CN102667452B - 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。颗粒附着到所述物质并结合到结合表面（30），其中，根据结合的颗粒生成感测信号。从所生成的感测信号确定指示颗粒在结合表面（30）上的结合的结合事件，并基于所述确定的结合事件确定所述流体内的所述物质。在确定流体内的物质的流程期间，颗粒可以结合到所述结合表面，并且可以离开所述结合表面。因此，在这一流程期间结合事件的数量可以被确定为远大于结合的颗粒的数量。因此流体内的物质的确定能够基于非常大的数据总量，从而提高流体内的物质的确定的准确度。

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。本发明还涉及用于彼此协作以确定流体内的物质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

WO 2009/093160 A1公开了一种用于检测与样本中的目标成分相关的感兴趣参数的传感器系统。该传感器系统包括具有接触表面和一定量的指示物颗粒的采样室，可以在所述样本室中提供样本，所述指示物颗粒可以分布在样本中并且不直接地结合到接触表面或者经由目标成分结合到接触表面。该传感器系统还包括用于在邻近接触表面的区域直接或暗含地确定指示物颗粒与所述接触表面之间的距离的传感器元件。 

WO 2009/098623 A1公开了一种基于能够使用电磁场致动的磁珠的磁性生物传感器。利用抗体使所述磁珠功能化，所述抗体能够结合样本中的特异性分析物分子。将珠粒吸引到传感器表面，其中，结合的珠粒的数量与样本中存在的分析物分子的量直接相关或逆相关。然后通过基于受抑全内反射（FTIR）的技术来检测珠粒。 

发明内容

本发明的目的在于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，其允许提高确定物质的准确度。本发明的另一目的在于提供用于彼此协作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中，提出了一种用于确定流体内的物质的物质确定设备，其中，所述物质确定设备包括： 

-颗粒，其用于附着到流体内的物质， 

-结合表面，其用于在所述颗粒已附着到所述物质的情况下结合所述颗粒， 

-感测单元，其用于感测结合表面上的颗粒，其中，所述感测单元适于根据结合的颗粒生成感测信号， 

 结合事件确定单元，其用于从所生成的感测信号确定指示颗粒在所 述结合表面上的结合的结合事件， 

-物质确定单元，其用于基于所确定的结合事件确定流体内的物质。 

在现有技术中，感测结合的颗粒并基于结合的颗粒确定流体内的物质，特别是所述流体内的物质的量、浓度或性质，特别是分子性质，如结合反应常数。然而，在确定流体内的物质的流程期间，颗粒可以结合到结合表面并且可以离开结合表面。因此，在这一流程期间，能够确定结合事件的数量，其远大于结合的颗粒的数量。流体内的物质的确定因此能够基于非常大量的数据，由此允许物质确定单元提高确定流体内的物质的准确度。 

物质确定设备优选是磁性生物传感器，其中，颗粒是标记所述物质的磁珠，即纳米颗粒。所述磁珠优选利用附着要素（element）功能化，所述附着要素能够被附着到例如为特异性分析物分子的物质上。所述附着要素例如是抗体、蛋白质、DNA、适体等。物质确定设备优选适于执行夹心免疫分析。 

物质确定设备优选包括用于将磁珠吸引到结合表面和/或用于将磁珠拖离结合表面的磁性单元。 

感测单元可以是使用允许根据结合的颗粒生成感测信号的技术的任何单元。 

结合事件可以例如由颗粒从非结合状态到结合状态的转换（U=>B）、颗粒从结合状态到非结合状态的转换（B=>U）来表征，或者可以表征为结合事件的寿命，所述结合事件的寿命被定义为（U=>B）转换与（B=>U）转换之间经历的时间。结合事件确定单元因此能够适于确定例如在特定时间每单位时间内的（U=>B）转换的数量，以确定颗粒到达率；或者适于确定在特定时间每单位时间内的（B=>U）转换的数量，作为颗粒解吸率。此外，结合事件确定单元能够适于将结合事件的寿命确定为（U=>B）转换的开始时刻与（B=>U）转换的结束时刻之间经历的时间。如果在感测信号的测量的结束时，具体而言，在清洗阶段的结束时，颗粒仍然是结合的，那么结束时刻可以被定义为停止感测信号的测量的时刻。优选地，感测单元适于使得所生成的感测信号指示结合事件，具体而言，单结合事件的开始时刻和结束时刻，其中，结合事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定单结合事件的开始时刻和结束时刻来确定结合事件的寿命。具体而言， 感测单元适于生成结合表面在不同时间的图像作为感测信号，其中，图像示出了在某一时间颗粒在结合表面的哪些位置处被结合，其中，结合事件确定单元适于通过在时间上比较连续的图像来确定开始时刻和结束时刻。这允许通过简单地在时间上比较连续的图像以小的计算量来确定结合事件和结合事件的寿命。所述位置优选是结合在结合表面上的颗粒的平面内位置，即，由结合表面限定的或者与结合表面平行的平面内的颗粒的位置。 

物质确定单元优选适于确定流体内的颗粒的量或浓度。 

感测单元优选包括：光源和光检测器，所述光源用于生成被导向到结合表面以生成渐逝场的辐射，所述光检测器用于检测来自结合表面的光，其中，结合在结合表面上的颗粒通过影响渐逝场来影响所检测的光，并且其中，所述图像是根据所检测到的受影响的光生成的。优选地，渐逝光被结合在结合表面上的颗粒散射，并且由光检测器来检测所散射的光。 

光源优选包括用于激励渐逝场的发光二极管或激光器。 

感测单元优选包括用于收集由结合表面上的结合的颗粒散射的渐逝场的光的物镜，其中，所收集的散射光通过如成像透镜的成像单元被成像到如CCD或CMOS照相机的二维光检测器上。这允许使用暗场显微镜检查（DFM），以生成感测信号。 

进一步优选地，物质确定单元适于生成结合事件的寿命的直方图以及基于所述直方图确定流体内的物质。优选地，物质确定单元适于： 

-根据直方图的时间特性，确定指示特定种类的结合的直方图的部分， 

-基于所确定的指示特定种类的结合的直方图的部分来确定流体内的物质。直方图的时间特性例如能够通过叠加具有不同时间常数的指数衰减曲线来定义。指数衰减曲线的这种叠加能与直方图拟合，其中，相应指数衰减函数的时间常数和幅度可以是拟合参数。优选地，物质确定单元包括一个或若干时间常数与特定种类的结合之间的分配关系。具有被分配到特定种类的结合的时间常数的指数衰减曲线或具有被分配到特定种类的结合的时间常数的多条指数衰减曲线的组合优选被确定为指示所述特定种类的结合的直方图的部分。所述特定种类的结合例如是颗粒的特异性结合。 

在实施例中，物质确定单元适于： 

-提供拟合曲线，其包括以下的组合：a）具有预定寿命的结合事件的 第一数量与具有第一时间常数的第一指数衰减拟合曲线的第一乘积，和b）具有预定寿命的结合事件的第二数量与具有第二时间常数的第二指数衰减拟合曲线的第二乘积， 

-将拟合曲线与直方图拟合，其中，结合事件的第一数量、第一时间常数、结合事件的第二数量和第二时间常数是拟合参数， 

-根据具有结合事件的拟合的第一数量和第一时间常数的第一指数衰减拟合曲线和具有结合事件的拟合的第二数量和第二时间常数的第二指数衰减拟合曲线中的至少一个，来确定指示特定种类的结合物质的直方图的部分。因此，拟合曲线优选是若干指数衰减曲线的线性组合，其与直方图拟合。然后优选基于一个或若干拟合的指数衰减曲线来确定流体内的物质，尤其是所述物质的浓度或量。颗粒与结合表面之间的不同种类的结合可以导致由不同反应常数k_脱离定义的不同时间常数。因此，通过根据一个或若干指数衰减拟合曲线确定流体内的物质，即例如确定所述物质的量和/或浓度，能够根据结合的种类，例如根据结合的强度，来确定所述物质。例如，为了确定所述物质，可以仅考虑结合事件，其对应于一种或若干种特定种类的结合。在流体中的不同种类的颗粒以不同种类的结合与结合表面结合的情况下，这允许例如在它们之间进行区分。此外，这允许在特异性和非特异性结合之间进行区分，其中，物质确定单元能够适于仅利用特异性结合事件，以确定所述物质。这进一步改善了确定流体内的物质的准确度。 

