CN108351303A - 用于单一分析物和多路复用分析物检测的中空聚合物光纤系统 - Google Patents
用于单一分析物和多路复用分析物检测的中空聚合物光纤系统 Download PDFInfo
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Abstract
本文中提供了基于放大发光邻近均相分析(“alpha”)技术，但使用掺杂有‘受体珠粒’染料(例如氧硫杂环己烯、蒽、红荧烯和/或镧系元素螯合剂)或‘供体珠粒’染料(例如酞菁)的中空聚合物光纤载运由所述掺杂剂通过单线态氧通道产生的信号来进行单一分析物检测或多路复用分析物检测的方法、系统及设备。在一个实施例中，中空聚合物光纤(106)掺杂有‘受体珠粒’染料。结合至所关注分析物(110)的第一结合搭配物(108)结合至所述光纤的内表面。可能含有所述分析物和珠粒(114)的样品溶液被引入所述光纤的内部中，所述珠粒包埋有‘供体珠粒’染料并且在其表面上固定有同样结合至所述分析物的第二结合搭配物(112)。所述分析物结合至所述供体珠粒和所述光纤，由此使所述‘供体珠粒’染料邻近所述‘受体珠粒’染料。当用激发光(102)照射时，在所述‘供体珠粒’染料中产生单线态氧并用通道输送至所述‘受体珠粒’染料，在所述‘受体珠粒’染料中，其最终引起荧光(104)发射，所述荧光的强度随所述分析物的浓度变化。
Description
相关申请
本公开要求2015年11月23日提交的题为“用于单一分析物和多路复用分析物检测的中空聚合物光纤系统(Hollow Polymer Fiber Optic System for Single Analyte andMultiplexed Analyte Detection)”的美国临时专利62/259,000的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本文中提供了用于分析物检测的方法、系统及设备。举例来说，本文中描述了使用经掺杂的中空聚合物光纤载运由掺杂剂通过单线态氧通道产生的信号以检测样品中的一或多种分析物的方法、系统及设备。
背景技术
有多种基于珠粒的分析技术可用于以微量盘形式研究生物分子相互作用，例如由马萨诸塞州沃尔瑟姆(Waltham,MA)的珀金埃尔默(PerkinElmer)制造的和首字母缩写“Alpha”表示放大发光邻近均相分析(amplified luminescentproximity homogeneous assay)。这些技术是非放射性的均相邻近分析。结合被捕捉于珠粒上的分子导致能量从一个珠粒转移至另一个珠粒，最终产生可检测的发光/荧光信号，由此提供有关样品中一或多种分析物的定性和定量信息。
和分析分别利用两种珠粒类型：供体珠粒和受体珠粒。供体珠粒包含光敏剂，例如酞菁，在680nm下照射时，其将环境氧转化成受激发的活性氧形式，即单线态氧。单线态氧不是一种自由基；它是具有单一受激发电子的分子氧。与其它受激发的分子相同，单线态氧在返回到基态之前具有有限的寿命。相较于最大转移距离是约10nm的TR-FRET，单线态氧在其4微秒的半衰期内可以在溶液中扩散约200nm。如果受体珠粒在此接近度内，则能量从单线态氧转移至受体珠粒内的氧硫杂环己烯(thioxene)，随后导致产生在一定波长范围，例如520-620nm内或特定波长，例如615nm的光。在无受体珠粒存在下，单线态氧返回基态并且不产生信号。这种接近度依赖性化学能量转移是AlphaScreen均相性质的基础，使得不同于ELISA分析、电化学发光及流式细胞术分析，其不需要洗涤步骤，由此提供显著的优势。
和依赖于相同的供体珠粒，但使用不同的受体珠粒。受体珠粒包埋有三种染料：氧硫杂环己烯、蒽及红荧烯。红荧烯，即最终的荧光剂，发射在520-620nm之间的可检测的光。在受体珠粒中，蒽和红荧烯被铕螯合剂替代。铕(Eu)螯合剂被氧硫杂环己烯与单线态氧反应而转化成二酮衍生物所产生的340nm光直接激发。被激发的铕螯合剂产生在以约615nm为中心的明显较窄波长带宽内可检测的强光。因此，与相比，发射不太易受吸收在500-600nm之间的光的人造或天然化合物(如血红蛋白)的干扰。
和通常是以多孔(例如96孔、384孔或1536孔)分析形式操作，并且用于进行生物化学和基于细胞的分析。其可以用于低至高亲和力结合相互作用(例如pM至mM)，并且可以用于高通量筛选(HTS)。与复杂基质如细胞溶解产物、血清、血浆、CSF等相容。这些系统可以进行免疫分析、表观遗传分析、激酶分析、抗体检测和表征、免疫原性、选择性检测sAPP和淀粉样肽、α蛋白酶分析、α配体-受体分析、cAMP分析、cGMP分析，及蛋白质-蛋白质和蛋白质-核酸相互作用的检测。
由马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默制造的AlphaPlexTM是利用上文所描述的alpha技术的一项均相多路复用试剂技术。通过使用发射不同波长的多个受体珠粒，可以检测多种分析物。所述系统提供了对从大蛋白质到小蛋白质以及稀少生物样品如原代细胞和干细胞等多种分析物的准确多路复用定量，并且适用于众多应用，包括PD/PK的生物标记物、干细胞的生物标记物、激酶(例如总蛋白质对比磷酸化蛋白质)、表观遗传标记物(例如总组蛋白对比特定标记物)、淀粉样肽、IgG谱分析及用管家蛋白质进行的分析正规化。
利用alpha技术的现有系统不是便携型的。作物科学和动物卫生研究人员/技术员需要在野外取得样品，然后将这些样品带回实验室进行分析。在将样品带回实验室进行分析时，可能需要取得许多样品以确保所关注的特定分析物会存在于这些样品的至少一部分中。
便携型氨基分析(aminoassay)装置包括侧流装置，例如在药盒中执行的氨基分析，如妊娠测试，其中样品与抗体反应并在样品中存在分析物时产生明显颜色。其它便携型系统涉及测量棒，例如包埋有试剂的纸或塑料，将测量棒浸入溶液中以确定样品中分析物的存在。这些系统通常不太准确，并且常常局限于定性分析。
需要比现有便携型系统更准确并且更灵敏的稳定、易于使用的便携型分析系统和装置。
发明内容
本文中提供了基于以上所提到的alpha技术，但利用掺杂有‘受体珠粒’染料和/或‘供体珠粒’染料的中空聚合物光纤进行单一分析物检测或多路复用分析物检测的方法、系统及设备。举例来说，受体珠粒染料可以包含氧硫杂环己烯、蒽、红荧烯和/或镧系元素螯合剂，例如铕螯合剂、铽螯合剂、镝螯合剂、钐螯合剂、镱螯合剂、铒螯合剂和/或铥螯合剂，和/或其变化形式。‘供体珠粒’染料可以包含例如酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白、叶绿素、孟加拉玫瑰红和/或其变化形式。聚合物光纤载运由掺杂剂通过单线态氧通道产生的信号，所述信号被检测并用于鉴别给定样品中所关注的一种分析物或多种分析物的存在和/或量。
在某些实施例中，所述系统是便携型、易于使用的，并且提供对一或多种所关注分析物的稳定测量(定性和/或定量)。确切地说，对于作物科学和动物卫生应用，传统上需要在野外取得样品并带回实验室进行分析。本文所描述的中空聚合物光纤系统提供了用于在野外而非实验室中进行此类测量的稳定、易于使用的可靠系统。此外，鉴于中空光纤管的内部体积较小，极小体积的样品就足够进行测试。中空管还简化了样品的获取、处理及运输。
举例来说，可在野外取得样品并在野外测量这些样品以检测一或多种分析物的存在和/或量(例如浓度)。也可在野外测量样品以鉴别所关注分析物的存在，接着，如果需要进一步分析，则仅将含有所关注分析物的样品运回实验室进行进一步测试，而不是取得并运输大量可能含有或可能不含所关注分析物的样品。举例来说，可以在野外使用具有激发光源和检测器的便携型手持式装置，接着可以将所需样品带回实验室进行更精确的测量。
当样品中存在相应分析物时，通过使用不同的受体和/或供体化合物产生具有可区别的不同波长的光，有可能进行多路复用样品分析。
举例来说，包含掺杂有不同受体染料组合物的多个中空聚合物光纤的光纤束实现了对多种分析物的多路复用检测。光纤束中的不同光纤通过偶联至其内表面的不同结合搭配物(例如抗体)捕捉被引入光纤中的样品溶液中所存在的不同分析物。掺杂有供体染料组合物的供体珠粒涂布有相应的结合搭配物并且被引入光纤(例如与样品一起，例如在将样品引入光纤中之后，在第二步骤中)中，并结合至光纤内的相应分析物。当用激发光照射时，供体珠粒内的供体染料被激发，使得从掺杂受体染料的光纤发射光。掺杂有不同受体染料组合物的不同光纤产生可区别的不同波长(例如545nm，例如575nm，例如615nm，例如645nm)的发射光。
在某些实施例中，所述系统包含多个检测器和滤光片组合，这些组合可区别地检测不同特定波长的发射光，这些波长各自对应于光纤束中的特定光纤，并因此对应于由所述光纤捕捉的特定分析物。
通过使用掺杂有不同供体染料组合物的不同类型的供体珠粒以及掺杂有不同受体染料组合物的多个光纤，可以进一步增加所述系统的多路复用容量(例如可以使用单一光纤和/或光纤束可区别地检测的不同分析物的数量)。确切地说，在某些实施例中，所述系统在多种激发波长(例如680nm，例如775nm)下照射光纤和/或光纤束，由此取决于供体珠粒所掺杂的供体染料组合物的激发波长，选择性激发不同类型的供体珠粒。响应于特定激发波长照射而产生的发射光由此可以与特定类型的供体珠粒相关联，所述供体珠粒涂布有结合至特定分析物的特定结合搭配物。
因此，多种分析物中的每一分析物可以借助于与结合至分析物的结合搭配物偶联的供体珠粒和特定光纤(例如掺杂有特定受体染料)的类型而与激发和发射波长的特定组合相关联。此方法还可以通过倒转珠粒和光纤的作用进行，其中不同类型的受体珠粒掺杂有不同受体染料组合物，而不同光纤掺杂有不同供体染料组合物。因此，本文所描述的系统和方法提供了用于样品中多种分析物的多路复用检测的多种灵活且有效的方法。
此外，在某些实施例中，用于进行分析物的多路复用检测的光纤束被布置在包含多个光纤束的卡盘(cartridge)中。在某些实施例中，在卡盘中使用多个光纤束检测多个样品中的多种分析物，所述多个光纤束各自能够借助于以上描述的不同掺杂和结合搭配物配置检测多种分析物。举例来说，在给定卡盘内，每个光纤束可以与不同样品接触，由此实现多个样品中的多路复用分析物检测。
在某些实施例中，卡盘中光纤束的布置可以用于简化用于多路复用检测的掺杂和结合搭配物配置。举例来说，可以使用卡盘中的每个光纤束检测不同分析物。使一个卡盘中的多个光纤束与包含待分析样品的样品溶液接触，并且通过用激发光照射每个光纤束并检测由此得到的发射光来读取这些光纤束。一个卡盘中的多个光纤束可以依序或并行读取。因此，在某些实施例中，使用卡盘中的每个光纤束检测不同的相应分析物及可区别地检测来自每个光纤束的信号(例如通过依序读取来自每个光纤束的信号)，避免了对于光纤束内不同光纤的复杂受体和/或供体染料掺杂配置的需求，由此简化了检测过程。
因此，光纤束卡盘提供了用于例如在野外检测多个样品中的多种分析物的简单且便利的方法。
样品的等分试样可以通过毛细管作用吸入一或多个中空光纤(例如小型光纤束)中。较小的所需样品尺寸、低成本、易于运输、便携性、可调适性及测量的准确性使此方法相对于传统的微量盘形式以及现有的侧流装置和测量棒具有增效的优势。
在一个方面，本发明涉及一种掺杂有受体染料组合物和/或供体染料组合物的聚合物光纤，所述光纤能够传输通过单线态氧通道产生的光以检测和/或定量样品中的所关注分析物。
在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有受体染料组合物。在某些实施例中，受体染料组合物包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物。在某些实施例中，化学发光单线态氧受体选自由以下组成的组：氧硫杂环己烯、二氧杂环己烯及二硫杂环己烯。在某些实施例中，荧光化合物是镧系元素螯合剂。在某些实施例中，镧系元素螯合剂包含选自以下组成的组的镧系元素：铕、铽、镝、钐、镱、铒及铥。在某些实施例中，荧光化合物包含有机染料(例如蒽、红荧烯)。在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有量子点。
在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有供体染料组合物。在某些实施例中，供体染料组合物包含当用激发光照射时释放单线态氧的光敏剂。在某些实施例中，光敏剂是选自以下组成的组的化合物：酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白、叶绿素及孟加拉玫瑰红。
在某些实施例中，聚合物光纤具有0.1mm至2mm的内径及1mm至3mm的外径。在某些实施例中，聚合物光纤的内径是0.5mm至1.5mm。在某些实施例中，聚合物光纤的内径足够小以通过毛细管作用将液体吸入聚合物光纤的内部中。在某些实施例中，聚合物光纤的内径保持毛细管作用以使得液体(例如包含样品的溶液)通过毛细管作用吸入聚合物光纤的内部中(例如，其中液体通过毛细管作用吸入光纤中的距离至少是足以检测通过单线态氧通道产生的透射光的距离(例如至少一毫米))。
在某些实施例中，聚合物光纤包含结合于聚合物光纤的内表面上的第一结合搭配物(例如第一抗体，例如抗生蛋白链菌素)。在某些实施例中，聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同浓度的第一结合搭配物偶联至其内表面以实现对第一结合搭配物所结合的所关注分析物的多种灵敏度水平的测量。在某些实施例中，聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，这些部分各自具有不同的结合搭配物偶联至其内表面。在某些实施例中，不同的结合搭配物是不同的抗体。在某些实施例中，每一结合搭配物能够结合至特定抗原的不同变体。在某些实施例中，每一结合搭配物能够结合至不同分析物。
在某些实施例中，聚合物光纤包含多个中空芯(例如聚合物光纤包含5至20个中空芯)。
在某些实施例中，聚合物光纤包含聚苯乙烯和/或聚(甲基丙烯酸甲酯)。
另一方面，本发明涉及聚合物光纤束，光纤束的每个光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或供体染料组合物。在某些实施例中，光纤束包含2至20个聚合物光纤。
在某些实施例中，光纤束的多个聚合物光纤各自掺杂有独特的受体染料组合物。在某些实施例中，受体染料组合物包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物。在某些实施例中，化学发光单线态氧受体选自由以下组成的组：氧硫杂环己烯、二氧杂环己烯及二硫杂环己烯。在某些实施例中，荧光化合物是镧系元素螯合剂。在某些实施例中，镧系元素螯合剂包含选自以下组成的组的镧系元素：铕、铽、镝、钐、镱、铒及铥。在某些实施例中，荧光化合物包含有机染料(例如蒽、红荧烯)。在某些实施例中，一或多个聚合物光纤掺杂有量子点。
在某些实施例中，光纤束的多个聚合物光纤各自掺杂有独特的供体染料组合物。在某些实施例中，供体染料组合物包含当用激发光照射时释放单线态氧的光敏剂。在某些实施例中，光敏剂是选自以下组成的组的化合物：酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白、叶绿素及孟加拉玫瑰红。
在某些实施例中，光纤束的多个聚合物光纤各自具有独特的结合搭配物偶联至其内表面。
另一方面，本发明涉及包含多个聚合物光纤束的卡盘，其中每一光纤束的每个聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或相应供体染料组合物。在某些实施例中，受体染料组合物包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物。在某些实施例中，化学发光单线态氧受体选自由以下组成的组：氧硫杂环己烯、二氧杂环己烯及二硫杂环己烯。在某些实施例中，荧光化合物是镧系元素螯合剂。在某些实施例中，镧系元素螯合剂包含选自以下组成的组的镧系元素：铕、铽、镝、钐、镱、铒及铥。在某些实施例中，荧光化合物包含有机染料(例如蒽、红荧烯)。在某些实施例中，一或多个聚合物光纤掺杂有量子点。
在某些实施例中，对于卡盘中的每一光纤束，光纤束的多个聚合物光纤各自具有独特的结合搭配物偶联至其内表面。
另一方面，本发明涉及一种用于进行单一分析物和/或多种分析物检测的系统，所述系统包含：掺杂有受体染料组合物和/或供体染料组合物的聚合物光纤；激发光源；以及用于检测行进穿过聚合物光纤的由单线态氧通道产生的发射光的检测器。
在某些实施例中，所述检测器经过对准以检测离开所述聚合物光纤的端面的光。在某些实施例中，所述检测器经过对准以使得其作用区域与聚合物光纤的轴基本上同心。在某些实施例中，激发光源经过对准以沿聚合物光纤的长度照射聚合物光纤。在某些实施例中，激发光源经过对准以在垂直于聚合物光纤的方向上照射聚合物光纤。在某些实施例中，激发光源是以基本上单一波长操作的激光器。
在某些实施例中，所述系统还包含外壳，其中：所述外壳包围检测器和聚合物光纤，所述外壳包含激发光端口，可以将来自激发光源的激发光引导穿过所述激发光端口，并且所述外壳对环境光基本上不透明。
在某些实施例中，所述系统还包含外壳，其中：所述外壳包围检测器、聚合物光纤及激发光源，并且所述外壳对环境光基本上不透明。
在某些实施例中，所述系统包含自给式便携型电源，用于向检测器和激发光源供给电力，由此不需要外部电源并且所述系统是便携型的。在某些实施例中，所述电源包含电池。
