CN104094112A - 用于传染性病原体的快速检测的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于实时检测生物样品中的传染性病原体的存在的便携式系统采用一试剂，该试剂检测样品中的特定传染性病原体的存在，并当试剂与样品反应时发出可检测的信号并检测传染性病原体的存在。测试卡盒具有用于接收样品和试剂的反应室。该反应室具有预定的内部几何形状和至少一个内表面。将样品和试剂引入测试卡盒中并混合样品与试剂。测试单元接收测试卡盒，并包括用于检测所发出的可检测的信号的传感器。所发出的可检测的信号的检测指示在样品中存在所述传染性病原体。

Description

用于传染性病原体的快速检测的装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2011年12月13日提交的题为“Portable DetectionDevice”的美国临时专利申请序列号61/570,016的权益，通过引用将其公开的全部内容结合于本文中并为了所有目的成为本美国专利申请的一部分。
技术领域
所描述的发明总体上涉及一种用于检测生物样品中的污染物的系统。更具体地，本发明涉及一种用于使用诸如生物传感器的试剂实时检测食物样品中的传染性病原体(infectious agents)或病菌的系统。
背景技术
以前，用于测试传染性病原体的样品是耗时且昂贵的过程，该过程主要是从制造过程分离。为了测试传染性病原体的存在，样品通常是富氧的或培养的。这个过程需要实验室的存在，并且通常具有专门知识的科学家参与执行所需测试。由于需要额外的培养或富氧时间和专门的工具和技术，所以可能不容易在现场执行制造过程中的测试。其结果是，制造过程通常从测试过程分离，从而导致在后来的测试过程发现传染性病原体的存在时需要昂贵的回收等。在诸如医院的其它场所，接受传染性病原体的测试的延迟可允许这样的传染性病原体的传播。
已经提出了几种提议以来通过使用生物传感器提高测试传染性病原体的速度。例如，由Todd H.Rider等在2003年7月11日的SCIENCE的“A B Cell-Based Sensor for Rapid Identification of Pathogens”第213页至215页的报道，应用水母发光蛋白-Ca2+指示剂来检测食品中的大肠杆菌污染，其公开的全部内容通过引用的方式并入本文中。然而，Rider处理承受很多缺点，诸如导致在该过程用于大型测试时不可靠的低信噪比。
在通用术语中，生物传感器是用于检测组合敏感的生物组件与物理化学检测器组件的分析物的系统或装置。典型生物传感器系统的组件包括生物元件、转换器或检测器元件和以有意义和有用的方式显示测试结果的相关联的电子装置或信号处理器。生物元件包括生物材料，诸如组织、微生物、细胞器、细胞受体、酶、抗体、核酸和可由已知生物工程方法来创建的类似物。转换器或检测器元件以物理方式(例如，光学、压电和/或电化学)工作，其将来自分析物与生物元件相互作用生成的信号转换成可更容易地测量和量化的另一个信号。源于分子生物学和信息技术(例如微型电路、光学纤维等)的集合的生物传感器来量化或定量生物分子分析物相互作用，诸如抗体-抗原相互作用。
具有对检测食品中的传染性病原体、病原体或/和毒素的快速、灵敏、易于处理和经济有效的检测工具的需求(参见，例如，Mead等，Food RelatedIllness and Death in the United States,Emerging Infectious Diseases；第5卷，第5号，1999年9月-10月(607-625)，其通过引入的方式并入本文)。
因此，期望提供能够实时或接近实时地快速测试传染性病原体的样品的便携自包含系统。进一步期望改善使用生物传感器来通过改善信噪比测试传染性病原体的样品的技术。进一步期望提供能够在制造过程的同时由普通人员使用，以测试食品的测试装置。
发明内容
在一个实施例中，描述了用于快速检测生物样品中的传染性病原体的存在的便携式系统。第一试剂可操作以检测待测试的样品中的特定传染性病原体的存在，并在第一试剂与样品反应时发出可检测的信号并检测样品中的特定传染性病原体的存在。测试卡盒(test cartridge)具有用于接收样品和第一试剂的反应室。反应室具有预定内部几何形状和至少一个内表面。将样品和第一试剂引入测试卡盒中并混合样品和第一试剂。测试单元接收测试卡盒，并包括用于检测所发出的可检测的信号的传感器。所发出的可检测的信号的检测指示样品中的传染性病原体的存在。实时发生对样品中的特定传染性病原体的检测。
在另一个实施例中，描述了便于实时检测生物样品中的传染性病原体的测试卡盒总成(test cartridge assembly)。测试卡盒总成包括贮液卡(reservoir card)和测试卡盒底座(test cartridge based)。贮液卡最初存储至少一种试剂以用于测试传染性病原体的样品。贮液卡被配置为通过至少一个流体端口与测试卡盒底座界面接触。测试卡盒底座包括反应室和流体转移机构。反应室接收样品和至少一种试剂并具有预定内部几何形状和至少一个内表面。流体转移机构包括柱塞(plunger)，该柱塞用于通过至少一个流体端口将至少一种试剂从贮液卡排到反应室中。当至少一种试剂与反应室中的样品混合时，如果传染性病原体存在于样品中，则发出可检测的信号。
在又一实施例中，描述了用于实时检测生物样品中的传染性病原体的测试装置。测试装置的壳体包括盖和输入/输出装置。分析部分包括壳体中的凹口，该凹口用于接纳包含待测试的样品的测试卡盒。致动器在盖子关闭时与测试卡盒相互作用。致动器使测试卡盒中的至少一种试剂转移以在进行测试的过程中与样品进行反应。传感器与壳体中的凹口相关联以检测在至少一种试剂已经由致动器转移以与样品反应之后所发出的信号，并生成输出信号。控制单元被配置为经由输入/输出装置接收来自用户的输入以启动测试。响应于接收用户输入，控制单元致动致动器以转移测试卡盒中的至少一种试剂以与样品反应。控制单元接收来自传感器的输出信号并将测试结果输出到输入/输出装置上的用户。
附图说明
在结合附图阅读时，前面的概述以及本发明的优选实施例的以下详细描述将被更好地理解。为了示出本发明的目的，在图中示出了目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和方式。在附图中：
图1A是用于根据本发明的优选实施例检测传染性病原体的具有闭合的铰链盖的测试装置的后透视图；
图1B是铰链盖打开以显示卡盒凹口的图1A的测试装置的前透视图；
图1C是示出插入卡盒凹口的测试卡盒的图1A和图1B的测试装置的前透视图；
图2A是根据本发明的优选实施例图1的测试装置的分析部分的组件的分解前透视图；
图2B是图2A的测试装置的分析部分的前透视图；
图3A是测试卡盒总成的前透视图，其中测试卡盒总成包括插入与根据本发明的优选实施例的图1的测试装置一起使用的其底座盖关闭的测试卡盒底座中的贮液卡；
图3B是具有测试卡盒底座盖打开的图3A的测试卡盒总成的前透视图；
图3C是图3A和图3B的测试卡盒总成的底部透视图；
图4A是根据本发明的优选实施例的图3B的测试卡盒总成的具有底座盖打开的测试卡盒底座的前透视图；
图4B是图4A的测试卡盒底座的组件的分解前透视图；
图5A是用于根据本发明的优选实施例的图3A的测试卡盒总成的初始布置中的贮液卡的前透视图；
图5B是图5A的贮液卡的组件的分解前透视图；
图5C是暴露流体端口的插入布置中的图5A的贮液卡的前透视图；
图6A是具有折叠膜覆盖流体端口的图5A的初始布置中的贮液卡的一部分的放大侧立视图；
图6B是具有膜缩回的图5C的插入布置中的贮液卡的一部分的放大侧立视图；
图7是图3A的测试卡盒总成的一部分的放大横截面侧立视图；
图8是图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图；
图9是插入图2B的测试装置的分析部分的图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图；
图10A是具有处于初始位置的柱塞的图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图；
图10B是具有处于第二位置的柱塞的图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图；
图10C是具有处于最后位置的柱塞的图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图；
图11是根据本发明的优选实施例的图1的检测装置的电气组件的示意性框图；
图12是根据本发明的优选实施例的图1的检测装置的光检测电路的示意性框图；
图13A和图13B是根据本发明的优选实施例的图1的测试装置的控制应用的步骤的流程图；
图14是由图13A和图13B的控制应用提供了的主屏幕的示例性图形用户界面；
图15是示出由图13A和图13B的控制应用提供的测试结果的示例性图形用户界面；
图16是其中结合用于执行测试的测试装置100而采用的测试卡盒总成300的步骤的流程图；以及
图17是示出了关于检测生物样品中的一种或多种感染剂的存在的本发明的系统的有效性的图表。
具体实施方式
某些术语仅为了方便而被用于下面的描述且不是限制性的。词语“右”、“左”、“下”和“上”指代附图中进行参考的方向。词语“向内”和“向外”是指分别朝向和远离指定组件及其指定部件的几何中心的方向。另外，如在权利要求书和说明书中的相应部分所使用的词语“一”和“一个”意思是“至少一个”。术语包括上面特别提到的词语、其衍生词语和类似意思的词语。
本发明提供了一种便携、自包含系统，用于快速(即，一到五分钟或更多时间内)检测生物样品(特别是源自牛肉、猪肉、或其它肉类、家禽、鱼或蔬菜的样品)中的传染性病原体，特别是病原体，虽然其它生物材料(诸如医疗器械和医院)可使用本发明来分析。该系统提供了非常高的灵敏度(例如，对特定传染性病原体的单个细胞)，而不需要培养从测试前的样品中获得的诸如细菌的传染性病原体。在示例性实施例中，虽然可由本发明进行检测其它传染性病原体(诸如沙门氏菌、李斯特菌，和弯曲杆菌)、毒素和各种污染物，但特定的传染性病原体是大肠杆菌。单独试验或多重试验中的大肠杆菌O157H7、O26、O45、O103、O111、O121和O145可全部使用本发明来检测。
详细地参考附图，其中相同的参考数字在几个图中指代相同的元件，示出了用于进行各种实时(或接近实时)定量测试以快速检测生物样品(诸如食品和其它物质)中的传染性病原体的存在的便携自包含测试装置100。参考图1A至图1C，示出了用于执行快速的(实时或接近实时)样品414(图4B)的分析以根据本发明的优选实施例标识传染性病原体的测试装置100。在优选实施例中，测试装置100利用一次性测试卡盒总成300以定量方式测试特定分析物。测试装置100是便携式分析仪，其与测试卡盒总成300相互作用并对用户提供简单提示来获得被指定从各种源中寻找违禁分析物的特定测试的结果。装置相互作用的测试卡盒总成300包含活生物传感器，其被构造为检测和报告样品414中的违禁分析物。待测试的样品414包括诸如可能是传染性病原体的来源的食品、液体、表面等材料。传染性病原体包括食源性疾病、病原体、病毒、细菌等。测试装置100允许在无需消耗时间来富氧或培养被测试的材料的情况下快速分析样品414以便于测试。
