CN101384725A - 检测病原体的系统和方法 - Google Patents

检测病原体的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101384725A
CN101384725A CNA2007800056984A CN200780005698A CN101384725A CN 101384725 A CN101384725 A CN 101384725A CN A2007800056984 A CNA2007800056984 A CN A2007800056984A CN 200780005698 A CN200780005698 A CN 200780005698A CN 101384725 A CN101384725 A CN 101384725A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pathogenic agent
sample
host
detection
pathogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800056984A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101384725B (zh
Inventor
迈克尔·莫尔丹森·格林伯格
沃伦·谢·沃·尚
凯文·查尔斯·卡因
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FIO SYSTEMS CORP
Original Assignee
FIO SYSTEMS CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CA002571904A external-priority patent/CA2571904A1/en
Application filed by FIO SYSTEMS CORP filed Critical FIO SYSTEMS CORP
Publication of CN101384725A publication Critical patent/CN101384725A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101384725B publication Critical patent/CN101384725B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6489—Photoluminescence of semiconductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/588—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with semiconductor nanocrystal label, e.g. quantum dots
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明提供了用于在患者样品中同时检测和鉴定多种病原体的方法和系统。样品结合于微珠，其已注射有量子点或荧光染料并共轭于病原体特异性生物识别分子，如抗体和寡核苷酸。治疗选择可以基于在样品中检测到的病原体的同一性来确定。

Description

检测病原体的系统和方法
技术领域
本发明涉及检测病原体的领域。尤其是，本发明涉及一种系统和方法，其用于检测、鉴定、表征和监测病原体和宿主标记，实时从直接位置(instant location)收集和传播到直接位置关于那些病原体和它们的宿主的信息，提供立即的治疗建议和教育信息。
背景技术
传染病的检测和表征是一种复杂的过程，其理想地开始于病原体的鉴定。这传统上是通过直接检查和培养适当的临床样品来完成。然而，直接检查受限于存在的生物数目和受限于观测者成功地识别病原体的能力。类似地，病原体的体外培养取决于选择适当的培养基以及取决于微生物的苛求程度。病原体培养的应用进一步受限于冗长的温育期和有限的敏感性、准确性以及特异性。
当体外培养仍然是可行的方案时，微生物的鉴定和区别(differentiation)主要依赖于微生物形态和生长变量，其在某些情况下足以进行菌株表征(即，同工酶分布(轮廓)、抗生敏感性分布(轮廓)、以及脂肪酸的色谱分析(chematographic analysis))。
如果培养是困难的，或样品未在适当的时间收集，则感染的检测经常变成回顾性的，如果有的话，即通过证明在感染宿主中的血清抗体应答。抗原和抗体检测方法已依赖于开发直接(DFA)和间接(IFA)免疫荧光分析和基于酶免疫测定(EIA)的技术，但这些方法同样可以面临有限敏感性的问题。
这些现有方法具有许多缺点。首先，这些方法可能需要许多天才能获得结果。在高度传染性和/或危险病原体的情况下，可能不会接收到病原体类型的实证直到宿主已经暴露于其它主体(others)或已经超过治疗期。其次，样品运输到实验室用于培养生长可增加错误的风险，如样品的误鉴定，或未保护人员暴露于包含高度传染性病原体的样品。第三，基于由观测者(即医生)提供的可疑病原体清单(pathogen list)，病原体试验会受到限制，这意味着另外未怀疑的但可以存在的病原体未加以试验。
