CN102549445B - 用于单个颗粒检测的生物传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测颗粒的生物传感器系统，包括：包括传感器表面的生物传感器试剂盒；试剂盒一侧的生物传感器磁体组件，用于生成在试剂盒和传感器表面发挥作用的磁场；包括以间隙分开的至少两个磁性子单元的第一生物传感器磁体组件；第一光学检测系统，其用于检测所述颗粒并且与所述磁体组件布置在所述试剂盒同一侧，而所述磁体组件被设计成通过所述磁体组件的间隙完成所述光学检测。

Description

用于单个颗粒检测的生物传感器系统

技术领域

本发明涉及一种生物传感器系统。

背景技术

现有技术中已知有多种检测测试样本或样本体积中的分析物的分析程序。

例如，免疫测定利用了免疫系统的机制，其中抗体和相应的抗原能够彼此结合。这种特异性反应机制用于确定测试样本中抗原的存在或其量。具体而言，标记抗体或抗原(感兴趣的分析物)以量化抗体和抗原之间的相互作用。通用的标记例如是发荧光和化学发光分子、着色颗粒(珠)或放射性同位素。在这里通常将所有这些称为颗粒。一种特定应用是以各种方式对结合到要检测的抗原的磁性颗粒进行光学检测。由此，通过检测磁性颗粒，可以得出抗原或分析物的量。

近来，已经在微流体测定中使用磁性标记来检测分析物的存在或量。将磁性标记用作例如磁性颗粒，也称为磁珠或珠粒，有几个优点。可以通过施加磁场来致动磁性颗粒，从而可以加快分析流程。此外，在生物测试样本中没有磁性背景信号影响到磁性颗粒的检测。

亚pM(sub-pM)方案中已知系统的性能受到光学基线漂移和非特异性结合珠粒的制约。非特异性结合的珠粒通常不是希望检测到的，目的是仅基于结合珠粒或颗粒接收检测信号。于是，提高光学分辨率在更高稳定性和关于单个颗粒或珠粒的详细信息方面会是有利的。

单个珠粒识别所需的高数值孔径将导致高度光学像差，将已知系统的成像光学系统的分辨率限制到几个微米。

最近已知的磁性生物传感器系统利用受抑全内反射(FTIR)检测测定表面附近磁珠的存在。信号大约与表面上珠粒的浓度(表面密度)线性相关。可以将信号(即全内反射信号的减少)表达为：

$S=\mathrm{\β}.\tilde{n}$

其中S是按百分比给出的测量信号变化，β是从表面密度到信号变化的转换因子。这种技术的检测的局限主要由对大约0.1％的信号变化有贡献的背景信号漂移决定。这相当于能够利用这种FTIR平台可以检测到每200um²1个珠粒的表面密度。

对于480μm的通道高度，最低可检测目标浓度将大约为20fM。不过，在实践中，测定效率低一个数量级，使检测极限为200fM。除了背景信号中的漂移之外，非特异性结合的珠粒的信号也限制着最小可检测浓度。这些珠粒经由如抗体-抗体结合的非特异性结合，而不是如抗体-目标-抗体的特异性结合，结合到表面。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够检测单个颗粒的生物传感器系统。

提供了一种用于检测颗粒的生物传感器系统，包括：

包括传感器表面的生物传感器试剂盒(cartridge)，

试剂盒一侧的生物传感器磁体组件，其用于生成在试剂盒和传感器表面发挥作用的磁场，生物传感器磁体组件包括以间隙分开的至少两个磁性子单元，

第一光学检测系统，其用于检测所述颗粒并且与所述生物传感器磁体组件布置在所述试剂盒同一侧，而所述生物传感器磁体组件被设计成通过所述生物传感器磁体组件的间隙完成所述光学检测，

其中，设计所述生物传感器磁体组件和所述第一光学检测系统，使得在所述颗粒处散射生成的入射线的光锥通过所述生物传感器磁体组件的所述至少两个磁体子单元的端截面投射，从而允许由所述生物传感器磁体组件致动颗粒并同时在所述传感器表面检测所述颗粒。

