CN108139332A - 光学检测单元 - Google Patents
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Abstract
一种用于定量确定液体样品中的分析物浓度的检定装置如横向流动装置的改进的光学检测单元,以及包含该光学检测单元的检定装置。该检测单元包含:具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的有机发光二极管(OLED)发射器以及具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的有机光电二极管检测器(OPD)。该检测单元具有测试区域,该测试区域包含光吸收成分,该光吸收成分具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A。该测试区域位于发射器和检测器邻近,以形成通过至少一部分测试区域从发光二极管到光电二极管的光学路径。公式M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4。
Description
本发明涉及用于定量确定液体样品中的分析物浓度的检定(assay)装置的改进的光学检测单元以及包含该检测单元的检定装置。该单元的光发射器可以是有机发光二极管(OLED),光检测器可以是有机光电检测器(OPD),并且样品可以是液体生物样品,例如血浆、血清、唾液或尿液,或稀释为液体的生物样品。
发明背景
横向流动装置(LFD)是可使用光学手段来检测液体样品中的分析物的检定装置的一个实例,并已得到相当大的使用。一种应用是在分析液体样品以确定样品中可能存在的一种或多种目标分析物存在与否的装置中。在这些装置中通常存在阈值浓度,当超过该阈值浓度时,导致目标分析物存在的定性指示。
已经开发了几种技术来产生目标分析物浓度的定量测量,例如使用与光源耦合的光接收器。在这个领域内,有两大子类。一类利用来自光源的反射发射的检测。在这一类中,光源和光检测器两者被提供在例如横向流动膜的同一侧。另一类使光源和光检测器定位在横向流动膜的相对两侧上,使得光(或其它电磁辐射)穿过该膜透射到检测器。
WO 2005/111579是基于透射的发光检测系统。
光源和光检测器可以包括无机光电子部件。例如,无机LED提供亮的点源,其可与漫射器、透镜或其它光整形部件组合,以便提供吸光度测量所需的样品的均匀照射。适合用作这些应用中的检测器的无机光电检测器可以包括硅光电二极管、光电晶体管或光敏电阻。为了精确测量样品中的所需吸光度变化,还可能需要其它部件,例如漫射器、透镜或滤光器。
有机光源和检测器提供某些不易于从其无机对应物获得的优点,并且越来越多地被使用。例如,有机发光二极管(OLED)能够提供样品的漫射区域照射而不需要另外的部件,并且它们的典型平面构造非常适合于照射在流动池、比色皿或横向流动装置中的液体样品,因为它允许样品和光源之间的紧密靠近。类似地,光检测器可以是有机光电二极管(OPD),其也能提供漫射区域检测而不需要另外的部件,并且同样能够有利地靠近样品定位。
有机光源和光检测器与它们的无机对应物相比具有的显著其它益处是:它们的吸收光谱或发射光谱可适用于特定应用的程度。对于OLED和OPD两者,具有不同吸收光谱或发射光谱的宽范围的有机光活性材料是已知的。此外,可以调整装置结构的特征以便调节吸收光谱和发射光谱。例如,改变OLED和OPD的活性层的厚度,相邻的非发射层或非吸收层(例如电荷传输层)的组成或者输出耦合结构(例如布拉格过滤器或微腔)能够影响有机装置的吸收光谱或发射光谱。
如果装置是横向流动装置,则可利用各种光猝灭检测标记物(label)。典型地,这些标记物附着于抗体,在检定过程期间所述抗体被固定在光发射器和检测器的光路内。标记物可以是具有高消光系数的小有机分子,在该情形中可使用吸收测量来确定标记物的量,或者标记物可以是光散射颗粒如胶乳颗粒,或者标记物可以是金属颗粒如具有复杂光学性质的金纳米颗粒。所有这些光学变化在本文中被归于术语“吸收”内。
因此,在为特定应用选择最佳的可用发射器、检测器和吸收标记物时,以及在量化发射器或检测器中的微小结构变化的益处或缺点时,用于定量确定分析物的检定装置的设计者具有复杂的决策组。优化这些选择是必要的以便从此类检定装置获得最佳性能。
因此,对用于定量确定液体样品中的分析物浓度的检定装置,本领域中需要一种包含改进且优选优化的光学检测单元的检定装置。
