CN107533007A - 借助于光学响应的彩色光谱分解进行体外自动分析物检测的机器和方法 - Google Patents

借助于光学响应的彩色光谱分解进行体外自动分析物检测的机器和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于体外自动分析物检测的机器,包括光学读取器件,该光学读取器件能借助于光电接收器检测反应溶液对电磁刺激的光学反应,该光电接收器被机器的可移动式滑架承载,该可移动式滑架的移动受到自动控制以便将光电接收器传送到不同位置,每个位置对应于不同的分析区,所述光电接收器形成光谱仪的一部分,该光谱仪能提供光学响应的彩色光谱分解。本发明还涉及用于体外自动分析物检测和/或量化的方法。在一个方法中,获得光学响应的彩色光谱分解,并且使用所述光谱分解分别检测至少两种不同的光学剂。

Description

借助于光学响应的彩色光谱分解进行体外自动分析物检测的 机器和方法
本发明涉及用于通过实施光学分析,特别是通过荧光法和/或比色法检测和/或量化样品(特别是生物学样品)中存在的至少一种分析物的机器和方法。
本发明发现了体外自动分析仪器在临床领域或工业领域中的应用。
在临床领域中,该分析可以涉及人的生物学样品(尿液、血液、唾液、脓水、脑脊髓液等),以便检测或量化潜在地来源于外源微生物(细菌、病毒、寄生虫、抗体等)的分析物,特别是以免疫学检验或分子生物学检验的形式。
在工业领域中,该分析可涉及食品、药品或化妆品的样品,例如用于以微生物学检验的方式监测产品的微生物学质量。此类微生物学检验通常验证无菌性(必须没有微生物存在),或不存在病原菌(其可能引起感染),或者确实存在共生菌但其仅为某一阈值以下(即正常情况下存在于人体中并且在低浓度下为无害的一种细菌)。
本发明还发现了在动力学分析(即实时分析)领域中的应用,具体是用于免疫学检验和分子生物学检验,其中能随时间控制和/或监测免疫学/生物学反应。
此类用于体外检测和/或量化的系统或方法是已知的,特别是用于通过荧光法进行体外诊断的自动化仪器,例如,如文献EP 0 864 089 B1、EP 0 871 863 B1、EP 0 241268 A1、US 5 757 013 A、EP 0 802 413和WO 2004/055502 A2中所公开的那些仪器,其利用包括脉冲光源、激光灯或弧光灯的类型的辐射源。
此外,申请人以商品名出售基于这些原理的机器,特别是3机器或Legacy Blue机器。这些机器特别是用于使分析过程自动化。
在现有技术的机器和方法中,已发现:
-一个或多个接收区,每个均用于接收待分析样品;
-制备和自动反应装置,其用于制备样品并使其与试剂反应以形成反应溶液;
-多个光学分析区,每个均用于接收通过与样品反应所获得的反应溶液;和
-光学读取器件,其能够检测和/或量化反应溶液对电磁刺激的光学响应,该光学读取器件包括能够照射分析区的至少一个电磁辐射源,还包括光电接收器,该光电接收器被设置为接收来自分析区中所含有的反应溶液的光辐射并能够检测反应溶液的光学响应。
在现有技术的机器中,已知光学读取器件被机器的可移动式滑架携带,该可移动式滑架是电机驱动的,并且在自动控制下移动,以便使光学读取器件进入到各个位置中,每个位置对应于各自的分析区。因此,此类机器可使用单个可移动式读取装置来连续分析多个不同分析区中的光学响应,并且可自动地做这些。应当观察到,在此类机器中,实际上是读取器件在移动,以便光学读取各个分析区,而不是区域在一个接一个地移动到与固定的读取器件对齐。因此,这要求光学读取器件被设计成简单的,因为它们必须是可移动的。
在目前的工艺水平下,机器实施对样品中含有的分析物进行自动体外检测和/或量化的方法,该方法通常包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,该反应溶液包括具有预定的光学性质、特别是荧光性质的试剂;
-用电磁辐射照射反应溶液;
-检测反应溶液的光学响应;和
-根据光学响应推导出是否存在该分析物和/或量化该分析物。
在常规方式中,通过模拟或数字处理,特别是使用用于检测预定频率/波长下的光强度的算法,来分析来自光检测器装置的信号,该预定频率/波长是代表待检测的分析物的存在/量的试剂的特性。
为了这一目的,通常使用光电传感器,并通过设置在分析区和光电传感器之间的滤光器来过滤反应溶液的光学响应,以仅使一个波长或给定的波长带下的光通过。结果,光电传感器传递代表该波长或该波长带下的光学响应的强度的信号。过滤反应溶液的光学响应是现有技术的机器中应用的方法中必不可少的步骤,因为这使其可以将与光学剂(具体为荧光剂)相关联并用于量化该试剂的存在的响应部分与可能仅仅是激发辐射的传送和/或可能来自光学辐射的干扰源的可能光学响应部分区分开。
现有技术的机器和方法在许多方面是非常令人满意的。但是,还需要能够进一步提高此类机器的测量准确度以便精炼它们的结果。同时,还需要能够进一步提高此类机器的能力,即它们传递数量更多的分析结果的能力,包括对单个样品,而又不显著增大机器的总体尺寸。
为了这一目的,本发明提出了用于体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物(特别是微生物来源的)的机器,该机器包括:
-多个光学分析区,每个均用于接收通过与样品反应所获得的反应溶液;和
-光学读取器件,其能够检测和/或量化反应溶液对电磁刺激的光学响应,该光学读取器件包括能够照射分析区的至少一个电磁辐射源,并且还包括光电接收器,该光电接收器被设置为接收来自分析区中所含有的反应溶液的光辐射并能够检测反应溶液的光学响应。
该光电接收器被机器的可移动式滑架携带,该可移动式滑架是电机驱动的,并且在自动控制下移动,以使光电接收器进入到多个位置,每个位置对应于各自的分析区。
根据本发明,光电接收器形成光谱仪的一部分,该光谱仪能够传递光学响应的彩色光谱分解。
本发明的其他特征是任选的,单独地或组合地,如下所示:
-所述光谱仪能够在λmin和λmax这两个波长之间的至少一个波长工作范围内传递光学响应的彩色光谱分解,其中λmax≥2×λmin;
-所述光谱仪包括色散元件和线性或二维的主光电传感器;
-所述光谱仪包括电子电路,该电子电路连接至光电接收器并传递图像电信号,该图像电信号为光学响应的彩色光谱分解的图像;
-所述图像电信号是模拟信号;
-所述辐射源是单色源;
-所述辐射源是多色源;
-所述光学读取器件包括用于检测辐射源所发射的辐射的强度的装置;
-所述用于检测辐射源发射的辐射的强度的装置包括所述光谱仪和引导系统,该引导系统用于将一部分的入射辐射引导至该光谱仪而不经过分析区;以及
-所述用于检测辐射源发射的辐射的强度的装置包括与所述光谱仪不同的第二光电传感器和引导系统,所述引导系统用于将一部分的入射辐射引导至该第二光电传感器而不经过分析区。
本发明还提供了体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物(特别是微生物来源的分析物)的方法,该方法包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应,以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,该反应溶液包括具有至少一种预定的光学性质的光学剂;
