和/或信号发射部分的储存器，其中所述储存器安置在壳体中，且流体性地连接至成像孔(或以液体或干燥形式安置在成像孔中的选择部分和/或信号发射部分)；和用于使成像分析仪定位或对准成像孔的部件，其中所述成像孔安置在壳体中，以允许检测区的外部辐照和/或从成像孔发射出的光的检测，其中所述入口流体性地连接至成像孔，且其中所述检测区在与信号发射部分的信号标志相对应的波长是可穿透的。所述装置可以另外包括一种或更多种捕获分子，其结合到成像孔上且特异性地结合靶物；入口的密封，其在样品导入入口中以后啮合；用于计量通过入口导入该装置中的样品体积的计量器；第二个储存器，其安置在壳体中，且含有垫子或在溶剂化后生成垫子的干燥试剂，其中所述垫子在溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，且其中第二个储存器流体性地连接至成像孔；第三个储存器，其安置在壳体中，且含有干扰投向或来自信号发射部分的光的生成或透射的染料，其中所述第三个储存器流体性地连接至成像孔；样品处理孔，其安置在壳体中，且流体性地连接至入口、成像孔和储存器；多个（a）的成像孔和在壳体中的通道，所述通道将引入入口中的样品分到多个成像孔中；壳体中的通道，其连接入口和成像孔；壳体中的排气口，其允许气体排出装置，这是液体在装置中流动的结果；取样装置，例如，刺血针，其可以流体性地连接至入口；过滤器，其隔开入口和成像孔，并允许靶物选择性地穿过；和用于连接流体泵的在壳体中的接口，所述泵将流体从入口泵向成像孔。

在不同的实施方案中，所述检测区在与信号标志相对应的波长是无荧光的。所述成像孔可以与壳体是整体或分开。所述入口可以接受取样装置，例如，样品拭子或吸量管。所述壳体可以另外包括稳定器，其用于垂直叠加多个装置。当存在时，啮合密封可以导致来自入口的样品向成像孔移动。例如，所述密封可以包括柱塞或能相对于入口可变地移动，例如，通过螺纹。所述成像孔可以另外包括：垫子或在溶剂化后生成垫子的干燥试剂和/或染料，其中所述垫子在溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，所述覆盖液体层包含溶剂化的靶物信号发射部分和选择部分，所述染料干扰投向或来自信号发射部分的光的生成或透射。上述的第二个和第三个储存器可以是相同或不同的储存器。样品处理孔可以含有促进或抑制细胞复制的试剂，例如，生长培养基。样品处理孔可以被阀与成像孔隔开。样品通过毛细管作用从入口向成像孔移动。装置中的任意储存器可以被脆性密封与成像孔隔开。样品体积是例如1 μL至1 mL，且成像孔的体积是例如10 μL至1 mL。

用于本发明的试剂盒和装置的示例性的成像孔也显示在附图中，并描述在实施例中。

在某些实施方案中，所述试剂盒和装置在检测之前不需要洗涤样品。所述试剂盒和装置也可以采用标记颗粒作为信号发射部分。标记颗粒与靶物的接触，导致靶物:标记颗粒络合物的形成。标记颗粒可以存在于试剂盒或装置中，其量会产生指定的标记比，例如，小于100。

在试验装置中可以含有一些或所有试验试剂。用户可以手工地或通过自动化仪器加入一些或所有试剂。试验装置可以是简单的容器。或者，它们可以是复杂的筒，包括，例如，下述物体的组合：载泵、流控通道、阀、试剂储存器、电子器件、检测器、样品输入模块和废物模块。

“洗涤”是指这样的过程，其从容器或表面物理地去除液体，所述液体含有来自靶物的不希望的组分，所述靶物不同于不希望的组分，被保留、选择或捕获在容器中或表面上。

“不需要洗涤”的试验是指这样的试验，其中不使用洗涤步骤来检测靶物。

“分析仪”或“成像分析仪”是指这样的仪器，其具有本文定义的允许检测区同时成像的阵列光检测器和成像光学器件。分析仪可以具有许多用于增强检测的其它功能，包括用于将选择力施加于选择部分上、运输或温育的模块。

“孔”是指可以容纳液体的容器。孔通常具有≥ 1 mm的孔深度。

“成像孔”是指可以用于通过成像来检测标记的靶物的孔。成像孔具有检测表面，在所述表面上，成像分析仪可以检测标记的靶物颗粒。位于检测表面和成像分析仪的光检测器之间的材料具有用于支持标记的靶物的成像检测的光学性质。例如，所述材料通常是可穿透的，且在与装置的信号发射部分的信号标志相对应的光谱区中具有低光学背景。

“成像孔深度”是指沿着垂直于检测表面的轴的成像孔距离。

“垫子”、“密度垫子”、“液体垫子”、“垫子层”或“液体密度垫子”是指其密度大于覆盖层的基本上液体层。在本发明中，垫子存在于成像孔中，位于检测表面和包括样品和实验试剂的液体层之间。该垫子提供了实验试剂和检测表面之间的物理分离。使用选择，与选择部分络合的标记的靶物移动穿过垫子，并沉积在检测表面上进行成像。垫子的致密液体层将未被选择部分络合的信号发射部分从检测带排除。

“染料”是指加入反应中的物质或混合物，其干扰投向或来自信号发射部分的光的生成或透射。所述染料减小或消除在检测区以外发出的信号，同时允许检测从检测区内的信号发射部分衍生出的信号。对于包括荧光信号发射部分的装置，染料可以吸收荧光激发频率、荧光发射频率或二者的光。不同的染料性质可以用于该目的，包括光散射和吸收。在不同的实施方案中，所述染料会使信号减小至少50%、75%、85%、90%、95%或甚至99%。

“染色的垫子”是指包括染料的垫子。染色的垫子同时提供主体反应从检测带的物理排除(随着染色的垫子的密度而变化)，同时防止或减小信号从覆盖反应向检测器的透射(随着致密层中包括的染料而变化)。

“取样装置”是指用于收集样品的装置。取样装置的实例包括拭子、毛细管、擦拭器、烧杯、多孔过滤器、吸水过滤器和吸头。

“靶物”是指可能存在于样品中的细胞、病毒、分子或分子络合物，通过本发明测试其存在。

“靶物种类”是指多个靶物共有的一个或更多个特征，使得多个靶物被视作对于使用本发明构建的实验目的而言是相同的。例如，对于用于检测所有HIV病毒的实验，所述种类是HIV。这样的实验会检测所有HIV病毒，而不区分HIV-1和HIV-2变体。在该情况下，靶物的种类包括HIV-1和HIV-2。另一个实验的目的可能是将HIV-1与HIV-2区分开。在该情况下，每类HIV被视作不同的种类。如果实验目的是检测白色假丝酵母菌，3个探针被视作对于实验目的而言是相同的，因为它们具有共同特征，即它们特异性地结合白色假丝酵母菌，且被视作属于相同的靶物种类分子。

“种类-结合分子”是指特异性地结合种类特异性的结合位点的分子或分子络合物。种类-结合分子的实例是杂交基因组DNA的核酸探针；已经在体外选择或“进化”成特异性地结合蛋白上的位点的核酸适体；结合细胞抗原或血清蛋白的抗体；和特异性地结合激素受体或结合分子（诸如抗生物素蛋白）的配体（诸如表皮生长因子或生物素）。如果它们结合不同的且无重叠的种类特异性的结合位点，则2个种类-结合分子是不同的。可以根据它们的分子组成提及种类-结合分子，例如，种类结合的寡核苷酸、探针、抗体、配体等。

“捕获分子”是指稳定地结合在表面、膜或非颗粒的其它基质上的种类-结合分子。

“特异性地结合”靶物种类的种类-结合分子是指这样的种类-结合分子，其在定义的结合条件下结合作为实验扫描的种类的成员的基本上所有靶物，但基本上不结合可能存在于样品中的其它分子。在扫描的种类中的靶物所结合的种类-结合分子的数目相对于不在这样的种类中的靶物所结合的数目，通常是2倍、5倍、10倍、或大于50倍大。

“信号元件”是指直接产生可检测信号的分子或颗粒。短语“直接产生”表示下述事实，即信号元件是可检测信号的直接来源或关键调节剂。因而，如果信号是源自荧光团的光子，则所述荧光团是光子的直接来源，且因此是信号元件。如果信号是由RLS颗粒散射的光子，则所述RLS颗粒是信号元件。或者，如果信号是从辣根过氧化物酶的发色沉淀产物透射或散射的光，则所述发色产物是信号元件。

信号元件的一个特征是，这样的元件不可分成部分，使得每个部分产生与整体相当(按照特征，不一定按照强度)的信号。因而，2 nM直径量子点是信号元件，因为分割它会改变得到的纳米晶体的特征 (发射谱)。用诸如荧光素等荧光染料浸渍的5 µm颗粒不是信号发射元件，因为它可以分成部分，使得每个部分具有与完整颗粒相当的信号发射特征。相反，分子荧光素是信号发射元件。信号产生酶(例如，萤光素酶、碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶)的可检测产物也被视作信号元件。这样的信号元件(或它们的前体，当存在前体向信号元件的化学转化时)可以是可扩散物质、不溶产物和/或不稳定中间体。例如，酶碱性磷酸酶将化学发光底物CDP-Star (NEN;目录号NEL-601)转化成活化产物，它是发射光子的信号元件。

“信号发射部分”是指这样的分子、颗粒或物质，其包括或产生(在酶的情况下)一个或更多个信号元件，且缀合或可以缀合到种类-结合分子上。信号发射部分可以共价地或非共价地、直接地或间接地(例如，通过一个或更多个连接物或“化学连接物”部分，或通过缀合到相同颗粒上的两个部分)结合到种类-结合分子上。信号发射部分的实例包括羧基化的量子点；修饰成结合核酸探针或抗体探针的荧光团（诸如德克萨斯红）；抗生蛋白链菌素-包被的荧光聚苯乙烯颗粒(其可以缀合到生物素化的种类特异性的结合蛋白上)；含有重复核酸序列的滚环复制产物，每个所述序列可以杂交几个寡核苷酸，所述寡核苷酸以荧光修饰的核苷酸为尾巴，且在5'末端含有种类特异性的结合寡核苷酸。信号发射部分可以包括物理上不同的元件。例如，在某些情况下，所述信号发射部分是缀合到种类-结合分子(例如抗体)上的酶(例如，碱性磷酸酶)。当碱性磷酸酶的底物 (例如，CDP-Star或BM紫，分别来自NEN和Roche)被转化成信号元件产物(例如，发射光子的不稳定中间体，或可沉淀的发色产物)时，产生信号。对于种类-结合分子、酶促信号发射部分和在不同时间应用于反应中的底物，它不是罕见的。

“颗粒”是指尺寸小于50微米的基质。一群或一批颗粒的尺寸被定义为颗粒样品的最长正交维数对的平均测量。最长正交维数对是这样的颗粒正交维数对，其长度总和是该颗粒的所有这种总和的最大值。如果2个颗粒的样品分别具有1微米× 2微米和2微米× 3微米的最长正交维数对，最长正交维数对的平均测量是2微米 [(1+2+2+3)/4 = 2微米]。颗粒样品的最长正交维数对的平均测量是，例如，小于50微米、小于20微米或小于5微米。

许多颗粒具有一些固体特征。但是，可能不是刚性的分子支架或络合物也被定义为颗粒。例如，树枝状聚合物或其它分支分子结构被视作颗粒。类似地，脂质体是另一类颗粒。颗粒可以结合或缀合到信号元件上。经常用反映它们的尺度或几何形状的术语，表示颗粒。例如，术语纳米球、纳米颗粒或纳米珠用于表示沿着任意给定轴测量小于1微米的颗粒。类似地，术语微球、微粒或微珠用于表示沿着任意给定轴测量小于1毫米的颗粒。颗粒的实例包括胶乳颗粒、聚丙烯酰胺颗粒、磁体微粒、铁磁流体 (磁性纳米颗粒)、量子点等。

“标记颗粒”是指可以特异性地结合靶物并产生信号的颗粒。标记颗粒缀合到信号发射部分和种类-结合分子上。

“靶物:标记颗粒络合物”是指一种或更多种靶物特异性地结合的标记颗粒。

“标记比”是指在接触步骤中靶物与标记颗粒之比。例如，如果使1 × 10⁷ 标记颗粒接触含有1 × 10⁶ 靶物的样品，则标记比是0.1。为了计算标记比的目的，仅考虑可以特异性地结合标记颗粒的靶物。例如，在计算中不包括物理上不可达到的靶物(例如，隔绝在细胞隔室中)。

信号元件或信号部分的“信号特征”(signal character)是指由所述信号元件或信号发射部分产生的信号的一个或更多个方面，其可以用于与其它信号元件或信号发射部分区分开。例如，用荧光素和罗丹明标记的信号发射部分的信号特征是荧光。放射转发器的特征是射频。光子信号发射特征的实例是荧光、光散射、磷光、反射比、吸光度、化学发光和生物发光。所有（除了最后2个实例以外）光子信号发射特征依赖于外部辐照 (例如白光源、激光源、或日光)。相反，化学发光和生物发光是独立于外部光源的信号发射特征。

“信号标志”(signal signature)是指结合实验靶物种类的信号发射部分的组合的特征性信号发射特性。结合4类抗体（其中之一缀合到荧光素分子上，其中3类用罗丹明分子缀合）的靶物具有用荧光素和罗丹明的组合的加权的吸光度和发射谱描述的信号标志。

“选择力”是指用于捕获、分离、移动或隔绝靶物的力。选择力的实例包括重力、磁力、电势、离心力、向心力、浮力密度和压力。通过单独作用于靶物上的选择力，可以移动靶物。或者，可以使选择力特异性地作用于与选择部分结合的靶物上(参见下文定义)。

施加选择力来移动靶物的实例包括：靶物的离心；结合到磁性颗粒上的靶物的磁性选择；用金属颗粒标记的靶物的重力沉降；和通过真空过滤将靶物沉积在多孔膜上。在下面的实施例中包括了选择力的应用的其它实例。

“选择部分”是指这样的原子、分子、颗粒或其它实体，其可以缀合到种类-结合分子上，并给种类-结合分子赋予通过选择力被选择性地捕获、分离、移动或隔绝的能力。当种类-结合分子:选择部分络合物特异性地结合靶物时，所述靶物通常还可以通过选择力被选择性地捕获、分离、移动或隔绝。“选择性的”表示选择力对选择部分和结合的实体的移动的优先赋予易感性超过选择部分未结合的实体。

顺磁颗粒和铁蛋白是选择部分的实例。在溶液中下沉的致密的二氧化硅颗粒是另一类选择部分。当被种类-结合分子包被且结合微生物靶物时，这样的颗粒会造成靶物在水溶液中下沉，由此导致结合的靶物与其它样品未结合的组分分离。

“大致平面的”表面或基底是指这样的表面，其可以平行地对齐假想平面，使得当从该表面上的任何1 mm × 1 mm正方形中的点向假想平面上的最近点测量距离时，平均距离的绝对值小于50微米。

“检测表面”是指，在本发明的某些实施方案中，在其上面沉积靶物的大致平面基底的表面。在使用光子信号发射特征的实施方案中，如果所述检测表面是透光的，通过检测表面的任一面，可以实现检测。如果所述检测表面是不透光的，通过沉积靶物的检测表面的一面，可以实现检测。

“检测区”是指通过本发明同时分析的检测表面区域或检测带。检测区的最长线性尺寸通常大于1 mm，例如，大于5 mm、10 mm或15 mm。例如，通过包括集合透镜和CCD芯片的光学装置同时成像的载玻片部分可以测量0.8 cm × 0.5 cm。则检测区是0.4 cm²。

“检测带”是指可以在其中检测靶物的体积。检测带具有与检测区相同的尺度，但是具有与可以在其中检测和鉴别标记颗粒的深度相对应的深度。检测带的深度因此依赖于用于评分阳性信号的阈值标准。当使用光学检测时，检测带的深度依赖于场的光学深度。

检测区的“最长尺度”是指在检测区周边上的2个点之间可以绘制的最大长度线。例如，如果检测区是测量为0.3 cm × 0.4 cm的矩形，检测区的最长尺度是对角线0.5 cm。如果检测区是半长径长度为7 mm且半短径长度为2.5 mm的椭圆形，检测区的最长尺度是14 mm。

检测区的“最短尺度”是指在检测区周边上的2个点之间可以绘制的最小长度线。例如，如果检测区是测量为0.3 cm × 0.4 cm的矩形，检测区的最短尺度是对角线0.3 cm。如果检测区是半长径长度为7 mm且半短径长度为2.5 mm的椭圆形，检测区的最短尺度是5 mm。

“大面积检测”或“大面积成像”是指用于检测微型靶物的方法，其中检测区(通过检测装置同时分析的区域)远远大于靶物。用于大面积检测的检测区具有≥ 1 mm的线性尺度。相反，微型靶物实质上更小，通常在至少2个正交维数测量小于50 µm。大面积检测的实例包括：用CCD照相机对9 mm直径检测区成像；通过用具有1 cm长尺寸的CCD线性扫描器扫描，对2 cm × 1 cm矩形成像；使用直接暴露于照相胶片，对含有微生物靶物的4 cm × 4 cm滤光片成像；和在快速侧向流试验纸检验中，目检与1 cm × 3 cm实验区上的微型靶物相对应的色斑。