本发明至少在其优选实施方案中旨在提供这样的改进或优化的检定装置。
发明概述
根据本公开,提供了用于定量确定液体样品中的分析物浓度的检定装置的光学检测单元。该光学检测单元包括:具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的有机发光二极管(OLED)发射器以及具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的有机光电二极管检测器(OPD)。该检测单元具有测试区域,该测试区域包含光吸收成分,该光吸收成分具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A。该测试区域位于发射器和检测器邻近,以形成通过该测试区域的至少一部分从发光二极管到光电二极管的光学路径。公式M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4:
因此,根据本公开,所述光学检测单元提供相对简单的构造,该构造包括有机发射器、有机检测器和光吸收成分,它们的光谱以提供吸收成分的改进检测的方式彼此匹配。本发明人已发现:当有机发射器、有机检测器和光吸收成分的光谱根据上述方程匹配并且该单元被构造成具有小于约0.4的M值时,在有机吸光度检测单元中光学检测出人意料地改善。优选地,M值小于约0.3,更优选地M值小于约0.2,且最优选地M值小于约0.1。这些M值允许使用该单元以低的背景信号、降低的噪声进行吸光度测量,从而能够实现更加灵敏和精确的吸光度测量。
在有机装置中,通过活性材料和装置构造的选择可调节有机发射器和有机检测器的光谱的程度是相当大的。因此,在某些实施方案中,可以满足所需的M值而不需要滤光器如窄带通滤光器,例如如果使用无机发射器或检测器,则可能另外需要所述滤光器。
在某些实施方案中,测试区域可以是透光的横向流动膜,例如可用于横向流动装置(LFD)中的硝化纤维素膜。
在一些实施方案中,光吸收材料可以是颗粒,例如胶乳颗粒或金属颗粒,例如金颗粒。在LFD实施方案中,这些颗粒可以与抗体缀合,并且可以响应于分析物的存在而在测试区域中集中,从而导致光散射或其它光猝灭效应,在本文中将所述效应称为“吸收”。
在某些实施方案中,光学检测单元的OLED可以包含磷光性铱络合物作为发光成分,例如Ir(ppy)3。在其它实施方案中,OLED可以包含发光聚合物,由此发射具有荧光特性。
在某些实施方案中,光学检测单元可包含光吸收聚合物供体和富勒烯受体。优选地,该聚合物供体包括区域规则的聚噻吩。在光学检测单元中,聚合物供体的光吸收以及随后电子向受体的转移以电极处的光电流被检测。
本公开还提供了用于定量确定液体样品中的至少一种分析物的浓度的检定装置。该检定装置包括:具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的平面发射器;具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的平面检测器;以及介于发射器和检测器之间的横向流动膜。该装置进一步包含与横向流动膜的近端流体连通的结合垫(conjugate pad),并且该结合垫包含光学可检测的标签颗粒,所述标签颗粒与第一检定成分结合并且具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A。芯吸垫(wicking pad)与横向流动膜的远端流体连通。横向流动膜由透光材料形成,并且能够通过毛细作用将流体从结合垫输送到芯吸垫。横向流动膜包含至少一个测试区域,该测试区域包含固定化的第二检定成分用以依靠分析物、第一检定成分和第二检定成分之间的结合将标签颗粒保持在测试区域中,以便产生标签颗粒在测试区域中的浓度,这是液体样品中分析物浓度的指示。发射器包含有机电致发光材料的发射层,并且该发射层与横向流动膜的测试区域对准,使得发射器能够照射该测试区域。检测器包含有机光伏材料的吸收层,并且该吸收层与横向流动膜的测试区域对准,使得检测器能够检测来自该测试区域的光。M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4:
该实施方案因此提供了一种装置,该装置可以是横向流动装置,其中有机发射器、有机检测器和光学可检测标签颗粒的光谱以提供标签颗粒的改进检测的方式彼此匹配。M的值小于约0.4。优选地,M的值小于约0.3,M的值更优选小于约0.2,M的值最优选小于约0.1。这些M值允许使用具有低背景信号、降低噪声的单元进行吸光度测量,从而能够实现更加灵敏和精确的吸光度测量。