在某些实施例中，所述系统被包含在外壳内，所述外壳界定不超过750cm3的体积(例如所述系统的尺寸不超过150mm×100mm×50mm，例如和/或所述系统的重量不超过2lbs.，例如重量是1至2lbs.)。在某些实施例中，所述外壳界定不超过750cm3的体积(例如所述系统的尺寸不超过150mm×100mm×50mm，例如和/或所述系统的重量不超过2lbs.，例如重量是1至2lbs.)。在某些实施例中，所述系统的总重量不超过2lbs.(例如所述系统的总重量是1至2lbs.)。
在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有受体染料组合物，并且激发光源可操作以在欲引入聚合物光纤内部中的供体粒子所包含的供体染料组合物的激发波长下照射聚合物光纤。
在某些实施例中，所述检测器对聚合物光纤所掺杂的受体染料组合物的发射波长的光起反应。
在某些实施例中，所述系统包含定位于聚合物光纤与检测器之间的滤光片，其中所述滤光片对波长对应于供体染料组合物的激发波长的光基本上不透明并且所述滤光片基本上透射波长对应于聚合物光纤所掺杂的受体染料组合物的发射波长的光。
在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有供体染料组合物，并且激发光源可操作以在供体染料组合物的激发波长下照射聚合物光纤。
在某些实施例中，所述检测器对欲引入聚合物光纤内部中的受体粒子所包含的受体染料组合物的发射波长的光起反应。
在某些实施例中，所述系统包含定位于聚合物光纤与检测器之间的滤光片，其中所述滤光片对波长对应于聚合物光纤所掺杂的供体染料组合物的激发波长的光基本上不透明并且所述滤光片基本上透射波长对应于受体染料组合物的发射波长的光。
在某些实施例中，所述系统包含聚合物光纤束，光纤束的每个聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或供体染料组合物。在某些实施例中，光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同结合搭配物(例如不同抗体)偶联至其内表面。
在某些实施例中，光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一发射波长的第一受体染料组合物，光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二发射波长的第二受体染料组合物，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，光纤束的第一聚合物光纤具有第一结合搭配物偶联至其内表面，并且光纤束的第二聚合物光纤具有第二结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物。在某些实施例中，所述系统包含第一检测器和第二检测器，所述第一检测器对第一发射波长起反应并且所述第二检测器对第二发射波长起反应。在某些实施例中，所述系统包含第一滤光片和第二滤光片(例如可切换的滤光片)，其中第一滤光片基本上透射第一发射波长并且对第二发射波长基本上不透明，而第二滤光片基本上透射第二发射波长并且对第一发射波长基本上不透明。
在某些实施例中，光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一激发波长的第一供体染料组合物，光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二激发波长的第二供体染料组合物，所述第二激发波长不同于所述第一激发波长，光纤束的第一聚合物光纤具有第一结合搭配物偶联至其内表面，并且光纤束的第二聚合物光纤具有第二结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物。在某些实施例中，所述系统包含第一激发源和第二激发源，所述第一激发源可操作以在第一激发波长下照射光纤束并且所述第二激发源可操作以在第二发射波长下照射光纤束。
在某些实施例中，所述检测器是包含多个像素的焦平面阵列(例如CCD、CMOS相机)，并且发射光从聚合物光纤束的每个聚合物光纤内照射所述焦平面阵列的不同像素组。
另一方面，本发明涉及一种用于检测来自中空芯聚合物光纤的信号以进行单一分析物和/或多种分析物检测的便携型系统(例如手持式系统)，所述系统包含：检测器(例如对欲插入所述系统中的聚合物光纤所掺杂的受体染料组合物的发射波长起反应的检测器，例如对欲引入聚合物光纤中的受体粒子所掺杂的受体染料组合物的发射波长起反应的检测器)；用于保持聚合物光纤和/或聚合物光纤束并使其与所述检测器成一直线(例如以使光纤和/或光纤束保持足够平直，并使沿光纤和/或光纤束定向的轴指向检测器)的光纤安装架；用于以激发光照射聚合物光纤和/或聚合物光纤束的激发源(例如其中激发光包含波长对应于欲插入所述系统中的聚合物光纤所掺杂的供体染料组合物的激发波长的光，例如其中激发光包含波长对应于欲引入聚合物光纤内部中的供体粒子所包含的供体染料组合物的激发波长的光)；以及外壳，其中：所述外壳包围检测器、光纤安装架及激发源，并且所述外壳对环境光基本上不透明。
在某些实施例中，所述检测器经过对准以检测离开所述聚合物光纤的端面的光。在某些实施例中，所述检测器经过对准以使得其作用区域与聚合物光纤的轴基本上同心。在某些实施例中，激发光源经过对准以沿聚合物光纤的长度照射聚合物光纤。在某些实施例中，激发光源经过对准以在垂直于聚合物光纤的方向上照射聚合物光纤。在某些实施例中，激发光源是以基本上单一波长操作的激光器。
在某些实施例中，所述外壳界定不超过750cm3的体积(例如所述系统的尺寸不超过150mm×100mm×50mm)。在某些实施例中，所述系统的总重量不超过2lbs.(例如所述系统的总重量是1至2lbs.)。
在某些实施例中，检测器对受体染料组合物的发射波长起反应，由此检测器检测来自聚合物光纤和/或掺杂有受体染料组合物的受体粒子的发射光。在某些实施例中，所述系统包含定位于检测器前方的滤光片，其中所述滤光片对具有所述激发光的波长的光基本上不透明，并且所述滤光片基本上透射波长对应于受体染料组合物的发射波长的光，由此使所述滤光片透射来自聚合物光纤和/或掺杂有受体染料组合物的受体粒子的发射光。
在某些实施例中，所述系统包含第一检测器和第二检测器，所述第一检测器对第一受体染料组合物(例如第一聚合物光纤和/或第一受体粒子所掺杂的第一受体染料组合物)的第一发射波长起反应，并且所述第二检测器对第二受体染料组合物(例如第二聚合物光纤和/或第二受体粒子所掺杂的第二受体染料组合物)的第二发射波长起反应，其中所述第二发射波长不同于所述第一发射波长。
在某些实施例中，所述系统包含第一滤光片和第二滤光片(例如可切换的滤光片)，其中所述第一滤光片基本上透射第一受体染料组合物(例如第一聚合物光纤和/或第一受体粒子所掺杂的第一受体染料组合物)的第一发射波长并且对第二受体染料组合物(例如第二聚合物光纤和/或第二受体粒子所掺杂的第二受体染料组合物)的第二发射波长基本上不透明，其中所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，并且所述第二滤光片基本上透射所述第二发射波长并对所述第一发射波长基本上不透明。
在某些实施例中，所述系统包含第一激发源和第二激发源，所述第一激发源可操作以产生具有第一激发波长的激发光，所述第一激发对应于供体染料组合物(例如第一聚合物光纤和/或第一供体粒子所掺杂的供体染料组合物)的激发波长，并且所述第二激发源可操作以产生具有第二激发波长的激发光，所述第二激发波长对应于第二供体染料组合物(例如第一聚合物光纤和/或第一供体粒子所掺杂的第二供体染料组合物)的激发波长，其中所述第二激发波长不同于所述第一激发波长。
另一方面，本发明涉及一种用于检测和/或定量样品中一或多种所关注分析物的方法，所述方法包含：将样品溶液引入聚合物光纤的内部中，所述溶液包含一或多种所关注分析物和供体粒子，所述供体粒子包含供体染料组合物和粒子结合搭配物(例如第一抗体，例如抗生蛋白链菌素)，其中所述聚合物光纤包含受体染料组合物和光纤结合搭配物；将激发光传导穿过所述聚合物光纤；以及检测行进穿过所述聚合物光纤的发射光，所述发射光是通过单线态氧通道产生，由此检测和/或定量所述样品中的所关注分析物。
在某些实施例中，所述方法包含将样品溶液引入聚合物光纤束的多个聚合物光纤的内部中，其中各聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物并且包含相应光纤结合搭配物。
在某些实施例中，光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同的光纤结合搭配物(例如不同抗体)偶联至其内表面(例如以允许检测不同的所关注分析物)。
在某些实施例中，光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一发射波长的第一受体染料组合物，光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二发射波长的第二受体染料组合物，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，光纤束的第一聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，并且光纤束的第二聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二光纤结合搭配物不同于所述第一光纤结合搭配物。
在某些实施例中，所述方法包含可区别地检测波长对应于第一发射波长的光和波长对应于第二发射波长的光。
在某些实施例中，所述方法包含：将包含供体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一供体粒子引入样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物，第一光纤结合搭配物也结合至所述第一分析物；将包含供体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二供体粒子引入样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至(例如能够结合至/被设计成结合至)第二分析物，第二光纤结合搭配物也结合至所述第二分析物；将包含第一供体粒子和第二供体粒子的样品溶液引入聚合物光纤束的聚合物光纤的内部中。
在某些实施例中，所述方法包含：(a)将包含第一供体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一供体粒子引入样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物；(b)将包含第二供体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二供体粒子引入样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至(例如能够结合至/被设计成结合至)第二分析物；(c)将包含第一供体粒子和第二供体粒子的样品溶液引入光纤束的聚合物光纤的内部中，其中：光纤束的第一聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，光纤束的第二聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物，所述第一光纤结合搭配物结合至所述第一分析物，并且所述第二光纤结合搭配物结合至所述第二分析物；(d)用具有第一波长的激发光照射光纤束并检测由此得到的发射光，所述第一波长对应于第一供体染料组合物的激发波长；以及(e)用具有第二波长的激发光照射光纤束并检测由此得到的发射光，所述第二波长对应于第二供体染料组合物的激发波长。
另一方面，本发明涉及一种用于检测和/或定量样品中一或多种所关注分析物的方法，所述方法包含：将样品溶液引入聚合物光纤的内部中，所述溶液包含一或多种所关注分析物和受体粒子，所述受体粒子包含受体染料组合物和粒子结合搭配物(例如第一抗体)，其中所述聚合物光纤包含供体染料组合物和光纤结合搭配物(例如第二抗体)；将激发光传导穿过所述聚合物光纤；以及检测行进穿过所述聚合物光纤的发射光，所述发射光是通过单线态氧通道产生，由此检测和/或定量所述样品中的所关注分析物。
在某些实施例中，所述方法包含将样品溶液引入聚合物光纤束的多个聚合物光纤的内部中，其中各聚合物光纤掺杂有相应供体染料组合物并且包含相应光纤结合搭配物。
在某些实施例中，聚合物光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同的光纤结合搭配物(例如不同抗体)偶联至其内表面(例如以允许检测不同的所关注分析物)。
在某些实施例中，所述方法包含：将包含第一受体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一受体粒子引入样品溶液中，其中所述第一受体染料组合物具有第一发射波长；将包含第二受体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二受体粒子引入样品溶液中，其中所述第二受体染料组合物具有不同于第一发射波长的第二发射波长，并且所述第二粒子结合搭配物不同于所述第一粒子结合搭配物；将包含第一受体粒子和第二受体粒子的样品溶液引入光纤束的聚合物光纤的内部中，其中：光纤束的一或多个聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至内表面，其中所述第一光纤结合搭配物结合至第一分析物，第一粒子结合搭配物也结合至所述第一分析物，并且光纤束的一或多个聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至内表面，其中所述第二光纤结合搭配物结合至第二分析物，第二粒子结合搭配物也结合至所述第二分析物。
在某些实施例中，所述方法包含可区别地检测波长对应于第一发射波长的光和波长对应于第二发射波长的光。
在某些实施例中，所述方法包含：(a)将包含第一粒子结合搭配物的第一受体粒子引入样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物；(b)将包含第二粒子结合搭配物的第二受体粒子引入样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至(例如能够结合至/被设计成结合至)第二分析物；(c)将包含第一受体粒子和第二受体粒子的样品溶液引入光纤束的聚合物光纤的内部中，其中：光纤束的第一聚合物光纤掺杂有第一供体染料组合物并且具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，光纤束的第二聚合物光纤掺杂有第二供体染料组合物并且具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物，所述第一光纤结合搭配物结合至所述第一分析物，所述第二光纤结合搭配物结合至所述第二分析物；(d)用具有第一波长的激发光照射光纤束并检测由此得到的发射光，所述第一波长对应于第一供体染料组合物的激发波长；以及(e)用具有第二波长的激发光照射光纤束并检测由此得到的发射光，所述第二波长对应于第二供体染料组合物的激发波长。
在某些实施例中，将样品溶液引入聚合物光纤的内部中包含将聚合物光纤浸入样品溶液中以便通过毛细管作用将样品溶液吸入聚合物光纤的内部中。
在某些实施例中，粒子结合搭配物至少结合至一或多种所关注分析物中的第一分析物并且光纤结合搭配物也结合至所述第一分析物。
在某些实施例中，聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同浓度的第一或第二结合搭配物偶联至其内表面以实现对所关注分析物的多种灵敏度水平的测量。在某些实施例中，聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同的结合搭配物(例如不同抗体)偶联至其内表面。
另一方面，本发明涉及一种试剂盒，其包含：如本文中所描述的聚合物光纤；以及用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子(例如受体珠粒)和/或供体粒子(例如供体珠粒)。
另一方面，本发明涉及一种试剂盒，其包含：如本文中所描述的聚合物光纤束；以及用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子(例如受体珠粒)和/或供体粒子(例如供体珠粒)。
另一方面，本发明涉及一种试剂盒，其包含：如本文中所描述的卡盘；以及用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子(例如受体珠粒)和/或供体粒子(例如供体珠粒)。
另一方面，本发明涉及一种制造掺杂有受体染料组合物的聚合物光纤的方法，所述方法包含：使聚合物光纤的内表面与化学发光单线态氧受体(例如氧硫杂环己烯)和以下至少一种接触：(i)荧光化合物(例如镧系元素螯合剂，例如有机染料)和(ii)量子点。
另一方面，本发明涉及一种制造掺杂有供体染料组合物的聚合物光纤的方法，所述方法包含：使聚合物光纤的内表面与光敏剂接触。
对本发明一个方面的要素(例如系统的特征)的描述也可以适用于本发明另一方面的要素(例如设备或方法的特征)。
附图说明
参照下文所描述的图式，以及权利要求书，可以更好地理解本发明的目的和特征。