具体而言，当测量低分析物浓度时，通常通过针对低浓度获得的信号和针对不包含分析物的空白测量获得的信号来确定灵敏度。观察到，空白测量的信号不仅取决于仪器噪声，而且还有由结合到表面的颗粒生成的独立于分析物的存在的额外的信号，即由非特异性结合生成的额外的信号。由于这种非特异性结合能够发生，提高每颗粒的仪器信号可能无法提高总体灵敏度，因为针对非特异性结合的信号可能也被提高了。但是，由于物质确定单元能够适于仅考虑特异性结合事件，如上文已经提到的，确定流体内的物质的准确度能够得到进一步改善。 

特异性结合的颗粒优选是附着到所述物质并已结合到结合表面的颗粒。具体而言，特异性结合优选是依赖于所述物质的存在的结合，即其优选描述结合，其中，颗粒已附着到所述物质并且被结合到结合表面，而非 特异性结合优选是不依赖于所述物质的存在的结合，即其优选描述颗粒在结合表面上的存在，其中，所述颗粒未附着到所述物质。物质确定单元能够适于确定结合表面上的特异性结合的颗粒的量。 

进一步优选地，物质确定单元适于通过关于寿命区分直方图并将所区分的直方图与所述寿命相乘来修改所述直方图，以确定经修改的直方图具有极值处的极值寿命以及根据所确定的极值寿命来确定所述物质。具体而言，物质确定单元适于：将时间常数确定为所确定的极值寿命的倒数；提供包括具有预定寿命的结合事件的数量与具有确定的时间常数的指数衰减拟合曲线的乘积的组合，以将拟合曲线与直方图拟合，其中，具有预定寿命的结合事件的数量是拟合参数；以及根据具有预定寿命的结合事件的拟合的数量与具有确定的时间常数的指数衰减拟合曲线的乘积中的至少一个，来确定指示所述特定种类的结合的直方图的部分。拟合曲线优选与未经修改的直方图拟合。 

极值寿命和对应的时间常数指示相应种类的结合。因此，能够在不同种类的结合之间进行区分，其中，不同的极值寿命和对应的时间常数能够用于在例如不同种类的颗粒和/或特异性和非特异性结合的颗粒之间进行区分。这允许物质确定单元根据一个或若干所确定的极值寿命或对应的一个或若干时间常数来确定特定种类的颗粒和/或特异性结合的颗粒的量和/或浓度。 

如上文所提到的，由相应种类的结合的反应常数k_脱离定义时间常数，并由此定义对应的极值寿命。反应常数k_脱离指定了释放事件中相应的结合的每秒的释放率。例如，强的结合将具有例如10^-5s^-1的低释放率，而弱的结合将具有例如10^-2s^-1的高释放率。释放率以及由此反应常数k_脱离的这种差异能够用于在特异性与非特异性结合之间进行区分。 

进一步优选地，感测单元包括力施加单元，其用于将力施加至颗粒，以将颗粒与结合表面之间的结合置于应力下，同时感测所述颗粒。通过将力施加至颗粒，以将颗粒与结合表面之间的结合置于应力下，同时感测所述颗粒，能够修改结合事件的开始时刻和/或结束时刻。能够将力施加至颗粒，使得不同种类的结合之间的差异更为明确，例如，使得指示不同种类的结合的不同时间常数能够被更容易地确定，具体而言，能够被更容易地 彼此分离。能够通过校准来确定优选的力。 

力施加单元优选是用于将磁力施加至结合到结合表面的颗粒的磁性单元。颗粒优选是能够由磁场施力的颗粒。磁性单元能够适于使得颗粒能够被吸向结合表面或被拖离结合表面。磁性单元还能够适于修改结合的颗粒的平面内位置，即适于在平行于结合表面的横向方向上移动颗粒。此外，磁性单元能够适于使得能够修改颗粒（优选是磁性颗粒）的取向。 

此外或备选地，力施加单元能够适于将另一力施加至颗粒，以将颗粒与结合表面之间的结合置于应力下。例如，力施加单元能够适于施加流体力、静电力、声学力等至结合到结合表面的颗粒。具体而言，能够修改流体的离子含量，以修改结合到结合表面的颗粒与结合表面的距离，由此修改施加至结合的应力。 

物质确定设备优选适于提供结合阶段和清洗阶段。在结合阶段中，力施加单元迫使颗粒朝向结合表面，以便允许颗粒结合到结合表面，并且优选以交替的方式迫使未结合的颗粒远离所述结合表面，即在结合阶段中优选力施加单元迫使颗粒交替地朝向结合表面和远离结合表面。在结合阶段中，颗粒能够结合到结合表面并且能够断开结合。在随后的清洗阶段中，力施加单元对颗粒施加力，其仅促使颗粒离开结合表面，由此将未结合的颗粒清洗离开所述结合表面并将结合的颗粒与结合表面之间的结合置于应力下。在清洗阶段中优选不生成新的结合，并且还从结合表面释放结合的颗粒。感测单元能够适于在结合阶段期间和/或在清洗阶段期间感测结合表面上的颗粒，其中，结合事件确定单元能够适于在结合阶段和/或在清洗阶段中根据所生成的感测信号来确定结合事件的寿命。在一个实施例中，形成了结合事件的寿命的直方图，其与结合阶段和/或清洗阶段有关，并且能够通过将指数衰减曲线与直方图拟合来确定时间常数，并由此确定对应的反应常数。物质确定单元然后优选基于拟合结果，具体而言，基于拟合的时间常数，并由此基于拟合的反应常数，来确定流体内的物质。物质确定设备因此能够适于基于结合阶段和/或清洗阶段中的结合事件和寿命来确定流体内的物质。 

物质确定单元能够包括时间常数与特定种类的结合之间的分配关系以及指示特定种类的结合的直方图的部分的幅度与流体内的对应物质的量和 /或浓度之间的分配关系。时间常数与特定种类的结合之间的分配关系能够用于确定指示特定种类的结合的直方图的部分，并且指示特定种类的结合的直方图的部分的幅度与流体内的对应物质的量和/或浓度之间的分配关系能够用于确定待确定的相应物质的量和/或浓度。能够通过校准来确定时间常数与特定种类的结合之间的分配。例如，只要存在单已知种类的结合，就能够确定直方图的时间常数。还能够通过校准来确定指示特定种类的结合的直方图的相应部分的幅度与流体内的对应物质的量和/或浓度之间的分配关系，其中，如果流体内的对应物质的量和/或浓度是已知的，那么就确定了指示特定种类的结合的直方图的部分的幅度。 

物质确定单元能够适于从颗粒到达率来确定反应常数k_触及。反应常数k_触及指示特定种类的结合的概率。此外或备选地，物质确定单元能够适于根据颗粒解吸率来确定化学反应常数k_脱离。颗粒解吸率与化学反应常数k_off和所述表面上的颗粒的浓度成比例，并且因此能够用于从颗粒解吸率来确定化学反应常数k_脱离。物质确定单元优选适于基于化学反应常数k_触及和/或k_脱离来确定例如流体内的物质的浓度或量。 

结合事件确定单元能够适于在颗粒的到达和/或吸收都连续存在的条件下，例如，在结合阶段，利用单结合事件分离地构建颗粒到达率、颗粒解吸率和/或颗粒释放曲线。然而，结合事件确定单元还能够适于仅在仅存在到达颗粒的阶段中，例如，在颗粒结合非常好并且不存在解吸收的情况下，来确定颗粒到达率；和/或适于仅在清洗阶段中确定颗粒解吸率和/或颗粒释放曲线。所获得的信息能够由物质确定单元用于确定流体内的物质，即，例如用于确定物质的浓度，或者用于确定如结合强度、亲和性等的物质的化学性质。 

物质确定设备优选包括结合装置，具体而言，试剂盒，其包括颗粒和结合表面并且适于容纳流体；以及分析装置，其可以被视为读取器，包括感测单元、结合事件确定单元和物质确定单元。 

结合装置优选是一次性装置并且分析装置优选是能重复使用的装置。因此，通过对结合装置和分析装置分配功能，物质确定设备的一部分能够被用作一次性装置，而其他部分能够被用作能重复使用的装置。因为流体，其优选是如血液、唾液、尿液的体液样本，被引入到结合装置中，并且因 为结合装置是一次性装置，所述结合装置仅能够使用一次，之后舍弃，即对流体内的物质的确定不受之前测量的杂质的影响。 

在本发明的一方面中，提出了一种用于与分析装置协作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，其用于附着到流体内的物质， 

-结合表面，其用于在颗粒已附着到所述物质的情况下结合所述颗粒， 

所述分析装置包括： 

-感测单元，其用于感测结合表面上的颗粒，其中，感测单元适于根据结合的颗粒生成感测信号， 

-结合事件确定单元，其用于从所生成的感测信号来确定结合事件， 

-物质确定单元，其用于基于所确定的结合事件来确定流体内的物质。 

在本发明的另一方面中，提出了一种用于与结合装置协作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，其用于附着到流体内的物质， 