图1是根据本发明的优选实施例的具有闭合铰链盖104的测试装置100的前透视图。测试装置100包括优选由通常刚性的、优选为诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯的聚合材料形成的外部壳体102。在不脱离本公开的范围内，其它材料或者这些材料的组合可用于形成外部壳体102。这样的材料对于本领域技术人员是熟知的。
测试装置100包括打开/关闭电源开关108和用于在电源开关108处于打开位置时允许用户与测试装置100相互作用的触摸屏液晶显示器(“LCD”)110屏幕。触摸屏液晶LCD110允许用户将命令提供到测试装置100，并通过显示菜单将指示提供给用户以便于测试装置100的操作中，如图14和图15中所示。如将要进一步讨论的，菜单包括但不限于图形用户界面，其用于将关于由测试装置100所进行的特定测试或操作的状态或结果的信息和/或数据提供给用户。
在优选的实施例中，触摸屏LCD110包括LCD单元和能够通过乳胶手套或类似物接收用户的输入的重叠触摸屏。在本实施例中，LCD110包括五(5)英寸对角QVGA、来自精电公司的IPS型TFT LCD型号VL-PS-COG-T500F2080-X1，和来自AD METRO的玻璃膜玻璃电阻触摸屏模型号AD-5.0-4RU-02-200。可在不脱离本发明的范围的情况下采用触摸屏LCD110的其它型号和制造商。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可在测试装置100中采用输入/输出装置(诸如按钮、键盘、轨迹板等)的其它尺寸和类型。
测试装置100包括多个接口端口112，诸如以太网端口112a和微型USB端口112b。接口端口112允许测试装置100至或自本地或远程的计算装置、移动装置、服务器或类似物(未示出)接口下载和上传数据(例如，测试数据)。典型的接口端口112的结构和操作对于本领域的那些技术人员是熟知的，且为了简洁起见没有在本文中详细描述。而已经在本文中描述了特定接口端口112，在不脱离本发明的范围的情况下，可在测试装置100中结合和采用有线和/或无线通信(诸如802.11Wi-Fi)的其它端口和其它方法。
参考图11，测试装置100的外部壳体102还包含电源系统1126和允许测试装置100在安装测试测试卡盒总成300时执行测试所必需的其它电气和电子组件、电路和软件。优选地，电源系统1126包括一个或多个电池116，其便于测试装置100的独立操作。还设置了电池充电器连接器114(图1A)以对一个或多个电池116(其优选是可充电的)充电。
一个或多个电池116均优选地包括来自AUTEC BATTERY的型号503759AY，具有标称的3.7伏的2200MAH容量的双芯锂离子电池。电源系统1126还包括智能快速充电电池充电电路1114，其功能用于对电池充电116并使用嵌入电池116内的温度传感器监控电池温度。在本实施例中，电池充电电路1114是德州仪器公司的型号BQ240032ARHLR。如果电池116的温度不在安全操作范围内时，电池充电电路1114停止对电池116充电直到达到安全温度为止。每当随附AC适配器(未示出)通过电池充电器连接器114连接到测试装置100时电池充电器被激活以对测试装置100提供电源并在电池116的再充电过程中允许测试装置100的正常使用。
参考图1B，示出了具有其处于打开位置的铰链盖104以暴露卡盒凹口152的图1A的测试装置100。在铰链盖104处于打开位置时，卡盒凹口152优选仅可由用户进入。如图1A中所示，当铰链盖104处于其关闭位置时，卡盒凹口152由铰链盖104覆盖。铰链盖104由机械致动器106释放、优选位于外部壳体102上、靠近铰链盖104。其优选地是按钮、开关或类似物的机械致动器106释放铰链盖104以从闭合位置转动(如图1A所示的其与外部壳体102基本接合)到打开位置(如图1B所示远离外部壳体102)。参考图1C，当铰链盖104处于打开位置时，测试卡盒总成300可被引入到卡盒凹口152中。
如图1B和图1C中所示，铰链盖104包含两个盖突起104a，其被布置为将铰链盖104保持在闭合位置，同时由测试装置100执行测试。在闭合位置处，盖突起104a由包含在外部壳体102内的一对锁定闩锁104b接合。通过用户压下机械致动器106使锁紧闩锁104b从盖突起104a上断开。铰链盖104优选包括其中具有光密封垫片(未示出)的光密封槽118，其在铰链盖104处于闭合位置时与围绕卡盒凹口152的分析部分框架202(图2B)中的光密封肋条120接合以防止周围光进入卡盒凹口152。在铰链盖104处于闭合位置时，在铰链盖104的内表面上具有锥形侧壁的基本上方形凸出部分122与分析部分200壳体204A的锥形侧壁壳体204接合。
现在参考图2A和图2B，示出了根据本发明的优选实施例的测试装置100的分析部分200。分析部分200包括被包含在外部壳体102内的分析部分框架202。分析部分框架202优选地以预定结构和取向布置，其具有便于接纳测试卡盒总成300(图1C)的第一端202a和第二端202b，或其它兼容的测试容器。限定卡盒凹口152的分析部分壳体204被定位在分析部分框架202的第一端202a。如图1C中所示，在铰链盖104处于打开位置时，卡盒凹口152允许用户将测试卡盒总成300引入到测试装置100的分析部分200中。分析部分壳体204的功能作为测试装置100与测试卡盒总成300之间的接口。如将在下文中变得显而易见，为了在测试样品414上进行一个或多个测试的目的，一次性测试卡盒总成300被用于将测试样品414(图4B)收集并且引入到测试装置100中。
现在将进一步详细地描述。分析部分200的分析部分壳体204分析部分壳体204优选由基本上刚性的诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合材料或本领域的那些技术人员熟知的其它一些这样的聚合材料制成，并位于分析部分框架202内。分析部分框架202对分析部分壳体204提供结构支撑，且是通过包围分析部分框架202的矩形壁的方式极大地减少或防止环境光进入卡盒凹口152的光密封方案中的主要组件，从而防止周围光发出到达传感器206。在优选的实施例中，传感器206是光传感器。
测试装置100通过分析传感器206的电输出对源自各种来源的样品414执行所需的测试。当传感器206是光传感器时，输出随在已经发源于测试卡盒总成300内的光传感器206的传感表面206a上入射的光量变化。基于正在执行的测试类型，针对在定量分析中被寻求的材料的存在(传染性病原体)，光传感器206的输出确定所分析的样品414是正的还是负的。即，不需要通过测试装置100确定存在于测试样品414中的材料的实际量。测试装置100能够基于所执行的测试和所采用的测试卡盒总成300改变测试参数。
由于在优选的实施例中，由测试装置100对测试卡盒总成300内的材料的评估需要检测可从通过测试卡盒总成300引入的测试样品414发出的光的存在，优选的是，最小化或消除在测试过程中被引入测试装置100的卡盒凹口152的外部光或周围光的量。为了实现这个目标，分析部分200优选防止大多数或所有的环境光发出到达传感器206。传感器206被布置在印刷电路板(“PCB”)208上，其被定位在分析部分壳体204下方。最小化这种环境光发出到达传感器206可防止传感器206的错误输出。
分析部分框架202和铰链盖104优选地由通常的刚性不透明的固体材料(诸如铝，以便反射或吸收在材料上入射的所有可测量光)或对于本领域的普通技术人员熟知的一些其它这样的不透明固体材料制成。分析部分壳体204的底座204B包含下表面上的矩形切口214。观察窗216安装在矩形切口214中。观察窗216优选地由光学透明固体材料(诸如石英玻璃)或本领域技术人员熟知的其它透明固体材料制成。传感器206被定位在观察窗216下方，从而允许光从测试卡盒总成300传递通过观察窗216到传感器206，其中光吸收或反射量最小。因此，传感器206接收可能通过观察窗216的最大信号。
在优选实施例中，传感器206是光传感器，且甚至更优选地，传感器206是光电倍增管(PMT)，如将参考图12进一步所描述的。PCB208还包括RFID通信电路210、与传感器206一起使用的高压电源218和其它光感测电路1200，如将参考图12在下面进一步所描述的。优选地，RFID通信电路210被定位在卡盒凹口152的区域下方，当测试卡盒总成300被引入到卡盒凹口152中时，所述区域与测试卡盒总成300内的RFID标签508(图5B)对准。
传感器罩220被定位为基本上围绕传感器206。传感器罩220使传感器206隔离电磁和磁干扰。传感器罩220优选由具有高磁导率的大致刚性固体导电材料(诸如μ金属)或本领域技术人员熟知的其它这样的固体导电材料制成。分析部分壳体204的壁包括延伸到卡盒凹口152的中空突起222，其与测试卡盒总成300中的凹口配合。中空突起222允许活塞224和活塞杆224A(其接合测试卡盒总成300中的流体转移机构900(图9))穿过其中并与测试卡盒总成300的柱塞424(图4B)接触。
活塞224优选由大致刚性的聚合材料(诸如聚苯乙烯)或本领域技术人员熟知的其它类似聚合材料制成。活塞224由电动机226致动。在优选实施例中，电动机226是线性步进电动机。然而，可在不脱离本发明的范围的情况下使用其它致动器(诸如气动活塞、伺服装置或类似装置)。活塞224经由耦合到活塞224内的一体螺纹孔(未示出)的电动机226上的螺纹轴226A接合到电动机226。在当前的优选实施例中，电动机226是HAYDON-KERK型号19542-05-905步进电动机。为了减少从电动机226引入分析部分200的噪声，电动机226位于分析部分壳体204的外部，而不是接近传感器206。电动机226相对于传感器的这种布置206减小电动机226与传感器206的电或电磁干扰的可能性。
凸出部分228从活塞224突出，并与位置检测器230(其被定位在分析部分200的外面)对准。在活塞224的行程的某一阶段(下面描述)，凸出部分228触发位置检测器230以生成位置信号。在一个实施例中，位置检测器230触发位置对应于在图10B中所示的柱塞424的第二位置。然而，触发位置可交替地与柱塞424的最终位置(图10C中所示的)或柱塞424的路径中的任何其它位置对准。在优选实施例中，位置检测器230是光遮断器且位置检测器230由凸出部分228触发，从而阻挡位置检测器230内的光的路径，此时，信号被发送到微处理器1102以指示活塞224的位置。以此方式，活塞224的位置的精确度感测可发生以确保在测试卡盒总成300的致动中没有错误。在优选实施例中，位置检测器230是OMRON型号EE-SX4134光遮断器。然而，本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，其它类型的装置可用于位置检测器230。
活塞224包括从其中延伸的活塞杆224A，其包含沿其长度在间隔位置处间隔开的几对径向向外延伸的环形凸缘232A-C。可压缩滑动密封件234A和234B被分别径向安装在环形凸缘232A和232C之间。滑动密封件234优选由诸如硅树脂的弹性材料或本领域技术人员熟知的一些其它这样的弹性材料制成。当活塞224被安装时，安装在环形凸缘232A之间的第一滑动密封件234A与分析部分壳体204的中空突起部分222的内表面接合以创建流体密封，其可防止液体从卡盒凹口152进入下分析部分200中，并到达分析部分壳体204下方的PCB208上的电子组件。安装在环形凸缘232C之间的第二滑动密封件234B与活塞杆224A穿过其中进入分析部分框架202中的中空通道的内表面接合以创建不透光密封，其可防止环境(周围的)光发出沿活塞224的路径进入分析部分壳体204的光密封区域。