与这种诊断方法有关的是对传染病暴发的反应。如果怀疑或检测到暴发，则现有反应是几百年老的隔离(检疫，疫区限制，quarantine)方法。在传染病暴发并且对其缺少适当治疗和/或敏感的、特异的、以及快速筛选/诊断试验的情况下，隔离仍然是防止疾病不受控扩散的仅有方式。当简单地基于流行病学，或甚至基于可比较的疾病描述(表象，表现，presentation)，怀疑感染时，健康或未暴露的个体可以连同感染个体一起被隔离，由于隔离(检疫)的结果，这提高了感染疾病的可能性。对所讨论的病原体的快速证实试验的可用性将大大地减少在隔离中所花费的时间，因此将减少接触来自真正感染人员的疾病的可能性。
虽然隔离仍然是一种保护公众健康最后采取的方法，但延迟提供正确的诊断以及其后适当的治疗同样在医院和内科医生诊所经常发生。问题源于下述事实：许多疾病在感染的早期具有非常类似的临床描述(表象)，并且在缺少充分的患者/旅行史的情况下，例如疟疾或SARS可以误诊为常见流感(即，发热、受寒)，虽然具有潜在的致命后果。如果可以获得多种病原体试验(其可以区分具有类似描述的疾病)，则可以避免悲剧。
与依赖形态特征相反，病原体基因型和蛋白质性状(特征)通常提供用于检测和表征传染性因子(infectious agents)的可靠和可量化信息。此外，微生物DNA/RNA可以直接提取自临床样品而无需对上述因子进行纯化或分离。
在全球范围内，分子技术可以高通量方式应用于筛选和监测研究，即监控疾病流行和分布、评估控制措施、以及鉴定暴发。
已开发了用于多种个体传染病(individual infectious disease)的重点护理诊断装置(Point-of-care diagnostic devices)(PDD)。在大多数情况下，这些测定是免疫色谱单比色条试验(immunochromatographic single colorimetric strip test)，以在少量血液或血清中检测单一传染性因子(对一种因子应答的病原体特异性抗原或抗体)。
这些目前的测定方法中没有一种具有检测多种病原体或同时检测多种病原体的基因组标志和蛋白质组标志的能力。对于其它快速诊断测定方法存在类似的限制。因为几乎所有这些试验都依赖于单个目测比色变化以获得它们的读数，所以检测多种病原体的可能性受到严重限制并且大多数目前的PDD限于检测单种病原体。因此，为了评估患者的潜在传染性因子或试验单位血液的常见可传染因子(transmissible agent)，需要进行多次连续的即时检验(重点照护检验，point-of-care test)，这使临床管理复杂化、获得结果较慢并显著增加成本。
许多PDD并不满足被认为是基本的要求，其包括：容易进行，需要最少的训练，产生明确的结果，高敏感性和特异性，当天产生结果(优选几分钟内)，相对较低的成本，以及不需要冷冻或专用的另外设备。
总之，尽管目前优异的诊断试剂(例如，抗体和核酸探针)的可利用性，其识别许多微生物病原体的特定靶，但目前的策略具有不合适的性能特点。有助于此的是以下事实：这些试剂共轭于有机染料、金标记的颗粒或酶，其缺少足够的敏感性以在单个分子水平上加以检测。此外，目前的PDD平台和检测方案通常依赖于单一宏观比色变化并且不能很好地适用于多种病原体的同时检测。
分子诊断学的最近进展，包括与自动样品处理相结合的实时PCR，已解决了早期“内部(固有)”和非标准化基因扩增测定的许多限制。这些测定代表在检测、量化、以及表征许多微生物方面的重要进展并且目前代表用于许多病原体的传染病诊断学的“金”或参比标准。然而，这些测定仍然是复杂、昂贵的，并且需要专用设备，这使它们在护理站(护理点，point-of-care)的潜在应用产生许多障碍。
最后，目前的基因组或蛋白质组检测策略需要样品处理以及对一种策略或另一种策略的技术委托。目前并没有能力来同时检测某些病原体的抗原靶和其它病原体的基因靶两者。这限制了同时检测优选的病原体特异性靶并呈现完全开发两种策略的互补能力的阻碍。
需要这样的系统，其能够以比现有方法更及时的方式进行病原体检测、鉴定和表征、以及宿主表征。优选地，基于在使用装置的范围内护理内科医生或诊所的特殊需要(即，用于筛选或诊断)，这样的系统将支持模块病原体选择平台。另外，该系统还能够在单个样品中同时检测、鉴定以及表征多种病原体，从而通过存储在预先存在的数据库中的光学病原体特异性分布来区分病原体。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了进行下述一种或多种的方法：检测、鉴定和表征病原体以及利用病原体和宿主的标记来表征病原体宿主，包括以下步骤：a)制备标记-检测介质，其包含病原体以及可选地宿主的同一性和特性的特征；b)从宿主收集样品；c)使样品与标记-检测介质结合，以及d)分析要检测的特征，鉴定和表征病原体，以及可选地，表征宿主。
优选地，收集的样品是血液样品，虽然也可以使用血浆、血清、脑脊液(CSF)、支气管肺泡灌洗(BAL)、鼻咽(NP)拭子、NP抽吸物(吸出物)、痰以及其它类型的样品，并且标记检测系统是病原体-检测介质，其优选包括共轭于生物识别分子(BRM)的微珠并且微珠被注射有量子点(quantum dot)或类似的荧光颗粒或化合物。同样优选地，每种微珠包含量子点的独特结合以提供与每种微珠有关的独特的光学条形码，用于检测独特的病原体特异性和/或宿主特异性特征。