“缀合”或“稳定结合”是指2个实体之间的物理结合，其中结合的平均半衰期是在PBS中在4℃至少1天。

在检测区部分中“同时检测”靶物是指在一个步骤中检测来自大致平面的检测表面部分的信号。使用CCD芯片、目检或基于光电二极管的信号整合对检测区的靶物进行大面积成像，是同时检测的实例。

“样品”是指通过本发明扫描靶物的存在的物质。

“直接目检”是指在没有除了可佩戴式矫正透镜以外的其它仪器的辅助下的目检。例如，直接目检可以用于在某些快速侧向流试验中检测纳米金颗粒的淡红色的反射信号。

“光电检测器”是指将光子信号转换成电信号的人造装置或仪器。光电检测器的实例包括CCD 检测器、光电倍增管检测器和光电二极管检测器、例如，雪崩光电二极管。

“辐照”是指用电磁辐射照射。不同波长的电磁辐射可以用于辐照。它包括，例如，用在X-射线、紫外线、可见光或红外线光谱区域中的波长辐照。应当指出，辐照不一定在可视区。辐照优选地发生在190至1100 nm的范围内。

具有“光子信号发射特征”的信号元件或信号发射部分是指这样的信号元件或信号发射部分，其可以通过光子的发射、反射、散射、折射、吸收、捕获或重定向或光子行为的任意其它调节或组合来检测。具有光子信号发射特征的信号元件或信号发射部分的某些实例包括：荧光团德克萨斯红 (荧光信号发射特征); CDP-Star (化学发光信号发射特征); 萤光素酶 (生物发光信号发射特征); 共振光散射颗粒(光散射信号发射特征); BM紫(光吸收或发色信号发射特征);和上转化磷光体 (吸收2个长波长光子，并发射1个更短波长光子)。

PBS是磷酸盐缓冲盐水溶液，其含有: 120 mM NaCl、2.7 mM KCl和10 mM磷酸盐缓冲液(钠盐) pH 7.4。

CCD是电荷耦合器件。

hTSH是人促甲状腺激素。

PSA是压感胶粘剂。

RF ID是射频鉴定。

除非另外指出，在本说明书中描述的微生物菌株从维吉尼亚州马纳萨斯的美国典型培养物保藏中心(ATCC)得到。

附图说明

图1是装置的模块式组装，其中通过集成在帽中的柱塞的推动来计量样品(实施例6)

图2是可变形袋的实例，所述袋具有通过滚柱机构对其起作用的脆性密封。

图3是液体和干燥试剂之间的试验性能对比(实施例1)。冻干的金黄色葡萄球菌试剂证实了液体和干燥试剂之间的性能。图3A显示的数据对比了每个试验分析的含有和不含有金黄色葡萄球菌细胞的样品的荧光物体(多路计数)。图3B显示了使用冻干的金黄色葡萄球菌试剂进行的试验，来自含有和不含有金黄色葡萄球菌细胞的样品的实际图像。

图4是由装有干燥试剂的单个容器、帽和成像模块组成的简单装置(实施例3)。

图5是自主处理单个样品的装置，其包含集成的样品收集功能。

(A) 集成的装置概念，(B) SLA 装置，(C) 自主装置的设计，(D) 自主装置的Polyjet实例，(E) 含有免疫测定试剂的mm-尺寸的冻干球，(F) 使用干燥试剂和干燥的垫子材料的阳性免疫测定反应的图像(实施例8、9)。

图6 是具有集成的样品收集模块的装置(刺血针和在帽中的消毒酒精垫) (实施例9) 。

图7是具有多个反应器的装置，其中通过螺旋帽的推动来计量样品(实施例4)。

图8是完整集成装置，其具有多个孔和用于堆叠和对准分析仪的对准部件 (实施例5)。

图9是具有中间处理生长模块的装置(实施例6)。

图10是具有中间处理生长模块的可堆叠装置的照片(实施例6)。

图11是接受样品拭子MRSA试验的直接插入的完整集成装置的工作流程。

打开包(1)后，用户应用条形码(2)，得到样品(3)，将拭子插入装置(4)。帽闭合折断拭子末端(5)，并将一个或更多个装置放在分析仪中(6)。所有其它步骤，包括医院专门的数据报告，自动进行(实施例7)。

图12是包含接受样品拭子的直接插入的完整集成装置的模块的内部视图(实施例7)。

图13是具有集成的一次用弃的吸头的多个自含容器(实施例10、11)

图14是具有集成的刺血针和消毒酒精垫的多个装置的外包装(实施例9)。

图15是具有集成的刺血针的多个装置的外包装(实施例9)。

图16是使用风干和液体垫子试剂的试验的对比(实施例1)。

图17是使用液体试剂的在人血浆中的人促甲状腺激素(hTSH)试验 (实施例2)。

图18是来自具有集成的生长和试剂模块的装置的试验结果与台式试验的对比 (实施例6)。

图18A显示了来自具有集成的生长的装置的试验结果的标准曲线与台式试验的对比。图18B显示了没有放大的单个染色的金黄色葡萄球菌细胞的数字图像和与没有细胞的样品的对比。

图19是高流通量自动化分析仪 (实施例1)

图20是条形磁性组合装置(实施例2)

图21是含有和没有染料垫子的试验(实施例1)。证实了染色的垫子用于从对hTSH特异性的游离荧光标记颗粒去除背景的用途。

图22是液体和干燥试剂之间的TSH试验表现的对比(实施例2)。图22A显示的数据对比了按照下述试验分析的含有和不含有冻干的hTSH的样品的荧光物体(多路计数)。

图22B显示了来自含有0 pg/mL和250 pg/mL TSH（使用冻干的TSH试剂） 的样品的实际图像。

图23是成像分析仪的成像部件的图。

图24是成像分析仪的部件的图。

图25是成像分析仪的照片。

具体实施方式

发明概述。本发明表征了试剂盒和装置，其用于快速且灵敏地检测医学、工业和环境样品中的靶物。在不同的实施方案中，所述装置具有用于不经洗涤步骤地将标记的靶物与游离标记和其它标记的实体区分开的装载的（on-board）试剂 (信号发射部分和选择部分)；一个或更多个允许使用大面积成像检测单个标记的靶物的成像孔；接受许多样品类型；可以导入手工的或自动化的成像分析仪中；允许标记靶物；可以包括样品和/或试剂处理功能；可以包括液体移动的流控功能；且可以与自动化分析仪上的机械装置对接，以移动流体。基于所述装置的诊断试验可以是快速的、超敏的、定量的、容易使用的、多路的和自动化的。所述试剂盒或装置可以设计成与本文所述的成像分析仪一起使用，和与在2009年9月24日提交的标题为“Imaging analyzer for testing analytes”的国际申请号__________（其通过引用并入本文）中描述的成像分析仪一起使用。所述装置和试剂盒可以用于本文所述的试验，和在2009年9月24日提交的标题为“Method for detecting analytes,”的国际申请号__________（其通过引用并入本文）中所述的试验。

在下面的部分中描述了所述装置的一些关键功能和属性：

1. 装置结构

2.样品输入模块

3. 与分析仪的动态相互作用

4. 没有洗涤的检测

5. 液体试剂

6. 干燥试剂

7. 流体系统

8. 中间处理

9. 分析物选择

10. 成像

11. 信息管理

12. 包装。

1. 装置结构

装置的总结构复杂性和构造依赖于用途、地点和分析仪，且其范围可以是从具有试剂的简单光学容器到具有嵌入式流体处理元件和与分析仪的机械元件的接口的多功能装置。图4 解释了本发明的一个简单的实施方案，具有用于大面积成像的光学澄清的成像孔、干燥试剂和帽的单个容器。在图12中所示的更复杂的实施方案具有集成的多个模块，以实现多种功能。在图12中所示的装置具有在图4中所示的更简单装置的功能性，但是也具有接受样品拭子的模块、启动浸泡拭子的装载液体试剂流的闭合机构、培养基、和用于通过细菌细胞在生长孔中的差别生长来测定抗生素抗药性的干燥试剂、和用于与分析仪机械部分相互作用的部件。

所述装置和它的模块可顺从不同的生产方法和策略。使用许多材料、生产方法和装配方法，可以将所述装置生产成集成单元或单独的模块。所述装置可以对每个样品执行一个或更多个试验，可以接纳一个或更多个样品，且可以包含用于中间样品处理的流控部件和模块。

模块的类型。许多结构模块可以集成在装置中。模块可以在孔、通道或泡罩包中含有液体或干燥试剂。所述装置可以具有用于样品输入的样品输入模块，包括孔、毛细通道或用于取样装置的容器。可以存在一个或更多个成像孔，其具有用于有效成像的光学性质。一个或更多个模块可以用于试验反应或样品处理。在下面的部分中详细描述了这些和其它功能模块。

模块组合可以从单个生产的部件形成，或它们可以制造成在生产装配过程中集成起来的分开的结构模块。每个模块可以独立地制造，或不然。例如，反应模块可以是单个单元，如在图4中，或它们可以平行地组合，如在图7中。不同功能的模块可以组成单个生产的模块，如在图1中，其中已经在单个注射模塑块中制造出多个生长和成像孔模块。组件也可以是分散的部件，它们在制造后装配或连接到一起，诸如图1中的分离的帽和柱塞模块，它们在装置装配过程中通过压配合连接起来。可以将模块容易地连接到一起，作为形成集成的组合装置的分散亚基。集成的模块的数目和类型可以随在装置上测试的试验的类型而异。例如，需要血液样品的装置可以具有集成的刺血针(图6)。或者，用于测试鼻样的装置可以具有鼻拭子容器(图12)。处理需要生长的试验的装置可以具有装载的生长孔(图9)。

可以存在或不存在基底模块，向其中装配其它模块。例如，图1显示了这样的装置，其中模块通过压感胶粘带固定到基底上。但是，在图4中，所有装置模块都生产成单个集成部件，不需要基底模块。

模块制造。存在几种可以用于产生装置模块的制造方法。例如，使用射击注射模塑，可以制造装置模块 (参见图10所示的生长和成像孔)。作为实例，使用诸如Polyjet 3D印刷机 (图5D)、熔化沉积模铸 (FDM)等方法，或通过立体印刷设备(SLA) (图5B)，可以快速地设计它们的原型。

也可以机器制造或激光模具切割模块，诸如使用图1所示的PSA带。模块也可以是层压的金属箔或塑料薄膜 (图1)。存在其它可比的制造方法，它们是本领域技术人员已知的。

存在许多可以用于将模块连接到一起的不同方法。一些实例包括热、旋转、接触、和超声焊接， 其中塑料组件熔合或熔化到一起。模块也可以机械地相连，诸如在压或搭扣(snap)配合中。也可以使用诸如压感胶粘剂(PSA)、PSA包被的带或不同的环氧树脂等粘合剂。也可以在阳极键合一些材料，诸如基于硅的材料。存在其它可比的连接方法，它们是本领域技术人员已知的。

装置模块可以由不同的材料制成。适合成像的材料可以具有包括对给定波长的光学透光度在内的性质，可以在某些激发波长是最小荧光的，或在某些波长具有低反射比。成像表面也可能需要针对尘、刮擦和污染的保护。这可以通过物理部件来实现，诸如物理隔开、箔或塑料盖、铰链门或滑门，它们可以在成像发生之前由分析仪或用户取下。或者，保护门可以是不动模块。可穿透的涂层或材料也可能足以保护光学表面。执行机械动作的材料可能需要某种弹性，诸如用于活动铰链和帽的那些(图10、12)。可以选择有利于流控部件和试验试剂的材料。一些这样的性质包括反应性、流体流动、疏水性、样品和试剂的非特异性结合、孔隙率、和吸湿性。材料和方法的选择可能受到成本和/或生产容易的影响。

对准部件。所述装置可以具有允许对准和堆叠的模块。它们可以包括用于装置堆叠(装置-装置对准和稳定化)和装置-分析仪对准的部件。两种类型的部件、或任一种、或都不存在于装置中。

可以包括装置-装置对准键，以提高用户的可运输性 (图8、图10)。这些可以包括模块或部件，包括使装置可堆叠或可联锁的物理几何形状。这些可以包括交插或联锁部件。所述装置可以堆叠，使得它们不能容易地翻转（tip over）；例如，所述装置可以是宽广的，具有低重心。另外，所述装置可以具有便于用户使用一只手或使用带有手套的手操纵的总尺寸和形状。

装置-分析仪对准键和安全部件可以存在，以确保装置以正确方向插入分析仪，且分析仪可以与它适当对接，以执行功能，诸如温育、运输、磁性选择和成像。所述装置上的对准部件也可以包括一个或更多个具有安全部件的模块。安全部件是这样的元件，其可以限制与分析仪具有确定的功能关系的操作人员接近系统组件。下述装置–分析仪对准键和安全部件是几个实例，它们可以包含物理几何部件、射频鉴别(RF ID)标签、嵌入的电子器件、光学基准、一维或二维条形码、图像或全息图。

2.样品输入

所述装置可以具有不同类型的用于接受待测样品的模块。所述装置可以接纳许多不同类型的样品和样品导入模式。一旦加入装置中，样品可以密封在装置中，并经历试验前处理。

样品的类型。样品来源可以很广泛。人样品可以包括例如尿、粪便、血液、血清、唾液、鼻液、脑脊液、皮肤、伤口和许多其它来源。工业样品可以包括食物、饮料和药物。环境样品可以包括水、空气或表面样品。类似地，大量样品收集装置可以用于本发明中。本发明可以接纳广范围的样品体积。所述体积可以是，例如，小于1 µL（对于刺指血液）(如在图5中)至大于1 mL（对于粪便样品）。所述样品可以已经经过或没有经过预处理。例如，可以在将它们加入装置之前，将稀释剂或微生物生长试剂加入样品中，或可以在将样品加入装置之前，允许发生微生物生长。另外，可以将一种或更多种添加剂加入样品中。例如，可以将抗凝剂加入全血样品中，以防止凝结。

存在许多不同的可能的样品导入模式。通过例如吸量管或样品收集球、拭子、具有血滴的手指、注射器、毛细管、织品或擦拭器，可以将样品导入装置中。在从样品收集装置取出后，可以导入样品，或可以将样品收集装置的容器集成在装置中。集成的样品输入模块的一个实例如图6所示，其中通过装载的刺血针和毛细管收集全血。外部导入的样品的一个实例如图8所示，其中由用户手工地将稀释的粪便样品吸量进装置中。

帽的类型。所述装置可以具有用于将样品密封在内部的结构。存在几种不同的闭合结构，一些实例包括、但不限于：搭扣(图4)、螺旋(图7)、压或挤压配合(图10)、铰链(图10)、滑板、可重新密封的膜、o-环密封和阀（包括鸭嘴阀、旋转阀、球阀、线性阀和单向阀）。除了密封以外，帽模块可以集成不同的平行功能。所述帽可以施加压力来移动样品(图7)或释放压力，诸如通过排气(图5)。它可以移动液体试剂，诸如将拭子浸渍在缓冲液中，如在图12中，或它可以包括与分析仪的机械接口，诸如通过图1中的柱塞支持物。所述帽也可以对样品收集装置执行一个或更多个处理步骤。例如，所述帽可以将鼻拭子的柄断开，如在图11中。

所述帽可以集成允许或限制与用户或分析仪的相互作用的部件。例如，所述帽可以在闭合后锁定，使它不能被用户或分析仪重新打开。所述帽可以将样品密封在装置内，使它在闭合后不会泄露。所述帽可以给用户或分析仪提供反馈，诸如所述帽已经被适当密封的声音或视觉线索，诸如当所述帽完成适当啮合时可听见的咔嗒声或颜色变化。在某些实施方案中，可以存在用户或分析仪的窗口，用于可视地确定样品是否已经正确地插入，和是否准备好进一步处理。

装载的样品预处理。样品一旦进入装置中，可以在接触试验试剂之前，预处理样品。样品输入储存器可以使样品立即暴露于试验试剂，正如图5C中用于血液样品的毛细管一样，其中立即开始反应。或者，样品可以暂时保留在容器中，诸如样品输入储存器(图7)，直到开始反应。例如，通过装置和分析仪的机械组件之间的相互作用，可以开始反应。可以将液体试剂加入样品中，进行暂时储存或反应前温育(图12)。可以存在试验前样品准备处理，其在用户关闭帽之后，在筒上自动发生。例如，可以使抗凝剂与全血样品混合，或可以将生长培养基加入细菌样品中(图12)。试验前处理可以采用干燥的或液体试剂。这些试剂可以存在于样品输入模块内，或者所述试剂可以位于装置的其它地方。在样品已经离开样品输入模块或储存器后，可以在装置的其它地方实现预处理。例如，可以将样品与在流体流动通道内干燥的试剂相组合，并与流过通道的样品相混合。

3. 与分析仪的动态相互作用

所述装置可以包含以许多不同方式与分析仪动态相互作用的结构。所述装置可以能接受材料或能量，它们可以从用户或分析仪转移至装置的特定模块。它也可以与分析仪或用户交流信息，诸如试验状态。