-用电磁辐射照射反应溶液;
-检测反应溶液的光学响应;和
-根据光学响应推导出是否存在该分析物和/或量化该分析物;
该方法的特征在于,其应用一种或多种试剂用于直接或间接地产生反应溶液,该反应溶液包括至少两种不同的光学剂,每种具有至少一种预定的光学性质,这两种预定的光学性质是不同的,并且该方法的特征还在于,其包括获取光学响应的彩色光谱分解的步骤和在所述光谱分解中分别检测这两种不同的预定的光学性质的步骤。
本发明还提供了体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物(特别是微生物来源的分析物)的方法,该方法包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应,以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,该反应溶液包括具有至少一种预定的光学性质的光学剂;
-用电磁辐射照射反应溶液;
-检测反应溶液的光学响应;和
-根据光学响应推导出是否存在该分析物和/或量化该分析物;
该方法的特征在于,其包括以下步骤:
-获取光学响应的彩色光谱分解;
-确定强度随波长变化的近似理论关系,该关系是光学响应的彩色光谱分解的图像;
-在强度随波长变化的近似理论关系中,确定与波长为线性关系的强度的线性偏移量;和
-通过用线性偏移量修正近似理论关系来确定强度随波长变化的修正的理论关系。
本发明的其他特征是任选的,单独地或组合地,如下所示:
-所述确定强度随波长变化的近似理论关系的步骤包括将曲线拟合为光学响应的彩色光谱分解的至少一部分的步骤;
-所述获取光学响应的彩色光谱分解的步骤包括色散来自光学响应的光束以及检测在以这种方式分散的光束的不同波长下的分量强度的步骤;
-所述方法包括检测辐射源所发射的辐射的强度的步骤;
-所述方法包括引导一部分的入射辐射不经过分析区的步骤和获取所述部分的入射辐射的彩色光谱分解的步骤;以及
-在获取入射辐射的彩色光谱分解的步骤之前混合所述部分的入射辐射和反应溶液的光学响应的步骤。
根据以下参照附图进行的描述可以看出各种其他特征,附图以非限制性实施例的形式显示本发明主题的实施方式。
-图1是可以将本发明并入其中的用于通过光学分析(特别是通过荧光法和/或比色法)进行体外检测和/或量化的机器的图解透视图,所述机器并入多个条带,每个均具有分析区。
-图2是显示包括分析区的条带的视图。
-图3是显示携带光学读取器件的可移动式滑架的实施方式的图解透视图,该光学读取器用于读取分析区中所含有的反应溶液的光学响应。
-图4显示本发明的第一实施方式,其包括适合安装在可移动式滑架上的光学读取器件并包括光谱仪。
-图5的视图类似于图4的视图,显示本发明的第二实施方式。
-图6显示在本发明的情况下获得的彩色光谱分解。
-图7显示通过本发明的方法和器件获得的对三种不同光学剂分别获得的三个彩色光谱分解的叠加。
-图8显示通过本发明的方法和器件对同时包含三种光学剂的溶液获得的彩色光谱分解。
-图9显示在图8的彩色光谱分解上叠加的用于模拟图8的光谱分解的总体S-曲线;图10显示在图8的彩色光谱分解上叠加的总体模拟S-曲线的三种分量曲线G525、G605和G705。
图1显示用于体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物的机器。
更确切地说,所示的自动机器不仅用于实施检测和/或量化步骤,而且还实施由样品制备反应溶液的一个或多个步骤。
本文描述的机器特别是对应于申请人以商品名“3”销售的机器类型。该类型的机器使其可以以自动方式对生物学样品实施生物学分析,并且这样使其可以在单个机器上对单个样品或不同样品实施不同的分析。
这种类型的机器10在图1中以分解的透视图方式图解示出。在该机器的被称为“分析前”部分14的底部左侧部分中,可以看到一系列并排布置的三个主抽屉16和次抽屉18。这些抽屉16、18中的每个均被设计为在装载位置和使用位置之间可独立于其他抽屉移动,并且具体是通过在被称为纵向的X方向上沿着垂直于机器前脸的水平路径线性滑动而移动。本文中使用的术语“前”、“后”、“水平”、“垂直”等是参照如图中所示的此类机器的正常取向表示的。举例来说,主抽屉16被设计为接收例如在各种形状的容器中含有的样品、稀释剂物质、试剂、参考物质等。每个主抽屉16因此可以携带多个容器,每个容器优选被接纳在主抽屉16的预定位置。每个主抽屉16可以从机器上拆卸下来,以便使抽屉能够离开机器进行制备和装载,因此可以实施制备步骤,同时使机器运行使用位置上的其他主抽屉。在其前端,每个主抽屉16可以包括把手。在该应用实施例中,次抽屉18预期用于例如接收分析工具,例如在自动分析过程中机器所使用的一次性工具。这些工具(例如移液管尾端件或稀释杯)可以被可拆卸式托盘携带,该可拆卸式托盘可以被放置在次抽屉18上,优选被放置在预定位置上。次抽屉18也可以是可拆卸式的,从而使得可以在机器上交替使用多个次抽屉18。
此外,图1显示了机器的右侧部分,其有时被称为分析部分20,并且其同样包括可以例如接纳分析条带的位置,分析条带可以是一次性的,例如如图2所示的条带。分析条带22是通常由塑料材料制成的部分,特别是当其如在本实施例中那样为一次性时。条带22包括界定一系列向上开口的容器24的主体。条带在纵向方向上延伸,使得容器24在纵向方向上作为单排排列成一直线,该纵向方向对应于机器10的前/后方向。在使用条带22之前,至少一些容器24(并且优选全部容器)被气密式地覆盖条带22顶面的密封膜封闭,使得容器24彼此分离开。在使用条带之前,容器24是空的,或者填充有可以包含例如缓冲溶液、洗涤溶液、稀释剂、试剂等的物质。但是,在所示的实施例中,当条带在使用位置上位于机器中的适当位置时,条带的最后一个容器或后方容器26被设计为在地理上与机器的光学分析区26'一致。
在所示的实施例中,条带根据各种容器中提供的物质的性质而适合于一种或多种类型的分析,其中在任何给定的分析中不是必须使用所有的物质。
在所示的机器中,机器10被设计为同时接纳多个分析条带22。这些条带22被设计为彼此肩并肩地平行设置,条带因此在垂直于它们的纵向方向X的横向方向Y上排列成一直线。在所示的实施例中,机器10因此被设计为能够在分析位置上接纳肩并肩排列的12个分析条带22。在该位置上,每个条带22的后方容器26与机器的相应光学分析区26'一致。换句话说,机器具有多个分析区26',并且在使用诸如条带22的分析条带的机器中,该机器的每个分析区26'被设计为接纳条带的后方容器26。在后方容器26含有最终反应溶液的情况下,该最终反应溶液被收集在相应的分析区26'中。
下面对所示的机器10的运行进行简洁的描述。操作人员将一个或多个待分析的样品装载在主抽屉16的容器中。操作人员还可以将制备样品和/或制备反应所需的物质装载在这些容器中。操作人员还将该制备所需的物品装载到次抽屉16中。