优选地，分析步骤包括当微珠-病原体样品流过微流体通道时用激光照明微珠-病原体样品并借助于分光光度计/CCD照相机、光电倍增管和/或雪崩光探测器(APD)的集合收集所得到的光谱。每种光谱与先前指定的病原体有关。
可选地，该方法可以包括产生与所述宿主样品有关的宿主表征标记的清单作为分析步骤d)的一部分。
可选地，该方法可以包括另外的步骤e)：基于在分析步骤d)中产生的病原体清单提供治疗选择(方案，选项)的清单。
可选地，该方法还可以包括步骤f)：借助于GPS定位器，将地理位置信息数据与在分析步骤d)中产生的病原体和宿主标记清单联系起来。
优选地，该方法进一步包括另外的步骤g)：优选以无线方式将病原体标记的所述清单和宿主标识符(host identifier)标记的所述清单以及所述地理位置数据发送到远程数据库以及从数据库将治疗和教育信息发送到归档装置(filed device)。应当明了，该方法的步骤并不一定以规定的次序进行。
该方法进一步包括在由电动力或流体动力推动的流过微流体通道的流动蒸汽中检测病原体-共轭的微珠。当带有条形码的珠在通道的一端通过激光束时，由在珠内(作为条形码的一部分)、或在珠外(作为珠-病原体复合物检测机制的一部分，其可以包括如下所述的荧光团)的量子点发射的光谱通过分光计/CCD照相机系统、光电倍增管和/或APD的集合加以收集并通过适当的软件加以分析。
根据本发明的另一个方面，提供了部件系统，其能够实施任何上述方法。
本发明的优点包括与大多数目前使用的方法相比巨大地减少为鉴定患者样品中的病原体所需的时间量，以及具有为任何已鉴定的病原体提供关于治疗和隔离措施的快速现场信息的能力。另一个优点是具有将患者和病原体数据收集在全球数据库中并利用在此数据库中包含的信息来产生各种病原体和它们的宿主的趋势和跟踪措施的能力，所述信息可以用于监视、研究、治疗设计、以及其它目的。
通过以下本发明的详细描述并参照附图，本发明的其它和进一步的优点以及特征对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
现在将仅通过实例并参照附图更详细地来描述本发明，其中相同的数字是指相同的要素，其中：
图1是详细描述了本文披露的本发明的方法中的一系列步骤的流程图；
图2是病原体检测装置的方框图；以及
图3是与中心数据库通讯的多个装置的方框图。
具体实施方式
现在参照图1，通过在流程图中阐述的一系列步骤来描述本发明的方法。
第一步骤12是从宿主(例如，人、动物或环境样品)收集样品，优选血液样品，虽然在适当的情况下可以使用血浆样品、血清样品、CSF、BAL、NP抽吸物、NP拭子、痰以及其他类型的身体样品(physical sample)。然后分析样品14并产生在样品中已鉴定的病原体的清单16。GPS接收器确定样品读出器的位置，从而确定样品的位置22。已鉴定病原体的清单和位置信息均被发送到中心数据库供存储和处理20。同时，基于已鉴定的病原体，在18处显示治疗选择(选项)清单，供操作者考虑。
通过如图2所示的病原体检测装置30进行分析14。此装置30是便携式的，优选手持式的，并具有出口32用于接收样品和显示器36以显示样品中检测到的病原体清单。还提供了输入装置38，如键盘，以可以滚动和观看显示器和另外信息的输入(现场记录(field notes)等)。基于光谱与先前存储的对应于每种病原体的数据(由装置支持的)的匹配来鉴定样品中的病原体。光谱数据库可以是装置30中的内部数据库(保存在快闪存储器或类似存储器中以便于更新)或通过与外部数据库通讯加以检索。GPS接收器35还优选位于装置30中，连同显示GPS坐标的显示器。理想地，以无线方式进行所有通讯以获得最大范围和可移动性。病原体检测装置30理想地能够检测多种病原体、来自相同病原体的多种BRM、以及在单个样品中的宿主标记，并且优选不同类型的标记，如基于蛋白质的标记和基于基因的标记。
在适宜的可用的方法中，所使用的检测方法可以变化，然而，优选的方法是使用生物识别分子(BRM)，其共轭于掺杂有微珠或纳米珠/纳米颗粒的量子点。替代方案包括共轭于BRM的单一量子点或荧光团。量子点，还称作半导体纳米晶体，是基于电磁活性纳米技术的颗粒，大小范围为2纳米(nm)至8nm。量子点的特别有用的性能是，它们是荧光的，即在激光短暂照明以后它们发射光。此外，不同大小的量子点将发不同颜色的荧光并且通过颗粒形状、大小和组成可以改变荧光颜色。BRM是生物分子，其仅结合于单一其他生物分子并且是病原体特异性的。例如，“抗体”是结合于蛋白质的BRM而“寡核苷酸探针”是结合于互补基因序列(例如，DNA或RNA)的BRM。病原体和宿主具有独特的和共有的基因和蛋白质标记，并且每种标记可以结合于特定的BRM。
