CN102656443B - 物质确定设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定流体内的物质的物质确定设备和方法。颗粒联接至物质并结合至结合表面（30），其中，确定表示结合的颗粒从所述结合表面（30）的释放的颗粒释放曲线，并且基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分。基于所述颗粒释放曲线的该部分来确定所述流体内的所述物质。因此能够基于经由一定种类的结合结合至结合表面的颗粒来确定物质，即其它种类的结合基本不影响物质的确定，由此提高了物质确定的精度。

Description

物质确定设备

技术领域

本发明涉及用于确定流体内的物质的物质确定设备和物质确定方法。本发明还涉及用于确定流体内的物质的彼此配合的结合装置和分析装置、用于确定流体内的物质的分析方法、以及用于确定流体内的物质的分析计算机程序。

背景技术

WO2009/098623A1公开了基于磁珠的磁性生物传感器，该磁珠能够以电磁场来致动。磁珠被以抗体功能化，该抗体能够结合样品中的特定分析物分子。该珠被吸引到传感器表面，其中结合的珠的数量与样品中存在的分析物的量直接相关或反相关。于是通过基于受抑全内反射（FTIR）的技术来探测该珠。

WO2009/093160A1描述了用于借助于分布在样品中的指示器颗粒来探测样品中的目标成分的系统和方法。在目标成分能够结合至接触表面和/或指示器颗粒之后，确定指示器颗粒和接触表面之间的距离。

WO99/36577A1描述了用于选择的目标种类的具有以下各项的传感器：基底，已经通过联结基底修改物被化学修改；一个或多个磁性活动的珠子，已经通过联结珠子修改物被化学修改，其中这些珠子修改物在存在目标种类时对基底修改物具有结合亲和力且在不存在目标种类时对基底修改物具有可测地不同的结合亲和力；可调源，用于在珠子上施加力的磁场；以及成像，用于对结合至所述基底的珠子进行观察和计数。

发明内容

本发明的目的是提供用于确定流体内的物质的物质确定设备和物质确定方法，其容许提高物质确定的精度。本发明的另一目的是提供用于彼此配合以确定流体内的物质的对应的结合装置和分析装置、用于确定流体内的物质的分析方法、以及用于确定流体内的物质的分析计算机程序。

在本发明的第一方面，介绍了一种用于确定流体内的物质的物质确定设备，所述物质确定设备包括：

-颗粒，用于联接至所述流体内的所述物质；

-结合表面，用于在所述颗粒已经联接至所述物质时，结合所述颗粒，其中，所述颗粒可以不同种类的结合结合至所述结合表面；

-感测单元，用于感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，所述感测单元适于根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元，用于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-物质确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

已经发现，颗粒释放曲线的时间特性表示颗粒与结合表面之间的结合的种类。从而，通过基于时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，并通过基于颗粒释放曲线的所确定的部分来确定流体内的物质，能够基于经由一定种类的结合结合至结合表面的颗粒来确定物质，即其它种类的结合基本不影响物质的确定，由此提高了物质确定的精度。

物质确定设备优选地为磁生物传感器，其中，颗粒是磁珠，即纳米颗粒，其标记物质。优选地利用能够联接至为例如特定分析物分子的物质的联接元件来功能化磁珠。联接元件为例如抗体、蛋白质、DNA、适配子等。物质确定设备优选地适于执行夹心免疫测定。

感测单元优选地包括：光源，用于生成被导引至结合表面以生成消逝场的辐射；以及光探测器，用于探测来自结合表面的光，其中，通过影响所述消逝场，结合在结合表面上的颗粒已影响所探测的光，其中，所述感测信号是根据所探测的被影响的光生成的。

优选地，来自光源的光被导引至结合表面，使得其被全内反射以生成消逝场。全内反射光由光探测器探测，其中，探测的光受到结合在结合表面上的颗粒对消逝光的吸收和散射的影响。结果，修改了光探测器探测的光强。生成的感测信号优选地表示由结合在结合表面上的颗粒对消逝光的吸收和散射引起的光强的此改变。

光源优选地包括发光二极管或激光器，用于激发消逝场。

颗粒释放曲线优选地视为子颗粒释放曲线的叠加，其中，至少一个子颗粒释放曲线由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起。此至少一个子颗粒释放曲线能够视为由结合确定单元确定的颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。子颗粒释放曲线优选地是指数衰减曲线，其中，结合确定单元优选地适于将这些指数衰减曲线的叠加拟合到所确定的颗粒释放曲线以确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。

在实施例中，所述感测单元适于根据在所述结合表面的预定区域上累积的所结合的颗粒来生成时间感测信号，其中，所述颗粒释放曲线确定单元适于将所生成的时间感测信号确定为所述颗粒释放曲线。这容许通过使用生成的时间感测信号以简单的方式来确定颗粒释放曲线。时间感测信号优选地为FTIR感测信号。

所述颗粒释放曲线确定单元也能够适于：

-根据所生成的感测信号来确定所述结合表面上的所述颗粒的结合的寿命；

-生成所确定的寿命的直方图；以及

-根据所生成的直方图来确定所述颗粒释放曲线。优选地，所述感测单元适于使得所生成的感测信号表示单个结合事件的开始时刻和结束时刻，其中，所述颗粒释放曲线确定单元适于通过根据生成的感测信号确定单个结合事件的开始时刻和结束时刻来确定结合的寿命，即结合事件的寿命。感测单元能够适于生成不同时间时结合表面的图像作为感测信号，其中，图像示出颗粒在一时间结合在结合表面上的哪个位置，并且其中，颗粒释放曲线确定单元适于通过比较时间上连续的图像来确定开始时刻和结束时刻。优选地，基于暗场显微术根据结合在结合表面上的颗粒散射的消逝光来生成图像。

感测单元优选地包括力施加单元，用于向颗粒施加力，以在感测颗粒时，使颗粒与结合表面之间的结合处于应力下。

通过向颗粒施加力，以在感测颗粒时，使颗粒与结合表面之间的结合处于应力下，能够修改颗粒释放曲线的时间特性，使得能够以提高的质量确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。例如，能够由对应于不同种类的结合，例如对应于特定种类的结合和非特定种类的结合，的数个时间常数来定义时间特性。优选地，力施加于颗粒，使得能够确定这些时间常数并更可靠地将它们彼此分开，由此进一步提高物质确定设备的灵敏度。优选地，能够通过校准来确定力，其中，确定时间常数，并针对不同的力将它们彼此分开，且确定力，这容许以最大的可靠性确定和分开时间常数。

力施加单元优选地为磁性单元，用于向结合至结合表面的颗粒施加磁力。颗粒优选地是能够受到磁场推动的颗粒。磁性单元能够适于使得颗粒能够被朝向结合表面吸引或被拖离结合表面。磁性单元还能够适于修改结合的颗粒的平面内位置，即沿平行于结合表面的横向方向移动颗粒。此外，磁性单元能够适于使得能够修改颗粒的取向，颗粒优选地为磁性颗粒。

附加地或替代地，力施加单元能够适于向颗粒施加其它力，来使颗粒与结合表面之间的结合处于应力下。例如，力施加单元能够适于向结合至结合表面的颗粒施加流体、静电、声等力。特别是，能够修改流体的离子含量，以修改结合至结合表面的颗粒与结合表面的距离，由此修改施加给结合的应力。

物质确定设备优选地适于提供结合阶段和冲洗阶段。在结合阶段中，力施加单元以交替的方式迫使颗粒朝向结合表面以容许颗粒结合至结合表面，以及优选地迫使未结合的颗粒离开结合表面，即在结合阶段，优选地，力施加单元迫使颗粒交替地朝向结合表面和离开结合表面。在结合阶段中，颗粒能够结合至结合表面，并且该结合能够被打破。在后面的冲洗阶段中，力施加单元向颗粒施加力，促使颗粒仅离开结合表面，由此将未结合的颗粒冲离结合表面并且使结合的颗粒与结合表面之间的结合处于应力下。在冲洗阶段中，优选地，不生成新的结合，并且，结合的颗粒还从结合表面释放。感测单元能够适于在结合阶段期间和/或冲洗阶段期间生成表示单个结合事件的寿命的感测信号。颗粒释放曲线确定单元因此能够适于根据基于在结合阶段和/或冲洗阶段中生成的感测信号确定的这些寿命的直方图来确定颗粒释放曲线。这能够容许不仅确定冲洗阶段中流体内的物质，而且确定结合阶段中流体内的物质。

优选地，感测单元适于在预定感测时间期间感测颗粒，其中，力施加单元适于施加力，使得经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒主要在感测时间外释放，并且经由其它种类的结合结合至结合表面的颗粒主要在感测时间内释放。

这增大了颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分与颗粒释放曲线的由经由其它种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分的时间特性的差异，由此容许提高确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分的质量，并且，从而提高了确定这些颗粒的灵敏度。

进一步优选地，结合确定单元适于：

-提供具有表示第一种类的结合的第一时间特性的第一预定拟合释放曲线以及具有表示第二种类的结合的第二时间特性的第二预定拟合释放曲线；

-通过将所述第一预定拟合释放曲线和所述第二预定拟合释放曲线的线性组合拟合到所确定的颗粒释放曲线来将所述第一预定拟合释放曲线和所述第二预定拟合释放曲线拟合到所确定的颗粒释放曲线，

-将所拟合的第一预定释放曲线和所拟合的第二预定释放曲线之一确定为所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的所述部分。例如，第一种类的结合能够是特定结合，且第二种类的结合能够是非特定结合。优选地通过校准确定第一预定拟合释放曲线，其中，仅存在第一种类的结合；并且优选地通过校准确定第二预定拟合释放曲线，其中仅存在第二种类的结合。因此能够将第一预定拟合释放曲线和第二预定拟合释放曲线视为校准曲线，其能够是：真实测量的曲线，例如具有测量的值的表格；或参数曲线，其中通过将参数曲线拟合到测量的曲线来确定参数。参数曲线能够是描述测量的数据的任何模型，诸如多项式、傅立叶级数、指数衰减信号的线性叠加等。

进一步优选地，所述结合确定单元适于将所述颗粒释放曲线的时间常数确定为所述颗粒释放曲线的所述时间特性，其中，所述时间常数由结合至所述结合表面的所述颗粒的反应常数来定义，并且其中，所述结合确定单元适于将所述颗粒释放曲线的随至少一个所确定的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的所述部分。