在所示的实施例中,机器10包括自动制备和反应装置,该装置制备样品并使其与试剂反应,以便提供最终反应溶液,该最终反应溶液显示出对电磁辐射激发的光学响应,根据该光学响应能够推导出分析结果。
为了这一目的,机器10包括可移动式移液器件27,其优选在所有三个方向上均为可移动的:纵向X(前/后)、横向Y(左/右)和垂直Z(上/下)。可移动式移液器件27能够从次抽屉18取出个体移液管尾端件28(在图2中可见),并且在该个体移液管尾端件28的帮助下能够取出或放置物质(样品、试剂、稀释剂、缓冲溶液等等)。这些物质可以从主抽屉的容器或者从分析条带的容器取出。取出的物质和样品可以在个体移液管尾端件中或者在次抽屉18中存在的稀释杯中或者在一个分析条带22的一个容器中混合在一起。在这些各种步骤期间,使样品中存在的分析物与其所接触的物质(特别是试剂)反应。在所用的物质中,有光学剂的前体,该光学剂具有至少一种预定的光学性质(颜色、荧光、磷光等等)。
根据所寻找的分析物的存在并可能地根据其浓度,前体将导致在最终反应溶液中形成一定量的光学剂。最终反应溶液因此具有一定浓度的光学剂(例如荧光剂),该浓度代表了所寻找的分析物在最初样品中的存在。以已知的方式,因此试图测定最终反应溶液的光学响应,并特别是检测光学剂的预定的光学性质,以便由此推导出分析结果。
优选地,光学剂存在于反应溶液中,或者仅在所测定的分析物的存在下具有预定的光学性质。优选地,预定的光学性质的强度根据所测定的样品中的分析物的量或浓度而变化。有利地,在辐射经受入射电磁辐射时,可通过分析反应溶液所发射的辐射的彩色光谱分解来检测这种预定的光学性质。
举例来说,光学剂是荧光剂,并且预定的光学性质是荧光发射,其可以例如通过在反应溶液被适当的激发电磁辐射照射时的特殊彩色光谱分解来表征。
光学剂同样可以为有色的试剂,在这种情况下,预定的光学性质是颜色,其可以通过当反应溶液被适当的入射电磁辐射所照射时的彩色吸收光谱来测定。然而,在此类情况下,可以看出系统需要在传动下运行(operate in transmission),并且电磁辐射源(或其反射)与接收器排列成一直线。
为了这一目的,已知在光学分析区26'中设置一定量的最终反应溶液,在所示的实施例中,当条带在使用位置中时,该光学分析区26'与分析条带22的后方容器26一致。特别是根据上文提到的3机器,还已知可以使用光学读取器件30,该光学读取器件30包括能够照射分析区的至少一个电磁辐射源,还包括光电接收器,该光电接收器被设置为收集来自分析区中所含有的反应溶液的光辐射。该读取器件因此能检测最终反应溶液的光学响应,并且根据该光学读数,可以确定对该分析为特异性的光学剂是否存在并可能地测定该光学剂的浓度。
因此,根据上文描述的操作,可以理解,机器10能够具有在机器10中同时工作的多个分析条带22,并因此能够并行实施相应数目的不同分析,每个分析均适合于产生必须可以检测光学响应的最终反应溶液。应当观察到,可以使用两个不同的分析条带,并使其并行地在机器中工作,以便对单个样品实施两个不同的分析,以便对装载到主抽屉16中的不同样品实施相同的分析,以便对单个样品的两个部分实施相同的分析,例如以备不时之需,等等。在这种情况下,两个条带的两个后方容器26被设计为与相应数目的光学分析区26'一致,每个被视为含有用于分析的最终反应溶液。
为了这一目的,光学读取器件30被安装在可移动式滑架32上。可移动式滑架32是电机驱动的,并且其移动由机器10自动控制,以便使读取器件30进入到不同位置。这些位置中的至少一些对应于各自的分析区。在所示的实施例中,可移动式滑架32可仅在一个方向移动,特别是在机器10的横向方向Y上移动,以便使其进入沿着横向方向对应于各个分析区26'的横向位置的位置,该各个分析区26'与在机器10中可能工作的分析条带22的后方容器一致。可移动式滑架32优选能够被移动到与该机器中存在的不同分析区26'一样多的不同位置。
图3显示用于使可移动式滑架32移动的控制装置的一个可能的实施方式。可移动式滑架32包括主体34,该主体34具有底端,该底端与滑道36协作,以沿着横向方向Y引导可移动式滑架32。此外,主体34的底端提供有螺母系统38,该螺母系统38与沿着横向轴延伸的传动螺杆40协作。驱动螺杆40被电动机42旋转驱动。因此可以理解,在一个旋转方向上或在另一个旋转方向上适当驱动电动机42,将经由螺杆-和-螺母系统起作用,该螺杆-和-螺母系统由驱动螺杆40和与滑架32相连的螺母38形成,导致滑架32沿着横向方向在一个方向或另一个方向上移动。而且,可以有利地提供用于检测滑架的位置的系统,以给出可移动式滑架32沿着滑道36的位置,这可以例如依据由与电机42相关联的旋转编码器所传递的信息或者依据由沿着可移动式滑架32的路径设置的传感器所传递的信息。滑道36相对于机器是固定的,并且电机42和螺杆40相对于机器也是固定的,忽略它们自己的旋转运动。因此,电动机42控制滑架32的移动。电动机42自身受到机器10的中央控制单元的控制。自然,可以提供用于使可移动式滑架移动的其他装置。同样,可移动式滑架可以如本实施方式中沿着线性路径移动,或者沿着曲线路径移动,或者其能够在平面的两个方向上移动,或者甚至是在三维空间的三个方向上移动。同样地,用于使滑架移动的控制装置可以是用于将制动器的运动转化成滑架的运动的其他制动器和/或其他机构。
在所示的实施方式中,可移动式滑架的主体34包括工作区,该工作区具有两个面,这两个面相对于彼此是倾斜的,都在横向方向上延伸。第一工作面40在本实施方式中是水平的,提供有第一窗口42。第二工作面44含有横向方向但相对于纵向方向是倾斜的,具有第二窗口46。使这两个工作面与分析区26'面对面,从而使得读取器件可通过窗口之一向分析区26'发射激发电磁辐射,例如在可见、紫外或红外范围中的光辐射,并可通过另一窗口接收分析区26'的光学响应。
在附图所示的实施例中,因此可以理解,滑架32携带激发电磁辐射源和光电接收器二者。然而,在一个变更方式中,可以仅将光电接收器安装在可移动式滑架32上,而激发电磁辐射源在机器中例如是固定的。还可以看出,在所示的实施方式中,滑架32包括电子卡48,该电子卡48特别是用于至少部分地实施电磁辐射源和光电接收器的驱动和信号处理。该电子卡48随滑架32移动,并且用于该卡48的电信号通过线束50被传送到机器的中央处理单元,该线束50的至少一部分优选是柔性的并因此可以可逆方式变形以便允许滑架移动。举例来说,线束50连接至机器10的固定终端块。在所示的实施例中,其被接纳在卷起的导轨54中,导轨54由铰接式的连接组成,用于在滑架移动期间引导变形,从而防止线束干扰用于移动滑架的机构。还应当观察到,可移动式滑架32可包括其他器件,例如光学条形码读取器56。优选地,电子卡48输出数字电信号。因此,以数字形式通过线束50传送的电信号比模拟信号对线束周围可能产生的干扰的灵敏度差得多。