进一步提供了一种利用对应的生物传感器系统检测颗粒的方法。

进一步提供了在以下应用的一种或多种中使用对应的生物传感器系统：

-用于分子诊断的生物传感器，

-在诸如血液或唾液的复杂生物混合物中迅速而灵敏地检测蛋白质和核酸，

-用于化学、制药或分子生物学的高吞吐量筛选机

-例如，用于例如刑事学中DNA或蛋白质的、用于现场测试(在医院中)、用于集中式实验室或科学研究中的诊断的测试装置

-用于心脏病学、传染病和肿瘤学、食品和环境诊断的DNA或蛋白质诊断工具

-用于组合化学的工具

-分析装置

-纳米和微流装置

-药物释放和药物递送系统(尤其是经皮和可植入药物递送装置)。

描述的生物传感器系统能够检测单个颗粒并同时用磁场致动颗粒。提出了一种紧凑而节省空间的生物传感器系统，也适用于便携式应用。

在以下从属权利要求中描述了本发明的非限制性范例。

一个范例是包括用于检测所述颗粒的第二光学检测系统的生物传感器系统，通过在所述颗粒对光进行散射为所述第一光学检测系统提供光。可以额外地使用第二光学检测系统关于颗粒的信息。可以比较并组合第一和第二光学检测系统的信号。在这种情况下，可以组合第一和第二光学检测系统，使得将第二光学检测系统的入射线用作第一光学检测系统的光源，省去了额外的光源。

根据本范例的生物传感器系统允许以紧凑方式定位磁体组件以免干扰第一光学检测系统。完成磁性颗粒的磁致动而不限制光学检测。节省了试剂盒顶侧与第一光学检测系统和磁体组件相对的空间。

另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中基本在相对于第一光学检测系统的垂直方向上布置具有至少两个磁性子单元的磁体组件，至少两个子单元的端截面基本在垂直于至少两个子单元的与第一光学检测系统相同方向上向上突出。这些特征使得能够在传感器表面进行适当的磁致动。设计磁体组件的磁场，使得磁场线基本平行于传感器表面的区域中的传感器表面投射。具有所述端截面的磁体组件生成的磁场能够沿着传感器表面进行有效磁致动。

另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中所述第二光学检测系统基于TIR(全内反射)或FTIR(受抑全内反射)检测，所述第一光学检测系统包括显微镜和相机，所述显微镜基于暗视野显微术(DFM)，被设计成分辨单个颗粒，所述相机被设计成对所述显微镜分辨的单个颗粒成像。建立一种组合式生物传感器系统，其具有紧凑的结构、高分辨率并由相机自动读出显微镜。

另一个范例公开了一种生物传感器系统，包括从所述第一光学检测系统和所述第二光学检测系统接收信号的处理器，其中处理两种信号以获得表征至少一个单个颗粒的存在或位置的信号。不仅确定了颗粒的量而且确定了被检测颗粒的位置，尤其是颗粒相对于传感器表面的位置。在处理器中比较和/或组合第一和第二光学检测系统获得的信号。

另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中从来自所述第一光学检测系统的信号中减去不适当颗粒导致的来自所述第二光学检测系统的信号，获得仅来自适当颗粒的信号。术语适当信号尤其表示源自正确或特异性结合颗粒的信号。不适当结合是错误颗粒彼此结合的结合，这些结合因此会损害测量。

另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中所述第一光学检测系统的入射线和出射线之间的进入角α处于65°和75°之间的范围中，试剂盒厚度d位于0.3mm和2mm之间的范围中，所述传感器表面的传感器区域的宽度w_opt大约为1mm，所述透镜的数值孔径(NA)具有满足方程的最小值，所述磁性子单元的磁极尖端的宽度大约为0.25mm，所述磁性子单元的磁极尖端之间的空气间隙小于1.5mm。

附图说明

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。

在附图中：

图1示出了其下具有显微镜透镜的生物传感器系统的范例的透视图，在显微镜透镜上是具有端截面的磁体组件的两个磁性子单元，和位于端截面上方的具有传感器表面的试剂盒，还示出了被指引至光学检测单元的输入和输出光线；

图2在侧视图中示出了与图1类似的范例；

图3示出了根据本发明范例的生物传感器系统的示意侧视图，第一光学检测系统在中心，第二光学检测系统在左侧和右侧，两个磁性子单元上方、具有传感器表面的试剂盒上方和顶部的另一磁性单元；