优选地，将指数曲线的线性组合拟合到颗粒释放曲线以确定时间常数，其中，不同时间常数能够表示不同种类的结合。从而，通过确定颗粒释放曲线的随至少一个确定的时间常数改变的部分，并通过基于颗粒释放曲线的此确定的部分来确定流体内的物质，能够确定与对应于所述至少一个确定的时间常数的种类的结合相关的物质。时间常数优选地涉及待确定的物质的颗粒的特定结合。

特别是，当测量低分析物浓度时，在现有技术中，通常通过感测信号的对低分析物浓度获得的部分和感测信号的对不包含分析物的空白测量获得的部分来确定灵敏度。已经观察到，感测信号的针对空白测量的部分不仅由仪器噪声确定，而且也由结合至表面的颗粒确定，与分析物的存在不相关，即通过非特定结合生成了对感测信号的附加贡献。因为能够发生此非特定结合，所以增大每颗粒的仪器信号可能不提高总的灵敏度，因为非特定结合的信号也可能增大。但是，因为根据本发明，物质确定单元能够适于仅考虑特定地结合的颗粒，所以能够进一步提高确定流体内的物质的精度。

特定地结合的颗粒优选地是已经联接至物质并且已经结合至结合表面的颗粒。特别是，特定结合优选地是取决于物质的存在的结合，即其优选地描述结合，其中，颗粒已经联接至物质并且已经结合至结合表面，而非特定结合优选地是不取决于物质的存在的结合，即其优选地描述结合表面上的颗粒的存在，其中，颗粒未联接至物质。

物质确定单元优选地适于确定流体内的颗粒的量或浓度，特别是，基于时间感测信号的仅由结合表面上的特定地结合的颗粒引起的部分。

进一步优选地，所述感测单元包括力施加单元，用于向所述颗粒施加力，以在感测所述颗粒时，使所述颗粒与所述结合表面之间的结合处于应力下，其中，所述结合确定单元适于基于所施加的力来针对所施加的力的影响对所述时间常数进行校正，并且适于将所述颗粒释放曲线的随至少一个所校正的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的所述部分。这容许结合确定单元通过向颗粒施加力，以使颗粒与结合表面之间的结合处于应力下，来修改生成的感测信号的时间特性，并在未向颗粒施加力时，容许结合确定单元确定表示已经测量的结合的种类的时间常数。力因此能够施加为使得，例如，与不同种类的结合相关的不同时间行为在颗粒释放曲线中更显著，其中，通过使用校正的时间常数，由结合至结合表面的颗粒的反应常数定义的时间常数仍然能够赋予（assign）一定种类的结合。因此能够以提高的精度确定时间常数，并且从而对应的反应常数，其中，时间常数，即校正的时间常数，仍然能够赋予各一定种类的结合。

进一步优选地，所述颗粒是具有磁性质的磁性颗粒，它们磁性地影响彼此，由此影响所述时间常数，其中，所述感测单元适于生成表示所述颗粒的位置的时间位置信号，其中，所述结合确定单元适于：

-根据所生成的时间位置信号来确定不同时间所述颗粒的所述位置；

-基于在所述不同时间所述颗粒的所确定的位置和磁性质来确定磁性颗粒-颗粒影响；

-根据在所述不同时间的所确定的磁性颗粒-颗粒影响来校正所述时间常数；

-将所述颗粒释放曲线的随至少一个所校正的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的所述部分。

因为根据生成的位置信号来确定磁性颗粒的位置，并且因为磁性颗粒的磁性质，特别是磁矩是已知的并且能够计算，所以也能够确定磁性颗粒之间的磁力。此磁力，即磁性颗粒-颗粒影响能够用于校正时间常数，由此提高确定时间常数的质量，并且从而提高在一定种类的结合之间进行区分的质量。

所述感测单元优选地包括：光源，用于生成被导引至所述结合表面以生成消逝场的辐射；以及光探测器，用于探测来自与所述结合表面平行或由所述结合表面定义的探测平面的光，其中，通过影响所述消逝场，所述探测平面中的所述颗粒已影响所探测的光，其中，所述位置信号是根据所探测的被影响的光生成的并表示所述探测平面内所述颗粒的所述位置。特别地，所述光探测器适于相对于所述结合表面移动所述探测平面，以生成表示所述颗粒相对于所述结合表面的高度位置的所述位置信号。这容许通过确定探测平面内的二维位置并通过知道探测平面到结合表面的距离来确定颗粒的三维位置。

优选地，消逝光被结合在结合表面上的颗粒散射，并且散射光由光探测器探测。

感测单元优选地包括物镜透镜，用于收集消逝场的被结合表面上的结合的颗粒散射的光，其中，收集的散射光由例如成像透镜的成像单元成像到例如CCD或CMOS相机的二维光探测器上。这容许使用暗场显微术（DFM）来生成位置信号，如上面已经提到的，此DFM信号也能够用作感测信号，或DFM信号能够用作位置信号并且FTIR信号能够用作感测信号。

为了定义探测平面，光探测器优选地包括聚焦构件，包括：特别是物镜透镜和成像透镜，容许聚焦在探测平面上。如果焦平面，即探测平面，与结合表面重合，则能够确定结合表面上的颗粒的二维位置。通过沿垂直于结合表面的方向扫描焦平面，也能够获得关于平行于该表面的其它平面中存在的颗粒的信息。如果，例如，力施加单元施加垂直于结合表面的磁场，则能够通过对垂直链中的单独的颗粒进行计数，或者根据来自聚焦构件的高度校准的信息，来确定单独的磁群集的长度。

进一步优选地，结合确定单元适于确定颗粒释放曲线的由通过特定结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，其中，物质确定单元适于基于颗粒释放曲线的确定的部分来确定流体内的物质。因为基于颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的而不是由非特定地结合的颗粒引起的部分来确定流体内的物质，所以进一步提高了确定流体内的物质的精度。

进一步优选地，

-颗粒包括用于联接至流体内的第一物质的第一颗粒和用于联接至流体内的第二物质的第二颗粒；

-在第一颗粒已经联接至第一物质时，结合表面适于结合第一颗粒，且在第二颗粒已经联接至第二物质时，结合表面适于结合第二颗粒，其中，第一颗粒以第一种类的结合结合至结合表面，且第二颗粒以第二种类的结合结合至结合表面；

-感测单元适于感测结合表面上的第一颗粒和第二颗粒，其中，感测单元适于根据结合的第一和第二颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元适于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的第一和第二颗粒从结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元适于基于颗粒释放曲线的第一时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由第一种类的结合结合至结合表面的第一颗粒引起的第一部分并基于时间感测信号的第二时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由第二种类的结合结合至结合表面的第二颗粒引起的第二部分；

-物质确定单元适于基于颗粒释放曲线的所确定的第一部分来确定流体内的第一物质，且适于基于颗粒释放曲线的所确定的第二部分来确定流体内的第二物质。

这容许在第一物质与第二物质之间进行区分，特别是，通过将颗粒释放曲线的由第一种类的结合引起的时间特性与颗粒释放曲线的由第二种类的结合引起的时间特性分开，来确定流体内的第一物质和流体内的第二物质，其中，第一种类的结合属于联接至第一物质的第一颗粒，且第二种类的结合属于联接至第二物质的第二颗粒。物质确定设备因此能够适于在已联接第一物质的结合的颗粒和已联接第二物质的结合的颗粒之间进行区分，即使对应的结合部位彼此非常靠近。

物质确定设备优选地包括：结合装置，特别是盒，其包括颗粒和结合表面并且适于容纳流体；以及分析装置，其能够视为读取器，包括感测单元、结合确定单元和物质确定单元。

结合装置优选地是一次性装置，并且分析装置优选地是可重复使用装置。从而，通过在结合装置和分析装置上分配功能性，物质确定设备的部分能够用作一次性装置，而其它部分能够用作可重复使用装置。因为优选地为例如血液、唾液或尿液的体液的样品的流体引入到结合装置中，并且因为结合装置是一次性的，所以结合装置在被处置之前仅能使用一次，即流体内的物质的确定不受先前测量的杂质的影响。

在本发明的一方面，介绍了一种用于与分析装置配合以确定流体内的物质的结合装置，其中，所述结合装置包括：

-颗粒，用于联接至所述流体内的所述物质；

-结合表面，用于在所述颗粒已经联接至所述物质时，结合所述颗粒，其中，所述颗粒可以不同种类的结合结合至所述结合表面；

所述分析装置包括：

-感测单元，用于感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，所述感测单元适于根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元，用于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-物质确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

在本发明的另一方面中，介绍了一种用于与结合装置配合以确定流体内的物质的分析装置，其中，所述结合装置包括：

-颗粒，用于联接至所述流体内的所述物质；

-结合表面，用于在所述颗粒已经联接至所述物质时，结合所述颗粒，其中，所述颗粒可以不同种类的结合结合至所述结合表面；

所述分析装置包括：

-感测单元，用于感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，所述感测单元适于根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元，用于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-物质确定单元，用于基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

在本发明的另一方面，介绍了一种用于确定流体内的物质的物质确定方法，其中，所述物质确定方法包括：

-将颗粒联接至所述流体内的所述物质；

-在所述颗粒已经联接至所述物质时，将所述颗粒结合至结合表面，其中，所述颗粒以不同种类的结合结合至所述结合表面；

-感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

在本发明的另一方面，介绍了一种用于与分析方法配合以确定流体内的物质的结合方法，所述结合方法包括：

-将颗粒联接至所述流体内的所述物质；

-在所述颗粒已经联接至所述物质时，将所述颗粒结合至结合表面，其中，所述颗粒以不同种类的结合结合至所述结合表面；

所述分析方法包括：

-感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

在本发明的另一方面，介绍了一种用于与结合方法配合以确定流体内的物质的分析方法，其中，所述结合方法包括：

-将颗粒联接至所述流体内的所述物质；

-在所述颗粒已经联接至所述物质时，将所述颗粒结合至结合表面，其中，所述颗粒以不同种类的结合结合至所述结合表面；

所述分析方法包括：

-感测所述结合表面上的所述颗粒，其中，根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

在本发明的另一方面，介绍了一种用于确定流体内的物质的分析计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码模块，用于在所述计算机程序在控制物质确定设备的计算机上运行时，使如权利要求1所述的物质确定设备执行如权利要求14所述的分析方法的步骤。

应当理解，如权利要求1所述的物质确定设备、如权利要求11所述的结合装置、如权利要求12所述的分析装置、如权利要求13所述的物质确定方法、上述结合方法、如权利要求14所述的分析方法以及如权利要求15所述的分析计算机程序具有如从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各独立权利要求的任何组合。