活塞杆224A还包含接合滑动闸板236的第三对环形凸缘232B。为了保持分析部分200低轮廓和大小可携带的目的，滑动闸板236优选由诸如不锈钢薄板的刚性不透明薄材料制成。可替换地，滑动闸板236可由具有高磁导率的诸如μ金属的导电材料构成，以便对传感器206提供额外的屏蔽。当最初由活塞杆224A接合时，滑动闸板236在传感器206和观察窗216之间传递。在该位置处，滑动闸板236反射或吸收几乎所有的环境光发出，其否则在铰链盖104打开且分析部分200被暴露于周围光时将到达传感器206。在传感器206是PMT的情况下，滑动闸板236保护传感器206，其在充分暴露在周围光水平时对于饱和度和损害是脆弱的。滑动闸板236包含孔238，其测试的开始时与传感器206对准。优选地，在测试开始之前，滑动闸板236覆盖传感器206。理想的是，滑动闸板236接合活塞杆224A并利用电动机226的运动以滑入其中在测试开始时孔238在传感器206上方的位置。这种布置最小化额外的组件成本，并进一步减小电或电磁干扰的风险。
现在参考图1和图2，分析部分200位于测试装置100的壳体102内。在铰链盖104处于图1A所示的闭合位置时，分析部分200的至少一部分至少部分由铰链盖104覆盖。分析部分200优选包括电路板208，其具有RFID通信电路210，其被配置为经由无线电频率与测试卡盒总成300的唯一的无线电频率标识(“RFID”)标签508通信(图3)。在优选实施例中，RFID通信电路210是TEXAS INSTRUMENTS RFID通信IC型号TRF7961。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，其它类型的扫描仪或扫描装置和其它数据传输方案可替换地用于将信息提供给测试装置100和/或将信息写入测试卡盒总成300的RFID标签508。
本领域的普通技术人员应理解，分析部分200和/或其组件的精确结构仅仅是目前优选实施例中的结构，且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对分析部分200和/或其组件的结构减小变化。因此，本发明不限于本文所描述的分析部分200的精确结构，但旨在涵盖结构和/或操作的变化，以及可进行与当前分析部分200相同或基本相同的功能的其它结构和布置。
变化可包括省略机电电动机的这样的结构变化，而是依赖于用户输入力以致动卡盒，从而在无需使用活塞的情况下直接致动测试卡盒，利用多个电动机进行不同动作，将电动机放置在分析部分200的光密封区域内，或在没有精确位置感测的情况下控制电动机。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，分析部分壳体204中的测试卡盒凹口152、盖突起104A和锁定闩锁104b的布置和大小可如本文中所示出和描述的变化，以与图中所示和本文描述的。所有均必要的是，卡盒凹口152必须顺应和符合测试卡盒总成300的大小和形状，使得卡盒凹口152可接收引入的测试卡盒总成300。
类似地，在不脱离本发明的范围的情况下，由传感器206来感测光可由本领域的那些技术人员熟知的不同信号检测方案代替。例如，电信号的检测可用于测试结果的评估。在这种情况下，可能优选的是，最小化或消除光以外的噪声的外部来源。便于最小化或消除光以外的这样的噪声的外部来源的分析部分200的结构变化在本发明的范围之内。
现在参考图3A和图3B，示出了与根据本发明的优选实施例的测试装置100一起使用的测试卡盒总成300。优选地，测试卡盒总成300是单次使用的一次性卡盒，其用于接收从食品或其它来源收集的少量样品414(图4B)，用于由测试装置100进行的测试。因此，测试卡盒总成300被优选配置为可固定插入到测试装置100中达所选测试的性能的持续时间。甚至更优选地，每个测试卡盒总成300包含用于单一测试的性能的所有必要的试剂504、506(图5B)等，如本文中进一步描述。
如图3A中所示，测试卡盒总成300优选包括两个单独部分，进一步参考图4所描述的测试卡盒底座400和进一步参考图5所描述的贮液卡500。测试卡盒底座400和贮液卡500被配置为彼此相互作用以用于由测试装置100进行测试的性能。贮液卡500被设计为与测试卡盒底座400分离的部分，以便占据最小体积，并实现高封装密度。封装密度是在所需的试剂504、506需要在低温或低于冰点温度下存储时的场合的重要考虑因素。然而，可类似地生成集成单一单元测试卡盒总成300，并且在本公开的范围内。
测试卡盒底座400被配置为在测试卡盒底座400的第一端400a处在插槽402(图4A)中接受单独贮液卡500。贮液卡500被专门设计以为一个或多个生物传感器(试剂504、506)提供方便小尺寸存储和输送车辆。如图3A和图3B中所示，用户通过将贮液卡500滑入插槽402中将贮液卡500组装为测试卡盒底座400。一旦贮液卡500被插入到测试卡盒底座400中，贮液卡500固定附接到测试卡盒底座400。永久附接部件502防止测试卡盒底座400的误操作，诸如具有多个贮液卡500的测试卡盒底座400的误操作。由此避免测试卡盒底座400和/或贮液卡500的污染。可使用任何已知的适当的机械附接装置或构件(诸如单向附接部件502(图5B))将贮液卡500附接到测试卡盒底座400。
测试卡盒底座400优选地不包含任何专门的测试组件，并因此可能对于多个测试类型是共有的。因此，测试卡盒底座400应与多种类型的贮液卡500兼容。如图4B和图9中所示，测试卡盒底座400包含反应室404和流体转移机构900，它们共同占据比贮液卡500的体积相对较大的体积。参考图5A和图5B，贮液卡500包含所有必要的试剂504、506等，用于由测试装置100执行单一测试。相应地，可提供多个不同类型的贮液卡500(每个都具有用于进行特定测试类型的一个或多个不同试剂504、506)。优选地，反应室404便于样品414和试剂504、506的适当混合，同时最小化对包括试剂504、506的活细胞的损害。反应室404也最大化聚集光，其在进攻分析物的存在下使试剂504、506发出到传感器206或确认测试的第一阶段的适当运作。
如在图4B中最佳地示出，测试卡盒底座400包括具有一体的铰链盖408的大致的矩形壳体401。矩形壳体401优选由大致刚性的优选为诸如聚丙烯的聚合材料或本领域技术人员熟知的其它类似聚合材料制成。背涂粘合剂的膜410用于包围形成于壳体401的平表面400b中的流体通道406以用于试剂504、506的密封通道和/或贮液卡500和测试卡盒基板400之间的空气。测试卡盒底座400的壳体401还包括一体的反应室404，用于样品414的沉积，且样品414与试剂504和506的最终混合以用于执行期望的测试。
当测试卡盒总成300被放置在卡盒凹口152中时，测试卡盒底座400的壳体401内的反应室404的底表面404A与光传感器206对准。参考图3C，反应室404被密封在具有透镜412的底表面上。透镜412优选由刚性的、优选的诸如聚碳酸酯的聚合材料或本领域技术人员熟知的其它类似的聚合材料形成。透镜412材料优选是光学级透明材料，以便防止试剂504、506和光传感器206之间的不需要的光吸收或反射。在优选实施例中，透镜412被热焊接到测试卡盒底座400的壳体401，以便提供液体紧密密封并最小化污染物进入反应室404。参考图4A和图4B，反应室404对于测试卡盒底座400的壳体401的顶表面400b是开放的，以便允许用户将样品414(优选液体形式)直接沉积到反应室404中。
背涂粘合剂的膜410被放置在测试卡盒底座400的壳体401的顶表面400b上。以允许用户通过使用沉积工具(未示出)的尖端(诸如将样品414沉积到反应室404中的移液管)刺穿膜410的方式使膜410在反应室404上方被优选地预刻或穿孔416。膜410的预刻或穿孔416是理想的，以便对在测试过程中已经完成了样品沉积步骤或测试卡盒总成300以前被使用且应该被丢弃的的用户提供视觉提示。具有粘合剂衬垫418b的可压缩垫圈418被放置到反应室404顶表面400b的开口的外周的周围(围绕背涂粘合剂的膜410的穿孔或预刻区域416，见图4A)。为了在一体测试卡盒底座400铰链盖408关闭时创建流体紧密密封的目的。一体测试卡盒底座400铰链盖408包含卡扣装置408a、408b，其用于在样品414已经沉积到反应室404中之后通过与抓勾狭槽420a、420b的相互作用将测试卡盒底座400铰链盖408保持在闭合位置。
仍然参考图4B和图3C，中心孔422位于测试卡盒底座400的壳体401内，其包含柱塞424，其作为测试卡盒的流体转移机构900的一部分，这将在下文中更详细地描述。柱塞424优选由诸如硅橡胶的弹性材料或本领域技术人员熟知的一些其它这样的弹性材料制成，且其尺寸被设计为密封地接合中心孔422的内壁。测试卡盒底座400的壳体401的顶表面400b包含相对较大通气溢流室426，其通过通气通道426A与反应室404连通。通气溢流室426存在以允许在引入试剂504、506的过程中将空气移出反应室404，并包含用于包含可能进入通气通道426A的任何杂散量的液体的装置。优选地，通气溢流室426包含利用在排出的空气离开测试卡盒底座400的壳体401时必须通过其中的抗微生物涂层的吸收材料428。这可确保任何杂散量的液体将被吸收并包含在通气溢流室426内，且将破坏任何的生物组分。
如图5B中所示，贮液卡500包括多个流体端口516，当贮液卡500被插入到测试卡盒底座400的壳体401的时所述多个流体端口516与一系列密封装置702(图7)通过界面接触，从而在组装时执行与贮液卡500的连接。密封装置702在测试卡盒底座400的壳体401中的壁401A的下方凹进(图7)，以为了防止对密封装置702损坏的目的，并消除潜在位点，以使容易接触的污染物被引入到试剂504、506中。
本领域技术人员应理解测试卡盒底座400和/或其组件的精确结构仅是优选实施例，且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对测试卡盒底座400和/或其组件的精确结构作出变化。诸如将样品414沉积在反应室404之外的位置以在后来被移动至反应室404，利用多个部件来实现测试卡盒底座400的壳体401和反应室404的功能，在样品沉积之后使用用于反应室404的单独盖或封闭方案，或者可替换地将柱塞424和/或流体转移机构900的其它组件定位在贮液卡500上的其他结构和功能的变化都在本发明的范围之内。
通向测试卡盒底座400的壳体401内的反应室404的反应室404和流体通道406优选被设计为实现若干目标。用于使流体进入反应室404的入口通道802(图8)优选为管形，其直径优选为小的且逐渐变小以在到反应室404入口处变小。该结构优选地增加流体进入反应室404的速度以由于试剂504、506在反应室404内的整体运动促进剧烈和因此均匀混合。
参考图8，示出了测试卡盒总成300的横截面侧立视图。期望的是以促进分子扩散以外的混合的方式混合试剂504、506和样品414，以便通过确保存在于样品414中的任何传染性病原体迅速遇到试剂504和506来最小化测试时间。在优选的实施例中，入口通道802的最小直径是0.75mm。入口通道802被进一步优选地从反应室404的中心轴偏移，以便在流体混合时促进试剂504和506围绕反应室404的中心线的顺时针或逆时针旋转运动，以增加混合物的均匀性。
