CN108375677B - 利用亚像素尺寸的珠粒来执行测定的系统和方法 - Google Patents

利用亚像素尺寸的珠粒来执行测定的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种传感器系统，其采用亚像素大小的珠粒进行测定。该传感器系统包括第一多个传感器像素，所述第一多个传感器像素限定第一有源传感器区域。该第一有源传感器区域被配置为接收流体样本的第一部分。该第一部分与多个第一功能化珠粒混合以执行第一测定。该传感器系统还包括至少第二多个传感器像素，所述第二多个传感器像素限定第二有源传感器区域。该第二有源传感器区域被配置为接收流体样本的第二部分。该第二部分与第二多个功能化珠粒混合以执行第二测定。第一测定和第二测定可被配置为检测流体样本中的分析物的不同浓度范围。

Description

利用亚像素尺寸的珠粒来执行测定的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求享有2017年1月31日提交的名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR PERFORMING AN ASSAY WITH SUB-PIXEL SIZED BEADS”的美国临时专利申请No.62/452,715的权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。
背景技术
确定生物流体(例如，血液、尿等)和其他材料(例如，气体样本等)中的成分的重要性在持续增大。生物流体测试能够被用在健康护理环境中，以确定生理和/或生化状态，例如疾病、矿物含量、药物有效性和/或组织功能。例如，可能期望确定个人血液中的分析物浓度以管理例如糖尿病的健康状况。因此，可能要求个人去诊断化验室或者医疗机构进行抽血并且然后等待(通常持续很长的时间段)分析结果，这可能是不方便的。另外，个人必须经常安排与健康护理提供者的跟进访问以检查分析结果，这同样可能增加成本。出于这些和其他原因，存在对于能够有助于即时检测的设备的需求增加。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种传感器组件，包括：腔，其被配置为接收流体样品；第一有源传感器区域，其被布置在所述腔的第一部分中并且被配置为接收所述流体样本的第一部分，并且所述第一有源传感器区域包括：第一表面，所述第一表面具有第一多个传感器像素，每个传感器像素具有第一像素区域，以及第一功能化绝缘珠粒，其被布置在所述第一表面上，所述第一功能化绝缘珠粒具有比所述第一像素区域小的横截面面积，并且具有第一涂层，所述第一涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本的所述第一部分中时引起多个所述第一功能化绝缘珠粒的凝集；第二有源传感器区域，其被布置在所述腔的第二部分中并且被配置为接收所述流体样本的第二部分，并且所述第二有源传感器区域包括：第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对且具有第二多个传感器像素，每个传感器像素具有第二像素区域，以及第二功能化导电珠粒，其被布置在所述第二表面上，所述第二功能化导电珠粒具有比所述第二像素区域小的横截面面积，并且具有第二涂层，所述第二涂层被配置为当所述目标分析物存在于所述流体样品的所述第二部分中时引起多个所述第二功能化导电珠粒的凝集；以及控制器，其被配置为：接收来自所述第一多个传感器像素和所述第二多个传感器像素的电信号，对所述电信号进行处理，以确定来自所述第一多个传感器像素的子集的电信号是否指示所述第一表面上的所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集，并且确定来自所述第二多个传感器像素的子集的电信号是否指示所述第二表面上的所述多个第二功能化导电珠粒的凝集，基于所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集、所述多个第二功能化导电珠粒的凝集、或这两者来确定所述流体样品中的所述目标分析物的浓度；以及生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
根据本发明的第二方面，提供了一种分析物传感器，包括：腔，其被配置为接收流体样本；多个有源传感器区域，每个有源传感器区域被布置在所述腔的不同部分中，并且被配置为接收所述流体样本的一部分，每个有源传感器区域包括一表面，所述表面具有多个传感器像素，每个传感器像素具有像素区域，并且每个传感器像素被配置为生成指示电场变化的电信号；多个功能化珠粒，其被布置在所述腔的所述不同部分中，所述多个功能化珠粒包括布置在第一表面上的第一组珠粒和布置在与所述第一表面相对的第二表面上的第二组珠粒，布置在所述第一表面上的所述第一组珠粒是绝缘珠粒且布置在所述第二表面上的所述第二组珠粒是导电珠粒，每个功能化珠粒包括：比所述像素区域小的横截面面积、以及涂层，所述涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本的所述部分中时引起所述多个功能化珠粒的至少一部分相互凝集；以及控制器，其被配置为：从在每个有源传感器区域中的所述多个传感器像素接收电信号，对所述电信号进行处理，以确定来自所述多个传感器像素的一个或多个子集的所述电信号是否指示与所述一个或多个子集相邻布置的所述功能化珠粒的凝集，基于所述功能化珠粒的凝集来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度，以及生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
根据本发明的第三方面，提供了一种传感器，包括：腔，其被配置为接收流体样本；多个有源传感器区域，每个有源传感器区域被布置在所述腔的不同部分中，并且被配置为接收所述流体样本的一部分，每个有源传感器区域包括一表面，所述表面具有被配置成阵列的多个传感器像素，每个传感器像素均具有像素区域；多个功能化珠粒，其被布置在所述腔的所述不同部分中，所述多个功能化珠粒包括布置在第一表面上的第一组珠粒和布置在与所述第一表面相对的第二表面上的第二组珠粒，布置在所述第一表面上的所述第一组珠粒是绝缘珠粒且布置在所述第二表面上的所述第二组珠粒是导电珠粒，每个功能化珠粒包括：比所述像素区域小的横截面面积、以及涂层，所述涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本中时引起所述多个功能化珠粒的至少一部分相互凝集；以及控制器，其被配置为：从每个有源传感器区域接收来自所述有源传感器区域中的所述多个传感器像素的电信号，对所述电信号进行处理，以确定来自所述多个传感器像素的一个或多个子集的所述电信号是否指示与所述一个或多个子集相邻布置的所述功能化珠粒的凝集，随着时间对所述电信号进行监测以测量所述功能化珠粒的凝集速率，并且基于所述凝集速率来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度，将在每个有源传感器区域中确定的所述目标分析物的浓度与表示所述目标分析物的动态范围的数据进行比较，基于所述目标分析物的浓度在所述目标分析物的动态范围以内的有源传感器区域来确定所述流体样本中的目标分析物的浓度，以及生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
附图说明
参考附图来描述具体实施方式。在说明书和附图中的不同例子中使用的相同附图标记可以表示类似或相同的部件。在下面的具体实施方式和附图中公开了本公开的各种实施例或示例。附图无需按比例绘制。总之，除了在权利要求中所提供的，能够以任意的顺序来执行所公开的过程的操作。
图1A是根据本公开的示例实施例具有至少一个有源传感器区域的传感器的示意图，所述有源传感器区域具有用于执行凝集测定的功能化珠粒。
图1B是根据本公开的示例实施例具有至少两个有源传感器区域的传感器的示意图，所述有源传感器区域具有被配置为接收流体样本以用于执行凝集测定的功能化珠粒，其中在第一有源传感器区域和第二有源传感器区域处的所述功能化珠粒是分散的。
图2A是根据本公开的示例实施例具有至少两个有源传感器区域的传感器的示意图，所述有源传感器区域具有被配置为接收流体样本以用于执行凝集测定的功能化珠粒，其中第一有源传感器区域处的所述功能化珠粒形成为团聚物并且所述第二有源传感器区域处的所述功能化珠粒是分散的。