根据以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显，并且将参照以下描述的实施例阐述本发明的这些和其它方面。

附图解释

以下图中：

图1示意性和示范性地示出了结合装置的横截面；

图2示意性和示范性地示出了结合装置的毛细结构；

图3示意性和示范性地示出了结合装置的顶视图；

图4示意性和示范性地示出了包括结合装置和分析装置的物质确定设备；

图5示意性和示范性地示出了至结合表面的不同种类的结合；

图6示意性和示范性地示出了特定结合过程；

图7示意性和示范性地示出了存在一种结合时的颗粒释放曲线；

图8示意性和示范性地示出了在施加磁场时的自由颗粒的群集；

图9示意性和示范性地示出了结合表面上的颗粒-颗粒相互作用；

图10示意性和示范性地示出了存在颗粒-颗粒相互作用时的颗粒释放曲线；

图11示意性和示范性地示出了存在两个不同种类的结合时的数条颗粒释放曲线；

图12示意性和示范性地示出了用于将磁力施加至颗粒以更改颗粒的取向的力施加单元；

图13示意性和示范性地示出了引入到分析装置中的结合装置；以及

图14示出了示范性地示例用于确定流体中的物质的物质确定方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性和示范性地示出了用于结合流体3内的需要确定的物质的结合装置1。结合装置1包括用于过滤流体3的过滤元件2和用于生成毛细力的毛细结构5。毛细结构5通过优选地使用粘合剂而联接至过滤元件2。在此实施例中，毛细结构5由两面有粘性的双面胶带构成。

结合装置1包括用以设置过滤器2的过滤位置6和可用以探测流体3内的物质的感测位置7，其中，毛细结构5形成为使得通过毛细力将过滤的流体3从过滤位置6引导至感测位置7。

毛细结构5包括连接过滤位置6与感测位置7的收集通道8和设置在过滤位置6的引导通道9，其中，引导通道9从连接通道8的末端延伸。在此实施例中，引导通道9从连接通道8的末端10径向延伸。图2中更详细地示意性和示范性地示出了毛细结构5。图3示意性和示范性地示出了图1中的截面视图所示的结合装置1的顶视图。

结合装置1包括设置于感测位置7的感测腔14并且可在该腔中探测流体3的物质。此感测腔14由结合装置1的第一部分15和第二部分16与毛细结构5一起形成。另外，第一部分15和第二部分16与毛细结构5一起形成连接通道8。第一部分15和第二部分16优选地经由粘合剂彼此联接，特别是经由形成毛细结构5的双面胶带彼此联接。第一部分15和第二部分16是塑料基底，该塑料基底是注入模制的并且优选地对可见光透明。第一部分15能够视为上基底、封闭元件或盖元件，且第二部分16能够视为结合装置1的下基底或底部元件。第一部分15包括用于容许气体离开毛细结构5的出口39。

在此实施例中，过滤元件2是血液分离过滤器，且结合装置1形成盒，该盒优选地是一次性的。结合装置1优选地用于护理点（point-of-care）诊断。结合装置1优选地适于探测全血样品中的低浓度生物标识，特别是在例如25μl的指刺样品中的低浓度生物标识。感测位置7优选地包括免疫测定。特别是，感测位置7包括用于联接至流体3内的物质的颗粒群17，其中颗粒群与流体3混合，并且在流体3处于感测位置7时，颗粒联接流体3内的物质。颗粒群17也能够设置于感测位置7与过滤位置6之间。已经联接物质的颗粒在感测位置7结合至结合表面30。为结合已经联接物质的颗粒，结合表面在结合部位包括结合元件。颗粒以不同种类的结合结合至结合表面30。以下还将参照图5更详细地描述可能的不同种类的结合。

图4示意性和示范性地示出了包括结合装置1和分析装置18的物质确定设备19。结合装置1已经插入到分析装置18中。分析装置18包括用于感测结合表面30上的颗粒的感测单元33，其中，感测单元33适于根据结合的颗粒生成时间感测信号。时间感测信号是时间相关的感测信号，其例如为FTIR信号或DFM信号。分析装置18还包括：颗粒释放曲线确定单元42，用于根据生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从结合表面30的释放的颗粒释放曲线；结合确定单元40，用于基于颗粒释放曲线的时间特性，来确定颗粒释放曲线的由通过预定种类的结合结合至结合表面30的颗粒引起的部分；以及物质确定单元41，用于基于颗粒释放曲线的确定的部分来确定流体内的物质。预定种类的结合优选地是已联接待确定的物质的特定结合的颗粒。优选地，物质确定单元41适于基于颗粒释放曲线的确定的部分来确定流体内的物质的量和/或浓度。

物质确定设备19优选地是磁生物传感器，其中，颗粒是磁珠，即纳米颗粒，其通过联接至物质来标记该物质。为联接物质，利用联接元件来功能化磁珠，联接元件能够联接至为例如特定分析物分子的物质。在此实施例中，联接元件为抗体。然而，联接元件也能够是蛋白质、DNA、适配子（aptamer）等。

感测单元33包括力施加单元，用于向颗粒施加力，以在感测颗粒时，使颗粒与结合表面30之间的结合处于应力下。在此实施例中，力施加单元包括用于将磁性颗粒吸引至结合表面30和用于将磁性颗粒从结合表面30拖离的磁性单元23、24。磁性单元包括：马蹄形磁体23，在结合装置插入到分析装置中时，马蹄形磁体23优选地在结合装置1的一侧以平面布置；以及第二磁体24，在结合装置插入到分析装置中时，第二磁体24布置在结合装置1的相对侧上。

感测单元33优选地适于在预定感测时间期间感测颗粒，其中，力施加单元适于施加力以使得，经由预定结合结合至结合表面的颗粒主要在感测时间以外释放，而经由其它结合结合至结合表面的颗粒主要在感测时间内释放。

感测单元33还包括例如发光二极管或激光器的光源20，用于生成被导引至结合表面30以在结合表面30上生成消逝场的辐射28。结合表面30上的消逝场受到结合至结合表面30的颗粒的影响，由此影响包括被在盒表面全内反射的光的反射光束31，和包括由结合至结合表面30的颗粒散射的消逝场的光的散射光束29。反射光31由物镜25成像到优选地为CCD相机的第一光探测器21上。散射辐射由显微镜物镜32收集并由成像透镜26成像在第二探测器27上。还有，第二探测器27优选地为CCD相机。第一探测器21生成时间感测信号，时间感测信号被提供给颗粒释放曲线确定单元42，以根据生成的时间感测信号来确定颗粒释放曲线。优选地，颗粒释放曲线确定单元42将冲洗阶段的时间感测信号确定为颗粒释放曲线。结合确定单元40基于颗粒释放曲线的时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。第一探测器21的感测信号基于FTIR。第二探测器27基于DFM生成位置信号。位置信号提供给结合确定单元40。

位置信号优选地用于确定颗粒的位置。显微镜物镜32优选地适于探测来自限定探测平面的焦平面的散射光。来自此探测平面的散射光被成像到第二探测器27的二维探测表面上。得到的为第二探测器27生成的时间位置信号的探测的图像示出了探测平面内的颗粒的面内位置。显微镜物镜32和成像透镜26优选地适于容许感测单元33相对于结合表面30移动探测平面，使得能够确定颗粒相对于结合表面30的高度位置。这容许确定感测腔14内的颗粒的三维位置。

以下，将简短地描述FTIR感测信号的生成。如果光束在例如为第二部分16的具有较高折射率与例如为流体的较低折射率的介质之间的界面上反射，则存在临界入射角，在该角度以上存在全内反射（TIR）的状况。图4中所示的探测配置（关于折射系数和入射角）是使得存在入射束的全内反射。虽然光在该状况下被全被反射，但是在具有低折射率的介质的非常薄的层中仍然存在光穿透。这称为消逝场，其强度在低折射率介质中指数衰减，具有光的波长的量级的特征穿透深度。实际上，穿透深度优选地小于0.5微米。如果磁性颗粒结合至结合表面30，则优选地约为0.5微米的此非常薄的第一流体层的光学性质发生改变，导致反射光束的强度减小。这由消逝光（FTIR；受抑全内反射）的吸收和散射引起。结果，探测器21处的光强降低，而探测器27处的光强升高。

探测器21生成的感测信号优选地表示探测器21处的光强的改变，且位置信号优选地表示探测器27处的光强的改变。

如上所述，颗粒释放曲线确定单元能够适于将第一探测器21生成的FTIR信号确定为颗粒释放曲线。然而，第二探测器27生成的DFM信号也能够用于确定颗粒释放曲线。第二探测器27生成不同时间结合表面30的图像，其也能够视为感测信号，其中，图像示出颗粒在一时间结合在结合表面30上的那个位置，并且其中，颗粒释放曲线确定单元42适于通过比较在结合阶段或冲洗阶段期间生成的时间上连续的图像来确定单个结合事件的开始时刻和结束时刻。颗粒释放曲线确定单元42能够适于根据开始和结束时刻来确定结合表面上的颗粒的结合的寿命，生成寿命的直方图，并根据生成的直方图来确定颗粒释放曲线。在优选实施例中，生成的直方图视为确定的颗粒释放曲线。

物质确定设备19优选地适于提供结合阶段和冲洗阶段。在结合阶段，力施加单元迫使颗粒朝向结合表面，以容许颗粒以交替方式结合至结合表面和远离结合表面。在接下来的冲洗阶段，力施加单元给颗粒施加力，其促使颗粒仅远离结合表面，由此将未结合的颗粒从结合表面冲洗掉并且使结合的颗粒与结合表面之间的结合处于应力下。此应力能够导致结合的颗粒的释放事件。

能够在结合阶段或冲洗阶段确定颗粒释放曲线。如果将在结合阶段确定颗粒释放曲线，则由第二探测器至少在未结合的颗粒在结合阶段被拖离结合表面的时间提供结合表面的图像。优选地，将在未结合的颗粒在结合阶段被拖离结合表面时生成的连续图像进行比较以确定结合的寿命。如果颗粒在第一图像中的一定位置可见并且在先前图像中的相同位置不可见，则能够探测开始时刻的时间。如果在第二图像的一定位置，颗粒可见，并且如果在随后的图像中的相同的一定位置，颗粒不可见，则能够确定结束时刻的时间。确定的开始和结束时间用于确定单个结合事件的寿命，其中，形成这些寿命的直方图，并且此直方图能够视为确定的颗粒释放曲线。