在当前优选的实施例中，入口通道802近似相切于反应室404的内表面。期望的是，为了允许流入的流体从入口通道802行进到反应室404内的液面，同时保持与反应室404的侧表面接触，这允许最小湍流并将气泡最小引入混合流体中。在试剂504、506与样品414的相互作用发出的光行进通过混合试剂504、506内或混合试剂504、506的表面上时，由于它们引起的光的不可预知的折射使得出现不希望的气泡。
在本发明的一些实施例中，稳定剂被包括在反应室404中。稳定剂可以是例如普朗尼克(Pluronic)F68，其通过保护膜免受剪切用于细胞培养物中作为细胞膜的稳定剂且另外作为防沫剂。本发明的某些实施例还包括诸如普朗尼克F68、聚乙二醇、甲基纤维素等的至少一种添加剂，其位于反应室404中以在样品414和试剂504、506的混合过程中最小化气泡在反应室404中的形成。该添加剂可进一步包括诸如普朗尼克F68、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、甲基纤维素(甲基纤维素)，或类似物的表面活性剂。本发明的一些实施例还包括装置，用于在样品414与试剂504、506混合之前破坏样品414的单个细胞且特别是样品414中的传染性病原体，以为了放大由试剂504、506与样品内的传染性病原体反应生成的光信号的目的。这种装置的实例是超声发生器(未示出)。
入口通道802的轴优选地高于水平成一定角度，以便提供部分向下方向以引入流体流来确保试剂504、506与驻留在反应室404的底部的流体混合。在当前优选实施例中，入口通道802以约三十(30)度的角度高于水平成一定角度，且另外最佳功能范围发生在高于水平的十五(15)度和六十(60)度之间。由本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，入口通道802的布置、位置和结构可变化。
可替换地，如果需要，试剂504、506可通过以下被引入到反应室404：使用替代的流体输送技术(诸如将试剂504、506输送到反应室404中的垂直通道(未示出))，或将流体试剂504、506直接传输到反应室404的中心轴以便创建流入反应室404的试剂列来通过夹带促进混合。此外，用户可以以相同方式且例如在样品414沉积到反应室404的同时手动传输一种或多种试剂504、506。
反应室404优选具有一形状，其最大化朝向反应室404的底部反射的光子量以允许光子由位于分析部分200中的反应室404下方的传感器206读取。在优选实施例中，反应室404的形状是旋转部分，以便于使混合流体414、504和506围绕反应室404的中心轴顺时针或逆时针运动。可替换地，如果需要，可使用旋转部分之外的反应室404形状，诸如矩形或不规则形状。在优选实施例中，用于形成反应室404的旋转部分是椭圆的一部分。这个椭圆形状是理想的，以便帮助收集由试剂504、506与样品414的反应发出的杂散光和朝向光传感器206的表面反射该光。反应室404的形状优选是近似的抛物线。反应室404可以是椭圆的旋转一半，其中在约2.5mm的顶部具有开口，且下部直径位于椭圆的长轴或短轴并等于约8mm。
反应室404的表面优选地是反射的，以便进一步提高椭圆形状的光收集性能。在优选实施例中，限定传感器206的感测表面206a的最大直径，以便实现光感测电路1200(图12)的输出的最大的信噪比。反应室404的至少底部的直径被设计为近似匹配传感器206的直径，这会影响椭圆形状，其可在被设计为保持流体的特定体积的反应室404中实现以用于给定测试类型。在优选实施例中，优选反应室404表面颜色是部分漫射白色，这是由于在不会被直接反射到传感器206表面206a的光部分被白色表面扩散且光的一部分被引导向传感器206表面206a时发生的额外的光收集的原因。可替换地，可使用其它表面光洁度、颜色和诸如近镜面加工的铝的材料或透明材料。
期望的是，反应室404材料是最低发磷光的，以便防止从反应室404本身发出的光压倒从试剂504、506与样品414反应生成的任何发出光，并从而防止或以其它方式影响检测。虽然已发现的诸如丙烯腈丁二-苯乙烯或其它这样的聚合材料的白色聚合材料，以呈现低水平磷光，但是已发现通过光反射和漫射的组合提供的额外的光收集有利于光感测电路1200的输出的信噪比。
如图5A至图5C所示，贮液卡500总体上包括矩形壳体501。贮液卡500的壳体501优选由大致刚性优选的聚合材料(诸如聚丙烯)或本领域技术人员熟知的一些其它这样的聚合材料形成。参考图5B，流体储存通道510、512形成为贮液卡500壳体501的上表面501a，以便为所有必要的试剂504、506提供存储，以用于执行特定的测试类型。
在优选实施例中，第一试剂504是生物传感器试剂，其能够在检测到特定病原体或病原体集时发出光，且第二试剂506是阳性控制样品，诸如抗免疫球蛋白M(抗IgM)或毛地黄皂苷。第二试剂506被用于在作为生物传感器试剂504的活力的验证的初始测试的持续时间后快速激活第一生物传感器试剂504的目的。第二试剂506用作负面结果控制测试，并因此是可选的。即，可在不存在和/或不使用第二试剂506的情况下执行测试，但在其不存在的时候，测试结果的准确性可能难以验证。
用于存储试剂504、506的流体存储通道510、512形成为提供小横截面积，其宽度优选为约1mm且高度为1mm。小横截面积允许使用一个或多个额外流体(诸如空气)使存储的试剂504、506容易地移出流体储存通道510、512。还期望较小的横截面积，这是由于在必要的试剂504、506需要被冷冻存储且在测试前被立即解冻的场合中所得到的解冻时间的减少的原因。优选聚合材料或类似材料的薄盖514粘接到贮液卡500壳体501以封闭液体存储通道510、512并提供对贮液卡500的壳体501的顶表面501a的流体紧密密封。
参考图5B，贮液卡500的壳体501还包含底表面501b上的凹部区域(未示出)，以包含RFID标签508。凹部区域用于防止免受RFID标签508的敏感元件的意外接触所引起的损坏。RFID标签508位于贮液卡500内或固定到其上，以便最小化在关联存储在RFID标签508上的测试卡盒数据300与特定测试类型所需的必要试剂504、506中的用户错误。优选使用RFID技术，以便自动化测试卡盒总成300和测试装置100之间的数据传输，从而最小化可能的用户错误源。
贮液卡500的壳体501的端面501c包含多个流体端口516a-516d，其在组装到测试卡盒总成300中时进行与测试卡盒底座400的壳体401的流体连接。每个流体端口516由每个流体端口516的外周周围的粘合衬垫或类似物附接到可压缩垫圈518。在如图所示的贮液卡500被适当地安装在测试卡盒底座400中时，可压缩垫圈518建立与测试卡盒底座400的壳体401的流体紧密密封。
为了防止污染物接触流体端口516并防止对可压缩垫圈518的损坏，贮液卡500的壳体501的端面501c最初由膜520覆盖(参见图5A)。在优选实施例中，膜520是聚对苯二甲酸乙二酯薄膜，或能够生成与贮液卡500的壳体501的液体紧密密封的一些其它柔性聚合膜。膜520具有选择涂覆的粘合衬垫，并以每个流体端口516被围绕其周边单独密封的方式使用膜520的单侧上的粘合剂选择地粘接到贮液卡500的壳体501，且膜520的一个端部520a被永久地粘接到贮液卡500的顶面501a。
图6A是具有折叠膜520覆盖流体端口516的图5A的初始布置中的贮液卡500的一部分的放大侧立视图。如图5B和图6A中所示，膜520在点520b处被放置回其自身上，使得薄膜520的剩余端部被引导回贮液卡500的顶面501a。膜520的剩余端部520c利用选择施加的粘合剂被永久地粘接到载体部分522。载体部分522优选由大致刚性的聚合材料(诸如聚丙烯)或本领域技术人员已知的另一种这样的聚合材料制成。
图6B是具有折叠膜520缩回以暴露流体端口516的图5C的插入布置中的贮液卡500的一部分的放大侧立视图。如图6B中所示，远离流体端口516的载体部分522的任何运动导致粘接膜520从贮液卡500壳体501的流体端口端501c的剥离动作，这解封并暴露了流体端口516及其垫圈518。
存在多种动作，其在贮液卡500被组装到测试卡盒底座400中时发生。在贮液卡500滑入测试卡盒底座400的壳体401上的接收插槽402中时，贮液卡500上的载体部分522机械干扰测试卡盒底座400的壳体401上的接收槽402的顶壁。贮液卡500的形状使得其在向后或顶边向下方向上不能被完全插入测试卡盒底座400的接收插槽402中。当贮液卡500处于正确方向上时，当用户继续插入贮液卡500时，载体部分522和测试卡盒底座400的壳体401壁之间的机械干扰导致载体部分522相对于远离流体端口516(参见图5C)的贮液卡500移动。
如上所述，载体部分522远离贮液卡500的流体端口516的运动导致代替在贮液卡500的流体端口516上方的膜520的剥离运动。膜520的剥离在贮液卡500上暴露流体端口516及其垫圈518(见图5C)。优选地，在贮液卡500在测试卡盒底座400的壳体401上已经完全与接收插槽402接合之前，发生流体端口516的完整暴露，使得流体端口516由接收插槽的顶壁保护且从未开放暴露于外部环境。这种行为被期望用于防止污染物接触流体端口516并变得被引入试剂504、506中。
随着贮液卡500完全移动到测试卡盒底座400的壳体401上的接收槽402中时，参考图7，存在于测试卡盒底座400的壳体401上的密封装置702与贮液卡500上流体端口516的垫圈518接触，从而形成流体紧密密封。在目前的优选实施例中，垫圈518和密封装置702之间的密封是面密封。然而，其它类型的密封或密封装置(诸如路厄密封)可替换地用于在贮液卡500和测试卡盒底座400壳体401之间提供流体密封。替代密封装置可包括形成环形密封的径向可压缩垫圈(未示出)。当贮液卡500已经完全插入接收槽402中且流体紧密密封已形成时，贮液卡500的壳体501上的单向附接部件502(图5B)以本领域熟知的方式与测试卡盒底座400壳体401上的随附保持部件(未示出)接合以将贮液卡500永久保持在与测试卡盒底座400的组装状态下，从而生成测试卡盒总成300。
本领域的技术人员应理解，虽然已经描述了特定贮液卡500组件布置，但是本发明不限于这种特定布置。可能的替代性布置包括仅使用单一试剂、在较大圆柱体积中存储试剂504、506，或替代流体端口保护功能，诸如刺穿膜或箔和/或用户移除覆盖物。
参考图9、图10A、图10B和图10C，示出了测试卡盒底座400内的流体转移机构900。图9是引入分析部分200的图3A的测试卡盒总成的横截面侧立视图。通过在组装贮液卡500和测试卡盒底座400的壳体401之间形成的密封装置702，位于测试卡盒底座400的壳体401中的柱塞424优选被设计为移动行进穿过测试卡盒底座400的壳体401中的空气通道902A-902D的空气。当通过活塞杆224A致动时，柱塞424使存储在贮液卡500中的试剂504、506被转移到测试卡盒底座400中。如上所述，柱塞424优选通过分析部分200中的活塞杆224A致动。