图4中示出安装在可移动式滑架32上的本发明的读取器件的第一实施方式。在垂直于可移动式滑架的横向行进方向的平面上的该截面视图中,首先可以看出,用于激发分析区26'中所含有的最终反应溶液中存在的光学剂的电磁辐射源58固定在主体34上。图4还示出了在相对于读取器件30的工作位置中存在与分析区26'一致的条带22的后方容器26,使其能够既激发光学剂又能够检测其光学响应。
图4显示读取器件30具有电磁辐射源,其在该实施方式中在第一工作面42下方被固定于可移动式滑架32的主体34。可以有利地调整其方向,以通过第一窗口42向分析区26'发射激发电磁辐射。然而,可以使用诸如光学纤维或一个或多个反光镜、一个或多个棱镜等光导器件,用于将来自源58的辐射引导至第一窗口42,在这种情况下,源58可以以某一其他方式被设置在可移动式滑架上,例如通过被安装在电子卡48上。电磁辐射源可以是光学范围中的辐射源,即波长在10纳米(nm)至1毫米(mm)范围内的辐射,包括特别是紫外辐射、可见光和红外辐射。在所示的实施例中,源58是单色源。然而,在一个变更方式中,可以想到使用多色源,其具有离散的或连续的或这二者的组合的彩色光谱。同样地,源58可以由单个组件组成,例如白炽灯丝、发光二极管、激光二极管或荧光管,或者其可以由多个组件联合组成,而不论是相同类型还是不同类型的。来自源58的辐射可以任选地被调节系统调节,该调节系统可以如图4中所示包括:彩色滤光器60(例如,高通、低通、带通和/或偏振等);光阑(未示出);以及一个或多个透镜62。例如,允许适合激发的波长通过的滤光器60用于限制可能干扰测量的其他波长的存在。调节系统优选由主体34携带,并被设置在源58和第一窗口42之间。在所示的实施例中,在窗口42处提供光束分离器,例如以部分反射的具有平行面63的板的形式或半反射棱镜的形式,用于将源58所发射的辐射的一部分用于下文描述的目的。在所示的实施例中,光束分离器63因此包括具有平行面的半反射板,该分离器被设置在源58和分析区26'之间的窗口42处。其在相对于源58发射的电磁辐射入射的主方向I形成45°角的平面中延伸。如图4和图5中所示,源58所发射的入射辐射照射分析区26'。在所示的实施例中,可以看出,与所示的实施例中的分析条带的后方容器26一致的分析区26'具有用于准许入射辐射进入的至少一个进口窗口,该进口窗口由对来自源58的辐射为透明的材料制成。在本实施例中,该窗口由后方容器26的侧壁的面组成,该面基本上垂直于源58所发射的电磁辐射的入射主方向I延伸。因此,分析区中所含有的最终反应溶液被源58所发射的辐射照射。
在所示的实施例中,用于调节源58所发射的激发辐射的光学系统没有引起激发电磁辐射的源58和分析区26'之间的光轴的方向的变化,在这个意义上,这两个元件之间的最短光路径以直线延伸。该最短光路径因此定义源58所发射的激发电磁辐射的主要入射方向I朝向分析区26'。在所示的实施例中,可以看出,该主要入射方向I相对于主体34的第一工作面40倾斜的角度可以位于30°至60°的范围,例如为45°,这些值仅用于举例说明该实施方式。该主要入射方向I基本上平行于主体的第二工作面44。在该实施例中,部分反射片63具有半反射平面,该平面的方向相对于主要入射方向I呈一定角度,例如45°,以便使光束强度的一部分(50%或更少)经由如下文所述的参考通道反射,同时允许光束强度的其他部分进入到分析区26'。
在本发明的一个方面中,可移动式滑架32包括光电接收器,该光电接收器形成所示实施方式中的光谱仪64的一部分。
所示实施方式中使用的光谱仪是能够传递电信号的光电子组件,该电信号代表光谱仪所接收的辐射的彩色光谱分解。对于在光学系统范围内、并且特别是在可见范围、红外范围和/或紫外范围内的电磁辐射,在所述范围内辐射被视为是单个单色波的叠加,该分解表示每个单个波的强度的分布随该单个波的波长的变化。
因为光谱仪64被安装在可移动式滑架32上,该光谱仪所接收的辐射在正常情况下可包括分析区26'所含有的最终反应溶液的光学响应,只要该区被源58所发射的激发电磁辐射所照射。
在所示的实施例中,光谱仪64基本上包括入口光阑66、色散元件68和光电传感器70。
光谱仪64显示对应于光电传感器70通过色散元件68和入口光阑66所看到的部分三维空间的视野。
在所示的实施方式中,光谱仪64被设置在主体34上,从而使得对于可移动式滑架32的确定位置,其通过接收器的光学调节系统的视野以如下方式涵盖了相应的分析区26':使得分析区26'中含有的最终反应溶液所发射的光辐射被接收器的光学调节系统以适当的方向引导至光谱仪的入口光阑66。接收器的光学调节系统可以被主体34携带,并且可以被设置在光谱仪和第二窗口46之间。接收器的光学调节系统可以任选地特别包括彩色滤光器(在图4的实施方式中不存在,但是其可以例如是高通滤光器、低通滤光器、带通滤光器和/或偏振滤光器等等)、光阑(未示出)和/或一个或多个透镜74。诸如光学纤维、一个或多个反光镜、一个或多个棱镜、如图4中所示的具有截头圆锥形状的导光件等光导器件可以用于将来自第二窗口46的辐射引导至光谱仪64,优选以预定的入口方向经由入口光阑66引导。例如,接收器的光学调节系统可以被设计成将来自分析区26'的准直辐射束传递至光谱仪的入口。
入口光阑66可以是垂直于光谱仪64的预定进口方向的基本上为圆形的光斑光阑,或者优选地,其是被制成狭缝形式的线性光阑。
光电传感器70可以是线性传感器或二维传感器。其可以是利用以下技术的传感器:电荷耦合器件(CCD)或硅上互补金属氧化物(CMOS)或其他类型。
当与色散元件相互作用时,多色入射光束(例如平行光束)具有与其路径偏离一定角度的各种彩色分量,该角度取决于被考虑的彩色分量的波长,在这个意义上,色散元件68引起入射光束的色散。色散元件68可以包括衍射光栅。衍射光栅可以特别包括一系列平行狭缝(透射光栅)或一系列反射划线(反射光栅)。这些狭缝或划线以定距离间隔开,其中该间隔被称为光栅的“间距”。色散元件68还可以以一个或多个折射面的形式(例如通过使用折射棱镜)体现,其中通过折射获得色散,或者以一个或多个折射面以及一个或多个衍射光栅的组合的形式体现。在所示的实施方式中,衍射光栅被表示为形成凹折射面的一部分,该凹折射面将分散的辐射返回到光电传感器,从而使光谱仪能够非常紧凑。
在所示的实施方式中,用于调整光学响应的光学系统没有引起光轴的方向的变化,在这个意义上,分析区26'和光谱仪64的入口光阑68之间的最短光路径沿着直线延伸。该最短光路径因此定义来自分析区26'的光学响应到光谱仪64的主回方向R。在所示的实施方式中,可以看出,该主回方向R垂直于主体的第二工作面44。可以观察到,从源58去向分析区26'的入射的主方向I以及从分析区26'去向光谱仪64的主回方向R优选不是同时平行的并且不是在相同方向上,特别是对于通过荧光法对荧光光学剂检测的分析。相反,它们在它们之间形成某一最小角,例如为至少45°,按照惯例,平行的但相反的方向在它们之间形成180°的角。在所示的实施方式中,入射主方向I和主回方向R是垂直的,因此用于限制来自入射辐射的光学响应的任何干扰的风险。在一个变更方式中,从源58去向分析区26'的入射主方向I和从分析区26'去向光谱仪64的主回方向R可以是平行的或几乎平行的,但是具有相反的方向,并且源58和光谱仪被设置在分析区26'的同一侧上。优选地,后方容器26具有光学响应的出口窗口,其基本上垂直于主回方向R延伸。