在冲洗阶段，能够将第一探测器21生成的FTIR感测信号确定为颗粒释放曲线。替代地或附加地，也能够在冲洗阶段确定单个结合事件的寿命的直方图，其中，得到的直方图能够视为由颗粒释放曲线确定单元确定的颗粒释放曲线。

图5示意性和示范性地示出了结合表面30上的不同种类的结合。图5中，虚线35示意性和示范性地表示能够定义为消逝场的衰减长度ζ的消逝场的高度。由A表示的颗粒经由联接元件49、物质36以及结合元件38特定地结合至结合表面30。颗粒B不像颗粒A那样形成通常的夹层结构，而是经由联接元件49和结合元件38结合至结合表面30，即没有夹置的物质。

颗粒C经由联接元件49、元件37以及结合元件38结合至结合表面30，元件37不是待确定的物质，即不是分析物。颗粒D经由联接元件49直接结合至结合表面30上的暴露的区域。这意指，结合表面30包括用于形成如图5中对颗粒A所示的通常的夹层结构的结合元件38。这些结合元件38也结合图5中所示的范例中的颗粒B、C和E。然而，颗粒D经由联接元件49直接结合至结合表面30。

在图5中，仅颗粒A形成通常的夹层结构。颗粒A因此特定地结合至结合表面30。其它颗粒B、C、D、E不形成通常的夹层结构并且因此非特定地结合至结合表面30。

非特定结合优选地是不取决于物质的存在，即不取决于样品流体中需探测的特定分析物的存在，的任何结合。图5示例对于夹层结构免疫测定，特定与非特定结合之间的差异。然而，其它种类的测定也能够包括特定和非特定结合，并且如果选择其它分析物来确定流体中的物质，则物质确定设备也能够用于确定特定地结合的颗粒。

图6示意性和示范性地示例通常的特定夹层免疫测定。

具有联接元件49的颗粒A与包括物质36的流体混合（步骤S1）。然后，联接元件49联接物质36（步骤S2），并且具有联接元件49和联接的物质36的颗粒A经由结合元件38特定地结合至结合表面30（步骤S3）。

不同种类的结合通常涉及不同时间特性，特别是涉及颗粒释放曲线的指数衰减的不同时间常数。因此能够基于颗粒释放曲线的时间特性，特别是，基于时间常数，来确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，预定种类的结合例如是图5中的颗粒A的结合。

结合确定单元40优选地适于确定颗粒释放曲线的时间常数，其中，时间常数表示结合至结合表面30的颗粒的结合种类，并且其中，结合确定单元40适于将颗粒释放曲线的以至少一个确定的时间常数衰减的部分确定为颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面30的颗粒引起的部分。预定种类的结合能够是结合表面30上的颗粒的特定结合。从而，结合确定单元40能够适于基于各确定的时间常数来确定颗粒释放曲线的由通过特定结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，其中，物质确定单元41适于基于颗粒释放曲线的确定的部分来确定流体内的物质。

颗粒释放曲线优选地视为由具有不同时间常数的衰减指数函数的叠加构成。颗粒释放曲线的由一定种类的结合引起的部分优选地是具有表示该一定种类的结合的一个或数个时间常数的一个指数衰减曲线或数个指数衰减曲线的组合。

以下将更详细地示范性地描述基于特定地结合的颗粒来确定流体内的物质。

颗粒释放曲线包括包含期望的信息的部分和包含与对物质的确定不相关的信息的部分。期望的信息是由特定结合的颗粒引起的部分，而不相关的信息是由非特定地结合的颗粒引起的部分。为了能够确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的第一部分，需要将其与颗粒释放曲线的由非特定地结合的颗粒引起的部分分开。

颗粒经由分子键，即结合，而耦合至结合表面。分子键包括原子级的许多相互作用，诸如偶极子-偶极子或静电相互作用。特定键通常涉及许多不同原子相互作用，因为例如蛋白质的一个复杂分子的形状正好与例如抗体的其它复杂分子的形状匹配。由于缺少分子的正好匹配，非特定键通常涉及较少的原子相互作用。特定键的结合强度因此通常比非特定键的结合强度大，特别是大得多。此结合强度确定结合的化学反应常数k_off，其中，化学反应常数指明每秒事件中键的释放速率。例如，强的键将具有例如10^-5s^-1的低的释放速率，而弱的键将具有例如10^-2s^-1的高的释放速率。释放速率并且从而k_off的此差异能够用于在特定和非特定键之间进行区分。如果在不存在施加的附加力时确定了k_off的值，则此值标记为化学反应常数k_off，chem。化学反应常数是化学键的特征。

化学反应常数k_off确定颗粒释放曲线的时间常数。在此实施例中，化学反应常数k_off定义为颗粒释放曲线的时间常数的倒数。图7示意性和示范性地示出了在颗粒仅经由一种结合结合至结合表面时，能够观察到的颗粒释放曲线的单指数衰减。如果k_off的值小，则在大多数颗粒已经通过自然方式从结合表面释放之前需要长的时间。例如，在大多数颗粒已经释放之前可能需要10⁵s。该时间在护理点设定中太长。

通过借助于外力来给键施加应力，能够增大释放速率。化学反应常数k_off，chem与给键施加应力的外力F的组合导致新的有效释放速率k_off，eff。如果外力F已知，则能够按以下等式根据有效k_off，eff来计算化学反应常数k_off，chem。

k_off，eff＝k_off，chem·c(F),(1)

其中，c(F)是取决于力的大小的校正因子。函数c(F)能够是仅具有一个参数的简单的线性或指数函数，其中，能够通过校准来估计或确定参数。能够通过给颗粒施加已知力、确定有效反应常数k_off，eff、以及将确定的有效反应常数除以已知的化学反应常数k_off，chem来执行校准。在此实施例中，反应常数优选地定义为颗粒释放曲线的指数衰减的倒数时间常数。

特别是，校正因子c(F)能够由以下等式表示：

c(F)＝e_βF，(2)

其中，β是为常数的比例因子，其能够针对各种类的结合来实验地确定。

通过施加对应大小的力，使有效释放速率，即有效反应常数，在例如约100s的合适的感测时间中能够实现颗粒的全释放的范围中是可能的。通过测量颗粒释放曲线的衰减速率，能够确定有效反应常数的值，其中，于是通过使用等式(1)获得了化学反应常数。此化学反应常数或为化学反应常数的倒数的对应的时间常数能够用于确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分，特别是生成的FTIR感测信号的部分。化学反应常数能够视为各种类的结合的指纹图谱（fingerprint）。

整个颗粒释放曲线部分由具有化学反应常数k_{off，chem,spec}的特定地结合的颗粒引起并且部分由具有化学反应常数k_{off，chem，non-spec}的非特定地结合的颗粒引起。结合确定单元和物质确定单元优选地适于根据化学反应常数，即根据与颗粒释放曲线匹配的指数衰减曲线的对应时间常数，来确定颗粒释放曲线的哪个小部分（fraction）由特定结合的颗粒引起。

为示例颗粒释放曲线的时间特性，下面将给出具有增大的困难的视图范例。

在第一范例中，结合至结合表面的颗粒的总体由仅具有一种结合，即仅具有一种类型的键，的颗粒构成。不施加外力。反应常数等于k_off，chem并且具有恒定值，即反应常数与时间不相关。如果在开始时间t＝0，在某一时间后探测到感测信号N₀，则结合表面上的颗粒的数量变小，因为连续键被打断，导致颗粒释放曲线。能够通过以下等式描述时间t后的感测信号N(t)：

$N\left(t\right)=N_0\·e^{-k_{\mathrm{off},\mathrm{chem}}\·t}---\left(3\right)$

通过将具有拟合参数N₀和k_off，chem的等式(3)拟合到颗粒释放曲线，能够确定该两个值。如果反应常数非常低，则颗粒释放曲线的降低非常低，并且在能够执行可靠的拟合程序之前，感测时间必须非常大。为了降低感测时间，能够通过以外力给键施加应力来增大反应常数。在以下第二范例中描述此状况。

在第二范例中，结合至结合表面的颗粒的总体（population）包括具有仅一种结合，特别是具有仅一种类型的键，的颗粒。为了将反应常数从低化学值k_off，chem增大至较大有效值k_off，eff，使用力来给键施加应力。通过此动作，解吸附增强至能够在感测时间内获得结合表面上结合的颗粒的数量的显著降低的水平。在此范例中，磁力施加给颗粒，然而通常，也能够使用诸如流体力的其它类型的力。增大释放速率的磁力的施加能够称作磁力区别。能够以数种方式生成磁力。

生成力的一种方式是使用外部磁性单元，其生成磁场和磁场梯度，例如以上参照图4描述的磁性单元23、24。磁场和磁场梯度的组合将磁力施加于颗粒上，颗粒优选地为（超）顺磁珠，该磁力能够用于将颗粒拖离结合表面。在此情况下，力可能是时间不相关的。于是能够通过以下等式描述作为时间的函数的颗粒释放曲线：

$N\left(t\right)=N_0\·e^{-k_{\mathrm{off},\mathrm{eff}}\·t}.---\left(4\right)$

再次，通过拟合，能够确定N₀和k_off，eff。

因为力F是已知的或能够通过使用上述等式(6)来计算，并且因为校正因子c(F)对力F的依赖性是从计算或从校准过程已知的，所以能够根据以下等式来确定化学反应常数k_off，chem：

$k_{\mathrm{off},\mathrm{chem}}=\frac{k_{\mathrm{off},\mathrm{eff}}}{c\left(F\right)}.---\left(5\right)$

能够通过使用以下等式来估计通过磁场和磁场梯度施加到颗粒上的磁力F：

$\stackrel{\→}{F}=(\stackrel{\→}{m}\left(\stackrel{\→}{B}\right)\·\stackrel{\→}{\▿})\·\stackrel{\→}{B},---\left(6\right)$

其中，为颗粒的场相关的磁矩，并且为施加的磁感应。磁场和磁场梯度优选地适于使得生成用于相对于结合表面将颗粒竖直拖离结合表面的力。因为颗粒的磁性质和磁场是已知的，所以能够计算颗粒上的竖直力。能够借助于振动探针式磁强计（VibratingSampleMagnetometer，VSM）测量来确定颗粒的磁性质，并且能够根据有限元计算来确定磁场和磁场梯度并借助于磁场传感器来对其进行校准。在此范例中，能够对已知施加的力校正确定的有效反应常数k_off，eff，其中，能够根据等式(5)来推导化学反应常数k_off，chem的值。