图4示出了试剂盒的侧视图，试剂盒具有在试剂盒处撞击的光束的尺寸和角度的几个指示。

具体实施方式

图1示出了生物传感器系统1范例的透视图，在下方具有作为第一光学检测系统40的一部分的显微镜42，在本范例中，在显微镜42上示出了具有端截面24a、24b的磁体组件10的两个磁性子单元22a、22b。在该视图中示出了定位于端截面24a、24b上方的具有传感器表面31的试剂盒30。在本范例中，垂直于显微镜42的纵向定位两个子单元22a、22b。对应磁性子单元22a、22b的端截面24a、24b沿基本垂直于磁性子单元22a、22b的方向突出(project)，在所示的向上透视图中，该方向是基本平行于显微镜42的纵轴的方向。试剂盒30定位于磁性子单元22a、22b和对应端截面24a、24b上方。磁体组件10生成磁场，磁场在试剂盒30的传感器表面31的区域中施加磁力，以实现磁致动。磁场尤其在试剂盒30之内的磁性颗粒2上施加力，实现磁性致动过程，磁性颗粒2与要分析的其他颗粒2的结合。在现有技术中致动过程是公知的。显微镜42下方的透镜43、显微镜42和透镜43下方的相机44是如下所述的第一光学检测系统40的部分。来自左侧的光源，例如LED或激光器(未示出)的入射线54a撞击在传感器表面31处。传感器表面31处存在的颗粒2，尤其是磁性颗粒2，散射入射线54a的一部分，散射光46用于由第一光学检测系统40检测颗粒2。将理解，仅将这一散射光46用于由第一光学检测系统40检测颗粒2。图1中的散射光46被描绘成从传感器表面31开始并沿第一光学检测系统40的透镜43方向传播的光锥41。源自入射线54a的出射线54b在撞击到传感器表面31并被散射之后离开试剂盒30。通常将所示的生物传感器系统1集成到外壳(未示出)中，并可以应用于便携式手持装置(未示出)中。在另一个范例中，也可以将输出线54b用于由第二光学检测系统进一步检测颗粒2。直径为500nm的磁珠或颗粒2借助于充分高放大率和分辨率的显微镜42是可以看见的。在这种情况下，可以通过计数传感器表面31处视场之内的个体珠粒或颗粒2的数量来确定颗粒2的表面密度。例如，在视场的面积为1mm²时，最低可测量表面密度将是每1mm²1个珠粒或每106μm²1个珠粒。对于已知的每200μm²1个珠粒的最小可检测表面密度，这样的计数法导致灵敏度增大5000倍。这使得感兴趣区域之内要测量的分析物的最低可检测目标浓度例如为1fM。单珠检测实现了灵敏度至少2到3个数量级的提高。因为珠粒或颗粒2是分立检测的，计数单个颗粒2，得到数字检测，因此该方法和生物传感器系统1对漂移不敏感。

在普通显微镜中，使用了前侧或背侧照明源，没有获得或几乎没有获得关于传感器表面31上方珠粒或颗粒2的高度的准确信息。在这里描述的设置中，信号中有高度信息，该高度信息为颗粒2距传感器表面31的距离，因为珠粒或颗粒2位于大致指数衰减的渐逝场中。渐逝场的衰减长度大约为50nm到150nm。因此能够由这种生物传感器系统1检测到高度位置上大约几纳米的变化。高度和/或高度变化能够提供关于珠粒或颗粒2的结合状态的有价值信息。