微珠物理上共轭于BRM，其中微珠是直径可以为100纳米-10微米并且掺杂有量子点的集合的聚苯乙烯(或类似的聚合物)微珠。通过将不同大小(即，颜色)和不同浓度的量子点的独特组合引入到微珠中，则可以产生具有量子点颜色和强度的数千种不同组合的微珠。当激光照明微珠时，量子点发荧光以产生颜色的不同组合。这些颜色组合是条形码的一个实例，在这种情况下为光学条形码，类似于UPC符号、以及类似的已知类型的印记条形码。因为每种BRM识别不同的病原体或宿主标记并且每种微珠具有独特的条形码，所以每种BRM-共轭微珠为由其BRM识别的特定病原体或宿主标记提供条形码。这些BRM-共轭微珠以及BRM-共轭量子点可以被冻干成粉末并提供在样品分析试剂盒中。
为了区分结合于和没有结合于病原体的BRM-共轭珠，包括了另外的证实性检测信号，其形式为抗人IgG、和/或抗人IgM分子、或病原体特异性抗体(即，抗X抗体)、或共轭于荧光团的寡核苷酸(互补于感兴趣的病原体基因)。成功的病原体检测试验的读数包括珠条形码信号和由荧光团产生的第二信号。
病原体检测的一个实例是抗原俘获系统。该抗原俘获系统包括俘获抗体(即，BRM)，该俘获抗体结合于带有条形码的微珠，其负责从样品俘获抗原。识别病原体抗原/蛋白的第二抗体(检测抗体)然后结合于复合物。这种检测抗体共轭于荧光团。当分析样品时，如果未检测到检测抗体的信号，则病原体并不显示为检测到，这是由于它不存在于样品中或由于测定失败。如果检测到来自阳性对照样品的正确信号，即，平行于所有临床试验，检测包含BRM-量子点的微珠的适当的条形码，则可以消除后一种情况。
病原体检测的另一个实例是抗体俘获系统。在该抗体俘获系统中，结合于带有条形码的微珠的BRM是病原体特异性抗原或蛋白质(天然的、重组的、或合成的)。抗原的互补抗体(如果存在于临床样品中)将结合附着于珠的抗原。通过加入辅助(检测)抗人抗体(抗人IgM或抗人IgG)来识别该复合物。该检测抗体共轭于荧光团。此外，当分析样品时，如果与来自珠条形码的信号一道没有检测到检测抗体的信号，则病原体并不显示为检测到，这是由于它并不存在于样品中，或由于测定失败。如果，如上所述，正确显示来自阳性对照样品的预期信号，则可以消除后一种情况。
病原体检测的又一个实例是基因组分析系统。在该基因组分析系统中，结合于带有条形码的微珠的BRM是病原体特异性寡核苷酸(RNA或DNA)(长度为1-25个碱基)。在加入样品以后，该寡核苷酸将杂交于在病原体基因上的它的互补序列。随后加入互补于感兴趣基因的下游部分的第二寡核苷酸序列并将杂交于该基因(如果存在的话)。该第二序列共轭于荧光团。此外，当分析样品时，如果未检测到第二序列的信号，则病原体并不显示为检测到，这是由于它不存在于样品中或由于测定失败。如上文提及的正确检测的阳性对照样品可以消除后一种情况。
将生物(例如，血液)样品加入到小瓶中，并使不同的病原体标记结合各种携带特定病原体BRM的微珠。然后洗涤或以其它方式处理合并的样品以除去外来杂质和未附着的微珠。然后加入共轭于荧光团的检测抗体以产生珠-样品-检测剂复合物(detectorcomplex)。
借助于流体动力或电动驱动的流动使珠-样品-辅助检测剂复合物流过微流体通道并通过位于通道一端的激光束。激光束照明复合物中的量子点并且发射的波长被导引至分光计/CCD系统、光电倍增管和/或一系列的APD。信号解卷积软件转换该信号并且相应的光代码与存储在病原体或宿主特性的数据库(由检测装置支持)中的病原体特异性光谱进行比较。然后，产生检测到的病原体以及病原体和宿主特性的清单。从获得初始生物样品到产生病原体清单的反应时间(响应时间)可以用分钟加以度量。
理想地，病原体检测装置30是手持式(便携式)装置，其具有集成的激光器和分光光度计、光电倍增管和/或一系列APD单元、专门设计的PDMS微流体通道芯片、用于鉴定各种病原体的BRM共轭的带有条形码的珠、以及适当的珠-病原体复合物检测标记(量子点、荧光团、小珠标记的IgG/IgM/抗病原体抗体或寡核苷酸)的电源(supply)。装置30可以存储病原体同一性数据库(机载，on-board)，或访问远程数据库，优选经由因特网，优选以无线方式，并且根据远程中心数据库鉴定病原体。如果使用机载数据库，则提供通讯系统34，用于接触更大的中心数据库和从其接收更新材料。
病原体检测装置30可以包括GPS跟踪装置，其优选无线地将具体的地理信息发送到相同的中心数据库。
在产生病原体清单以后，病原体检测装置30可以另外地向诊断医生提供进一步有价值的信息。理想地，提供治疗选择(步骤18)，包括避免病原体传播所必要的任何具体措施。可以提供其他信息，如病理生理学、病史以及文献参考，以使病原体检测装置30还可以在适当的情况下用作教育工具。
在暴发情况下，在标准病原体检测设备中，装置的使用如下。飞机场是主要病原体传播载体的入口点，在此处存在与实施传统检测和隔离方法有关的问题。通过为医疗人员装备许多如本文描述的病原体检测装置、以及微珠样品小瓶电源能够检测通常由旅行者传播的病原体，通过采集血液样品并将它注射入样品小瓶中，则可以现场处理入境旅客。通过病原体检测装置在几分钟内就可以进行分析并且被采样的旅客可以被快速放行或在必要的情况下使其改道(改向)以进行治疗和观察。虽然单个装置的处理能力有限，但提供许多相同装置的能力则可以在数小时内而不是在数天内对旅客进行处理。更快的处理使得可以更早地采取适当的治疗和隔离措施，并且更有效，从而降低未检查的病原体传播的可能性。