图2B是根据本公开的示例实施例具有至少两个有源传感器区域的传感器的示意图，所述有源传感器区域具有被配置为接收流体样本以用于执行凝集测定的功能化珠粒，其中第一有源传感器区域处的所述功能化珠粒已经形成为多个团聚物并且第二有源传感器区域处的所述功能化珠粒已经形成具有比所述第一有源传感器区域处的团聚物相对更低水平的覆盖范围的单个团聚物。
图3是根据本公开的示例实施例具有至少一个有源传感器区域的传感器的示意图，所述至少一个有源传感器区域具有用于执行凝集测定的功能化珠粒，其中能够通过所述有源传感器区域的几个传感器像素和/或至少一个软件限定的传感器像素来检测所述功能化珠粒的团聚物，所述至少一个软件限定的传感器像素包括所述传感器的几个传感器像素。
图4是根据本公开的示例实施例具有两个有源传感器区域的传感器的示意图，所述两个有源传感器区域被配置为接收两个有源传感器区域之间的流体样本，其中所述两个有源传感器区域位于相对表面上并且具有不同尺寸的传感器像素。
图5A是根据本公开的示例实施例具有邻近传感器的有源传感器区域设置的试剂涂层的传感器的截面侧视图，其中所述试剂涂层包括用于执行凝集测定的功能化珠粒。
图5B是根据本公开的示例实施例具有邻近传感器的有源传感器区域设置的试剂涂层的传感器的截面侧视图，其中所述试剂涂层包括用于执行凝集测定的功能化珠粒，并且其中帽结构覆盖所述有源传感器区域的至少一部分。
图5C是根据本公开的示例实施例具有在上部毛细管空间内设置的试剂涂层的传感器的截面侧视图，所述上部毛细管空间通过覆盖所述传感器的有源传感器区域的至少一部分的帽结构来限定，其中所述试剂涂层包括用于执行凝集测定的功能化珠粒。
图6A是传感器的侧视图，所述传感器例如是图5A-5C中的任意一个所示出的传感器，其中邻近所述有源传感器区域设置的流体样本从所述试剂涂层释放所述功能化珠粒。
图6B是传感器的侧视图，所述传感器例如是图5A-5C中的任意一个所示出的传感器，其中邻近所述有源传感器区域设置的流体样本从所述试剂涂层释放所述功能化珠粒，并且其中所述传感器至少包括例如图2A-2B中所示出的第一有源传感器区域和第二有源传感器区域。
图7A是根据本公开的示例实施例具有至少一个有源传感器区域的传感器的示意图，所述至少一个有源传感器区域具有用于执行第一凝集测定的第一多个功能化珠粒和用于执行第二凝集测定的第二多个功能化珠粒，其中所述第一多个功能化珠粒和所述第二多个功能化珠粒是分散的。
图7B是根据本公开的示例实施例具有至少一个有源传感器区域的传感器的示意图，所述至少一个有源传感器区域具有用于执行第一凝集测定的第一多个功能化珠粒和用于执行第二凝集测定的第二多个功能化珠粒，其中所述第一多个功能化珠粒和所述第二多个功能化珠粒形成各自的团聚物。
图8A是示出了利用两个或更多个有源传感器区域来检测流体样本中的目标分析物的浓度的方法的示例实施方式的部分流程图，例如使用前面附图中的任意一个中所示出的传感器。
图8B是进一步示出了图8A中所示出的方法的示例实施方式的部分流程图。
图9是示出了利用两个或更多个有源传感器区域来检测流体样本中的目标分析物的浓度的方法的示例实施方式的流程图，例如使用前面附图中的任意一个中所示出的传感器。
图10A是示出了利用两个或更多个有源传感器区域来检测流体样本中的目标分析物的浓度的方法的示例实施方式的部分流程图，例如使用前面附图中的任意一个中所示出的传感器。
图10B是进一步示出了图10A中所示出的方法的示例实施方式的部分流程图。
图11是用于基于有源传感器区域的被功能化珠粒的团聚物覆盖的范围来确定流体样本中的分析物的浓度的校正曲线的示例图。
图12是有源传感器区域的被功能化珠粒的团聚物覆盖的范围随时间的示例图，其中所述有源传感器区域的相应一个有源传感器区域具有被配置为用于检测相应分析物浓度范围的相应功能化珠粒组。
图13示出了有源传感器区域的被功能化珠粒的团聚物覆盖的范围随时间的一系列示例敏感图，其中示出了与对目标分析物的浓度的不同敏感度相关的多条参考曲线，以与在一时间点处检测到的凝集速率(rate)相比较。
具体实施方式
测定是通过向样本(例如，诸如生物液体或气体的流体样本)添加一种或多种试剂并且分析所述样本或所述试剂如何因此受到影响来执行的测试。例如，当在流体样本中存在某些分析物时，功能化珠粒(例如，包括或涂覆有一种或多种试剂的珠粒)可能凝集。一些测定的实例是凝集或团聚物测定，包括但不限于免疫测定、动力学凝集测定(kineticagglutination assays)、珠粒团聚物(agglomeration-of-beads)测定、动力学珠粒团聚物测定、凝固测定、动力学凝固测定、表面抗原测定、来自活检操作的受体测定、循环血细胞测定或循环核酸测定。
公开了利用亚像素尺寸的珠粒(例如，功能化珠粒)来执行测定的系统和方法。在实施例中，系统可以包括具有多个传感器像素的传感器(例如，电场传感器、磁场传感器、光学传感器、多模传感器等)，所述多个传感器像素通过至少一个传感器元件的阵列或矩阵来形成。所述传感器元件的阵列或矩阵可以限定被配置为接收流体样本的有源传感器区域。所述流体样本可以与用于执行测定的多个功能化珠粒混合。在实施例中，所述功能化珠粒可以被混合到(例如，溶解到)接近所述有源传感器区域的流体样本。例如，所述功能化珠粒能够在所述有源传感器区域或接近所述有源传感器区域(例如，在邻近所述有源传感器区域的腔中)被混合到所述流体样本中。所述多个功能化珠粒的功能化珠粒可以具有小于传感器像素的像素区域的横截面面积。因此，对于传感器来说，个体功能化珠粒可能是不可见的(例如，不能被探测到)。当所述功能化珠粒凝集并且形成至少覆盖传感器像素的相应像素区域的阈值部分的一个或多个团聚物(有时在这里也被称为“簇”)时，所述功能化珠粒能够变得可见(例如，能够被传感器检测到)。
在实施例中，传感器组件包括被配置为接收流体样本的腔。所述腔可以包括被设置在所述腔的第一部分中并且被配置为接收所述流体样本的第一部分的第一有源传感器区域。所述第一有源传感器区域包括第一多个传感器像素，其中每个传感器像素限定第一像素区域。所述第一有源传感器区域还包括具有小于所述第一像素区域的横截面面积并且具有第一涂层的第一功能化珠粒，所述第一涂层被配置为当在所述流体样本的第一部分中存在目标分析物时使得多个第一功能化珠粒凝集。在一些实施例中，所述腔还包括至少一个第二有源传感器区域，所述第二有源传感器区域被布置在所述腔的第二部分中并且被配置为接收所述流体样本的第二部分。所述第二有源传感器区域包括第二多个传感器像素，其中每个传感器像素限定第二像素区域。所述第二有源传感器区域还包括具有小于所述第二像素区域的横截面面积并且具有第二涂层的第二功能化珠粒，所述第二涂层被配置为当在所述流体样本的第二部分中存在目标分析物时使得多个第二功能化珠粒凝集。所述第一传感器像素和所述第二传感器像素通信地耦合到控制器，所述控制器被配置为：接收来自第一多个传感器像素和第二多个传感器像素的电信号；处理所述电信号以确定来自所述第一多个传感器像素的子集的所述电信号是否表示多个所述第一功能化珠粒的凝集并且确定来自所述第二多个传感器像素的子集的所述电信号是否表示多个所述第二功能化珠粒的凝集；基于所述多个第一功能化珠粒的凝集、所述多个第二功能化珠粒的凝集或者二者来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度；并且生成表示所述目标分析物的所述浓度的数据。
在一些实施例中，所述第一有源传感器区域和所述第二有源传感器区域可以被配置为检测所述流体样本中的分析物的不同浓度范围。在一些实施例中，所述传感器可以包括第三有源传感器区域，甚至包括可能更多的传感器区域。所述传感器可以被用于执行多个测定(在不同的有源传感器区域处)，以通过使用相应的功能化珠粒组来检测分析物的不同浓度范围和/或所述流体样本中的不同分析物，其中每组功能化珠粒可以被配置为在存在分析物的阈值浓度时凝集。
示例实施方式