随着它们被移动时，试剂504、506被迫进入测试卡盒底座400的壳体401中，并最终进入反应室404中。利用空气使试剂504、506从贮液卡500移动的设计使流体转移机构900组件位于测试卡盒底座400的壳体401中，这允许贮液卡500实现最小体积以便于存储和运输贮液卡500。在优选实施例中，从中央孔422和柱塞424引出的空气通道902A-D被设计为生成试剂504、506从贮液卡500到反应室404的分阶段传输。参考图10A至图10C，在通过被交替地密封且然后在柱塞424沿中心孔422移动时打开的一系列空气通道端口902使空气从中心孔422转移时，试剂504、506的传输发生。
参考图10A，在开始或第一阶段时，柱塞424被定位在中心孔422的开始端906A。柱塞424的凸缘908初始密封第一空气通道端口902A，其通过流体端口516C连接到用于贮液卡500中的第二试剂506的存储区域512并将第一通道端口902A与其它通道口902B至902D和第一试剂504相隔离。
第二空气通道端口902B是开放的并连接到第四空气通道端口902D。第三空气通道口902C是开放的并连接到第一试剂504的存储区域510。在优选实施例中，第一试剂504包括用于对样品414执行测试的生物传感器。在柱塞424由活塞杆224A致动时，柱塞424行进再次通过中心孔422，且从中心孔422转移的空气行进通过第三空气通道口902C，从而使第一试剂504从贮液卡500移动。第一试剂504流入测试卡盒底座400的壳体401，并最终进入反应室404中以上述方式与样品414混合。
在柱塞朝向中央孔422的第二端部906B移动通过第二阶段424时，参考图10B，第二空气通道端口902B变得由凸缘908密封。然而，由于第二空气通道端口902B到第四空气通道端口902D的直接连接，第二空气通道口902B的密封没有效果。当柱塞424到达图10B的第二阶段时，第一试剂504的整个体积已经从贮液卡500转移到测试卡盒底座400壳体401。此时，柱塞424的运动暂停，其中第二空气通道端口902B封闭完成由测试装置100进行测试的第一阶段所需的持续时间。在一个实施例中，柱塞424的运动暂停约六十(60)到一百二十(120)秒或更多时间。柱塞424暂停的时间量优选依赖于由测试装置100运行的测试的类型，且基于在插入卡盒凹部152之后通过由测试装置100读取的测试卡盒300RFID标签508提供的信息来确定。
在测试的第一阶段完成之后，如果要进行第二次测试，柱塞424再次由活塞杆224A移动，从而使柱塞424凸缘908密封第三空气通道口902C并打开第二空气通道端口902B。在柱塞424朝向第二端部906B继续移动通过中心孔422时，从中心孔422转移的空气被迫行进通过第四空气通道端口902D，以到达第二空气通道口902B，并在柱塞424和中央孔422表面之间的间隙区域通过中心孔422到达第一空气通道端口902A。行进通过第一空气通道902A端口的转移空气转移第二试剂506，其流入测试卡盒底座400的壳体401中，并最终进入反应室404中，以便进行第二或阴性的结果验证测试阶段。
活塞424继续移动通过中心孔422，直到接触中心孔422的第二端部906B，如图10C中所示。此时，大多数第二试剂506将被转移并流入反应室404中。在完成柱塞424从中心孔422的第一端部906A到第二端部906B的运动时，优选的是，柱塞424可能无法向第一端部906A移回。这种柱塞424的单向运动有助于防止测试卡盒总成300在随后的测试中被重复使用。
出于成本的原因、制造复杂性的原因并减小使用光传感器206的潜在干扰的来源，使用单一活塞杆224A和单一柱塞424被期望用于限制在测试卡盒总成300和检测装置100中使用额外的部件。然而，本领域的那些普通技术人员应理解，上述流体转移机构900的精确结构仅仅是目前优选实施例中的精确结构且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对流体转移机构900的结构进行变化。流体转移机构900的可能的可替换的布置包括利用多个电动机来使每个电动机控制一个特定致动或多个，使用多个柱塞以使每个柱塞转移一个或多个试剂504、506，而不是使用空气作为媒介，或使用转移试剂504、506的替代方式，诸如可压缩膜或泡罩包装。
参考图11，示出了测试装置100的优选实施例的电气/电子和其它相关组件的功能示意硬件框图1100。测试装置100的操作由微处理器1102控制。在优选实施例中，微处理器1102是应用处理器，诸如飞思卡尔半导体公司的型号为MCIMX255A.TM4A的处理器，其实施处理器速度高达400MHz的ARM926EJ-S内核。甚至更优选地，微处理器1102包括集成的10/100以太网控制器和通用串行总线(USB)物理层(PHY)1108B。微处理器1102提供用户定义的通用输入/输出(I/O)引脚或用于额外外围装置的连接的端口(未示出)，如下文所述。微处理器1102内核在电源系统1126的1.34V至1.45V平均电源电压之间工作。本领域技术人员将显而易见的是，微处理器1102可由一个或多个微处理器或其它控制装置(诸如FPGA或ASIC)替代，其在不脱离本发明的范围的情况下具有不同和/或额外的特性和功能。
USB端口112b中的内置和集成到微处理器1102中的USB PHY1108B用于提供USB通信端口112b，其允许测试装置100通信或接收来自其它USB装置的通信(未示出)。测试装置100使用USB客户端协议，其允许USB端口112b作为客户端或其它USB装置(未示出)。外部连接可用于升级软件的检索和安装、测试记录到远程装置(未示出)的传输、下载测试信息和将测试结果上传到主计算机等。如果需要，可类似地使用其它驱动器电路。
测试装置100进一步包括闪存只读存储器(ROM)1104、动态随机存取存储器(RAM)1106和以太网PHY接口1108A，其中每个都以本领域中熟知的方式通过个人并行总线1110的方式存取并由微处理器1102访问。在优选实施例中，有至少64兆字节(64MB)的ROM1104和至少16兆字节(16MB)的SDRAM1106。RAM1106是2Mb x16个I/O x4个组的镁光公司的型号MT48LC8M16A2P-7E：G集成电路。RAM1106支持在微处理器1102内执行的软件。ROM1104优选是三星公司的型号K9F1208U0C-P1B00NAND闪存存储器集成电路。ROM1104是持久存储器，其负责保持所有系统软件和由测试装置100进行的所有测试记录。相应地，ROM1104保持存储在其中的数据，即使当检测装置100的电源移除。ROM1104可通过本领域技术人员熟知的程序进行重写，从而便于由微处理器1102执行的测试装置100的系统软件的升级，而无需添加或替换任何测试装置100的存储部件1104、1106。如果需要，来自相同或不同制造商的不同型号可替换地用于ROM1104和/或RAM1106。
微处理器1102还具有用于存储卡安全数字扩展端口的集成接口和读卡器1112。SD卡扩展端口1112位于测试装置100内以通过引入具有在其上存储的额外功能的SD存储卡(未示出)便于在测试装置100的未来迭代中的额外功能。
以太网PHY接口1108A是来自国家半导体公司的的型号伪DP83640TVV的集成电路，且每秒为100MB提供对每个局域网络(LAN)、计算机(未示出)或其它外部装置(未示出)的第二连接。以太网PHY接口1108A经由其个别并行总线1110C在连接的外部装置(未示出)和微处理器1102之间协议。
测试装置100需要多个供应的稳压电压以便正常工作。各种电压由多通道电源管理集成电路(PMIC)1116提供。PMIC1116地址电源管理需求具有单一输入电源的多达八个(8)独立输出电压。在本实施例中，PMIC1116是飞思卡尔的MC34704IC，但可替换地使用其它电源管理电路。PMIC1116提供备用输出，其总是主动对微处理器1102和电池监测电路(未示出)中的实时时钟供电。
微处理器1102控制其电源系统1126，并在测试装置100处于非活动状态达预定的时期(例如10分钟)时进入休眠模式。此时，微处理器1102的最内部功能将停止，从而保存电池116。然而，实时时钟(未示出)保持运行以为测试装置100保持一天中的正确日期和时间。此外，一个或多个传感器(诸如LCD110的触摸屏部分)优选保持在活跃状态，使得睡眠模式可通过例如感测用户按压触摸屏的任何部分，或通过按压致动器106打开铰链盖104而激活。
在检测装置100的电源系统1126的所有电功率被移除的事件中，诸如当电池116被替换时，附接到微处理器1102的电池恢复备份(未示出)保持实时时钟所需的最小电力，使得测试装置100可保持正确的日期和时间。每当电力被移除或恢复到测试装置100的时候微处理器1102写入闪速ROM1104中的能力被启动，直到电源系统1126和微处理器1102稳定之后，以便防止闪速ROM1102的内容的偶然改变，同时电源循环。
微处理器1102的第一端口用于经由传感器/RFID板接口1118将微处理器1102连接到RFID通信电路210和用于从其中接收数据的光感测电路1200(图12)。微处理器1102的第二端口用于经由实验支持外设接口1120将微处理器1102连接到外围装置(未示出)。将在下文中参考图12更详细地描述光感测电路1200。
光感测电路1200能够检测进行由测试装置100执行的各种类型的测试所需的多个范围和类型的读数。光感测电路1200包括次级微处理器1202、快速脉冲计数器1204、一个或多个模拟放大器和滤波器1206、PMT206，和PMT高压电源218。PMT206在活性表面上检测到来自测试卡盒总成300的光信号，并将电流脉冲输出到光检测电路1200。在优选实施例中，一旦试剂504已经与样品414混合，PMT206开始分析与正常辐射不关联的光子的光签名、从测试卡盒底座400壳体401的光子发出，和来自测试装置100的其它机械噪音。输出电流脉冲由光感测电路1200转换并以被发送到主微处理器1102的数字格式由次级微处理器1202中继以进行分析。
PMT206的光谱响应范围从紫外范围变化到可见光范围(230nm-700nm)，其中峰值响应是350nm且光敏响应时间是0.57ns。在本实施例中，PMT206是型号R9880U-110且高压电源218是型号CI0940-53，都是由滨松光子公司制造。次级微处理器1202优选是德州仪器的型号MSP430F2013IPW处理器。
次级微处理器1202提供用于将数据传输到主微处理器1102的一致接口。相应地，虽然期望的是在光检测电路1200内的检测装置100中包括次级微处理器1202以便提供未来的灵活性和易于实现额外或可替换的传感器206，或者扩大光感测电路1200以包括多个检测器，但是次级微处理器1202是可选的。即，次级微处理器1202的功能可替换地由微处理器1102执行。在这种情况下，传感器206可直接连接到微处理器1102上的串行端口。
PMT206对于诸如温度变化、电场、磁场和电磁场的干扰源敏感。因此，由于这些和其它干扰源，PMT206的感测表面的面积是易于受到不需要信号的输出或背景噪声的影响。在优选实施例中，PMT206的感测表面的直径被限制为8mm，以便限制背景噪声信号的生成并增加光感测电路1200的输出的信噪比(SNR)。对于本领域技术人员将是显而易见的是，可替换地使用其它PMT206和高压电源218。