在该装置的某些实施方案中,可以满足所需的M值而不需要滤光器如窄带通滤光器,例如如果使用无机发射器或检测器,则可能另外需要所述滤光器。
在该装置的一些实施方案中,光吸收材料可以是颗粒,例如胶乳颗粒或金属颗粒如金颗粒。
在该装置的某些实施方案中,光学检测单元的OLED可包含磷光性铱络合物作为发光成分,例如Ir(ppy)3。在其它实施方案中,OLED可包含发光聚合物,由此发射具有荧光特性。
在该装置的某些实施方案中,光学检测单元可以包含光吸收聚合物供体和富勒烯受体。聚合物供体优选包含区域规则的聚噻吩。
附图简述
下面参照附图进一步描述本发明的实施方案,其中:
图1A是根据本发明实施方案的包含光学检测单元的检定装置的图示;
图1B是包含根据图1A的实施方案的光学检测单元的检定装置的另一视图的图示;
图2是根据本发明另一实施方案的光学检测单元的图示;
图3是根据本发明的检定装置的实施方案的组件的图示;
图4是根据本发明的检定装置的实施方案的1行像素图案的图示;
图5是根据本发明的检定装置的实施方案的2行像素图案的图示;
图6是根据本发明的检定装置的实施方案的3行像素图案的图示;
图7是根据本发明的检定装置的实施方案的4行像素图案的图示;
图8a和8b示出根据实施例1的κ和λFLC检定的剂量响应曲线;
图9示出根据实施例2的鸦片剂检定的剂量响应曲线;
图10示出根据本发明实施方案并且如实施例3中所述的光学检测单元的装置的发射、吸收和检测光谱;
图11示出用于根据本发明实施方案的单元中的具有不同活性层厚度的一系列有机光电二极管的检测光谱。
发明详述
如图1A和图1B所示,根据本发明的一个实施方案,提供了一种包含在薄的、基本上立方形的壳体50中的检定装置1。图1B提供了图1A所示相同装置的示意图的侧向图示。壳体的一端包含提供在壳体50的长度和宽度的平面中的测试模块20。壳体50的相对端容纳平靠着壳体50壁的圆柱形电池23。在测试模块20和电池23之间的是印刷电路板22,其从电池延伸到与测试模块20相同平面中的壳体的长度中。测试模块20中的电子器件经由电接口24连接到印刷电路板22。测试模块20包含与结合垫5流体连通的样品垫6。该结合垫5包含颗粒标签(tag),该颗粒标签能够结合到检定成分。横向流动膜4连接在结合垫5和芯吸垫7之间。支承结构21将测试模块20固定在壳体50中。
图2示出了根据本发明实施方案的光学检测单元20。当样品沉积在样品垫6上时,形成过量样品的储层(reservoir)。过量的样品迁移到结合垫5。这种迁移首先是由结合垫5引起,然后由横向流动膜4以及然后另外地由芯吸垫7的芯吸作用引起。横向流动膜4由硝化纤维素形成。结合垫5含有分析物标签。分析物标签结合至相应的可用分析物。毛细作用引起含任何带标签的分析物的液体样品沿着横向流动膜4从结合垫5流动进入测试区域19并朝向芯吸垫7。在样品到达芯吸垫7之前,其遇到含分析物的固定受体的反应线8。当带标签的分析物达到该点时,受体结合至分析物,将分析物和标记物保持在适当位置。着色分析物标签的存在将导致反应线8随着标签浓度的增加而改变颜色。在当前描述的实例中,着色标签的浓度是在反应线处的分析物浓度的直接指标,这提供了液体样品中分析物浓度的指示。
以上是夹心型(sandwich)检定技术的例子。竞争性检定也是可能的,其中来自反应线12的响应的强度(通常为颜色)与样品中存在的分析物的量成反比。在该技术的一个实例中,结合垫5另外含有预加标签的第二分析物或分析物类似物。来自样品的分析物不变地穿过结合垫5,并且将结合到另一反应线12上的受体,从而占据预加标签的分析物或分析物类似物将另外结合的受体位点。样品中存在的分析物越少,预加标签的分析物或分析物类似物越能够与受体结合,从而导致该线的更强着色。在该技术的另一实例中,结合垫5也可以或者替代性地含有带标签的受体。在这种情况下,固定的分析物或分析物类似物被固定化在反应线上。样品中存在的分析物越多,将与来自样品的分析物结合的带标签受体越多,因此不能用于与固定分析物或分析物类似物结合。竞争性检定技术可用于定性测试特定分析物的不存在,但不是纯粹的二元测试,并且样品中非常少量的分析物仍然可能导致预加标签分子在该线位置处的结合(是分析物、分析物类似物还是受体)。该竞争性检定技术可以替代地用于定量指示液体样品中特定分析物的浓度。
