CN101237936A - 检测分析物的灵活设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种检测材料样本中分析物的设备。所述设备包括框架和多个腔室。所述框架可以调控，以形成通过腔室的至少第一流动路径和第二流动路径。

Description

检测分析物的灵活设备和方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求对2005年8月2日提交的美国临时专利申请No.60/705,090的优先权，该临时专利申请以引用的方式并入本文。

背景技术

诸如医药和食品服务业等众多行业通常会要求对材料样本进行测试，以确定是否存在某种生物菌或其它生物体。此类生物体的存在可能表示有问题。例如，生物体的存在可能表示人体存在感染或者在食物中或食物准备表面存在污染物。

在现有对于材料样本的测试方法中，可使用诸如药签等样本收集装置来收集材料的样本，该收集装置在一轴的末端包含多孔介质。具体地讲，可以使药签的多孔介质与样本源(诸如人的鼻子、耳朵、喉咙或伤口，或者食物准备表面)接触，样本于是会附着到多孔介质上。随后，可将样本收集装置转移到不同位置，如实验室，在实验室中将收集到的样本从样本收集装置转移到载玻片或者其它外部实验室装置上，以便进行化验来分析是否存在所关注的具体生物体。所关注的具体生物体可称为“分析物”。

除了时间上的延误之外，将样本收集装置从样本源转移到收集地以外的其它位置还可能会导致收集到的样本受到污染或变干，这可能会降低分析物检测的可靠性。此外，非自备式测试装置或方法可能存在问题，因为在测试过程中实验室技术人员可能会暴露于分析物。本发明解决了这些和/或其它问题，并提供其它装置所不具备的优点。

发明内容

一方面，公开了一种处理生物样本的设备。在所描述的实施例中，该设备包括多个腔室。腔室由连接到框架的壳体材料形成。在示出的实施例中，所述多个腔室包括样本引入腔室、废物腔室、流体腔室和测试腔室。如本发明所公开的，捕获介质被置于样本引入腔室和废物腔室之间的流动路径以及流体腔室和测试腔室之间的流动路径中。框架是可弯曲的，以限制沿至少一条流动路径的流动，所述流动路径用于处理所述生物样本。

另一方面，公开了一种检测材料样本中分析物的方法。该方法包括：将材料样本引入设备的样本引入腔室并洗提材料样本，使用捕获介质捕获洗提样本，沿轴向折叠设备的框架，以及从流体贮存器释放流体，并将流体沿通过捕获介质的流动路径引入测试腔室。

另一方面，还公开了一种检测材料样本中分析物的方法。该方法包括：将材料样本引入设备的样本引入腔室并洗提材料样本，使用捕获介质捕获材料洗提样本，将设备旋转约九十度，以及释放放置在流体贮存器中的流体，并将流体沿通过捕获介质的流动路径引入测试腔室。

以上概述并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或本发明的每项具体实施。以下的附图和具体实施方式更具体地说明示例性实施例。

附图说明

将结合下列各图进一步解释本发明，各图中类似的结构部分采用类似的数字表示。

图1A为本发明设备的示例性实施例的立体图，其中包含一个支承框架的基座，其上的设备包括16、18、20、22和24等多个腔室。

图1B为一个示意图，其示出图1中设备的操作。

图2为图1中设备的立体图，其中框架已沿A轴折叠(图1A中示出)。

图3为图1中设备的立体图，其中框架已沿B轴折叠(图1 A中示出)。

图4为图3中设备的立体图，其中设备已旋转约90度。

尽管上述各图给出了本发明的一个示例性实施例，但本发明还包括其它的实施例。在所有情况下，本公开内容仅仅示例性而非限制性地描述本发明。应该理解，本领域的技术人员可以设计出大量其它修改形式和实施例，这些修改形式和实施例均属于本发明的范围之内并符合本发明的原理的精神。