在图1A至7B中示出了传感器100的实施例。在这些实施例中，传感器100包括限定至少一个有源传感器区域104的多个传感器元件102。限定有源传感器区域104的传感器元件102在本文中有时候被称为“传感器像素102”。每个传感器像素102限定相应的像素区域。例如，传感器像素102的像素区域可以对应于被传感器像素102占据的有源传感器区域104的一部分。传感器像素102可以基于感测到的阻抗或阻抗变化、感测到的电容或电容变化、感测到的磁场变化、感测到的光散射、光反射、光折射或其组合来生成电信号。示例传感器元件102可以采用金属面板、线圈、光电探测器或其组合等等。例如，在实施例中，传感器像素102可以包括金属面板，所述金属面板被配置为生成与所述金属面板感测到的阻抗或电容、或者阻抗或电容的变化相关联的一个或多个电信号。关于这一点，每个传感器像素102可以被配置生成表示电场(例如，水平电场、垂直电场、和/或振荡电场)的变化的电信号。在一些实施例中，所述电场是频率范围为1兆赫兹(MHz)到300MHz的振荡电场。在另一实施例中，传感器像素102可以包括线圈，所述线圈被配置为生成与所述线圈所感测到的磁场的变化相关联的一个或多个电信号。在再一实施例中，传感器像素102可以包括光电探测器，所述光电探测器被配置为生成与所述光电探测器所感测到的散射、反射或折射光相关联的一个或多个电信号。在一些实施例中，传感器像素102还可以包括两种或更多种的不同传感器元件(例如，金属面板和线圈、金属面板和光电探测器、线圈和光电探测器、或所有三种传感器元件的组合)的组或阵列。在美国专利申请No.15/244,600中描述了电场传感器(其中传感器像素102包括金属面板)、磁场传感器(其中传感器像素102包括线圈)、光学传感器(其中传感器像素102包括光电探测器)、以及多模传感器(其中传感器像素102通过不同类型的传感器元件来限定)的其他示例，在此通过引用将其全文并入本发明。传感器100的实施例可以包括在美国专利申请No.15/244,600中公开的传感器实施例的任一个。
如图1A中所示，有源传感器区域104被配置为接收流体样本的部分108。流体样本的部分108能够包括一种或更多种分析物(例如，荷尔蒙、蛋白质、病毒、朊病毒、精液、细胞、生物微粒等)。流体样本的部分108能够与功能化珠粒106混合，以执行针对该一种或更多种分析物的一个或更多个测定。在实施例中，功能化珠粒106可以具有比由传感器像素102限定的相应像素区域小的横截面面积，使得传感器像素102被配置为，在接近传感器像素102的功能化珠粒106的团聚物107至少覆盖相应像素区域的阈值部分时，检测该团聚物107。例如，在团聚物107如图2中所示地覆盖传感器像素102的相应像素区域时，或当团聚物107覆盖相应像素区域的阈值百分比(例如50％或更多)时，传感器像素102可以被配置为检测功能化珠粒106的团聚物。
在图1B中示出的实施例中，传感器100还包括限定第二有源传感器区域204的第二多个传感器像素202。第二有源传感器区域204可以被配置为接收流体样本的第二部分208。流体样本的第二部分208可以与第二多个功能化珠粒206混合，用于执行第二测定。在一些实施中，第一测定和第二测定可以被配置为检测流体样本中的分析物的不同浓度范围。在一些实施中，第一测定和第二测定可以被配置为检测不同的分析物。在一些实施例中，传感器100还可以包括第三有源传感器区域，并且可能更多。通过使用相应组功能化珠粒，传感器100可以用于执行多个测定(在不同的有源传感器区域处)以检测流体样本中的分析物的不同浓度范围和/或不同分析物，其中每组功能化珠粒可以被配置为在存在阈值浓度的分析物时凝集。传感器100可以包括任何数量的有源传感器区域，其结果能够被相互比较或组合以增大传感器100的动态范围(例如，通过采用被配置为检测一种或更多种分析物的不同浓度范围的测定)。在一些实施例中，第一有源传感器区域104被配置为执行第一测定，而第二有源传感器区域204被配置为执行第二测定，其中，第一测定和第二测定对目标分析物的不同浓度范围敏感。存在数个配置，通过所述配置，第一有源传感器区域104和第二有源传感器区域204可以被调整以检测目标分析物的浓度的不同范围。例如，第一功能化珠粒106可以具有与第二功能化珠粒206不同(例如可以大于或小于)的大小，以检测目标分析物的不同浓度范围。在实施例中，第一功能化珠粒106可以具有与第二功能化珠粒206不同的物理参数(例如，不同的组分)以检测目标分析物的不同浓度范围。第一功能化珠粒106可以涂覆有与第二功能化珠粒206不同的试剂或不同量的试剂，以检测目标分析物的不同浓度范围。第一像素区域(例如，每个像素102的区域)可以不同于第二像素区域(例如，每个像素202的区域)，以检测目标分析物的不同浓度范围。例如，第一像素区域可以大于第二像素区域。在一些实施例中，为了对有源传感器区域104和有源传感器区域204实施不同的像素区域，限定有源传感器区域104的第一多个传感器像素的每个传感器像素可以是包括至少两个传感器像素102的软件限定的传感器像素118(例如，如于此描述的和于图3中示出的)。
能够利用功能化珠粒106和功能化珠粒206来执行数个分析。例如，如果红血细胞难以溶解，则功能化珠粒106和功能化珠粒206作为图像增强物在凝结测定中也是有用的。代替仅依赖于红血细胞，传感器100能够被配置为在凝块形成时对珠粒与红血细胞一起的移动进行成像。功能化珠粒106和功能化珠粒206也能够用作帮助验证目标尺寸(例如，在进行全血计数时，血细胞的尺寸)的内部标准，因为珠粒是以已知的尺寸(例如，已知直径或已知范围内的直径)制造的。在实施例中，功能化珠粒106和功能化珠粒206可以包括，但不限于：塑料(例如，尺寸(直径)在50nm至13μm的范围的聚苯乙烯(PS)珠粒；尺寸(直径)在40nm至5μm的范围的PS涂覆的珠粒；尺寸(直径)在5μm至35μm的范围的PS涂覆的珠粒；尺寸(直径)在2μm至120μm的范围的铁磁珠粒(例如，二氧化铬涂覆的PS珠粒)；尺寸(直径)在100nm至120μm的范围的顺磁珠粒(例如，磁铁矿涂覆的PS珠粒，可能具有各种涂层)；尺寸(直径)在2nm至250nm的范围的金或银胶体(颗粒/溶胶)；或其它商业可用的珠粒。功能化珠粒106和功能化珠粒206的范例可以包括，但不限于以下各种：COSPHERIC的Glass Particles、SIGMA ALDRICH的PolyStyrene Latex Beads、SPHEROTECH,INC.的PolystyreneParticles、SPHEROTECH,INC.的Paramagnetic Particles、SPHEROTECH,INC.的Ferromagnetic Particles、EMD MILLIPORE CORP.的Magnetic Microspheres、金溶胶、其组合、等等。在一些实施例中，功能化珠粒106和/或功能化珠粒206可以具有在390nm至700nm(可见光的波长)的范围中的直径。
在实施例中，将功能化珠粒106与接近有源传感器区域104的流体样本的部分108混合(例如，溶解到该部分108中)。例如，可以在有源传感器区域104处或在有源传感器区域104附近将功能化珠粒106与流体样本的部分108混合(例如，正好在向有源传感器区域104引入流体样本108之前)。类似地，可以将功能化珠粒206与接近有源传感器区域204的流体样本的部分208混合(例如，溶解到该部分208中)。例如，可以在有源传感器区域204处或在有源传感器区域204附近将功能化珠粒206与流体样本的部分208混合(例如，正好在向有源传感器区域204引入流体样本208之前)。
图5A至图5C示出了限定有源传感器区域104的传感器单元的实施例。第二有源传感器区域204也可以包括在类似地构造的传感器单元(未示出)中。传感器100可以包括任何数量的传感器单元。如图5A和图5B中所示，可以接近有源传感器区域104(例如，在有源传感器区域104顶部)设置包括功能化珠粒106的试剂涂层124。可以由基质122(例如，硅基质等)支承有源传感器区域104。如图5B中所示，有源传感器区域104可以由帽结构126覆盖。帽结构126可以设置在基质122上、在有源传感器区域124之上，使得帽结构126(例如，微流控(microfluidic)帽)和有源传感器区域104限定被配置为接收流体样本108的腔128。在图5C中示出的实施例中，可以将试剂涂层124设置在帽结构126之内(例如，涂覆在帽结构126的内表面上)。在其它实施例中，可以将试剂涂层124设置在有源传感器区域104和帽结构126二者的表面上。在一些实施例中，传感器100可以实施为便携式测试条。在一些实施例中，样本腔128可以是微米的量级，以足够大用于流体样本108(例如血液)的流入，但是足够小以滤除细胞(例如，红血细胞)或仅容许存在一或两层细胞。例如，腔128可以具有3μm或更小的高度。
在将流体样本108设置在有源传感器区域104上和/或在流体样本108流入腔128中时，可以将功能化珠粒106，以及可能地其它试剂，溶解到流体样本108中。例如，如图6A中所示，在接近有源传感器区域104设置流体样本的部分108时(例如，在流体流入腔128时)，从试剂涂层124释放功能化珠粒106。将功能化珠粒106正好设置在传感器100的有源传感器区域104以上或有源传感器区域104附近(例如，在帽结构126中)可以减少所需的功能化珠粒106的数量，由此降低成本。当将功能化珠粒106被添加到流体样本108中时，测定中的反应可以开始。结果，功能化珠粒106与流体样本108在有源传感器区域104处的相互作用确定反应的开始。反应确定的结束可以是反应开始之后的设定时间；这可以在通过以参考材料进行的传感器的重复测试学到的算法中确定。传感器100在反应的开始与结束之间扫描所述反应。