所述装置可以与材料或能量的直接或间接转移相容。例如，所述装置可以接受一种或更多种试剂，包括来自分析仪的液体或固体。分析仪可以通过吸量管(或通过其它装置)转移稀释剂、染料、密度垫子、信号发射部分、选择部分或其它试剂。分析仪可以与装置相互作用，以加热、冷却或混合装置和/或它的内容物。

可以混合装置上的流体的一个或更多个部分，它们可能要求或不要求与分析仪的动态相互作用。混合方法可以是被动的或主动的。混合可以被动地以诸如湍流、旋转路径、低溶液能量(图3中的干燥试剂)等方式发生，其不要求与分析仪的相互作用。但是，混合也可以主动地通过与分析仪的动态相互作用而发生。混合可以包括、但不限于：物理运动诸如通过桨或搅拌棒、反复吸打 (上下吸液)、振动(例如，超声处理)或涡旋。用于混合的装置全部、一部分或没有集成在装置中。例如，可以将搅拌棒集成在受外部磁场作用的装置中，或可以将分析仪上的外部吸量管导入装置中来混合试剂。

装置上的液体可以以要求与分析仪动态相互作用的方式移动。液体可以通过毛细管作用移动；例如分析仪可以使毛细管接触流体。其它方法包括机械柱塞(图1)或脆性密封的开口(图2)，其中刚性容器或通道之间的泡罩包或密封被机械挤压作用打开，诸如滚柱或线性致动器 (Findlay, 等人 1993 Clin Chem 39, 1927-1933)。或者，螺旋钻或螺丝钉可以作用于液体上(图7)，或可以将外部力施加于可变形的或可萎陷的固体模块诸如膜、横隔膜、波纹管或手风琴样结构。机械运动可以打开门或阀，或使2个物理上分开的组件在一起，使它们流体地相连。在策略上用于封闭通道的固体或液体或气体，可以通过物理能量、高温、化学反应或能量吸收（诸如激光或紫外线，其可以由分析仪导入）来移动或熔化或蒸发。所述装置也可以允许直接液体转移，诸如通过吸量管，如图8所示。所述装置可以允许分析仪诱导渗透压变化（其可以诱导液体流动，诸如跨半透性膜），或电环境变化（诸如电流增加，以诱导电泳移动）。外部分析仪模块对可变形基质的挤压，可以以类似于挤出海绵的液体的方式诱导流体移动。这些是其中装置可以与分析仪相互作用来移动流体的几个方式。

所述装置可以与外部能量来源的辐照相容。这可以包括电子态或固态磁场或电流或电场的接收。这可以诱导整个装置模块的移动，与诸如氧化铁等磁性传导组件一样，或它可以用于样品处理，诸如电泳或电化学。所述装置可以具有用于连接这些能量来源的特殊模块，其确保有效的功率传输。无线电波、声波和超声波能量可以用于激活模块，例如转换允许或阻断流动的阀，或通过混合和移动液体。所述装置可能需要允许用于能量传递的机械接触的模块，诸如在超声波混合情况下的传递液体。接触可以包含在装置上，以没有显著损失地转移能量。相干光（诸如来自激光）或非相干光（诸如来自无条件的发光二极管）可以用于打开或关闭通道，所述通道可以由动态材料制成，当暴露于某些光波长或强度时，所述材料可以改变性质。

与分析仪的动态相互作用通常包括与分析仪的将选择力施加于选择部分上的方法的兼容性。分析仪使用的选择力的一些实例包括磁力、离心力、浮力、和电力。

所述装置也可以包括与分析仪通信的质量控制部件。例如，所述装置可以具有用于评估存在足够的样品体积的窗口。

4. 没有洗涤的检测

通过利用成像分析仪来检测和计算单个标记的靶物，不需要洗涤步骤，本发明简化了实验操作，同时递送高灵敏度。本发明可以采用不经洗涤步骤、支持灵敏成像的试剂(在不同的组合中)，包括信号发射部分、捕获分子、选择部分、垫子和染料。

信号发射部分。本发明包括信号发射部分，其具有用于靶物的光学标记的光子信号发射特征。信号发射部分可以是靶物特异性标记诸如标记颗粒；例如，缀合到靶物特异性的抗体上的荧光颗粒。信号发射部分可以是结合广分析物类别的非特异性标记，例如，碘化丙啶，其标记 DNA和具有该试剂可接近的DNA的细胞。

选择部分或捕获分子。本发明包括选择部分或捕获分子，它们通常用于将标记的靶物特异性地沉积到检测表面上。该步骤将标记的靶物与游离标记和其它标记的实体分离或区分开。选择部分使用力来实现靶物在检测表面上的沉积，且可以包括，例如，靶物特异性的顺磁颗粒或致密靶物特异性的二氧化硅颗粒。捕获分子可以用于包被检测表面，所述检测表面用于特异性地捕获靶物。

垫子。本发明可以包括高密度垫子，用于从检测带排除反应的未选择的组分。所述垫子是这样的液体层，在开始将选择部分沉积在检测表面上的过程之前，其密度高于反应组分主体和检测表面之间的主体反应。所述垫子可以包括单独的或组合的(且在不同的浓度)不同密度试剂，包括，例如，蔗糖、泛影葡胺、碘克沙醇 (商品名Optiprep®)、NaCl、CsCl、Percoll®、甲泛葡胺或白蛋白。

染料。适当染料向本发明试验中的整合，可以实现光学分离，以在没有洗涤步骤的装置中支持灵敏检测。所述染料会增加在检测带中的信号发射部分与不在检测带中的信号发射部分的区分。当反应介质对激发光或其它辐照光基本上可穿透时（象对产生成像信号的反射光或发射光一样），在检测带以外的未结合的标记可以为图像提供大非特异性光信号。在成像之前将染料包含进反应中，可以用于消除或减小由存在于检测带之外的未结合的标记产生的信号。在适当浓度的染料允许检测在检测表面处或附近的检测带中的荧光，同时掩蔽来自剩余溶液中的未结合的标记的信号发射贡献。当信号发射部分是荧光时，使用的染料可以具有与荧光信号发射部分的激发或发射波长重叠的光吸收，或可以吸收激发光和发射光。例如，当荧光信号发射部分是黄绿色时，在本发明中有用的染料包括铬变素2R和酸性红1。适合该和其它光谱区的许多其它染料是本领域技术人员已知的。

染色的垫子。致密垫子层和染料的组合会提供不经洗涤地对标记的靶物成像的有效方法。该方案可以消除由未结合的信号发射部分和除了靶物以外的标记的实体导致的背景信号。所述垫子可以确保，仅由于它们与选择部分的结合而拉过致密层的靶物到达检测带。染料会阻止检测由在覆盖主反应混合物中的游离信号发射部分产生的信号，由此分离标记的靶物的信号发射贡献，所述靶物络合在沉积在检测带中的选择部分上。

5. 液体试剂

所述装置可以含有装载的液体试剂，其可以以不同的方式保留和移动。

液体试剂的类型。液体试剂可以包括含有信号发射部分和/或选择部分的溶液、垫子试剂、染料、稀释剂、添加剂 (例如，去污剂或抗凝剂)、生长培养基(其也可以包括抗生素)、阻滞剂、内部对照和本领域技术人员已知的其它试剂。液体试剂可以具有简单的或复杂的组成。

可以将液体试剂灭菌。灭菌可以通过下述方法发生，例如，但不限于，暴露于紫外线辐射、热(例如，高压釜)或环氧乙烷，通过过滤，或通过加入一种或更多种防腐剂(例如，ProClin (Supleco), 叠氮化钠)。试剂的灭菌可以在导入装置中之前或之后完成。

液体试剂容纳。可以以不同的浓度和体积包含所述液体试剂。液体可以以小至小于1µL或大至超过1mL的体积存在。浓度范围可以是从纯样品至小于百万分之一的稀释度。所述液体可以具有不同的容纳方法，包括一个或更多个袋或泡罩(图2)、孔或容器(图13)、毛细管(图5)或通道。这些仅是可能的液体容纳的几个实例，其它细节包含在部分6流体系统中。液体试剂可能需要在生产或无菌灌装期间灭菌。

可以存在一个或更多个使湿气远离干燥试剂的模块。一个实例是脆性密封(图2)，其位于液体区和干燥试剂之间。保持干燥试剂干燥的其它方法包括阀、可重新密封的或疏水的膜、o-环或其它衬垫材料。也可以使用可机械移动的部件来容纳湿气，包括搭扣(图4)、螺旋(图7)或压(图10)在一起的2个部件。机械部件也可以包含滑板或铰链，诸如在图10所示的弹性塑料中的活铰链。存在这里没有列出、但是本领域技术人员已知的其它密封技术。

液体移动方法。可以以被动或主动的多种方式，移动液体。被动方式，诸如毛细管作用，可以通过分子水平的表面张力相互作用来诱导流动。这适用于将血样插入图5的装置的狭窄通道中的情况。其它被动液体处理方法包括渗透压差（诸如跨半透性膜）或通过电环境差异，以及其它方法。通道中的流体流动可以是被动的（在毛细管作用的情况下）或主动的（如果它是在施加的压力下）。

主动液体移动要求跨液体诱导压力梯度。存在多种以该方式移动液体的方法。通过图1或图9的柱塞，图7的螺丝钉，或通过图12所示的直接线性推动，可以作用于流体。该移动模块可以是外部的，或集成在所述帽模块中，诸如图7的螺丝钉、图9的柱塞或图12的突出部（tabs）。通过固体装置的偏转（诸如在变形膜或横隔膜中）或波纹管或手风琴样结构的坍陷，也可以移动流体。主动液体移动的其它实例是本领域已知的。

主动液体移动的其它工具包括泡罩包、脆性密封和二者的组合。可以将液体密封在泡罩包中，并通过施加压力到可变形的模块上直到它破裂来释放。同样地，可以将脆性密封设计成在特定压力破碎，从而在将特定力已经施加于液体团块后，移动液体。通过滚柱机构，可以移动在已经通过脆性密封来密封的泡罩包内包含的液体试剂，诸如在图2中所示。通过把试剂包装在模块袋中，可以实现更长的贮存期限和可靠性。可以在有或没有泡罩存在下使用脆性密封。滚柱机构的简单性可以确保稳健性；例如，单向流体移动的可能性可以限制回流和错流。滚柱机构可以放置在装置上或在装置外。Findlay (Findlay, 等人 1993 Clin Chem 39, 1927-1933)解释了滚柱用于移动不同类型的装置中的液体的用途。

存在集成机械运动的其它主动移动过程。在某些情况下，机械动作会打开门，诸如阀。阀具有多种类型，包括诸如节流（pinch）阀、旋转阀、单向阀或鸭嘴阀等实例。其它机械运动，诸如可变形的吸收基质的挤压，可以以类似于挤出海绵的液体的方式诱导液体运动。具有特殊吸收性和容量的多种吸收材料可以用于该效果。在机械运动的另一个实例中，以前不邻近的2个物理上分开的组件集合到一起并对齐。

主动移动液体的其它方法包括，去除在策略上封闭通道的固体或液体或气体。这可以通过物理移动、熔化或蒸发来实现，这些通过高温、化学反应、吸收或暴露于辐射（诸如紫外线）来实现。通过直接液体转移，诸如通过吸量，也可以物理地移动样品。在图8和图13中显示了通过吸量管进行液体移动。

可以预见到，一种或更多种上述移动方法的任意组合会建立复杂的液体处理线路图。一个实例如图12所示，其中首先通过帽中突出部的移动来移动液体，其压缩泡罩包，并打开脆性密封。一旦脆性密封被打开，液体通过毛细管作用穿过通道流向样品输入孔。可以预见到流体移动方法的许多替代组合。

6. 干燥试剂

所述装置可以含有装载的干燥试剂。干燥试剂可以属于许多不同的类型，需要不同的制备方法。它们可以以许多不同方式包含和再水合。

干燥试剂的类型。在装置中包含的干燥试剂可以包括：含有信号发射部分和/或选择部分的溶液、垫子试剂、染料、稀释剂、添加剂 (例如，去污剂或抗凝剂)、生长培养基(其也可以包括抗生素)、阻滞剂、内部对照和本领域技术人员已知的其它试剂。根据装置的功能要求，这些试剂可以组合成混合物或混合物层。

干燥试剂容纳。可以以不同的量包含所述干燥试剂。它们可以以小至小于1mg或大至超过1g的重量存在。浓度范围可以是从纯样品至小于百万分之一的稀释度。所述干燥试剂可以具有不同的容纳方法，包括一个或更多个袋或泡罩、孔或容器、毛细管或通道。这些仅是几个实例。干燥试剂可能需要在生产或无菌灌装期间灭菌。

可以存在一个或更多个使湿气远离干燥试剂的模块。一个实例是脆性密封(图2)，其位于液体区和干燥试剂之间。保持干燥试剂干燥的其它方法包括阀、可重新密封的或疏水的膜、o-环或其它衬垫材料。也可以使用可机械移动的部件来容纳湿气，包括搭扣(图4)、螺旋(图7)或压(图10)在一起的2个部件。机械部件也可以包含滑板或铰链，诸如在图10所示的弹性塑料中的活铰链。其它实例如上详述。

制备方法。存在许多制备干燥试剂的方法。将试剂干燥的目的是，通过保护试剂免于湿气，延长装置的贮存期限。干燥试剂的方法应当使得，在再水合后，试剂保留它们的原始功能性。

存在几种不同的干燥试剂的方法。低压冻干法或冷冻干燥法(实施例3)可以用于干燥装置模块（诸如孔或通道或袋）内的一个或更多个试剂层。低压冻干的试剂可以包括一层垫子、染料或结合部分。或者，可以分别低压冻干试剂，并在装置装配过程中加入装置模块中。干燥试剂制备的其它方法可能包括风干或蒸发、丝网印刷法（silk screening）、蒸汽沉积、从溶液沉淀、或化学反应，以提供几个实例。

再悬浮方法。通过以许多不同方式加入液体，可以再水合干燥试剂。再悬浮可以被动发生，诸如通过在湍流、旋转路径中混合液体和干燥试剂，或通过可容易地吸收的干燥试剂。可容易地吸收的干燥试剂的一个实例描述在实施例3中。或者，通过主动混合，例如通过桨、搅拌棒、反复吸打、振动、涡旋或章动，可以实现再悬浮。

7. 流体系统

为了发生试验，通过流体系统，使样品和试剂相混合。流体系统可以包括精确控制方式的液体、固体和气体移动。

流体系统可以具有宽范围的复杂性。它可以简单至在含有干燥试剂的单个容器中手工地吸量(图4)，或复杂至具有许多多路流控处理步骤的多功能装置(图12)。所述装置可以利用完全手工的、完全自动化的或二者组合的流控管理方法。完全手工的装置实施例包括图4所示的实例，其中用户将样品直接吸量进含有干燥试剂的孔中。或者，流体管理可以完全由装置控制，诸如在图5中，其中通过毛细管流计量全血，并完全进入装置中。流体管理也可以部分地或完全地由分析仪功能来管理，诸如在图7中，其中通过螺旋帽的推动，分析仪计量进入成像孔的液体移动。

液体移动方法。可以以被动或主动的多种方式，移动液体。被动方式，诸如毛细管作用，可以通过分子水平的表面张力相互作用来诱导流动，就象将血样插入图5的装置的狭窄通道中一样。其它被动液体处理方法包括渗透压差（诸如跨半透性膜）或通过电环境差异，以及其它方法。通道中的流体流动可以是被动的（在毛细管作用的情况下）或主动的（如果它是在压力下）。

主动液体移动要求跨液体诱导压力梯度。存在多种以该方式移动液体的方法。通过图1或图9的柱塞，图7的螺丝钉，或通过图12所示的直接线性推动，可以作用于流体。该移动模块可以是外部的，或集成在所述帽模块中，诸如图7的螺丝钉、图9的柱塞或图12的突出部（tabs）。通过固体装置的偏转（诸如在变形膜或横隔膜中）或波纹管或手风琴样结构的坍陷或扩大，也可以移动流体。

主动液体移动的其它工具包括泡罩包、脆性密封和二者的组合。可以将液体密封在一个或更多个泡罩包中，并通过施加压力到可变形的区域上直到它破裂来释放。同样地，可以将脆性密封设计成在特定压力破碎，从而在将特定力已经施加于液体团块后，移动液体。通过线性致动器或滚柱机构，可以移动在已经通过脆性密封来密封的泡罩包内包含的液体试剂，诸如在图2中所示。通过把试剂包装在模块袋中，可以实现更长的贮存期限和可靠性。可以在有或没有泡罩存在下使用脆性密封。可以使用滚柱机构(Findlay, 等人 1993 Clin Chem 39, 1927-1933)。使用滚柱型机构进行可控的、定向的移动的可能性，可以限制回流和错流，或甚至可以用于混合。滚柱机构可以集成在装置上，或放在装置外。

存在集成机械运动的其它主动移动过程。在某些情况下，机械动作会打开门，诸如阀。阀具有多种类型，包括诸如节流阀、旋转阀、单向阀或鸭嘴阀等几个实例。其它机械运动，诸如可变形的吸收基质的扩大或挤压，可以诱导液体运动，就象把液体挤出或挤进海绵。具有特殊吸收性和容量的多种吸收材料可以用于该效果。在机械运动的另一个实例中，以前不邻近的2个物理上分开的组件集合到一起并对齐。