-结合表面，其用于在颗粒已附着到所述物质的情况下结合所述颗粒。 

所述分析装置包括： 

-感测单元，其用于感测结合表面上的颗粒，其中，感测单元适于根据结合的颗粒生成感测信号， 

-结合事件确定单元，其用于从所生成的感测信号来确定至少颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件， 

-物质确定单元，其用于基于所确定的结合事件来确定流体内的物质。 

所述分析装置优选包括磁性单元，其用于将优选为磁性的颗粒吸到结合表面，以及用于将颗粒拖离结合表面。 

在本发明的另一方面中，提出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如下步骤： 

-将颗粒附着到流体内的物质， 

-在颗粒已附着到所述物质的情况下，将所述颗粒结合到结合表面， 

-由感测单元感测结合表面上的颗粒，其中，根据结合的颗粒生成感测信号， 

-由结合事件确定单元从所生成的感测信号来确定指示颗粒在结合表 面上的结合的结合事件， 

-由物质确定单元基于所确定的结合事件来确定流体内的物质。 

在本发明的另一方面中，提出了一种用于与分析方法协作以确定流体内的物质的结合方法，所述结合方法包括如下步骤： 

-将颗粒附着到流体内的物质， 

-在颗粒已附着到所述物质的情况下，将所述颗粒结合到结合表面， 

所述分析方法包括如下步骤： 

-由感测单元感测结合表面上的所述颗粒，其中，根据结合的颗粒生成感测信号， 

-由结合事件确定单元从所生成的感测信号来确定指示颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件， 

-由物质确定单元基于所确定的结合事件来确定流体内的物质。 

在本发明的另一方面中，提出了一种用于与结合方法协作以确定流体内的物质的分析方法，其中，所述结合方法包括如下步骤： 

-将颗粒附着到流体内的物质， 

-在所述颗粒已附着到所述物质的情况下，将所述颗粒结合到结合表面， 

所述分析方法包括如下步骤： 

-由感测单元感测结合表面上的所述颗粒，其中，根据结合的颗粒生成感测信号， 

-由结合事件确定单元从所生成的感测信号确定指示颗粒在结合表面上的结合的结合事件， 

-由物质确定单元基于所确定的结合事件确定流体内的物质。 

在本发明的另一方面中，提出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，当所述计算机程序在控制物质确定设备的计算机上运行时，所述程序代码模块令权利要求1中限定的物质确定设备执行权利要求12中限定的分析方法的步骤。 

应该理解，根据权利要求1的物质确定设备、根据权利要求9的结合装置、根据权利要求10的分析装置、根据权利要求11的物质确定方法、上述结合方法、根据权利要求12的分析方法和根据权利要求13的分析计 算机程序具有如在从属权利要求所限定的相似和/或相同的优选实施例。 

应该理解，本发明的优选实施例还能够是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。 

参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐述。 

附图说明

在附图中： 

图1示意性和示范性示出了结合装置的截面； 

图2示意性和示范性示出了结合装置的毛细结构； 

图3示意性和示范性示出了结合装置上的顶视图； 

图4示意性和示范性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示意性和示范性示出了特异性结合过程； 

图7示意性和示范性示出了对应于两种不同结合的若干直方图； 

图8示意性和示范性示出了力施加单元，其用于将磁力施加至颗粒以使得改变所述颗粒的取向； 

图9示意性和示范性示出了引入到分析装置的结合装置；以及 

图10示范性示出了图示用于确定流体内的物质的物质确定方法的流程图。 

具体实施方式

图1示意性和示范性示出了结合装置1，其用于结合必须在流体3内确定的物质。结合装置1包括用于对流体3进行过滤的过滤器元件2，以及用于生成毛细力的毛细结构5。毛细结构5通过优选利用粘合剂附接至过滤器元件2。在这一实施例中，毛细结构5由两侧有粘性的双面胶制成。 

结合装置1包括过滤器2所处的过滤位置6和能够检测流体内的物质的感测位置7，其中，形成毛细结构5，使得经过滤的流体3由毛细力从过滤位置6被引导到感测位置7。 

毛细结构5包括收集通道8，其将过滤位置6与感测位置7连接，并且 引导通道9位于过滤位置6，其中，引导通道9从连接通道8的末端延伸。在这一实施例中，引导通道9从连接通道8的末端10呈发射状延伸。在图2中更为详细地示意性和示范性示出了毛细结构5。图3示意性和示范性示出了结合装置1上的顶视图，在图1中以截面视图示出了所述结合装置。 

结合装置1包括感测腔14，其位于感测位置7，并且能够在所述感测腔内检测流体3的物质。这一感测腔14由结合装置1的第一部分15和第二部分16连同毛细结构5一起形成。另外，第一部分15和第二部分16连同毛细结构一起形成连接通道8。第一部分15和第二部分16优选经由粘合剂，具体而言，经由双面胶，附接到彼此，形成毛细结构5。第一部分15和第二部分16是塑料基底，其为注射成型的并优选对可见光是透明的。第一部分15能够被认为是上层基底、关闭元件或覆盖元件，而第二部分16能够被认为是结合装置1的下层基底或基元件。第一部分15包括用于允许气体离开毛细结构5的排出口39。 

在这一实施例中，过滤器元件2是血液分离过滤器并且结合装置1形成试剂盒，其优选为一次性的。结合装置1优选在定点护理诊断中使用。结合装置1优选适于检测全血样本中的，具体而言，例如25μl的手指刺破样本中的，低浓度生物标记物。感测位置7优选包括免疫测定。具体而言，感测位置7包括用于附着到流体3内的物质的颗粒群17，其中，如果流体3处在感测位置7，那么颗粒群与流体3混合，并且颗粒附着流体3内的物质。颗粒群17还能够位于感测位置7与过滤位置6之间。 

图4示意性和示范性示出了物质确定设备19，其包括结合装置1和分析装置18。结合装置1已被插入到分析装置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感测信号。分析装置18还包括用于从所生成的感测信号确定指示颗粒在结合表面上的结合的结合事件的结合事件确定单元34，以及用于基于所确定的结合事件确定流体内的物质的物质确定单元40。优选地，物质确定单元40适于基于所确定的结合事件确定流体内的物质的量和/或浓度。 

物质确定设备19是磁性生物传感器，其中，所述颗粒是磁珠，即纳米颗粒，其通过附着到所述物质来标志所述物质。为了附着所述物质，利用 附着要素使磁珠功能化，所述附着要素能够被附着到例如为特异性分析物分子的物质。在这一实施例中，附着要素是抗体。然而，附着要素还可以是蛋白质、DNA、适体等。 

感测单元33包括用于将磁性颗粒吸到结合表面30以及用于将磁性颗粒拖离结合表面30的磁性单元23、24。所述磁性单元包括马蹄形磁体23以及第二磁体24，其中所述马蹄形磁体优选在结合装置被插入到分析装置中的情况下在结合装置1的一侧为平面布置，而所述第二磁体在结合装置被插入到分析装置中的情况下被布置在结合装置1的相对侧。磁体单元23、24是用于将力施加至结合到结合表面30的颗粒的力施加单元。 

感测单元33优选适于使得所生成的感测信号指示单结合事件的开始时刻和结束时刻。具体而言，感测单元33适于生成结合表面30在不同时间的图像作为感测信号，其中，图像示出了某一时间颗粒在结合表面30上的哪些位置处被结合。 

在这一实施例中，感测单元33包括用于生成辐射28的光源20，例如发光二极管或激光器，所述辐射被导向结合表面30以在结合表面30上生成渐逝场。结合表面30上的渐逝场受到结合到结合表面的颗粒的影响，由此影响包括在试剂盒表面被全内反射的光的反射光束31，以及包括由结合到结合表面30的颗粒散射的渐逝场的光的散射光束29。反射光31由物镜25成像到第一光检测器21上，所述第一光检测器优选是CCD照相机。散射辐射由显微镜物镜32收集并由成像透镜26成像到第二检测器27上。第二检测器27优选也是CCD照相机。第一检测器21和第二检测器27生成感测信号，所述感测信号被提供到结合事件确定单元34，以从所生成的感测信号确定指示颗粒在结合表面30上的结合的结合事件，具体而言，确定结合事件的寿命。第一检测器21的感测信号基于FTIR而由第二检测器27生成的感测信号基于DFM。 

第一检测器21和第二检测器27的感测信号中的至少一个形成结合表面在不同时间的图像，其示出了在不同时间颗粒结合在结合表面30上的哪些位置。感测单元能够仅包括用于检测第一检测器或第二检测器的感测信号的元件，即能够忽略用于检测FTIR感测信号的检测系统或用于检测DFM感测信号的检测系统。在优选实施例中，感测单元仅包括用于基于由结合 到结合表面的颗粒散射的渐逝场的光生成DFM感测信号的检测系统。 