如图6B中所示，腔128可以包括多个部分127和129或子腔。例如，腔128可以包括由至少一个壁125分隔开的第一部分127和第二部分129。在实施例中，第一有源传感器区域104设置在腔128的第一部分127中，并被配置为接收流体样本的第一部分108，而第二有源传感器区域204设置在腔128的第二部分129中，并被配置为接收流体样本的第二部分208。
再次参照图1A和图1B，传感器100包括或通信上耦合到控制器110。控制器110可以直接(例如，有线地)或间接(例如，无线地)连接至传感器像素102和传感器像素202。在一些实施例中，控制器110包括在传感器100结构中。在其它实施例中，控制器110包括被配置为接收来自传感器100的电信号的移动设备(例如，智能电话或平板电脑)或桌面计算设备。控制器110可以包括处理器112(例如，微处理器、微控制器、ASIC、可编程逻辑器件等)和耦合到处理器112的存储器114。存储器114可以包括非暂时性存储设备，诸如，但不限于，闪存(flash drive)、固态盘(SSD)、或SD卡。在一些实施例中，存储器114可以包括经由有线或无线连接协议通信上耦合到处理器112的网络或云存储器。控制器110可以被配置为使得传感器100扫描具有传感器像素102的有源传感器区域104，并扫描具有传感器像素202的有源传感器区域204。控制器110可以被配置为根据处理器112从存储器114执行的一个或更多预定的或用户编程的扫描模块116(例如，一个或更多组程序指令)，使得传感器100扫描有源传感器区域104和有源传感器区域204。在实施例中，控制器110被配置为生成与从传感器像素102和传感器像素202接收的电信号相关联的图像、映像、或数据结构。例如，传感器像素102和传感器像素202可以扫描有源传感器区域104和有源传感器区域204并将与一个或更多检测的结构(例如，功能化珠粒106的团聚物107、或功能化珠粒206的团聚物207、或其它有源传感器区域中的团聚物)相关联的电信号发送至控制器110。控制器110然后可以基于从传感器像素102和传感器像素202接收的电信号来生成图像、映像、或数据结构。例如，控制器110可以被配置为将从传感器像素102和传感器像素202中的相应传感器像素接收的电信号与相应的数据点(例如，生成的图像或映像的相应图像像素)相关联。在实施例中，控制器110可以被配置为通过基于有源传感器区域104和有源传感器区域204的一系列的图像(例如，视频(video footage))检测团聚物107和团聚物207来监控有源传感器区域104和有源传感器区域204的覆盖度或覆盖度变化。
在一些实施例中，控制器110被配置为接收来自第一和第二多个传感器像素102和202的电信号。控制器110可以被配置为处理电信号以确定来自第一多个传感器像素102的子集109的电信号是否指示多个第一功能化珠粒106的凝集，并确定来自第二多个传感器像素202的子集209的电信号是否指示多个第二功能化珠粒206的凝集。例如，在图6B中示例的实施例中，传感器像素102的子集109(例如，一个或更多传感器像素102)可以基于与珠粒106的检测的团聚物107对应的电信号来指示第一功能化珠粒106的凝集，且传感器像素202的子集209(例如，一个或更多传感器像素202)能够基于与珠粒206的检测的团聚物207对应的电信号来指示第二功能化珠粒206的凝集。控制器110可以被配置为基于多个第一功能化珠粒106的凝集、多个第二功能化珠粒206的凝集、或该二者来确定流体样本中的目标分析物的浓度。例如，控制器110可以被配置为确定设置于第一有源传感器区域104、第二有源传感器区域204或该二者中的流体样本的相应部分中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，来自第一有源传感器区域104和第二有源传感器区域204的浓度测量结果可以被平均、合计，或者可以基于与参考数据的一致性、符合度等选择测量结果之一。在一些实施例中，控制器110被配置为处理电信号，以确定来自多个传感器像素的一个或更多子集(例如，子集109和/或子集209)的电信号是否指示与该一个或更多子集相邻设置的功能化珠粒的凝集。控制器110还可以被配置为随时间的过去监控电信号，以测量功能化珠粒的凝集速率，并基于该凝集速率确定流体样本中的目标分析物的浓度(例如，对于每个有源传感器区域和/或子集)。控制器110可以被配置为将每个有源传感器区域中确定的目标分析物的浓度与表示对于目标分析物的动态范围的数据进行比较，并且还被配置为基于其目标分析物的浓度在目标分析物的动态范围内的有源传感器区域确定流体样本中的目标分析物浓度。
在实施例中，传感器100被配置为当功能化珠粒106和功能化珠粒206达到了能够被传感器像素102(或传感器像素202)中的一个或多个检测到的阈值大小时，检测功能化珠粒106的团聚物107和功能化珠粒206的团聚物207。例如，当团聚物覆盖了传感器像素102(或传感器像素202)的相应像素区域中的至少一个阈值部分(例如，50％或更多)时，传感器像素102(或传感器像素202)可以被配置为检测功能化珠粒的团聚物。如图1A和1B所示，功能化珠粒106和功能化珠粒206可以具有小于传感器像素102和传感器像素202的相应像素区域的相应横截面面积，并且因此，分散的功能化珠粒106和功能化珠粒206可能不能够被传感器像素102或传感器像素202中的任何一个检测到。例如，当功能化珠粒没有覆盖传感器像素102的相应像素区域的阈值部分时，单个功能化珠粒106可能不能够被传感器像素102检测到。当多个功能化珠粒106凝集并形成覆盖传感器像素102中的一个的相应像素区域的至少阈值部分的一个或多个团聚物107时，多个功能化珠粒106可以变得可见(例如，能够由传感器100检测到)。例如，图2A显示了覆盖有源传感器区域104的一个传感器像素102的相应像素区域的功能化珠粒106的团聚物107，而有源传感器区域204上方的功能化珠粒206保持分散并因此不能够检测到。图2B显示了有源传感器区域104上方的能够检测到的团聚物107，其比活性传感器区域204上方的能够检测到的团聚物207相对更大。这种情形可以指示与功能化珠粒106相关联的第一测定的更强反应(例如，更快的凝集速率)，其可以指示对流体样本中的分析物浓度的更高的敏感度。
在一些实施例中，控制器110被配置为至少部分地基于指示在相应的有源传感器区域中的凝集的传感器像素的数量来确定流体样本中的目标分析物的浓度。例如，控制器110可以被配置为至少部分地通过确定指示多个第一功能化珠粒106的凝集的第一多个传感器像素102的子集(或多个子集)109中的传感器像素的数量，来确定流体样本中目标分析物的浓度。在实施例中，生成具有高于阈值信号强度的信号强度(例如，幅值)的电信号的传感器像素102可以指示存在与传感器像素102相邻的珠粒106的团聚物107，从而指示凝集。在一些实施例中，控制器110可以被配置为至少部分地通过确定指示多个第二功能化珠粒206的凝集的第二多个传感器像素202的子集(或多个子集)209中的传感器像素的数量，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，控制器110被配置为至少部分地通过确定指示多个第一功能化珠粒106的凝集的第一多个传感器像素102的子集(或多个子集)109中的传感器像素的数量和指示多个第二功能化珠粒206的凝集的第二多个传感器像素202的子集(或多个子集)209中的传感器像素的数量，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。例如，可以对结果进行比较或量化(例如，平均或汇总)以确定目标分析物浓度。
在一些实施例中，控制器110被配置为至少部分地基于凝集速率确定流体样本中目标分析物的浓度。例如，凝集速率可以是凝集珠粒的覆盖率增长的速率或者珠粒在流体样本中的分散降低的速率。控制器110可以被配置为至少部分地通过确定与指示了多个第一功能化珠粒106随着时间的凝集的第一多个传感器像素的子集(或多个子集)109中的传感器像素的数量相对应的第一凝集速率，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。在另一个实施例中，控制器110可以被配置为至少部分地通过确定与指示多个第二功能化珠粒206随着时间的凝集的第二多个传感器像素202的子集(或多个子集)209中的传感器像素的数量相对应的第二凝集速率，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，控制器110被配置为至少部分地通过确定与指示多个第一功能化珠粒106随着时间的凝集的第一多个传感器像素102的子集(或多个子集)109中的传感器像素的数量相对应的第一凝集速率和与指示多个第二功能化珠粒206随着时间的凝集的第二多个传感器像素202的子集(或多个子集)209中的传感器像素的数量相对应的第二凝集速率来确定流体样本中的目标分析物的浓度。例如，可以对结果进行比较、平均或汇总以确定目标分析物浓度。在一些实施例中，控制器被配置为将第一凝集速率、第二凝集速度、或者第一凝集速率和第二凝集速度两者与参考数据集或数据曲线图(例如，如图11或图12所示的数据)进行比较，以确定流体样本中的目标分析物的浓度。