具体实施方式

本发明为基本自备式设备，用于进行化验以检测材料样本中的分析物，如金黄色葡萄球菌，其中所述设备包括框架和壳体材料，其中壳体材料形成多个腔室。框架可以调控，以形成至少一个通过一个或多个腔室的第一流动路径，以及一个通过至少一个或多个腔室的第二流动路径。设备的至少一个腔室被成形为能容纳材料样本。在示例性实施例中，一个腔室被成形为能容纳样本采集装置，该样本采集装置包含材料样本。腔室内放置了必要的缓冲溶液、测试装置以及进行化验所必需的其它组件。这将在下面进一步详述。

在示例性实施例中，所述设备包含五个腔室。框架可通过将其折叠和将其旋转约90度进行调控。可通过折叠框架来改变通过腔室的流动路径，因此，不同的腔室间可相互流体连接。在框架旋转约90度前，重力作用促使流体沿第一流动路径流过中央腔室；旋转框架约90度将促使流体沿第二流动路径流过中央腔室。设备操作员可控制化验的定时，因为可通过调控框架来改变通过设备的不同流动路径。

所述设备基本上为自备式的，因为一般来讲，所有用于检测分析物的化学品通常都包含在腔室中。这减少了设备操作员暴露于测试过程中使用的分析物和/或液流的几率，例如液体意外溢出或是其它情况。本发明设备组件是相对简单的装置，可以在样本源或靠近样本源的地方对材料样本中的分析物进行测试。本发明允许操作员从样本源获得材料样本，然后在样本源处或样本源附近检测样本中是否存在分析物，而无需将材料样本转移至远离样本源的实验室。这有助于缩短等待测试结果的时间，并有助于降低材料样本在测试前被污染或者变干的几率。此外，还可将包含材料样本的样本收集装置直接引入本发明的设备中。这可缩短操作员暴露于材料样本的时间，所述材料样本可能包含危害性分析物。另外，本设备组件可为一次性的，这有助于在每次使用时提供干净的(如果不是无菌的)设备组件。

本发明设备也可用于实验室或其它远离样本源的检测点。除操作员手动调控框架以调节通过腔室的流动路径外，还可使用机械装置在预设的时间后机械调控框架。

本发明参考示例性实施例进行了描述，该实施例是用间接的化验方法来检测材料样本中的分析物。对示例性实施例中化验方法的大致了解有助于更好地理解对本发明设备的描述。然而，下面对化验方法的描述并非旨在以任何方式限制本发明。相反地，本发明设备以及检测材料样本中分析物的方法可应用于各种不同类型的直接或间接的化验。

根据示例性实施例，材料样本是用样本收集装置收集的。例如，可在一个连接到中空轴末端的多孔介质(如，纤维状刷或刷毛)上收集样本。合适的样本采集装置的实例描述于名称为“SPECIMEN TESTUNIT(样本测试单元)”的美国专利No.5,266,266和名称为“APPARATUS AND METHOD FOR COLLECTING A SAMPLE OFMATERIAL(收集材料样本的设备和方法)”的美国专利申请序列No.60/705,140(代理人档案号61097US002)中，该专利申请于2005年8月2日提交。

在进行化验之前，先备好材料样本。在样本制备阶段，用第一缓冲溶液将材料样本从样本收集装置上洗提(或“释放”)出来，从而生成洗提样本。在下文中，“洗提样本”是指从样本采集装置移除的样本和第一缓冲溶液的组合。合适的缓冲溶液的实例包括但不限于水、生理盐溶液、pH缓冲溶液，或者从样本采集装置洗提出分析物的任何其它溶液或溶液的组合。所述缓冲溶液优选地不会干扰化验。然后至少有一部分分析物可从洗提后的样本中分离出来。这一步通过使用捕获介质完成。合适的捕获介质的实例包括但不限于小珠、多孔膜、泡沫、玻璃料、筛网或其组合。在一些实施例中，捕获介质可以涂敷分析物的特定配体，例如抗体。在其它实施例中，可使用其它方式分离分析物。

材料样本通常是不同种类材料的混合物。可能必须对分析物进行分离，有时还需要浓缩分析物，因为有些分析物只有在量多时才能被检测出来。分离/浓缩都可提高准确检测的几率。在本发明中，分析物是从材料样本的残留物中分离出来的，这有助于增加测试装置检测到分析物的可能性。测试装置可为任何合适的装置，例如比色传感器。