除将结合至结合表面的颗粒外，也存在不捕获物质的目标分子并且因此不能够特定地结合在结合表面上的颗粒。这些颗粒的小部分将特定地结合至结合表面，但是这些颗粒的其它小部分将作为自由颗粒保持在流体内。特别是，在低浓度处，大多数颗粒将是自由颗粒。当施加竖直磁场时，优选地为（超）顺磁颗粒的磁性颗粒变为磁化的，它们的磁矩平行于施加的磁场。如同小的磁体，它们将磁性地彼此吸引并且在施加的竖直磁场的方向上形成链。这在图8中示意性和示范性地示例了。在图8中，字母A表示示出单个颗粒50而无另外的自由颗粒的群集的状况。力52施加至单个颗粒50。由B表示示出结合的颗粒57与自由颗粒的链54的其它状况。链54中的颗粒和外磁力的相互作用导致将颗粒57拖离结合表面30的力53。示出联接至结合的颗粒58的自由颗粒的较大群集55的状况由C表示，其中，得到的力由箭头59表示。

在B和C的状况，施加在结合的颗粒上的力基本分别等于链54或群集55中的单独的颗粒上的力的总和，其中，颗粒之间的力比至结合表面30的底部颗粒的键大得多。

感测单元33能够如上参照图4所述地相对于结合表面30移动探测平面。图8中由参考数字56表示探测平面。通过沿竖直方向移动探测平面56，能够竖直扫描链54和群集55，以生成位置信号。得到的位置信号能够提供给结合确定单元用于分别确定链54中或群集55中的单独的颗粒的布置。此外，来自连接至显微镜物镜32和成像透镜26的聚焦伺服机构的高度校准信息能够用于确定链或其它种类的群集的高度。因为结合确定单元优选地适于对探测平面的每个高度确定探测平面内的颗粒的二维位置，所以，对于群集的每个颗粒，特别是对于链的每个颗粒，能够确定三维位置。这些位置能够用于确定施加至各结合的颗粒的总磁力。优选地，每个结合的颗粒的平均力确定为施加至结合的颗粒的总磁力的平均值。每个结合的颗粒的此平均力优选地用于计算校正因子c(F)。第二探测器27生成的信号因此能够用于确定颗粒的位置，以确定施加至各结合的颗粒的总磁力，并且第二探测器27生成的信号也能够用作感测信号，以如上所述地在结合阶段或在冲洗阶段中确定颗粒释放曲线。

除外力外，颗粒之间的磁相互作用力能够用于使结合处于应力下。使用颗粒-颗粒相互作用的优点是更容易生成大的力。因此，能够获得释放速率，即解吸附常数，的较大增大。为了在颗粒自身之间产生力，提供磁场就足够了。不需要磁场梯度。磁场磁化磁性颗粒，磁性颗粒开始发出它们自己的磁场和场梯度。能够使用偶极子近似根据以下等式来计算来自颗粒的磁感应：

$\stackrel{\→}{B}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}[=-\frac{\stackrel{\→}{m}}{r^3}+\frac{3(\stackrel{\→}{m}\·\stackrel{\→}{r})\stackrel{\→}{r}}{r^5}],---\left(7\right)$

其中，是颗粒的外场相关的磁矩且是至颗粒的距离。此偶极子场和场梯度导致颗粒之间的相互作用，生成大的力。因为外磁场的大小和颗粒的磁性质是已知的，所以能够计算颗粒的磁矩和作用于颗粒上的磁力。

如上面已经提到的，感测单元33适于根据生成的位置信号，即根据生成的DFM信号，来确定颗粒的位置。因为颗粒的位置是已知的，所以也知道颗粒之间的距离这容许结合确定单元通过根据等式(7)计算颗粒的磁场和场梯度并矢量地将作用于各单独的结合的颗粒上的对应的磁力进行矢量相加来确定施加给各单独的结合的颗粒的磁力。该确定不是非常复杂的并且甚至能够实时地执行。实时确定的优点是，例如由于颗粒从结合表面释放，对结合表面配置的修改能够立即考虑作用于结合的颗粒上的磁力的确定。对于每一个打破的结合，能够确定时间相关的磁力的历史。结合确定单元能够适于使用确定的时间相关的磁力来确定时间相关的平均磁力，该平均磁力能够用于确定时间相关的校正因子c(F)＝c(F(t))，其中，校正因子用于校正测得的有效反应常数k_off，eff，以产生对化学反应常数k_off，chem的更精确的估计并容许较容易的数据分析。

图9示意性和示范性地示出了包括数个结合的颗粒71的结合表面30上的顶视图。归因于磁场70，颗粒71被磁化，并且开始给彼此施加力。单独的颗粒71上的力72的大小由所有颗粒-颗粒相互作用的矢量和引起。

如上面已经提到的，颗粒-颗粒相互作用力取决于颗粒之间的距离。在从表面去除颗粒的过程中，颗粒之间的平均距离连续改变。改变的平均距离引起随时间改变的相互作用力。有效反应常数k_off，eff和对应的时间常数因此也是时间的函数。能够通过分析结合表面的每个单独的图像来进行力的时间特性的估计。在每个图像内，确定颗粒的位置，并且根据位置，使用等式(7)计算颗粒之间的相互作用力。累积表面上的所有颗粒的力，能够确定该图像的平均力。通过分析时间上随后的图像，能够确定每个粒子的时间平均力F(t)，其能够用于校正因子c(F(t))。平均能够是加权平均，其中，每个颗粒接收相同的权重，或者其中，例如根据对颗粒确定的力的大小对力进行加权。例如，较大的力能够比较小的力接收更大的权重。

在此情况下，颗粒释放曲线能够由以下等式表示：

$N\left(t\right)=N_0\·e^{-k_{\mathrm{off},\mathrm{eff}}\left(t\right)\·t}=N_0\·e^{-k_{\mathrm{off},\mathrm{chem}}\·c\left(F\left(t\right)\right)\·t}.---\left(8\right)$

由于指数函数中的时间相关的自变量（argument），N(t)不再是十足（clean）的指数函数。

图10中示范性地示出了其中颗粒释放借助于颗粒-颗粒相互作用增强的颗粒释放曲线的范例。图10示出了对于物质的一种颗粒的依赖于以秒记的时间并且反应常数为10^-2s^-1的颗粒释放曲线。图10中所示的颗粒释放曲线看似包括数个时间常数，这基本是正确的，然而在感测时间期间，校正的时间常数，即对应的化学反应常数k_off，chem保持相同。结合确定单元能够适于如上所述地根据颗粒的位置来确定时间相关的力F(t)和校正因子c(F(t))并通过将等式(8)拟合到颗粒释放曲线来确定校正的化学反应常数k_off，chem，该化学反应常数k_off，chem等于倒的校正的时间常数。校正因子c(F(t))优选地对时间t是线性的，并且能够例如通过如上所述地校正来确定。

如果存在数种结合，则数种结合通常涉及不同反应常数。在实施例中，第一种结合是特定地结合的颗粒，并且第二种结合是非特定地结合的颗粒。特定地结合的颗粒和非特定地结合的颗粒均对颗粒释放曲线做贡献。物质确定设备优选地适于确定颗粒释放曲线的仅由特定地结合的颗粒引起的部分。

下面，特定地结合的颗粒的化学反应常数由k_{off，chem,spec}表示，并且非特定地结合的颗粒的化学反应常数由k_{off，chem,non-spec}表示。如果在这两个反应常数之间存在大的差异，例如约大小的三个量级的差异，并且如果由特定地结合的颗粒和非特定地结合的颗粒之一引起的颗粒释放曲线的部分涉及感测时间内的相对大的信号改变，则颗粒释放曲线的降低包括具有显著不同的时间常数的两个指数衰减。这容许结合确定单元以简单的方式将颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分与颗粒释放曲线的由非特定地结合的颗粒引起的部分区别开。例如，如果非特定化学反应常数比特定化学反应常数大得多，使得非特定地结合的颗粒在感测时间开始时的释放非常快，则能够根据感测时间结束时颗粒释放曲线的尾部的水平立刻确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分。图11中将对应的颗粒释放曲线示为由A表示的曲线。图11中由A表示的曲线的拐点能够用于终止非特定地结合的颗粒的颗粒释放。

图11示意性和示范性地示出了对应于具有不同反应常数，即不同时间常数，的特定地结合的颗粒和非特定地结合的颗粒的数条颗粒释放曲线。由A表示的颗粒释放曲线对应于大小的三个量级的反应常数的差异，由B表示的颗粒释放曲线对应于大小的两个量级的反应常数的差异，并且由C表示的颗粒释放曲线对应于大小的一个量级的反应常数的差异。

如果特定化学反应常数k_{off，chem,spec}与非特定化学反应常数k_{off，chem,non-spec}之间的差异相等或小于大小的两个量级，则两个指数函数之间的区别不明显。曲线看起来更平滑，并且几乎不可能由眼睛断定存在两个分布。拟合程序是优选的，以确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分f。在此情况下，能够由以下等式描述颗粒释放曲线：

$N\left(t\right)=N_0\·(f\·e^{{-k}_{\mathrm{off},\mathrm{chem},{\mathrm{spec}}^{\·t}}}+(1-f)\·e^{{-k}_{\mathrm{off},\mathrm{chem},\mathrm{non}-{\mathrm{spec}}^{\·t}}}).---\left(9\right)$

在实施例中，如果外力未施加给颗粒以使结合处于应力下，则结合确定单元优选地适于将等式(9)拟合到颗粒释放曲线，其中，拟合参数是f、k_{off，chem,spec}和k_{off，chem,non-spec}。物质确定单元然后基于颗粒释放曲线的由以下等式定义的特定部分N_spec(t)来确定流体内的物质的量或浓度：

N_spec(t)=N₀·f.(10)

变量N0表示感测时间开始处，即t=0处，的颗粒释放曲线。

如上面已经提到的，在感测时间期间，能够将力施加于结合的颗粒，以使颗粒和结合表面之间的结合处于应力下。这增大反应常数，其中，优选地将力施加为使得由最弱结合的颗粒引起的颗粒释放曲线的改变在感测时间期间可探测。优选地，力施加为使得非特定地结合的颗粒的解吸附主要在感测时间内，而特定地结合的颗粒的解吸附主要在感测时间外。于是能够通过以下等式描述作为时间的函数的颗粒释放曲线N(t)：