不是或除了确定指示凝集的传感器像素的数量之外，控制器110可以被配置为至少部分地通过识别和量化(例如，平均)来自相邻传感器像素的信号测量结果，来确定流体样本中目标分析物的浓度。例如，控制器110可以被配置为至少部分地通过识别和量化(例如，平均)来自指示多个第一功能化珠粒106的凝集的第一多个传感器像素102的子集(或子集)109中的相邻传感器像素102的信号测量结果、识别和量化(例如，平均)来自指示多个第二功能化珠粒206的凝集的第二多个传感器像素的子集(或多个子集)209中的相邻传感器像素202的信号测量结果、或两者，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，控制器110可以被配置为至少部分地通过确定与来自指示多个第一功能化珠粒106随着时间的凝集的第一多个传感器像素102的子集(或多个子集)109中的相邻传感器像素102的量化(例如，平均的或汇总的)信号测量结果相对应的第一凝集速率和/或确定与来自指示多个第二功能化珠粒206随着时间的凝集的第二多个传感器像素102的子集(或多个子集)209中的相邻传感器像素102的量化(例如，平均的或汇总的)信号测量结果相对应的第二凝集速率，来确定流体样本中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，控制器被配置为将第一凝集速率、第二凝集速率、或者第一凝集速率和第二凝集速度两者与参考数据集或数据图(例如，如图11或图12所示的数据)进行比较，以确定流体样本中的目标分析物的浓度。
在一些实施例中，可以通过对两个或更多个传感器像素102进行分组来调整扫描间距和/或像素区域。例如，如图3所示，两个或更多个传感器像素102可以被配置为一个(较大的)软件限定的传感器像素118。在实施例中，第一有源传感器区域104包括比第二有源传感器区域204的传感器像素202更大的传感器像素102。在其它实施例中，第一有源传感器区域104包括软件定义的像素118(每一个包括两个或更多个传感器像素102)，其中软件定义的像素118大于第二有源传感器区域204的传感器像素202。在一些实施例中，控制器110被配置为组合(例如，汇总或平均)来自两个或更多个传感器像素102的电信号，以便将电信号视为已经来自包括两个或更多个传感器像素102的一个软件定义的传感器像素118。例如，控制器110可以组合来自4,9,16,...n2个传感器像素102的组的电信号以实现不同的像素大小。通过举例的方式提供了平方数字的分组；然而，可以实现两个或更多个传感器像素102的任何分组。通过对传感器像素102进行分组以定义较大的传感器像素(例如，软件定义的像素118)，控制器110可以使传感器100以不同的传感器间距来扫描有源传感器区域104。在一些实施例中，控制器110可以被配置成使得传感器执行逐渐更高分辨率的扫描。例如，控制器110可以被配置为使得传感器执行可以以更高速度执行的低分辨率(大像素)扫描，接着是更高分辨率(小像素)扫描(例如，以检查更小的、在低分辨率扫描下无法检测到的团聚物)。在一些情况下，可以在同一有源传感器区域104处实施多个扫描间距，以便执行具有不同响应范围的多个测定。例如，可以执行两个测定，其中第一测定可以具有可能需要较小的用于检测的传感器像素的第一(较低)响应范围(例如，生成小的团聚物)，并且第二测定可以具有第二(较高)响应范围，使得更大的像素可以用于检测。在该示例中，为第二测定实施较大的软件定义的传感器像素118，可以帮助避免来自第一测定的干扰，因为软件定义的传感器像素118可以被配置为使得它们不检测并且有效地过滤掉由第一测定形成的功能化珠粒的团聚物。在实施方式中，传感器100可以被配置为具有用于胎儿生存能力评估测试的多个扫描间距。例如，在实验室测试的具有“超出范围——高”的结果的样本通常被稀释并重新运行以获得定量结果。许多测定试剂盒具有1至400mIU/mL的测定范围。因为正常的怀孕中hCG水平可以高到300,000mIU/mL，这些样本必须稀释多达1:1,000，并重新运行。通常，通过对样本进行连续1:10的稀释并然后测试每一个来执行稀释。所以，这可能导致多达三个附加的需要运行和处理的测定。在有源传感器区域104中使用多个扫描间距，可以执行能够覆盖一定范围的hCG水平的单个测试(其由多个测定域组成)——这可以在单个测量程序中使用单个血液样本来完成。通过设计具有重叠测定范围的测定域，可以覆盖2至300,000+mIU/mL的正常hCG值的范围。每一个测定范围可以覆盖大约2.5个数量级的范围。例如，传感器100可以被配置为实现三个重叠的测定范围：测定范围#1：2至300mIU/mL；测定范围#2：100至15,000mIU/mL；以及测定范围#3：5,000至750,000mIU/mL。这些范围仅作为示例提供，并不旨在以任何方式限制本公开。
在图4所示的实施例中，除了实现软件定义的像素118(或除了软件定义的像素118之外)，传感器100可以包括被配置为同时接收流体样本108的多个有源传感器区域(例如，具有较小的传感器像素102和较细传感器间距的有源传感器区域以及至少一个具有较大传感器像素120和较粗传感器间距的第二有源传感器区域)。例如，有源传感器区域(例如，包括传感器像素102的有源传感器区域和包括传感器像素120的有源传感器区域)可以被设置在相对的表面上(例如，如图4中所示彼此面对，用于接收流体样本108的空间位于有效传感器区域之间)。
再次参考图1A和1B，控制器110被配置为使得传感器100(周期性地或连续地)扫描具有多个传感器像素102和传感器像素202的有源传感器区域104和有源传感器区域204。在实施例中，控制器110被配置为使得传感器100执行多次扫描以检测功能化珠粒106的团聚物107和功能化珠粒206的团聚物207的生长速率。控制器110可以被配置为当被传感器100检测到没有功能化珠粒的团聚物时(例如，当功能化珠粒不凝集到能够被传感器100的传感器像素检测到的临界质量时)，确定不存在功能化珠粒的团聚物。在实施例中，控制器110被配置为基于监测由传感器100检测到的团聚物来确定流体样本的各种属性。例如，控制器110可以被配置为基于由检测到的功能化珠粒106的团聚物107的有源传感器区域104中的覆盖或变化、或者由检测到的功能化珠粒206的团聚物207的有源传感器区域204中的覆盖或变化，来确定在流体样本中至少一个分析物的浓度。控制器110可以被配置为基于由控制器110从传感器像素102和传感器像素202周期性地接收的信号来追踪团聚物的覆盖水平和/或增长速率。例如，控制器110可以被配置成对有源传感器区域104和有源传感器区域204进行成像。在一些实施例中，控制器110被配置为以每秒若干帧的速率收集传感器数据。控制器110可以被配置为基于从传感器像素102和传感器像素202收集的信号(例如，基于追踪随着时间由功能性珠粒106/206的团聚物107/207覆盖的传感器像素的数量)生成针对有源传感器区域中的相应的有源传感器区域(例如，针对有源传感器区域104和有源传感器区域204)的曲线(或多条曲线)。控制器110还可以被配置为将曲线与参考数据(例如，校准曲线)进行比较以确定流体样本的相应部分(例如，部分108或部分208)中或在不同的流体样本中分析物的浓度(或多种分析物的浓度)。例如，图11和12显示了由功能化珠粒的团聚物来覆盖有源传感器区域(诸如有源传感器区域104和204)的示例性校准曲线和收集的数据曲线。例如，图12显示了第一传感器单元(A)、第二传感器单元(B)和第三传感器单元(C)的数据。