作为一个实例，病原体检测装置可以包含BRM-共轭的带有条形码的微珠，用于检测三种不同的病原体，如HIV、乙型肝炎以及丙型肝炎。与每种病原体有关的微珠具有分别可鉴定的条形码，例如，HIV可以具有红色珠(例如，检测作为HIV感染的指示剂的抗体gp41)，乙型肝炎可以具有黄色珠(例如，检测作为乙型肝炎感染的指示剂的抗体NSP4)，以及丙型肝炎可以具有红黄色珠(例如，检测作为丙型肝炎感染的指示剂的抗体抗NSP4)，并且优选均使用有机探针-病原体复合物检测标记或光谱上不同于条形码颜色的任何有色探针。因此，仅通过波长(其鉴定颜色)或珠光谱的强度，检测系统就可以容易地鉴定任何检测的病原体。
根据此模型，系统可以容易地扩展到，例如，五种病原体，添加，例如，用于疟疾和登革病毒的病原体检测微珠。据此，扩展到更多种病原体(10种、20种、100种)则在很大程度上受限于产生足够数目的条形码的能力，其主要基于微珠的掺杂以及检测机制的限度。当数目增加时，条形码可以基于强度水平、以及波长。
如图3所示，在跟踪和控制病原体传播的潜在更大的过程中，检测病原体并提供病原体的治疗选择仅是第一步。将装置设计成模块并且能够检测具有类似临床描述的病原体阵列(即，用于多种病原体的BRM)，作为筛选工具(例如，用于鉴定对所选疾病接种疫苗的个体)或使内科医生或诊所可以在他们的特定社区选择感兴趣的病原体，便于在床边的空前的诊断灵活性。针对相同的病原体多种BRM的结合可增强检测准确性并克服与使用单一BRM进行病原体检测有关的限度(即，突变和菌株差异，其可以导致假阴性或假阳性结果)。由GPS单元提供的试验结果数据连同地理位置数据(但没有关于患者的其他信息，例如，姓名、地址以及其他受到保护的隐私数据)被发送到中心数据库40。优选无线地并在产生病原体清单后立即发送信息(步骤20)。在任何给定时间，中心数据库40与基本上许多病原体检测装置30接触。
中心数据库40可以是局部的、全国的或全球的，或这些类型的不同数据库的组合。理想地，提供一个顶级水平的中心数据库40，其不断地从世界范围内的所有装置30接收信息。随着时间的推移，数据库变成关于每种病原体的信息储存库(由检测平台支持)，从而尤其有助于寻找病原体检测的频率和全球模式、长期病原体趋势(即，新范围的移殖)、以及病原体与宿主标记之间的相关性的资料，其可以表明对疾病增强的敏感性或抗性。

Claims (50)

1.一种进行下述一种或多种的方法:检测病原体，鉴定病原体，表征病原体或表征病原体宿主，所述方法包括以下步骤:
制备病原体-检测介质，用于检测病原体和宿主标记；
从宿主收集样品；
使所述样品与所述包含病原体特异性检测剂的病原体-检测介质结合；以及
分析所述结合的样品以产生在所述宿主内的病原体清单，以及病原体和宿主特性的清单。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括收集所述病原体和所述宿主中的一种或多种的位置信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述位置信息是借助于GPS激活装置而收集的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述收集步骤中收集的所述样品是下述之一:血液样品、血浆样品、CSF、血清样品、BAL、NP拭子、NP抽吸物、或痰。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述病原体-检测介质包括共轭于病原体特异性生物识别分子(BRM)的微珠并且所述微珠包含下述之一:量子点、荧光染料、或它们的组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于所述量子点的颜色和强度，每种所述微珠包含独特的量子点组合，以提供与所述每种微珠-病原体检测组合有关的独特的光学条形码。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，共轭于每种带有条形码微珠的适当病原体的所述微珠进一步共轭于检测分子并且由来自所述检测分子的第二信号检测所得到的组合复合物，以产生病原体-检测光学特征。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述检测分子中的所述第二信号是由荧光团产生的。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，其中，所述检测分子共轭于下述之一:抗人IgG分子、抗人IgM分子、抗病原体检测抗体、或寡核苷酸序列。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述分析步骤包括用激光照明所述珠-病原体-检测信号复合物，测量所得到的光谱以及根据数据库鉴定所述病原体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述测量步骤是通过组合的分光光度计/CCD照相机、光电倍增管、雪崩光探测器的集合、或它们的组合来进行的。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中，所述分析步骤包括在流动力的作用下使所述样品复合物流过微流体通道、通过激光束并俘获所得到的光谱。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述微流体通道包括经等离子体处理并结合于载玻片的PDMS铸塑通道。