主动移动液体的其它方法包括，去除在策略上封闭通道的固体或液体或气体，且可以通过高温、化学反应、吸收或暴露于辐射（诸如紫外线波长光）来去除、熔化或蒸发。通过直接液体转移，诸如通过吸量，也可以物理地移动样品。在图8和图13中显示了通过吸量管进行液体移动。

可以预见到，一种或更多种上述移动方法的任意组合会建立复杂的液体处理线路图。一个实例如图12所示，其中首先通过帽中突出部的线性运动来移动液体。帽的闭合导致泡罩包的压缩，这会打开脆性密封。一旦脆性密封被打开，液体通过毛细管作用穿过通道流向样品输入孔。可以预见到流体移动方法的许多替代组合，以建立任意数目的独特线路图。

流动开始。存在许多控制流体运动的开始和时机的方法。脆性密封(图2)、可重新密封的膜或阀可以在适当时机之前阻止流体移动。可以压迫或松弛O-环，以控制流动。以特定方式彼此配合的可机械移动的组件，可以用于控制流动。实例包括、但不限于：搭扣 (图4)、螺丝钉或螺旋钻 (图7)、压配合 (图10)、铰链 (图10)或滑板。

表面处理可以用于修饰流动特征，其中将疏水区或亲水区导入到装置上。这些区域可以通过环境处理来建立，诸如将模块放置在氧等离子体、电晕、带离子电荷的室中。也可以将模块暴露于其它类型的处理，包括但不限于，化学浸蚀、蒸汽和液体沉积和化学涂层。通过材料选择和处理，包括表面纹理和粗糙度，也可以实现流动的开始和方向。

计量流体。可以精确地计量流体，并递送至一个或更多个平行的或连续的容器中。通过装置–分析仪流控部件接口的机械位移，可以在外部控制计量。它可以包括一种或更多种下述模块，所述模块包括许多被动和主动方法。

可以以许多不同方式主动计量流体。主动流体计量可以包括移动柱塞(图9)、用或不用滚柱压迫泡罩包(图2)、脆性密封的受控破裂(图2)、螺旋钻或螺丝钉的旋转(图7)、使膜、横隔膜、波纹管或手风琴样结构变形。通过吸量，也可以直接转移流体(图4)。

被动计量可以以几种方法发生。一种方法可以包括，通过几何设计部分地或完全地控制模块，所述几何设计补偿流动阻力，例如通过表面张力或通过毛细管作用(图5)。通过弥漫疏水的或亲水的边界区，也可以进行计量。在该情况下，液体置换气体或空气，但是在它不能容易地穿过的疏水膜或边界处停止(图7)。另一个被动实施方案可以包括，使用真空填充区计量。在孔或容器中自含的真空可以向流体体积开放，所述流体体积被更高的压力压回，诸如大气压。释放真空区和液体之间的边界，可以导致一个特殊液体体积，其随着液体冲入来平衡低压区，被计量进以前抽真空的区域。

用于精确计量的相同部件可以用于定时。

防止泄露。所述装置可以具有用于液体容纳和防止泄露的部件。容纳模块可以包括例如孔、泡罩、吸收膜、容器和通道。容纳流体流动、控制样品的物理位置和移动途径、并防止泄露的边界可以由固体、液体或气体制成。

存在不同的在预处理和试验反应步骤之前、过程中和之后防止泄露的方法。不动的固体容纳包括、但不限于：通道、孔、容器和室（包括吸头和球）。也存在垫子或膜。

流体可以用于容纳另一种液体，诸如通过聚焦流（focused flow）、2种不混溶流体的乳液或悬浮液，作为几个实例。这些液体可以是静态的或运动的。

流动可以被可机械移动的固体部件所容纳，所述部件可以包括通过搭扣(图4)或压配合(图10)、螺丝钉(图7)、铰链(图10)、滑板、o-环、阀、脆性密封(图2)或可重新密封的膜而配合到一起的2个部件。

流体可能需要置换截留的空气，因此可以包括排气方法来使在孔或通道内截留的气体最小化。存在多种排出空气的方法。几个实例包括疏水膜(例如，Versapor-800R; Pall)、其它膜、真空或低压区、另一种液体、气体或可变形固体（诸如横隔膜、毛细管或通向大气的大孔，或多孔固体）的位移或挤压。

在计量过程中和它结束后，可能需要使错流或回流最小化。分开的样品可能需要通过光学询问（interrogation）来保持分开。使用膜、阀或气泡或不混溶的流体，诸如含有水性样品的油，可以实现预防回流。

混合。所述装置可以具有允许流体与其它液体或干燥试剂混合的部件。混合可以被动或主动发生。被动混合可以包括诸如湍流、旋转路径或溶液的低能量等方式，诸如将液体加入干燥试剂中(实施例1)。主动混合包括、但不限于，物理运动，诸如旋转或振荡桨或搅拌棒、反复吸打 (上下吸液)、振动诸如超声波，或通过涡旋或章动。

8. 中间处理

某些试验用途和样品类型需要用于中间处理步骤的装置模块。中间处理步骤包括、但不限于：用于加热、冷却、混合、生长和过滤的那些。中间处理模块的复杂性，可以是从简单至不需要中间处理模块的那些装置(图4)到复杂至图12的装置，在后者中，在发生试验反应之前，发生多个预处理步骤。

温育模块。装置可以包括适合加热或冷却的样品处理模块。温度可以在外部控制，诸如通过例如在分析仪内部的培养箱。在该情况下，模块和连接方法可能需要耐受温育条件。例如，在图10中所示的装置分析MRSA，其可以在37摄氏度温育样品数小时。温度也可以通过集成在装置中的模块来控制，诸如局部加热元件，其可以含有或不含有集成的电能源或连接外部能源的装置。内部温度也可以通过内部模块来改变，所述模块可能经历化学反应，诸如当氯化钙或硫酸镁或醋酸钠与水混合时，会产生局部的放热反应。

混合模块。所述装置可以具有允许流体与其它流体或干燥试剂相混合的部件。混合可以被动或主动发生。被动混合包括诸如湍流、旋转路径或溶液的低能量等方式，诸如将液体加入低压冻干的试剂中(实施例1)。主动混合包括、但不限于，物理运动，诸如旋转或振荡桨或搅拌棒、反复吸打 (诸如上下吸液)、振动诸如超声波，或通过涡旋或章动。

分离模块。样品可能含有可以妨碍试验的微粒或其它物质。为了减轻该问题，可以使用分离方法来去除特定尺寸的碎屑。存在多种不同的可得到的分离方法，包括、但不限于：通过多孔固体、纤维网、膜、织网过滤，液体分离诸如场流分级法的利用，电泳或电渗流，或化学反应。在图9中解释了一个实例，其中使用纤维网 (Filtrona R26758) 来排除溶液中直径大于100微米量级的颗粒。在该实例中，可以根据试验需要来修饰过滤模块，以排除样品中更大或更小直径的颗粒。可以使用类似的方法来去除样品中的特定试剂，诸如血细胞或某些蛋白。可以去除样品溶液中不希望的部分。例如，对于特异性的抗体捕获，诸如使样品穿过抗体化学地结合的多孔介质，可以去除可能影响试验的某些蛋白或改变其浓度，作为试验前步骤。

生长模块。对于需要生长的试验而言，该模块可以存在。生长模块可以具有用于生长的干燥或液体试剂，且可以与抗生素组合或不组合。对于生长试剂的完整细节，参见上面的部分4和5。生长模块可能需要容纳流体流动和防止泄露的边界。这些可以由固体、液体或气体制成，它们控制样品的物理位置和移动途径，诸如通道、孔、容器、室、吸头、球、垫子、膜、聚焦流（focused flow）或其它液体边界（包括2种不混溶流体的乳液）、声波和超声波、或彼此不混合的材料的任意组合。上面列出了其它实例。

生长模块可以包含在一个或更多个可机械移动的部件中，所述部件可以搭扣(图4)、螺旋(图7)、压(图10)、铰链 (图10)或滑动在一起。容纳也可以用o-环、阀、脆性密封 (图2)或可重新密封的膜进行。

生长模块可能需要置换截留的空气或允许样品通气，以进行生长。实例包括疏水膜(诸如在图1中使用的Pall Versapor-800R)、膜、毛细孔或其它物理开口、多孔固体或上面列出的其它方法。

在生长期间，可能需要使错流或回流或过早的顺流最小化。这可能通过特殊的装置模块几何形状来实现，诸如大孔向狭窄毛细管的长宽比变化，其中表面张力终止顺流。其它实施方案包括、但不限于：膜或过滤器、气泡或不混溶的流体（诸如空气或油）、阀、脆性密封、不混溶的液体，诸如与图9的门相容的有机硅油浸湿的棉花塞。流体的容纳和排气的不同的其它实例适用于这里，且详述在部分6中。

9. 选择

所述装置与将靶物沉积在检测表面上的方法相容。可以使用特异性选择，因为它可以急剧减少检测带中的未结合的标记和非特异性地结合的标记的背景信号。它也是有利的，因为它可以把所有靶部分收集进用于最佳成像的检测区。

一些装置可以把靶物捕获到用靶物特异性的结合部分（例如，抗体或寡核苷酸）包被的成像表面上。或者，所述装置可以含有靶物–特异性选择部分，诸如用靶物特异性的抗体包被的磁性颗粒。可以将磁场施加于这样的装置，导致用标记的靶物络合的磁性颗粒在检测带中沉积。其它类型的捕获使用离心、沉降、浮力、电泳或过滤。

本发明的装置通常具有成像孔，其中络合到选择部分上的靶物可以直接沉积在检测区上。通过允许标记的络合物在检测区中分散，在表面上直接线性突出的体积可以增强灵敏度。这样的分散允许检测和计算单个标记的靶物络合物。例如，在图4中，干燥试剂可以包括磁性颗粒，它们被下拉到孔底部，其中它们可以从下面成像。替代实施方案包括选择至其它表面，诸如成像孔的侧面或顶部。选择可以在没有流动存在下进行。

10. 成像

所述装置具有一个或更多个具有成像表面的成像孔或检测区，所述检测区上通过选择来沉积标记的靶物，用于随后的成像检测。成像孔通常具有支持标记的靶物的光学检测的性质和部件。这些性质和部件可以包括光学上适当的材料、几何形状和用于聚焦的基准部件。

一般而言，包括检测区的成像孔一面是透光的，具有非常适合用于检测信号发射部分（用于标记靶物）的性质。例如，如果要检测荧光，光学窗口应当是在靶物的对应光谱范围中的波长处无荧光。成像孔也具有在特定波长的入射光的低反射比，所述入射光也可能通过增加背景信号来干扰成像。

图像表面也可能需要针对尘、刮擦和污染的保护。在限制可能使成像复杂化的非特异性背景或人工制品方面，这可能是有益的。一些保护表面的方法包括：结合物理隔开、脚（feet）或屏障 (图4和图8)，或通过给光学表面覆盖箔或塑料盖。或者，铰链门或滑门可以用于保护表面。这些保护部件可以在成像发生之前由分析仪或用户取下，或可以被装置自动取下。或者，这些部件可能不是活动部件，正如保护或防刮涂层的情况。

成像模块可能具有一个或更多个辅助聚焦图像的部件。这些部件可以包括光学基准，诸如一维、二维或三维的图像或物体，包括条形码。或者，使用机械对准部件（诸如v-槽或对准针或装置上的其它物理部件），可以完成聚焦。聚焦对准部件的一个实例包括在图4上的脚和在图9中的装置–分析仪对准部件。

许多几何形状对于成像模块是可能的。成像可以发生在底部、顶部或侧面，所以可以将成像模块设计成接纳这些结构中的任一个。

成像模块可以由不同的材料制成。材料选择依赖于靶物和成像方法，但是可以是塑料，诸如图10中的环烯烃共聚物，丙烯酸酯、聚苯乙烯和其它可穿透材料。它也可以由玻璃制成，诸如硼硅玻璃、熔化的二氧化硅、石英或其它材料。其它材料可能包括、但不限于PDMS、RTV、光学粘合剂和层板。成像模块可能具有内构（built in）光学过滤功能，其可以包括涂层或结构组成，诸如阻断或吸收某些能量波长的层板或额外物理层。

11. 信息管理

可以存在一个或更多个辅助患者信息和实验结果的传递和配对的模块。信息管理模块可以与分析仪读出方法相容，允许自动化的结果交流，并追踪哪个可能降低错误率。这些模块可以包括、但不限于：与通过CCD或条形码读取器的光学询问相容的那些，诸如一维或二维条形码(图8)、图像、全息图、手写标记或物理几何形状诸如印刷的数字序列或代码。可以将电信号嵌入装置中，并通过电压变化的外部检测来读出，或可以激发和读出诸如射频(RF ID, 图6)等信号发射。在任一种上述情况下，所述装置可以是或不是由用户或分析仪从外部读出。

12. 包装

每个装置可以是或不是在外包装中递送至用户。所述外包装可以随测定实验、进行实验的地点、和在地点需要的装置的批量而变化。外包装可以向用户传递重要信息，诸如试验类型和贮存期限。

可以存在外部标记信息，用于与用户交流内容和用于追踪。外包装标记可以包括诸如批号、实验类型、单元数目、试剂盒内含物、使用指导、对特殊危险的警告、失效期等信息以及其它有用信息。分析仪或用户读出追踪信息可能存在，包括在部分11信息管理中描述的那些中的任一种。外包装上的一些信息管理方法包括通过光学询问、CCD、条形码读取器、电或其它信号发射（诸如射频）或通过物理几何形状来传递。包装信息可以允许追踪批次，进行质量控制管理。可以与用户交流贮存期限信息，从而可以以及时的方式替换失效的装置。可以包括抗干扰（tamper-resistant）密封，以指示装置以前是否已经以可能不利地影响试验结果的方式被打开或修改。

包装允许将所有必要的试验模块分类成试验特异性的试剂盒。试剂盒可以包括一个或更多个样品收集模块，其可以包括、但不限于：样品收集球或吸量管、拭子 (图11.1)、刺血针或其它刺指装置(图6)、毛细管或注射器。每个包装可以包括一个或更多个样品收集模块。试剂盒中的模块可以是相同的或不同的模块，例如在一个试剂盒中可以包括2个拭子或刺血针和毛细管。每个包装可以包括一个或更多个装置或试剂盒。

可能存在试验依赖性的包装插页和控制装置周围和内部的环境的处理，诸如灭菌(图6)、血样的抗凝剂(图6)和湿度或干燥 (图11)。

实施例

关于下述非限制性实施方案，进一步描述了本发明。除非另外指出，在实施例中特别描述的装置的任意元件通常可以用于本发明的装置或试剂盒。

实施例1. 液体试剂用于对单个标记的靶物络合物成像的用途

概述。存在稳定化放在装置上的试剂的不同形式和方法。本实施例详述了容纳液体试剂的一种方法，所述液体试剂包括靶物特异性的荧光颗粒信号发射部分、靶物特异性的磁性选择部分和染料垫子试剂(该试剂减小试验背景，并允许不经洗涤地测定成像孔中的靶物)和其它试验组件。本实施例中的试剂在多个吸量步骤中分配到层中。本实施例教导如何配制液体试剂，使得它们可以用于在人血浆样品上执行试验，以测量人促甲状腺激素(hTSH)的浓度。

方法。如下制备抗-hTSH 抗体标记的荧光颗粒(抗-hTSH FP)：使用标准方法(Bioconjugate Techniques, Herrmanson Academic Press, 1996)，使用两步碳二亚胺和N-磺基羟基琥珀酰亚胺反应，将具有游离氨基的羧基化的500 nm荧光颗粒(Invitrogen 目录号8813)化学连接到小鼠单克隆抗-人促甲状腺激素 (Meridian OEM 目录号MAT04-005) 抗体上。如下制备抗-hTSH 抗体标记的磁性颗粒(抗-hTSH MP)：使用标准方法(Bioconjugate Techniques, Herrmanson Academic Press, 1996)，使用两步碳二亚胺和N-磺基羟基琥珀酰亚胺反应，将具有游离氨基的羧基化的292 nm 磁性颗粒(Ademtech 目录号0213)化学连接到小鼠单克隆抗-人促甲状腺激素 (Thermo Serdyn 目录号MIT-0409) 抗体上。将已知量的重组hTSH (CellSciences目录号CRT505B)加入以前去除了hTSH的人血浆中，产生标准曲线 (图17)。