图1是描绘根据一个说明性实施例，用于本文所描述的分析物检测系统中的掺杂有受体染料的中空聚合物光纤的示意图。
图2是描绘根据一个说明性实施例，用于本文所描述的分析物检测系统中的掺杂有供体染料的中空聚合物光纤的示意图。
图3是描绘根据一个说明性实施例，由光纤，如图1中所示的光纤形成的光纤束的示意图，其中各光纤掺杂有受体染料。
图4是描绘根据一个说明性实施例，由光纤，如图2中所示的光纤形成的光纤束的示意图，其中各光纤掺杂有供体染料。
图5是描绘根据一个说明性实施例，如何才能改变中空光纤的掺杂以实现各种灵敏度水平并允许特定抗原的不同变体之间的多路复用的示意图。
图6是描绘根据一个说明性实施例，包含大量聚合物光纤束的卡盘的示意图。
图7是根据一个说明性实施例，使用本文所描述的中空聚合物光纤进行单一分析物和/或多种分析物检测的示例系统700的示意图。
图8A是根据一个说明性实施例，电源和包含用于检测和分析来自中空聚合物光纤系统的信号的光检测器系统的电子线路板的图像。
图8B是根据一个说明性实施例，包含用于检测和分析来自中空聚合物光纤系统的信号的光检测器的电子线路板的图像。
图8C是显示根据一个说明性实施例的一组示例雪崩光电二极管(avalanchephotodiode，APD)响应度曲线的图。
图8D是根据一个说明性实施例的定制诊断软件的图形用户接口的一个实例的截屏。
图9是根据一个说明性实施例，使用本文所描述的中空聚合物光纤进行单一分析物和/或多种分析物检测的示例系统的示意图。
图10是根据一个说明性实施例，使用本文所描述的中空聚合物光纤进行单一分析物和/或多种分析物检测的示例系统的示意图。
图11是显示根据一个说明性实施例，包含光纤罩壳模块附接至单一检测单元模块的系统以及包含光纤罩壳模块附接至两个检测单元模块的系统的示意图。
图12A是根据一个说明性实施例，用于检测来自中空聚合物光纤的信号以进行单一和/或多种分析物检测的示例系统的图像。
图12B是根据一个说明性实施例，用于检测来自中空聚合物光纤的信号以进行单一和/或多种分析物检测的示例系统的图像。
图13是描绘根据一个说明性实施例，激发掺杂供体染料的珠粒及自受体染料发射光的示意图。
图14是根据一个说明性实施例，用于获得样品并通过中空聚合物光纤系统进行分析的方法的图。
图15A是根据一个说明性实施例，包含多个中空芯的聚合物光纤的图像。
图15B是根据一个说明性实施例，包含多个中空芯的聚合物光纤的图像。
图15C是根据一个说明性实施例，包含多个中空芯的聚合物光纤的端面的图像。
图16是根据一个说明性实施例，连接至接头和注射器的中空聚合物光纤的一组图像。
图17A是显示根据一个说明性实施例，自掺杂受体染料的中空聚合物光纤发射光的图像。
图17B是显示根据一个说明性实施例，自中空聚合物光纤发射光的图像，其中在距光纤端部较短(1至2cm)距离内的一部分光纤掺杂有受体染料组合物。
图17C是显示根据一个说明性实施例，沿中空聚合物光纤传输并自光纤的未掺杂端离开的发射光的图像。
图18A是根据一个说明性实施例，自未掺杂的光纤、掺杂铕螯合剂的光纤及掺杂铕螯合剂和氧硫杂环己烯的光纤的区段发射光的图像。
图18B是显示根据一个说明性实施例，自未掺杂的光纤、掺杂铕螯合剂的光纤及掺杂铕螯合剂和氧硫杂环己烯的光纤的区段得到的发光数据的截屏。
图18C是根据一个说明性实施例，来自从不同掺杂的光纤区段检测到的发射的信号的图。
图19是某些实施例中使用的示例性云计算环境的框图。
图20是某些实施例中使用的示例计算装置和示例移动计算装置的框图。
具体实施方式
预期本公开的设备、系统、方法及工艺涵盖使用本文所描述的实施例的信息所进行的变化和修改。相关领域的一般技术人员可以对本文所描述的设备、系统、方法及工艺进行改编和/或修改。
在将系统描述为具有、包括或包含特定组件，或将工艺和方法描述为具有、包括或包含特定步骤的整个描述中，另外预期存在主要由所述组件组成或由所述组件组成的本公开的系统，并且存在主要由所述处理步骤组成或由所述处理步骤组成的根据本公开的工艺和方法。
应理解，步骤的次序或用于执行某些动作的次序并不重要，只要所述工艺可操作即可。此外，两个或两个以上步骤或动作可以同时进行。
本文例如在背景技术部分中提到的任何出版物并不是承认所述出版物充当关于本文所提供的权利要求中的任一项的现有技术。背景技术部分是出于清楚的目的而提供，而不是打算作为对关于任何权利要求的现有技术的描述。
本文中提供的主题标题只是出于方便考虑。这些标题不打算限制本文所述实施例的范围。
当本文中提到特定化学物种时，应了解，包括所述物种的适当取代或未被取代的形式，以及包含例如锌、铜、铝、硅、钛、铁锰、钴及镍的适当金属化的形式。
本公开涉及基于现有的放大发光邻近均相分析(“alpha”)技术，但利用掺杂有目前在现有alpha系统中用于“受体珠粒”(例如氧硫杂环己烯、蒽、红荧烯和/或镧系元素螯合剂)或“供体珠粒”(例如酞菁)的化合物的中空聚合物光纤进行单一分析物检测或多路复用分析物检测的方法、系统及设备。聚合物光纤载运由掺杂剂通过单线态氧通道产生的信号，所述信号被检测并用于鉴别给定样品中所关注的一种分析物或多种分析物的存在和/或量。
I.中空芯聚合物光纤
聚合物光纤包埋有允许在互补纳米粒子附近产生发光氧通道的已知化学试剂。举例来说，如电信行业中所使用，聚合物光纤可以由聚苯乙烯和/或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)制成。在某些实施例中，光纤较短(例如小于5cm、小于3cm、小于2cm，或在1与3cm之间)。在某些实施例中，光纤极窄，例如光纤各自具有0.1至2mm，例如0.5至2mm，例如1至1.5mm的内径(ID)，和/或1至3mm，例如1.5至2mm的外径(OD)。
在某些实施例中，光纤的尺寸使得光纤能够通过毛细管作用将液体(例如包含待测试样品的样品溶液)吸入其内部中。在某些实施例中，光纤各自具有的内径保持毛细管作用以便通过毛细管作用将液体(例如包含样品的溶液)吸入聚合物光纤的内部中。
在某些实施例中，光纤具有多个中空芯(例如5至20个中空芯)。在某些实施例中，具有多个中空芯的光纤的每个中空芯的内径(ID)是0.1至2mm，例如0.5至2mm，例如1至1.5mm。在某些实施例中，每个中空芯的尺寸使得光纤能够通过毛细管作用将液体(例如包含待测试样品的样品溶液)吸入其内部中(例如每个中空芯中)。在某些实施例中，光纤的每个中空芯具有的内径保持毛细管作用以便通过毛细管作用将液体(例如包含样品的溶液)吸入聚合物光纤的内部中。
聚合物光纤可以使用已知技术进行掺杂，例如使聚合物在染料溶液中膨胀，随后快速冷却以使聚合物收缩并将染料截留在聚合物基质中。此外，在某些实施例中，可以在聚合物光纤制造期间而非之后引入掺杂剂。
取决于实施例，给定聚合物光纤可以掺杂有alpha技术“受体”染料，例如氧硫杂环己烯、蒽、红荧烯，和/或镧系元素螯合剂，例如铕螯合剂、铽螯合剂、镝螯合剂、钐螯合剂、镱螯合剂、铒螯合剂和/或铥螯合剂，和/或其变化形式；或alpha技术“供体”染料，例如酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白、叶绿素、孟加拉玫瑰红和/或其变化形式。
在某些实施例中，聚合物光纤掺杂有受体染料组合物，所述受体染料组合物包含化学发光单线态氧受体(例如氧硫杂环己烯)和荧光化合物(例如有机染料(例如蒽、红荧烯)、镧系元素螯合剂(例如包含镧系元素，如铕、铽、镝、钐、镱、铒及铥)。
不希望受特定理论束缚，在某些实施例中，化学发光单线态氧受体(例如氧硫杂环己烯)与单线态氧反应，并产生紫外光(例如波长为340nm的光)。荧光化合物受化学发光单线态氧受体与单线态氧反应而产生的紫外光激发，并发射荧光。在某些实施例中，能量通过福斯特共振能量转移( resonance energy transfer，FRET)机制从化学发光单线态氧受体直接转移至荧光化合物。能量从化学发光单线态氧受体转移至荧光化合物将激发荧光化合物，引起荧光的发射。
在某些实施例中，光纤掺杂有量子点(例如荧光量子点)。在某些实施例中，光纤掺杂有量子点及包含化学发光单线态氧受体的受体染料组合物。在某些实施例中，量子点在受化学发光单线态氧受体与单线态氧反应所产生的紫外光发射激发之后，发射荧光。在某些实施例中，光纤掺杂有量子点及包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物(例如镧系元素螯合剂)的受体染料组合物。
在某些实施例中，与现有alpha技术系统中的供体珠粒或受体珠粒相同，中空光纤的内部经过涂布并且被官能化。举例来说，中空光纤可以包含被葡聚糖(例如两层或两层以上葡聚糖)包围的聚苯乙烯芯，葡聚糖的最外层参与生物偶联。涂层可以用-NH2、-SH、-COH、-COOH和/或-CO-OR基团官能化。涂层防止染料沥出聚合物。
在某些实施例中，数组如此掺杂/涂布的聚合物光纤组装成例如用于多路复用分析物检测系统中的模块或卡匣。
在某些实施例中，所述系统需要激发光源和检测器。手持式或实验室/实验台检测器中的激发光源可以包括例如激光器、发光二极管(LED)或灯。用于手持式或实验室/实验台检测器的检测器可以包括例如电荷耦合装置(CCD)、光电倍增管(PMT)和/或雪崩光电二极管(APD)。现有检测器系统可以用于或被调适成用于读取来自本文所描述的中空光纤的信号，例如基于单色器的吸光度、荧光度和/或发光检测器/读取器。
I.A利用掺杂受体染料的光纤进行的分析物检测
图1是描绘包含掺杂有受体染料的中空聚合物光纤106的系统100的一个实施例的示意图。第一结合搭配物108(例如抗体，在图1中用粗线描绘为“Y”形)偶联于光纤的内表面上。在描绘的实施例中，制备含有所关注分析物110(在图1中描绘为小菱形)的样品的溶液，并向所述溶液中添加供体珠粒114(描绘为圆形)，例如包埋有‘供体染料’如酞菁的涂布抗生蛋白链菌素的供体珠粒。第二结合搭配物112(例如第二抗体，在图1中用细线描绘为“Y”形)偶合至供体珠粒，所述第二结合搭配物例如被生物素化。溶液被吸入光纤(例如通过毛细管力)中。分析物110是利用抗体对捕捉以建立夹心分析。在某些实施例中，生物素化的抗体(第二抗体)结合至分析物上的表位，而第一抗体结合至不同的表位。抗生蛋白链菌素和生物素将复合物拉在一起，使供体珠粒邻近。
将中空光纤106放置于读取器中并暴露于激发光102(例如来自激光器)，例如通过光纤传送的680nm波长的激光。激发使供体珠粒114释放单线态氧116，所述单线态氧行进多达约200nm，由此允许分析较大的复合物分子。当使供体粒子通过相关分子相互作用(例如抗原-IgG相互作用)邻近‘受体’中空光纤时，则在暴露于激发光时于包层中产生镧系元素荧光104(或其它受体染料荧光)。当存在分析物110时，聚合物光纤106中受体染料产生光发射104；光发射的强度随分析物浓度而变化(例如与分析物浓度成比例)。
图13是描绘包含掺杂有受体染料组合物的中空聚合物光纤106的示例系统1300的另一示意图。类似于图1，图13显示在中空聚合物光纤内的供体珠粒114。借助于结合至光纤106的内表面的第一结合搭配物、所关注分析物及偶合至供体珠粒114的第二结合搭配物之间的相关分子相互作用，使供体珠粒114邻近掺杂受体染料的中空聚合物光纤106的内部。当暴露于激发光102(例如680nm波长的激光激发)时，供体珠粒释放单线态氧116，使得自掺杂受体染料的光纤106发射光1360。确切地说，在图13中显示的实例中，光纤掺杂有包含氧硫杂环己烯1320和铕螯合剂1340的受体染料组合物。铕(Eu)螯合剂1340被氧硫杂环己烯1320与单线态氧反应而转化成二酮衍生物所产生的340nm光直接激发。被激发的铕螯合剂1340产生在以约615nm为中心的窄波长带宽内可检测的强光1360。
图1描绘与激发光104的波长不同(并且可区分)的波长(例如在520nm与620nm之间，例如615nm)的发射光102。对发射光进行检测并确定分析物的存在，和/或基于所检测到的光信号，对样品中分析物的量进行定量。
本文所描述的珠粒可以用有机或无机材料，例如玻璃、金属、乳胶、合成或天然存在的聚合物如聚苯乙烯、聚碳酸酯、硅、耐纶、纤维素、琼脂糖、葡聚糖及聚丙烯酰胺制备。粒子可以是乳胶珠粒。在某些实施例中，珠粒是毫米级、微米级或纳米级的。在某些实施例中，使用不同于珠粒形状的粒子。
珠粒分析中使用的粒子可以包括用于结合至扩增子的官能团。举例来说，在某些实施例中，粒子可以包括羧基、胺、氨基、羧酸酯、卤基、酯、醇、碳酰胺、醛、氯甲基、硫氧化物、氮氧化物、环氧基和/或甲苯磺酰基官能团。扩增子结合至粒子产生编码的粒子。
在某些实施例中，所述系统传送680nm(或其它激发波长)的激光脉冲以激发包埋有酞菁的包层(或包埋有聚苯乙烯的纳米粒子)并产生单线态氧。中空光纤载运通过单线态氧通道激发含有镧系元素螯合剂的经包埋纳米粒子或包层所产生的信号。在某些实施例中，激发光的波长是775nm，对应于萘酞菁(光敏剂的另一实例)的激发波长。
在某些实施例中，发射波长取决于受体染料组合物的选择。举例来说，铕发射615nm的波长，镝发射575nm的波长，钐发射645nm的波长，并且铽发射545nm的波长。
I.B利用掺杂供体染料的光纤进行的分析物检测
图2是描绘包含掺杂有供体染料的中空聚合物光纤206的系统200的示意图，并且是图1中所示实施例的变化形式。在某些实施例中，光纤掺杂有包含光敏剂(例如酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白叶绿素和/或孟加拉玫瑰红)的供体染料组合物，所述光敏剂当用激发光(例如波长在可见光谱中的光，例如波长在近红外光谱中的光，例如波长是680nm的光，例如波长是775nm的光)照射时释放单线态氧。
在图2中，掺杂有供体染料(例如酞菁)的中空聚合物‘供体’光纤206涂布有结合搭配物108(例如抗体，在图2中显示为Y形)。包埋有受体染料(例如氧硫杂环己烯和/或镧系元素螯合剂)的‘受体’纳米粒子214(例如聚苯乙烯珠粒，在图2中显示为圆形)涂布有不同的结合搭配物112(例如不同抗体)。当通过相关分子相互作用(例如抗原-IgG相互作用)使受体纳米粒子邻近‘供体’中空光纤时，激发光(例如在激发波长，例如680nm，例如775nm下)激发供体光纤，使得受体纳米粒子产生荧光(例如镧系元素荧光)。激发供体光纤引起供体光纤释放单线态氧216。当使受体粒子214通过相关分子相互作用(例如抗原-IgG相互作用)邻近供体中空光纤216时，则在暴露于激发光时，受体粒子产生镧系元素荧光104(或其它受体染料荧光)。当存在分析物110时，受体粒子214中受体染料产生光发射104；光发射的强度随分析物浓度而变化(例如与分析物浓度成比例)。对发射光进行检测并确定分析物的存在和/或浓度。
I.C通过聚合物光纤束进行多路复用
图3是描绘由光纤，如图1中所示的光纤形成的光纤束300(例如包含1至20个光纤)的示意图，其中各光纤掺杂有“受体”染料。可以使用多种受体染料(例如不同光纤中使用不同染料)以使如上文关于图1所描述而产生的发射光可以区别，并因此可以确定多种分析物的存在和/或浓度。在某些实施例中，结合搭配物可以随光纤而不同，并且各光纤间可能存在其它组成差异，由此允许进一步优化多路复用分析物检测。
图4是描绘由光纤，如图2中所示的光纤形成的光纤束400的示意图，其中各光纤掺杂有“供体”染料。供体染料、光纤中的结合搭配物，以及不同受体珠粒和组合物可以变化以产生可区别的信号，由此允许多路复用分析物检测。
I.D通过单一聚合物光纤进行多路复用
图5是描绘中空聚合物光纤的不同实例(统称为500)的示意图。不同实例说明了如何才能改变偶联至中空光纤内表面的多种结合搭配物的不同配置和/或结合搭配物的不同浓度以实现各种灵敏度水平及允许特定抗原的不同变体之间的多路复用。举例来说，在某些实施例中，光纤520的不同段(例如第一段522、第二段524及第三段526)涂布有不同浓度(例如表面浓度)的结合搭配物(例如IgG)以实现各种灵敏度水平，例如低至皮克/毫升。在某些实施例中，不同结合搭配物可以用于给定光纤540的不同区段中以允许检测特定抗原的不同变体。举例来说，光纤540的第一区段542涂布有结合至第一变体的第一结合搭配物，光纤540的第二区段544涂布有结合至第二变体的第二结合搭配物，并且光纤540的第三区段546涂布有结合至第三变体的第三结合搭配物。
此外，在某些实施例中，在给定光纤560中使用的结合搭配物类型和比率的变化允许在较大浓度范围内进行多路复用分析物检测。举例来说，光纤560的第一区段568包含三个分段562、564、566，其各自涂布有结合至所关注分析物的不同变体的不同结合搭配物。在光纤的第一区段562中，所述三个分段各自包含第一比率(例如较高比率)的对应结合搭配物。光纤的其它区段570、580也各自包含三个分段，其各自涂布有与第一区段568的分段相同但比率不同的结合搭配物。
I.E光纤束卡盘
图6是描绘包括含多个(例如8至10个)光纤束(统称为630)的卡盘620的示例系统600的示意图。在某些实施例中，使用光纤束卡盘对多个样品中的分析物进行多路复用检测。举例来说，对于给定光纤束，例如632或634，光纤束中的不同光纤可以掺杂有不同的受体染料组合物，并且与不同结合搭配物偶联以便以上文关于图3所描述的方式检测多种分析物的存在和/或浓度。类似地，在另一实例中，光纤束中的每个光纤可以掺杂有供体染料组合物，并且可以使用不同受体珠粒以便以上文关于图4所描述的方式检测多种分析物的存在和/或浓度。
在某些实施例中，卡盘中的每个光纤束可以用于不同样品中的多路复用分析物检测。因此，可以使用单一卡盘620检测多个样品中的多种分析物。在某些实施例中，所述卡盘中的每个光纤束具有与其它光纤束相同类别的光纤(相同光纤组)，例如对于卡盘中的每个光纤束，光纤束中的光纤所掺杂的染料的具体配置(例如受体染料或供体染料)及偶联至光纤束中光纤的内表面的结合搭配物的具体配置与所述卡盘中的其它光纤束相同。