控制器110可以被配置为生成与测定结果相关联的数据和/或通信信号。在一实施例中，控制器110被配置为报告以下指示：在第一有源传感器区域104由功能化珠粒106的团聚物107覆盖的水平或比率(rate)不符合第一参考数据集或数据曲线图(例如，不符合校准曲线)时，流体样本的第一部分108中的分析物的浓度处于范围之外。控制器110还可以被配置为当第一有源传感器区域104由功能化珠粒106的团聚物107覆盖的水平或比率不符合第一参考数据集或数据曲线图但第二有源传感器区域204由功能化珠粒206的团聚物207覆盖的水平或比率符合第二参考数据集或数据曲线图(例如，处于距校准曲线允许偏差的阈值水平内)时，报告分析物在流体样本的第二部分208中的确定浓度。控制器110可以被配置为当第一有源传感器区域104由功能化珠粒106的团聚物107覆盖的水平或比率符合第一参考数据集或数据曲线图时，报告分析物在流体样本的第一部分108中的确定浓度，并且还被配置为当第二有源传感器区域204由功能化珠粒206的团聚物207覆盖的水平或比率符合第二参考数据集或数据曲线图时，报告分析物在流体样本的第二部分208中的确定浓度。在其它实施例中，控制器110被配置为基于第一有源传感器区域104由功能化珠粒106的团聚物107覆盖的水平或比率与第一参考数据集或数据曲线图之间的第一一致性和第二有源传感器区域204由功能化珠粒206的团聚物207覆盖的水平或比率与第二参考数据集或数据曲线图之间的第二一致性，来报告分析物在流体样本的第一部分108中的确定浓度或分析物在流体样本的第二部分208中的确定浓度中的至少一个。例如，控制器110可以被配置为基于两种测定中的哪一种显示出对分析物的浓度的更高的敏感度(例如，更快的凝集速率或更好的对应于校准曲线之一)来报告分析物在流体样本的第一部分108中的确定浓度或分析物在第二部分208中的确定浓度。在另一示例中，控制器110可以报告结果或者平均或综合结果这两者(例如，当两者都显示高灵敏度时，或者当每一种对不同的分析物显示更高的灵敏度时)。
在图7A和图7B所示的实施例中，传感器100可以在有源传感器区域中(例如，在有源传感器区域104中)采用多组功能化珠粒(例如，至少第一多个功能化珠粒106和第二多个功能化珠粒130)。功能化珠粒106和功能化珠粒130可以具有比由传感器像素102限定的相应像素区域小的相应横截面面积。功能化珠粒106和功能化珠粒130还可以具有可由传感器100检测的一个或多个物理参数。在实施例中，功能化珠粒106具有不同于功能化珠粒130的至少一个可检测物理参数的至少一个可检测物理参数。可由传感器100检测的不同物理参数可以包括但不限于珠粒尺寸、形状、颜色、光学性质(例如，反射率)、磁特性(例如，场强度)或电特性(例如，电导或阻抗)、其组合等。
在实施例中，控制器110被配置为检测与功能化珠粒106中检测到的多个功能化珠粒相关联的至少第一物理参数以及与功能化珠粒130中检测到的多个功能化珠粒相关联的至少第二物理参数。控制器110还被配置为通过将第一物理参数和第二物理参数与一个或多个所存储的物理参数(例如，存储在存储器114中或以其他方式可由控制器110存取)进行比较来在功能化珠粒106和功能化珠粒130之间进行区分。例如，控制器110可以将从传感器像素102接收到的电信号或产生的图像、映射或数据结构与具有存储的信号参数、图像、映射或数据结构的库进行比较，以将功能化珠粒106与功能化珠粒130进行区分。
控制器110还可以被配置为确定与由传感器像素102检测到的功能化珠粒106和功能化珠粒130相关联的测定结果。图7A显示了功能化珠粒106和功能化珠粒130二者都被分散开的示例。功能化珠粒106和功能化珠粒130可以彼此不同地被功能化。例如，功能化珠粒106和功能化珠粒130可以被配置为分别进行第一测定和第二测定。第一测定可能对第一分析物敏感，而第二测定对第二(不同的)分析物敏感。例如，当第一分析物存在于流体样本108中时，功能化珠粒106可以被配置为凝集(或保持分散)，并且当第二分析物存在时，功能化珠粒130被配置为凝集(或保持分散)。图7B显示功能化珠粒106和功能化珠粒130两者都凝集的示例，其中功能化珠粒130形成比由功能化珠粒106形成的团聚物107大的团聚物131。这可以指示出与关联于功能化珠粒131的分析物的更高浓度相关联(由关联于功能化珠粒131的分析物的更高浓度引起)的更快的反应速率。在一些实施例中，功能化珠粒106可以包括具有高介电常数的绝缘珠粒，而功能化珠粒130可以包括导电珠粒。在存在促滤泡激素的情况下，绝缘珠粒(功能化珠粒106)可以被功能化以凝集，而导电珠粒(功能化珠粒130)可以在存在雌二醇的情况下被功能化以凝集。传感器100可以被配置为检测(例如，成像)两种类型的珠粒的团聚物(团块)。例如，控制器110可以被配置为基于可影响由传感器像素102感测的阻抗、电容或磁场的导电性的差异来将功能化珠粒106的团聚物107与功能化珠粒106的团聚物131区分开来。
控制器110还可以被配置为确定流体样本108中检测到的分析物的量或浓度。例如，控制器110可以被配置为基于功能化珠粒106的检测到的凝集速率(即，成团速率)、数量或检测到的团聚物(即团块)的大小来确定与用功能化珠粒106执行的第一测定相关联的第一分析物的浓度。类似地，控制器110可以被配置为基于功能化珠粒130的检测到的凝集速率、数量或检测到的团聚物的大小来确定与用功能化珠粒130执行的第二测定相关联的第二分析物的浓度。在一些实施例中(例如，如本文先前所讨论的)，控制器110可以被配置为基于传感器像素102的多次扫描来产生时间推移图像，以便确定凝集速率或监测一个或多个检测的团聚物的生长。控制器110还可以被配置为基于时间推移图像来生成数据曲线，并将数据曲线与一个或多个校准曲线进行比较，以确定数据曲线是否对应于预期结果，由此可以确定分析物的浓度。
示例性过程
图8A至图10B示出了用于使用功能化珠粒(例如，功能化珠粒106和功能化珠粒206)进行测定的示例性过程300、400和500，该功能化珠粒具有比由传感器(例如，本文所述且图1A至图7B所示的传感器100)的传感器像素(例如，传感器像素102和传感器像素202)限定的相应像素区域小的相应横截面面积。通常，所公开的过程(例如，过程300、400和500)的操作可以以任意顺序执行，除非权利要求中另有规定。
现在参照图8A和图8B，在过程300中，可以在传感器100的第一有源传感器区域104处接收流体样本的第一部分108(框302)。流体样本的第一部分108可以与第一多个功能化珠粒106混合以进行第一测定。可以在传感器100的第二有源传感器区域204处接收流体样本(或第二流体样本)的第二部分208(框304)。流体样本的第二部分208可以与第二多个功能化珠粒206混合以进行第二测定。在实施方式中，第一测定和第二测定被配置为检测流体样本中的分析物的不同浓度范围。在一些实施方式中，可以采用另外的传感器单元(例如，可以被配置为彼此不同的另外的有源传感器区域和相应组的功能化珠粒，例如包括第三多个传感器像素的第三有源传感器区域、第四有源传感器区域、等)。传感器100(例如，经由控制器110)可以从第一和第二多个传感器像素102和202接收电信号(框306)。控制器110可以处理电信号以确定来自第一多个传感器像素102的子集109的电信号是否指示多个第一功能化珠粒106的凝集，并且确定来自第二多个传感器像素202的子集209的电信号是否指示多个第二功能化珠粒206的凝集(框308)。例如，在图6B中所示的实施例中，传感器像素102的子集109(例如，一个或多个传感器像素102)可以基于对应于检测到的珠粒106的团聚物107的电信号来指示第一功能化珠粒106的凝集，并且传感器像素202的子集209(例如，一个或多个传感器像素202)可以基于对应于检测到的珠粒206的团聚物207的电信号来指示第二功能化珠粒206的凝集。控制器110可以基于多个第一功能化珠粒106的凝集、多个第二功能化珠粒206的凝集或两者来确定流体样本中的目标分析物的浓度(框310)。例如，控制器110可以被配置为确定布置在第一有源传感器区域104、第二有源传感器区域204或两者中的流体样本的相应部分中的目标分析物的浓度。在一些实施例中，来自第一有源传感器区域104和第二有源传感器区域204的浓度测量结果可以被平均或综合，或者可以基于一致性、与参考数据的符合性等来选择测量结果之一。控制器110然后可以生成表示目标分析物的浓度的数据(框312)。例如，控制器110可以被配置为报告目标分析物的浓度值和/或生成浓度值的图形描绘。