$N\left(t\right)=N_0\·(f\·e^{{-k}_{\mathrm{off},\mathrm{chem},{\mathrm{spec}}^{\·c\left(F\right)\·t}}}+(1-f)\·e^{{-k}_{\mathrm{off},\mathrm{chem},\mathrm{non}-{\mathrm{spec}}^{\·c\left(F\right)\·t}}}).---\left(11\right)$

如上面已经提到的，取决于施加于颗粒的力的种类，力F能够是时间不相关的，或者力能够依赖于时间。在两种情况下，结合确定单元能够确定力F和校正因子c(F)。结合确定单元于是优选地适于将等式(11)拟合到生成的颗粒释放曲线，其中，拟合参数是f、k_{off，chem，spec}和k_{off，chem，non-spec}，即f，和为化学反应常数的倒数的校正的时间常数。结合确定单元于是还适于根据等式(10)来确定颗粒释放曲线的由经由特定结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，并且物质确定单元适于基于颗粒释放曲线的此确定的部分来确定流体内的物质的量和/或浓度。为确定物质的量和/或浓度，物质确定单元优选地包括颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分与流体内的物质的量和/或浓度之间的赋值（assignment）。能够通过以特定地结合的颗粒的已知量和/或浓度来执行校准程序来确定这些赋值。这些赋值能够以表格形式或作为函数存储在物质确定单元中。

虽然以上描述的实施例主要涉及颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分的确定和基于颗粒释放曲线的此确定的部分来确定流体内的物质，但是物质确定设备也能够适于确定相同流体内的不同物质，因为用于联接不同物质的不同种类的颗粒通常包括导致颗粒释放曲线的不同时间常数的不同反应常数。颗粒释放曲线的得到的时间特性因此能够用于根据等式(9)至(11)来确定流体内的不同物质。特别是，颗粒能够包括用于联接至流体内的第一物质的第一颗粒和用于联接至流体内的第二物质的第二颗粒，并且结合表面适于在第一颗粒已经联接至第一物质时结合第一颗粒，以及在第二颗粒已经联接至第二物质时结合第二颗粒，其中，第一颗粒以第一种类的结合结合至结合表面，而第二颗粒以第二种类的结合结合至结合表面。感测单元能够适于感测结合表面上的第一颗粒和第二颗粒，其中，感测单元适于根据第一和第二颗粒生成时间感测信号，颗粒释放曲线确定单元能够适于根据生成的时间感测信号来确定表示结合的第一和第二颗粒从结合表面的释放的颗粒释放曲线，并且结合确定单元能够适于确定颗粒释放曲线的由经由第一种类的结合结合至结合表面的第一颗粒引起的第一部分和颗粒释放曲线的由经由第二种类的结合结合至结合表面的第二颗粒引起的第二部分。在此情况下，物质确定单元适于基于颗粒释放曲线的确定的第一部分来确定流体内的第一物质，并适于基于颗粒释放曲线的确定的第二部分来确定流体内的第二物质。

通常，结合确定单元能够适于在反应常数和时间常数受到力的影响时使用关于化学反应常数，即优选地校正的时间常数，的指数衰减曲线的线性组合，并将指数衰减曲线的线性组合拟合到时间生成的感测信号，来确定颗粒释放曲线的对应于一种或数种结合的一个或数个部分。等式(9)和(11)示出了该线性组合的范例，其中，在这些范例中，线性组合包括两个指数衰减曲线。

能够将拟合的时间常数与已知与某种类的结合相关的时间常数进行比较。例如，对仅包含特定或非特定结合的样品进行的实验能够用于确定针对那些结合的时间常数。例如，通过不在流体中引入物质，能够在结合表面上仅进行非特定结合，并且通过在流体内使用高浓度物质，能够仅进行特定结合，在该高浓度处，非特定结合的量可忽略。

如上面已经提到的，并且再次参照图4，感测单元33优选地适于使得能够使用由显微镜物镜32收集的并由成像透镜26成像到第二光探测器27上的散射光29来对由单个颗粒引起的位置信号进行区分。第二光探测器27包括用于在不同时间生成结合表面的图像的二维探测表面30。此外，显微镜物镜32和成像透镜26优选地适于相对于结合表面30沿高度方向移动定义探测平面的焦平面，以相对于结合表面30以不同距离扫描颗粒。生成的DFM位置信号因此优选地用于确定颗粒的位置。这些位置优选地由结合确定单元使用以确定施加于各颗粒的力并根据确定的力来确定校正因子c(F)。然后校正因子c(F)由结合确定单元使用以确定释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，其中，预定种类的结合优选地是已经联接至待确定物质的颗粒的特定结合。物质确定单元优选地适于基于感测信号的此确定的部分来确定流体内的物质。

如在所有描述的实施例中优选地执行的，在流体已经与颗粒混合以容许颗粒联接至流体内的物质后，颗粒被吸引到结合表面以容许颗粒在结合阶段中结合在结合表面上。在后面的冲洗阶段中，将未结合至结合表面的颗粒拖离结合表面。如上面已经提到的，在结合阶段中，能够将交替的力施加于指向结合表面和背离结合表面的颗粒。能够根据用以生成感测信号的阶段的种类，在结合阶段中或冲洗阶段中设置感测时间，其用于确定颗粒释放曲线。

可选地，在感测结合表面上的颗粒期间，通过使用力施加单元使颗粒与结合表面之间的结合处于应力下。在此实施例中，力施加单元23、24为用于将颗粒吸引到结合表面或沿远离结合表面的方向拖动颗粒的磁性单元。然而，也能够施加磁力来改变颗粒的取向以使结合处于应力下。

由于非理想的磁性质，能够执行这个，因为理想超顺磁颗粒的磁矩能够总是与场对准，从而使得不可能引起取向改变。非理想磁性质是例如小的永矩、具有相对长的驰豫时间的磁性粒子、或磁各向异性。力施加单元能够优选地适于给结合的颗粒施加取向改变，使得修改结合的颗粒的高度，即结合的颗粒到结合表面的距离。从而，通过给结合的颗粒施加取向改变，能够修改结合至结合表面的颗粒与结合表面之间的距离，以修改对结合的应力设备。颗粒能够是直径在500nm和1000nm之间的磁性颗粒并且能够由聚苯乙烯和磁性材料的组合构成。

图12示意性和示范性地示出了力施加单元89，用于将磁力施加给磁性颗粒88，使得能够修改磁性颗粒的取向，由此修改结合至结合表面30的磁性颗粒88的高度。力施加单元89包括四个电磁体84、85、86、87，用于以期望的方向给磁性颗粒88施加磁场。

力施加单元89适于对磁性颗粒88磁性地进行取向以使结合处于应力下，在此实施例中，磁性颗粒是非理想超顺磁颗粒。在磁场中旋转的结合的颗粒改变其在结合表面以上的高度并且由此使其结合处于应力下，该旋转能够视为平面外旋转。

应当注意，图12中所示的力施加单元89是用于与结合装置1，即盒1，配合以确定流体内的物质的分析装置的部分。从而，能够在以上参照图4描述的物质确定设备中使用图12中所示的力施加单元89来代替磁性单元23、24，或除磁性单元23、24外还使用力施加单元89。

虽然在以上描述的实施例中，已经通过磁力将力施加给结合至结合表面的颗粒，但是在其它实施例中，附加地或替代地，力施加单元能够适于给结合至结合表面的颗粒施加其它种类的力。例如，力施加单元能够适于给结合至结合表面的颗粒施加流体力或静电力。

在实施例中，力施加单元适于使用静电力将结合至结合表面的颗粒推离结合表面以使结合处于压力下。这能够通过在流体冲洗步骤中交换流体缓冲剂来执行，同时颗粒保持结合至结合表面。

由于来自流体的离子的吸附或表面上的表面基的游离，颗粒和结合表面均具有流体中的静电表面电荷。典型地，在生物传感器环境中，颗粒和结合表面二者的表面电荷均是负的，导致颗粒与结合表面之间的自然斥力。流体中的离子能够屏蔽两个表面的电荷，由此降低斥力。

其上发生屏蔽的层称作双层。与得拜-休克尔(Debye-Hueckel)长度λ_D（λ_D＝k^-1）相关的倒双层厚度k由以下等式给出：

$\mathrm{\κ}=\sqrt{\frac{200e^2{N}_A{I}_C}{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r{k}_{B}T}},---\left(12\right)$

其中，e是元电荷，N_A为阿伏加德罗（Avogadro）数，I_C为流体的离子强度，ε₀为自由空间的介电常数，ε_r为流体的相对介电常数，且k_BT为热能。

颗粒与表面之间的静电相互作用能取决于倒双层厚度并且由以下等式给出：

E_es＝ZR·exp(-κh)(13)

其中，R为颗粒半径，h为颗粒（底部）与表面之间的距离，且Z由以下等式给出：

$Z={64\mathrm{\π\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r{\left(\frac{k_{B}T}{e}\right)}^2\tanh \left(\frac{2e{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{particle}}}{4k_{B}T}\right)\tanh \left(\frac{2e{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{surface}}}{{4k}_{B}T}\right).---\left(14\right)$

这里，z是电解质化合价，且ψ_particle和ψ_surface分别是颗粒和表面的表面电位。结合至结合表面的颗粒与结合表面之间的静电力因此取决于缓冲剂的离子强度并且能够通过降低流体中的离子浓度来增大。从而，通过修改流体中的离子浓度，能够修改施加于结合至结合表面的颗粒与结合表面之间的结合的应力。力施加单元因此能够适于使得能够修改流体中的离子浓度。能够通过例如在结合装置中插入新的流体，使得新的流体存在于结合表面上来改变离子浓度。例如，分析装置能够适于沿用于将例如血液的原始流体传递到结合表面的相同路径来将新的流体填充到结合装置中，结合装置优选地为盒。

通常，在结合到结合表面的颗粒与结合表面之间也存在范德华相互作用。范德华相互作用能够由以下等式表示：

$E_{\mathrm{vdw}}=-1/6A_{132}[\frac{R}{h}+\frac{R}{h+2R}+\ln \left(\frac{h}{h+2R}\right)]---\left(15\right)$

其中，A₁₃₂是材料3的流体中的材料2的表面上的材料1的颗粒的Hamaker常数。Hamaker常数的值通常约为数个k_BT，并且能够是正的（吸引）或稍微负的（排斥，组要由于表面上存在蛋白质）。结合至结合表面的颗粒与结合表面之间的力是各相互作用项的负梯度，即例如E_es和E_vdw的负梯度。