在某些实施例中，所述卡盘中的两个或两个以上光纤束属于不同类型(例如每一光纤束的光纤具有不同的染料和结合搭配物配置)。因此，可以使用包含不同类型的多个光纤束的单一卡盘进行样品中多种分析物的多路复用检测。在某些实施例中，使卡盘中的每个光纤束与同一样品的一部分接触以进行样品中多种分析物的多路复用检测。
在某些实施例中，卡盘620可以放置(640)于所述系统的卡盘读取器660中以提供光纤束之间的切换，由此允许以一种便利的方式检测来自每一光纤束的信号。
II.用于聚合物光纤的检测系统
II.A检测系统组件
图7是使用本文所描述的中空聚合物光纤进行单一分析物和/或多种分析物检测的示例系统700的示意图。将样品、珠粒及试剂(例如从微量盘孔、小瓶或其它容器)702引入中空光纤720的内部中，例如，溶液是通过毛细管力吸入中空光纤。激光二极管780(或其它光源)提供激发光，并且检测器760(例如包括CCD、PMT和/或APD)测量行进穿过光纤/沿光纤行进的发射光，由此鉴别样品中一或多种分析物各自的存在和/或浓度。
图8A是用于检测和分析来自本文所描述的中空光纤系统的信号的一套组件的图像。所述组件包括含检测器的检测电子线路板802和电源808。图8B是显示出检测器804的检测电子线路板802的反面的图像。在图8A和图8B的实例中，检测器是雪崩光电二极管(APD)。在某些实施例中，使用了其它光电检测器，如光电二极管(PD)、光电倍增管(PMT)、光导检测器。在某些实施例中，使用了多元件检测器，如焦平面阵列(FPA)(例如CCD、CMOS检测器)。
检测器(例如APD、PD、PMT)测量行进穿过光纤/沿光纤行进，入射到检测器作用区域上的发射光。检测器(例如APD、PD、PMT)响应于入射到其作用区域上的光而输出电信号(例如电流)。由检测器输出的电信号的幅值随入射于检测器作用区域上的光的功率、入射光的波长及检测器的响应度(光灵敏度)而变化。其它因素，如温度、检测器的增益设置(例如可以借助于跨检测器施加的偏压电压控制增益设置)也会影响由检测器输出的电信号的幅值。
通常，由检测器产生的电信号的幅值与入射到其作用区域上的光的功率大体上成比例。检测器的响应度(光灵敏度)决定对于每单位入射到其作用区域上的给定波长的光的功率，检测器将产生的电信号的幅值(例如电流)。
图8C示出了显示APD的一组响应度曲线的曲线图860的实例。不同曲线866、868及870对应于APD的不同增益设置。曲线866、868及870显示出每单位入射于APD上的功率所产生的电流(例如以安培/瓦度量)。APD的峰值响应度(光灵敏度)波长880出现在约620nm处。也就是说，波长为约620nm的光每单位功率所产生的电信号(例如电流)将大于具有不同波长的光。用波长远大于峰值响应波长的光照射检测器(例如APD)将会使检测器(例如APD)产生可忽略的电信号。
为了使检测系统对给定受体染料组合物所发射的光的灵敏度最大，可以选择峰值响应波长与受体染料组合物的发射波长一致的检测器(例如APD)。在图8C的实例中，620nm的峰值灵敏度波长接近铕的发射波长，即615nm。可以选择不同检测器(例如不同APD)以使对来自不同受体染料组合物的发射的灵敏度达到最佳。
电源向检测系统的电子组件(例如检测器)供应电力。在某些实施例中，所述电源是自给式的，并且包含电池。在某些实施例中，使用电源板来控制跨检测器施加的偏压电压。在某些实施例中，偏压电压决定检测器的增益设置，由此促进低强度入射光的检测。
在某些实施例中，所述系统包含另外的电子元件，所述电子元件接收来自检测器的信号(例如电流)，并输出代表入射于检测器上的光的相对强度(例如与所述相对强度大体上成比例)的数字化信号。
在某些实施例中，所述系统包含定制诊断软件。诊断软件接收对应于来自检测器的信号的数据，所述信号代表所检测到的发射光。在某些实施例中，对应于来自检测器的信号的数据是代表入射于检测器上的光的相对强度(例如与所述相对强度大体上成比例)的数字化信号(例如由所述系统的另外的电子元件产生)。基于接收到的信号数据，定制诊断软件提供基于接收到的信号进行的一或多种分析物的检测和/或定量。图8D是定制诊断软件的图形用户接口的截屏890的实例。
图9和图10是使用本文所描述的中空芯聚合物光纤进行单一分析物和/或多种分析物检测的示例系统900的示意图。在某些实施例中，所述系统包含检测器(例如APD、CCD、PMT)，及如上文关于图8A所描述的电源。
II.B光纤安装架
在某些实施例中，所述系统包含用于保持聚合物光纤和/或聚合物光纤束904并使其与检测器成一直线的光纤安装架902。举例来说，当光纤放置于光纤安装架中时，光纤安装架保持光纤以使得光纤的轴足够平直并且与检测器同心(例如光纤的轴与检测器作用区域的中心对准)。类似地，放置在安装架中的光纤束904被保持成使得光纤束轴足够平直并且与检测器同心(例如光纤束的轴与检测器作用区域的中心对准)。以此方式，沿光纤行进的发射光906(例如来自掺杂有受体染料的光纤，例如来自光纤内的受体珠粒)在光纤的一端处离开光纤，朝向检测器行进并入射到检测器作用区域上。在某些实施例中，检测离开光纤端部的发射光提供了入射于检测器上的最高强度的发射光，由此使检测器产生的信号最大。如上文关于图1和图2所描述，发射光可以由掺杂有受体染料组合物的光纤和/或光纤内的受体珠粒产生。
II.C外壳
在某些实施例中，所述系统包含外壳920，其包围检测器、光纤安装架及放置在安装架中的光纤和/或光纤束。外壳920提供对环境光基本上不透明的罩壳，由此防止环境光照射检测器908和/或光纤和/或光纤束904。
II.D激发端口
在某些实施例中，外壳包含一或多个激发端口，来自激发源的激发光可以被引导穿过所述激发端口(例如光纤耦接的激发源可以连接的SMA端口)。在某些实施例中，激发端口之一是轴向激发端口942。轴向激发端口942与检测器908及放置在光纤安装架902中的光纤和/或光纤束904的轴同心。当将光纤放置于光纤安装架902中时，被引导穿过轴向激发端口942的激发光946在检测器908的方向上沿光纤行进，由此照射光纤。类似地，当将光纤束904放置于光纤安装架902中时，被引导穿过轴向激发端口942的激发光946在检测器908的方向上沿光纤束中的一或多个光纤行进。
在某些实施例中，激发端口之一与激发端口944正交。正交的激发端口944经过对准以与放置在光纤安装架902中的光纤和/或光纤束904的轴正交。被引导穿过正交激发端口944的激发光沿与光纤和/或光纤束904的轴正交的方向，朝向放置在光纤安装架902中的光纤和/或光纤束904行进。因此，被引导穿过正交激发端口944的激发光穿过放置在光纤安装架902中的光纤，由此照射光纤。类似地，当将光纤束904放置于光纤安装架902中时，被引导穿过正交激发端口942的激发光穿过光纤束904的一或多个光纤，由此照射光纤束的一或多个光纤。
在某些实施例中，外壳920包含轴向激发端口。在某些实施例中，外壳920包含正交激发端口。在某些实施例中，外壳920包含两个或两个以上正交激发端口。在某些实施例中，外壳920包含两个正交激发端口和一个轴向激发端口。
在某些实施例中，激发端口被配置成连接至光纤(不同于本文所描述的中空聚合物光纤)，以便接受来自光纤耦接激发源的激发光。举例来说，激发端口可以是SMA端口。在某些实施例中，激发端口当未使用时是密封的(例如通过盖子密封)，以防止环境光进入外壳920中。
在某些实施例中，激发源在外壳920的外部。举例来说，可以使用外部激光二极管作为激发源。在某些实施例中，外壳920包围激发源以及检测器、光纤安装架及放置在安装架内的光纤和/或光纤束，由此所述系统是自给式系统(例如便携型系统，例如手持式系统)。
II.E光纤
在某些实施例中，所述系统包含滤光片960，所述滤光片对具有激发光波长的光基本上不透明并且对具有受体染料发射波长的波长的光透明。滤光片960被放置在检测器908的前方，由此防止来自激发源的激发光(例如946)照射检测器，同时允许发射光906通过并照射检测器908。滤光片的透射率对应于入射到滤光片上并透射穿过滤光片的光的分数，并且随光的波长而变化。具有不同透射率的不同滤光片对不同波长的光透明和不透明并且可以取决于用于照射光纤和/或光纤束的具体激发源，以及光纤和/或受体珠粒所掺杂的不同的特定受体染料组合物而使用。滤光片可以按可切换的方式安装，由此使滤光片可以被切换，例如以便检测来自特定受体染料组合物的发射和/或阻断来自给定激发源的激发光。
II.E各种元件
在某些实施例中，所述系统包含与检测器和电源相关联的电子组件，并且外壳罩壳920的大小被设定成容纳另外的电子组件和电线。
在某些实施例中，所述系统包含用于连接至外部电源的电源连接器1040。在某些实施例中，所述系统包含用于连接至外部计算装置(例如台式计算机)的接口1020(例如USB端口)。为了防止环境光进入外壳920中，用密封垫密封各种接口、端口及电源连接器。
II.F卡盘读取器
在某些实施例中，所述系统包含用于依序读取来自光纤束卡盘的多个光纤束的信号的卡盘读取器。卡盘读取器将卡盘中的特定光纤束保持在作用位置以用激发光照射并检测来自光纤束的光纤的发射光。处于作用位置的特定光纤束被保持成使得光纤束轴足够平直并且与检测器同心(例如光纤束的轴与检测器作用区域的中心对准)。以此方式，沿光纤行进的发射光(例如来自掺杂有受体染料组合物的光纤，例如来自光纤内的受体珠粒)在光纤的一端处离开光纤，朝向检测器行进并入射到检测器作用区域上。
卡盘读取器提供保持在作用位置中的各光纤束之间的机械切换。在某些实施例中，卡盘中的第一光纤束被保持在作用位置，并用激发光照射。通过检测器检测来自所述光纤束的发射光。在检测到来自第一光纤束的发射光之后，卡盘读取器将第一光纤束切换出作用位置，并将第二光纤束切换至作用位置中。接着用激发光照射第二光纤束，并通过检测器检测来自第二光纤束的发射光。
II.G模块配置
转向图11，在某些实施例中，所述系统包含相互附接并组合的多个模块单元。在某些实施例中，所述系统包含光纤罩壳模块1140及一或多个检测单元模块1122。光纤罩壳模块1140包含光纤安装架902，在所述光纤安装架中放置有光纤和/或光纤束。光纤罩壳模块1140包含包围光纤安装架及其中放置的光纤和/或光纤束的外壳。光纤罩壳1140还包含一或多个激发端口942、944。每个检测单元模块1122包含检测器及相关电子元件(例如电源，例如接口板)，以及包围检测器和相关电子元件的外壳。在某些实施例中，每个检测单元模块1122包含滤光片。
光纤罩壳模块1140附接至一或多个检测单元模块1122。为了使来自光纤罩壳模块1140内的光纤的发射光进入检测单元模块中并照射检测单元模块1122的检测器，光纤罩壳模块1140包含当光纤罩壳模块附接至检测单元模块1122时与检测单元模块1122的相应端口对准的端口。
在某些实施例中，光纤罩壳模块1140在光纤罩壳模块的相对端包含两个端口，由此使两个检测单元模块可以附接至单一光纤罩壳模块。
图11是显示包含光纤罩壳模块1140附接至单一检测单元模块1122的系统(1120)以及包含光纤罩壳模块1140附接至两个检测单元模块1122a和1122b的系统(1180)的示意图。在某些实施例中，包含两个端口的光纤罩壳模块1140附接至单一检测单元模块1122，并且附加模块1160覆盖未使用的端口以防止环境光通过光纤罩壳模块进入系统中。在某些实施例中，附加模块1160包含轴向激发端口1162。
在某些实施例中，包含两个端口的光纤罩壳模块1140附接至第一检测单元模块1122a和第二检测单元模块1122b，所述检测单元模块各自包含检测器和相关电子元件。在某些实施例中，第一检测单元模块1122a的第一检测器与第二检测单元模块1122b的第二检测器属于相同类型(例如第一和第二检测器的响应度对照射检测器的光的波长具有相同相关性)。在某些实施例中，第一检测单元模块1122a的第一检测器与第二检测单元模块1122b的第二检测器属于不同类型(例如第一和第二检测器具有随照射检测器的光的波长以不同方式变化的不同响应度)。在某些实施例中，第一检测单元模块1122a包含第一滤光片并且第二检测单元模块1122b包含第二滤光片。在某些实施例中，第一滤光片与第二滤光片属于相同类型(例如透射率随第一和第二滤光片的入射光的波长的变化是相同的)。在某些实施例中，第一滤光片与第二滤光片属于不同类型(例如第一和第二滤光片的透射率随光波长以不同方式变化)。
II.H系统原型
图12A和图12B是用于检测来自中空芯聚合物光纤的信号以进行单一和/或多种分析物检测的示例系统1200的两个图像。这些图像显示系统1200包含光纤罩壳模块1140连接至单一检测单元模块1122，及附加模块1162覆盖光纤罩壳单元1140的未使用的端口。所述系统包含外部电源，及用于连接至外部激发源的三个激发端口。
在某些实施例中，所述系统是包含自给式电源(例如电池)及一或多个激发源(例如一或多个激光二极管)的自给式系统。在某些实施例中，所有系统组件(例如电源、检测器、激发源、光纤安装架及受测试的光纤和/或光纤束)都被封装在外壳内。在某些实施例中，所述系统是手持式自给式系统。在某些实施例中，所述手持式系统的重量不超过1至2lbs。在某些实施例中，所述系统占据的总体积不超过750cm3。在某些实施例中，所述系统的长度不超过150mm。在某些实施例中，所述系统的宽度不超过100mm。在某些实施例中，所述系统的厚度不超过50mm。
III多路复用分析物检测的检测模式
实现分析物的多路复用检测和/或定量的若干系统配置是可能的。利用(i)不同受体染料组合物的不同发射波长；(ii)不同供体染料组合物的不同激发波长；以及(iii)不同光纤在光纤束内的不同空间定位，可以提供不同的多路复用方法。
III.A使用不同受体染料发射波长的多路复用检测
在某些实施例中，不同分析物的多路复用检测可以通过可区别地检测来自不同受体染料组合物的发射光实现。可以使用掺杂有不同受体染料组合物的中空聚合物光纤束，和或掺杂有不同受体染料组合物的受体珠粒。如以上关于图3所描述，光纤束中的不同光纤可以掺杂有不同受体染料组合物并且偶联至光纤内表面的结合搭配物可以随光纤而变化。
掺杂受体染料的光纤
在某些实施例中，不同分析物的多路复用检测可以通过可区别地检测来自不同受体染料组合物的发射光并使用掺杂有受体染料的中空聚合物光纤束300实现。如以上关于图3所描述，光纤束300中的不同光纤可以掺杂有不同受体染料组合物并且偶联至光纤内表面的结合搭配物可以随光纤而变化。
在一个实例中，光纤束的第一光纤302掺杂有具有第一发射波长的第一受体染料组合物，并且光纤束的第二光纤304掺杂有具有第二发射波长的第二受体染料组合物，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长。确切地说，不同受体染料组合物产生具有不同波长的发射光。举例来说，包含铕的受体染料组合物发射615nm波长；包含镝的受体染料组合物发射575nm波长；包含钐的受体染料组合物发射645nm波长；以及包含铽的受体染料组合物发射545nm波长。通过选择性检测发射的对应于特定受体染料组合物的发射波长的特定波长的光，可以鉴别出从掺杂有特定受体染料组合物的特定光纤发射的光。因此，可以基于发射光的波长区别从掺杂有不同受体染料组合物的不同光纤发射的光。
为了检测不同分析物的存在和/或浓度，将与不同分析物经历不同分子相互作用的不同结合搭配物也偶联至不同光纤的内部。确切地说，偶联至第一光纤302的内表面的掺杂有第一受体染料组合物的第一光纤结合搭配物结合至第一分析物。如以上关于图1所描述，当偶合至供体珠粒的第一粒子结合搭配物也结合至第一分析物时，建立夹心分析。因此，借助于第一光纤结合搭配物、第一分析物及第一粒子结合搭配物之间的相互作用建立的夹心分析使供体珠粒邻近第一光纤的内表面。当用激发光照射时，供体珠粒邻近第一光纤302所掺杂的第一受体染料组合物而引起第一发射波长的光的发射。检测第一发射波长的发射光由此允许检测第一分析物的存在和/或浓度。
类似地，结合至第二分析物的第二光纤结合搭配物可以偶联至掺杂有第二受体染料组合物的第二光纤304的内部。偶合至第二粒子结合搭配物并且也结合至第二分析物的供体珠粒通过第二光纤结合搭配物、第二分析物及第二粒子结合搭配物之间的相互作用而邻近第二光纤304的内表面。因此，激发光照射引起第二发射波长的光的发射，由此指示第二分析物的存在和/或浓度
因此，通过可区别地检测第一和第二发射波长的发射光，可以检测第一和第二分析物。此方法可以扩展至实现多种不同分析物的检测，其中利用偶联至光纤束中相应光纤的内表面的相应光纤结合搭配物捕捉各分析物。每个相应的光纤掺杂有发射独特发射波长的光的独特受体染料组合物。可区别地检测分别指示不同分析物的存在和/或浓度的独特发射波长的光，由此实现对多种不同分析物的存在和/或浓度的多路复用检测。
掺杂供体染料的光纤
在某些实施例中，将掺杂有不同受体染料组合物的不同类型的受体珠粒与掺杂有供体染料组合物的光纤组合用于多路复用检测。此方法类似于先前描述的方法，其中光纤束中的不同光纤各自可以掺杂有不同受体染料组合物，以便实现对多种独特分析物的多路复用检测。
确切地说，在某些实施例中，掺杂有第一受体染料组合物(具有第一发射波长)的第一类型的受体珠粒具有第一粒子结合搭配物偶联至其表面，并且掺杂有第二受体染料组合物(具有不同于第一发射波长的第二发射波长)的第二类型的受体珠粒具有第二粒子结合搭配物偶联至其表面。第一粒子结合搭配物结合至第一分析物，并且第二粒子结合搭配物结合至第二分析物。如上文关于图2所描述，当受体珠粒通过相关分子相互作用(例如抗原-IgG相互作用)邻近掺杂有供体染料组合物的‘供体’光纤时，通过激发光激发供体光纤而使受体纳米粒子产生发射光(例如荧光，例如镧系元素荧光)。