在横向流动膜4上还存在对照受体的另一条线13,其与带标签成分本身反应。对照线13含有与带标签成分结合的固定化受体。无论样品是否含有任何分析物,在进行测试时对照线13都应变为着色。这有助于确认测试正确执行。在当前描述的实例中,当样品中存在分析物时,反应线8仅改变颜色。在具有多种检定的实施方案中,可以有多条对照线。这样,对照线可用于确定由横向流动装置执行的每个测试是否已被执行。当前实例中的对照线13提供在较早反应线的下游。通过在反应线的下游提供对照线13,在分析物标签能够结合到指示已经进行测试的对照线之前,分析物标签必须流过其它反应线。
在当前情形中,横向流动膜4约100μm厚,反应线8,12和对照线13各自为1.0mm×5.0mm,它们之间具有2.0mm的间隙。横向流动膜由硝化纤维素形成。在透明基底11上提供样品垫6、结合垫5、横向流动膜4和芯吸垫7。
参考线14提供在横向流动膜4上并且在测试区域19的构造期间用于对准。参考线14典型比反应线8,12或对照线13更细。在当前实例中参考线是0.5mm×5.0mm,在对照线13之间具有1.5mm的间隙。
虽然该实例公开了分析一系列分析物在样品中的存在、不存在或浓度,但可以用更少或更多的分析物测试来执行该分析。可使用一系列不同标签和受体线来确定多种不同分析物的存在、不存在或浓度。可以测试一些分析物的存在,结合不同或相同分析物的不存在。例如下表1中给出了例如检定的测试。在每种情形中,给出了测试的目的,以及第一检定成分、第二检定成分、目标分析物以及何种类型的检定(夹心型或竞争性)。可以使用以任何类型的标记颗粒标记的分析物或者分析物的抗体进行所有检定。示例性的标记颗粒包括金纳米颗粒、着色的乳胶颗粒或荧光标记物。从第N行的表格中可容易地确定,可以如下构造其它分析物的检定:使用分析物抗原作为第一成分,以及使用分析物的抗体作为第二成分,其中检定类型是夹心型。当检定类型是竞争性时(第M行),则分析物的抗体将是第一成分,而分析物抗原将是第二成分。
表1
虽然常见的家庭检定测试(例如一些妊娠测试)具有明显的二元结果,并且需要用户手动解释结果,但本装置使用有机发光二极管(OLED)和对立的有机光电二极管(OPD)来测量光吸收作为分析物测试的结果。尽管当前描述的实施方案使用物质的光吸收来指示测试样品中分析物的浓度,但可以同样地设想如下实施方案:其中分析物上的标签是发光的并且本身发射光,要么作为荧光、磷光的结果,要么作为化学或电化学反应的结果。
在表1中标记为A-D的行中描述了用于骨髓瘤(Myeloma)的检定。为了测试骨髓瘤,确定κFLC浓度与λFLC浓度的比率。
OLED用具有已知特性(强度,波长等)的光照射样品。当OPD接受光时,产生电流。通过测量该电流,能够确定反应线8,12和周围膜处的固定化标签吸收的光。这给出了样品中存在的带标签分析物浓度的指示。
OLED是位于塑料基底(PET)、玻璃基底或者包含与无机阻挡层交替的塑料层的叠层体上的分层结构。OLED由图案化的ITO(导电且透明的铟锡氧化物)层、空穴注入材料层、活性材料层和阴极形成。通过调节ITO的厚度以及更重要的是活性材料和阴极的厚度,可以使装置的正向发射最大化。利用在堆叠几何结构中的此类修改,可以使垂直于装置发射的光的量最大化。这将意味着更大比例的由OLED发射的光穿过膜,并撞击到OPD上。具有环氧树脂(epoxy)保护的常规无机LED具有朗伯(Lambertian)发射,因此浪费了大量的光。
在本实例中,OLED 2包含与有机光伏电池(OPD)3相对立提供的发射区域9、16、18,这些发射区域包含检测区域10、15、17。在本实例中所有三个区域的发射光颜色是蓝色,因为它们是由相同材料的层形成。类似地,在本实例中,对OPD区域10、15、17的材料进行优化以检测蓝光。
对OLED发射区域9、16、18和OPD检测区域10、15、17进行尺寸设置以便位于包含结合受体的反应线8、13、14的足迹内,设立所述结合受体用以捕获和结合带标签的分析物(预加标签的或其它方式)。在当前情形中,这导致0.9mm×4.9mm像素。这使能够与带标签的分析物以及周围的横向流动膜4相互作用的来自OLED的光发射的比例最大化。提高能够与膜和带标签的分析物相互作用的发射光的比例的另一因素是OLED和OPD两者与横向流动膜4的接近度。在本实例中,仅在OLED/OPD和膜之间插入阻挡材料,厚度为约100μm。
包括在用于检定装置1的壳体50内的电路板22和电池23控制和驱动OLED和OPD。电路板22还包括适于进行基本分析的微处理器,以便计算代表样品中存在的分析物的量和/或其比率的定量值。