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中，所述流动力是电动力或流体动力。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中，借助于所得到的样品光谱与来自数据库的病原体-特异性光谱的集合的匹配来实现所述病原体的所述鉴定。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述数据库机载定位在所述GPS激活装置中。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述数据库是远程的并可无线访问。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括产生与来自所述宿主的样品有关的宿主特征标记的清单，作为所述分析步骤的一部分。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括另外的步骤:基于在所述分析步骤中产生的病原体清单，提供治疗选择清单。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括另外的步骤:将病原体和病原体特性的所述清单以及宿主特性的所述清单发送到远程数据库。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述病原体-检测介质包括用于至少三种特异性的、预定病原体的检测剂。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述病原体-检测介质包括用于HIV、乙型肝炎以及丙型肝炎的检测剂。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述病原体-检测介质包括用于HIV、乙型肝炎、丙型肝炎、疟疾以及登革病毒的检测剂。
24.一种用于下述一种或多种的系统:检测病原体，鉴定病原体，表征病原体或表征病原体宿主，所述系统包括:
a)样品介质，包含要与宿主样品结合的病原体特异性生物识别分子(BRM)；以及
b)病原体检测装置，用于分析所述样品介质并产生在所述样品介质中检测到的病原体以及病原体和宿主特性的清单。
25.根据权利要求24所述的系统，进一步包括包含不同病原体信息的数据库以及与所述病原体检测装置的连接以能够与所述数据库通讯。
26.根据权利要求24-25中任一项所述的系统，其中，与所述数据库的所述连接是由无线通讯网络提供的。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的系统，其中，所述样品介质包括共轭于病原体特异性生物识别分子(BRM)的微珠并且所述微珠包含量子点而所述宿主样品是下述之一:血液样品、血浆样品、CSF、血清样品、BAL、NP拭子、NP抽吸物、或痰样品。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，每种所述微珠包含量子点的独特组合以提供与每种病原体有关的独特的光学条形码。
29.根据权利要求27所述的系统，其中，共轭于每种带有条形码微珠的适当病原体的所述微珠进一步共轭于产生第二信号的复合物以产生病原体-检测光学特征。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述产生第二信号的复合物是荧光团。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述荧光团共轭于下述之一:抗人IgG分子、或抗人IgM分子、或抗病原体检测抗体、或寡核苷酸序列。
32.根据权利要求24-31中任一项所述的系统，其中，所述病原体检测装置包括用于照明所述样品的激光器以及下述之一:分光计/CCD照相机组合、光电倍增管、雪崩光探测器(APD)的集合或它们的组合，用于检测所得到的光谱。
33.根据权利要求24-32中任一项所述的系统，其中，所述病原体检测装置进一步包括基于所产生的病原体清单的治疗选择清单。
34.根据权利要求24-33中任一项所述的系统，其中，所述病原体检测装置进一步包括用来产生与所述宿主样品有关的宿主表征标记清单的装置。
35.根据权利要求25-34中任一项所述的系统，其中，宿主特性的所述清单以及病原体和病原体特性的所述清单被发送到所述数据库。
36.根据权利要求35所述的系统，其中，在产生所述清单以后，自动发送到所述数据库。
37.根据权利要求24-36中任一项所述的系统，其中，所述分析步骤包括用激光照明所述珠-病原体-检测信号复合物以及测量所得到的光谱并根据数据库鉴定所述病原体。
38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述样品的分析涉及通过流动力驱使所述样品通过微流体通道并通过激光束，以及俘获所得到的光谱。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述微流体通道包括经等离子体处理并结合于载玻片的PDMS铸塑通道。
40.根据权利要求38-39中任一项所述的系统，其中，所述流动力是电动力或流体动力。