确切地说，供体光纤涂布有捕捉第一分析物的第一光纤结合搭配物。当偶合至第一类型的受体珠粒的第一粒子结合搭配物也结合至第一分析物时，第一类型的受体珠粒由此借助于第一分析物的存在而邻近供体光纤。因此，激发供体光纤使得第一类型的受体珠粒发射具有第一发射波长的光。类似地，当偶合至第二类型受体珠粒的第二粒子结合搭配物也结合至第二分析物时，涂布有捕捉第二分析物的第二光纤结合搭配物的供体光纤引起夹心分析的建立。激发供体光纤使得第二受体珠粒类型所掺杂的第二受体染料组合物发射具有第二发射波长的光。因此，与先前论述的掺杂受体染料的光纤相同，发射第一发射波长的光指示第一分析物的存在和/或浓度，发射第二发射波长的光指示第二分析物的存在和/或浓度。因此，通过可区别地检测第一和第二发射波长的发射光，可以检测第一和第二分析物的存在和/或浓度。
类似于掺杂受体的光纤，此方法可以扩展至实现多种不同分析物的检测。在受体珠粒和供体光纤的情况下，各分析物结合至与相应类型的受体珠粒的表面偶联的相应粒子结合搭配物。各相应类型的受体珠粒掺杂有发射独特发射波长的光的独特受体染料组合物。可区别地检测分别指示不同分析物的存在和/或浓度的多种独特发射波长的光，由此实现对多种不同分析物的存在和/或浓度的多路复用检测。
在某些实施例中，单一供体光纤具有多种不同的光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述光纤结合搭配物各自捕捉不同的分析物。各自掺杂有具有独特发射波长的独特受体染料组合物的不同类型的受体珠粒涂布有不同的粒子结合搭配物，其各自结合至不同的分析物。在某些实施例中，使用供体光纤束400，其中每个供体光纤具有捕捉不同分析物的不同光纤结合搭配物偶联至其内表面。
系统组件
在某些实施例中，第一与第二发射波长之间的区分可以通过使用多个检测器和/或滤光片实现。举例来说，如上文所描述，可以通过可区别地检测具有第一和第二波长的发射光分别确定第一和第二分析物的存在和/或浓度。因此，可以使用峰值响应度接近第一发射波长的第一检测器选择性检测第一发射波长的发射光，并因此检测第一分析物的存在。可以使用峰值响应度接近第二发射波长的第二检测器选择性检测第二发射波长的发射光，并因此检测第二分析物的存在。
类似地，对第一和第二发射波长的光灵敏的检测器可以与两个滤光片组合使用。确切地说，对第一发射波长透明并且对第二发射波长不透明的第一滤光片可以放置在检测器的前方以便选择性通过具有第一发射波长的光。类似地，对第二发射波长透明并且对第一发射波长不透明的第二滤光片放置在检测器前方将选择性通过具有第二发射波长的光。因此，当第一滤光片在适当位置时由检测器产生的信号将指示第一分析物的存在和/或浓度，而当第二滤光片在适当位置时由检测器产生的信号将指示第二分析物的存在和/或浓度。
多个检测器可以与多个滤光片组合使用以便最佳地区别第一与第二发射波长的光，并且提高便利性和/或测量速度(例如通过避免对不同滤光片和/或检测器之间切换的需求)。
举例来说，在某些实施例中，所述系统包含属于相同类型(例如对不同波长的光具有相同响应度)但在前方放置有不同滤光片的第一和第二检测器。放置在第一检测器前方的第一滤光片对具有第一发射波长的光透明且对具有第二发射波长的光不透明。放置在第二检测器前方的第二滤光片对具有第二发射波长的光透明且对具有第一发射波长的光不透明。因此，可以使用第一和第二检测器可区别地并行(例如同时)检测第一和第二发射波长的光。
在某些实施例中，可以通过多个检测器和/或滤光片可区别地检测来自相应受体染料组合物的多个独特的发射波长。在某些实施例中，使用相应检测器检测每种发射波长的光。在某些实施例中，每个相应检测器属于不同类型。在某些实施例中，每个相应的检测器属于相同类型，但在其前方放置有独特的相应滤光片。在某些实施例中，所述系统包含单一检测器及多个滤光片，其中每个滤光片对应于个别发射波长并且对所述发射波长透明且对其它发射波长的光不透明。
在某些实施例中，使用了具有多个像素的单一检测器，并且在检测器的前方放置有色散光学元件(例如棱镜，例如光栅)。色散光学元件取决于光波长而以不同角度折射光，并由此使不同波长的光入射于检测器的不同位置上。因此，通过使用色散光学元件，各发射波长的光照射检测器的不同的相应像素组，并且来自各相应像素组的信号指示不同分析物的存在和/或浓度。
III.B使用不同供体染料激发波长的多路复用检测
在某些实施例中，通过使用不同的供体染料也可以实现对分析物的存在和/或浓度的多路复用检测。通过用具有不同相应波长的光照射可以选择性激发具有独特激发波长的不同供体染料组合物，由此实现对不同分析物的存在和/或浓度的多路复用检测。
掺杂供体染料的光纤
确切地说，在某些实施例中，光纤束中的不同光纤掺杂有具有独特激发波长的不同供体染料组合物。在一个实例中，光纤束400中的第一光纤402掺杂有具有第一激发波长的第一供体染料组合物，并且光纤束400中的第二光纤404掺杂有具有第二激发波长的第二供体染料组合物，所述第二激发波长不同于所述第一激发波长。用具有第一激发波长的激发光照射光纤束激发第一光纤402所掺杂的第一供体染料组合物，但不激发第二光纤404所掺杂的第二供体染料组合物。因此，当用具有第一激发波长的激发光照射时，第一光纤402内的受体珠粒将产生发射光，但第二光纤404则不能。类似地，在第二激发波长下照射光纤束激发第二光纤404所掺杂的第二供体染料，但不激发第一光纤402所掺杂的第一供体染料。因此，当用具有第二激发波长的激发光照射时，第二光纤404内的受体珠粒将产生发射光，但第一光纤402则不能。
第一光纤404的内表面与捕捉第一分析物的第一光纤结合搭配物偶联，并且第二光纤402的内表面与捕捉第二分析物的第二光纤结合搭配物偶联。受体珠粒涂布有结合至第一分析物的第一粒子结合搭配物。因此，在第一分析物存在下，涂布有第一粒子结合搭配物的受体珠粒借助于第一光纤结合搭配物、第一分析物及第一粒子结合搭配物之间的相互作用而邻近第一光纤402的内表面。类似地，在第二分析物存在下，涂布有结合至第二分析物的第二粒子结合搭配物的受体珠粒借助于第二光纤结合搭配物、第二分析物及第二粒子结合搭配物之间的相互作用而邻近第二光纤404的内表面。
因此，第一光纤402内的受体珠粒响应于具有第一激发波长的激发光产生的发射光指示第一分析物的存在和/或浓度。第二光纤404内的受体珠粒响应于具有第二激发波长的激发光产生的发射光指示第二分析物的存在和/或浓度。
掺杂受体染料的光纤
在某些实施例中，使用了掺杂有具有不同激发波长的不同供体染料组合物的不同供体珠粒实现分析物的多路复用检测。确切地说，掺杂有具有第一激发波长的第一供体染料组合物的第一类型供体珠粒具有第一粒子结合搭配物偶联至其表面。掺杂有第二供体染料组合物(具有不同于第一激发波长的第二激发波长)的第二类型供体珠粒具有第二粒子结合搭配物偶联至其表面。第一粒子结合搭配物结合至第一分析物，并且第二粒子结合搭配物结合至第二分析物。
具有第一光纤结合搭配物偶联至内表面的掺杂受体染料的光纤捕捉第一分析物，并由此使第一类型的供体珠粒邻近光纤的内表面。类似地，具有第二光纤结合搭配物偶联至内表面的掺杂受体染料的光纤捕捉第二分析物，并由此使第二类型的供体珠粒邻近光纤的内表面。
在某些实施例中，光纤束中的第一光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面并且所述光纤束中的第二光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面。光纤束中的第一光纤因此捕捉第一分析物，由此使第一类型的供体珠粒与其内表面邻近，并且光纤束中的第二光纤因此捕捉第二分析物，由此使第二类型的供体珠粒与其内表面邻近。
用具有第一激发波长的激发光照射光纤束激发第一类型供体珠粒所掺杂的第一供体染料组合物，由此引起来自掺杂受体染料的第一光纤的发射。具有第一激发波长的激发光并不激发第二类型的供体珠粒所掺杂的第二供体染料组合物，并因此第二光纤不会响应于具有第一激发波长的激发光照射而产生发射光。因此，检测到第一光纤响应于具有第一激发波长的激发光照射而产生的发射光指示第一分析物的存在和/或浓度。类似地，用具有第二激发波长的激发光照射光纤束激发第二类型供体珠粒所掺杂的第二供体染料组合物，由此引起来自掺杂受体染料的第二光纤的发射。具有第二激发波长的激发光并不激发第一类型的供体珠粒所掺杂的第一供体染料组合物，并因此第一光纤不会响应于具有第二激发波长的激发光照射而产生发射光。因此，检测到第二光纤响应于具有第二激发波长的激发光照射而产生的发射光指示第二分析物的存在和/或浓度。
在某些实施例中，所述光纤具有第一和第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，并且第一和第二供体珠粒可以存在于所述光纤内。用具有第一激发波长的激发光照射光纤激发第一供体珠粒所掺杂的第一供体染料组合物，但不激发第二供体珠粒所掺杂的第二供体染料组合物。用具有第二激发波长的激发光照射光纤激发第二供体珠粒所掺杂的第二供体染料组合物，但不激发第一供体珠粒所掺杂的第一供体染料组合物。因此，检测到响应于第一激发波长照射的发射光指示第一分析物的存在和/或浓度，而检测到响应于第二激发波长照射的发射光指示第二分析物的存在和/或浓度。
系统组件
在某些实施例中，为了提供具有对应于不同供体染料组合物的不同激发波长的激发光，所述系统包含两个或两个以上不同的激发源(例如不同的激光二极管，例如不同的LED)，其各自产生具有不同波长的光。在某些实施例中，每个不同的激发源被引导穿过所述系统的不同激发端口。
在某些实施例中，使用了单一激发源提供不同激发波长的激发光。在某些实施例中，所述单一激发源是可调激光器。在某些实施例中，所述单一激发源是产生一系列波长的光的宽带源，并且使用滤光片选择性透射对应于不同供体染料组合物的激发波长的特定波长的光。
III.C使用空间定位的多路复用检测
检测来自光纤束不同光纤的发射
在某些实施例中，还可以通过基于光纤束中各光纤的不同空间位置，将自光纤束中各光纤发射的光映射至焦平面阵列(例如CCD，例如CMOS相机)中一个不同组的一或多个像素上，来实现多种分析物的多路复用检测。因此，通过焦平面阵列中一个相应组的一或多个像素可区别地检测光纤束中各光纤的发射的光。
光纤束中的不同光纤可以具有结合至不同分析物的不同光纤结合搭配物偶联至其内表面。因此，光纤束中不同光纤发射的光指示不同分析物的存在和/或浓度。由对应于第一光纤的第一组一或多个像素所检测的光(例如所述第一组像素可区别地检测来自第一光纤的光)由此指示偶联至第一光纤内表面的第一光纤结合搭配物所捕捉的第一分析物的存在和/或浓度。由对应于第二光纤的第二组一或多个像素所检测的光(例如所述第二组像素可区别地检测来自第二光纤的光)由此指示偶联至第二光纤内表面的第二光纤结合搭配物所捕捉的第二分析物的存在和/或浓度。
检测来自一个光纤的不同区段的发射
在某些实施例中，使用了沿长度包含多个(例如不连续的)不同部分的光纤，如以上关于图5所描述的光纤中的任一种进行多路复用检测。多个检测器可以沿光纤的长度对准以可区别地检测来自所述光纤每一不同部分的发射光。
III.D组合的多路复用检测
在某些实施例中，将基于(i)不同受体染料组合物的不同发射波长；(ii)不同供体染料组合物的不同激发波长；以及(iii)不同光纤在光纤束内的不同空间定位的多路复用方法组合在一起。
举例来说，可以使用不同受体染料组合物与供体染料组合物的组合实现多种分析物的多路复用检测。确切地说，在某些实施例中，光纤束中的多个(例如两个)光纤掺杂有相同的受体染料组合物，但鉴于各光纤具有不同光纤结合搭配物偶联至其内表面而用于检测不同分析物的存在和/或浓度。尽管掺杂有相同受体染料组合物的光纤将产生具有相同发射波长的发射光，但基于不同供体染料组合物的激发波长不同，可以使用掺杂有不同供体染料组合物的不同供体珠粒区别不同光纤，并因此区别不同分析物。
确切地说，在某些实施例中，光纤束中的第一光纤和第二光纤掺杂有共同的受体染料组合物，所述受体染料组合物不同于光纤束中所有其它光纤所掺杂的受体染料组合物。第一光纤具有捕捉第一分析物的第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，并且第二光纤具有捕捉第二分析物的第二光纤结合搭配物偶联至其内表面。第一类型供体珠粒掺杂有具有第一激发波长的第一供体染料组合物，并涂布有结合至第一分析物的第一粒子结合搭配物。第二类型供体珠粒掺杂有具有第二激发波长的第二供体染料组合物，并涂布有结合至第二分析物的第二粒子结合搭配物。因此，在第一分析物存在下，第一类型供体珠粒邻近第一光纤的内表面，而在第二分析物存在下，第二类型供体珠粒邻近第二光纤的内表面。
用具有第一激发波长的激发光照射激发第一类型供体珠粒，并使第一光纤发射光，由此指示第一分析物的存在和/或浓度。用具有第二激发波长的激发光照射激发第二类型供体珠粒，并使第二光纤发射光，由此指示第二分析物的存在和/或浓度。因此，基于发射是响应于哪种激发波长而产生，可区别来自第一与第二光纤的发射。由于第一和第二光纤掺杂的受体染料组合物不同于光纤束中其它光纤所掺杂的受体染料组合物，故如上文所描述，来自第一和第二光纤的发射可以通过其波长而区别于来自光纤束中其它光纤的发射。
以此方式，在某些实施例中，可以使用具有N种独特发射波长的N种受体染料组合物与具有M种独特激发波长的M种供体染料组合物的组合，通过包含N×M个光纤的光纤束检测N×M种分析物。在某些实施例中，可以应用所述方法，但利用掺杂供体染料的光纤和掺杂受体染料的珠粒。
IV.取样方法
在某些实施例中，为了检测样品中分析物的存在和/或浓度，使光纤和/或光纤束与包含待检测样品和检测混合物的样品溶液接触(例如将光纤和/或光纤束浸入样品溶液中)。检测混合物是包含供体珠粒和/或受体珠粒的溶液。在某些实施例中，检测混合物包含一或多种类型的供体珠粒和或受体珠粒。每种供体珠粒类型和/或受体珠粒类型具有相应粒子结合搭配物偶联至其表面，所述粒子结合搭配物结合特定的相应所关注分析物。如果特定所关注分析物存在于样品中，那么相应类型的珠粒(例如受体珠粒，例如供体珠粒)通过相应粒子结合搭配物结合至特定分析物。当将光纤(例如浸入样品溶液中的单一光纤或光纤束中的光纤)浸入样品溶液中时，结合至所关注分析物的珠粒被吸入(例如通过毛细管力)光纤的内部中。如果光纤具有结合至所关注分析物的相应光纤结合搭配物偶联至其内表面，那么使结合至所关注分析物的珠粒邻近光纤的内表面。
如果珠粒是掺杂有供体染料组合物供体珠粒，并且光纤掺杂有受体染料组合物，那么当用激发光照射时，供体珠粒所掺杂的供体染料组合物被激发，并由光纤所掺杂的受体染料组合物发射出发射光。如果珠粒是掺杂有受体染料组合物的受体珠粒并且光纤掺杂有供体染料组合物，那么当用激发光照射时，光纤所掺杂的供体染料组合物被激发，并且珠粒所掺杂的受体染料组合物发射出发射光。
在某些实施例中，样品是与检测混合物混合的液体样品。在某些实施例中，样品是压碎和/或溶解于溶液中的固体样品，并且包含压碎和/或溶解的样品的溶液与检测混合物混合。
图14是描绘用于收集样品1420，制备样品溶液并将其引入聚合物光纤束中，并且读取来自聚合物光纤的信号以检测和/或定量一或多种所关注分析物的示例方法1400的图。在某些实施例中，在样品收集步骤1420中，将样品1422引入(1426)反应容器1424(例如试管)中。在样品制备步骤1440中，使样品均质化1442。举例来说，将固体样品(例如种子)压碎并混合于溶液中。在另一步骤中，将包含受体和/或供体珠粒的检测混合物1448添加至溶液中(1444)，使得样品溶液包含待分析样品和检测混合物。在另一步骤中，使样品溶液与聚合物光纤束(例如掺杂有受体染料组合物的聚合物光纤束300，例如掺杂有供体染料组合物的聚合物光纤束400)接触1446，以便将样品溶液引入光纤束的聚合物光纤的内部(例如通过毛细管作用)。在某些实施例中，使样品溶液以类似方式与单一聚合物光纤接触，以便将样品溶液引入聚合物光纤的内部中。
最后，在样品分析步骤1460中，用激发光照射聚合物光纤束，并检测由此产生的发射以便检测一或多种所关注分析物的存在和/或对所述一或多种分析物定量。如本文例如在第III部分中所描述，利用(i)不同受体染料组合物的不同发射波长；(ii)不同供体染料组合物的不同激发波长；以及(iii)不同光纤在光纤束内的不同空间定位的多路复用方法可以用于检测和/或定量多种所关注分析物。
在图14的实例中，将光纤束装载至包含多个光纤束的卡盘中1462。将卡盘1462装载(1464)至读取器1462中以检测来自所述卡盘的一或多个光纤束的信号。通过用激发光照射光纤束并利用本文所描述的系统和方法检测由此产生的发射光，可以读取每个光纤束1466。在某些实施例中，使所述卡盘的多个光纤束各自与样品溶液接触，并用于检测和/或定量不同的相应所关注分析物。在某些实施例中，使所述卡盘的多个光纤束各自与包含不同样品的不同样品溶液接触，由此实现对来自多个样品的多种分析物的多路复用检测。
V.实例
实例1-制备铕螯合剂Eu(NTA)3BINAPO
实例1是用于制备受体染料组合物中使用的荧光化合物的方法的一个实例。在本实例中，化合物是铕螯合剂，确切地说是Eu(NTA)3BINAPO。也可以使用其它类型的铕螯合剂作为受体染料。在示例方法中，在50mL圆底烧瓶中，将NTA(4,4,4,-三氟-1-(2-萘基)-1,3-丁二酮)(800mg，3.0mmol)和六水合氯化铕(III)(366mg，1.0mmol)一起溶解于10mL纯乙醇以及三乙胺(700μL，5mmol)中以产生铕-NTA溶液。在油浴中使铕-NTA溶液升温至75℃，同时搅拌五分钟。BINAPO([1,1'-联二萘]-2,2'-二基双(二苯基膦氧化物)(655mg，1.0mmol)通过加热至75℃而溶解于10mL纯乙醇中。接着在冷却之前(例如，当温度仍基本上接近75℃时)，将加热的BINAPO于乙醇中的溶液添加至铕-NTA溶液中。使合并的包含铕、NTA及BINAPO的溶液回流1小时，接着使其冷却至室温。在滤纸(惠特曼3(Whatman 3))上收集所得沉淀，用乙醇洗涤并在真空下干燥，得到1.28g(80％)包含Eu(NTA)3BINAPO的粉末(呈灰白色)。