在下文中，将简短描述感测信号的生成。如果光束在具有较高折射率的介质（例如第二部分16）与具有较低折射率的介质（例如流体）之间的界面上反射，那么存在特定的临界入射角，大于该角时存在全内反射（TIR）的情况。图4中所示的检测配置（关于折射率和入射角）使得存在入射光束的全内反射。尽管光在这种情况下被全反射，在具有低折射率的介质的非常薄的层中仍然存在光的透射。这被称作渐逝场，其强度在低折射率介质中呈指数衰减，所述介质具有光的波长数量级的特征透射深度。在实践中，透射深度优选小于0.5微米。如果磁性颗粒结合到结合表面30，那么这一优选大约0.5微米的非常薄的第一流体层的光性质被改变，导致反射光束的强度的减小。这是由渐逝光的吸收和散射（FTIR；受抑全内反射）引起的。因此，在检测器21处的光强减小并由此信号减小，而在检测器27处的光强增大并由此信号增大。 

结合事件确定单元34优选适于通过从所生成的感测信号确定在结合表面上的不同位置处的单结合事件的开始时刻和结束时刻来确定结合事件的寿命。具体而言，结合事件确定单元34适于通过在时间上比较由第一检测器21或第二检测器27在不同时间生成的结合表面的连续图像来确定开始时刻和结束时刻。寿命通常取决于结合的种类。 

图5示意性和示范性示出了结合表面30上不同种类的结合。在图5中，虚线35示意性和示范性指示了渐逝场的高度，该高度能够被定义成渐逝场的衰减长度ζ。由A指示的颗粒经由附着要素49、物质36和结合要素38特异性地结合到结合表面30。颗粒B不形成如颗粒A的正常夹心结构（sandwich），但经由附着要素49和结合要素38，即没利用夹心物质，被结合到结合表面30。 

颗粒C经由附着要素49、要素37和结合要素38结合到结合表面30，要素37不是待确定的物质，即不是分析物。颗粒D经由附着要素49直接结合到结合表面上曝光的区域。这意味着，结合表面30包括结合要素38，所述结合要素用于形成如图5中所示出了针对颗粒A的正常夹心。这些结合要素38还结合图5中示出的范例中的颗粒B、C和E。然而，颗粒D经由附着要素49直接结合到结合表面30。 

颗粒E的曝光的区域直接地经由结合要素38结合到结合表面30，即所述颗粒包括用于附着所述物质的附着要素49，其中，颗粒A、B、C、D经由相应颗粒的附着要素49结合到结合表面30。然而，颗粒E不经由附着要素49结合到结合表面30，但颗粒E的曝光的区域经由结合要素38结合到结合表面。 

在图5中，仅颗粒A形成正常夹心结构。因此颗粒A特异性地结合到结合表面30。其他的颗粒B、C、D、E不形成正常的夹心结构并由此非特异性地结合到结合表面30。 

这些不同种类的结合通常涉及不同的寿命。因此，通过确定结合事件的寿命，能够确定相应的结合的种类。 

非特异性结合优选是不依赖于物质的存在，即不依赖于在样本流体中被检测的特异性分析物的存在的任何结合。图5图示了用于夹心免疫分析的特异性与非特异性结合之间的差异。然而，其他种类的分析也能够包括特异性和非特异性结合并且物质确定设备还能够用于在选择另外的分析以确定流体中的物质的情况下，来确定特异性结合的颗粒。 

寿命不仅能够用于在特异性与非特异性结合之间进行区分。不同的寿命也能够用于确定哪种颗粒是结合的，因为寿命还通常取决于结合到结合表面上的颗粒的种类。 

感测单元33适于使得所述感测信号，即由单颗粒引起的信号变化，能够利用由显微镜目镜32收集并由成像透镜26成像到第二光检测器27上的散射光29来进行区分。第二光检测器27包括用于生成结合表面在不同时间的图像的二维检测表面30。如果在图像中的特定位置处检测到结合的颗粒，并且如果在这一位置处在时间上先前的图像中没有检测到颗粒，那么检测到结合事件的开始时刻，而如果在这一位置在稍后的图像中所述结合的颗粒已经消失，则确定这一结合事件的结束时刻。结束时刻与开始时刻之间的差定义了相应结合事件的寿命。因为这些结合事件和对应的寿命是在一段时间内并在整个结合表面上确定的，由结合事件确定单元34能够确定大量的结合事件和对应的寿命。结合事件确定单元34能够形成寿命的直方图并基于所述直方图确定流体内的物质。 

物质确定设备19优选适于提供结合阶段和清洗阶段。在结合阶段中， 力施加单元迫使颗粒朝向结合表面，以便允许所述颗粒被结合到结合表面；以及以交替的方式迫使颗粒远离结合表面，以去除未结合的颗粒。在随后的清洗阶段中，力施加单元对颗粒施加力，该力仅促使颗粒远离结合表面，由此清洗未结合的颗粒离开结合表面并将结合的颗粒与结合表面之间的结合置于应力下。所述应力甚至能够导致结合的颗粒的释放。 

能够在结合阶段或在清洗阶段确定直方图。如果直方图应当在结合阶段中确定，那么在结合阶段中至少在未结合的颗粒已被拖离结合表面的时刻由第二检测器提供结合表面的图像。优选地，比较在结合阶段中未结合的颗粒被拖离结合表面的同时生成的连续图像，以确定结合的寿命。如果在第一图像中的特定位置处颗粒是可见的，而在先前的图像中的同一位置处颗粒是不可见的，那么能够检测到开始时刻的时间。如果在第二图像中的特定位置处颗粒是可见的，并且如果在随后的图像中的同一特定位置处颗粒是不可见的，那么能够检测到结束时刻的时间。所确定的开始和结束时间被用于确定单结合事件的寿命，其中，形成了这些寿命的直方图。物质确定设备优选适于根据直方图的时间特性确定指示特定种类的结合的直方图的部分，并且适于基于所确定的指示特定种类的结合的直方图的部分确定流体内的物质。优选地，将具有不同时间常数的指数衰减曲线的线性组合与直方图拟合，其中，指数衰减曲线的时间常数定义直方图的时间特性。物质确定设备优选包括所述指数衰减曲线的拟合的时间常数与特定种类的结合之间的分配关系，其中，具有拟合的时间常数的拟合的指数衰减曲线对应于预期的特定种类的结合，所述拟合的指数衰减曲线优选被确定为指示特定种类的结合的直方图的部分。在实施例中，物质确定单元40适于提供拟合曲线，其包括以下的组合：a）具有预定寿命的结合事件的第一数量与具有第一时间常数的第一指数衰减拟合曲线的第一乘积，和b）具有预定寿命的结合事件的第二数量与具有第二时间常数的第二指数衰减拟合曲线的第二乘积。物质确定单元40还适于将拟合曲线与直方图拟合，其中，结合事件的第一数量、第一时间常数、结合事件的第二数量和第二时间常数是拟合参数；并且适于在对应的时间常数指示预期的特定种类的结合的情况下，将指示特定种类的结合的直方图的部分确定为拟合的第一指数衰减曲线和/或第二拟合的指数衰减曲线。 

在另一实施例中，物质确定单元能够适于通过关于寿命区分直方图并将经区分的直方图与寿命相乘来修改直方图，其中，确定经修改的直方图具有极值处的极值寿命，并且其中，根据所确定的极值寿命来确定所述物质。具体而言，时间常数被确定为所确定的极值寿命的倒数，提供了包括具有预定寿命的结合事件的数量与具有确定的时间常数的指数衰减曲线的乘积的组合的拟合曲线，并将该拟合曲线与直方图拟合，其中，具有预定寿命的结合事件的数量是拟合参数。如果所确定的时间常数指示预期的种类的结合，那么根据具有预定寿命的结合事件的拟合的数量与具有确定的时间常数的指数衰减曲线的乘积中的至少一个来确定所述物质。如上文已提到的，物质确定设备能够适于通过力施加单元23、24将力施加至颗粒，用于将颗粒与结合表面之间的结合置于应力下，同时感测所述颗粒。时间常数通常取决于施加至颗粒以将结合置于应力下的力。优选地，施加所述力使得各时间常数之间的差异增大，由此改善确定时间常数的质量。例如，为了增大时间常数之间的差异，力施加单元23、24能够适于将力施加至颗粒，促使颗粒在远离表面的方向上，同时感测所述颗粒。 