形成10µL抗-hTSH 抗体标记的荧光颗粒的0.007 % w/v稀释物和10µL抗-hTSH 抗体标记的磁性颗粒的0.05 % w/v稀释物与10µL 200 mM EPPS (Sigma-Aldrich 目录号E9502)缓冲液、400 mM 1,3 二氨基丙烷 (Sigma-Aldrich 目录号D230807) pH 7.8、10µL 1 mg/mL 藻酸 (Sigma-Aldrich 目录号A2158)、2.5 % w/v 聚乙烯吡咯烷酮 (Sigma-Aldrich 目录号PVP40) 、0.5 mg/mL 牛γ 球蛋白(Lampire Laboratories 目录号7400805)、1 mg/mL 小鼠γ 球蛋白(Jackson Imunno 目录号015-000-002)（在10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650) pH 7.4中）和10µL血浆样品相混合的反应物，混合，并温育10分钟。在另一个孔中，加入90µL 垫子染料试剂2 mg/mL 铬变素R2 (Sigma-Aldrich目录号C3143)和25% v/v Optiprep® (碘克沙醇的60% w/v 溶液) (Sigma-Aldrich D1556)（在20 mM Tris (JT Baker 目录号4109-02)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U)中）。在温育结束时，将40µL反应混合物等分试样覆盖在染料垫子层上面。然后将孔放在磁棒上，磁力地选择免疫络合物5分钟，并沉积在孔底。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后将孔放在高流通量分析自动化分析仪(图19)中，该分析仪描述在2009年9月24日提交的标题为“Imaging analyzer for testing analytes”的国际申请号__________中。然后在0.1秒暴露时间，在分析仪上对孔成像。使用成像软件，计算单个荧光颗粒。

通过自动化分析仪处理样品(图19)。用户将样品放入分析仪入口，进行自动处理。编程可编程的3-轴阶段，以聚焦于每个装置的成像孔，使用未放大的、大面积成像来捕获图像，并分析结果。通过首先预处理图像，以找到目标区域，并补偿失真或光效应，进行图像分析。接着，使用阈值过程，从背景分离信号组分，继之以连通性分析。基于测量的参数，分选这些组分，以去除无信号项目，诸如碎片。最后，基于信号统计（包括组分计数和总组分强度），计算结果。

结果。分析数据(图17)，并绘制成TSH浓度相对于荧光颗粒数的图，数据证实剂量响应和hTSH试验的灵敏度。

结论。本实施例证实了使用大面积成像和包括靶物特异性的信号发射部分和靶物特异性的选择部分的液体试剂的对人血浆中人促甲状腺激素的灵敏试验。

变化。存在许多可以将液体试剂集成在装置中的方法，如在上面的详述的流体系统部分中所描述的。重要的变化包括这样的实例，其中生产液体并储存在装置上，且其中液体由分析仪分散进装置中。试剂也可以是液体和固体的任意组合，包括干燥的或低压冻干的试剂。液体可以由泡罩包容纳和移动，这可以增加液体试剂的贮存期限，实现可重复的结果，并简化装置的生产和装配。

实施例2. 通过低压冻干稳定化试剂

概述。存在不同的稳定化装置中包含的试剂的方法。干燥装置内的试剂，可以增加稳定性，同时维持功能性，最终提高装置的贮存期限。通过确保装置在更长的时间段中产生精确结果，更长贮存期限的装置可以降低用户成本。本实施例证实了通过低压冻干染料-垫子、靶物特异性的免疫颗粒和其它试剂来稳定化试剂。

本实施例教导了如何使用低压冻干来配制干燥试剂，其在导入液体后，在没有特殊混合模块存在下，可以容易地再水合。使用下述方法，可以在一个或多个冷冻-干燥步骤中将装载的试剂低压冻干成一个或更多个层，以制备单层、分散的球或双层试剂。

方法。在单独的干燥的球中低压冻干试剂，用于人促甲状腺激素(hTSH) 试验。

低压冻干的染料垫子层。将Dura-Stop冷冻干燥器预冷却至-45℃。将10µL染料-垫子试剂(如实施例1所述制备，进行下述修改: 在试剂中包括5%w/v 海藻糖 (Sigma-Aldrich 目录号T9449))吸量进黑壁384-孔微孔滴定板的特定孔中。将平板放入冷冻干燥器中，并将试剂层冷冻1小时。然后施加真空，并在-45℃低压冻干平板16小时。在第一个阶段后，将温度设定在-5℃ 6小时，然后在25℃ 2小时，以结束低压冻干。关掉冷冻干燥器电源，并释放真空。取出平板，并覆盖自粘膜，在干燥室中储存备用。

人促甲状腺激素的荧光的和磁性的颗粒球的低压冻干。通过将5 µL混合物液滴精确泵入绝缘的液氮烧杯中，制备160 mM EPPS (Sigma-Aldrich 目录号E9502)缓冲液、320 mM 1,3 二氨基丙烷 (Sigma-Aldrich 目录号D230807)、5%w/v 海藻糖 (Sigma-Aldrich 目录号T9449)、抗-人促甲状腺激素荧光颗粒的0.003 % w/v稀释物、抗-hTSH MP的0.08 % w/v稀释物(描述在实施例1中) pH 7.6的5 µL混合物的低压冻干的球。然后将冷冻的球立即放入预冷却至-45℃的Dura-Stop中。立即施加真空，并将球低压冻干16小时，使冷冻干燥器达到-5℃ 4小时，然后在25℃ 1小时。

将干燥试剂在低湿度环境中储存备用。可以手工地、通过手或通过自动化机器人，将得到的试剂球(图5E)放入装置上的特定位置备用。

干燥的甲状腺刺激激素试剂和液体试剂的对比试验。将重组hTSH (CellSciences目录号CRT505B)加入10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U) pH 7.4的溶液中。制备2种不同的溶液：(a) 250 pg/mL hTSH和(b) 62.5 pg/mL hTSH。将荧光的和磁性的抗-hTSH颗粒的低压冻干球(如上所述低压冻干)放在含有低压冻干的染料-垫子试剂的特定孔的上面。在单独的384孔黑壁微孔滴定板中，将10 µL染料垫子试剂(如实施例1所述，进行下述修改: 包括5%w/v 海藻糖 (Sigma-Aldrich 目录号T9449))吸量进特定孔中。将250 pg/mL TSH溶液的5 µL 等分试样加入160 mM EPPS (Sigma-Aldrich 目录号E9502)缓冲液、320 mM 1,3 二氨基丙烷 (Sigma-Aldrich 目录号D230807)、5%w/v 海藻糖 (Sigma-Aldrich 目录号T9449)、抗-人促甲状腺激素荧光颗粒的0.003 % w/v稀释物、抗-hTSH MP的0.08 % w/v稀释物的5 µL混合物中，在96孔聚碳酸酯 PCR板的特定孔中温育10分钟。温育后，将7.5 µL该混合物在液体染料-垫子孔上分层。在温育液体试剂过程中，将20 µL 62.5 pg/mL hTSH溶液小心地吸量到低压冻干的试剂的特定孔的上面。然后将平板放到磁棒上，磁力地选择免疫络合物5分钟，并沉积在孔底。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后将平板放在高流通量分析自动化分析仪(图19)中。然后在0.1秒暴露时间，在分析仪上对孔成像，并如上所述处理。

结果。图22A显示了低压冻干的孔相对于液体试剂孔的hTSH的回收率的条形图(将液体试剂指定为100%回收)。图22B显示了使用低压冻干的TSH试剂，来自含有0 pg/mL和250 pg/mL TSH的样品的实际图像。使用低压冻干的试剂的hTSH的回收率类似于具有测定的实验误差的液体试剂。

结论。数据证实，低压冻干的试剂可以用于试验中，且表现象液体试剂一样好。

变化。本实施例存在其它替代实施方案。实施例13证实了在单个孔中的低压冻干染料-垫子和试验试剂在再水合后产生2个液体层。可以调节诸如温度和时间等低压冻干条件，且除了上面列出的那些以外，不同的试剂可以经历类似的处理。或者，可以通过蒸发(图16)或通过气态沉积，干燥试剂。例如，可以将如上混合的试剂放入处于高温的烘箱中，或置于室温或低于室温，其中允许水分以蒸汽形式脱离（由于相对湿度差）。或者，可以将试剂放在干燥室中，以从试剂去除水分。可以在装置上使用液体和固体的组合。

实施例3. 用于测试单个样品的简单装置

概述。在本实施例中的本发明的简单实施方案具有单个成像孔，所述孔具有完整干燥试剂 (包括靶物特异性的选择部分、靶物特异性的信号发射部分和染色的垫子)；帽；和用于对准分析仪的部件。该装置允许有力的、但是节省成本的分析，其可用于科学、临床、环境和生产质量实验室中。通过改变试剂的内容物，可以实现多种实验类型。在本实施例中，使用吸量管手工地添加样品。成像孔与高分辨率成像技术相容。

方法。所述装置的结构包括已经集成进单个制造的组件中的模块(图4)。集成进单个组件中的模块包括成像孔、干燥试剂和用系链连接的帽。所述帽通过机械搭扣密封。所述装置包括用于保护成像表面的脚和用于装置-分析仪对准和聚焦的唇状构造（lip）。所述装置由单个注射模塑的Zeonor® (Zeonor® 1060R, Zeonex®) 塑料组件制成，所述塑料组件具有对于荧光光谱范围而言理想的材料特性。

成像孔接受不同的样品，所述样品被帽密封在内部。可以稀释或不稀释样品，且需要用户通过吸量进行手工样品输入。该装置可以接受多达500µL的样品体积。所述帽通过塑料活铰链连接到试剂杯上，由用户搭扣密封。封闭帽会将样品密封在内部。

所述装置可以动态地与分析仪相互作用。在装置外侧存在对准键，用于对准分析仪。在装置基底处的脚使光学表面刮擦、灰尘积累和其它表面污垢最小化，并为图像聚焦提供对准。

在孔底部干燥装载的试剂。它们包括如上所述的对TSH特异性的信号发射部分和磁性选择部分。通过用户吸量，将样品流体手工地导入装置中。在将样品导入反应器中以后，立即开始反应。

所述装置与在底表面处的磁性选择和基于荧光的成像相容。底表面是光学上平坦的且可穿透的，具有1mm的厚度。

结论。本实施例证实了简单装置实施方案，其中将必要的模块集成进用于制造的单个单元中。将成像孔生产为集成的注射模塑部件，其也包括允许与分析仪动态相互作用的部件，诸如对准键。将包括信号发射和选择部分的干燥试剂低压冻干在成像孔中，所述成像孔与特征性光谱范围和大面积成像相容。

变化。存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置的另一个实施方案可以包括装置-装置对准部件，其可以用于将多个装置堆叠或连接到一起，用于提高可运输性。可以添加信息管理部件。另外，成像窗口可以位于不同表面上，诸如上面或侧面，这使得其它类型的特异性选择成为可能。通过制造不同尺寸的孔，可以根据试验要求调整该装置的样品体积。试验体积的范围可以从小至小于2µL（对于来自刺指的全血）到大至大于2mL（对于稀释的粪便样品）。在该装置中存在的对准部件（包括脚和唇状结构）和帽可以存在或不存在于替代实施方案中。

实施例4. 用于对样品执行多个试验的装置。

概述。所述装置的一个实施方案例证了对单个样品执行多个测定试验的能力。在本实施例中，通过螺旋帽的推动，将样品计量进平行反应孔中，在所述反应孔中平行地运行不同的实验。螺旋帽可以具有与分析仪的接口，用于精确计量流体。该装置提供了在单个样品中的有力的、但是节省成本的多个试验分析，这可以包括诸如集成的阳性或阴性对照等试验。它可用于科学、临床、环境和生产质量实验室中。

所述装置要求由用户或分析仪手工输入样品，诸如通过吸量。所述装置包括在成像孔中的干燥试剂。通过装置–分析仪流控接口，将样品精确地分配到多个成像孔中。通过已经热焊接到装置上表面上的疏水膜，排出截留的空气。疏水膜也辅助确保适当计量。用集成的过滤器去除干扰试验的碎屑。集成的成像孔与特征性光谱范围以及高分辨率成像技术相容。

方法。该装置(图7)包括在上面的详述部分中描述的模块和模块参数的具体实例。在这里描述它们，以例证模块的一种可能的组合，所述模块可以集合到一起，以建立所述装置的一个有用的实施方案。

所述装置的结构包括诸如帽、基底、通道和光学窗口等模块组件(图7)。它们制造成单个模块，然后用热或超声焊接连接到一起。

样品输入模块接受样品，并用帽将它们密封在内部。所述装置需要手工样品输入，诸如吸量。该装置实施例中的样品是稀释的或未稀释的粪便样品，且具有至多1mL的体积。集成的螺旋帽具有用于与分析仪动态相互作用的装置。通过集成的螺旋帽上的装置–分析仪流控接口，将单个样品精确地分配到多个反应器中。反应器起成像孔的作用。

将装载的试剂低压冻干在成像孔中。细节参见实施例2 - 试剂的低压冻干。试剂包括信号发射和选择部分。平行地在单个样品上测定多个实验类型。在本实施例中，存在3个测量难辨梭菌(Clostridium difficile)的存在的测定试验，它们包括一个实验性检验以及一个阳性对照和一个阴性对照。

所述流体系统集成螺旋帽模块（其被分析仪机构啮合，类似于螺钉起子），以移动和计量样品流体。在移动后，液体首先穿过过滤器(Filtrona, # R26785)，以去除尺寸大于约100微米的大型颗粒物。然后流体沿着具有相等体积和阻力的塑料通道均匀地分开流动。通道几何形状在两个横截面尺度是1mm的量级。通过聚苯乙烯塑料成像窗口的超声焊接，密封通道，所述窗口也形成通道的一个壁。通过已经热焊接在塑料基底材料上的疏水膜 (诸如Pall, Versapor 800R)，从每个孔的顶部排出截留的空气。

所述成像孔与选择和使用高分辨率成像技术从下面成像相容。底面是平坦的、1mm厚聚苯乙烯薄片，其与信号发射部分的光谱范围相容。通过在可见范围(450-550nm)中的荧光，检测信号发射部分。凹陷的成像窗口保护表面免于灰尘和刮擦。部件几何形状确保在成像分析仪中定位和对准。

结论。本实施例证实了一个装置实施方案，其中在单个样品上进行多个测定试验。所述装置上的部件允许与分析仪相互作用，包括样品计量和成像定位。将干燥的信号发射和选择部分低压冻干在成像孔中，所述成像孔也与特征性光谱范围和大面积成像相容。

变化。存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置的另一个实施方案包括在样品入口储存器上的脆性密封。这允许使用液体试剂。可以添加装置-装置对准部件，以将多个装置堆叠或连接到一起，用于提高可运输性。另外，可以添加信息管理部件。成像窗口可以位于不同表面上，诸如上面或侧面，从而允许其它选择类型。所述装置可以由不同的材料制成，且可以以不同方式连接到一起，诸如环氧树脂或扩散粘结。可以使用其它样品。样品体积可以从小至小于2µL（例如对于血滴）到大至大于2mL（例如对于环境水检验）。根据试验需要，可以制造不同尺寸的孔体积。可以将样品分成少至2个、或多至超过6个相同体积等分试样，用于平行测定试验。或者，可以不经过样品分割地分析样品，诸如在实施例3中。

实施例5. 在分析仪中具有用于堆叠和对准的对准部件的装置。

概述。本实施例解释了一个完整集成装置，其在分析仪中具有用于堆叠和对准的对准部件。所述装置也具有多个成像孔，并通过螺旋帽的推动，由分析仪计量样品。该装置提供了有力的、但是节省成本的分析，且可用于科学、临床、环境和生产质量实验室中。装置-装置对准部件会提供多个装置的堆叠，提高分析仪的可运输性。手工输入样品并运输到分析仪后，所述装置允许用装载的试剂运行多个试验。用于输入给分析仪的特殊装置–分析仪对准部件确保装置和分析仪之间的适当啮合。通过装置–分析仪流控接口，所述装置也与分析仪相互作用，以精确分布和计量样品到多个反应器中进行处理。所述成像孔与高分辨率成像技术和信号发射部分特有的光谱范围相容。该装置实施例也例证了2个信息管理部件，一个一维条形码和一个手写标记。

方法。该装置(图8)包括在上面的详述部分中描述的具体模块和模块参数。这里描述的装置仅用于例证模块的一个可能的组合，其可以建立所述装置的有用实施方案。

所述装置的结构包括诸如试剂、帽、基底、通道和成像孔等模块组件(图8)。它们制造成单个模块，然后用热或超声焊接连接到一起。该装置也具有用于堆叠的装置–装置对准部件和用于与分析仪相互作用和对准的装置–分析仪对准部件。

所述样品输入模块接受样品，并用帽将它密封在内部。所述装置需要由用户手工输入样品，诸如吸量。该装置实施例中的样品是稀释的或未稀释的粪便样品，且具有至多1mL的体积。集成的螺旋帽与分析仪动态地相互作用。通过集成的螺旋帽上的装置–分析仪流控接口，将单个样品精确地分配到多个反应器中。

将装载的试剂低压冻干在成像孔中。细节参见实施例2 - 试剂的低压冻干。平行地在单个样品上测定多个实验类型。在本实施例中，存在3个测量难辨梭菌的存在的测定试验，它们包括一个实验性检验以及一个阳性对照和一个阴性对照。

所述流体系统集成螺旋帽模块（其被分析仪的外部机构啮合），以移动和计量样品流体。在移动后，液体穿过过滤器(Filtrona, # R26785)，以去除大型颗粒物。然后流体沿着具有相等体积和阻力的塑料通道均匀地分开流动。通过已经热焊接在塑料基底材料上的疏水膜(Pall Corporation, Versapor® 800R)，从孔的顶部排出截留的空气。