所关注的示例性分析物是金黄色葡萄球菌(“S.aureus”)。这是一种病原体，其可引起广谱感染，包括：表层损伤，如小面积的皮肤脓肿和伤口感染；系统的和危及生命的病症，例如心内膜炎、肺炎和败血症；以及食物中毒和中毒性休克综合征等中毒症。一些菌株(例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌S.aureus，也称MRSA)能够耐受除少数几种抗生素以外的几乎所有抗生素。

用第二缓冲溶液将捕获介质捕获的至少一些分析物释放(或裂解)出来。第二缓冲溶液中可含有裂解剂，如公开号为2005/01 53370 A1，名称为“Method of Enhancing Signal Detection of Cell-Wall Componentsof Cells(增强细胞的细胞壁组分检测信号的方法)”的美国专利申请中所述。

然后将释放出的分析物和第二缓冲溶液与适于与释放的分析物进行反应的试剂相接触。如果采用的是直接化验法，则可能不需要试剂。分析物与试剂反应后，并在足够长的“反应时间”之后，让分析物和试剂以及第二缓冲溶液接触测试装置。采用间接化验方法时，测试装置检测适于与分析物反应的试剂的存在，而不是检测分析物本身。具体地讲，试剂与分析物反应，然后所有残留的试剂(即，没有与分析物反应而形成另一种产物的试剂)与测试装置彼此作用。其后，测试装置提供可表示试剂是否存在和/或含量的可见标记。优选的是给出足够的时间，从而使分析物和试剂在接触测试装置之前进行反应。

在一个实施例中，试剂与测试装置的表面(如蓝色)反应，当试剂与测试装置反应时测试装置会改变颜色。如果有大量试剂与测试装置产生反应，则测试装置的颜色会发生改变，例如，从蓝色变为红色。如果只有少量试剂与测试装置发生反应，则测试装置可能不改变颜色而保持蓝色。测试装置也可被成形为能提供表示试剂存在含量(通常表示材料样本中存在的分析物含量)的标记。例如，测试装置可改变颜色，其中颜色的强度和色调的改变取决于存在的试剂的量。在替代实施例中，测试装置以另一种合适的方法测定试剂的量。

试剂的含量反映分析物的含量，因为在通常情况下，如果与分析物发生反应后还存在大量的试剂，即说明材料样本中存在的分析物含量不大。同理，如果与分析物发生反应后试剂剩余较少，即说明材料样本中存在大量的分析物。

为使描述更清楚，本发明的五个腔室分别以其功能命名。然而，这些名称并不旨在以任何方式限制本发明。根据本发明的设备可包括任何适当数量的腔室。例如，腔室的数量可取决于化验化学的类型。本领域的技术人员可改进示例性实施例，以使本发明适用于不同类型的化验。

图1A为本发明设备10的一个示例性实施例的立体图。设备10包括基座12、框架14、样本引入腔室16、捕获腔室18、废物腔室20、流体贮存器或腔室22和测试腔室24。相对于放置基座12的水平表面，基座12被成形为以大致竖式取向支承框架14。基座12包括支架26，该支架同样被成形为以大致竖式取向支承框架14(参见例如图4)。

框架14为半刚性材料，如纸板、塑料、金属箔或其组合。在一些实施例中，框架14可包括保护性涂层，以有助于框架14抗流体腐蚀，并可保护框架14不会因暴露于流体(如水渍)而受到损坏。在示例性实施例中，腔室16、18、20、22和24由单片柔性膜(如塑料薄膜)形成，该柔性膜以任何合适的方式(如压敏粘合剂)连接到框架14一侧。这样的构造使得设备10的外形相对较小(例如，厚度低于2.5厘米)。优选的是薄膜与框架14相连，以形成防漏组件。腔室16、18、20、22和24可通过任何合适的方法形成，包括将一张柔性膜真空成形形成多个泡罩般的腔室，或将柔性膜与框架14相连和注坯吹塑每个腔室。