图2在侧视图中示出了与图1类似的范例。图2的视图清晰示出了用于在试剂盒30处提供磁场的磁体组件10和第一光学检测系统40对颗粒2的光学检测的组合。同样，入射线54a在试剂盒30的传感器表面31被反射，入射线54a的一小部分在颗粒2处被反射，并充当用于第一光学检测系统40的光源。再次以示意方式将反射光绘示为锥形41。尤其是磁性子单元(22a，22b)的端截面24a、24b垂直指向，而磁性子单元(22a，22b)水平排列。端截面24a、24b基本与磁性子单元22a、22b成直角向上指向，并基本平行于显微镜42的纵轴，这是图2平面的纵向。所述结构允许相对于试剂盒30在同一侧定位磁体组件10和第一光学检测系统40。下文描述了解决匹配所有必要参数的问题。磁性子单元22a、22b彼此间界定间隙25。在该视图中，与间隙25相邻并在间隙25上方，入射线54a的一些光被散射到第一光学检测系统40的方向。形成间隙25以容纳光锥41绘示的散射光46，光锥41拟合到间隙25中，如图2中所示。所述结构允许在试剂盒30的同一侧定位第一光学检测系统40和用于磁致动的磁体组件10。本生物传感器系统1适于同时致动颗粒2和检测颗粒2。描述的这种生物传感器系统1提供了基于个体颗粒或珠粒分析结合长度和结合强度的可能性，允许在特异性和非特异性结合的珠粒或颗粒2之间进行鉴别。非特异性结合的颗粒2是不希望有的且对错误信号结果有贡献。目的是仅测量结合到要测量的分析物的特异性结合颗粒2，例如磁性颗粒2。在特异性和非特异性结合颗粒2之间鉴别能够通过减少非特异性结合颗粒2的贡献来降低检测极限。因此，不再需要对颗粒2的非特异性结合进行彻底物理消除。这样缓和了对生物传感器系统1的性能施加的要求。

图3示出了根据本发明范例的生物传感器系统的示意侧视图，第一光学检测系统40在中心，第二光学检测系统50在右侧。在本范例中，第二光学检测系统50基于TIR(全内反射)或FTIR(受抑全内反射)的原理。

为完整起见，在下文中公开了光学法的范例，例如在第二光学检测系统50中利用空间滤波(未示出)的暗场检测，该空间滤波额外布置于试剂盒30和第二光学检测系统50之间的出射光线54b的路径中。FTIR检测方法的明显优点是使用准直良好的平行入射光线54a照射传感器表面31，并在反射之后击中第二光学检测系统50。在使用检测分支的第二光学检测系统50中的成像(会聚)透镜51时，输出光线54b的几乎所有全内反射光都通过透镜51的焦平面并(根据透镜51的NA(数值孔径)和光波长)聚焦在成像透镜51的焦平面(傅里叶平面)中的非常小区域中。在一个范例中，光进一步朝着图像平面传播，击中第二光学检测系统50并在那里生成传感器表面31的明场图像。不过，根据不同范例，在成像透镜51的傅里叶平面中定位空间滤波器(障碍罩，未示出)，其尺度稍大于焦斑。这具有以下效果：来自全内反射的所有光都将被障碍阻挡住，并且任何这束光都不击中探测器50，在传感器表面31处不发生散射时，导致零光学信号(即暗图像)，称为暗场检测。据称，作为上述散射光的替代，能够将荧光光子用于暗场检测。可以将第一光学检测系统40设计成具有相机44，相机44具有低NA。虽然如此，提供具有高NA的相机44使得系统1能够识别单个颗粒2。或者，为了以较低要求检测，第一光学检测系统40可以包括Sipin二极管，或pin-二极管的1D或2D阵列而不是相机44。后者适用于要检测的测定的复用。

在传感器表面31处发生目标颗粒2的结合时，光的散射导致光在除主要反射出射光线54b的方向之外的随机方向上散射。因此，这些散射线将离轴地通过透镜51的傅里叶平面，将不会被用于暗场成像的滤波器的轴上障碍阻挡，导致在第二光学检测系统50上的一些光。由于散射光仍然被成像到第二光学检测系统50上，所以测量信号现在与散射量直接成比例，散射量与结合目标颗粒2的量成正比。通过这种方式，获得可以由处理器60以高SNR处理的光学“x信号”。

光源51b定位在第一光学检测系统40的左侧，用于生成撞击到试剂盒30的传感器表面31处的入射光线54a。入射线54a的一部分光在磁性子单元22a、22b之间向下的方向上散射。入射光线54a的其余部分指向第二光学检测系统50，在检测之前通过透镜51。散射光46通过透镜43并到达第一光学检测系统40底部的相机44，用于自动检测显微镜42的图像并记录。第一光学检测系统40和第二光学检测系统50连接到处理器60，用于处理馈送的关于颗粒2的信号。在试剂盒30上方提供另一磁体单元48，用于生成另一磁场以支持磁性致动过程，或通过磁力清除多余的颗粒2，这是一种称为磁性冲洗的方法。试剂盒30的顶侧保持完全可入，允许放置用于磁性冲洗的另一磁体单元48、用于温度控制的加热器或其他装置。