所述成像孔与特异性选择和使用高分辨率成像技术从下面成像相容。通过将1mm厚的Zeonor®塑料膜 (Zeonex®)超声焊接在塑料基底上，形成成像孔，且是光学上平坦的。通过在可见波长范围中的荧光（其与成像孔的光谱范围相容），检测信号发射部分。凹陷的成像窗口保护表面免于灰尘和刮擦。

所述装置具有用于将患者信息与试验结果相关联的信息管理部件。在图8中存在2类信息管理模块。通过压感胶粘剂，将在生产过程中施加的一维条形码粘附到基底上。也存在标签，用户可以在它上面手写样品和患者信息。

结论。本实施例证实了一个装置实施方案，其中在单个样品上进行多个测定试验。装置上的部件提供与分析仪的相互作用，包括样品计量和成像定位。将干燥的信号发射和选择部分低压冻干在成像孔中，所述成像孔也与特征性光谱范围和大面积成像相容。

变化。存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。可以使用替代信息管理模块，诸如RF ID或嵌入的电子器件。也预见到其它对准键。

实施例6. 具有集成的生长和试剂模块的装置。

概述。本实施例解释了具有多个生长和反应孔的完整集成装置，其中通过集成在帽中的柱塞模块的推动，由分析仪计量样品。该装置提供了有力的、但是节省成本的分析，且可用于科学、临床、环境和生产质量实验室中。

装置-装置对准部件会提供多个装置的堆叠，提高分析仪的可运输性。所述装置允许用装载的干燥试剂运行多个试验。特殊装置–分析仪对准部件确保装置和分析仪之间的适当啮合。通过集成在帽中的装置–分析仪流控接口，所述装置也可以与分析仪相互作用。通过该模块，精确分布和计量样品到多个生长和成像孔中进行处理。所述成像孔与高分辨率成像技术和装载的信号发射部分的特征性光谱范围相容。

方法。该装置(图9和图10)包括在上面的详述部分中描述的具体模块和模块参数实例。这里描述的本实施例例证模块的一个可能的组合，其可以建立所述装置的有用实施方案。

所述装置的结构包括诸如帽和柱塞、试剂、基底、通道和具有门的集成成像和生长孔等模块组件。所述模块制造成单个模块，或与诸如成像和生长孔相组合，它们注射模塑成单片。在Zeonor® 1060R (Zeonex®)中注射模塑成像和生长孔，所述Zeonor® 1060R是与装载的信号发射部分的特征性光谱范围相容的光学级环烯烃。基底由K-Resin® K03 (Chevron Phillips Chemical Co. LLC) 注射模塑而成。所述柱塞的材料组成类似于5cc 注射器柱塞 (Becton, Dickenson & Co. Part #9603)中的橡胶柱塞头。使用模具切割的双侧压感胶粘剂(PSA)包被的带(Adhesives Research, Inc. ARcare® 90445)，将模块连接到一起，如图1所示。使用VersaLASER® VL-200 30mW CO₂激光台，切割塑料薄膜和带。流动通道由相同的模具切割的PSA包被的带制成。该装置也具有用于堆叠的装置–装置对准部件和用于与分析仪相互作用和对准的装置–分析仪对准部件。

所述样品输入模块接受样品，并用帽将它密封在内部。所述装置需要由用户手工输入样品，诸如吸量。该装置实施例中的样品是洗脱的鼻拭子样品，其可能具有至多1mL的体积。集成的帽具有通过柱塞与分析仪动态相互作用的装置，所述柱塞在样品输入储存器的圆柱形状内侧产生压配合。

将装载的试剂低压冻干在生长和成像孔中。细节参见实施例2 - 试剂的低压冻干。平行地在单个样品上测定多个实验类型。在本实施例中，生长孔具有3种不同的试剂。根据生长孔，将样品接种进胰蛋白酶处理过的大豆汤、含有6µg/mL头孢西丁的胰蛋白酶处理过的大豆汤、或含有ProClin 300™ 生长延迟剂的胰蛋白酶处理过的大豆汤中。用Proclin 300™ 停止在胰蛋白酶处理过的大豆汤中的生长。MRSA细胞在有和没有抗生素存在下都生长，MSSA细胞 (头孢西丁敏感的)仅在没有抗生素存在下生长。含有非金黄色葡萄球菌的细胞的样品 (例如混合的敏感的和抗性的培养物) 在有和没有抗生素存在下都生长，但是该试验特异性不会检测非金黄色葡萄球菌。生长后，用相同的包括信号发射和选择部分的试验试剂独立地测试3个孔，以对比在不同生长条件下的细菌生长速率。

集成的帽通过柱塞与分析仪动态地相互作用，所述柱塞在样品输入储存器的圆柱形状内侧产生压配合。在移动后，液体穿过过滤器(Filtrona, # R26785)，以去除大型颗粒物。然后流体沿着具有相等体积和阻力的塑料和PSA带通道均匀地分开流动。接着，流体充入3个生长孔，它们含有上述的干燥试剂。通道几何形状是1mm宽度和0.1mm深度的量级，且生长孔各自具有150 µL的体积。通过已经热焊接在生长孔上面的疏水膜 (Pall Corporation, Versapor® 200R)，从孔顶部排出截留的空气。门阻止过早的顺流进入成像孔，保持那些孔中的干燥试剂干燥，同时发生生长。在图9中解释的本实施例的门具有用有机硅油浸渍的棉花塞。所述油阻止顺流，直到生长期已经结束后，将额外的压力施加于装置–分析仪流控接口。在生长结束后，激活装置–分析仪流控接口，样品穿过门从生长孔流进成像孔，在这里，干燥的试验试剂与在样品中存在的任意靶物反应。有机硅油漂浮到孔顶部，且不与测定试验相互作用。成像孔各自具有100µL的体积。再次通过密封孔和通道的顶部的疏水膜，排出气体。

所述成像孔与选择和从下面成像相容。当使用与使用的信号发射部分的信号标志相对应的光谱范围时，它也与高分辨率成像技术相容。底部是光学上平坦的，具有1mm厚度。通过在可见波长范围中的荧光，检测信号发射部分。凹陷的成像窗口保护表面免于灰尘、刮擦和其它污垢。基底材料中的洞掩蔽任何外来背景荧光，并反射光，以确保最佳的信号检测。

在所述装置中运行试验，并与在台子上运行的手工制备的试验相对比。规程如下。在32.5℃的生长培养基TSB (胰蛋白酶处理过的大豆汤, Acumedia 目录号7164A)中培养金黄色葡萄球菌 (ATCC菌株29213)的培养物2小时，以达到对数生长期 (OD₆₀₀ = 0.3)。在Zeiss显微镜上，在血球计数器中计数金黄色葡萄球菌细胞，并在新鲜的TSB中将细胞稀释至0、700、2100和8400细胞/35 µL溶液，用于试验。按照1:2000，稀释含有100 µL Sybr Green® (Invitrogen目录号S-7563)的反应混合物，通过吸量，充分混合25 µL 0.005 % w/v鸡抗-金黄色葡萄球菌蛋白A 磁性颗粒(如实施例1所述生产，进行下述修改：使用鸡抗-蛋白 A (Meridian OEM 目录号C5B01-296)抗体)（其在10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U) pH 7.4中），和125 µL在所述TSB中的金黄色葡萄球菌稀释液，并在环境温度在暗处温育15分钟。温育后，将反应混合物分成6等份，将35 µL 反应混合物覆盖在预等分在96-孔半面积直径澄明底黑板 (Grainer, 目录号675096)的3个孔中和所述装置的3个成像孔中的65 µL染料-垫子溶液15% v/v OptiPrep® (Sigma 目录号D1556)和2 mg/mL 铬变素2R (Sigma-Aldrich C3143)上。通过磁性选择，将细胞-颗粒络合物沉积在所有孔的底部。将96孔板的孔放在磁棒上4分钟。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后从磁体取出平板，并放在高流通量分析自动化分析仪(图19)中。在0.1秒暴露时间，在分析仪上对孔成像。然后使用上述软件，计算单个荧光细胞。将装置的孔放入α分析仪中，后者自动移动药筒到磁性选择位置，然后到成像位置。然后在0.1秒暴露时间对孔成像。使用在实施例1中所述的成像软件，计算单个荧光细胞。

结果。图18A显示了在高流通量自动化成像分析仪和α 分析仪上运行的金黄色葡萄球菌试验的荧光计数的对比。结果类似地在实验误差内。图18B显示了没有放大的单个染色的金黄色葡萄球菌细胞的数字图像和与没有细胞的样品的对比。结果证实，在分析仪上和通过手工分析的装置的成像孔中的试剂产生类似的结果。

结论。该装置实施方案解释了由许多单个模块组成的集成装置。它包括具有信号发射和选择部分的试剂、与光谱范围相容的大面积成像孔、和用于装载的生长的中间处理模块。所述装置上的部件会提供与分析仪的相互作用，包括样品计量和成像定位。也解释了生产装配的一个实例。

变化。存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置的另一个实施方案包括在样品入口储存器和孔上的脆性密封，其允许包含液体试剂。或者，这些脆性密封可以用作门，保持干燥试剂干燥，直到适合试验时。可以添加信息管理部件，诸如条形码，其允许信息追踪。成像窗口可以位于不同表面上，诸如上面或侧面，从而允许其它选择类型。所述装置可以由不同的材料制成，且可以以不同方式连接到一起，诸如热或声波焊接。样品体积可以变化，所以它可以小至小于2µL，或大至大于2mL。根据试验需要，可以制造不同尺寸的孔和通道体积。可以将样品分成少至2个、或多至超过6个相同体积等分试样，用于平行测定试验。或者，可以不经过任何样品分割地分析样品。对于可能需要不同的试验前样品处理的试验，可以使用替代性中间模块来替换生长模块。

实施例7. 接受样品拭子的装置。

概述。该装置实施方案由含有干燥试剂的平行生长和成像孔组成，样品拭子直接插入所述孔中。帽闭合会使缓冲液浸渍样品拭子。没有集成进帽中的注射器-样柱塞会移动流体。在本实施例中也详述了装置工作流程的一个实例，正如它可以用于MRSA样品测试用途，其中一个或更多个装置可以与分析仪相互作用。

方法。在图11和图12中解释的装置包括在上面的详述部分中描述的模块和模块参数的具体实例。这里描述的实例模块仅解释一个可能的组合，其可以建立所述装置的有用实施方案。

所述装置的结构(图12)包括诸如帽、基底、通道、试剂和集成的成像和生长孔等模块组件。这些模块制造成单个组件，所述组件插入塑料基底中，所述塑料基底使用弹性塑料(热塑性聚氨酯) 活铰链，以便于生产装配。在制造过程中组合一些模块，诸如成像和生长孔，它们被注射模塑成一片，如上所述。流动通道制造成基底塑料材料的一部分，并在生产装配过程中在活铰链闭合时密封。该装置也具有用于堆叠的装置–装置对准部件和用于与分析仪相互作用和对准的装置–分析仪对准部件，它们可以参见图11.6。

所述样品输入模块接受1个或2个样品收集鼻拭子 (图11.4)，并用帽将它们密封在内部。所述样品输入模块由样品输入储存器组成，后者与样品收集拭子的形状一致，使需要的洗脱体积最小化(图12)。样品收集拭子柄在帽闭合过程中被切断(图11.5)。在闭合后，帽搭扣闭合，具有可听见的咔嗒声，其通知用户样品被安全地密封在装置内。帽闭合也造成拭子被缓冲液浸渍。这发生在当帽上的突出部(图12)压迫缓冲液填充的泡罩包、打开脆性密封时。一旦打开脆性密封，缓冲液就会流入样品输入储存器，它在这里浸渍拭子，在试验运行之前，保持样品中的细菌细胞存活。

将装载的试剂低压冻干在生长和成像孔中。细节参见实施例2 - 试剂的低压冻干。平行地在单个样品上测定多个实验类型。在本实施例中，生长孔具有3种不同的试剂。一个生长孔具有抗生素，另一个具有不含抗生素的生长培养基，最后一个不具有培养基，也不具有抗生素。生长后，用相同的包括信号发射和选择部分的试验试剂独立地测试3个孔，以对比细菌生长速率。还存在容纳在泡罩包中的液体缓冲液。该液体首先浸渍样品收集拭子，然后从拭子洗脱细菌样品，再用于驱赶样品穿过装置，移动样品。

用于与分析仪动态相互作用的部件没有集成在帽中，而是由装置顶部的洞接近(图12)。在分析仪上的线性致动器与该接口相互作用，以压迫泡罩包，后者移动装置中的流体。在被分析仪移动后，液体沿着具有相等体积和阻力的塑料通道均匀地分开流动。然后，流体充入3个生长孔，它们含有上述的干燥试剂。门阻止过早的顺流进入成像和反应孔，保持那些孔中的干燥试剂干燥，同时发生生长。在图12中解释的门具有在每个孔之间的脆性密封。所述脆性密封阻止顺流，直到生长期已经结束后，将额外的压力施加于装置–分析仪流控接口。在生长结束后，激活装置–分析仪流控接口，样品穿过门从生长孔流进成像孔，在这里，干燥的试验试剂与样品中的靶细菌细胞反应，并形成标记的部分。

所述成像孔与选择和从下面成像相容。在信号发射部分特有的光谱范围中，它也与高分辨率成像技术相容。凹陷的成像窗口保护表面免于灰尘和刮擦。基底材料中的洞掩蔽任何外来背景荧光，并反射光，以确保最佳的信号检测。

通过应用条形码，由用户添加信息管理模块(图11.2)。所述装置的外包装的一个实例如图11.1所示，其中装置试剂盒包括用于鼻样品收集的装置和2个拭子。所述包在无菌条件下生产，并包括用于在使用前维持包内低湿度的干燥剂。

在图11中解释了使用该装置的MRSA试验工作流程的一个一般概念。在本实施例中，用户将医院条形码标签施加于装置上，将样品插入装置，并将装置插入分析仪。这包含6个分散的用户步骤。打开包后(图11.1)，用户施加条形码(图11.2)。然后，用户得到样品(图11.3)，并将拭子插入装置(图11.4)。在闭合帽后，拭子的末端被折断(图11.5)，并将装置放入分析仪(图11.6)。自动地发生所有其它步骤，包括医院专门的数据报告。

结论。这显示了具有集成模块的一个装置实施方案，其中样品收集模块可以直接接受进装置中。该装置包括具有信号发射和选择部分的试剂、与光谱范围相容的大面积成像孔、和允许与分析仪相互作用的部件。所述工作流程是也可以以不同方式发生的一个实例，且可以依赖于试验、地点、用户和样品处理量。

变化。该装置存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置的一个实施方案包括图2所示的滚柱，其作用于一个或更多个泡罩，以移动流体。滚柱的活化可以将压力施加于可变形室中的液体，造成一个或更多个脆性密封破裂。可以将样品分成少至2个、或多至超过6个相同体积等分试样，用于平行测定试验。或者，可以不经过任何样品分割地分析样品，或不同等分试样的体积可以变化。对于可能需要不同的试验前样品处理的试验，可以使用替代性中间模块来替换生长模块。可以修改工作流程，以接受其它样品收集装置，诸如血液收集，其中从刺指收集患者样品。所述装置可以包括用于无菌刺指的集成模块，诸如刺血针或毛细管。在这样的情况下，工作流程则可以是，用户打开包，将患者手指消毒，用刺血针刺，将血液抽进样品收集装置诸如毛细管。然后将样品收集模块插入装置，用绷带包扎患者，然后将一个或更多个装置插入分析仪，用于试验结果测定。可以预见到其它工作流程。所述装置接受的替代样品类型和稠度包括血液、粪便或环境样品，作为几个实例。可以修改装置，以接受其它样品收集模块，诸如粘液的毛细管，血液的注射器，或含有稀释的环境样品的吸量球，作为几个实例。

实施例8. 自动处理单个样品的装置。

概述。装置可以从毛细管流自动地接受单个样品，且也自动地计量样品进入一个或更多个实验孔中，用于处理。在图5中解释的实施例自动接受计量器，并开始与样品的反应，没有任何其它来自用户或分析仪的相互作用。简单地使样品接触装置，在特定时间段后，通过成像技术查询装置。

方法。该装置(图5)包括在上面的详述部分中描述的模块和模块参数的具体实例。这里描述的模块仅解释模块的一个可能的组合，其可以建立所述装置的有用实施方案。

所述装置的结构(图5C)将样品入口、流体流动通道、反应和成像孔和排气集成在单个制造的组件中。通过快速原型制作技术，制造一些解释的模块。使用Polyjet 3D印刷机，制造在图5C和图5D中解释的部件，其中图5B使用立体石版印刷装置 (SLA)。这种快速原型制作技术的益处是在不同的模块几何形状上的快速功能试验，诸如描绘在图5D中。

样品输入模块通过毛细管作用接受样品。所述装置要求样品接触样品入口，在该点，通过表面张力差，装置自动抽吸正确体积的样品。几何形状的变化和表面处理会改变流速，甚至门控在一个特别方向的连续流动。该装置实施例中的样品是来自刺指的全血，其中起始样品体积是大约10µL。所述装置可以具有或没有干燥在通道或孔中的抗凝剂，以影响血液凝结。