返回到图11，LCD110由集成在微处理器1102中的LCD控制器(其生成LCD110的所需信令格式)驱动。相应地，LCD110经由显示器/触摸面板接口1122连接到微处理器1102的通用输入/输出端口。LCD110优选包括板上驱动电路(未示出)，其经由标准数据和控制信号与微处理器1102的输入/输出端口接口。LCD110的触摸屏利用四线连接来与微处理器1102通信。扬声器1124可连接到微处理器1102以可听地输出声音(诸如警告和错误消息等)给用户。
本领域技术人员应理解，在图11和图12中所示的各种电气/电子组件仅仅是本发明的优选实施例的电气/电子组件的一个例证。在不脱离本发明的范围的情况下，其它组件可被代替或添加到任何所示的组件。换言之，本发明不限于图11和图12中所示的电气/电子及相关组件的精确结构和操作。
参考图16，示出了其中测试卡盒总成300结合测试装置100用于进行根据本发明的优选实施例的测试的步骤的流程图。在测试开始之前，制造贮液卡500(优选在测试设置外部)。工程化的B细胞在步骤1610中生长。生长的细胞在步骤1612中被充入腔肠素，且过量的腔肠素在步骤1614中被移除。细胞稳定剂(诸如普朗尼克F68)在步骤1616中被添加，且冷冻保护剂(诸如二甲基亚砜(DMSO))在步骤1618中被添加以完成生物传感器(即试剂504)的创建。细胞在步骤1620中被加载到贮液卡500。在步骤1622，阳性对照样品(即试剂506)(诸如抗-IgM或毛地黄皂苷)被加载到贮液卡500。然后在步骤1624中将贮液卡500冷冻、存储和/或分配到测试位点。优选地，卡被冻结并存储在低于约负40摄氏度(-40℃)的温度下。
一旦卡已被分配，在测试开始之前，在步骤1626中，可能需要用户使用特定解冻程序通过解冻贮液卡500和试剂504、506来制备包含在内的所选测试类型的贮液卡500。优选地，在需要特定贮液卡500测试类型时指定解冻程序。在步骤1628中，用户选择所期望的测试类型的(制备)贮液卡500并将贮液卡500组装到测试卡盒底座400中，直到贮液卡500壳体501上的永久附接部件502接合测试卡盒底座400壳体401的保持部件。在当前优选实施例中，可听觉(即单击)和/或触觉反馈对于用户是明显的，这是由于贮液卡500上的永久附接部件502接合测试卡盒底座400壳体401上的保持部件。
在步骤1630，用户可选地通过例如使用超声、压力梯度和/或酶处理或类似处理粉碎存在于样品414中的任何传染性病原体来制备样品414。可使用几种技术，包括：(i)诸如脂肪酶的酶，用于从细胞表面(LPS的一部分)释放O抗原；(ii)将细胞粉碎的超声处理器；(iii)弗氏压碎器或粉碎细胞的等效物；或(iv)化学处理，用于从细胞中释放LPS。在步骤1632，用户采用样品沉积工具来刺破反应室404上方的测试卡盒底座400上的穿孔膜410并将怀疑传染性病原体的非常小量(例如30微升)的样品414直接沉积到测试卡盒底座400内的反应室404中。用户然后移除样品沉积工具并关闭测试卡盒底座400的集成的铰链盖408，从而确保保留部件408a和408b接合测试卡盒底座400壳体401上的插槽420a和420b。测试卡盒底座400铰链盖408被保持在闭合位置，且测试卡盒底座400的顶表面上的可压缩垫圈418由盖408接合以形成流体紧密密封。此时，存储在贮液卡500内的试剂504、506必须被完全解冻，以便继续进行试验的其余部分。可替换地，在反应室404中沉积样品414之后或试剂504、506解冻之后，用户可将贮液卡500组装到测试卡盒底座400中。此外，在测试卡盒总成300已经被插入测试装置100中之后，样品414可被沉积到反应室404中。
参考图1C和图3C，测试卡盒总成300的底部被设计为被放置在卡盒凹部152，以便反应室404的透镜412与传感器206对准。测试卡盒总成300和卡盒凹部152以以下方式优选地成形：如果测试卡盒总成300在不适当方向上被引入到分析部分200中，测试卡盒总成300不能完全在不适当的方向插入和/或测试装置100铰链盖104将不能够关闭。
当用户将测试卡盒总成300以适当方式插入卡盒凹部152时，物理过程开始在测试装置100内的物理和电子过程的链式反应，以在步骤1634中对样品414执行所需的测试，且如果有必要，在步骤1636中执行阳性控制测试。用户关闭测试装置100的铰链盖104，其被机械地锁在关闭位置。测试装置100能够在铰链盖104闭合时检测，并发送信号到微处理器1102，其激活RFID通信电路210以用于经由RFID通信电路210至/自RFID标签508进行数据传输。
此时，位于测试贮液卡500内的RFID标签508被放置在分析部分200内的RFID通信电路210的路径中。在本实施例中，RFID标签508是来自德州仪器的RI-I16-114A-S1，其在13.56MHz下工作并包含用于读/写功能的256位用户存储器。测试装置100经由RFID从测试卡盒总成300RFID标签508读取进行测试的详细信息。可至和自RFID标签508传递的信息包括批量测试或样品来源、待进行的特定测试、关于特定测试卡盒的标识的信息以及其它信息。测试装置100也将值写入测试卡盒RFID标签508，其表示测试卡盒总成300已被用于执行测试。RFID标签508的写入防止测试卡盒总成300在未来在相同或其它任何兼容的测试装置100中被重复使用。参考图13A和图13B，测试装置100提示用户确认测试类型并经由显示在LCD110上的用户界面1400(图14)开始测试，这将在下文中更详细地描述。
参考图2和图9，当用户选择开始测试时，微处理器1102发送信号以驱动电动机226，其向前驱动活塞224和活塞杆224A以接合流体转移机构900，并以上述方式完成将第一试剂504引入到反应室404中。活塞杆224A还优选用作铰链盖104联锁。因此，一旦活塞224在测试开始时开始在电动机226的力的作用下移动，活塞杆224A即移动到致动器106下方。当活塞杆224A处于驱动器106下方时，两个之间的机械干涉防止用户向下推动致动器106并在测试进行的同时打开盖子104作为针对用户错误的预防措施。活塞杆224保持在致动器下方，直到测试完成且活塞224完全缩回。同时完成流体转移机构900的第一阶段，活塞杆224A将滑动闸板236移动至其第二位置，其使传感器206的表面暴露在经由滑动闸板孔238从测试卡盒总成300的反应室404发出的光下。
由于测试卡盒总成300内的流体转移机构900一完成第一试剂504引入到反应室404中的反应过程即优选地开始，故光感测电路1200也在此时被激活来检测甚至在用户进行适当数据输入之前可能发生的任何光发出，如将在下文中更详细地描述。如果光检测电路1200检测到适当的光信号，微处理器1102存储并报告正面结果(positive result)，光感测电路1200被关闭，且电动机226移动以将活塞224缩回到其初始位置。
甚至在活塞224已经缩回之后，所测试的测试卡盒总成300的活塞424也保持在其最后位置。用户然后可通过按压致动器106打开铰链盖104并移除所使用的测试卡盒总成300以执行适当的处理。测试样品414和试剂504、506都密封地包含在测试卡盒总成300中。用户也可确认在测试装置100LCD上显示的用户界面(图15)内的测试结果。可替换地，如果预定长度的时间(例如60至120秒)在初始测试的过程中流逝且光感测电路1200没有检测到适当的光信号，电动机226优选地移动以将活塞224进一步驱动到流体转移机构900中，直到完成将第二试剂506引入到反应室404中以进行第二测试，如上所述。
如果光检测电路1200未检测到适当光信号作为第二测试的结果，微处理器1102存储并报告错误消息。然而，如果作为第二测试的结果，光感测电路1200检测到适当的光信号，微处理器1102存储和报告负面结果(negative result)。此时，光感测电路1200被关闭，且电动机226移动以将活塞224缩回到其初始位置。用户然后可移除所使用的测试卡盒总成300来执行适当的处理。此时，测试装置100被复位并准备好接收另一个测试卡盒总成300。随后的测试可以如上述的相同方式(使用新测试卡盒总成300)进行。
如之前所论述的，测试装置100具有使用包含已经被专门指定以进行特定测试的贮液卡500的单一一次性测试卡盒总成300进行各种不同实时(或接近实时)测试的能力。每个贮液卡500包含预定的试剂混合物504、506，用于执行具体的测试。贮液卡500内的RFID标签508以及贮液卡标记(未示出)标识贮液卡500执行具体的测试，以及具体的测试的相关控制参数。以此方式，测试装置100适于通过软件自动定制，用于执行各种测试。
示例性的第一试剂504是生物传感器试剂，其包括人类的B淋巴细胞，该B淋巴细胞被工程化以表示生物发光蛋白和专用于预定传染性病原体的至少一种膜结合抗体。关于生物传感器，结合完整细胞或细胞组分的基于细胞的生物传感器(CBB)系统以可对分析物的生理效应提供深入了解的方式进行响应。如本领域技术人员理解的，基于细胞的测定(CBA)出现，作为检测病原体在临床、环境或食品样品中的存在的可靠和新兴方法，这是因为已知活细胞对于“正常”生理微环境中的调制或干扰极其敏感。因此，CBB系统已经被用来筛查和监测能够使活细胞的扰动的“外部”或环境试剂(参见，例如，Banerjee等，Mammalian cell-based sensor system,Adv.Biochem.Eng.Biotechnology，117:21-55(2010)，其通过引用的方式并入本文。)
与传统检测方法(例如，免疫及分子检测，诸如PCR)相比，生物传感器提供几个优势，其包括，
(i)速度，即在几秒到小于10分钟内发生检测和分析；
(ii)增加的功能，这对于报告活性组分(诸如活病原体或活性毒素)非常重要；以及
(iii)易于扩大规模以进行高通量筛选。
本发明的某些实施例利用基于发光蛋白的生物传感器系统。发光蛋白是从发光水母维多利亚发光蛋白(Aequorea victoria)隔离的21-kDa钙结合发光蛋白。发光蛋白共价连接到疏水性辅基(腔肠素)。在钙(Ca2+)和腔肠素结合后，发光蛋白经历不可逆反应，并发出蓝色光(优选469nm)。发光水母消耗的分数率与[Ca2+]成比例(在生理pCa范围内)。2003年报告了检测食品中的大肠杆菌污染的水母发光-Ca2+指示剂的应用(参见，Rider等的A B cell-based sensor for rapid identification of pathogens，Science,301(5630):213-5(2003)，其通过引用的方式并入本文)。在Rider中，工程化的B淋巴细胞被用于表示标识特定细菌和病毒的抗体。B淋巴细胞也被用于表达水母发光蛋白，其响应于通过将同源靶结合到表面抗体受体而触发的钙通量来发出光。所得到的生物传感器细胞在靶微生物的存在下在几分钟之内发出光。为了建立这样的生物传感器细胞，具有可变区的抗体重链和轻链在B淋巴细胞细胞系中克隆和表达。所得到的免疫球蛋白成为B细胞受体复合物的表面，其包括辅助分子免疫球蛋白(Igα或CD79a)和免疫球蛋白(Igβ或CD79b)。当复合物交联并通过多价抗原(诸如微生物)聚集时，一组信号发送事件迅速导致细胞内钙离子浓度的改变，其然后使水母发光蛋白发出光。这种机制本质上劫持由B细胞膜IgG抗体特定标识存在于大肠杆菌中的抗原的B细胞的固有能力，且该结合触发瞬态Ca2+流入胞质溶胶，其结合在该B细胞中工程化的水母发光蛋白，并随后发出蓝光。参见，Relman，Shedding light on microbial detection,N England J Med,349(22):2162-3(2003)，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