实例2-制备Eu(NTA)3BINAPO/C28氧硫杂环己烯溶液用于对中空聚合物光纤染色
实例2是用于制备包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物的受体染料溶液的方法的一个实例。使用所述受体染料溶液，用受体染料组合物(例如包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物)的受体染料组合物掺杂中空芯聚合物光纤。在本实例中，受体染料溶液包含铕螯合剂Eu(NTA)3BINAPO及C28氧硫杂环己烯。C28氧硫杂环己烯是化学发光单线态氧受体并且铕螯合剂是荧光化合物。在本实例中，Eu(NTA)3BINAPO(160mg，0.10mmol)通过加热至70℃而溶解于3.2mL的2-乙氧基乙醇中达到50mg/mL最终浓度。C28氧硫杂环己烯(4-(2-苯基-5,6-二氢-1,4-氧硫杂环己烷-3-基)-N,N-双十四烷基苯胺)(80mg，0.12mmol)通过加热至70℃而溶解于3.2mL的2-乙氧基乙醇中达到25mg/mL最终浓度。合并两种溶液，使其冷却至室温(20℃)，接着通过0.7μ玻璃微纤维针筒过滤器(惠特曼)过滤。将过滤后的最终溶液储存于暗处并在二十四小时内使用(例如用于掺杂聚合物光纤)。
实例3-用于增加结合表面积的多孔中空聚合物光纤
实例3是包含多个中空芯(例如在光纤内的中空通道)的多芯中空聚合物光纤的一个实例。多芯中空聚合物光纤使可供分析物结合的表面积增加，以及使分析物或分析试剂达到中空聚合物光纤表面所需扩散的距离缩短。图15是多芯中空聚合物光纤的图像。图15B是多芯中空聚合物光纤的另一图像。图15C是显示出多芯中空聚合物光纤的多个中空芯的光纤端面的图像。
本实例中的多芯中空聚合物光纤由聚苯乙烯制成，具有1.3mm外径并且包含19个内径是105μm的中空通道，这些中空通道各自同时用受体染料组合物(例如包含化学发光化合物，例如包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物)染色。
实例4-制备中空聚合物光纤以用受体染料组合物对其内表面染色
实例4是用于制备中空聚合物光纤以使光纤掺杂受体和/或供体染料组合物的方法和系统组件的一个实例。在示例方法中，为了用受体和/或供体染料组合物掺杂光纤，将聚合物光纤连接至注射器。使用注射器将包含受体染料和/或供体染料组合物的溶液，以及用于清洗光纤内部的溶液(例如水、乙醇)泵送至光纤中。聚合物光纤通过适当大小的螺纹管接头螺母和套管连接至注射器。对于1.3mm的聚合物光纤，可以使用1/16英寸的高效(高压)液相色谱(HPLC)接头。接头螺母附接至耦合器，耦合器接着又附接至注射器或注射泵。图16显示附接至接头(左侧图像)和注射器(右侧图像)的一段中空聚合物光纤的两个图像。
实例5-用受体染料组合物掺杂中空聚合物光纤的内部
实例5是用受体染料组合物(例如包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物)掺杂一段中空聚合物光纤的内部的方法的一个实例。在示例方法中，受体染料组合物包含C28氧硫杂环己烯及铕螯合剂(Eu(NTA)3BINAPO)。
将如以上实例2中所描述制备的Eu(NTA)3BINAPO和C28氧硫杂环己烯于2-乙氧基乙醇中的受体染料溶液中的一部分(600μL)放入试管中并在油浴中加热至70℃。为了掺杂中空聚合物光纤的内部，将15cm长度的中空聚合物光纤，例如以上实例3中描述的19孔聚合物光纤附接至如以上实例4中所描述的注射器。注射器填充有200标准酒精度的乙醇。推动乙醇穿过附接的中空聚合物光纤，由此使其接触并润湿光纤孔的内表面。接着使用干燥注射器，用空气冲洗光纤。接着，加热后的Eu(NTA)3BINAPO和C28氧硫杂环己烯于2-乙氧基乙醇中的染料溶液被迅速且完全地吸入光纤中(例如吸入多孔中空聚合物光纤的多个孔中)。
整个长度的光纤在长波长UV激发(约366nm，手持式灯)下呈现明显荧光，确定光纤内受体染料溶液的存在。将另外长度的光纤附接至注射器并以相同方式染色。也可以通过示例方法对光纤进行部分掺杂。确切地说，可以将染料溶液吸入在距光纤端部特定距离(例如较短距离，例如1至2cm)内的选定光纤部分中。通过使在距光纤端部特定距离内的选定光纤部分与受体染料接触，可以掺杂选定的光纤部分，而光纤的其余部分可以保持未掺杂。
将填充有染料溶液的光纤放入烘箱中，在80℃下保持约5分钟，接着取出并使其冷却至室温，并且在室温下静置20分钟。光纤再附接至注射器并且通过迫使空气穿过来清除染料溶液，接着依序用200标准酒精度的乙醇、空气、水及空气清洗以干燥光纤毛细管的内部。
实例6-来自掺杂受体染料的中空聚合物光纤的发射以及沿掺杂受体染料的中空
聚合物光纤的光传输的表征
实例6是显示自掺杂有用于受体染料组合物中的荧光化合物(例如铕螯合剂)的中空聚合物光纤发射的光的表征的一个实例。本实例还显示了沿光纤的光传输的表征。在本实例中，如以上实例5中所描述制备掺杂铕螯合剂的光纤。如以上实例5中所描述，在光纤填充受体染料溶液、加热并冷却之后，将光纤再附接至注射器并通过迫使空气穿过光纤来清除染料溶液。接着用200标准酒精度的乙醇清洗光纤，之后再次迫使空气穿过光纤。最后，用水清洗光纤，并且再次迫使空气穿过光纤以干燥光纤毛细管的内部。
通过手持式实验室紫外灯，用波长为366nm的紫外光照射光纤。可观察到光纤所掺杂的铕螯合剂发射荧光并确定光纤内铕螯合剂染料的存在。图17A是掺杂铕螯合剂的光纤1702的图像，所述图像显示出由紫外光照射引起的光纤的荧光发射。
图17B和图17C是不同光纤的图像。仅在距图17B和图17C中所示光纤的端部1至2cm内的一部分光纤掺杂铕螯合剂染料，而在光纤其它部分中未并入染料(光纤其余部分未经过掺杂)。图17B是经过掺杂的光纤端部的图像，显示来自光纤掺杂端的铕螯合剂的发射。图17C是光纤的未经过掺杂的另一端的图像。图17C显示出离开光纤未掺杂端的由紫外光激发光纤的掺杂端产生的光(图17C中所示未掺杂端未用紫外光照射)。光纤未掺杂端的光传输显示铕螯合剂从光纤的掺杂端发射，沿聚合物光纤传输并从光纤另一端离开。
实例7-经过掺杂的聚合物光纤对单线态氧的响应的表征
实例7是显示掺杂有含化学发光单线态氧受体(例如氧硫杂环己烯，例如C28氧硫杂环己烯)和荧光化合物(例如铕螯合剂)的受体染料组合物的聚合物光纤响应于单线态氧而产生的光发射的表征的一个实例。测试聚合物光纤掺杂有包含铕螯合剂和C28-氧硫杂环己烯的受体染料组合物。
为了测试来自测试光纤(掺杂铕螯合剂和氧硫杂环己烯)的发射，将约2.5mm长度的一小段测试光纤放入384孔板的孔中。使用未掺杂的聚合物光纤作为第一对照光纤。将部分第一对照光纤(未掺杂的光纤)放入384孔板的另一孔中。将仅用铕螯合剂(并且不含氧硫杂环己烯)染色的光纤用作第二对照光纤。将部分第二对照光纤(仅掺杂铕螯合剂且不含氧硫杂环己烯)放入384孔板的第三孔中。
图18A是显示孔板中三种不同光纤(测试光纤、第一对照光纤及第二对照光纤)各区段在366nm波长紫外线照射下的发射的图像(1820)。未掺杂的第一对照光纤1822发射蓝色荧光。由第一对照光纤发射的蓝色荧光是制造光纤(测试光纤、第一对照光纤及第二对照光纤)的聚苯乙烯的内在荧光。测试光纤1824(掺杂铕螯合剂和C-28氧硫杂环己烯)和第二对照光纤1826(仅掺杂铕螯合剂且不含氧硫杂环己烯)均发射红色荧光，这种荧光是由光纤1824和1826所掺杂的铕螯合剂的荧光产生。
接下来，将放置有光纤的384孔板放入EnVision多标记读板仪(EnVisionMultilabel Reader)(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默(PerkinElmer,Waltham,MA))并在窄带铕滤光片(例如对波长对应于铕发射光的波长的光基本上透明且对具有其它波长的光基本上不透明的滤光片)存在下以发光模式读取。在无激发源存在下，测试光纤、第一对照光纤及第二对照光纤中的任一个都未观察到发光。
接着，通过将不同光纤浸没于包含钼酸钠和过氧化氢于氧化氘(D2O)中的溶液中，用单线态氧刺激这些光纤。不受特定理论束缚，由于过氧化氢催化转化成分子氧，故钼酸钠和过氧化氢于D2O中的溶液(下文称为“MoO4 -2/H2O2溶液”)经一段时间而产生稳态浓度的单线态氧。D2O被用于延长由此产生的单线态氧的寿命。由MoO4 -2/H2O2溶液产生的单线态氧的强度与预期由光敏剂激发的强度相当。由MoO4 -2/H2O2溶液产生的单线态氧的强度足以使单线态氧反应性试剂，如AlphaLISA受体珠粒产生可测量的光输出。
MoO4 -2/H2O2溶液制备如下。制备包含1mM钼酸钠、10mM碳酸钾及0.2％吐温-20(Tween-20)洗涤剂于D2O中的钼酸盐溶液。制备含3％过氧化氢的D2O。在即将使用前将钼酸盐溶液(450μL)与过氧化氢溶液(50μL)组合。这种溶液将在数小时内持续产生单线态氧。
将部分不同光纤，即测试光纤、第一对照光纤及第二对照光纤浸入MoO4 -2/H2O2溶液中。不受特定理论束缚，当将测试光纤(掺杂有C28氧硫杂环己烯和铕螯合剂)浸入MoO4 -2/H2O2溶液中时，由MoO4 -2/H2O2溶液产生的稳态单线态氧(1O2)与测试光纤所掺杂的化学发光单线态氧受体(例如C28氧硫杂环己烯)反应。C28氧硫杂环己烯与单线态氧反应产生紫外线发射，由此激发铕螯合剂，铕螯合剂继而发射荧光。因此，当放入MoO4 -2/H2O2溶液中时，从掺杂铕螯合剂和C-28氧硫杂环己烯两种的测试光纤检测到高信号(比背景高1000倍)。
当将未掺杂的第一对照光纤浸入MoO4 -2/H2O2溶液中时，从未掺杂的第一对照光纤检测到与背景信号相当的信号。类似地，当将第二对照光纤(仅掺杂铕螯合剂且不含氧硫杂环己烯)浸入MoO4 -2/H2O2溶液中时，检测到与背景信号相当的信号。
图18B显示包含通过设想多标记读取器(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默)记录的对应于从测试光纤、第一对照光纤及第二对照光纤检测到的信号的数据的截屏1840。截屏显示在多孔板中的第一对照光纤位置1842、测试光纤位置1844及第二对照光纤位置1846。图中在各光纤位置处的数字对应于从板中各光纤位置检测到的信号的幅值(以计数度量)。确切地说，从测试光纤检测到信号106,360，而从第一和第二对照光纤检测到小得多的信号，分别为60和80。
图18C显示了描绘在MoO4/H2O2刺激下从所述三种光纤检测到的信号的图1880。图18的图还显示出背景信号(例如在无任何MoO4/H2O2刺激时所检测到的信号)。对照光纤在MoO4/H2O2刺激下产生的信号与背景信号相当，而掺杂铕螯合剂和氧硫杂环己烯化合物的测试光纤在MoO4/H2O2刺激下产生的信号1886明显高于背景信号(例如高1,000倍)。
因此，实例7展示了掺杂有受体化合物的光纤通过单线态氧通道产生的发射。
实例8-化学发光聚合物光纤的抗生蛋白链菌素涂层
实例8是用抗生蛋白链菌素涂布掺杂有受体染料组合物的聚合物光纤的内表面的方法的一个实例。抗生蛋白链菌素可以用作光纤结合搭配物(例如以结合至生物素化分析物)或用作光纤结合搭配物所能附接的涂层(例如生物素化抗体可以结合至抗生蛋白链菌素涂层)。在实例8的示例方法中，将所得到的呈冻干固体形式的抗生蛋白链菌素溶解于包含100mM Na2HPO4/50mM柠檬酸pH 5.0的涂布缓冲液中，达到5至25μg/mL最终浓度。将抗生蛋白链菌素溶液吸入注射器中并泵送穿过一段15至50cm经过掺杂(例如掺杂有受体组合物)的聚合物光纤的毛细管。接着用石蜡膜密封光纤端部。在含湿气恒温箱中，在37℃下温育光纤24小时。接着用包含0.05％吐温-20的DELFIA洗板机(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默)冲洗光纤。接着用0.2％牛血清白蛋白(BSA)和6％D-山梨糖醇于50mM Tris-HCl(pH7.0)、150mM NaCl中的溶液填充(例如通过如以上实例4中所描述的注射器)光纤。用石蜡膜密封光纤的端部并将其储存于恒温箱中，在23℃下保持过夜。通过将空气传送穿过光纤，将BSA溶液清除出光纤。接着通过将干燥氮气传送穿过光纤10分钟来干燥光纤。
实例9-将敏化剂染料包埋于一段中空聚合物光纤的内部
实例9是用于将供体染料(例如光敏剂)包埋于中空聚合物光纤的内部的方法的一个实例。举例来说，中空聚合物光纤可以掺杂有包含萘酞菁的供体染料组合物。在本实例中，将2,3-萘酞菁双(三己基硅烷基氧)硅(20mg，15μmol；西格马阿尔德里奇(SigmaAldrich)389935)放入玻璃小瓶中，并且通过加热至约100℃并施加超声处理将其溶解于4mL 2-乙氧基乙醇中。将此溶液的一部分(600μL)放入试管中并在油浴中加热至80℃。如实例4中所描述，将15cm长度的中空聚合物光纤附接至注射器。注射器填充有200标准酒精度的乙醇并且推动乙醇穿过附接的中空聚合物光纤以润湿光纤毛细管的内表面。接着使用干燥注射器，用空气冲洗光纤。接着将温热的敏化剂染料溶液迅速且完全地吸入聚合物光纤中。
将填充有染料溶液的光纤放入烘箱中，在80℃下保持约5分钟，接着取出并使其冷却至室温。光纤在室温下保持20分钟。光纤再附接至注射器并且通过迫使空气穿过来清除染料溶液，接着依序用200标准酒精度的乙醇、空气、水及空气清洗以干燥光纤毛细管的内部。将所得到的敏化剂聚合物光纤储存在暗处。
实例10-供体聚合物光纤的抗生蛋白链菌素涂层
实例10是用抗生蛋白链菌素涂布掺杂供体染料(例如光敏剂)的聚合物光纤的内部的方法的一个实例。将所得到的呈冻干固体形式的抗生蛋白链菌素溶解于包含100mMNa2HPO4/50mM柠檬酸(pH 5.0)的涂布缓冲液中，达到5至25μg/mL的最终浓度。将抗生蛋白链菌素溶液吸入注射器中并在柔和光照条件(例如在低水平环境光)下泵送穿过一段15至50cm的掺杂供体染料聚合物光纤的毛细管。接着用石蜡膜密封光纤端部。在含湿气恒温箱中，在37℃下在暗处温育光纤24小时。接着用包含0.05％吐温-20的DELFIA洗板机(马萨诸塞州沃尔瑟姆的珀金埃尔默)冲洗光纤。接着用0.2％牛血清白蛋白(BSA)和6％D-山梨糖醇于50mM Tris-HCl(pH 7.0)、150mM NaCl中的溶液填充(例如通过注射器)光纤。用石蜡膜密封光纤的端部，并将光纤储存于恒温箱中。在23℃下于暗处保持过夜。温育之后，通过将空气传送穿过光纤将BSA溶液清除出光纤。接着，通过使干燥氮气穿过光纤10分钟来干燥光纤并在暗处储存。
VI.网络环境和计算系统
如图19中所示，显示并描述了用于提供检索、处理及分析经由本文所描述的中空聚合物光纤系统(例如经由定制诊断软件)产生的数据的系统、方法及架构中的网络环境1900的实施方案。简单点说，现参看图19，显示并描述了示例性云计算环境1900的框图。云计算环境1900可以包括一或多个资源提供者1902a、1902b、1902c(统称为1902)。每一资源提供者1902可以包括计算资源。在一些实施方案中，计算资源可以包括用以处理数据的任何硬件和/或软件。举例来说，计算资源可以包括能够执行算法、计算机程序和/或计算机应用程序的硬件和/或软件。在一些实施方案中，示例性计算资源可以包括具有存储和检索能力的应用程序服务器和/或数据库。每个资源提供者1902可以连接至云计算环境1900中的任何其它资源提供者1902。在一些实施方案中，资源提供者1902可以经计算机网络1908连接。每个资源提供者1902可以经计算机网络1908连接至一或多个计算装置1904a、1904b、1904c(统称为1904)。
云计算环境1900可以包括资源管理器1906。资源管理器1906可以经计算机网络1908连接至资源提供者1902和计算装置1904。在一些实施方案中，资源管理器1906可以促进一或多个资源提供者1902将计算资源提供至一或多个计算装置1904中。资源管理器1906可以接收来自特定计算装置1904的有关计算资源的请求。资源管理器1906可以鉴别能够提供计算装置1904所要求的计算资源的一或多个资源提供者1902。资源管理器1906可以选择资源提供者1902以提供计算资源。资源管理器1906可以促进资源提供者1902与特定计算装置1904之间的连接。在一些实施方案中，资源管理器1906可以建立特定资源提供者1902与特定计算装置1904之间的连接。在一些实施方案中，资源管理器1906可以将特定计算装置1904重导向具有所要求的计算资源的特定资源提供者1902。
图20显示可以用于实施本公开中描述的技术的计算装置2000和移动计算装置2050的一个实例。计算装置2000意图代表各种形式的数字计算机，如膝上型计算机、桌上型计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型计算机及其它适当计算机。移动计算装置2050意图代表各种形式的移动装置，如个人数字助理、蜂窝式电话、智能电话及其它类似计算装置。此处显示的组件、其连接和关系以及其功能仅打算作为实例，而不打算作为限制。