图4示出了试剂盒30的侧视图，并且具有光束，即撞击到试剂盒30处的入射线54a、出射光54b的尺寸和角度的几个指示。所述参数的大小是优选的。在图3下方示出的范例中，第二光学检测系统50基于FTIR照射，包括LED或激光光源作为光源51b，以及一些已知的准直光学器件，用于准直光源51b的输出。为了满足全内反射(TIR)的条件并在包括恰在试剂盒30上方的分析物的试剂盒30的样本体积中生成渐逝场，入射束或线54a的角度应当超过全内反射的临界角θ，临界角由公式θ＝sin-1(n_样本/n_试剂盒)给出，其中n为折射率。对于塑料-水那样的光学界面(n_样本＝1.3，n_试剂盒＝1.5)，临界角大约为58度。为了应对光束的有限发散并具有充分的系统裕量，将图3的平台中的进入角固定在70度。这里值得一提的是，渐逝场的衰减长度θ根据以下公式取决于进入线53a的进入角，其中θ是光波长，n_试剂盒和n_样本分别是试剂盒30和样本流体的折射率。

对于第二光学检测系统50的FTIR检测光学器件的范例而言，需要定位在距试剂盒30一定距离的成像透镜，将试剂盒表面、传感器表面31成像到CMOS或CCD相机44上。注意，相对于散射光46的光轴以一定角度定位相机44，以便补偿试剂盒30的传感器表面31相对于光轴的倾斜取向引起的倾斜/散焦(也称为交线条件)。成像透镜43的焦距和从试剂盒30到相机44的距离的组合决定了从试剂盒30到相机44的光学放大率。在图3下方示出的第二光学检测系统50中，使用的成像透镜43具有15mm范围中的焦距，有效数值孔径远低于0.1。结果，第二光学检测系统50的光学分辨率大约为10到15微米，与第一光学检测系统40相反，不能分辨出所述尺寸的单个珠粒或颗粒2。

对磁体组件10的重要要求是磁极之间的距离，下文称为空气间隙或间隙25。间隙25很大程度上决定了磁体组件10的边缘场的形状，从而决定了其可以生成的磁力。需要适当的磁力(几百个fN)将磁珠或颗粒2从液体吸引到其中溶解了分析物的试剂盒30中，朝向传感器表面31吸引，以提高具有分析物的珠粒的浓度并增大结合运动。较小的空气间隙提高更大的力。在间隙25变得更宽时，首先磁力变得更小，但力的分布特征也变化。小间隙25提供这样的磁力特征：其中磁力主要集中于磁体子单元22a、22b的端截面24a、24b之间的中心，这基本是要进行测量的感兴趣区域。对于更宽的间隙25，力的特征从端截面24a、24b中心处的一个集中位置变为端截面24a、24b的磁极尖端位置附近的两个集中位置。基本上，两个磁体子单元22a、22b开始越来越像两个独立磁体那样行为。这不是希望的状况，因为这些点在感兴趣区域外部。因为这种要求，间隙25的尺寸限于1.5mm的最大值。

随着角度α减小，相邻部分对总场的贡献减少。对于非常小的磁极尖端，总场主要由相邻部分决定。对于非常宽的磁极尖端，场对相邻部分，从而对角度α的依赖性低得多。由于在我们的情况下角度α已经很大，所以可以将相邻部分视为几乎水平的。总输出通量由磁极尖端和相邻部分的总面积决定。

在垂直轴和入射束54a之间示出了入射角a，将这个角度选择成比临界角充分大，以便满足全内反射的条件。对于塑料到水的界面，这个临界角通常为60度。

试剂盒30的最大厚度受到必须要由显微镜42的物镜校正的引入的球面像差的限制。针对商用物镜的最大球面像差校正考虑了2mm的盖玻片厚度。试剂盒的最小厚度受到机械强度和鲁棒性限制，典型为0.3mm。

物镜要成像的传感器表面31的传感器面积的典型值由必须要检测的珠粒或颗粒2的最小数量决定，以便获得充分低的变异系数(CV)。由于单个珠粒计数是由第一光学检测系统40完成的，所以CV主要由计数统计支配，由下式给出：