将装载的试剂低压冻干在实验孔中。细节参见实施例2 - 试剂的低压冻干。平行地在单个样品上测定多个试验。例如，在图5C中，每个试验每个样品运行6个平行试验。在该情况下，相对于2个阳性对照和2个阴性对照，测定2种不同的样品蛋白。

在该装置中自动地发生样品液体移动。液体流穿过毛细通道并移动进实验孔，所述实验孔也作为成像孔。通过控制用于生产装置的材料的几何形状和表面性质，自动计量样品。通道和孔具有相等的体积和流动阻力，这导致相等的填充体积。空气或截留的气体被样品流置换，并从毛细管排气口排出。流动通道和孔被PSA带(参见上面)密封在集成基底的顶和底表面。在所述装置上的物理部件允许在成像分析仪上对准。

所述装置与选择和从下面或上面成像相容，但是本实施例解释了使用的磁性选择部分，其需要在底部捕获。成像孔与荧光信号发射部分的光谱范围以及高分辨率成像技术相容。

所述装置可以包裹在图15的外包装中，其中在每个包中包含多个装置。所述外包装可以是可堆叠的，并用作运输多个装置的工具。所述外包装含有对准部件，其允许通过分析仪对装置成像。

结果。在上面实施例2中所述的试验使用低压冻干在球中的干燥试剂(图5E)，以使用荧光成像鉴别靶部分。图像如图5F所示，其中所述捕获部分包括结合的TSH蛋白。

结论。本实施例证实了一个装置实施方案，其中所有试验步骤自动发生于装载的装置中，没有与用户或分析仪的相互作用。该装置包括具有信号发射和选择部分的试剂、与光谱范围相容的大面积成像孔、和提供与分析仪相互作用的部件。

变化。该装置存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置包括不同数目的反应或实验孔，从1至超过6。所述装置可以接受不同类型和稠度的样品，从稀释的粪便样品到洗脱的鼻拭子。实验孔的体积可以变化，包括从小于1µL（在来自刺指的血滴的情况下）到超过1mL（在尿样品的情况下）。

实施例9. 包含集成的样品收集功能的自动处理单个样品的装置。

概述。该装置实施方案解释了可以将样品收集模块集成在装置中的一种方法。将样品收集模块集成在装置中，可以保护用户免于生物危害的组件，诸如尖刺（在用于抽血的刺血针的情况下）。将样品收集模块集成在装置中，可以简化用户的样品试验过程，这通过去除步骤和额外的包装插页来实现。

方法。将样品收集模块集成在含有实施例8所述的所有部件和功能的装置中。图5A和图5B显示了这样的装置，其具有用于血液样品收集的集成的刺血针。所述刺血针由构建在基底模块中的集成按钮活化。在刺血针已经被使用后，它借助于弹簧机构自动地收缩进装置中。一旦它已经被使用，就不能再使用。这确保用户被保护免于尖锐物。

图6 解释了一个类似的概念，其中帽含有刺血针，还包括消毒酒精垫。包括酒精垫，使得用户可以在收集血液样品之前对刺指部位消毒。这两种集成的样品收集功能被构建在类似于在实施例8中所述的装置中。所述装置也包括集成的信息管理模块，诸如患者识别腕带 (图6)。

结论。本实施例证实了一个装置实施方案，其中将样品收集模块集成在装置中。将样品收集模块集成在装置中，可以保护用户免于生物危害的组件以及尖锐材料，诸如刺血针。将样品收集模块集成在装置中，可以简化用户的样品试验过程，这通过去除步骤和使额外的试剂盒或包装插页最小化来实现。

变化。该装置存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。该装置包括不同数目的集成样品收集模块或样品收集模块组合，诸如毛细管或注射器或一次用弃的吸头，作为几个实例。收集的样品的体积和类型的范围可以从本文所述的全血至稀释的粪便或鼻样品。

所述装置可以包裹在外包装中(图14)，其中在每个包装中包含一个或更多个装置。所述外包装可以以模块方式连接到一起，且可以用作运输多个装置的工具，或甚至为分析仪提供啮合或对准部件，以与装置相互作用。

实施例10. 具有多个试剂孔的装置。

概述。该装置实施方案 (图13)集成一个或更多个孔，所述孔是流体上不连续的，其中流体被装置–分析仪流控接口（它是吸头）移动。通过吸头，将一个样品精确地分配给相继的处理和成像孔。该装置不具有流动通道。液体在装置–分析仪流控接口内从一个位置移动到另一个位置。这是有利的，因为可以使交叉污染或孔之间的回流最小化或消除。

方法。所述装置的结构(图13)包括一个或更多个孔，所述孔是物理上连接的，但是非流体上连接的。“非流体上连接的”是指，放入一个孔中的液体不会接合其它孔或液体，除非通过装置–分析仪流控接口移动它，并物理地从一个位置带到另一个位置。在本实施例中，所述装置–分析仪流控接口是吸头 (图13)。在每个试验、每个液体处理步骤后，抛弃吸头。

用户手工地将样品输入样品输入储存器中。样品被运输到中间处理模块，在这里，它与孔中的干燥的信号发射部分相混合。在与信号发射部分反应后，样品被运输到不同的中间处理孔，在这里，它与磁性选择部分相混合。在样品已经与选择部分反应后，将样品转移至成像孔，所述成像孔与选择和分析仪成像相容。成像孔补偿信号发射部分的特征性光谱范围，并与特异性选择相容。用于定位和对准的部件允许选择和分析仪成像。

结论。该装置实施例显示了一个或更多个孔的实例，所述孔在流体上彼此分离。通过吸头移动液体，这可以限制携带污染和交叉污染。所述装置也包括装载的试剂（诸如信号发射和选择部分）、成像孔和与分析仪大面积成像相容的对准部件。

变化。该装置存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。可以组合一个或更多个试剂或模块，或可以测定超过一个平行实验。所述装置可以包括或不包括一个或更多个装载的吸头。它可以允许接受来自分析仪的吸头。一个或更多个吸头可以是一次用弃的或再循环的，且它们可以集成在装置中，或由分析仪从外部提供。吸头可以在彻底清洁步骤后再循环，或它们可以在每个液体转移步骤后抛弃。可以用吸头以外的替代工具进行液体移动，诸如毛细管或吸收垫（其在受压后释放液体）。它也可以由例如与吹塑相容的低成本模块制成。

分析仪可以手工地将样品输入样品输入储存器中。在中间处理模块中可以发生0、1或更多个中间处理步骤。例如，一个中间模块可以用于生长，另一个用于再水合垫子，且另一个用于再水合染料。一些实施方案可能不具有任何中间处理模块。

实施例11. 捕获在吸头中的靶物的装置。

概述。一个装置实施方案可以集成一次用弃的吸头和不连续的处理孔，其中反应发生在吸头中。该装置实施方案类似于实施例10 (图13)，例外是，反应发生在吸头中。

方法。结构类似于在图13中所示的装置，存在本发明的一个实施方案，其中反应发生在吸头中。捕获分子结合在吸头的内表面上，当导入样品时，它们会结合样品中可能存在的靶物。所述吸头抽吸样品。靶物（如果存在于样品中）与在吸量管内表面上的捕获分子反应并结合，它们被暂时固定在这里。抛弃未结合的样品，然后进行一个洗涤步骤，以稀释和去除在吸头中可能残存的未结合的样品。接着，导入信号发射部分，其也结合暂时固定化的靶物（如果存在的话）。抛弃未反应的信号部分，然后进行一个洗涤步骤，以稀释和去除在吸头中可能残存的未反应的信号部分。接着，导入选择部分，其也结合暂时固定化的靶物（如果存在的话）。抛弃未反应的选择部分，然后进行一个洗涤步骤，以稀释和去除在吸头中可能残存的未反应的信号发射部分。最后，将释放剂导入吸头，其造成靶物（如果存在的话）在液体中移动。含有结合信号发射和选择部分的活动靶物（如果存在的话）的液体被分配到成像孔中。然后将样品特异性地选择用于成像，并通过成像进行分析。在实施例10中解释了装置结构细节。

结论。该装置基于实施例10而构建，以解释一种方法，其中样品在吸头内经历许多相继的处理步骤。所述装置也包括装载的信号发射和选择部分、中间处理试剂、成像孔和与分析仪大面积成像相容的对准部件。

变化。该装置存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。可以组合一个或更多个试剂或模块，或可以测定超过一个平行实验。所述装置可以包括或不包括一个或更多个装载的吸头。它可以允许接受来自分析仪的吸头。一个或更多个吸头可以是一次用弃的或再循环的，且它们可以集成在装置中，或由分析仪从外部提供。吸头可以在彻底清洁步骤后再循环，或它们可以在每个液体转移步骤后抛弃。可以用吸头以外的替代工具进行液体移动，诸如毛细管或吸收垫（其在受压后释放液体）。它也可以由例如与吹塑相容的低成本模块制成。

分析仪可以手工地将样品输入样品输入储存器中。在中间处理模块中可以发生0、1或更多个中间处理步骤。例如，一个中间模块可以用于生长，另一个用于再水合垫子，且另一个用于再水合染料。一些实施方案可能不具有任何中间处理模块。在任意上面给出的步骤中，可能发生超过1个或0个洗涤。捕获部分可以是双重的，作为信号发射或选择部分。

实施例12. 使用染料垫子的试验方法。

概述。本实施例证实了染料垫子如何消除来自游离信号发射部分的背景信号。本发明的该方面允许标记的靶物的灵敏成像，不需要洗涤步骤。

方法。形成10µL抗-hTSH 抗体标记的荧光颗粒的0.007 % w/v稀释物和10µL抗-hTSH 抗体标记的磁性颗粒的0.05 % w/v稀释物与10µL 200 mM EPPS (Sigma-Aldrich 目录号E9502)缓冲液、400 mM 1、3 二氨基丙烷 (Sigma-Aldrich 目录号D230807) pH 7.8、10µL 1 mg/mL 藻酸 (Sigma-Aldrich 目录号A2158)、2.5 % w/v 聚乙烯吡咯烷酮 (Sigma-Aldrich 目录号PVP40) 、0.5 mg/mL 牛γ 球蛋白(Lampire Laboratories 目录号7400805)、1 mg/mL 小鼠γ 球蛋白(Jackson Imunno 目录号015-000-002) （在10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650) pH 7.4中）和10µL血浆样品相混合的反应物，混合，并温育10分钟。在另一个孔中，加入90µL 垫子染料试剂2 mg/mL 铬变素R2 (Sigma-Aldrich目录号C3143)和25% v/v Optiprep® (碘克沙醇的60% w/v 溶液) (Sigma-Aldrich D1556)（在20 mM Tris (JT Baker 目录号4109-02)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U)中）。在温育结束时，将40µL反应混合物等分试样覆盖在染料垫子层上面，将另一份放入没有染料垫子层的孔中。然后将孔放在磁棒上，磁力地选择免疫络合物5分钟，并沉积在孔底。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后将孔放在高流通量分析自动化分析仪(图19)中。然后在0.1秒暴露时间，在分析仪上对孔成像。使用由First Light Bioscience开发的软件，计算单个荧光颗粒。

结果。图21显示了染料在染料-垫子试剂中的存在完全屏蔽位于染料垫子层上面的信号发射部分。

结论。本实施例证实，染料-垫子可以显著减少来自游离信号发射部分和非靶物-信号发射部分络合物的背景。染料垫子将这些实体与沉积在检测带中的选择的靶信号发射部分络合物分离。本实施例证实了本发明的一个实施方案，其使用染料-垫子试剂，并允许不经洗涤通过未放大的成像来检测靶物。

变化。替代实施方案也可以结合其它密度试剂，包括其它常用的密度试剂，诸如碘克沙醇、泛影钠、甲泛影钠、甲泛葡胺、蔗糖和其它糖类、寡糖、合成聚合物(例如Ficoll)和不同的盐诸如氯化铯、溴化钾等。替代实施方案可以使用其它染料，可以用于匹配使用的不同信号发射特征和部分。例如染料甲苯胺蓝O可以与荧光标记德克萨斯红 (硫代罗丹明)一起使用。

在这些其它实施方案中，可以使用不同的信号特征，例如荧光、化学发光、光吸收、光散射、磷光、酶反应性和拉曼散射。此外，这些实施方案可以使用不同的信号发射部分，例如醋酸荧光素 (荧光酯酶底物)、Sybr Green® (荧光DNA染色剂)、苏丹黑 (脂质染色)、产生不溶产物的酶底物、聚苯乙烯颗粒、含有荧光染料的聚苯乙烯颗粒、胶体金等。

可以使用不同种类的标记部分，包括、但不限于: 抗体(包括不同的免疫球蛋白类型)和其它蛋白(例如凝集素、激素受体等)、寡核苷酸和它们的合成类似物 (例如肽核酸、适体等)、寡糖(例如肝素等)、有机聚合物(例如硫酸葡聚糖等)和小分子(例如药物、非肽激素、生物素、染料等)。

通过种类内特定靶物的选择(例如来自血液的人促甲状腺激素的选择，或来自鼻样品的金黄色葡萄球菌细胞的选择)，选择可以是特异性的。通过标记的靶物种类的选择(例如来自人血浆的脂蛋白的选择)，试验也可以是特异性的。所述方法可以用于选择靶物，所述靶物包括、但不限于，细胞、病毒、细胞器、脂蛋白和分子，所述分子包括蛋白、寡核苷酸、脂质、寡糖和小有机和无机分子。

实施例13. 用于检测层中的金黄色葡萄球菌细菌细胞的试剂的低压冻干方法。

概述。干燥装置内的试剂，可以增加稳定性，同时维持功能性，最终提高装置的贮存期限。通过确保装置在更长的时间段中产生精确结果，更长贮存期限的装置可以降低用户成本。本实施例证实了如何低压冻干层中的试剂。

方法。与实施例2所述那些类似的方法可以用于稳定化试剂。试剂可以在层中一起低压冻干。在本实施例中，在层中低压冻干用于检测金黄色葡萄球菌细菌细胞的试剂。将Dura-Stop冷冻干燥器预冷却至-45℃。将65 µL染料-垫子试剂的等分试样（2 mg/mL 铬变素R2 (Sigma-Aldrich目录号C3143)和10% v/v Optiprep® (碘克沙醇的60% w/v溶液) (Sigma-Aldrich D1556) 5%w/v 海藻糖 (Sigma-Aldrich 目录号T9449)）吸量进试验孔中。将平板放入冷冻干燥器中，并将试剂层冷冻1小时。从冷冻干燥器取出试验孔，将25 µL试剂小心地吸量到冷冻的染料垫子试剂的上面，所述试剂含有1:2000稀释的Sybr Green® (Invitrogen目录号S-7563)、0.005 % w/v鸡抗-金黄色葡萄球菌蛋白A 磁性颗粒(如实施例1所述生产，进行下述修改：使用鸡抗-蛋白 A (Meridian OEM 目录号C5B01-296 抗体) )（在10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U) pH 7.4 中）。立即将试验孔返回冷冻干燥器，并冷冻1小时。施加真空，将孔在-45℃低压冻干16小时。然后，将温度设定在-5℃ 6小时，随后在25℃ 2小时。结束后，关掉冷冻干燥器，并释放真空。取出孔，并覆盖PCR膜，在干燥器中储存备用。

干燥的金黄色葡萄球菌试剂和液体试剂用于检测金黄色葡萄球菌细菌细胞的对比试验。在生长培养基TSB (胰蛋白酶处理过的大豆汤, Acumedia 目录号7164A)中在32.5℃培养金黄色葡萄球菌 (ATCC菌株29213)的培养物2小时，达到对数生长期 (OD₆₀₀ = 0.3)。在Zeiss显微镜上，在计数池中计数金黄色葡萄球菌细胞，并在新鲜的TSB中将细胞稀释至2 X 10⁵细胞/mL。在96孔聚碳酸酯 PCR板 (Fisher Scientific, 目录号14230237)中进行反应。反应混合物(50 µL)含有在PBS-TBP中的25 µL 金黄色葡萄球菌细胞 (5,000细胞)或仅PBS-TBP (无细胞)、20 µL Sybr Green® 1染料(在盐水中1:2000X稀释)和悬浮于PBS-TBP溶液(10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650) 、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich)、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco)调至pH 7.4)中的5 µL 抗-蛋白 A包被的磁性颗粒(2X10¹⁰颗粒/mL) 。通过吸量，混合试验反应物，并在暗处在环境温度温育15分钟。温育后，将40 µL 反应混合物覆盖在70 µL 垫子溶液(由15% OptiPrep® Sigma 目录号D1556)和5 mg/mL 铬变素2R (Sigma-Aldrich C3143)组成，它们预先等分在96-孔半面积直径澄明底黑板(Grainer, 目录号675096)中)上。在温育期间，将在120 µL TSB/PBS-TBP的1:1混合物或仅PBS-TBP (无细胞) 中的金黄色葡萄球菌细胞(5,000细胞) 溶液加入含有低压冻干试剂的特定孔的上面。为了选择在孔底部的细胞-颗粒络合物，然后通过把它放在磁棒上4分钟，对平板进行磁性选择。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后从磁体取出平板，并放在成像分析仪中。在0.1秒暴露时间，如上所述对孔成像。然后使用在实施例1中所述的成像软件，计算单个荧光细胞。