不同的时间常数表征不同种类的结合。如上文参考图5已解释的，不同种类的结合例如是作为特异性结合的第一种类的结合和作为非特异性结合的第二种类的结合。其他种类的结合可以是属于不同物质的颗粒到结合表面的不同种类的结合。优选地，物质确定单元40适于根据时间常数来确定与特异性结合的颗粒相关的第一部分和与非特异性结合的颗粒相关的第二部分，所述时间常数已通过将指数衰减曲线的线性组合与直方图拟合被确定。物质确定单元14优选还适于基于所确定的与特异性结合的颗粒相关的直方图的第一部分来确定流体内的所述物质的量和/或浓度。 

图6示意性和示范性图示了正常特异性夹心免疫分析。 

具有附着要素49的颗粒A与包括物质36的流体混合（步骤S1）。然后，附着要素49附着物质36（步骤S2），并且具有附着要素49的颗粒A和附着的物质36经由结合要素38特异性地结合到结合表面30（步骤S3）。 

如在所描述的所有实施例中优选执行的，在流体已与颗粒混合以允许颗粒附着流体内的物质之后，颗粒被吸到结合表面以允许颗粒在结合阶段被结合到结合表面上。在随后的清洗阶段中，未结合到结合表面上的颗粒 被拖离结合表面。如上文已提到的，在结合阶段，可以向颗粒施加指向朝向结合表面和指向远离结合表面的交替的力。可以在结合阶段和/或在清洗阶段生成感测信号，在结合阶段中可以向颗粒施加交替的力。 

如果存在若干种类的结合，所述若干种类的结合通常涉及不同的反应常数，并由此涉及不同的时间常数。在实施例中，第一种类的结合是特异性结合的颗粒的结合而第二种的结合是非特异性结合的颗粒的结合。特异性结合的颗粒和非特异性结合的颗粒对直方图都有贡献。物质确定设备优选适于确定仅由特异性结合的颗粒引起的直方图的部分。 

在下文中，特异性结合的颗粒的化学反应常数由k_{脱离，化学，特异性}来表示并且非特异性结合的颗粒的化学反应常数由k_{脱离,化学,非特异性}来表示，其中，如果力没有施加至颗粒上，化学反应常数定义了时间常数。如果在这两个反应常数之间有大的差异，例如，大约三个数量级的差异，并且如果由特异性结合的颗粒和非特异性结合的颗粒中的一个引起的直方图的部分与感测时间内的相对大的信号变化相关，那么直方图的下降包括具有显著不同的时间常数的两个指数衰减。这允许结合确定单元以简单的方式从由非特异性结合的颗粒引起的直方图的部分来区分由特异性结合的颗粒引起的直方图的部分。例如，如果非特异性化学反应常数比特异性化学反应常数大很多，以至于非特异性结合的颗粒在感测时间的开始时就被非常快速的释放，那么能够从感测时间结束时的直方图的尾部的水平来立即确定由特异性结合的颗粒引起的直方图的部分。对应的直方图在图7中被示出，如由A指示的曲线。在图7中由A指示的曲线的弯曲点可以被用于终止非特异性结合的颗粒的颗粒释放。 

图7示意性和示范性示出了若干直方图，其对应于具有不同反应常数，即不同的时间常数的特异性结合的颗粒和非特异性结合的颗粒。由A指示的直方图对应于三个数量级的反应常数的差异，由B指示的直方图对应于两个数量级的反应常数的差异并且由C指示的直方图对应于一个数量级的反应常数的差异。 

应该注意到，图7中所示的直方图没有随时间变化，例如，在声学装置上的均值器显示器。直方图的时间特性由图7中示出的独立于时间的衰减定义。 

如果特异性化学反应常数k_{脱离,化学,特异性}与非特异性化学反应常数k_{脱离,化学，非特异性}之间的差异等于或小于两个数量级，两个指数函数之间的区别更不清晰。曲线看起来更为平滑并且几乎不可能靠肉眼区分存在两个分布。拟合流程优选用于确定由特异性结合的颗粒引起的直方图的部分f。在这种情况下，可以由以下方程描述直方图： 

在实施例中，结合确定单元优选适于将方程（1）与直方图拟合，其中，在外力没有被施加至颗粒以将结合置于应力下的情况下，拟合参数是f、k_{脱离,化学,特异性}和k_{脱离，化学,非特异性}。然后物质确定单元基于由以下方程定义的直方图的特定部分N_特异性(t)确定流体内的物质的量或浓度： 

N_特异性(t)=N₀·f。            （2） 

变量N₀指示在感测时间的开始时，即在t＝0时的直方图。 

如上文已经提到的，在感测时间期间，可以将力施加至结合的颗粒，以便将颗粒与结合表面之间的结合置于应力下。这增大了反应常数，其中，优选施加所述力使得在感测时间期间能够检测由最弱的结合的颗粒引起的直方图的变化。优选地，施加所述力使得非特异性结合的颗粒的解吸主要在感测时间内，同时特异性结合的颗粒的解吸主要在感测时间之外。然后可以由以下方程描述作为时间的函数的直方图N(t)： 

如上文已提到的，根据施加至颗粒的力的种类，力F可以是独立于时间的或者力F可以是依赖于时间的。在这两种情况下，结合确定单元都能够确定力F和校正因子c(F)。然后结合确定单元优选适于将方程（3）与所生成的直方图拟合，其中，拟合参数是f、k_{脱离,化学,特异性}和k_{脱离，化学,非特异性}，即f，和作为化学反应常数的倒数的校正的时间常数。结合确定单元然后还适于根据方程（2）确定经由特异性结合与结合表面结合的颗粒所引起的直方图的部分，并且物质确定单元适于基于所确定的直方图的部分确定流体内的物质的量和/或浓度。为了确定物质的量和/或浓度，物质确定单元优选包括由特异性结合的颗粒引起的直方图的部分与流体内物质的量和/或浓度之间的分配关系。这些分配关系能够通过利用特异性结合的颗粒的已知的量和/或浓度执行校准流程来确定。可以将所述分配以表格的形式或作为函数 储存在物质确定单元中。 

可以将拟合的时间常数与时间常数进行比较，所述时间常数对于特定种类的结合是已知的。例如，可以将在仅包含特异性或非特异性结合的样本上执行的实验用于确定针对那些结合的时间常数。例如，通过不将物质引入流体中仅能够在结合表面上进行非特异性结合，并且通过利用流体内的物质的高浓度仅能够进行特异性结合，其中，非特异性结合的量是能忽略的。 

通过借助外力对结合施压应力，可以提高释放率。化学反应常数k_{脱离，化学}和对结合施加应力的外力F的组合导致了新的有效释放率k_{脱离，效率}。如果外力F是已知的，那么能够从根据以下方程的有效的k_{脱离，效率}来计算化学反应常数： 

k_{脱离,效率}=k_{脱离,化学}·c(F)，            （4） 

其中，c(F)是依赖于力的大小的校正因子。函数c(F)优选是仅具有一个参数的简单线性或指数函数，其中，可以借助校准来估计或确定所述参数。可以通过将已知的力施加至颗粒，确定有效的反应常数k_{脱离，效率}，并通过利用已知的化学反应常数k_{脱离，化学}除以所确定的有效反应常数，来执行校准。将反应常数优选定义为直方图的指数衰减的时间常数的倒数。 

具体而言，可以通过以下方程来表达校正因子c(F)： 

c(F)=e^βF，  （5） 

其中，β是比例因子，其是能够被实验地确定的针对相应种类的结合的常数。优选地，确定施加至每个颗粒的力并通过对针对结合的颗粒确定的力取平均数来确定平均力。这一平均可以是加权平均，其中，力接收相同的权重或力根据相应的力的大小接收不同的权重。例如，较大的力能够接收比更小的力的权重更大的权重。 

能够通过以下方程来确定由磁场和磁场梯度施加至颗粒上的磁力F： 

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

其中， 是颗粒的依赖场的磁矩，并且 所施加的磁感应。磁场和磁场梯度优选使得适于生成力，以将颗粒相对于结合表面垂直地拉离结合表面或将颗粒垂直地吸向结合表面。因为颗粒和磁场的磁性质是已知的，能够计算颗粒上的垂直的力。可以借助振动样品磁强计（VSM）测量来确 定颗粒的磁性质，并且可以从有限元计算来确定以及借助磁场传感器来校正磁场和磁场梯度。 

力施加单元23、24在这一实施例中是用于将颗粒吸向结合表面或沿背离结合表面的方向牵拉颗粒的磁性单元。然而，还能够施加磁力以改变颗粒的取向，以便将结合置于应力下。 

由于非理想的磁性质而能够执行这种方案，因为理想的超顺磁性颗粒的磁矩总是与磁场对准，由此使得取向变化的感应不可能。非理想的磁性质是例如小的永久矩、具有相对长的驰豫时间或磁性各向异性的磁性晶粒。力施加单元优选适于将取向变化施加至结合的颗粒，使得结合的颗粒的高度，即结合的颗粒到结合表面的距离，被修改。由此，通过将取向变化施加至结合的颗粒，能够修改结合到颗粒结合表面的颗粒与结合表面之间的距离，以修改至所述结合的应力设备。颗粒可以是具有500nm和1000nm之间的直径的磁性颗粒并且可以包括聚苯乙烯和磁性材料的组合。 