$\mathrm{CV}=\frac{\mathrm{\σN}}{N}=\frac{\sqrt{N}}{N}=\frac{1}{\sqrt{N}}$

其中N为结合的珠粒或颗粒2的数量。珠粒的表面密度由体密度n乘以通道高度H给出：。在特定目标浓度[T](Mol/lit)并假设生物测定有100％的效率的情况下，因此由下式给出可以检测的珠粒总数：N＝[T].103.NA.H.w2，其中NA＝61023Mol-1是阿伏伽德罗常数。由于CV＝1/√N，可以得出

$w=\frac{4.1}{\sqrt{C{V}^2\left[T\right]H}}$

其中w,H单位是[mm],CV单位是[％]，[T]单位是[飞摩尔]。为了实现10％或更低的CV，视场之内的珠粒量必须至少为100个。为了以这个精度测量1fM的目标浓度，传感器区域的宽度至少应该为0.6mm。

光学分辨率由0.5λ/NA给出。需要NA有最小值以便分辨个体珠粒或颗粒2。对于珠粒直径d_珠粒，针对NA的最小值应当为

对于500nm的珠粒直径和650nm的波长，NA应当大于0.65，以便在光学上分辨两个相邻的珠粒或颗粒2。

由于上述论证的原因，间隙25的尺寸大约限于1.5mm的最大值。能够由入射线54a照射的传感器表面31的传感器区域的有效宽度wo由试剂盒30的厚度d、入射角α、需要的磁体空气间隙或间隙25wm和磁性端截面24a、24b的磁极尖端的宽度t决定：

wo＝2d·tanα-(wm+2t)

对于离轴场坐标(x>0)，显微镜42的物镜收集的光锥41的一部分被磁性子单元22a、22b的端截面24a、24b的磁极尖端遮蔽。结果，减小了针对这个场坐标x的有效NA。为了量化这种效果，有效NA随着在端截面24a、24b的磁极尖端位置处光锥的遮蔽和未遮蔽区域的比例的平方根而缩放。从几何学的考虑，可以推论出：

β＝arctan(wm/2d)

β(x＝0)＝β

β(x＝wm/2)＝0

$\mathrm{\β}\left(x\right)=\arctan \left(\frac{\mathrm{wm}/2-x}{d}\right)$

注意，如果wo>wm或d.tan(α)>wm+t，x的范围从0到wo/2，β(x)可以小于0，即大于被遮蔽的光锥41的一半。在磁极尖端位置处光锥41底的半径由下式给出：

r＝d.tanβ＝wm/2，以及

r(x)＝d.tanβ(x)＝wm/2-x。

接下来，在具有单位半径的圆上定义这些坐标：y(x)＝r(x)/r＝1-2x/wm。通过这种方式，x＝0，y＝1表示没有遮蔽，而对于y＝0，一半光正被磁极尖端遮蔽。现在，由如下公式给出锥中透射的那部分的底面积A：

$A\left(y\right)=1/2\mathrm{\π}+\arcsin \left(y\right)+y\sqrt{1-y^2}$

因此，在位置x的有效NA可以写为：

或：

其中x范围从0到wo＝2d·tanα-(wm+2t)，n是试剂盒材料的折射率。

从生物传感器的角度来讲，对于最低需要的光场wo、最低需要的数值孔径NA和磁体空气间隙最大值wm有一些限制。上文发现的关系现在明确定义了用于生物传感器系统1的一些设计规则。

最后，用于我们的生物传感器系统1的需要值是在整个对象场上为0.4的最小NA，1.0mm的最大对象场，1.5mm的最大磁体空气间隙25。

此外，需要的进入角α为α＝65度时d大约为0.8到1.2mm，α＝70度时d大约为0.6到1.2mm，α＝75度时d大约0.5到1.1mm。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中列举特定措施的简单事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于检测颗粒(2)的生物传感器系统(1)，包括：

包括传感器表面(31)的生物传感器试剂盒(30)，

所述试剂盒(30)一侧的生物传感器磁体组件(10)，其用于生成在所述试剂盒(30)和所述传感器表面(31)处发挥作用的磁场，所述生物传感器磁体组件(10)包括以间隙(25)分开的至少两个磁性子单元(22a，22b)，