样本引入腔室16被成形为容纳样本采集组件(如图1B和图2中所示的样本采集组件28)，其中包括一个样本采集装置和第一流体(如缓冲溶液)，用于从样本采集装置洗提样本。在操作员从样本采集装置洗提样本前，第一流体可保留在流体贮存器中。使用样本采集装置收集样本后，该装置被引入样本引入腔室16。

置于捕获腔室18的捕获介质19(图1B中示出)用于捕获来自材料样本的分析物，其中捕获腔室与样本引入腔室16相互流体连通。废物腔室20与捕获腔室18相互流体连通。流体贮存器22被成形为保留第二流体23(图1B示出)。流体贮存器22也与捕获腔室18相互选择性地流体连通。流体贮存器22和捕获腔室18之间放置了一个易碎密封25(图1B中示出)，在操作员有目的地释放第二流体前，有助于流体贮存器或腔室22保留第二流体。

测试腔室24被成形为与捕获腔室18相互流体连通。通道36将捕获腔室18与测试腔室24连接在一起。测试腔室24包括能够检测出分析物的测试装置38(图1B中示出)。在示例性实施例中，测试装置38提供了一个可视的标记，其指示由样本采集装置收集的材料样本中是否存在分析物，并且在一些实施例中，测试结果可指示分析物的含量。在示例性实施例中，测试装置是一个比色传感器，该传感器包含例如聚二乙炔材料，如美国专利申请公开No.2004/0132217A1和美国专利申请序列No.60/636,993(提交于2004年12月17日)中所述，这两项专利的名称均为“COLORIMETRICSENSORS CONSTRUCTED OF DIACETYLENE MATERIALS(由二乙酰基材料构造的比色传感器)”。

在示例性实施例中，化验完成后测试装置38的一种颜色对应一个颜色编码方案。测试装置38可显示或不显示颜色变化，这取决于材料样本中是否存在分析物。使用者可通过窗口27观察颜色变化。还可将颜色变化分级，以指示分析物的含量。例如，分析物的含量可通过一个对应“低含量”、“中等含量”或“高含量”的颜色梯度来指示。在一些实施例中，设备10包含一个示出颜色编码方案的标签，操作员可将在窗口27(图1A中示出)中观察到的颜色与该标签进行比较。在其它实施例中，肉眼无法观察到颜色变化，因此使用机械或电子读出器(如光度计)来检测颜色变化。替代实施例中可用到其它测试装置。例如，设备10可结合一个测试装置，其测试结果标记通过被分析介质的pH值变化或其它一些特性变化来表征。

图1B是图1A中设备10的示意图，其中框架14已从示意图中除去。样本采集组件28已引入样本引入腔室16。样本采集组件28是对合适的样本采集装置的一般性描述，其并不旨在以任何方式对本发明进行限制。类似地，捕获腔室18中的捕获介质19是对捕获介质的一般性描述，其并不旨在以任何方式限制本发明。流体贮存器22包括流体23。通道29将流体贮存器22和捕获腔室18连接在一起。通道29中放置有易碎密封25和易碎小袋34，该小袋中包含脱水试剂。

图2示出了样本引入阶段框架14的构造。框架14沿第一轴线A折叠，如图1A所示。样本采集组件28被引入样本引入腔室16，并且样本从样本采集装置洗提。通过沿轴A折叠框架14，形成一个通过设备10的第一流动路径。第一流动路径由样本引入腔室16、捕获腔室18和废物腔室20限定。沿轴A折叠框架14后，基本封闭了从流体贮存器22到捕获腔室18的通道29，例如在限流器位置30(图1B中示出)。尽管通道29可能未完全关闭，通过通道29的流体流仍会受到限制，从而有利于流体流从样本引入腔室16经捕获腔室18到达废物腔室20。

在样本从样本采集组件28洗提后，洗提的样本将沿第一流动路径(由沿轴A折叠的框架14形成)流动。洗提的样本从样本引入腔室16出发，通过捕获腔室18移动到废物腔室20。随着洗提的样本流经捕获腔室18，洗提的样本将通过捕获介质19。优选地，捕获介质19的定位及保留方式是：流体通过捕获介质19，同时允许捕获介质19从洗提样本中分离和捕获分析物。