当通过传送来实施分析时,特别是用于通过检测彩色类型的光学剂进行的比色分析时,入射主方向I和主回方向R优选与分析区26'的入口和出口对准,并因此与从源58去向分析区26'的入射主方向I和从分析区26'去向光谱仪64的主回方向R对准,这些方向是平行的并且具有相同的方向,除非使用反射器使这两个光束中的一个转向。
有利地,分散元件68和光电传感器70被设置在外壳76的内部,外壳76具有在其中形成的入口光阑66。
自然,为了确保器件是紧凑的,使用具有小尺寸的光谱仪64是适当的。适合用于本发明的各种型号的光谱仪由日本供应商Hamamatsu Photonics KK(325-6,Sunayama-cho,Naka-ku,Hamamatsu City,Shizuoka Pref.,430-8587,Japan)以举例的方式提出。例如,在本发明中,可以使用“Mini-spectrometer”系列中的一种光谱仪,如编号C10988M1-01;或者“Micro-spectrometer”系列中的一种光谱仪,如编号C12666MA或编号C12880MA。
在所示的实施例中,外壳76是具有长方形盒形状的外壳,其具有面向第二窗口46的前壁78并且其方向基本上垂直于进入到光谱仪中的辐射的主入口方向。具体地,前壁78基本上在其中央具有入口光阑66,该入口光阑66在本实施方式中为狭缝的形式。在外壳76的内部,携带衍射光栅68的凹折射面使入射光束以色散的形式回到光电传感器70,该光电传感器70被设置为靠着前壁78的内表面。光电传感器70因此相对于入口狭缝66是横向偏移的,并且其感光面朝向外壳76的后面,面对着携带衍射光栅68的反射面。此类构造具有非常紧凑的优点,因此能够使此类光谱仪被包含在容积可以小于10立方厘米(cm3)的外壳76中。
光谱仪64传递电信号,该电信号表示通过入口光阑66进入的辐射的彩色光谱分解。该电信号由与光电传感器70相关联的电子电路产生。该电子电路可以被并入在外壳76中,与其相邻,或者其可以至少部分地被与可移动式滑架34相关联的电子卡48携带。该电信号可以包含模拟信号,但其优选包含数字信号,因为数字信号对干扰更不灵敏。该信号可以完全是数字的。有利地,经由线束50将其传送到机器的中央控制单元。
光谱仪优选能够在从第一波长延伸至为第一波长两倍的第二波长的波长的至少一个工作范围内传递光学响应的彩色光谱分解。例如,波长的工作范围可以在λmin和λmax两个波长之间延伸,其中λmax≥2×λmin。具体地,在可移动式滑架34上使用光谱仪使其可以获得关于光学响应的光谱组成的信息。在某一有意义的范围内分析该信息使其可以如下文所述地精炼分析结果。自然,将光谱仪的工作范围选择为对应于待在最终反应溶液中检测的光学剂的特定光学性质。有利地,光谱仪64的工作范围是使其能够覆盖两种不同的预定的光学性质、特别是两种不同的波长的工作范围,每个波长对应于至少两种不同的光学剂,或者多于两种不同的光学剂。
能够理解,在以下情况时有利地使用上文描述的机器:反应溶液包括至少一种荧光剂,反应溶液中该荧光剂的存在和/或量取决于样品中所寻找的分析物的存在和/或量。自然,要注意确保荧光剂的发射光谱至少部分地被包括在光谱仪的工作波长范围中。
由辐射源58所发射的激发电磁辐射优选呈现不同于所寻找的光学剂的发射光谱的光谱。更特别地,这两个光谱中的每一个都包含在一定波长范围内,并且这两个波长范围不重叠,在这个意义上,这两个光谱是不相交的。这使其可以特别是进一步限制光学响应被激发辐射干扰的任何风险。
光学读取器件还可以包括用于检测辐射源所发射的辐射的强度的装置。
这些装置可以包括电路或算法,用于估算源58所发射的强度随着例如源58的控制参数和源的已知特征的变化。例如,电子卡40可以包括存储用于实现该算法的指令的计算机存储器和用于执行所述指令以便测定随控制参数变化的光强度的微处理器单元,并且所测定的强度经由线束50被传送至中央控制单元。在一个变更方式中,控制参数和指令被存储在计算机类型的中央单元的计算机存储器中,该计算机存储器执行所述指令以便测定光强度。
然而,这些装置可以包括光电检测器,其测量源58所发射的激发辐射的实际强度。
在图4所示的实施方式中,用于检测激发辐射源58所发射的辐射强度的装置包括与光谱仪64不同的第二光电传感器80。举例来说,第二光电传感器80可以是光电二极管。第二光电传感器80对源58所发射的波长或波长范围灵敏。
有利地,光学读取器件包括用于引导激发辐射的引导系统,该系统将一部分的入射辐射引导至第二光电传感器,而不经过分析区。在图4的实施方式中,该引导系统包括例如光束分离器,例如为具有平行面的半反射板63的形式,其将源58所发射的辐射的一部分引导至第二传感器80。被光束分离器63分离的这部分发射辐射被称为参考光束。引导系统可以包括滤光器82和/或位于滤光器82下游的例如:一个或多个透镜或一个或多个元件包括光学纤维、棱镜、反射镜和/或如图4所示的截头圆锥形状的光导件,用于将参考光束输送至第二传感器80。参考光束在其在源58和第二传感器80之间的路径上不经过分析区26'。因此,第二传感器80能够传递例如为参考电信号形式的信息,其是源58所发射的辐射的强度的图像。
图5示出本发明的第二实施方式,除了涉及用于检测源58所发射的辐射的强度的装置以及在光学响应的路径上可能存在的滤光器72,该第二实施方式与图4所示的第一实施方式在所有方面都相同。与图4所示的实施方式不同,这些用于检测源58所发射的辐射的强度的装置不依赖于与光谱仪64不同的第二传感器,而是利用光谱仪64来检测源58所发射的辐射的强度。以与图4的实施方式类似的方式,检测器装置包括用于引导被光束分离器64分离的参考光束的引导系统。该引导系统可以包括与上文对上述实施方式中的引导系统提到的元件相同或相似的元件。相比之下,引导系统将参考光束输送到光谱仪64的入口光阑66。这一实施方式的有利之处在于,其不需要不同的光电子组件来检测源58所发射的电磁信号的强度。在该第二实施方式中,应当观察到,用于引导参考光束的系统还确保参考光束不经过分析区26'。此外,在所示的实施例中,参考光束在被光束分离器63反射后不经过滤光器。
当相对于为期望检测的光学剂的特征的光学性质,源58的发射光谱是不同的,并且优选是不相交的时候,该第二实施方式是特别有利的。具体地,在此类情况下,对于源58所发射的辐射以及对应于分析中的最终反应溶液的光学响应的辐射,光谱仪64所提供的光谱分解信息用于非常清楚和明显地识别对应于不同波长的强度峰。
应当观察到,在该第二实施方式中,参考光束可以任选地在通过光谱仪64的光阑66进入之前与来自分析区的光学响应混合。
然而,在该第二实施方式的变更方式中,还可以提供将参考光束和光学响应的仅一种或另一种以交替方式输送至光谱仪64,而将另一种排除在外。在此类情况下,光谱仪64连续测定参考光束的强度以及然后分析区26'的光学响应的彩色光谱分解。这种变更方式保留单个光电传感器的优点,并且在源58所发射的激发辐射的光谱与来自分析区26'的光学响应光谱至少部分重叠的情况下是有利的。