41.根据权利要求37-40中任一项所述的系统，其中，所述所得到的光谱经由滤光片被引向下述之一:分光计、一系列雪崩光探测器(APD)、光电倍增管、或它们的组合。
42.根据权利要求37-41中任一项所述的系统，其中，所述病原体的所述鉴定是通过使所述所得到的样品光谱匹配于来自所述数据库的病原体特异性光谱集合来实现的。
43.根据权利要求25-42中任一项所述的系统，其中，所述数据库是机载在所述装置上。
44.根据权利要求25-42中任一项所述的系统，其中，所述数据库被远程定位并可以无线访问。
45.根据权利要求24-44中任一项所述的系统，所述装置进一步包括GPS定位装置以提供与所述样品有关的位置数据。
46.根据权利要求27-45中任一项所述的系统，其中，所述BRM-共轭的微珠和BRM-共轭的荧光团是以冻干粉末提供的。
47.根据权利要求24-46中任一项所述的系统，其中，所述BRM是下述的一种或多种:天然、重组或合成病原体以及宿主特异性抗体或抗原或与感兴趣的病原体或宿主基因互补的寡核苷酸。
48.根据权利要求24-47中任一项所述的系统，其中，病原体特异性生物识别分子包括用于至少三种特异性的、预定病原体的BRM。
49.根据权利要求24-48中任一项所述的系统，其中，所述病原体特异性生物识别分子包括用于HIV、乙型肝炎以及丙型肝炎的BRM。
50.根据权利要求24-49中任一项所述的系统，其中，所述病原体特异性生物识别分子包括用于HIV、乙型肝炎、丙型肝炎、疟疾以及登革病毒的BRM。
CN2007800056984A 2006-02-15 2007-02-13 检测病原体的系统 Expired - Fee Related CN101384725B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2,536,698 2006-02-15
CA002536698A CA2536698A1 (en) 2006-02-15 2006-02-15 System and method of detecting, identifying and characterizing pathogensand characterizing hosts
CA2,571,904 2006-12-19
CA002571904A CA2571904A1 (en) 2006-02-15 2006-12-19 System and method of detecting pathogens
PCT/CA2007/000211 WO2007093043A1 (en) 2006-02-15 2007-02-13 Method for detecting pathogens using microbeads conjugated to biorecognition molecules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101384725A true CN101384725A (zh) 2009-03-11
CN101384725B CN101384725B (zh) 2013-06-19

Family

ID=38421222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800056984A Expired - Fee Related CN101384725B (zh) 2006-02-15 2007-02-13 检测病原体的系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101384725B (zh)
CA (1) CA2536698A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103499685A (zh) * 2013-10-15 2014-01-08 牛远杰 人泌尿系统病原菌感染临床诊断的免疫荧光诊断试剂及其制备和应用方法
CN103765193A (zh) * 2011-06-22 2014-04-30 载泽吧检测有限公司 微生物威胁检测
CN111194354A (zh) * 2017-08-09 2020-05-22 福瑞公司 用于对食品项目应用聚集式取样的方法和设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003003015A2 (en) * 2001-06-28 2003-01-09 Advanced Research And Technology Institute, Inc. Methods of preparing multicolor quantum dot tagged beads and conjugates thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003003015A2 (en) * 2001-06-28 2003-01-09 Advanced Research And Technology Institute, Inc. Methods of preparing multicolor quantum dot tagged beads and conjugates thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NATALYA V. ZAYTSEVA ET AL.: "Development of a microfluidic biosensor module for pathogen detection", 《LAB CHIP》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103765193A (zh) * 2011-06-22 2014-04-30 载泽吧检测有限公司 微生物威胁检测