图8示意性和示范性示出了力施加单元89，其用于将磁力施加至磁性颗粒88，使得能够修改磁性颗粒的取向，由此修改结合到结合表面30的磁性颗粒88的高度。力施加单元89包括用于沿预期的方向将磁场施加至磁性颗粒88的四个电磁体84、85、86、87。 

力施加单元89适于以磁性方式对颗粒磁性88进行取向，以将结合置于应力下，在这一实施例中，所述磁性颗粒是非理想超顺磁性颗粒。在磁场中旋转的结合的颗粒，其可以被视为脱离平面的旋转，改变了在结合表面以上的所述颗粒的高度，并由此将所述颗粒的结合置于应力下。 

应该注意到，图8中所示的力施加单元89是用于与结合装置1协作以确定流体内的物质的分析装置（即试剂盒1）的部分。由此，图8中示出的力施加单元89能够用于替代或补充参考图4的上述物质确定设备中的磁性单元23、24。 

尽管在上述实施例中，已将力通过磁力施加至结合到结合表面的颗粒，在其他实施例中，此外或备选地，力施加单元能够适于将其他种类的力施加至结合到结合表面上的颗粒。例如，力施加单元能够适于将流体力或静电力施加至结合到结合表面的颗粒。 

在实施例中，力施加单元适于利用静电力将结合到结合表面的颗粒推 离结合表面以将所述结合置于应力下。这能够通过在颗粒保持结合在结合表面的同时，在流体清洗阶段交换流体缓冲器来执行。 

颗粒和结合表面两者由于从流体吸收离子或者表面上的表面基群的分裂，都具有流体中的静电表面电荷。通常，在生物传感器环境中，颗粒和结合表面两者的表面电荷都是负的，导致了颗粒与结合表面之间的自然排斥。流体内的离子能够筛滤这两个表面的电荷，由此减少了排斥。 

执行筛滤的层叫做双层。双层厚度κ的倒数与德拜休克尔（Debye-Hueckel）长度λ_D相关λ_D(λ_D＝κ^-1)，由下式给出： 

$\mathrm{\κ}=\sqrt{\frac{2000e^2{N}_A{I}_C}{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r{k}_{B}T}}---\left(7\right)$

其中，e是元电荷，N_A是阿伏伽德罗（Avogadro）数，I_C是流体的离子强度，ε₀是自由空间的电介质介电常数，ε_r是流体的相对介电常数，而k_BT是热能。 

颗粒与表面之间的静电作用能量依赖于双层厚度的倒数，并由下式给出： 

E_es=ZR·exp(-κh)        （8） 

其中，R是颗粒半径、h是颗粒（底端）与表面之间的距离，并且Z由下式给出： 

其中，z是电解质化合价，并且ψ_颗粒和ψ_表面是分别是颗粒和表面的表面电势。结合到结合表面上的颗粒与结合表面之间的静电力因此依赖于缓冲器的离子强度，并且能够通过减少流体内的离子浓度来增大所述静电力。由此，通过修改流体内的离子浓度，能够修改施加至结合到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可以修改流体内的离子浓度。离子浓度例如能够通过将新的流体插入结合装置中以使得在结合表面上存在新的流体来改变。例如，分析装置能够适于将新的流体填充到结合装置中，所述结合装置优选是试剂盒，采用相同的方法，其将如血液的原始流体转移到结合表面。 

通常，在结合到结合表面的颗粒与结合表面之间还存在范德瓦尔斯 （Van der Waals）作用。范德瓦尔斯作用可以由如下方程表达： 

$E_{\mathrm{vdw}}=-1/6A_{132}[\frac{R}{h}+\frac{R}{h+2R}+\ln \left(\frac{h}{h+2R}\right)]---\left(10\right)$

其中，A₁₃₂是材料3流体中的材料2表面上的材料1颗粒的汉玛克（Hamaker）常数。汉玛克常数的值通常大约为数k_BT，并且可以是正值（吸引的）或很小的负值（排斥的，主要是由于表面上蛋白质的存在）。结合到结合表面的颗粒与结合表面之间的力是相应的作用项的负梯度，即例如E_es和E_vdw的负梯度。 

通过改变汉玛克常数，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瓦尔斯作用，并由此修改施加至结合的颗粒与结合表面之间的结合的应力。 

再次参考图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在这一实施例中是包括颗粒和结合表面并适于容纳流体3的试剂盒。分析装置18能够被认为是读取器并且包括感测单元33、结合事件确定单元34和物质确定单元40。结合装置1是一次性装置而分析装置18是能重复使用的装置。 

分析装置18还包括用于输出指示流体内的物质的量或浓度的值的输出单元60。输出单元60优选是显示器。分析装置18还包括用于控制感测单元33、结合事件确定单元34、物质确定单元40和输出单元60的控制单元61。 

物质确定单元优选适于根据直方图的时间特性来确定直方图的哪一部分与已附着物质的特异性结合的颗粒相关，其中，基于所确定的部分来确定流体内的物质的量或浓度。 

如上文已经提到的，结合装置1优选是试剂盒，其用于容纳如血液、唾液或尿液的流体，以过滤流体并将经过滤的流体转移到试剂盒的感测位置。试剂盒是一次性的并且适于仅单次使用。分析装置18适合于与不同的试剂盒使用若干次。由此，将如血液、唾液或尿液的流体3放置在结合装置1的过滤元件2上，对流体3进行过滤并将经过滤的流体转移到感测位置7。将结合装置1，即在这一实施例中的试剂盒，布置在分析装置18中，并且由分析装置18来分析在感测位置处的流体3内的物质。在已使用结合 装置1之后，优选将所述装置丢弃，而分析装置18用于接下来的分析流程。 

将分析装置18的若干单元优选被布置在外壳64中，在图9中示意性和示范性示出了所述外壳，并且所述外壳可以包括抓握部分63，其允许用户在分析流体内的物质的同时手持分析装置18。外壳64包括用于容纳结合装置1的容纳部分62。在其他实施例中，外壳64能够具有另一形状。 

还能够将分析装置18的若干单元布置在非手持式外壳的外壳中。例如，分析装置的外壳能够适于立在桌上等。 

在下文中，将参考图10中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，将流体样本，具体而言，血液样本，布置在过滤器元件2上。 

在步骤102中，由过滤器元件2对流体进行过滤，并在步骤103中，由毛细结构的连接通道和引导通道生成的毛细力将经过滤的流体转移到感测位置7。 

在步骤101到103之前、期间或之后，已将结合装置1引入到分析装置18中。在感测位置7处，放置涂覆有特异性抗体的磁性颗粒，所述特异性抗体附着到流体内存在的目标分子，即物质。所述磁性颗粒与经过滤的流体混合，并且具有特异性抗体的磁性颗粒在步骤104中附着到流体内的目标分子。 

在步骤105中，控制磁性单元，从而在结合阶段迫使在感测位置7处的磁性颗粒到结合表面30上。具有附着的目标分子的磁性颗粒结合到结合表面30，并且在步骤106中，在清洗阶段，控制磁性单元，使得磁力促使磁性颗粒远离结合表面30。这从结合表面去除了未结合的颗粒并将结合置于应力下。在结合被置于应力下时，根据结合的颗粒生成时间感测信号。时间感测信号是例如由第二检测器27生成的DFM信号。 

感测信号优选是结合表面的图像的时间序列，其中，图像示出了在结合表面上的哪些位置处颗粒是结合的。图像优选是结合表面的二维图像，已通过从结合表面检测渐逝光生成了所述图像，所述渐逝光由结合到结合表面的颗粒所散射。 

在步骤107中，结合事件确定单元从所生成的感测信号确定指示颗粒 在结合表面上的结合的结合事件，具体而言，结合事件的寿命。具体而言，结合事件确定单元通过比较时间连续的图像来确定在图像内的不同位置处的单结合事件的开始时刻和结束时刻。 