对于示例OPD,可以使用以下结构。第一层(最接近膜)是预先图案化的铟锡氧化物(ITO)玻璃基底。该玻璃基底为OPD提供阻挡层。在ITO层的顶部提供50nm厚的Baytron P级聚苯乙烯磺酸掺杂的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT:PSS)层并且在其上提供10nm厚的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)膜夹层。活性层是165nm厚的区域规则聚(3-己基噻吩):1-(3-甲氧基羰基丙基)-1-苯基-[6.6]C61(P3HT:PCBM),具有100nm厚铝的装置上电极。
这只是适用于本发明实施方案的OPD的一个例子。本领域技术人员将知晓制造此类OPD的方法以及可以从其制造合适OPD的其它材料。
OPD活性层典型包含供体和受体,它们可选自聚合物太阳能电池领域已知的那些供体和受体(参见例如Li,G.,Zhu,R.和Yang Y.(2012)Nature Photonics 6:153-161)。可以根据供体材料在与有待用于检定中的猝灭剂相关的波长范围内的吸光度来选择供体材料。然而,除材料选择以外的其它因素会影响OPD的检测光谱。这些因素包括:受体和供体异质结构的形态,用于制备该装置的溶剂和干燥条件可影响该形态;活性层的厚度;在相邻层(如电荷传输层)中使用的材料;使用的电极;由层厚度和层材料折射率的组合引起的微腔效应;和光输入耦合(incoupling)结构,例如分布式布拉格反射器。因此,本领域技术人员知晓可用于更好地将OPD的检测光谱调节到需要其的检定的许多结构和材料因素。
同样,本领域技术人员知晓用于制造适用于本发明的OLED的几种结构和材料的组合。在一种特定OLED类型中,该结构是塑料基底(PET)、图案化ITO的层、空穴注入材料层、活性材料层和阴极。特别地,可以通过有机聚合物或其它小分子的选择来调节OLED的发射光谱。例如,含铱的络合物典型具有定义明确的磷光发射光谱,并且通过改变金属所结合的配体,峰值波长能够跨可见光谱而变化。例如但不限于,这些络合物及其峰值发射可包括fac-Ir(ppy)3(519nm),fac-Ir(4',6'-dfppy)3(467nm),fac-Ir(atpy)3(581nm),(piq)2Ir(acac)(622nm),(niq)2Ir(acac),fac-Ir(pmi)3(380nm)及其增溶衍生物或其树状分子衍生物。除发射材料的选择之外,可以使用OLED的其它特征将发射光谱调节至特定应用。这些特征包括:用作发射层的主体的材料,或者相邻层(如空穴或电子传输层)中的材料;所使用的电极;由层厚度和层材料折射率的组合引起的微腔效应;施加到OLED的驱动电压;光输出耦合(outcoupling)结构,如分布式布拉格反射器。因此,本领域技术人员知晓可用于更好地将OLED的发射光谱调节到需要其的检定的许多结构和材料因素。
本领域技术人员还知晓对于光猝灭剂的选择在生物检定领域中可用的宽广范围的选择(用于标记目标化合物的着色标签),例如所述光猝灭剂可与抗体缀合。可以使用金纳米颗粒,并且在这种情形中应使用绿色照明源。作为替代,可以使用蓝色聚苯乙烯标记物,并且在这种情形中,应使用红色照明源。此外,各种各样的有机淬灭剂是可用的,例如可获自ThermoFisher的dabcyl、和DyLightTM淬灭剂族。
为了优化吸光度检定的特异性和灵敏度,OLED的发射光谱E、光检测光谱S和光吸收成分的吸收光谱A必须正确地匹配。吸收光谱和发射光谱之间的不匹配将导致不合意的背景信号,除非将检测光谱调整为在发射而非吸收的波长处具有低的灵敏度。类似地,如果检测光谱在发射强但吸收弱的波长处具有低的值,则检定的灵敏度将降低。这种三路匹配是不容易的(non-trival),特别是在光谱中的细微变化(例如参见图11)需要客观手段来确定OLED、OPD和猝灭剂的何种组合可提供最佳检测的情况下。
本发明人已发现,对于基于吸光度的检定,以下关系提供OLED的发射光谱E、光检测光谱S和光吸收成分的吸收光谱A之间的最佳匹配:
存在可数学表达E、S和A之间的匹配的大量方式,并且当前关系具有特别有利的特征。选择该关系使得E、S出现在分母和分子两者中,这具有的益处是E和S的单位不相关并且可以是任何合适的单位,或者可归一化至任何值,只要跨所评价的光学检测单元的任何组应用相同的方法。可以利用在使用中获得的其最高吸收状态下的特定测试区域测量光谱A,例如使用分光光度计或其它设备来确定作为λ1和λ2之间的波长的函数的入射至透射光的对数。在使用中,选择λ1和λ2以便在这些限制波长之间包括至少E、S和A的主要光谱特征。