选择适当的B细胞对于所描述的测试很重要。因此，任何所提出的细胞系应进行测试以确认B细胞受体信号转导途径是功能齐全的。具有水母发光蛋白基因的个体B细胞克隆应进行测试以标识具有高水母发光蛋白活性的特定克隆，因为从一个克隆到下一个的显著变化是可能的(参见，一般而言，Calpe等的ZAP-70enhances migration of malignant Blymphocytes toward CCL21by inducing CCR7expression via IgM-ERKl/2activation,Blood,118(16):4401-10(2011)，和Cragg等的Analysis of theinteraction of monoclonal antibodies with surface IgM on neoplastic B-cells,Br J Cancer,79(5/6):850-857(1999)，这两者都通过引用的方式并入本文)。
在使用该检测系统时，高水母发光蛋白表示B细胞对于实现高灵敏级别很重要。在示例性实施例中，生物传感器的受体响应通过使用拉莫斯(Ramos)人类B细胞系来验证。拉莫斯细胞首先被转染水母发光蛋白基因，且转染细胞然后被选定进行水母发光蛋白表达达两个星期。此后，混合的拉莫斯细胞被装有腔肠素(CTZ)，并由抗IgM Ab抗体刺激。引发的闪光信号由光度计捕获。
如图17中所示，抗IgM刺激引起预期相当大和长期的闪烁(从45至65秒)。在图17中，Y轴代表光闪烁量，且X轴代表反应时间(秒)。在三十(30)秒时，抗IgM溶液被注入拉莫斯水母发光蛋白细胞溶液。第一峰(从30秒到37秒)是噪声信号，且第二更大和更长的峰是抗IgM刺激的生物响应。为了提高整体的信号/噪声比，CTZ被从装有拉莫斯水母发光蛋白细胞溶液的CTZ中移除。从细胞溶液中移除CTZ使噪声信号从约一百五十(150)降到约五十(50)，真正峰信号的量没有显著妥协。
根据本发明，用于处理细胞和闪烁测试的示例协议包括：(i)由正规培养基培养拉莫斯水母发光蛋白细胞并保持这些细胞的健康(即，活性>98％)；(ii)对拉莫斯水母发光蛋白细胞充有2μΜ最终浓度的CTZ，细胞密度是每毫升1至2百万；(ⅲ)在恒温箱中5％CO2在370℃下对细胞充电至少3小时；(iv)移除含有CTZ的充电介质；(v)通过采取200μ1细胞溶液加30μ1刺激物(抗IgM)进行闪烁测试并由光度计进行读取；以及(vi)通过加入30至40uL毛地黄皂苷(770μΜ)确认CTZ和水母发光蛋白的功能。
测试装置100优选通过由微处理器1102执行的操作系统控制。在本实施例中，操作系统优选是在Linux环境中运行的自定义设计和编程的应用。操作系统提供输入/输出功能和电力管理功能，如上所述。自定义应用包括简单基于菜单的用户界面，如图14和图15中所示；用于控制和分析由测试装置100执行的测试的参数驱动的功能；以及用于存储测试协议和结果的文件系统。存储的测试结果可被回调、显示或打印出来。软件允许通过文件下载等添加新测试的协议。
图14的用户界面1400优选是菜单驱动的，具有可由用户使用设置在触摸屏LCD110上的菜单来选择的一系列项目。优选地，用户界面1400呈现一系列选择，其允许至每个特定测试和通过其的导航，直到完成它们为止。在本实施例中，用户界面1400允许用户通过使用设置在LCD和触摸屏上的返回键返回到前一屏幕。然而，在测试的同时使用返回键是不允许的，除非测试被取消或中止。所选动作可继续通过一系列步骤，其中每个步骤都由新提示指示给用户。
图13A和图13B是示出由测试装置100采用的计算机软件的优选实施例的基本流程的流程图。本领域的技术人员应理解，软件可以稍微或完全不同于图13A和图13B中所示的方式的方式起作用，它被包括在内仅用于图示软件其作用的目前优选方式。
过程开始于步骤1300，其中初始屏幕被在显示器110上呈现给用户，而应用完成在测试装置100上的加载。在步骤1302和1304中，用户被提示输入用户名和密码的过程。测试装置100验证所输入的用户名和密码是有效的，并且在步骤1306前进到主屏幕1400(图14)。用户标识符(例如，五位数代码)唯一标识进行测试的用户优选由测试装置100存储为测试记录的一部分。
用户可从主屏幕1400选择待执行的测试装置100的一个或多个动作和/或功能，包括通过插入测试卡盒总成300运行测试(步骤1308)、通过按测试日志按钮1402或通过按按钮1404配置设置(步骤1312)，诸如时区(步骤1330)或语言(步骤1332)来审查记录的结果(步骤1310)。优选地，用户使用测试装置100的触摸屏LCD110选择所需的动作。
如果用户将测试卡盒总成300插入到测试装置100中并关闭铰链盖104，在铰链盖104关闭之后，RFID通信电路210被激活，且RFID标签508或所安装的测试卡盒总成300上的其它标识标识测试装置100要执行的测试的类型。
优选地，每个RFID标签508存储字符串，其编码测试卡盒总成300的具体类型的测试；每个测试卡盒总成300的使用期限；测试卡盒总成300序列号，其可包括测试溶液批号，测试卡盒组件300先前是否已在测试装置100内被测试；以及属于特定测试卡盒总成300的其它信息。综上所述，存在于RFID字符串中的信息唯一地标识每个测试卡盒总成300。在测试卡盒总成300插入到分析部分200中的卡盒凹部152中且铰链盖104闭合时，测试卡盒总成300信息输入到测试装置100。该过程检查所扫描的测试卡盒RFID标签508数据以确认测试卡盒还没有被使用过。如果RFID通信电路210在扫描过程中未检测到RFID传输错误且RFID标签508的数据格式是有效的，则从测试卡盒扫描的RFID标签508数据被接受为有效。在确定铰链门104关闭且从RFID标签508读取的数据是有效的时，步骤1308的运行测试选项被自动选择，且用户被提示确认测试装置100运行测试。
在测试开始的同时，用户开始所需的数据输入。在步骤1314，用户被提示将样品414的具体数字代码输入到触摸屏LCD110，其中用户被提示输入“样品/位置”类型。在优选实施例中，样品414的数字代码包括关于样品414的批量或环境的五位数字。如果用户选择“样品”，在步骤1316，用户被提示使用触摸屏LCD110输入批号。如果用户选择“位置”，在步骤1318，系统提示用户使用触摸屏LCD110输入位置。
在接收到样品的特定代码时，将从测试卡盒总成300的RTTD标签508接收到的信息和所接收的用户数据与所有存储的测试记录以及表示测试卡盒总成300是否之前已经测试的从RFID标签508接收的数据进行比较，且如果测试卡盒总成300已经被测试过则拒绝测试卡盒总成300。
从RFID标签508读取的信息也被用来标识将由测试装置100进行的特定测试，并选择适当的测试协议。待选择的协议包括用于待执行的具体测试的测试定时、光感测电路1200的光读取要求等。来自存储在ROM1104中的测试控制表的参数指定测试数据采集和分析的每个步骤如何执行，必要时包括交替软件程序。以此方式，新的或修改的测试参数可通过下载新的测试控制表来安装，如果需要，支持软件模块，而无需修改基本操作或应用软件。来自测试控制表的信息被存储在ROM1104中，以用于可利用测试装置100潜在执行的每个诊断测试。在可替换的实施例中，与测试样品414相关的附加信息也可被包括在测试装置100的测试起始过程中。这样的附加信息可包括处理要求、检疫要求和测试样品414的其它异常特征。
测试装置100对样品414执行测试，而用户输入样品414具体的数字代码，并在用户已完成所需的数据输入之后继续进行测试。在用户完成所需数据输入之后，仅优选地完成测试。施加力以打开铰链盖104，或未能完成数据输入导致测试失败或中止。优选地，测试装置100的用户理解测试装置100需要完成所有的数据输入且铰链盖104必须保持关闭以最小化测试失败或中止。
在步骤1320，测试的状态显示给用户。测试装置100将状态信息显示给用户，以确认测试在进行中直到测试完成为止。测试信息(无论是前瞻性的、进行中还是已经完成)都将以包括上述测试卡盒总成300识别信息的固定文本格式显示在液晶屏110上。尚未完成的测试记录的元素留空白或显示为“进行中”，直到测试完成位置。优选地，在测试正在运行的同时，用户不能进行测试装置100上的其它功能。然而，在其它实施例中，在测试正在进行的同时，软件可被改变以允许用户进行测试装置100上的其它任务，诸如审查测试日志。
如果在测试过程中，确定合适的光信号由传感器206检测，则处理前进到步骤1322，其中正面结果被报告，且将提示用户进行确认。一旦用户确认，则系统将提示用户在步骤1324重新输入批号/位置号。如果批号/位置号匹配，则测试数据被记录且过程返回到步骤1306的主屏幕。如果在步骤1320，适当光信号没有被传感器206检测到，则该过程检查合适光信号是否被检测为阴性对照测试。如果是这样，则报告负面结果，如图15的负面结果屏幕1500上所示，且用户被提示在步骤1326移除卡盒。此时，没有检测到RFID信号且测试数据被记录，其中过程返回到步骤1306的主屏幕。
此外，如果例如传感器206、电动机226或任何其它硬件故障被检测到或者如果铰链盖104被打开，测试可在任何阶段通过软件中止。如果在步骤1320，检测到这样的问题，则在步骤1328报告测试错误，且用户被提示移除所使用的测试卡盒总成300。一旦测试卡盒总成300被移除，则RFID通信电路210不会检测到RFID信号，错误数据被记录在ROM1104中，且该过程返回到步骤1306的主屏幕1400。同样地，也可在任何阶段由用户取消测试，直到测试结果被报告并存储为止。中止和取消的测试被记录在测试结果文件中并存储在闪速ROM1104中，以防止先前使用的测试卡盒总成300的再使用。
在显示在触摸屏LCD110上时，测试结果优选地以文本形式1104被存储在闪存ROM中。每个测试结果优选包括所有的上述标识的测试信息，包括测试样品414的标识、进行的特定测试、测试的日期和时间、用户ID和标准结果或测试由于错误而失败或中止的标识。
成功完成或失败的测试的所有测试结果都存储在闪速ROM1104中。用户可从闪速ROM1104调出测试结果以显示在触摸屏LCD110上。优选地，闪速ROM1104足够大以存储大量的测试记录(例如，五千条记录)，优选对应于可预期由测试装置100在至少一个星期的测试中进行的测试次数。预期，用户不能删除存储在闪速ROM1104中的记录以便防止未经授权的篡改测试结果。然而，如果闪速ROM1104被完全填充，则测试装置100可自动转换出测试模式并提示用户经由接口端口112来开始上传数据到远程定位计算机(未示出)。一旦上传完成且测试记录被从闪速ROM1104中删除，则用户可再次使用测试装置100进行测试。
电池电力的保存是由操作软件在两个层面上解决的重要问题。首先，目前的电池充电量被周期或连续地提供给用户。软件还提供了特定提示给用户来在电池监测电路指示电池116充电水平已下降到低于预定安全限制时启动电池116的重新充电。此外，在不用担心传感器206的故障或与测试装置100的测试功能有关的其它软件或硬件功能的情况下，在电池116的电池充电水平太低而无法安全地完成测试时，软件排除新测试的启动。