在另一实施例中，在结合阶段还能够确定感测信号和结合事件，具体而言，结合事件的寿命。在这种情况下，在结合阶段，磁性单元提供力以促使磁性颗粒交替地朝向结合表面和远离结合表面，以便允许感测单元确定感测信号，所述感测信号指示上述结合事件的开始时刻和结束时刻，具体而言，在结合阶段中，基于在迫使颗粒远离结合表面的同时所检测的图像来优选地确定开始时刻和结束时刻。优选地，当迫使颗粒远离结合表面时，在结合阶段生成图像，然后迫使颗粒朝向结合表面，然后生成另一图像，同时迫使颗粒远离结合表面。比较图像和另一图像，以便确定结合事件的开始时刻和结束时刻。在步骤108中，物质确定单元基于所确定的结合事件，具体而言，基于结合事件的寿命，确定流体内的物质的量和/或浓度。在优选实施例中，将指数衰减曲线与寿命的直方图拟合，以确定指示特定种类的结合，具体而言，指示特异性种类的结合的直方图的部分。物质确定单元然后优选适于基于指示特定种类的结合的直方图的部分确定流体内的物质。在步骤109中，在输出单元60上优选地示出了所确定的流体内的物质，具体而言，所确定的物质的量和/或浓度。 

可以将步骤101到105视为结合方法的步骤，并且可以将步骤106到109的步骤视为分析方法的步骤。 

尽管在上述实施例中，经由预定种类的结合，已将具有指示特定种类的结合的特定时间常数的指数衰减曲线的线性组合与颗粒释放曲线拟合，以确定由结合到结合表面的颗粒引起的颗粒释放曲线的部分，还能够利用另一拟合流程来确定颗粒释放曲线的这一部分。通常，物质确定单元能够适于提供第一预定的拟合释放曲线和第二预定的拟合释放曲线，所述第一预定的拟合释放曲线具有指示第一种类的结合的第一时间特性，所述第二预定的拟合释放曲线具有指示第二种类的结合的第二时间特性。物质确定单元优选还适于通过将第一预定的拟合释放曲线和第二预定的拟合释放曲线的线性组合与所确定的颗粒释放曲线拟合来将第一预定的拟合释放曲线和第二预定的拟合释放曲线与所确定的颗粒释放曲线拟合，其中，经由预 定种类的结合，将所拟合的第一预定的释放曲线和所拟合的第二预定释放曲线中的一个确定为由结合到结合表面的颗粒引起的颗粒释放曲线的部分。在实施例中，第一预定拟合释放曲线是具有指示特异性结合的特异性时间特性的特异性校准曲线，并且第二预定的拟合释放曲线是具有指示非特异性结合的非特异性时间特性的非特异性校准曲线。优选的拟合流程可以由如下方程来描述： 

N(t)=f*g_特异性(t)+(1-f)*g_非特异性(t)        （11） 

在方程（11）中，g_特异性(t)指示特定的校准曲线，而g_非特异性指示非特异性校准曲线。通过执行该拟合流程，能够将与特异性校准曲线相乘的特异性结合的颗粒的部分f视为所确定的流体内的物质，基于颗粒释放曲线的特异性部分已确定了所述物质，或者能够基于部分f和特异性校准曲线的乘积确定流体内的物质的浓度或量，作为所确定的流体内的物质。 

可以将校准曲线定义为真实的测量曲线，例如具有测量值的表格，或定义为参数曲线，其中，通过将参数曲线与测量曲线拟合来确定参数。参数曲线可以是描述测量的数据的任何模型，诸如指数衰减信号的多项式、傅里叶级数、线性叠加等。具体而言，在仅存在特异性结合的颗粒的情况下，能够确定特异性校准曲线，而在仅存在非特异性结合的颗粒的情况下，能够确定非特异性校准。 

在另一实施例中，针对已知的物质浓度来确定若干颗粒释放曲线，其中，这些测量的颗粒释放曲线被视为浓度校准曲线。当确定具有未知浓度的颗粒释放曲线时，能够从利用具有已知物质浓度的浓度校准曲线的插值来确定所述浓度。如在先前的实施例中，能够利用特定的数学函数来使具有已知浓度的物质的颗粒释放曲线参数化，产生在特定浓度下的一组参数值。接下来，利用相同的数学函数来测量和参数化未知物质的释放曲线，得到一组参数。经由利用经参数化的浓度校准曲线对那些参数中的一个或多个的插值，能够确定未知浓度。上文提到的校准曲线可以是与真实物理或化学模型没有任何关联的任意数学模型。然而，数学模型还可以以更精确的方式描述真实性，可能如指数衰减函数的线性叠加的情况。在这种情况下，还能够从拟合中提取如时间常数或反应常数的物理或化学参数。上文更详细地描述了从指数衰减函数的线性叠加到所确定的颗粒释放曲线进 行的这种拟合。 

尽管在上述实施例中，已经基于结合事件的寿命确定了所述物质，即例如所述物质的浓度、量或化学性质，在其他实施例中，还可以基于结合事件的另一特征来确定所述物质。例如，能够将颗粒到达率确定为从非结合状态到结合状态的转换的数量，并且能够从颗粒到达率确定反应常数k_触及。此外或备选地，可以基于颗粒解吸率来确定化学反应常数k_脱离，所述颗粒解吸率是每时间单位内从结合状态到非结合状态的转换数量。能够基于化学反应常数k_触及和/或k_脱离来确定流体内的物质的浓度、量或化学性质。颗粒到达率优选在结合阶段中确定，并且颗粒解吸率优选在结合阶段和/或清洗阶段中确定。 

物质确定设备优选是磁性生物传感器，可以将所述生物传感器用于针对非特异性结合进行校正。物质确定设备优选基于能够利用电磁场致动的纳米颗粒。所述纳米颗粒优选是磁珠，利用抗体将所述磁珠功能化，所述抗体能够结合特异性分析物分子。所述珠粒附着到结合表面，结合珠粒的数量与在流体样本中存在的分析物分子的量直接相关或逆相关。利用对接近结合表面的珠粒比距结合表面更远的珠粒更灵敏的技术来优选地检测所述珠粒。物质确定设备优选使用上述FTIR技术和/或DFM技术。使用这些技术，对纳米材料的灵敏度随着到表面的距离的增加呈指数下降。通常，如果颗粒与结合表面之间的距离较大，对应的感测信号将较小。然而，还可以定义感测信号，使得接近结合表面的颗粒生成比距结合表面更远的颗粒更小的信号。 

结合装置可以是光学试剂盒，该试剂盒为包括颗粒的生物活检载体，该颗粒为光学标记，优选为借助散射和/或荧光提供光学对比的显微的超顺磁性标记。 

尽管在上述实施例中已将全内反射用于感应渐逝场，在其他实施例中，其他技术也可以被用于感应渐逝场，例如，能够使用光栅耦合或波导管耦合。 

尽管在上面参考图4描述的实施例中，已使用了显微镜物镜32，在其他实施例中，可以使用用于光子的收集和成像的另一物镜。这一物镜被放置在结合装置的底侧，马蹄形致动磁体23下面。来自光学标记的光子通过 两个马蹄形磁体23之间的空气间隙传输，之后由物镜捕获。物镜具有允许将个体光学标记成像到第二光检测器27上的数值孔径（numerical aperture），所述第二光检测器27例如是CCD照相机。 

物质确定设备优选适于允许从颗粒的集合中确定非特异性结合的颗粒的部分。 

尽管在上述实施例中，物质确定设备包括生成FTIR感测信号和DFM感测信号的模块（means），在其他实施例中，物质确定设备能够适于使得其仅包括这些模块中的一个，即用于生成FTIR感测信号的模块或用于生成DFM感测信号的模块，只要所生成的感测信号允许结合事件确定单元从所生成的感测信号确定指示颗粒在结合表面上的结合的结合事件，具体而言，结合事件的寿命。 

尽管在所描述的实施例中分析装置是手持式装置，在其他实施例中，分析设备也可以是单机系统，该单机系统被布置在例如桌子上。 

物质确定设备能够适于，，如果流体内存在若干种物质，确定特定物质的颗粒的量和/或浓度，其中，这些不同物质的颗粒能够结合到结合表面，并且其中，不同物质的结合的颗粒通过利用所确定的不同类型的结合进行区分。 

在上述实施例中，流体优选为血液。在其他实施例中，流体可以是任何其他流体，具体而言，如唾液或尿液的另一种体液。结合装置和分析装置的优选应用是在定点护理诊断领域中，具体而言，基于指尖血液样本，如心脏标志物检测应用。然而，如上文提到的，结合装置还能够适于与其他流体一起使用，所述其他流体诸如是针对药物滥用的唾液。 