低的M值代表E、S和A之间的良好匹配,正如在光学检测单元中或者在包含这种光学检测单元的检定装置中为了良好灵敏度和低背景信号所要求的。因此,在包含OLED和OPD的光学检测单元中,M小于约0.4。优选地M小于约0.3,更优选小于约0.2,且最优选小于约0.1。
图4示出了根据本发明的检定装置的实施方案的1行像素图案。在横向流动膜上提供参考线14、反应线8和12以及对照线13。OLED和OPD生产工艺允许创建任意尺寸和定位的像素以覆盖反应线和对照线。在图4中,以虚线示出的像素轮廓25、26和27表示OPD敏感区域和OLED像素的轮廓。这些像素的中心位于反应线8、12(或对照线13)上。像素轮廓25、26和27也小于反应线8、12(或对照线13)。以这种方式,从OLED进入OPD而不经过反应线(即,穿过未形成反应线或对照线一部分的横向流动膜的一部分)的光被最小化和/或基本上消除。在一些实施方案中,像素轮廓可以具有与反应线基本上相同的程度。反应线8、12可对应于相同分析物的检定。以这种方式,可以通过相同样品的多次检定使液体样品中的分析物浓度的任何最终指示的精确度最大化。
图5示出了根据本发明的检定装置的实施方案的2行像素图案。在该实施方案中,存在两个平行的横向流动膜。如前所述,参考线14用于使反应区28、29、30、31、32、33分别与OPD和OLED轮廓34、35、36、37、38、39对准。通过将匹配的反应区域(线)彼此对角抵消,两个相邻反应区域之间的光渗出(bleed)被最小化。以这种方式,例如,通过OPD/OLED轮廓34,35上的OPD可检测到的来自OPD/OLED轮廓37的光量被最小化。这允许在单一检定装置中的特别紧凑的检定排列。在一些实施方案中,每个平行的横向流动膜可以包含单一反应区域,其中每个横向流动膜测试不同的分析物。在其它实施方案中,每个平行横向流动膜可以包含单一或多个反应区域,其中每个横向流动膜测试相同的一种分析物或分析物组。这允许改进液体样品中分析物浓度的所得指示的精确度。在另外的实施方案中,可以使用多个平行横向流动膜上的多个测试区域以不同方式测试相同分析物。以这种方式,一个横向流动膜可以使用夹心型检定技术测试给定分析物,而另一个横向流动膜可以使用竞争性检定技术测试相同的给定分析物。
图6和图7分别示出了根据本发明的检定装置的实施方案的3行和4行像素图案。对提供在横向流动膜上的反应区域40,42进行排列以便使从具有轮廓41,43的OLED渗入到具有轮廓41,43的任何相邻OPD的轮廓中的光最少化。如前所述,提供参考线14用于对准目的。
虽然在所示的实施方案中,反应线和/或反应区域旨在延伸到每个横向流动膜的每一侧,如图3的反应线12中具体可见,本发明延伸到替代实施方案,其中反应线和/或反应区域不延伸到每个横向流动膜的每一侧。例如,反应区域可以中心位于横向流动膜的中间。作为替代,可以在横向流动膜上并排提供两个不同区域。在两个反应区域之间的横向流动膜上可能存在间隔。在一些实施方案中,以彼此接触的方式提供两个反应区域。在一些实施方案中,两个或更多个区域可以在横向流动膜的近侧-远侧方向并且在宽度方向上均被间隔或偏移。可以在例如可并排提供的不同横向流动膜上提供反应区域。
尽管已经使用直接加标签描述了本发明的实施方案,但是间接加标签也是可能的。在第一抗体结合到分析物的实施方案中,标签颗粒可以结合到另外的抗体,该另外的抗体被配置以结合到第一抗体。以这种方式,相同的标记抗体可以用于几种不同的分析物。
尽管所示的实施方案使用结合垫,但将理解的是:可以用分析物标签预处理样品。这可以确保分析物和分析物标签之间更好的混合和结合,特别是在分析物浓度非常低的情况下。在这种情形中,不需要结合垫,并且预处理的样品可以直接沉积在样品垫或横向流动膜上。在要测试多种分析物的存在或浓度的一些实施方案中,可以仅为感兴趣的分析物中的一些对样品进行预处理。在这种情形中,仍然需要结合垫。
虽然所示实施方案用于定量测量,但将理解的是:本发明同样适用于定性或半定量检定装置,其中仅需要一种或多种感兴趣分析物的存在或不存在的指示。在半定量检定装置中,仅需要例如多个浓度水平的不连续所述读数。所述浓度水平不必在要测量的浓度范围内规律地间隔。