通过改变Hamaker常数，例如，通过交换流体，能够修改结合的颗粒与结合表面之间的范德华相互作用并且从而，施加至结合的颗粒与结合表面之间的结合的应力。

再次参照图4，物质确定设备19包括结合装置1和分析装置18。结合装置1在此实施例中为包括颗粒和结合表面并适于容纳流体3的盒。分析装置18能够视为读取器并包括感测单元33、颗粒释放曲线确定单元42、结合确定单元40以及物质确定单元41。结合装置1是一次性装置，并且分析装置18是可重复使用装置。

分析装置18还包括输出单元60，用于输出表示流体内的物质的量或浓度的值。输出单元60优选地为显示器。分析装置18还包括控制单元61，用于控制感测单元33、颗粒释放曲线确定单元42、结合确定单元40、物质确定单元41以及输出单元60。

如上面已经提到的，结合装置1优选地为盒，用于容纳例如血液、唾液或尿液的流体，用于过滤流体，并用于将过滤的流体传递到盒的感测部位。盒是一次性的并且适于仅单次使用。分析装置18适于与不同的盒使用数次。从而，例如血液、唾液或尿液的流体3放置于结合装置1的过滤元件2上，对流体3进行过滤，并且将过滤的流体传递到感测位置7。结合装置1，在此实施例中即盒，布置在分析装置18中，并且通过分析装置18来分析感测位置处的流体3内的物质。在使用结合装置1后，优选地将其丢弃，而分析装置18用于下一分析程序。

分析装置18的数个单元优选地布置在外壳64内，外壳64示意性和示范性地示于图13中，并且能够包括抓握部分（grippart）63，用于容许用户在分析流体中的物质时将分析装置18握在手中。外壳64包括容纳部62，用于容纳结合装置1。在其它实施例中，外壳64能够具有其它形状。

分析装置18的数个单元也能够布置在不是手持式外壳的外壳内。例如，分析装置的外壳能够适于立于台等上。

以下，将参照图14中所示的流程图示范性地描述用于确定流体内的物质的物质确定方法。

在步骤101中，将流体样品，特别是血液样品，布置在过滤元件2上。

在步骤102中，通过过滤元件2过滤流体，并且在步骤103中，通过毛细结构的连接通道和引导通道生成的毛细力将过滤的流体传递至感测位置7。

在执行步骤101至103之前、之时或之后，已经将结合装置1引入到分析装置18中。在感测位置7，设置涂覆有联接至存在于流体中的目标分子，即物质，的特定抗体的磁性颗粒。它们与过滤的流体混合，并且在步骤104中，具有特定抗体的磁性颗粒联接至流体内的目标分子。

在步骤105中，控制磁性单元，使得迫使感测位置7处的磁性颗粒在结合阶段中到达结合表面30上。具有联接的目标分子的磁性颗粒结合至结合表面30，并且在步骤106中，在冲洗阶段中，控制磁性单元，使得磁力促使磁性颗粒远离结合表面30。这将未结合的颗粒从结合表面去除，并且使结合处于应力下。在结合处于应力下时，根据结合的颗粒生成时间感测信号。时间感测信号是例如第一探测器21生成的FTIR信号，或第二探测器27生成的DFM信号。第二探测器27生成的DFM信号也能够用作感测信号和位置信号，或者，在第一探测器21生成的FTIR信号用作感测信号时，第二探测器27生成的DFM信号能够仅用作位置信号。优选地如以上参照图4描述地生成感测信号和位置信号。

在步骤107中，根据以上作为例如FTIR信号或作为结合事件的寿命的直方图描述的时间感测信号，生成表示结合的颗粒从结合表面的释放的颗粒释放曲线，直方图能够基于DFM信号来确定。在其它实施例中，也能够在结合阶段中确定结合事件的寿命，其中，能够作为在结合阶段确定的结合事件的寿命的直方图确定颗粒释放曲线。在此情况下，在结合阶段中，磁性单元提供力，用于促使磁性颗粒朝向结合表面和远离结合表面，以容许感测单元如上所述地确定表示结合事件的开始时刻和结束时刻的感测信号。

在步骤108中，基于优选地为FTIR信号的颗粒释放曲线的时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由特定结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。特别是，根据施加至颗粒以使结合处于应力下的力来确定校正因子c(F)，并且拟合等式(11)的拟合函数以生成用于确定小部分f的感测信号，优选地根据等式(10)来使用f，以确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的部分。在实施例中，也能够通过使用优选地为DFM信号的位置信号来确定颗粒的位置，其中，确定的位置用于确定颗粒-颗粒影响，并且其中，基于施加的力和确定的颗粒-颗粒相互作用来确定校正因子。

在步骤109中，基于颗粒释放曲线的确定的部分来确定流体内的物质的浓度和/或量。物质确定单元能够使用颗粒释放曲线的确定的部分与流体内的物质的浓度和/或量之间的赋值，其中，能够通过如以上更详细地描述的校准来确定赋值。

在步骤110中，流体内的确定的物质，特别是，物质的确定的量和/或浓度，示于输出单元60上。

步骤101至105能够示为结合方法的步骤，且步骤106至109能够示为分析方法的步骤。

虽然在以上描述的实施例中，已经将具有表示一定种类的结合的一定时间常数的指数衰减曲线的线性组合拟合到颗粒释放曲线，用于确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分，也能够通过使用另外的拟合程序来确定颗粒释放曲线的此部分。通常，结合确定单元能够适于提供具有表示第一种类的结合的第一时间特性的第一预定拟合释放曲线和具有表示第二种类的结合的第二时间特性的第二预定拟合释放曲线。结合确定单元还优选地适于通过将第一预定拟合释放曲线和第二预定拟合释放曲线的线性组合拟合到确定的颗粒释放曲线来将第一预定拟合释放曲线和第二预定拟合释放曲线拟合到确定的颗粒释放曲线，其中，将拟合的第一预定释放曲线和拟合的第二预定释放曲线之一确定为颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。在实施例中，第一预定拟合释放曲线是具有表示特定结合的特定时间特性的特定校准曲线，且第二预定拟合释放曲线是具有表示非特定结合的非特定时间特性的非特定校准曲线。能够通过以下等式来描述优选的拟合程序：

N(t)=f*g_spec(t)+(1-f)*g_nonspec(t).(16)

在等式(16)中，g_spec(t)表示特定校准曲线并且g_nonspec表示非特定校准曲线。通过执行拟合程序，与特定校准曲线相乘的特定地结合的颗粒的小部分f能够视为已经基于颗粒释放曲线的特定部分确定的流体内的确定的物质，或者能够基于小部分f与特定校准曲线的乘积将流体内的物质的浓度或量确定为流体内的物质。

能够将校准曲线定义为：真实测量的曲线，例如定义为具有测量的值的表格；或参数曲线，其中，通过将参数曲线拟合到测量的曲线来确定参数。参数曲线能够是描述测量的数据的任何模型，诸如多项式、傅立叶级数、指数地衰减的信号等的线性叠加。特别是，只要存在特定地结合的颗粒，就能够确定特定校准曲线，并且只要存在非特定地结合的颗粒，就能够确定非特定校准曲线。

在另外的实施例中，对已知物质浓度确定多个颗粒释放曲线，其中，这些测量的颗粒释放曲线示为浓度校准曲线。当确定具有未知浓度的颗粒释放曲线时，能够使用具有已知物质浓度的浓度校准曲线根据插值来确定浓度。如在先前的实施例中，能够使用一定的数学函数来参数化具有已知浓度的物质的颗粒释放曲线，在一定浓度产生一组参数值。接下来，测量未知物质的释放曲线，并且使用相同的数学函数来参数化该释放曲线，得到一组参数。使用参数化的浓度校准曲线的参数，经由一个或多个那些参数的插值，能够确定未知浓度。

上述校准曲线能够是与真实物理或化学模型不具有任何关系的任意数学模型。然而，数学模型也能够以更精确的方式描述该现实，如对于指数衰减函数的线性叠加的情况。在此情况下，也能够根据拟合提取例如时间常数或反应常数的物理或化学参数。以上更详细地描述了指数衰减函数的线性叠加至确定的颗粒释放曲线的该拟合。

物质确定设备优选地为能够用于校正非特定结合的磁生物传感器。物质确定设备优选地基于能够以电磁场来致动的纳米颗粒。纳米颗粒优选地是以能够结合特定分析物分子的抗体功能化的磁珠。磁珠被吸引至结合表面，其中，结合的磁珠的数量与存在于流体样品中的分析物分子的量直接相关或反相关（inverselyrelated）。于是，优选地，通过使用对靠近结合表面的珠子比对更远离结合表面的珠子更敏感的技术来探测珠子。物质确定设备优选地使用上述FTIR技术和DFM技术。使用这些技术，对纳米颗粒的敏感性随距表面的距离增大指数降低。通常，如果颗粒与结合表面之间的距离较大，则对应的感测信号将更小。然而，感测信号也能够定义为使得靠近结合表面的颗粒比更远离结合表面的颗粒生成更小的信号。

结合装置能够是为生物测定的载体的光学盒，包括为光学标签的颗粒，该光学标签优选地为借助于散射和/或荧光提供光学对比的显微超顺磁标签。

虽然在以上描述的实施例中，已经使用全内反射来感生消逝场，但是在其它实施例中，能够使用其它技术来感生消逝场，例如能够使用光栅耦合或波导耦合。

虽然在参照图4描述的上述实施例中，已经使用了显微镜物镜32和成像透镜26，但是在其它实施例中，能够使用用于对光子进行收集和成像的其它光学元件。物镜透镜位于结合装置的底侧，在马蹄形致动磁体23之下。来自光学标签的光子在由物镜透镜捕获之前，传输通过两个马蹄形磁体23之间的气隙。物镜透镜具有容许将单独的光学标签成像到为例如CCD相机的第二光探测器27上的数值孔径。

虽然在上述实施例中，分析装置是手持式装置，但是在其它实施例中，分析装置也能够是布置在例如台上的独立系统。

在流体内存在数个物质时，物质确定设备能够适于确定已经联接至一定物质的颗粒的量和/或浓度，其中，已经联接至这些不同物质的颗粒能够结合到结合表面，并且其中，通过使用不同的时间特性来区分已经联接至不同物质的结合的颗粒。

在上述实施例中，流体优选地为血液。在其它实施例中，流体能够是任何其它流体，特别是，其它体液，例如唾液或尿液。用于结合装置和用于分析装置的优选应用是在护理点诊断领域，特别是，基于指刺血液样品，例如心脏标识探测应用。但是，如上所述，结合装置也能够适于与例如用于药物滥用的唾液的其它流体一起使用。