计算装置2000包括处理器2002、存储器2004、存储装置2006、连接至存储器2004和多个高速扩展端口2010的高速接口2008，及连接至低速扩展端口2014和存储装置2006的低速接口2012。处理器2002、存储器2004、存储装置2006、高速接口2008、高速扩展端口2010及低速接口2012各自使用各种总线互连，并且可以安装在共同母板上或适当时以其它方式安装。处理器2002可以处理用于在计算装置2000内执行的指令(包括存储于存储器2004中或存储装置2006上的指令)以在外部输入/输出装置(如耦接至高速接口2008的显示器2016)上显示GUI图形信息。在其它实施方案中，可以按需要使用多个处理器和/或多个总线，以及多个存储器和存储器类型。另外，多个计算装置可以连接在一起，其中每个装置提供必要操作的部分(例如服务器组、一组刀片服务器或多处理器系统)。
存储器2004将信息存储在计算装置2000内。在一些实施方案中，存储器2004是一或多个易失性存储器单元。在一些实施方案中，存储器2004是一或多个非易失性存储器单元。存储器2004也可以是另一种形式的计算机可读媒体，如磁盘或光盘。
存储装置2006能够为计算装置2000提供海量存储。在一些实施方案中，存储装置2006可以是或含有计算机可读媒体，如软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置、快闪存储器或其它类似的固态存储装置，或装置阵列，包括在存储区域网络或其它配置中的装置。指令可以存储于信息载体中。所述指令在由一或多个处理装置(例如处理器2002)执行时进行一或多种方法，如上文所描述的那些方法。指令也可以由一或多个存储装置存储，如计算机或机器可读媒体(例如存储器2004、存储装置2006或在处理器2002上的存储器)。
高速接口2008管理计算装置2000的带宽密集操作，而低速接口2012管理较低带宽密集操作。这种功能分配只是一个实例。在一些实施方案中，高速接口2008耦接至存储器2004、显示器2016(例如通过图形处理器或加速器)并耦接至高速扩展端口2010，所述高速扩展端口可以接受各种扩展卡(未示出)。在所述实施方案中，低速接口2012耦接至存储装置2006和低速扩展端口2014。包括各种通信端口(例如USB、以太网(Ethernet)、无线以太网)的低速扩展端口2014可以耦接至一或多个输入/输出装置，如键盘、指向装置、扫描仪，或联网装置如交换器或路由器，例如通过网卡联网。
如图中所示，计算装置2000可以按许多不同形式实施。举例来说，其可以按标准服务器2020的形式实施，或在一组此类服务器中多次实施。此外，其可以在个人计算机如笔记本电脑2022中实施。其还可以作为机架服务器系统2024的一部分实施。或者，计算装置2000的组件可以与移动装置(未示出)，如移动计算装置2050中的其它组件组合。这些装置各自可以含有计算装置2000和移动计算装置2050中的一或多个，并且完整系统可以由彼此通信的多个计算装置构成。
移动计算装置2050包括处理器2052、存储器2064、输入/输出装置如显示器2054、通信接口2066及收发器2068等其它组件。移动计算装置2050也可以具备存储装置，如微型驱动器或其它装置，以提供额外存储。处理器2052、存储器2064、显示器2054、通信接口2066及收发器2068各自是使用各种总线互连，并且这些组件中的若干个可以安装在共同母板上或适当时以其它方式安装。
处理器2052可以执行移动计算装置2050内的指令，包括存储于存储器2064中的指令。处理器2052可以按由芯片形成的芯片组形式实施，所述芯片包括独立的多个模拟和数字处理器。处理器2052可以例如实现移动计算装置2050的其它组件(如用户接口的控件)、由移动计算装置2050运行的应用程序和移动计算装置2050的无线通信的协调。
处理器2052可以通过耦接至显示器2054的控制接口2058和显示接口2056与用户通信。显示器2054可以是例如TFT(薄膜晶体管液晶显示器)显示器或OLED(有机发光二极管)显示器或其它适当的显示器技术。显示接口2056可以包含用于驱动显示器2054以向用户呈现图形和其它信息的适当电路。控制接口2058可以从用户接收命令并对其进行转换以提交给处理器2052。此外，外部接口2062可以与处理器2052通信，以便实现移动计算装置2050与其它装置的近场通信。外部接口2062可以例如在一些实施方案中提供有线通信或在其它实施方案中提供无线通信，并且也可以使用多个接口。
存储器2064将信息存储在移动计算装置2050内。存储器2064可以按一或多个计算机可读媒体、一或多个易失性存储器单元或者一或多个非易失性存储器单元中的一或多种的形式实施。也可以提供扩展存储器2074并将其通过扩展接口2072连接至移动计算装置2050，所述扩展接口可以包括例如SIMM(单列直插存储器模块)卡接口。扩展存储器2074可以为移动计算装置2050提供额外的存储空间，或者还可以存储应用程序或有关移动计算装置2050的其它信息。确切地说，扩展存储器2074可以包括有关进行或补充以上描述的方法的指令，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器2074可以作为移动计算装置2050的安全模块提供，并且可以编程而具有允许安全使用移动计算装置2050的指令。此外，可以通过SIMM卡提供安全应用程序以及附加信息，如以无法被黑客攻击的方式将标识信息放在SIMM卡上。
存储器可以包括例如快闪存储器和/或NVRAM存储器(非易失性随机存取存储器)，如下文所论述。在一些实施方案中，指令被存储在信息载体中。所述指令在由一或多个处理装置(例如处理器2052)执行时进行一或多种方法，如上文所描述的那些方法。指令也可以由一或多个存储装置存储，如一或多个计算机或机器可读媒体(例如存储器2064、扩展存储器2074、或处理器2052上的存储器)。在一些实施方案中，指令可以例如经收发器2068或外部接口2062在传播的信号中接收。
移动计算装置2050可以通过通信接口2066无线通信，必要时，所述通信接口可以包括数字信号处理电路。通信接口2066可以提供依据各种模式或协议的通信，如GSM话音呼叫(全球移动通信系统)、SMS(短消息服务)、EMS(增强型短消息业务)、或MMS消息接发(多媒体信息服务)、CDMA(码分多址接入)、TDMA(时分多址接入)、PDC(个人数字蜂窝)、WCDMA(宽带码分多址接入)、CDMA2000或GPRS(通用包无线电服务)等等。此类通信可以例如使用射频，通过收发器2068发生。另外，短程通信可以例如使用WiFiTM或其它此类收发器(未示出)而发生。另外，GPS(全球定位系统)接收器模块2070可以向移动计算装置2050提供额外的导航和位置相关无线数据，所述数据在适当时可以被移动计算装置2050上运行的应用程序使用。
移动计算装置2050还可以使用音频编解码器2060以音频方式通信，所述音频编解码器可以接收来自用户的口头信息并且将其转换为可用的数字信息。音频编解码器2060同样可以如通过扬声器，例如在移动计算装置2050的手持机中。产生用户可听到的声音此类声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括记录的声音(例如语音信息、音乐文件等)并且还可以包括通过在移动计算装置2050上操作的应用程序产生的声音。
如图中所示，移动计算装置2050可以按许多不同形式实施。举例来说，其可以按蜂窝式电话2080形式实施。其也可以作为智能电话2082、个人数字助理或其它类似移动装置的一部分实施。
此处描述的系统和技术的各种实施方案可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。所述各种实施方案可以包括一或多个计算机程序中的实施方案，所述计算机程序可在可编程系统上执行和/或解译，所述可编程系统包括至少一个可编程处理器，它可以是专用的或通用的，经耦接以从存储系统、至少一个输入装置以及至少一个输出装置接收数据和指令，并且向存储系统、至少一个输入装置以及至少一个输出装置传输数据和指令。
这些计算机程序(又称作程序、软件、软件应用程序或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级程序和/或目标定向的编程语言和/或用汇编/机器语言实施。如本文所使用，术语机器可读媒体和计算机可读媒体是指用于将机器指令和/或数据提供至可编程处理器的任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括接收机器可读信号形式的机器指令的机器可读媒体。术语机器可读信号是指用以将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
为了实现与用户的交互，此处描述的系统和技术可以在计算机上实施，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及用户可用来向计算机提供输入的键盘和指向装置(例如鼠标或轨迹球)。其它种类的装置同样可以用于实现与用户的交互；举例来说，向用户提供的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且来自用户的输入可以按任何形式接收，包括音响、语音或触觉输入。
此处描述的系统和技术可以在计算系统中实施，所述计算系统包括后端组件(例如数据服务器)，或包括中间件组件(例如应用程序服务器)，或包括前端组件(例如具有图形用户接口或Web浏览器的客户端计算机，用户可以通过图形用户接口或Web浏览器与此处描述的系统和技术的实施方案交互)或此类后端、中间件或前端组件的任何组合。所述系统的组件可以通过任何形式或媒体的数字数据通信(例如通信网络)互连。通信网络的实例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)和因特网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此且通常通过通信网络交互。客户端与服务器的关系是借助于在各别计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。
本文所描述的不同实施方案的元件可以组合以形成上文未具体阐述的其它实施方案。元件可以从本文所描述的方法、计算机程序、数据库等省略，而不会不利地影响其操作。此外，图式中所描述的逻辑流程不需要按所显示的特定次序或顺序次序来达到所需结果。各种独立元件可以组合成一或多种个别元件以执行本文所描述的功能。在一些实施方案中，考虑到此处描述的系统和方法的结构、功能和设备。
在将设备和系统描述为具有、包括或包含特定组件，或将工艺和方法描述为具有、包括或包含特定步骤的整个描述内容中，另外预期存在主要由所述组件组成或由所述组件组成的本发明的设备和系统，并且存在主要由所述处理步骤组成或由所述处理步骤组成的根据本发明的工艺和方法。
应理解，步骤的次序或用于执行某些动作的次序并不重要，只要本发明保持可操作即可。此外，两个或两个以上步骤或动作可以同时进行。
虽然已参照特定的优选实施例具体地显示并且描述设备、系统和方法，但本领域的技术人员应理解，可以在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围情况下，在其中进行各种形式和细节的变化。
Claims (92)
1.一种掺杂有受体染料组合物和/或供体染料组合物的聚合物光纤，所述光纤能够传输通过单线态氧通道产生的光以检测和/或定量样品中的所关注分析物。
2.根据权利要求1所述的聚合物光纤，其中聚合物光纤掺杂有受体染料组合物。
3.根据权利要求2所述的聚合物光纤，其中所述受体染料组合物包含化学发光单线态氧受体和荧光化合物。
4.根据权利要求3所述的聚合物光纤，其中所述化学发光单线态氧受体选自由以下组成的组：氧硫杂环己烯、二氧杂环己烯及二硫杂环己烯。
5.根据权利要求3或4中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述荧光化合物是镧系元素螯合剂。
6.根据权利要求5所述的聚合物光纤，其中所述镧系元素螯合剂包含选自以下组成的组的镧系元素：铕、铽、镝、钐、镱、铒及铥。
7.根据权利要求3或4中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述荧光化合物包含有机染料。
8.根据权利要求2至7中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤掺杂有量子点。
9.根据权利要求1所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤掺杂有供体染料组合物。
10.根据权利要求9所述的聚合物光纤，其中所述供体染料组合物包含当用激发光照射时释放单线态氧的光敏剂。
11.根据权利要求10所述的聚合物光纤，其中所述光敏剂是选自以下组成的组的化合物：酞菁、萘酞菁、二氢卟吩、卟吩、卟啉、漆树蓝蛋白、叶绿素及孟加拉玫瑰红。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤具有0.1mm至2mm的内径和1mm至3mm的外径。
13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤的内径是0.5mm至1.5mm。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤的内径足够小以通过毛细管作用将液体吸入所述聚合物光纤的内部中。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤具有保持毛细管作用的内径，由此通过毛细管作用将液体吸入所述聚合物光纤的内部。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的聚合物光纤，其包含结合于所述聚合物光纤的内表面上的第一结合搭配物。
17.根据权利要求1至16中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同浓度的所述第一结合搭配物偶联至其内表面以实现对所述第一结合搭配物所结合的所关注分析物的多种灵敏度水平的测量。
18.根据权利要求1至17中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，其各自具有不同结合搭配物偶联至其内表面。
19.根据权利要求18所述的聚合物光纤，其中所述不同结合搭配物是不同抗体。
20.根据权利要求18或19中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中各结合搭配物能够结合至特定抗原的不同变体。
21.根据权利要求18至20中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中各结合搭配物能够结合至不同分析物。
22.根据权利要求1至21中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤包含多个中空芯。
23.根据权利要求1至22中任一权利要求所述的聚合物光纤，其中所述聚合物光纤包含聚苯乙烯和/或聚(甲基丙烯酸甲酯)。
24.一种聚合物光纤束，所述光纤束的每个光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或供体染料组合物。
25.根据权利要求24所述的聚合物光纤束，其中所述光纤束包含2至20个聚合物光纤。
26.根据权利要求24或25中任一权利要求所述的聚合物光纤束，其中所述光纤束的多个聚合物光纤各自掺杂有独特的受体染料组合物。
27.根据权利要求24至26中任一权利要求所述的聚合物光纤束，其中所述光纤束的多个聚合物光纤各自掺杂有独特的供体染料组合物。
28.根据权利要求24至27中任一权利要求所述的聚合物光纤束，其中所述光纤束的多个聚合物光纤各自具有独特的结合搭配物偶联至其内表面。
29.一种包含多个聚合物光纤束的卡盘，其中每一光纤束的每个聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或相应供体染料组合物。
30.根据权利要求29所述的卡盘，其中对于所述卡盘的每一光纤束，所述光纤束的多个所述聚合物光纤各自具有独特的结合搭配物偶联至其内表面。
31.一种用于检测单一分析物和/或多种分析物的系统，所述系统包含：
掺杂有受体染料组合物和/或供体染料组合物的聚合物光纤；
激发光源；以及
用于检测行进穿过所述聚合物光纤的由单线态氧通道产生的发射光的检测器。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述检测器经过对准以检测离开所述聚合物光纤的端面的光。
33.根据权利要求31或32中任一权利要求所述的系统，其中所述检测器经过对准以使得其作用区域与所述聚合物光纤的轴基本上同心。
34.根据权利要求31至33中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源经过对准以沿所述聚合物光纤的长度照射所述聚合物光纤。
35.根据权利要求31至33中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源经过对准以在垂直于所述聚合物光纤的方向上照射所述聚合物光纤。
36.根据权利要求31至35中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源是以基本上单一波长操作的激光器。
37.根据权利要求31至36中任一权利要求所述的系统，其另外包含外壳，其中：
所述外壳包围所述检测器和所述聚合物光纤，