与使用硅基无机检测器或GaAs和/或InGaAs和/或SbGaInAs基无机发射器的现有技术装置相比,本发明在使用制造的OPD和OLED的实施方案中的优点是提供多重检定(定量或其它)而不会相应增加材料成本的能力。在现有技术的无机发射器和检测器中,多个反应区域需要多个发射器和检测器,所述发射器和检测器各自具有单位成本。在本发明的实施方案中,OPD和OLED是由单片制造,而不管发射器或检测器需要的像素数目如何,因此提供附加反应区域仅有极少的成本增加。
实施例1
有机发光二极管(OLED)以图4实施方案的方式具有三个像素并且发射520nm波长的绿光,并且有机光电二极管(OPD)具有与OLED相同的图案。横向流动膜包含一个对照区域和两个测试区域。第一种检定是κFLC抗原,以及第二种检定是λFLC抗原。当含有κFLC抗原和λFLC抗原的一定量样品沿着膜流动时,带标签的抗体与样品中或膜上的κFLC抗原和λFLC抗原结合。样品中更多的抗原产生更少的颜色,并且更多的光透射穿过该膜,使得OPD检测到更大的信号。图8显示了κFLC和λFLC检定的剂量响应曲线。
实施例2
有机发光二极管(OLED)具有图5中所示的构造,但是在每行中三个像素中仅有两个运行。发射波长为520nm。有机光电二极管(OPD)具有与OLED相同的图案。横向流动膜包含一个对照区域和一个鸦片剂抗体测试区域。两个相同的横向流动膜条带与两行OLED和OPD对平行排列,以便通过同时两次运行样品来改善精度。当包括一定量鸦片剂抗原的样品沿着膜流动时,抗原与标签材料(金珠)结合并与膜上的鸦片剂抗体结合。样品中较多的抗原产生较深的颜色,并且较少的光透射穿过膜,使得OPD检测到较弱的信号。图9是鸦片剂分析的剂量响应曲线。
实施例3
基本上如图1和2所示制备装置,其中OLED通过溶液加工制造并具有以下结构:
玻璃/ITO/聚合物空穴传输层/聚合物主体,Ir-树状分子磷光绿色发射体/Ag
本实施例的OPD也通过溶液加工制造并具有以下结构:
玻璃/ITO/聚合物空穴传输层/聚合物供体和受体/Ag
本实施例的装置可用于实施例1和2所述类型的检定,其中光吸收成分是金珠。图10显示了本实施例的光学检测单元的发射、吸收和检测光谱。该实施例中的M值是0.19。
实施例4
表2
厚度(nm) | M | 排序 |
84 | 0.217 | 1 |
99 | 0.220 | 2 |
141 | 0.238 | 4 |
187 | 0.235 | 3 |
按照实施例3的方式制备一系列OPD,其中包含供体和受体的溶液沉积活性层的厚度如表2所示变化,以便包括84nm、99nm、141nm和187nm的活性层厚度。如图11所示(其中强度表示光电流),活性层厚度的变化以复杂的方式改变OPD的检测光谱。复杂的光谱变化意味着:对于特定应用的最佳OPD选择可能并不易于单独从光谱的视觉检查而明显。对本实施例的OPD在光学检测单元中的使用进行排序需要客观的评价,例如其中这些OPD与OLED发射器和金颗粒猝灭剂组合的光学检测单元,其光谱如图10所示。使用M值解决了这个问题。表2示出活性层的厚度,当与OLED发射器结合使用时它们的M值和图10的金颗粒吸光度,以及它们的最终性能。因此,本公开提供了用于定量确定液体样品中分析物浓度的检定装置的光学检测单元,以及包含该光学检测单元的检定装置。该检测单元包含:具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的有机发光二极管(OLED)发射器以及具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的有机光电二极管检测器(OPD)。该检测单元具有测试区域,该测试区域包含光吸收成分,该光吸收成分具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A。该测试区域位于发射器和检测器邻近,以形成从发光二极管到光电二极管通过至少一部分测试区域的光学路径。公式M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4。
在本说明书的描述和权利要求书通篇中,词语“包含”和“含有”以及它们的变体意指“包括但不限于”,并且它们不意图(并且不)排除其它结构部分、添加剂、成分、整数或步骤。在本说明书的描述和权利要求书通篇中,单数涵盖复数,除非上下文另有要求。特别地,在使用不定冠词时,说明书应被理解为考虑复数和单数,除非上下文另有要求。