在以上描述的实施例中，分析装置设备使用消逝场技术来确定表面上的磁性颗粒的量。在其它实施例中，能够使用其它技术来确定这些颗粒。例如，能够使用磁方法、声探测、电探测以及其组合。此外，基于对传感器表面上或附近的颗粒的磁性质的探测，分析装置能够包括任何传感器。分析装置能够适于探测经常确定较大半体的浓度和/或存在的分子目标，较大半体例如为细胞、病毒、细胞的小部分或病毒的小部分、组织提取物等。能够通过感测方法直接探测磁性颗粒。同样，还能够在探测之前处理颗粒。进一步处理的范例是添加材料或修改磁性标签的化学、生物化学或物理性质来方便探测。分析装置能够适于与数个生化测定类型一起工作，生化测定类型例如是结合/非结合测定、夹心测定、竞争测定、移位测定、酶测定等。结合装置和分析装置能够适于：传感器复用，即不同传感器和传感器表面的并行使用；标签复用，即不同类型的标签的并行使用；以及腔室复用，即不同反应腔室的并行使用。结合装置和分析装置能够用作用于小样品体积的迅速、鲁棒、且易于使用的护理点生物传感器。感测腔优选地是与分析装置一起使用的一次性盒的部分，分析装置包含一个或多个磁场生成构件，即磁性单元，并包括一个或多个探测构件。结合装置和分析装置能够优选地适于用于自动高吞吐量测试中。

颗粒优选地为优选地为纳米颗粒的磁珠，该纳米颗粒的至少一个维度在3nm和5000nm之间的范围，优选地在10nm与3000nm之间的范围，更优选地在50nm与1000nm之间的范围。

虽然在上述实施例中，已经描述了一定的结合装置和一定的分析装置，但是在其它实施例中，结合装置和分析装置能够具有其它结构。例如，结合装置能够刚好包括结合表面。或者，能够使用其它种类的过滤器，或能够使用其它通道结构来将过滤的流体从过滤位置传递至感测位置。

虽然在上述实施例中，物质确定设备包括结合装置和分析装置，但是在另外的实施例中，物质确定设备能够是集成的设备，至少包括：颗粒、结合表面、感测单元、结合确定单元以及物质确定单元。

物质确定设备优选地适于通过以下各项来确定由特定地结合的颗粒引起的生成的感测信号的小部分，以确定颗粒释放曲线的由特定地结合的颗粒引起的小部分：a)使用物理力，该物理力增强最弱结合的颗粒的解吸附至使得感测信号改变在测量的时间帧（frame）内可探测，即在感测时间内可探测，的水平；b)通过使用校正因子，补偿物理力的时间相关性；以及c)使用总颗粒释放曲线的拟合方法。为补偿物理力的时间相关性，从位置信号获得的关于颗粒的平面内和竖直位置的信息能够用于借助于数字实时计算来估计单独颗粒上的时间相关的力。时间相关的力能够用于确定时间相关的校正因子，用于校正颗粒释放曲线的时间特性的时间常数，由此补偿物理力的时间相关性。

根据对附图、说明书和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施声称的发明时，能够理解并进行对公开的实施例的其它更改。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。

单个单元或装置可以履行权利要求中记载的数项的功能。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的仅有的事实不表示不能有利地使用这些措施的组合。

例如根据生成的时间感测信号的颗粒释放曲线的确定、颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分的确定、以及基于一个或数个单元或装置执行的颗粒释放曲线的确定的部分的流体内的物质的确定的确定能够由任何其它数量的单元或装置来执行。例如，步骤106至109能够由单个单元或由任何其它数量的不同单元来执行。根据分析方法的物质确定设备，特别是，分析装置，的确定和/或控制能够实施为计算机程序和/或专用硬件的程序代码模块。

计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如光学存储介质、或固态介质，该合适的介质与其它硬件一起供应或作为其它硬件的部分供应，但是计算机程序也可以以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线通信系统。

权利要求中的任何参考符号不应视为限制范围。

本发明涉及用于确定流体内的物质的物质确定设备和方法。颗粒联接至物质并结合至结合表面，其中，确定表示结合的颗粒从结合表面的释放的颗粒释放曲线，并且基于颗粒释放曲线的时间特性来确定颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至结合表面的颗粒引起的部分。基于颗粒释放曲线的该部分确定流体内的物质。因此能够基于经由一定种类的结合结合至结合表面的颗粒来确定物质，即其它种类的结合基本不影响物质的确定，由此提高了确定物质的精度。

Claims (13)

1.一种用于确定流体(3)内的物质的物质确定设备，所述物质确定设备(19)包括：

-颗粒(17)，用于联接至所述流体(3)内的所述物质；

-结合表面(30)，用于在所述颗粒(17)已经联接至所述物质时，结合所述颗粒(17)，其中，所述颗粒能够以不同种类的结合结合至所述结合表面(30)；

-感测单元(33)，用于感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17)，其中，所述感测单元(33)适于根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元(42)，用于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面(30)的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元(40)，用于基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-物质确定单元(41)，用于基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

2.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述感测单元(33)适于根据在所述结合表面(30)的预定区域上累积的所结合的颗粒来生成时间感测信号，其中，所述颗粒释放曲线确定单元(42)适于将所生成的时间感测信号确定为所述颗粒释放曲线。

3.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述颗粒释放曲线确定单元(42)适于：

-根据所生成的感测信号来确定所述结合表面(30)上的所述颗粒的结合的寿命；

-生成所确定的寿命的直方图；以及

-根据所生成的直方图来确定所述颗粒释放曲线。

4.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述感测单元(33)包括力施加单元(23，24)，用于向所述颗粒施加力，以在感测所述颗粒时，使所述颗粒与所述结合表面(30)之间的结合处于应力下。

5.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述结合确定单元(40)适于：

-提供具有表示第一种类的结合的第一时间特性的第一预定拟合释放曲线以及具有表示第二种类的结合的第二时间特性的第二预定拟合释放曲线；

-通过将所述第一预定拟合释放曲线和所述第二预定拟合释放曲线的线性组合拟合到所确定的颗粒释放曲线来将所述第一预定拟合释放曲线和所述第二预定拟合释放曲线拟合到所确定的颗粒释放曲线，

-将所拟合的第一预定释放曲线和所拟合的第二预定释放曲线之一确定为所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的所述部分。

6.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述结合确定单元(40)适于将所述颗粒释放曲线的时间常数确定为所述颗粒释放曲线的所述时间特性，其中，所述时间常数由结合至所述结合表面(30)的所述颗粒的反应常数来定义，并且其中，所述结合确定单元(40)适于将所述颗粒释放曲线的随至少一个所确定的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面(30)的颗粒引起的所述部分。

7.根据权利要求6所述的物质确定设备，其中，所述感测单元(33)包括力施加单元(23，24)，用于向所述颗粒施加力，以在感测所述颗粒时，使所述颗粒与所述结合表面(30)之间的结合处于应力下，其中，所述结合确定单元(40)适于基于所施加的力来针对所施加的力的影响对所述时间常数进行校正，并且适于将所述颗粒释放曲线的随至少一个所校正的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面(30)的颗粒引起的所述部分。

8.根据权利要求6所述的物质确定设备，其中，所述颗粒是具有磁性质的磁性颗粒，它们磁性地影响彼此，由此影响所述时间常数，其中，所述感测单元(33)适于生成表示所述颗粒的位置的时间位置信号，其中，所述结合确定单元(40)适于：

-根据所生成的时间位置信号来确定不同时间所述颗粒的所述位置；

-基于在所述不同时间所述颗粒的所确定的位置和磁性质来确定磁性颗粒-颗粒影响；

-根据在所述不同时间的所确定的磁性颗粒-颗粒影响来校正所述时间常数；

-将所述颗粒释放曲线的随至少一个所校正的时间常数改变的部分确定为所述颗粒释放曲线的由经由所述预定种类的结合结合至所述结合表面(30)的颗粒引起的所述部分。

9.根据权利要求8所述的物质确定设备，其中，所述感测单元(33)包括：光源(20)，用于生成被导引至所述结合表面(30)以生成消逝场的辐射(28)；以及光探测器(21，27)，用于探测来自与所述结合表面(30)平行或由所述结合表面(30)定义的探测平面(56)的光(29，31)，其中，通过影响所述消逝场，所述探测平面(56)中的所述颗粒已影响所探测的光，其中，所述位置信号是根据所探测的被影响的光生成的并表示所述探测平面(56)内所述颗粒的所述位置。

10.根据权利要求9所述的物质确定设备，其中，所述光探测器(21，27)适于相对于所述结合表面(30)移动所述探测平面(56)，以生成表示所述颗粒相对于所述结合表面(30)的高度位置的所述位置信号。

11.一种用于与结合装置配合以确定流体内的物质的分析装置，所述结合装置包括：

-颗粒(17)，用于联接至所述流体(3)内的所述物质；

-结合表面(30)，用于在所述颗粒(17)已经联接至所述物质时，结合所述颗粒(17)，其中，所述颗粒能够以不同种类的结合结合至所述结合表面；

所述分析装置包括：

-感测单元(33)，用于感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17)，其中，所述感测单元(33)适于根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-颗粒释放曲线确定单元(42)，用于根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面(30)的释放的颗粒释放曲线；

-结合确定单元(40)，用于基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-物质确定单元(41)，用于基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

12.一种用于确定流体内的物质的物质确定方法，所述物质确定方法包括：

-将颗粒(17)联接至所述流体内的所述物质；

-在所述颗粒已经联接至所述物质时，将所述颗粒结合至结合表面(30)，其中，所述颗粒以不同种类的结合结合至所述结合表面；

-感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17)，其中，根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。

13.一种用于与结合方法配合以确定流体内的物质的分析方法，所述结合方法包括：

-将颗粒(17)联接至所述流体内的所述物质；

-在所述颗粒已经联接至所述物质时，将所述颗粒结合至结合表面(30)，其中，所述颗粒以不同种类的结合结合至所述结合表面(30)；

所述分析方法包括：

-感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17)，其中，根据所结合的颗粒来生成时间感测信号；

-根据所生成的时间感测信号来确定表示结合的颗粒从所述结合表面的释放的颗粒释放曲线；

-基于所述颗粒释放曲线的时间特性来确定所述颗粒释放曲线的由经由预定种类的结合结合至所述结合表面的颗粒引起的部分；

-基于所述颗粒释放曲线的所确定的部分来确定所述流体内的所述物质。