如图9所示，在过程400中，可以在传感器100的多个相应的有源传感器区域(例如，有源传感器区域104、204等)处接收流体样本的若干部分(例如，部分108、208等)(框402)。流体样本的部分可以与相应组的功能化珠粒(例如，功能化珠粒106、206等)混合。传感器100(例如，经由控制器110)可以从构成多个有源传感器区域的多个传感器像素(例如，传感器像素102、202等)接收电信号(框404)。控制器110可以处理电信号以确定来自多个传感器像素(例如，传感器像素102、202等)的一个或多个子集(例如，子集109和/或子集209等)的电信号是否指示多个功能化珠粒(例如，功能化珠粒106、206等)的凝集(框406)。例如，在图6B所示的实施例中，传感器像素102的子集109(例如，一个或多个传感器像素102)可以基于对应于检测到的珠粒106的团聚物107的电信号来指示第一功能化珠粒106的凝集，并且传感器像素202的子集209(例如，一个或多个传感器像素202)可以基于对应于检测到的珠粒206的团聚物207的电信号来指示第二功能化珠粒206的凝集。控制器110可以基于多个功能化珠粒(例如，功能化珠粒106、206等)的凝集来确定流体样本中的目标分析物的浓度(框408)。控制器110然后可以生成表示目标分析物的浓度的数据(框410)。例如，控制器110可以被配置为报告目标分析物的浓度值和/或生成浓度值的图形描绘。
另一示例性过程500在图10A和图10B中示出，其中该过程通过随着时间对来自多个传感器像素(例如，传感器像素102、202等)的电信号进行监测来追踪凝集速率。可以在传感器100的多个相应的有源传感器区域(例如，有源传感器区域104、204等)处接收流体样本的若干部分(例如，部分108、208等)(框502)。可以将流体样品的部分与相应组的功能化珠粒(例如，功能化珠粒106、206等)混合。传感器100(例如，经由控制器110)可以接收来自构成多个有源传感器区域的多个传感器像素(例如，传感器像素102、202等)的电信号(框504)。控制器110可以对电信号进行处理，以确定来自多个传感器像素(例如，传感器像素102、202等)的一个或多个子集(例如，子集109和/或子集209等)的电信号是否指示多个功能化珠粒(例如，功能化珠粒106、206等)的凝集(框506)。例如，在图6B所示的实施例中，传感器像素102的子集109(例如，一个或多个传感器像素102)可以基于与检测到的珠粒106的团聚物107相对应的电信号来指示第一功能化珠粒106的凝集，并且传感器像素202的子集209(例如，一个或多个传感器像素202)可以基于与检测到的珠粒206的团聚物207相对应的电信号来指示第二功能化珠粒206的凝集。控制器110可以随时间对电信号进行监测，以测量功能化珠粒的凝集速率，并且基于凝集速率或凝集程度(extent)来确定流体样品中的目标分析物的浓度(框508)。控制器110可以将在每个有源传感器区域中确定的目标分析物的浓度与表示目标分析物的动态范围的数据进行比较(框510)。例如，控制器110可以将第一有源传感器区域108由功能化珠粒106的团聚物107覆盖的水平或比率与参考数据集或数据曲线图进行比较(例如，与校准曲线，例如图11所示的校准曲线进行比较)，以确定流体样本的第一部分108中的分析物(或多个分析物)的浓度，和/或可以将第二有源传感器区域204由功能化珠粒206的团聚物207覆盖的水平或比率与参考数据集或数据曲线图进行比较(例如，与校准曲线，例如图11所示的校准曲线进行比较)，以确定流体样本的第二部分208中的分析物的浓度。控制器110可以被配置为基于目标分析物的浓度在目标分析物的动态范围以内的有源传感器区域来确定流体样品中的目标分析物的浓度(框512)。在实施方式中，传感器100随时间收集多个数据点，以生成针对第一有源传感器区域108的曲线和针对第二有源传感器区域208的曲线(举例来说，例如图12所示的数据曲线)，并且然后将数据曲线与校准曲线进行比较以确定数据曲线是否与校准曲线中的一个相符合(例如，具有阈值对应性)。例如，表示目标分析物的动态范围的数据可以从多个参考数据集或曲线图(举例来说，例如图13所示的曲线图A、B、C、D以及E)中选择。参考图13，表示目标分析物的动态范围的参考数据集或曲线图可以通过以下操作来选择：将流体样品中的目标分析物的凝集速率与多个参考数据集或数据曲线图(例如，曲线图A、B、C、D以及E)进行比较，并且选择具有与流体样本中的目标分析物的凝集速率(CX)最接近的拐点(CD)的参考数据集或数据曲线图(例如，曲线图D)。例如，图13示出了分别穿过曲线图A、B、C、D以及E的拐点CA、CB、CC、CD以及CE的线1302。如可以看出的，曲线图D的拐点CD最靠近传感器在时间X处检测到的凝集速率CX。基于这样的比较，控制器110可以被配置为选择曲线图D作为表示目标分析物的动态范围的数据，其中曲线图平稳或变得基本上平坦的点可以指示目标分析物的动态范围的端点。在基于目标分析物的浓度在目标分析物的动态范围以内的有源传感器区域对目标分析物浓度进行了确定之后，控制器110可以生成表示目标分析物的浓度的数据(框514)。例如，控制器110可以被配置为报告目标分析物的浓度值和/或生成浓度值的图形描绘。
贯穿本公开所描述的各种功能、操作、框或步骤可以以任何顺序通过硬件、软件、或固件的任何组合来执行。例如，控制器110可以被配置为执行方法300的一个或多个框。在实施例中，控制器110可以包括以下中的一个或多个：电子电路、逻辑门、复用器、可编程逻辑器件、专用集成电路(ASIC)、控制器/微控制器、或计算系统。控制器110可以包括具有至少一个处理器(例如，处理器112)的任何设备，该处理器被配置为执行来自载体介质(例如，存储器114)的程序指令(例如，软件模块，例如扫描模块116)。
结论
应该理解，本申请由所附权利要求限定。尽管已经在这里示出并描述本申请的实施例，但是显而易见的是，在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以由本领域技术人员做出各种修改。

Claims (20)

1.一种传感器组件，包括：
腔，其被配置为接收流体样本；
第一有源传感器区域，其被布置在所述腔的第一部分中并且被配置为接收所述流体样本的第一部分，并且所述第一有源传感器区域包括：
第一表面，所述第一表面具有第一多个传感器像素，每个传感器像素具有第一像素区域，以及
第一功能化绝缘珠粒，其被布置在所述第一表面上，所述第一功能化绝缘珠粒具有比所述第一像素区域小的横截面面积，并且具有第一涂层，所述第一涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本的所述第一部分中时引起多个所述第一功能化绝缘珠粒的凝集；
第二有源传感器区域，其被布置在所述腔的第二部分中并且被配置为接收所述流体样本的第二部分，并且所述第二有源传感器区域包括：
第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对且具有第二多个传感器像素，每个传感器像素具有第二像素区域，以及
第二功能化导电珠粒，其被布置在所述第二表面上，所述第二功能化导电珠粒具有比所述第二像素区域小的横截面面积，并且具有第二涂层，所述第二涂层被配置为当所述目标分析物存在于所述流体样本的所述第二部分中时引起多个所述第二功能化导电珠粒的凝集；以及
控制器，其被配置为：
接收来自所述第一多个传感器像素和所述第二多个传感器像素的电信号，
对所述电信号进行处理，以确定来自所述第一多个传感器像素的子集的电信号是否指示所述第一表面上的所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集，并且确定来自所述第二多个传感器像素的子集的电信号是否指示所述第二表面上的所述多个第二功能化导电珠粒的凝集，
基于所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集、所述多个第二功能化导电珠粒的凝集、或这两者来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度；以及
生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述控制器被配置为至少部分地通过以下操作来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度：
确定所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的传感器像素的数量，
确定所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的传感器像素的数量，或者
确定所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的传感器像素的数量、以及所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的传感器像素的数量。
3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述控制器被配置为至少部分地通过以下操作来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度：