第一光学检测系统(40)，其用于检测所述颗粒(2)并且与所述生物传感器磁体组件(10)布置在所述试剂盒(30)同一侧，而设计所述生物传感器磁体组件(10)，使得通过所述生物传感器磁体组件(10)的所述间隙(25)完成光学检测，

其中，设计所述生物传感器磁体组件(10)和所述第一光学检测系统(40)，使得在所述颗粒(2)处散射生成的入射线(54a)的光锥(41)通过所述生物传感器磁体组件(10)的所述至少两个磁体子单元(22a，22b)的端截面(24a，24b)投射，从而允许由所述生物传感器磁体组件(10)致动颗粒(2)并同时在所述传感器表面(31)检测所述颗粒(2)。

2.根据权利要求1所述的生物传感器系统(1)，包括

第二光学检测系统(50)，其用于检测所述颗粒(2)。

3.根据权利要求2所述的生物传感器系统(1)，其中，基本在相对于所述第一光学检测系统(40)的垂直方向上布置具有所述至少两个磁性子单元(22a，22b)的所述生物传感器磁体组件(10)，并且所述至少两个磁性子单元(22a，22b)的端截面(24a，24b)基本在垂直于所述至少两个磁性子单元(22a，22b)的与所述第一光学检测系统(40)相同的方向上向上突出。

4.根据权利要求2所述的生物传感器系统(1)，其中，所述第二光学检测系统(50)基于全内反射或受抑全内反射检测，并且所述第一光学检测系统(40)包括显微镜(42)和相机(44)，所述显微镜基于暗视野显微术，被设计成分辨单个颗粒(2)，所述相机(44)被设计成对所述显微镜(42)分辨的单个颗粒(2)成像。

5.根据权利要求2所述的生物传感器系统(1)，其包括从所述第一光学检测系统(40)和所述第二光学检测系统(50)接收信号的处理器(60)，其中，处理两种信号以获得表征至少一个单个颗粒(2)的存在或位置的信号。

6.根据权利要求4所述的生物传感器系统(1)，其中，从来自所述第一光学检测系统(40)的信号中减去不适当颗粒(2)导致的来自所述第二光学检测系统(50)的信号，获得仅来自适当颗粒(2)的信号。

7.根据权利要求1所述的生物传感器系统(1)，其中，所述第一光学检测系统(40)的入射线(54a)和出射线(54b)之间的进入角α处于65°和75°之间的范围中，所述试剂盒的厚度d位于0.3mm和2mm之间的范围中，所述传感器表面(31)的传感器区域的宽度w_opt为1mm，所述第一光学检测系统(40)的显微镜(42)的物镜的数值孔径具有满足方程的最小值，所述磁性子单元(22a，22b)的磁极尖端的宽度为0.25mm，并且所述磁性子单元(22a，22b)的磁极尖端之间的空气间隙(25)小于1.5mm，其中，λ是所述入射线(54a)的波长，且d_珠粒是所述颗粒(2)的直径。

8.一种用于检测颗粒(2)的方法，包括：

将颗粒(2)从液体吸引到生物传感器试剂盒(30)中，朝向所述生物传感器试剂盒(30)的传感器表面(31)；以及

由根据权利要求1所述的生物传感器系统(1)检测在所述传感器表面(31)处的所述颗粒(2)。

9.根据权利要求1所述的生物传感器系统(1)在以下应用中的一种或多种中的使用：

-用于分子诊断的生物传感器

-在复杂生物混合物中迅速而灵敏地检测蛋白质和核酸

-用于化学、制药或分子生物学的高吞吐量筛选机

-用于刑事学中DNA或蛋白质的、用于现场测试、用于集中式实验室或科学研究中的诊断的测试装置

-用于心脏病学、传染病和肿瘤学、食品和环境诊断的DNA或蛋白质诊断工具

-用于组合化学的工具

-分析装置

-纳米和微流装置

-药物释放和药物递送系统。

10.根据权利要求9所述的使用，其中，所述复杂生物混合物是血液或唾液。

11.根据权利要求9所述的使用，其中，所述现场测试是在医院中。

12.根据权利要求9所述的使用，其中，所述药物释放和药物递送系统是经皮和可植入递药装置。