在图5的实施方式中,可以观察到,可以任选地在光学响应的路径上提供滤光器72。优选地,此类滤光器使检测所寻找的光学剂所需的光谱仪的波长工作范围通过。然而,在光学响应的路径上不存在滤光器使其可以用发射不同波长的其他光学剂来运行系统,而不需要物理适应。同样地,在参考光束路径上存在滤光器是可能的,但是任选的。不存在如图5所示的此类滤光器使其可以用具有不同波长的源58来运行系统,而系统无需进行物理适应。
下面,将描述通过使用本发明的机器在以下应用中可能进行的分析方法,其中荧光光学剂发射具有确定的波长或确定的窄波长范围或呈现在确定波长范围中具有一个或多个特征峰的光谱分解的辐射。自然,光谱仪64具有覆盖对应于该荧光剂的该波长或该波长范围的工作范围。有利地,选择荧光剂从而使得其荧光被来自与荧光波长不同的波长下的辐射的激发所触发。例如,本发明可以在应用通常被称为4-MU(4-甲基伞形酮)的荧光剂的应用中使用,该荧光剂适合于被紫外范围中的辐射例如具有370nm(±5mn)的波长的辐射所激发,并且发射其峰位于大约450nm处的波长范围中的荧光辐射(辐射范围可以从大约375nm延伸至550nm)。荧光剂的另一实例是获自Thermo Fisher Scientific,PierceBiotechnology(PO Box 117,Rockford,IL61105,United States)的其在被325nm下的激发辐射激发后呈现420nm下的荧光发射峰。举例来说,可以使用来自同一供应商的剂605、705或525。然而,在每种情况下,必须注意确保光源是适应的,从而使得其确实发射适当的激发辐射。
图6显示当含有4-MU荧光剂的溶液被放置在分析区26'中,并且该分析区被激发辐射源58照射时光谱仪64所传递的彩色光谱分解,所述激发辐射源在本实施例中由发光二极管构成,该发光二极管在紫外范围,特别是370nm±5nm的窄波长范围内发射。在图6的图中,纵坐标轴表示为辐射的彩色分量的强度的图像的幅度,其被绘制为沿着横坐标轴随光谱仪64所接收的辐射的彩色分量的波长LO的变化。
光谱仪64所传递的信号是不规则信号S。但是,该信号具有常规的形状,该形状清楚地显示出在大约450nm波长达到最大值的强度峰。但是,应当观察到,在从350nm延伸至550nm的强度峰的任一侧,信号S都不是零。信号的这一非零部分表示与荧光剂的荧光不直接相关的干扰或干扰元素。
本发明的第二方面因此在于提出在光谱仪所传递的信号中更好地分离受关注的特征的方法,该特征特异性地对应于待检测和/或量化的光学剂所特有的光学性质。
因此,本发明的一个方面提出精炼通过分析所获得的结果的方法。
此类方法可以用于体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物。其可以有利地借助于本发明的机器实施。特别地,该方法的数据处理步骤由中央单元执行,该中央单元负责控制机器并包括具有计算机存储器的计算机,该计算机存储器存储执行所述步骤所需的所有参数和指令。该方法的结果被存储在中央单元中和/或显示在例如该机器所配有的屏幕上。在一个变更方式中,中央单元连接至远程计算机,中央单元将机器所用的控制和测量参数传送至该远程计算机,以执行所述步骤以及存储和/或显示其结果。
在此类方法中,可以使样品与一种或多种试剂反应,以便直接或间接地产生反应溶液,该反应溶液在样品中存在测定分析物时包括具有至少一种预定的光学性质例如颜色、磷光或冷光的试剂。优选地,光学剂存在于反应溶液中或仅在存在测定分析物的情况下具有预定的光学性质。优选地,预定的光学性质的强度随被测定的样品中分析物的量或浓度而变化。有利地,该预定的光学性质在辐射经受入射电磁辐射时可通过分析反应溶液所发射的辐射的彩色光谱分解来检测。举例来说,光学剂是荧光剂,并且预定的光学性质则是荧光发射,其可以例如通过特殊的彩色光谱分解来表征。
该步骤可以在如上所述的机器中实施,特别是涉及如上所述的在其中央单元或远程计算机中处理数据的步骤,或者其可以在一些其他机器中实施,或者手动实施,或者通过任何其他手段实施。
随后,该方法提供了用激发电磁辐射来照射反应溶液。为了做到这点,将反应溶液置于分析区中,例如如上所述与分析条带22的后方容器26一致。可以通过上述机器的源58来实施照射。
该方法提供了检测反应溶液的光学响应和根据光学响应推导出分析物的存在和/或量。有利地,通过上述机器并且特别是通过解释光谱仪64所获得的光学响应的彩色光谱分解来检测光学响应。
在该方法的一个步骤中,确定强度变化随波长变化的近似理论关系,该近似理论关系是光学响应的彩色光谱分解的图像。
该近似理论关系可以通过图表方式或者数学方式获得。有利地,其通过任何已知的曲线拟合方法获得。曲线拟合方法可以包括采用最小二乘法拟合。
图6显示在理论关系中识别两个部分的实施例。T1部分充分对应于从大约350nm延伸至大约550nm的强度峰。该T1部分可以被预先定义为多项式曲线或高斯曲线或任何其他参数曲线,并且然后可以使用已知的回归方法来确定理论关系的T1部分。理论关系的T2部分是最佳对应于远离从350nm延伸至550nm的强度峰的信号S的线性关系。理论关系的该T2部分可以通过例如线性回归来确定。
在强度变化随波长变化的近似理论关系中,因此可以测定随波长线性变化的强度的线性偏移量,其影响曲线整体。在所示的实施例中,该线性偏移量可以被视为理论关系的线性部分T2。实际上,这种线性偏移量可以例如至少部分地与构成分析条带22的后方容器26的材料的差异性辐射吸收相关。
在此基础上,则可以通过随线性偏移量的变化来修正近似理论关系而确定强度随波长变化的修正的理论关系。例如,可以仅逐点地从近似理论关系减去线性偏移量。这种减去因此得到修正的曲线TC,该修正的曲线TC可以被视为仅与光学剂的特有性质(例如其荧光性质)相关的光学响应的一部分。
修正的曲线TC可以例如在屏幕上显示以便使用者注意到,使其可以推导出对应于最大强度或者对应于在峰的整个宽度下的平均强度值的强度峰,该强度也可以被显示。
因此可以理解,在该方法中获得的彩色光谱分解,如通过使用本发明的机器中的光谱仪可能获得的,使得光学响应的测量值能够用在光学剂的特有性质的波长范围之外,以便精炼在光学剂的特有性质的波长范围中的检测。
此外,如上所述,在现有技术中,已知的机器实施以下方法:其中在给定的分析条带内,可以仅获得一个分析结果,因为在给定的分析区所含有的给定最终反应溶液中仅检测一种光学剂。
在本发明中,提出一种新方法,该方法使得可以在单个分析的情况下获得更多的信息。该方法可以通过使用本发明的机器来实施,本发明的机器使用如上所述的光谱仪。
与上述方法一样,可以特别是使用本发明的机器来实施本方法,具体是如上所述的通过其中央单元或者通过远程计算机进行数据处理的步骤,用于体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物。以与上文描述的方式类似的方式,本发明包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应,以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,该反应溶液包括具有预定的光学性质特别是荧光性质的试剂;