在洗提的样本通通过捕获介质19后，不再为化验所必需的洗提样本的残留物(除去捕获的分析物)将沿第一流动路径流入废物腔室20。在一些实施例中，废物腔室20中放置有吸收材料，以保留足量的废液，从而降低废液流入其它腔室16、18、22和24的几率，如发生这种情况将污染化验。在替代实施例中，使用其它构件保留废液。

在废液流入废物腔室20后，可从样本引入腔室16移除样本采集组件28。然后调控框架14，以更改通过腔室16、18、20、22和24的流动路径。在示例性实施例中，框架14沿轴A展开(至图1A中示出的位置)，然后沿轴B折叠(图1A中示出)。所得框架14的构造如图3所示。通过沿轴B折叠框架14，形成一个通过设备10的第二流动路径。第二流动路径由流体贮存器22、捕获腔室18和测试腔室24限定。沿轴B折叠框架14后，基本封闭了样本引入腔室16的一部分(指定为通道31)，例如在限流器位置32(图1B中示出)。尽管通道31可能未完全关闭，通过通道32的流体流仍会受到限制，从而有利于流体流从流体贮存器22经捕获腔室18到达测试腔室24。

沿轴B折叠框架14后，将设备10旋转90度，以使得框架14搁置在支架26上。设备10的此构造在图4中示出。沿轴B折叠框架14后，可释放在流体贮存器22中放置的第二流体23。示例性的第二流体23为第二缓冲溶液。再次强调，化验所使用的缓冲溶液类型由多个因素决定，其中包括用设备10检测的分析物。在示例性实施例中，易碎密封25放置在流体贮存器22和捕获腔室18之间的通道29中。操作员可对流体贮存器22施加压力，例如用操作员的拇指或其它手指按压流体贮存器22，以使易碎密封25破裂。易碎密封25允许从流体贮存器22选择性地释放第二流体23，并在储存设备10时帮助第二流体23保留在流体贮存器22中。释放后，第二流体23通过捕获腔室18中放置的捕获介质19，并从捕获介质19中释放至少一些分析物。

在接触测试装置30前，为使间接化验正常运行，任何存在的分析物将与用于与其进行反应的试剂接触。为使试剂能在设备10储存期间保持稳定，试剂可能已脱水，保留在流体贮存器22中的第二流体23可用于重构试剂，使其重新活化。在示例性实施例中，通道29中放置有已脱水的试剂，并保留在易碎的小袋34中(图1B中示出)。易碎小袋34在通道29中的形成方式是：当操作员向流体贮存器22施加压力时，易碎小袋34也随之破裂。这类似于2003年11月20日公开的美国专利申请No.2003/0214997中所描述的施加在流体贮存器的压力如何挤破邻近屏蔽。

试剂与分析物的反应位置由试剂的放置位置决定。尽管如此，优选的是在分析物接触放置在测试腔室24中的测试装置前与试剂进行反应，因为如前所述，在间接化验中，与测试装置相作用的是试剂。为使试剂与分析物充分反应，可摇动设备10。在替代实施例中，脱水试剂可被放置在设备10中的任何合适位置。例如，脱水试剂可放置在捕获腔室18和测试腔室24之间的通道36中。

在第二流体23从捕获介质19释放出至少一部分分析物后，第二流体23和释放出的分析物将沿第二流动路径流入测试腔室24的保留腔体37(图1B中示出)。优选地，释放的分析物在到达测试腔室24前与试剂结合。如图1B所示，测试腔室24中放置有保留腔体37、测试装置38、将保留腔体37连接至测试装置38的流动路径40(如一个槽)、以及吸收材料42。在示例性实施例中，流动路径40包括微流元件，用于控制从保留腔体37到测试装置38的流体流。测试装置38可能要求流体以特定的速率或以低于特定速率的速率流过，以使得流体中的试剂与测试装置38反应。一个或多个微流元件有助于调控通过测试装置38的流体流。为有利于流体流通过测试装置38，吸收材料42被定位在测试腔室24中，其中测试装置38被定位在流动路径40和吸收材料42之间。通过形成芯吸作用，吸收材料34有助于流体流通过测试装置30。