结合本发明的特定方面、实施方案或实施例描述的特征、整数,特性、化合物、化学结构部分或基团应被理解为适用于本文所述的任何其它方面、实施方案或实施例,除非与此不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以按任何组合进行组合,除其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合之外。本发明不限于任何前述实施方案的细节。本发明延伸到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合,或者延伸到如此公开的任何方法或过程的任何新颖特征或任何新颖组合。
Claims (21)
1.一种用于定量确定液体样品中的分析物浓度的检定装置的光学检测单元,该光学检测单元包括:
具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的有机发光二极管(OLED)发射器;
具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的有机光电二极管检测器(OPD);和
测试区域,该测试区域包含光吸收成分,该光吸收成分具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A;
其中该测试区域位于发射器和检测器邻近,以形成通过至少一部分测试区域从发光二极管到光电二极管的光学路径;并且
其中公式M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4:
2.根据权利要求1所述的光学检测单元,其中所述光学路径不包含滤光器。
3.根据权利要求1所述的光学检测单元,其中所述检测区域包含透光的横向流动膜。
4.根据任一前述权利要求所述的光学检测单元,其中M小于约0.3。
5.根据权利要求4所述的光学检测单元,其中M小于约0.2。
6.根据权利要求5所述的光学检测单元,其中M小于约0.1。
7.根据任一前述权利要求所述的光学检测单元,其中所述光吸收成分是金属或乳胶颗粒。
8.根据权利要求7所述的光学检测单元,其中所述光吸收成分是金颗粒。
9.根据任一前述权利要求所述的光学检测单元,其中OLED包含磷光性铱络合物。
10.根据任一前述权利要求所述的光学检测单元,其中OPD包含光吸收聚合物供体和富勒烯受体。
11.根据权利要求10所述的光学检测单元,其中所述聚合物供体包含区域规则的聚噻吩。
12.一种用于定量确定液体样品中的至少一种分析物的浓度的检定装置,该检定装置包括:
具有在λ1到λ2的波长范围内的发射光谱E的平面发射器;
具有在λ1到λ2的波长范围内的光检测光谱S的平面检测器;
介于发射器和检测器之间的横向流动膜;
与所述横向流动膜的近端流体连通的结合垫,该结合垫包含光学可检测的标签颗粒,所述标签颗粒与第一检定成分结合并且具有在λ1到λ2的波长范围内的吸收光谱A;和
与横向流动膜的远端流体连通的芯吸垫,
其中所述横向流动膜由透光材料形成,并且能够通过毛细作用将流体从结合垫输送到芯吸垫,
其中所述横向流动膜包含至少一个测试区域,该测试区域包含固定化的第二检定成分用以依靠分析物、第一检定成分和第二检定成分之间的结合将标签颗粒保持在测试区域中,以便产生标签颗粒在测试区域中的浓度,这是液体样品中分析物浓度的指示,
其中发射器包含有机电致发光材料的发射层,并且该发射层与横向流动膜的测试区域对准,从而发射器能够照射该测试区域,
其中该检测器包含有机光伏材料的吸收层,并且该吸收层与横向流动膜的测试区域对准,从而检测器能够检测来自该测试区域的光,和
其中公式M定义E、S和A之间的关系,并且M小于约0.4:
13.根据权利要求12所述的检定装置,其中光学路径不含滤光器。
14.根据权利要求12或13所述的检定装置,其中M小于约0.3。
15.根据权利要求14所述的检定装置,其中M小于约0.2。
16.根据权利要求15所述的检定装置,其中M小于约0.1。
17.根据权利要求12或13所述的检定装置,其中所述光吸收成分是金属或乳胶颗粒。
18.根据权利要求17所述的检定装置,其中所述光吸收成分是金颗粒。
19.根据权利要求12或13所述的检定装置,其中所述OLED包含磷光性铱络合物。
20.根据权利要求12或13所述的检定装置,其中所述OPD包含光吸收聚合物供体和富勒烯受体。
21.根据权利要求20所述的检定装置,其中所述聚合物供体包含区域规则的聚噻吩。
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