结果。经证实，低压冻干的金黄色葡萄球菌试剂在液体和干燥试剂中表现出相同的性能(图3)。图3A显示的数据对比了每个试验分析的含有和不含有金黄色葡萄球菌细胞的样品的荧光物体(多路计数)。图3B显示了使用低压冻干的金黄色葡萄球菌试剂进行的试验，来自含有和不含有金黄色葡萄球菌细胞的样品的实际图像。

结论。结果证实，在层中一起低压冻干的试剂可以表现得象液体试剂一样好。

变化。存在本实施例的其它替代实施方案。可以调节低压冻干条件诸如温度和时间，且除了上面列出的那些以外，不同的试剂可以经历类似的处理。或者，可以通过蒸发(图16)或通过气态沉积，干燥试剂。例如，可以将如上混合的试剂放入处于高温的烘箱中，或置于室温或低于室温，其中允许水分以蒸汽形式脱离（由于相对湿度差）。或者，可以将试剂放在干燥室中，以从试剂去除水分。可以在装置上使用液体和固体的组合。

实施例14. 用于装置处理的自动化分析仪。

概述。本实施例描述了一种装置(图9)，其与自动化分析仪(图25)相互作用，以处理试验和对样品中的靶物（如果存在的话）成像。所述装置接受样品，并与分析仪对接，以进行处理。所述分析仪包含用于对靶物成像的CMOS照相机、用于成像的软件和用于装置运输的硬件。所述分析仪可以与装置相互作用，以开始液体处理。分析仪也提供了温育、聚焦、图像分析和结果报告。所述分析仪具有高达40个样品/小时的处理量，且可以用于高体积临床实验室检验用途。它也可以用于食物处理和兽医检验用途。

方法。通过把洗脱的鼻拭子样品吸量进样品输入储存器，制备装置(图9)。然后封闭帽，并将装置插入分析仪输入传送器队列，作为用于自动处理的单个装置。当将装置放入队列传送器中时(图24)，传感器解脱，这发给分析仪信号，通过传送带把装置移动进分析仪。所述带把堆叠移动到分析仪捡取装置进行处理的位置。

台架机器人系统从传送带移动装置，然后通过处理所需要的位置。这些位置包括条形码读取、生长开始、固定温度温育、试验反应开始、在环境温度的反应温育、磁性选择和磁性地选择的反应的成像。一旦分析仪结束分析样品，结果被保存到计算机上。然后在集成的生物危害废物装置中自动地处理装置。在下面的部分中详细解释了装置的处理。

设计了分析仪，并用2个队列构建，其可以接受不同数目的装置的堆叠(图24、25、11)。设计队列来接受1-8个装置的堆叠。当将堆叠放在任一个输入队列开口时，光电传感器(Omron光电逆反射传感器E3T-SR21)被触发，向控制软件发出信号，以活化步进电机(Arcus DMAX-KDRV-23)，将堆叠移动进分析仪中进行处理。

当装置准备好在任一个队列中处理时，分析仪处理装置。装置的上面具有安装在台架机器人上的光电传感器(Omron 光电逆反射传感器E3T-SR21) (图24)。所述机器人用传感器扫描每个队列，以最大堆叠高度开始，并向下移动，直到装置触发传感器。找到后，台架机器人取下装置。

装置在系统中的移动，由3个动力系统完成(图24和25)。这些系统称作输入系统、主台架系统和图像仪台架系统。每个系统如下所述。所述系统能够独立操作，特定操作偶尔需要同步化。

输入系统包括由上述的步进电机(Arcus DMAX-KDRV-23)提供动力的单个传送带(图24和25)。该系统用于移动在两个队列中的堆叠，因而当任一侧活化系统时，两侧都受到影响。所述带将装置从起始进入点移动到为台架机器人捡取指定的位置。当装置已经在捡取位置时，所述带移动新装置，直到它接触在它前面的装置。在该点，带在装置下面滑动，所述装置排成队列等待捡取位置。

在台架系统中存在3个步进电机 (Arcus DMAX-KDRV-17) (图24)。每个电机连接到不同长度的直线台子(Automation Solutions, DL20DW-XZ)。将系统装配成，最长的台子控制台架Y (左和右)方向。该台子锚定在基板上。Y台子平台连接最短的台子，后者控制台架X (前和后)方向。X台子平台连接中间台子。该台子用于控制台架Z (上和下)方向。Z台子连接一对叉子。这些叉子含有这样的部件，它们与连接到它的平台上的装置中模塑的部件配合(图9)。Z台子平台还连接光电传感器(Omron 光电逆反射传感器E3T-SR21)。所述传感器用于测量堆叠高度，如前所述。

通过调节X和Z台子来定位叉子，台架捡起装置。一旦装置被叉子抓住，X台子会移动到最靠后的位置，以允许Y台子空出（room），将装置移动到任意位置进行处理，而不冲撞分析仪的结构。

图像仪台架系统由2个步进电机 (Arcus DMAX-KDRV-17) 组成，它们连接到2个直线台子(Automation Solutions, DL20DW-XZ)上。长台子称作图像仪X台子。该台子控制图像仪台架的前和后运动。图像仪X台子连接图像仪Z台子。该台子控制图像仪台架的上下运动。Z台子连接平台。该平台在它的表面上具有这样的部件，它们与装置底部上的部件配合(图9)。

图像仪Z台子的机械分辨率（通过细螺距螺丝机构测定）是5微米，且大于用其它电机系统得到的机械分辨率。为了开始反应试验，精细焦距调节以及高度的精细控制需要该差异。在下面详细讨论这些部件。

主台架机器人从输入位置拾起装置后，它被带到条形码读取器(Microscan MS1)。在装置上的1D条形码编码包括批号、实验类型和实验参数在内的信息。当读取时，控制程序将信息储存在数据结构中，用于追踪装置和保留分析结果。

在该分析仪中发生两类温育。第一类是在35℃ 固定温度温育，以允许样品中的细菌生长。第二类温育是环境温度温育，用于试验反应。在扫描装置条形码后，样品开始进入生长孔。主台架机器人将装置移动到图像仪台架平台 (图24)。台架将装置放在平台上以后，图像仪台架通过升高成像平台而与装置相互作用，直到装置上的柱塞帽(图9)被图像仪Z台子顶部的部件压进装置。通过下压柱塞，液体样品被迫从样品输入储存器移动到生长室（生长试剂在这里被低压冻干）。接着，装置被主台架机器人放入装载的恒温培养箱 (图24)。装置被在35℃温育4小时，以允许样品生长。

所述培养箱具有由机器制造部件构成的架子(上侧、下侧、前侧、后侧、左侧、右侧)。架子底含有这样的部件，其与装置底上的部件配合(图9)。使用绝缘泡沫构建培养箱壁，所述绝缘泡沫将培养箱分成4个室。培养箱的后壁的形状适合在4个室前面的4个机器制造的门。使用致动器(Firgelli L12-50-100-12-I)，打开和关闭门。培养箱的加热使用加热条 (OMEGA, SRFG-310/10-P)，它们从培养箱顶部和底部穿到外面。然后用绝缘泡沫覆盖这些加热条以及任意暴露的外表面，后壁和门除外。

生长温育结束后，开始试验。主台架机器人从生长培养箱取下装置，并把它移动到图像仪台架平台(图24)。台架将装置放在平台上以后，通过移动平台远离可能冲撞平台的任何物体，图像仪台架开始试验。清除后，图像仪平台升高，直到装置上的柱塞帽(图9)被图像仪Z台子顶部的部件压进装置。通过下压柱塞，液体样品被迫从生长室移动进成像室（试验试剂在这里被低压冻干）。随着液体进入成像室，试剂被再水合，并开始试验反应。图像仪台架返回捡取位置，且主台架机器人将装置移动到反应温育位置。该温育持续15分钟，并在室温发生。

所述反应培养箱由15个架子的系统组成。单个架子在表面上具有部件，其与在装置底上的部件配合。

反应结束后，通过磁性选择选择靶物。当反应温育结束时，主台架机器人将装置从架子移动到磁体位置的2个相同巢之一(图20、24、和25)。磁性选择进行5分钟，然后主台架将装置移动到成像平台。如图24所示，磁性捕获站由2个相同的磁性组合装置组成；每个组合装置具有接受装置的巢。所述组合装置含有稀土固态型磁体(钕-铁-硼N50 NdFeB , 22x22x100mm条)，如图20所示。这允许2个装置在重叠的时间段发生磁性选择。

磁性选择后，进行成像。成像子系统(图23) 设计成与被蓝光激发的荧光信号发射部分一起工作。所述光学器件具有LED和具有以475纳米波长为中心的带通的滤光器和具有以535纳米波长为中心的带通的发射滤光器。辐照组件、检测光学器件和照相机都位于成像组合装置的装置下面 (图15)。

磁性捕获结束后，主台架机器人将装置从磁体位置移动到图像仪台架机器人(图24)。图像仪台架机器人将装置移动到远方传感器(Keyence LK-G37)。测量与每个成像孔的距离，并计算焦距。图像仪台架机器人然后移动到CMOS照相机 (Mightex BCN-B013)，其获取每个孔的8位灰度图像。对每个孔成像10次，并累加，以得到更高位灰度图像进行分析。

使用实施例1所述的软件进行图像分析。分析结束后，图像仪台架机器人将装置移动到弹射系统。所述装置然后离开平台，并进入生物危害废物容器(图25)。分析数据后，结果以及弹筒信息被储存在计算机上，打印出来(Seiko, DPU-30)，并显示在LCD触摸屏监视器(AEI, ALCDP7WVGATS)上 (图25)。

所述系统设计成由单个运行Ubuntu Linux 2.6的小板计算机 (Ampro, RB800R)控制。组件直接地或通过控制板连接至计算机。直接连接至计算机的组件包括电机控制器 (Galil, DMC-2183-DC24-DIN) 、LCD监视器(AEI, ALCDP7WVGATS)、CMOS照相机 (Mightex, BCN-B013)、距离传感器(Keyence LK-G37)和打印机(Seiko, DPU-30)。通过电机控制器连接的组件包括光电传感器(Omron, E3T-SL22)、主台架和图像仪台架的步进电机(Arcus, DMAX-KDRV-17)、输入台运输器的步进电机 (Arcus DMAX-KDRV-23),和LED (Lumileds, LXHL-PB09)。

结果。实施例13描述了通过在该分析仪上分析的装置得到的方法和结果。

结论。该分析仪可以自动处理样品装置，具有最少的用户相互作用。所述装置与分析仪相互作用，其支持根据需要处理，样品生长、未放大的成像和集成的废物处理。它允许使用标准的CMOS照相机在低放大率检测已经结合到待分析的信号发射和选择部分上的单个靶物。

变化。分析仪的一个变体包括高容量生长培养箱。这样的大培养箱允许分析仪每小时处理至少40个装置。由于它的小接地面积，它会使理想的高流通量机器用于临床实验室、食物处理和兽医检验用途。

Claims (44)

1.一种试剂盒，其包含：

(a)包括成像孔的装置，所述成像孔具有≥2mm的深度并且包括具有≥1mm的最短线性尺寸的检测区；

(b)以干燥或液体形式以装置装载的方式储存的信号发射部分；

(c)以干燥或液体形式以装置装载的方式储存的选择部分；

(d)液体垫子或在溶剂化后生成液体垫子的干燥试剂，其中所述液体垫子在所述溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，并且其中液体垫子或干燥试剂以装置装载的方式储存；和

(e)以装置装载的方式储存的染料，并且其中所述染料干扰投向或来自信号发射部分的光的透射；

其中所述信号发射部分和选择部分特异性地结合靶物，其中所述检测区在与所述信号发射部分的信号标志相对应的波长是可穿透的，且其中包括所述成像孔的装置包含用于使成像分析仪对齐或对准成像孔的部件。

2.权利要求1的试剂盒，另外包含取样装置，其能收集样品中的靶物。

3.权利要求1的试剂盒，其中所述生成液体垫子的干燥试剂放置成接触所述检测区。

4.权利要求1的试剂盒，其中界定检测区的检测表面在可视区是可穿透的。

5.权利要求1的试剂盒，其中所述检测表面在190–1100nm之间的区域是可穿透的。

6.权利要求1的试剂盒，其中所述检测表面在信号标志的波长是无荧光的。

7.权利要求1的试剂盒，其中检测区的最长线性尺寸是2cm，且其中成像孔的深度小于2cm。

8.权利要求1的试剂盒，其中所述选择部分是磁性颗粒。

9.权利要求1的试剂盒，其中所述信号发射部分是荧光颗粒。

10.权利要求1的试剂盒，其中所述信号发射部分是荧光的染色剂。

11.用于分析可能含有靶物的样品的装置，其中所述装置包括

a.包含样品入口的壳体；

b.具有≥2mm的深度并包含具有≥1mm的最短线性尺寸的检测区的成像孔；

c.安置在壳体中的选择部分和/或信号发射部分的储存器，其流体性地连接至成像孔；

d.用于使成像分析仪定位或对准成像孔的部件，

e.或者(i)第三个储存器，其安置在壳体中，且含有干扰投向或来自信号发射部分的光的透射的染料，其中所述第三个储存器流体性地连接至成像孔，或者(ii)成像孔中的染料，所述的染料干扰投向或来自信号发射部分的光的透射，

其中所述成像孔安置在壳体中，以允许检测区的外部辐照和/或从成像孔发射出的光的检测，其中所述入口流体性地连接至成像孔，且其中所述检测区在与所述信号发射部分的信号标志相对应的波长是可穿透的。

12.权利要求11的装置，另外包含结合到成像孔上且特异性地结合靶物的捕获分子。

13.权利要求11的装置，其中界定检测区的检测表面在与所述信号标志相对应的波长是无荧光的。

14.权利要求11的装置，其中所述成像孔与壳体是整体。

15.权利要求11的装置，其中所述成像孔可与壳体分离。

16.权利要求11的装置，其中所述入口接受取样装置。

17.权利要求16的装置，其中所述取样装置是样品拭子或吸量管。

18.权利要求11的装置，其中所述壳体包含用于垂直叠加多个装置的装置-装置对准部件。

19.权利要求11的装置，另外包含入口的密封，其在样品导入入口中以后啮合。

20.权利要求19的装置，其中啮合密封导致来自入口的样品向成像孔移动。

21.权利要求20的装置，其中所述密封包含柱塞。

22.权利要求19的装置，其中所述密封能相对于入口可变地移动。

23.权利要求22的装置，其中所述密封带螺纹的，且密封向装置中的螺旋导致样品移动。

24.权利要求11的装置，另外包含用于计量通过入口导入该装置中的样品体积的计量器。

25.权利要求11的装置，另外包含第二个储存器，其安置在壳体中，且含有液体垫子或在溶剂化后生成液体垫子的干燥试剂，其中所述液体垫子在所述溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，且其中第二个储存器流体性地连接至成像孔。

26.权利要求11的装置，其中所述成像孔另外包含液体垫子或在溶剂化后生成液体垫子的干燥试剂，其中所述液体垫子在所述溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，所述覆盖液体层包含溶剂化的靶物、信号发射部分和选择部分。

27.权利要求11的装置，另外包含第三个储存器，其安置在壳体中，且含有干扰投向或来自信号发射部分的光的透射的染料，其中所述第三个储存器流体性地连接至成像孔。

28.权利要求27的装置，其中所述第三个储存器另外包含液体垫子或在溶剂化后生成液体垫子的干燥试剂，其中所述液体垫子在所述溶剂化后具有大于覆盖液体层的密度，所述覆盖液体层包含溶剂化的靶物、信号发射部分和选择部分。

29.权利要求11的装置，其中所述成像孔另外包含干扰投向或来自信号发射部分的光的透射的染料。

30.权利要求11的装置，另外包含一个或更多个样品处理模块，其安置在壳体中，且流体性地连接至入口、一个或更多个成像孔和储存器。

31.权利要求30的装置，其中所述样品处理模块包含促进或抑制细胞复制的试剂。

32.权利要求30的装置，另外包含将样品处理模块与成像孔隔开的阀。

33.权利要求11的装置，另外包含在壳体中的通道，其连接入口和成像孔。

34.权利要求11的装置，另外包含多个(a)通道的成像孔，所述通道将引入入口中的样品分到多个样品处理模块或成像孔中。

35.权利要求11的装置，另外包含在壳体中的排气口，其允许气体排出装置，这是液体在装置中流动的结果。

36.权利要求11的装置，其中样品通过毛细管作用从入口向成像孔移动。

37.权利要求11的装置，其中(c)的储存器与成像孔被脆性密封隔开。

38.权利要求11的装置，另外包含取样装置。

39.权利要求38的装置，其中所述取样装置流体性地连接至入口。

40.权利要求38的装置，其中所述取样装置是刺血针。

41.权利要求11的装置，另外包含隔开入口和成像孔的过滤器，其中所述过滤器允许靶物选择性地穿过。

42.权利要求11的装置，另外包含用于连接流体泵的在壳体中的接口，所述泵将流体从入口泵向成像孔。

43.权利要求11的装置，其中样品体积是1μL至1mL。

44.权利要求11的装置，其中成像孔体积是10μL至1mL。