所述外壳包含激发光端口，来自所述激发光源的激发光能够被引导穿过所述激发光端口，并且
所述外壳对环境光基本上不透明。
38.根据权利要求31至36中任一权利要求所述的系统，其另外包含外壳，其中：
所述外壳包围所述检测器、所述聚合物光纤及所述激发光源，并且
所述外壳对环境光基本上不透明。
39.根据权利要求31至38中任一权利要求所述的系统，其包含自给式便携型电源，用于向所述检测器和所述激发光源供给电力，由此不需要外部电源并且所述系统是便携型的。
40.根据权利要求39所述的系统，其中所述电源包含电池。
41.根据权利要求31至36中任一权利要求所述的系统，其中所述系统被包含在外壳内，所述外壳界定不超过750cm3的体积。
42.根据权利要求37至40中任一权利要求所述的系统，其中所述外壳界定不超过750cm3的体积。
43.根据权利要求31至42中任一权利要求所述的系统，其中所述系统的总重量不超过2lbs。
44.根据权利要求31至43中任一权利要求所述的系统，其中所述聚合物光纤掺杂有受体染料组合物，并且所述激发光源可操作以在欲引入所述聚合物光纤的内部中的供体粒子所包含的供体染料组合物的激发波长下照射所述聚合物光纤。
45.根据权利要求44所述的系统，其中所述检测器对所述聚合物光纤所掺杂的所述受体染料组合物的发射波长的光起反应。
46.根据权利要求45所述的系统，其包含定位于所述聚合物光纤与所述检测器之间的滤光片，其中所述滤光片对波长对应于所述供体染料组合物的所述激发波长的光基本上不透明并且所述滤光片基本上透射波长对应于所述聚合物光纤所掺杂的所述受体染料组合物的发射波长的光。
47.根据权利要求31至43中任一权利要求所述的系统，其中所述聚合物光纤掺杂有供体染料组合物，并且所述激发光源可操作以在所述供体染料组合物的激发波长下照射所述聚合物光纤。
48.根据权利要求47所述的系统，其中所述检测器对欲引入所述聚合物光纤的内部中的受体粒子所包含的受体染料组合物的发射波长的光起反应。
49.根据权利要求48所述的系统，其包含定位于所述聚合物光纤与所述检测器之间的滤光片，其中所述滤光片对波长对应于所述聚合物光纤所掺杂的所述供体染料组合物的所述激发波长的光基本上不透明并且所述滤光片基本上透射波长对应于所述受体染料组合物的发射波长的光。
50.根据权利要求31至43中任一权利要求所述的系统，其包含聚合物光纤束，所述光纤束的每个聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物和/或供体染料组合物。
51.根据权利要求50所述的系统，其中所述光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同结合搭配物偶联至其内表面。
52.根据权利要求50所述的系统，其中：
所述光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一发射波长的第一受体染料组合物，
所述光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二发射波长的第二受体染料组合物，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，
所述光纤束的所述第一聚合物光纤具有第一结合搭配物偶联至其内表面，并且
所述光纤束的所述第二聚合物光纤具有第二结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物。
53.根据权利要求52所述的系统，其包含第一检测器和第二检测器，所述第一检测器对所述第一发射波长起反应并且所述第二检测器对所述第二发射波长起反应。
54.根据权利要求52或53中任一权利要求所述的系统，其包含第一滤光片和第二滤光片，其中
所述第一滤光片基本上透射所述第一发射波长并且对所述第二发射波长基本上不透明，并且
所述第二滤光片基本上透射所述第二发射波长并且对所述第一发射波长基本上不透明。
55.根据权利要求50所述的系统，其中：
所述光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一激发波长的第一供体染料组合物，
所述光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二激发波长的第二供体染料组合物，所述第二激发波长不同于所述第一激发波长，
所述光纤束的所述第一聚合物光纤具有第一结合搭配物偶联至其内表面，并且
所述光纤束的所述第二聚合物光纤具有第二结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物。
56.根据权利要求55所述的系统，其包含第一激发源和第二激发源，所述第一激发源可操作以在所述第一激发波长下照射所述光纤束并且所述第二激发源可操作以在所述第二发射波长下照射所述光纤束。
57.根据权利要求50或51中任一权利要求所述的系统，其中所述检测器是包含多个像素的焦平面阵列，并且发射光从所述聚合物光纤束的每个聚合物光纤内照射所述焦平面阵列的不同像素组。
58.一种用于检测来自中空芯聚合物光纤的信号以进行单一分析物和/或多种分析物检测的便携型系统，所述系统包含：
检测器；
用于保持聚合物光纤和/或聚合物光纤束并使其与所述检测器成一直线的光纤安装架；
用于以激发光照射所述聚合物光纤和/或所述聚合物光纤束的激发源；以及
外壳，其中：
所述外壳包围所述检测器、所述光纤安装架及所述激发源，并且
所述外壳对环境光基本上不透明。
59.根据权利要求58所述的系统，其中所述检测器经过对准以检测离开所述聚合物光纤的端面的光。
60.根据权利要求58或59中任一权利要求所述的系统，其中所述检测器经过对准以使得其作用区域与所述聚合物光纤的轴基本上同心。
61.根据权利要求58至60中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源经过对准以沿所述聚合物光纤的长度照射所述聚合物光纤。
62.根据权利要求58至60中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源经过对准以在垂直于所述聚合物光纤的方向上照射所述聚合物光纤。
63.根据权利要求58至62中任一权利要求所述的系统，其中所述激发光源是以基本上单一波长操作的激光器。
64.根据权利要求58至63中任一权利要求所述的系统，其中所述外壳界定不超过750cm3的体积。
65.根据权利要求58至64中任一权利要求所述的系统，其中所述系统的总重量不超过2lbs。
66.根据权利要求58至65中任一权利要求所述的系统，其中所述检测器对受体染料组合物的发射波长起反应以使得所述检测器检测来自聚合物光纤和/或掺杂有所述受体染料组合物的受体粒子的发射光。
67.根据权利要求58至66中任一权利要求所述的系统，其包含定位于所述检测器前方的滤光片，其中所述滤光片对具有所述激发光的波长的光基本上不透明，并且所述滤光片基本上透射波长对应于受体染料组合物的发射波长的光，由此使所述滤光片透射来自聚合物光纤和/或掺杂有所述受体染料组合物的受体粒子的发射光。
68.根据权利要求58至67中任一权利要求所述的系统，其包含第一检测器和第二检测器，所述第一检测器对第一受体染料组合物的第一发射波长起反应，并且所述第二检测器对第二受体染料组合物的第二发射波长起反应，其中所述第二发射波长不同于所述第一发射波长。
69.根据权利要求58至68中任一权利要求所述的系统，其包含第一滤光片和第二滤光片，其中
所述第一滤光片基本上透射第一受体染料组合物的第一发射波长并且对第二受体染料组合物的第二发射波长基本上不透明，其中所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，并且
所述第二滤光片基本上透射所述第二发射波长并且对所述第一发射波长基本上不透明。
70.根据权利要求58至69中任一权利要求所述的系统，其包含第一激发源和第二激发源，所述第一激发源可操作以产生具有对应于供体染料组合物的激发波长的第一激发波长的激发光，并且所述第二激发源可操作以产生具有对应于第二供体染料组合物的激发波长的第二激发波长的激发光，其中所述第二激发波长不同于所述第一激发波长。
71.一种用于检测和/或定量样品中的一或多种所关注分析物的方法，所述方法包含：
将样品溶液引入聚合物光纤的内部中，所述溶液包含所述一或多种所关注分析物和供体粒子，所述供体粒子包含供体染料组合物和粒子结合搭配物，其中所述聚合物光纤包含受体染料组合物和光纤结合搭配物；
将激发光传导穿过所述聚合物光纤；以及
检测行进穿过所述聚合物光纤的发射光，所述发射光是通过单线态氧通道产生，由此检测和/或定量所述样品中的所述所关注分析物。
72.根据权利要求71所述的方法，其包含将样品溶液引入聚合物光纤束的多个聚合物光纤的内部中，其中各聚合物光纤掺杂有相应受体染料组合物并且包含相应光纤结合搭配物。
73.根据权利要求72所述的方法，其中所述光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同光纤结合搭配物偶联至其内表面。
74.根据权利要求73所述的方法，其中：
所述光纤束的第一聚合物光纤掺杂有具有第一发射波长的第一受体染料组合物，
所述光纤束的第二聚合物光纤掺杂有具有第二发射波长的第二受体染料组合物，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，
所述光纤束的所述第一聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，并且
所述光纤束的所述第二聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二光纤结合搭配物不同于所述第一光纤结合搭配物。
75.根据权利要求74所述的方法，其包含可区别地检测波长对应于所述第一发射波长的光和波长对应于所述第二发射波长的光。
76.根据权利要求74或75中任一权利要求所述的方法，其包含：
将包含供体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一供体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物，所述第一光纤结合搭配物也结合至所述第一分析物；
将包含供体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二供体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至第二分析物，所述第二光纤结合搭配物也结合至所述第二分析物；
将包含所述第一供体粒子和所述第二供体粒子的所述样品溶液引入所述聚合物光纤束的所述聚合物光纤的内部中。
77.根据权利要求72至76中任一权利要求所述的方法，其包含：
(a)将包含第一供体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一供体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物；
(b)将包含第二供体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二供体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至第二分析物；
(c)将包含所述第一供体粒子和所述第二供体粒子的所述样品溶液引入所述光纤束的所述聚合物光纤的内部中，其中：
所述光纤束的第一聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，
所述光纤束的第二聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物，
所述第一光纤结合搭配物结合至所述第一分析物，并且
所述第二光纤结合搭配物结合至所述第二分析物；
(d)用具有第一波长的激发光照射所述光纤束并检测由此得到的发射光，所述第一波长对应于所述第一供体染料组合物的激发波长；以及
(e)用具有第二波长的激发光照射所述光纤束并检测由此得到的发射光，所述第二波长对应于所述第二供体染料组合物的激发波长。
78.一种用于检测和/或定量样品中的一或多种所关注分析物的方法，所述方法包含：
将样品溶液引入聚合物光纤的内部中，所述溶液包含一或多种所关注分析物和受体粒子，所述受体粒子包含受体染料组合物和粒子结合搭配物，其中所述聚合物光纤包含供体染料组合物和光纤结合搭配物；
将激发光传导穿过所述聚合物光纤；以及
检测行进穿过所述聚合物光纤的发射光，所述发射光是通过单线态氧通道产生，由此检测和/或定量所述样品中的所述所关注分析物。
79.根据权利要求78所述的方法，其包含将样品溶液引入聚合物光纤束的多个聚合物光纤的内部中，其中各聚合物光纤掺杂有相应供体染料组合物并且包含相应光纤结合搭配物。
80.根据权利要求79所述的方法，其中所述聚合物光纤束的多个聚合物光纤各自具有不同光纤结合搭配物偶联至其内表面。
81.根据权利要求79或80中任一权利要求所述的方法，其包含：
将包含第一受体染料组合物和第一粒子结合搭配物的第一受体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第一受体染料组合物具有第一发射波长；
将包含第二受体染料组合物和第二粒子结合搭配物的第二受体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第二受体染料组合物具有第二发射波长，所述第二发射波长不同于所述第一发射波长，并且所述第二粒子结合搭配物不同于所述第一粒子结合搭配物；
将包含所述第一受体粒子和所述第二受体粒子的所述样品溶液引入所述光纤束的所述聚合物光纤的内部中，其中：
所述光纤束的一或多个聚合物光纤具有第一光纤结合搭配物偶联至内表面，其中所述第一光纤结合搭配物结合至第一分析物，所述第一粒子结合搭配物也结合至所述第一分析物，并且
所述光纤束的一或多个聚合物光纤具有第二光纤结合搭配物偶联至内表面，其中所述第二光纤结合搭配物结合至第二分析物，所述第二粒子结合搭配物也结合至所述第二分析物。
82.根据权利要求81所述的方法，其包含可区别地检测波长对应于所述第一发射波长的光和波长对应于所述第二发射波长的光。
83.根据权利要求79至82中任一权利要求所述的方法，其包含：
(a)将包含第一粒子结合搭配物的第一受体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第一粒子结合搭配物结合至第一分析物；
(b)将包含第二粒子结合搭配物的第二受体粒子引入所述样品溶液中，其中所述第二粒子结合搭配物结合至第二分析物；
(c)将包含所述第一受体粒子和所述第二受体粒子的所述样品溶液引入所述光纤束的所述聚合物光纤的内部中，其中：
所述光纤束的第一聚合物光纤掺杂有第一供体染料组合物并且具有第一光纤结合搭配物偶联至其内表面，
所述光纤束的第二聚合物光纤掺杂有第二供体染料组合物并且具有第二光纤结合搭配物偶联至其内表面，所述第二结合搭配物不同于所述第一结合搭配物，
所述第一光纤结合搭配物结合至所述第一分析物，
所述第二光纤结合搭配物结合至所述第二分析物；
(d)用具有第一波长的激发光照射所述光纤束并检测由此得到的发射光，所述第一波长对应于所述第一供体染料组合物的激发波长；以及
(e)用具有第二波长的激发光照射所述光纤束并检测由此得到的发射光，所述第二波长对应于所述第二供体染料组合物的激发波长。
84.根据权利要求71或78中任一权利要求所述的方法，其中将所述样品溶液引入所述聚合物光纤的内部中包含将所述聚合物光纤浸入所述样品溶液中，由此通过毛细管作用将所述样品溶液吸入所述聚合物光纤的内部中。
85.根据权利要求71或78中任一权利要求所述的方法，其中所述粒子结合搭配物至少结合至所述一或多种所关注分析物中的第一分析物并且所述光纤结合搭配物也结合至所述第一分析物。
86.根据权利要求71或78中任一权利要求所述的方法，其中所述聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同浓度的所述第一或第二结合搭配物偶联至其内表面以实现对所述所关注分析物的多种灵敏度水平的测量。
87.根据权利要求71或78中任一权利要求所述的方法，其中所述聚合物光纤沿其长度包含多个不连续的部分，所述部分各自具有不同结合搭配物偶联至其内表面。
88.一种试剂盒，其包含：
根据权利要求1至23中任一权利要求所述的聚合物光纤；以及
用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子和/或供体粒子。
89.一种试剂盒，其包含：
根据权利要求24至28中任一权利要求所述的聚合物光纤束；以及
用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子和/或供体粒子。
90.一种试剂盒，其包含：
根据权利要求29或30中任一权利要求所述的卡盘；以及
用于制备供检测一或多种所关注分析物用的样品的一或多种试剂，所述一或多种试剂包含受体粒子和/或供体粒子。
91.一种制造掺杂有受体染料组合物的聚合物光纤的方法，所述方法包含：
使所述聚合物光纤的内表面与化学发光单线态氧受体以及以下至少一种接触：(i)荧光化合物和(ii)量子点。
92.一种制造掺杂有供体染料组合物的聚合物光纤的方法，所述方法包含：
使所述聚合物光纤的内表面与光敏剂接触。
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