-用电磁辐射照射反应溶液;
-检测反应溶液的光学响应;和
-根据光学响应推导出该分析物是否存在和/或量化该分析物。
具体地,这些各个步骤可以与在上文方法中描述的相应步骤相同或类似。这些具体内容因此在此不再重复。
该新方法应用一种或多种试剂来直接或间接地产生反应溶液,该反应溶液包括至少两种不同的光学剂,每种具有至少一种预定的光学性质(如上文所定义的颜色、荧光、磷光等等),这两种预定的光学性质中的每种对应于各自不同的光学剂。因此,这两种光学剂可以显示不同的颜色、不同的荧光、不同的磷光等等,所有性质均可以通过彩色光谱分解来区分。
该方法包括获取光学响应的彩色光谱分解的步骤以及在所述光谱分解中分别检测这两种不同的预定的光学性质的步骤。
优选地,该方法提供在给定的入射电磁辐射下获得单个光谱分解。在此类情况下,每种光学性质均可在单个光谱分解中被识别,在这个意义上,分别检测光学性质。例如,每种光学性质可以导致在不同的波长下出现具有最大值的强度峰。在此类情况下,强度峰优选对应于不同的波长范围,并且更优选对应于不相交的范围。
例如,每个光学强度可以显示高斯形状。
在一个变更方式中,该方法提供获取通过用不同的入射电磁辐射(特别是在彩色光谱分解方面是不同的)照射分析区所获取的多个彩色光谱分解。在此类情况下,每种预定的光学性质均可在不同的彩色光谱分解中被识别,在这个意义上,分别检测不同的预定的光学性质。
可以通过检测不存在这种预定的光学性质来实施检测预定的光学性质的步骤。
可以实施该方法以检测样品中是否存在至少两种不同的分析物。在此类情况下,各种光学剂对应于不同的分析物。还可以实施该方法以便检测涉及相同分析物的至少两种不同的反应。在此类情况下,各种光学剂对应于单个分析物的不同反应。
在所有的上述方法中,获取光学响应的彩色光谱分解的步骤包括色散来自光学响应的光束的步骤和测定在以这种方式分散的光束的不同波长下的分量强度的步骤。
同样地,上述方法中的每一个可以包括检测辐射源所发射的辐射强度的步骤。
该步骤可以包括引导一部分的入射辐射不经过分析区的步骤和获得形成参考光束的所述部分的入射辐射的彩色光谱分解,特别是通过使用光谱法,如在图5所示的器件中实施的。在此类情况下,在获取入射辐射的彩色光谱分解的步骤之前,可以提供将所述部分的入射辐射与反应溶液的光学响应混合的步骤,例如在如图5所示的器件中实施的。
此外,通过使用如文献WO 2013/045807中描述的方法和系统可以改进本发明。在该文献中,描述了调制源和解调检测和参考信号以便改善检测测量中的信噪比的系统和方法。该系统和该方法描述在文献WO 2013/045807中仅存在一个检测信号的内容中。相同的调制和检测原理可以应用于本发明中。因此可以在载波的频率/波长下调制辐射源58的幅度。此后,可以将来自光谱仪的输出信号配置成一系列N个个体信号,该输出信号可以是模拟信号或数字信号,并且其覆盖波长的工作范围,每个个体信号表示光谱仪对个体波长或个体波长范围收集的信号。优选地,该N个个体波长或个体波长范围覆盖所述工作范围,优选以连续或准连续的方式。对于每个个体信号,或者至少对于优选代表性的个体信号系列,可以个体实施如文献WO 2013/045807中描述的调制和解调系统和方法。通过将该教导应用于所有个体信号或者应用于那些信号系列,结果是光学响应的彩色光谱分解,其显示更好的信噪比,即在测量中被环境噪音干扰更少的分解。
本发明不限于所描述和显示的实施方式,因为在不超出其范围的情况下可以进行各种修改。
实验部分
下文描述的实验显示了本发明的机器和方法在单次信号采集中获取对应于三种光学剂的光学响应的能力以及对每种光学剂的存在进行量化的能力。
在该实验中,使用Thermo Fisher(3747N.Meridian Road,PO Box 117,Rockford,IL 61105,USA)出售的三种光学剂:
-试剂A:F(ab')2-山羊抗-小鼠IgG(H+L)二级抗体,605缀合物;
-试剂B:F(ab')2-山羊抗-小鼠IgG(H+L)二级抗体,705缀合物;
-试剂C:F(ab')2-山羊抗-小鼠IgG(H+L)二级抗体,525缀合物。
使用的光源为在紫外范围(370nm±5nm)中发射以激发分子的单色源。
使用CHES(N-环己基-2-氨基乙磺酸)缓冲剂制备试剂A、B和C的溶液,pH为9.2。
制备5种溶液:
将体积为250微升的每种溶液置于分析区中,并使用本发明的机器采集每种溶液的光学响应。
图7是对溶液1、溶液2和溶液4分别获得的光学响应的光谱分解的叠加。每个光谱分解因此显示被充分识别的峰。曲线表示为光学响应的相对强度单位RU随波长λ(单位为nm)的变化。
图8显示对包含三种剂的混合物的溶液5单独获得的光学响应的光谱分解。其中可看到三个峰,因此揭示了在单个分析中分别检测三种不同的光学剂的可能性。曲线表示为光学响应的相对强度单位随波长λ(单位为nm)的变化。
使用来自图8所示的光谱分解的数据,应用动态高斯回归算法来区分三种光学剂引起的响应。
因此,图8的信号被建模为三种高斯函数(分别被称为G525、G605和G705)的和,每种高斯函数集中在相应光学剂的荧光峰,用下式表示:
其中:
-X是变量,在该实施例中对应于波长;
-A、σ和μ是说明每个高斯函数的幅度、标准偏差和平均值的参数。
因此,可以将用于建模图8的显示对溶液5单独获得的光学响应的光谱分解的曲线的模型写成下面的混合高斯曲线:
S(X,A1,σ1,μ1,A2,σ2,μ2,A2,σ3,μ3)
=G525(A1,σ1,μ1)+G605(A2,σ2,μ2)+G705(A3,σ3,μ3)
因此,待通过优化来解析的参数向量包含九个参数:
P=(A1,σ1,μ1,A2,σ2,μ2,A3,σ3,μ3)
使用的优化处理是通过使用被称为“可变单纯形方法(flexible simplexmethod)”的算法在Matlab软件中可用的处理。该算法使由平方误差的和所构成的成本函数最小化,平方误差表示模型(考虑中的迭代的向量的参数具有瞬时值)和实验曲线之间的误差。在每次迭代时,使用算法修改向量P,并验证平方误差的和。在达到低于给定阈值的误差时停止迭代,该给定阈值取决于期望的精确度。
在优化处理中使用的参数的初始值如下所示:
Α10 σ10 μ10 Α20 σ20 μ20 Α30 σ30 μ30
1000 525 21270 170 605 30270 1000 705 15270
这些值使得可以快速找到解决方案,但是也可以使用其他初始值。
优化结果给出下列参数(舍入至下一个整数):
σ1 μ1 A1 σ2 μ2 A2 σ3 μ3 A3
144 523 19876 145 603 54083 988 700 54574
图9显示用在图8的曲线上叠加的这些经优化的参数获得的函数S的曲线。曲线表示为光学响应的相对强度单位RU随波长λ(单位为nm)的变化。
用这些经优化的参数定义的三个函数G525、G605和G705使得能够将由每种光学剂单独得到的光学响应从图8所示的总体光学响应中提取出来。通过参照适当的校准标度,很容易在单个分析溶液中量化每种光学剂的浓度。