确定随着时间的第一凝集速率，所述第一凝集速率与所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的传感器像素的数量相对应，
确定随着时间的第二凝集速率，所述第二凝集速率与所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的传感器像素的数量相对应，或者
确定随着时间的所述第一凝集速率以及随着时间的所述第二凝集速率，所述第一凝集速率与所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的传感器像素的数量相对应，所述第二凝集速率与所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的传感器像素的数量相对应。
4.根据权利要求3所述的传感器组件，其中，所述控制器还被配置为将所述第一凝集速率、所述第二凝集速率或所述第一凝集速率和所述第二凝集速率两者与参考数据集或数据曲线图进行比较，以确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述控制器被配置为至少部分地通过以下操作来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度：
识别和量化来自所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的相邻传感器像素的信号测量结果，
识别和量化来自所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的相邻传感器像素的信号测量结果，或者
识别和量化来自所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的相邻传感器像素的信号测量结果，并且识别和量化来自所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的相邻传感器像素的信号测量结果。
6.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述控制器被配置为至少部分地通过以下操作来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度：
确定随着时间的与来自所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的相邻传感器像素的量化信号测量结果相对应的第一凝集速率，
确定随着时间的与来自所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的相邻传感器像素的量化信号测量结果相对应的第二凝集速率，或者
确定随着时间的与来自所述第一多个传感器像素的子集中的指示所述多个第一功能化绝缘珠粒的凝集的相邻传感器像素的量化信号测量结果相对应的所述第一凝集速率、以及随着时间的与来自所述第二多个传感器像素的子集中的指示所述多个第二功能化导电珠粒的凝集的相邻传感器像素的量化信号测量结果相对应的所述第二凝集速率。
7.根据权利要求6所述的传感器组件，其中，所述控制器还被配置为将所述第一凝集速率、所述第二凝集速率、或所述第一凝集速率和所述第二凝集速率两者与参考数据集或数据曲线图进行比较，以确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度。
8.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述第一有源传感器区域被配置为执行第一测定，并且所述第二有源传感器区域被配置为执行第二测定，其中，所述第一测定和所述第二测定对所述目标分析物的不同浓度范围是敏感的。
9.根据权利要求8所述的传感器组件，其中，所述第一功能化绝缘珠粒与所述第二功能化导电珠粒具有不同的尺寸，以便检测所述目标分析物的不同浓度范围。
10.根据权利要求8所述的传感器组件，其中，所述第一功能化绝缘珠粒与所述第二功能化导电珠粒具有不同的成分，以便检测所述目标分析物的不同浓度范围。
11.根据权利要求8所述的传感器组件，其中，所述第一功能化绝缘珠粒与所述第二功能化导电珠粒被涂覆有不同的试剂量，以便检测所述目标分析物的不同浓度范围。
12.根据权利要求8所述的传感器组件，其中，所述第一功能化绝缘珠粒与所述第二功能化导电珠粒被涂覆有不同的试剂，以便检测所述目标分析物的不同浓度范围。
13.根据权利要求8所述的传感器组件，其中，所述第一像素区域不同于所述第二像素区域，以便检测所述目标分析物的不同浓度范围。
14.根据权利要求13所述的传感器组件，其中，所述第一像素区域比所述第二像素区域大。
15.根据权利要求14所述的传感器组件，其中，所述第一多个传感器像素中的每个传感器像素均包括软件定义的传感器像素，所述软件定义的传感器像素包括至少两个传感器像素。
16.一种分析物传感器，包括：
腔，其被配置为接收流体样本；
多个有源传感器区域，每个有源传感器区域被布置在所述腔的不同部分中，并且被配置为接收所述流体样本的一部分，每个有源传感器区域包括一表面，所述表面具有多个传感器像素，每个传感器像素具有像素区域，并且每个传感器像素被配置为生成指示电场变化的电信号；
多个功能化珠粒，其被布置在所述腔的所述不同部分中，所述多个功能化珠粒包括布置在第一表面上的第一组珠粒和布置在与所述第一表面相对的第二表面上的第二组珠粒，布置在所述第一表面上的所述第一组珠粒是绝缘珠粒且布置在所述第二表面上的所述第二组珠粒是导电珠粒，每个功能化珠粒包括：比所述像素区域小的横截面面积、以及涂层，所述涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本的所述部分中时引起所述多个功能化珠粒的至少一部分相互凝集；以及
控制器，其被配置为：
从在每个有源传感器区域中的所述多个传感器像素接收电信号，
对所述电信号进行处理，以确定来自所述多个传感器像素的一个或多个子集的所述电信号是否指示与所述一个或多个子集相邻布置的所述功能化珠粒的凝集，
基于所述功能化珠粒的凝集来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度，以及
生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
17.根据权利要求16所述的分析物传感器，其中，所述电场是垂直电场、水平电场或振荡电场中的至少一种。
18.根据权利要求16所述的分析物传感器，其中，所述电场是具有在1兆赫到300兆赫范围内的频率的振荡电场。
19.一种传感器，包括：
腔，其被配置为接收流体样本；
多个有源传感器区域，每个有源传感器区域被布置在所述腔的不同部分中，并且被配置为接收所述流体样本的一部分，每个有源传感器区域包括一表面，所述表面具有被配置成阵列的多个传感器像素，每个传感器像素均具有像素区域；
多个功能化珠粒，其被布置在所述腔的所述不同部分中，所述多个功能化珠粒包括布置在第一表面上的第一组珠粒和布置在与所述第一表面相对的第二表面上的第二组珠粒，布置在所述第一表面上的所述第一组珠粒是绝缘珠粒且布置在所述第二表面上的所述第二组珠粒是导电珠粒，每个功能化珠粒包括：比所述像素区域小的横截面面积、以及涂层，所述涂层被配置为当目标分析物存在于所述流体样本中时引起所述多个功能化珠粒的至少一部分相互凝集；以及
控制器，其被配置为：
从每个有源传感器区域接收来自所述有源传感器区域中的所述多个传感器像素的电信号，
对所述电信号进行处理，以确定来自所述多个传感器像素的一个或多个子集的所述电信号是否指示与所述一个或多个子集相邻布置的所述功能化珠粒的凝集，
随着时间对所述电信号进行监测以测量所述功能化珠粒的凝集速率，并且基于所述凝集速率来确定所述流体样本中的所述目标分析物的浓度，
将在每个有源传感器区域中确定的所述目标分析物的浓度与表示所述目标分析物的动态范围的数据进行比较，
基于所述目标分析物的浓度在所述目标分析物的动态范围以内的有源传感器区域来确定所述流体样本中的目标分析物的浓度，以及
生成表示所述目标分析物的浓度的数据。
20.根据权利要求19所述的传感器，其中表示所述目标分析物的动态范围的数据是通过以下操作从多个参考数据集或数据曲线图中选择的：
将所述流体样本中的所述目标分析物的凝集速率与所述多个参考数据集或数据曲线图进行比较，以及
选择具有与所述流体样本中的所述目标分析物的所述凝集速率最接近的拐点的参考数据集或数据曲线图。
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