在上述实施例中，分析装置设备使用渐逝场技术以确定表面上的磁珠的量。在其他实施例中，能够使用其他技术来确定这些磁珠。例如，能够使用磁学方法、声学检测、电检测以及这些方法的组合。此外，分析装置可以包含基于对传感器表面上或附近的磁珠的磁性质的检测的任何传感器。分析装置能够适于检测分子目标，其常常确定较大基团的溶度和/或存在，例如，细胞、病毒、细胞片段或病毒片段、组织提取物等。磁珠能够通过感测方法直接进行检测。同样地，颗粒能够在检测之前被进一步处理。进一步处理的范例是添加材料或修改磁标记的化学性质、生化性质或物理 性质，以便于检测。分析装置能够适于与若干种生化分析类型一起工作，例如，结合/去结合分析、夹心分析、竞争分析、位移分析、酶分析等。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）、标记复用（即，不同类型的标记的并行使用），和室复用（即，不同反应室的并行使用）。结合装置和分析装置能够被用作快速、鲁棒并且简单地用于针对小样本体积的定点护理生物传感器。感测腔优选是一次性试剂盒的一部分，该感测腔与分析装置一起使用，包括一个或多个磁场生成模块，即，磁性单元，以及一个或多个检测模块。结合装置和分析装置优选能够适于用在自动高吞吐量测试中。 

颗粒优选是磁珠，磁珠优选是具有至少有一个尺度的纳米颗粒，所述至少一个尺度的范围优选在3nm到5000nm之间，优选在10nm到3000nm之间，更优选在50nm到1000nm之间。 

尽管在上述实施例中，已经描述了特定的结合装置和特定的分析装置，在其他实施例中，结合装置和分析装置可以具有另一结构。例如，结合装置能够仅包括结合表面。或者能够使用另一类型的滤波器，或者能够使用另一通道结构，以将来自过滤器位置的经过滤的流体传输到感测位置。 

尽管在上述实施例中，物质确定设备包括结合装置和分析装置，在另一实施例中，物质确定设备可以是至少包括颗粒、结合表面、感测单元、结合事件确定单元和物质确定单元的集成设备。 

本领域技术技术人员通过学习附图、公开和权利要求，在实践要求保护的本发明的过程中，能够理解并实现本公开的实施例的其他变型。 

在权利要求中，“包括”一词并不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。 

单一单元或装置可以实现权利要求中列出的若干条目的功能。事实上，在相互不同的从属权利要求中所引用的特定措施并不指示不能组合这些措施以获益。 

由一个或多个单元或装置执行的，对结合事件（具体而言，其寿命）的确定，或者对流体内的物质（具体而言，物质的量和/或浓度）的确定，能够由任何其他数量的单元或装置来执行。例如，步骤107和108能够由单一单元或由任何其他数量的不同单元来执行。根据所述物质确定方法， 具体而言，根据所述分析方法，所述确定和/或对物质确定设备的控制，具体而言，对分析装置的控制，能够被实施为计算机程序的程序代码模块和/或实施为专用硬件。 

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，诸如光存储介质或固态介质，其与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分，但也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。 

权利要求书中的任何参考标记不应当解释为对范围构成限制。 

本发明涉及一种用于确定流体内的物质的物质确定设备。颗粒附着到所述物质并结合到结合表面，其中，根据结合的颗粒生成感测信号。从所生成的感测信号确定指示颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件，并基于所述确定的结合事件确定所述流体内的所述物质。在确定流体内的物质的流程期间，颗粒可以结合到所述结合表面，并且可以离开所述结合表面。因此，在这一流程期间结合事件的数量可以被确定为远大于结合的颗粒的数量。因此流体内的物质的确定能够基于非常大的数据总量，从而提高流体内的物质的确定的准确度。 

Claims (10)

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)，其用于附着到所述流体(3)内的所述物质，其特征在于，所述物质确定设备还包括：

-结合表面(30)，其用于在所述颗粒(17)已附着到所述物质的情况下结合所述颗粒(17)，

-感测单元(33)，其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)适于根据结合的颗粒生成感测信号，

-结合事件确定单元(34)，其用于从所生成的感测信号确定指示颗粒在所述结合表面(30)上的结合的结合事件，

-物质确定单元(40)，其用于基于所确定的结合事件来确定所述流体(3)内的所述物质，

其中，所述感测单元(33)适于使得所生成的感测信号指示结合事件的开始时刻和结束时刻，并且其中，所述结合事件确定单元(34)适于通过从所生成的感测信号确定单结合事件的所述开始时刻和所述结束时刻来确定结合事件的寿命。

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)适于生成所述结合表面(30)在不同时间的图像作为所述感测信号，其中，图像示出了在某一时间颗粒在所述结合表面(30)上的哪些位置处被结合，其中，所述结合事件确定单元(34)适于通过在时间上比较连续的图像来确定所述开始时刻和所述结束时刻。

3.根据权利要求2所述的物质确定设备，其中，所述感测单元(33)包括光源(20)和光检测器(21、27)，所述光源用于生成被导向到所述结合表面(30)以生成渐逝场的辐射(28)，所述光检测器用于检测来自所述结合表面(30)的光(29、31)，其中，结合在所述结合表面(30)上的所述颗粒通过影响所述渐逝场已影响了所检测到的光，并且其中，从所检测到的受到影响的光来生成所述图像。

4.根据权利要求1所述的物质确定设备，其中，所述物质确定单元适于生成所述结合事件的寿命的直方图，以及适于基于所述直方图来确定所述流体内的所述物质。

5.根据权利要求4所述的物质确定设备，其中，所述物质确定单元适于：

-根据所述直方图的时间特性，确定指示特定种类的结合的所述直方图的部分，

-基于所确定的指示所述特定种类的结合的所述直方图的部分来确定所述流体内的所述物质。

6.根据权利要求5所述的物质确定设备，其中，所述物质确定单元适于：

-提供拟合曲线，其包括以下的组合：a)具有预定寿命的结合事件的第一数量与具有第一时间常数的第一指数衰减拟合曲线的第一乘积，和b)具有所述预定寿命的结合事件的第二数量与具有第二时间常数的第二指数衰减拟合曲线的第二乘积，

-将所述拟合曲线与所述直方图拟合，其中，结合事件的所述第一数量、所述第一时间常数、结合事件的所述第二数量和所述第二时间常数是拟合参数，

-根据具有结合事件的拟合的第一数量和第一时间常数的所述第一指数衰减拟合曲线和具有结合事件的拟合的第二数量和第二时间常数的所述第二指数衰减拟合曲线中的至少一个来确定指示所述特定种类的结合的所述直方图的部分。

7.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)，所述力施加单元用于将力施加至所述颗粒以将所述颗粒与所述结合表面之间的结合置于应力下，同时感测所述颗粒。

8.一种用于与结合装置协作以确定流体内的物质的分析装置，所述结合装置包括：

-颗粒，其用于附着到所述流体内的所述物质，

-结合表面，其用于在所述颗粒已附着到所述物质的情况下结合所述颗粒，

其特征在于，所述分析装置包括：

-感测单元(33)，其用于感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17、28)，其中，所述感测单元适于根据结合的颗粒生成感测信号，

-结合事件确定单元，其用于从所生成的感测信号确定指示颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件，

-物质确定单元，其用于基于所确定的结合事件确定所述流体内的所述物质，

其中，所述感测单元(33)适于使得所生成的感测信号指示结合事件的开始时刻和结束时刻，并且其中，所述结合事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定单结合事件的所述开始时刻和所述结束时刻来确定结合事件的寿命。

9.一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如下步骤：

-将颗粒附着到所述流体内的所述物质，其特征在于，所述物质确定方法还包括：

-在所述颗粒已附着到所述物质的情况下，将所述颗粒结合到结合表面，

-由感测单元感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17、28)，其中，根据结合的颗粒生成感测信号，

-由结合事件确定单元从所生成的感测信号确定指示颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件，

-由物质确定单元基于所确定的结合事件确定所述流体内的所述物质，

其中，所述感测单元适于使得所生成的感测信号指示结合事件的开始时刻和结束时刻，并且其中，所述结合事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定单结合事件的所述开始时刻和所述结束时刻来确定结合事件的寿命。

10.一种用于与结合方法协作以确定流体内的物质的分析方法，所述结合方法包括如下步骤：

-将颗粒附着到所述流体内的所述物质，

-在所述颗粒已附着到所述物质的情况下，将所述颗粒结合到结合表面，

其特征在于，所述分析方法包括如下步骤：

-由感测单元感测所述结合表面(30)上的所述颗粒(17、28)，其中，根据结合的颗粒生成感测信号，

-由结合事件确定单元从所生成的感测信号确定指示颗粒在所述结合表面上的结合的结合事件，

-由物质确定单元基于所确定的结合事件来确定所述流体内的所述物质，

其中，所述感测单元适于使得所生成的感测信号指示结合事件的开始时刻和结束时刻，并且其中，所述结合事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定单结合事件的所述开始时刻和所述结束时刻来确定结合事件的寿命。