由操作系统控制供应到包括RFID通信电路210、光感测电路1200、在触摸屏LCD110和微处理器1102的各种外围装置的电力。因此，当测试装置100的当前操作不需要各种装置的功能时，可选择地关闭电力的供应。也可在接收到用户命令时或在检测装置100的非活动状态的持续预定时期之后，整个测试装置100被放置到“断电”状态。断电状态不同于电力的完全不存在，不同之处在于：日期/时间时钟继续运行且RAM1106保持在电池116的电力上，而不是恢复备用电池，其在用完电池组的电力后激活后。
然而，当断电发生时，几乎所有的软件活动停止，除了监测触摸屏LCD110的状态所需的程序。用户可通过触摸触摸屏LCD110对机器“上电”。如前面所提到的，在总电力损耗之后检测到电池116电力的恢复后，软件无需日期和时间信息的输入，因为恢复备用电池保持这个最小功能。在本实施例中，测试装置100基于闲置时期自动关机而设置的时间周期取决于显示的菜单。优选使用步骤1312的设置菜单调节延迟时期。
本领域的普通技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对上述的实施例进行改变和修改。因此，本发明不限于上述实施例，而是旨在涵盖本发明的精神和范围内的所有这些修改。本领域技术人员应理解，包括贮液卡500和测试卡盒底座400的组合成单一子总成、在测试卡盒底座400和贮液卡500两者上存储一些必要的试剂504、506，或样品直接沉积成所需的试剂504、506以用于进行所需的测试的测试卡盒总成300的其它布置都在本公开的范围之内。

Claims (37)

1.一种用于快速检测生物样品中的传染性病原体的存在的系统，包括：
a.第一试剂，操作为：(i)检测待测试的样品中的特定传染性病原体的存在；以及(ii)当所述第一试剂与所述样品反应并检测所述样品中的所述特定传染性病原体的存在时发出可检测的信号；
b.测试卡盒，具有用于接收所述样品和所述第一试剂的反应室，所述反应室具有预定的内部几何形状和至少一个内表面，并且其中，将所述样品和所述第一试剂引入到所述测试卡盒中以混合所述样品与所述第一试剂；以及
c.测试单元，被适配于接收所述测试卡盒，所述测试单元包括用于检测所发出的可检测的信号的传感器，所发出的可检测的信号的检测指示所述样品中的所述传染性病原体的存在，其中，实时地发生对所述样品中的所述特定传染性病原体的检测。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所发出的可检测的信号是光并且所述传感器是具有活性表面的光电倍增管，并且其中，所述活性表面的尺寸被优化以减少背景噪声并且增加所发出的可检测的信号的信噪比。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述测试卡盒进一步包括：
(i)建立所述反应室的测试卡盒底座；以及
(ii)初始存储所述第一试剂的贮液卡。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述贮液卡被配置为插入到所述测试卡盒底座中，并且通过一个或多个保持部件永久保持在所述测试卡盒底座中。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述测试卡盒底座进一步包括流体转移机构，所述流体转移机构包括柱塞，并且其中，所述柱塞的致动使存储在所述贮液卡中的所述第一试剂被转移到所述反应室中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述测试单元进一步包括被配置为致动所述柱塞的电动机和活塞总成。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测试单元是便携式测试单元。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括位于所述测试室中的至少一种添加剂，所述至少一种添加剂操作为在所述样品与所述第一试剂的混合过程中最小化在所述测试室中的气泡的形成。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一种添加剂包括表面活性剂。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于在将所述样品与所述第一试剂相混合之前破坏所述样品中的所述传染性病原体的单个细胞的干扰物。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述干扰物是操作为从细胞表面释放O抗原的酶、操作为将细胞粉碎的超声发生器、操作为将细胞粉碎的弗氏压碎器和操作为从所述传染性病原体的细胞中释放LPS的化学处理中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一试剂是生物传感器试剂，并且生物传感器包括被工程化以表示生物发光蛋白的B淋巴细胞和专用于预定的传染性病原体的至少一种膜结合抗体。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述生物传感器预填充有腔肠素，并且其中，在所述生物传感器与待测试的所述样品反应之前从所述生物传感器中去除任何多余的腔肠素。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，待测试的所述样品来源于食物，所述食物包括牛肉、家禽、猪肉和其它肉类、鱼以及植物性物质中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述特定传染性病原体为大肠杆菌。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反应室的所述内部几何形状总体上是抛物线。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，实时是在从所述样品与所述第一试剂结合的约五分钟的范围内。
18.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二试剂，所述第二试剂操作为与所述第一试剂进行反应以确定所述测试单元的正常工作，其中，在所述第二试剂与所述第一试剂反应之前，所述第一试剂与待测试的所述样品进行反应。
19.一种便于实时检测生物样品中的传染性病原体的测试卡盒总成，所述测试卡盒总成包括：
a.贮液卡，初始地存储用于针对所述传染性病原体来测试样品的至少一种试剂，所述贮液卡被配置为通过至少一个流体端口与测试卡盒底座界面接口；以及
b.所述测试卡盒底座，包括：
(i)反应室，用于接收所述样品和所述至少一种试剂，所述反应室具有预定的内部几何形状和至少一个内表面；以及
(ii)包括柱塞的流体转移机构，所述流体转移机构用于通过所述至少一个流体端口将所述至少一种试剂从所述贮液卡转移到所述反应室中，从而当所述至少一种试剂在所述反应室中与所述样品混合时，如果在所述样品中存在所述传染性病原体，则发出可检测的信号。
20.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，进一步包括位于测试室中的至少一种添加剂，其中，所述至少一种添加剂被操作为在所述样品与所述至少一种试剂的混合过程中最小化在所述测试室中的气泡的形成。
21.根据权利要求20所述的测试卡盒总成，其中，所述至少一种添加剂包括表面活性剂。
22.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，其中，所述至少一种试剂包括生物传感器。
23.根据权利要求22所述的测试卡盒总成，其中，所述生物传感器进一步包括被工程化以表示生物发光蛋白的B淋巴细胞和专用于预定病原体的至少一种膜结合抗体。
24.根据权利要求23所述的测试卡盒总成，其中，所述生物传感器预填充有腔肠素，并且其中，在所述生物传感器与待测试的所述样品反应之前，从所述生物传感器中去除任何多余的腔肠素。
25.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，其中，所述测试卡盒底座进一步包括端口，所述端口用于当所述测试卡盒总成被引入到测试装置中时允许所述反应室与所述测试装置中的传感器通信。
26.根据权利要求25所述的测试卡盒总成，其中，所述贮液卡进一步包括RFID标签，所述RFID标签用于当所述测试卡盒总成被引入到所述测试装置中时将信号传输到所述测试装置。
27.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，其中，所述可检测的信号包括光。
28.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，其中，所述测试室的所述内部几何形状是抛物线。
29.根据权利要求19所述的测试卡盒总成，其中，所述实时检测发生在从所述至少一种试剂与所述样品混合时的约五分钟的范围内。
30.一种用于实时检测生物样品中的传染性病原体的测试装置，所述测试装置包括：
a.壳体，包括盖和输入/输出装置；
b.分析部分，包括：
(i)所述壳体中的凹口，所述凹口用于接纳包含待测试的样品的测试卡盒；
(ii)致动器，用于当所述盖子关闭时与所述测试卡盒相互作用，所述致动器使所述测试卡盒中的至少一种试剂转移以在执行测试的过程中与所述样品进行反应；以及
(iii)传感器，与所述壳体中的所述凹口相关联以检测在所述至少一种试剂已通过所述致动器转移以与所述样品进行反应之后所发出的信号，并且生成输出信号；以及
c.控制单元，被配置为：
(ⅰ)经由所述输入/输出装置接收来自用户的输入以启动测试；
(ⅱ)响应于接收用户输入，致动所述致动器以转移所述测试卡盒中的所述至少一种试剂以与所述样品进行反应；
(ⅲ)接收来自所述传感器的输出信号；以及
(ⅳ)将测试结果输出给所述输入/输出装置上的用户。
31.根据权利要求30所述的测试装置，其中，所述传感器是具有活性表面的光电倍增管，并且其中，所述活性表面的尺寸已被优化以减少背景噪声并且增加所发出的信号的信噪比。
32.根据权利要求31所述的测试装置，进一步包括用于从所述测试卡盒接收一个或多个信号的RFID通信电路，其中，所述一个或多个信号标识至少一个待运行的测试类型和所述测试卡盒是否之前已被使用过。
33.根据权利要求30所述的系统，其中，所述试剂是生物传感器，并且所述生物传感器进一步包括被工程化以表示生物发光蛋白的B淋巴细胞和专用于预定病原体的至少一种膜结合抗体。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述生物传感器预填充有腔肠素，并且其中，在所述生物传感器与待测试的所述样品反应之前从所述生物传感器中去除任何多余的腔肠素。
35.根据权利要求30所述的测试装置，进一步包括用于在混合所述样品与所述试剂之前破坏在所述样品中的所述传染性病原体的单个细胞的干扰物。
36.根据权利要求35所述的测试装置，其中，所述干扰物是操作为从细胞表面释放O抗原的酶、操作为将细胞粉碎的超声发生器、操作为将细胞粉碎的弗氏压碎器和操作为从所述传染性病原体的细胞中释放LPS的化学处理中的至少一种。
37.根据权利要求30所述的测试装置，其中，所述测试装置是便携式测试装置。
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