图10显示用在图8的曲线上叠加的这些参数所获得的三个函数G525、G605和G705。曲线表示为光学响应的相对强度单位RU随波长λ(单位为nm)的变化。
该实验显示如何实施本发明的机器和/或方法以在单个分析中量化存在的多种不同的光学剂,这些光学剂可以代表多个分析反应。
特别地:
-实验室技师或机器制备用于分析的样品,该样品可以含有多种不同类型的分析物;
-将具有多种不同光学剂的溶液适当地引入至样品中,所述多种不同光学剂显示不同光学性质、优选在光学范围中是不同的(例如不相交的)。这些试剂中的每一种对于特定类型的分析物具有特异性,期望在样品中发现该特定类型的分析物的存在和/或浓度/量;
-采用光谱仪对样品测量光学响应,该响应因此包含每种光学剂的响应,如果相应的分析物确实存在于样品中,如上所述;
-响应被传送至中央单元或远程计算机,其通过实施计算机处理作出回应,以通过上文所述的方式识别对应于光学剂的高斯曲线的混合形式;
-随着该混合形式的每种高斯曲线的变化,计算机处理以上文所述的方式来测定相应分析物的浓度和/或量;以及
-处理的结果则可以例如被存储或者显示在屏幕上。

Claims (17)

1.体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物的方法,该方法包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,所述反应溶液包括具有至少一种预定的光学性质的光学剂;
-用电磁辐射照射所述反应溶液;
-检测所述反应溶液的光学响应;和
-根据所述光学响应推导出所述分析物是否存在和/或量化所述分析物;
所述方法的特征在于,其应用一种或多种试剂来直接或间接产生反应溶液,所述反应溶液包括至少两种不同的光学剂,每种光学剂具有至少一种预定的光学性质,这两种预定的光学性质是不同的;以及在于,其包括获取所述光学响应的彩色光谱分解的步骤和在所述光谱分解中分别检测这两种不同的预定的光学性质的步骤。
2.体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物的方法,该方法包括以下步骤:
-使样品与一种或多种试剂反应以便直接或间接地产生反应溶液,当在样品中存在测定分析物时,所述反应溶液包括具有至少一种预定的光学性质的光学剂;
-用电磁辐射照射所述反应溶液;
-检测所述反应溶液的光学响应;和
-根据所述光学响应推导出所述分析物是否存在和/或量化所述分析物;
该方法的特征在于,其包括以下步骤:
-获取所述光学响应的彩色光谱分解;
-确定强度随波长变化的近似理论关系,该关系是所述光学响应的彩色光谱分解的图像;
-在强度随波长变化的所述近似理论关系中,测定强度的线性偏移量,所述强度的线性偏移量与波长为线性关系;和
-通过用所述线性偏移量修正所述近似理论关系来确定强度随波长变化的修正的理论关系。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,确定强度随波长变化的近似理论关系的步骤包括将曲线拟合为所述光学响应的彩色光谱分解的至少一部分的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,获取所述光学响应的彩色光谱分解的步骤包括色散来自所述光学响应的光束以及检测在以这种方式分散的光束的不同波长下的分量强度的步骤。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,其包括检测辐射源所发射的辐射的强度的步骤。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,其包括引导一部分的入射辐射不经过分析区的步骤和获取所述部分的入射辐射的彩色光谱分解的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在获取所述入射辐射的彩色光谱分解的步骤之前,其包括混合所述部分的入射辐射和所述反应溶液的光学响应的步骤。
8.用于体外自动检测和/或量化样品中含有的分析物的机器,所述机器包括:
-多个光学分析区(26'),每个均用于接收通过与样品反应所获得的反应溶液;和
-光学读取器件(30),其能够检测和/或量化所述反应溶液对电磁刺激的光学响应,所述光学读取器件包括能够照射分析区(26')的至少一个电磁辐射源(58),并且还包括光电接收器(70),所述光电接收器(70)被设置为接收来自所述分析区所含有的反应溶液的光辐射并能够检测所述反应溶液的光学响应;
并且在所述机器中,所述光电接收器(70)被所述机器的可移动式滑架(32)携带,所述可移动式滑架(32)是电机驱动的,并且在自动控制下移动,以使所述光电接收器进入到多个位置,每个位置对应于各自的分析区(26');
所述机器的特征在于,所述光电接收器(70)形成光谱仪(64)的一部分,所述光谱仪(64)能够传递所述光学响应的彩色光谱分解。
9.根据权利要求8所述的机器,其特征在于,所述光谱仪(64)能够在λmin和λmax两个波长之间的至少一个波长工作范围内传递所述光学响应的彩色光谱分解,其中λmax≥2×λmin。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的机器,其特征在于,所述光谱仪(64)包括色散元件(68)和主光电传感器(70),所述主光电传感器(70)是线性或二维的。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的机器,其特征在于,所述光谱仪(64)包括电子电路,所述电子电路连接至光电接收器(70),并传递图像电信号,所述图像电信号是所述光学响应的彩色光谱分解的图像。
12.根据权利要求11所述的机器,其特征在于,所述图像电信号是模拟信号。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的机器,其特征在于,所述辐射源是单色源。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的机器,其特征在于,所述辐射源是多色源。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的机器,其特征在于,所述光学读取器件包括用于检测所述辐射源所发射的辐射的强度的装置。
16.根据权利要求15所述的机器,其特征在于,所述用于检测所述辐射源所发射的辐射的强度的装置包括光谱仪(64)和引导系统,所述引导系统用于将一部分的入射辐射引导至所述光谱仪而不经过分析区(26')。
17.根据权利要求15所述的机器,其特征在于,所述用于检测所述辐射源所发射的辐射的强度的装置包括不同于所述光谱仪(64)的第二光电传感器(80)和引导系统,所述引导系统用于将一部分的入射辐射引导至所述第二光电传感器而不经过分析区(26')。
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