测试装置38提供了一个可视的标记，该标记指示样本采集组件28收集的材料样本中是否存在分析物(图1B和图2中示出)，并且在一些实施例中，测试结果可指示分析物的含量。

在所有残留试剂(即，未与分析物反应的试剂)与测试装置38反应足够长的时间后，使用者可在窗口27(如图1A所示)中读取测试结果。反应时间由多种因素决定，其中包括分析物和/或试剂的类型。

因为在将框架14旋转约90度前，由试剂/分析物/第二流体形成的流体不可能接触测试装置38，因此示例性实施例允许操作员控制化验的定时。

尽管本发明参考优选的实施例进行描述，本领域技术人员应该认识到在形式上和细节上可以变化而不脱离本发明的精神和范畴。

本文引用的专利公开说明书、专利文献和出版物全文以引入方式并入，如每个都单独引入一样。在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对本发明的各种改进和改变对于本领域技术人员将是显而易见的。应该理解，本发明不限于以上提供的示例性实施例和实例，上述实例和实施例仅以举例的方式提出，而且本发明的范围仅受以下所附的权利要求书的限制。

Claims (17)

1.一种用于处理材料样本的设备，所述设备包括：

框架；

连接到所述框架的壳体材料，所述壳体材料形成多个腔室，所述多个腔室包括：

样本引入腔室，构造成容纳所述材料样本；

废物腔室，与所述样本引入腔室流体连通；

流体腔室，构造成保留流体；

测试腔室，包括能够测试所述材料样本的测试装置；以及

捕获介质，被置于所述样本引入腔室和所述废物腔室之间的流动路径以及所述流体腔室和所述测试腔室之间的流动路径中，并且所述框架至少可沿第一轴线弯曲以限制流向所述流体腔室或者至少可沿第二轴线弯曲以限制流向所述样本引入腔室。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体材料与所述框架一起形成所述多个腔室。

3.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述壳体材料包含柔性膜。

4.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述框架沿所述第一和第二轴线弯曲。

5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述框架由半刚性材料形成。

6.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述测试装置包括比色传感器，用于提供测试结果的可视标记。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述比色传感器包括聚二乙炔材料。

8.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述废物腔室包括吸收材料。

9.根据前述任一项权利要求所述的设备，还包含适于与分析物反应的试剂，其中所述试剂被放置在所述流体腔室中，并且所述试剂通过易碎密封与所述流体腔室中保留的所述流体分开。

10.根据前述任一项权利要求所述的设备，还包含适于与所述分析物反应的试剂，其中所述试剂被放置在其内具有所述捕获介质的捕获腔室中。

11.一种检测材料样本中的分析物的方法，所述方法包括：

将所述材料样本引入设备的样本引入腔室并洗提所述材料样本；

使用捕获介质捕获洗提的材料样本；

沿轴线折叠所述设备的框架；以及

从流体贮存器释放流体，并沿流动路径引导所述流体通过所述捕获介质到达测试腔室。

12.一种检测材料样本中的分析物的方法，所述方法包括：

将材料样本引入设备的样本引入腔室并洗提所述材料样本；

使用捕获介质捕获洗提的材料样本；

将所述设备旋转约90度；以及

释放放置在流体贮存器中的流体，并沿流动路径引导所述流体通过所述捕获介质到达测试腔室。

13.根据权利要求11所述的方法，其中在从所述流体贮存器释放所述流体前，包含以下步骤：

将所述框架旋转约90度。

14.根据权利要求11所述的方法，还包含以下步骤：

在捕获所述洗提的材料样本前，沿另一轴线折叠所述框架。

15.根据权利要求11、13或14所述的方法，其中所述框架沿预定的折叠线折叠。

16.根据权利要求11、12、13、14或15所述的方法，还包含以下步骤：

将所述材料样本与适于与所述分析物反应的试剂结合。

17.根据权利要求11、12、13、14、15或16所述的方法，还包含以下步骤：

破碎易碎密封，以从所述流体贮存器释放所述流体或试剂。

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