CN103499685A (zh) * 2013-10-15 2014-01-08 牛远杰 人泌尿系统病原菌感染临床诊断的免疫荧光诊断试剂及其制备和应用方法
CN103499685B (zh) * 2013-10-15 2015-09-09 牛远杰 人泌尿系统病原菌感染临床诊断的免疫荧光诊断试剂的制备方法
CN111194354A (zh) * 2017-08-09 2020-05-22 福瑞公司 用于对食品项目应用聚集式取样的方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
CA2536698A1 (en) 2007-08-15
CN101384725B (zh) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3093147C (en) An automated, cloud-based, point-of-care (poc) pathogen and antibody array detection system and method
KR101518765B1 (ko) 생체인식 분자에 접합된 마이크로비드를 사용하여 병원체를 검출하는 방법
Song et al. Point-of-care testing detection methods for COVID-19
Zarei Portable biosensing devices for point-of-care diagnostics: Recent developments and applications
AU2003304254B2 (en) System for autonomous monitoring of bioagents
US6905885B2 (en) Portable pathogen detection system
CN101553577B (zh) 快速基因分型分析和分析设备
Srivastava et al. Developments in the diagnostic techniques of infectious diseases: rural and urban prospective
US20210115496A1 (en) Methods and Devices for Real-Time Diagnostic Testing (RDT) for Ebola and other Infectious Diseases
CN102409079A (zh) 一种新型传染病核酸快速检测试剂盒及其检测方法
Hawash Evaluation of an Immunoassay‐Based Algorithm for Screening and Identification of Giardia and Cryptosporidium Antigens in Human Faecal Specimens from Saudi Arabia
CN101384725B (zh) 检测病原体的系统
Schulze et al. Multiplexed optical pathogen detection with lab‐on‐a‐chip devices
Ehtesabi et al. Smartphone-based corona virus detection using saliva: a mini-review
Marrone Flow cytometry: a multipurpose technology for a wide spectrum of global biosecurity applications
Malamud Point detection of bacterial and viral pathogens using oral samples

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1128735

Country of ref document: HK

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1128735

Country of ref document: HK

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130619

Termination date: 20190213