CN108449990A - 用于分析生物样品的模块化测试装置 - Google Patents

Abstract

模块化测试装置包括基座单元和与所述基座单元通信的扩展单元。所述扩展单元包括壳体、含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于其中的容器和定位在所述壳体中的光学组件。所述光学组件被构造成扩增并且检测来自所述生物样品和反应剂混合物的信号。将在所述光学组件中收集的数据传输到所述基座单元。

Description

用于分析生物样品的模块化测试装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月25日提交并且标题为“用于分析生物样品的模块化测试装置”的美国临时申请第62/138,157号的优先权，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

本发明涉及能够分析生物样品的装置，并且具体来说，涉及用于分析生物样品的模块化测试装置。

在实地收集生物样品后，生物样品通常在实验室中测试。在样品已经被收集之后，为了制备样品，采取许多步骤，包括将样品与制备用于测试的样品需要的反应缓冲液、染料和任何其它化学溶液混合。在样品制备期间或之后，还需要准备测试设备。这可包括升温设备，校正设备用于运行特定测试，和通过用于特定测试所需要的任何其它初始步骤运行使用的设备。一旦样品和设备准备好，所制备的样品就可置于设备中用于测试。

用于测试上述生物样品的典型过程具有显著缺点。一个缺点为，生物样品需要在实地收集，带到实验室中，并且然后进行测试。这可存在以下问题。一，在收集生物样品时的时间和其待测试的时间之间，生物样品可被污染。二，可发现，在实地收集不到足够的生物样品，妨碍完成测试。三，稍后可发现，采集的生物样品以其他方式不适合用于测试。在由于以上原因中的任一个而使生物样品不适合用于测试时，将需要收集额外生物样品以便完成测试。这需要额外时间、金钱和其它来源来完成。

为了消除上文所讨论的问题，便携式测试装置可供用于在实地分析生物样品。一种这类装置公开于2014年10月7日提交并且标题为“用于分析生物样品的便携式测试装置”的PCT申请第PCT/US14/59487号中，其公开内容以全文引用的方式并入本文中。为了便携，测试装置需要足够小，使得它们可易于运输。对便携式测试装置尺寸的这种限制使得可一次测试的生物样品的数量受限。

发明内容

模块化测试装置包括基座单元和与基座单元通信的扩展单元。扩展单元包括壳体、含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于其中的容器，和定位在壳体中的光学组件。光学组件被构造成扩增并且检测来自生物样品和反应剂混合物的信号。将在光学组件中收集的数据传输到基座单元。

模块化测试装置包括基座单元和与基座单元通信的扩展单元。基座单元包括具有集成式触摸屏显示器的壳体、含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于其中的容器，和定位在壳体中的光学组件。光学组件被构造成扩增并且检测来自生物样品和反应剂混合物的信号。扩展单元包括壳体、含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于其中的容器，和定位在壳体中的光学组件。光学组件被构造成扩增并且检测来自生物样品和反应剂混合物的信号。

分析在模块化测试装置中的生物样品和反应剂混合物的方法包括制备用于测试的生物样品和反应剂混合物，和将生物样品和反应剂混合物置于样品架中。样品架置于扩展单元中的容器中。开始激发和检测测试程序，以分析在扩展单元中的生物样品和反应剂混合物。从在扩展单元中的激发和检测测试程序收集数据。将数据从扩展单元传输到基座单元。

附图说明

图1A为包括基座单元和扩展单元的模块化测试装置的第一实施例的图示。

图1B为包括基座单元和扩展单元的模块化测试装置的第二实施例的图示。

图1C为包括基座单元和扩展单元的模块化测试装置的第三实施例的图示。

图2A为基座单元的透视图。

图2B为在呈管件阵列形式的样品架置于基座单元中时基座单元的透视图。

图3为基座单元的框图。

图4为扩展单元的透视图。

图5为扩展单元的框图。

图6A为光学组件的透视图。

图6B为光学组件的截面图。

图7为光学组件的加热部分的分解图。

图8为光学组件的透镜部分的分解图。

图9为光学组件的壳体部分的分解图。

图10A为光学组件的第一光学安装部分的部分分解图。

图10B为光学组件的第二光学安装部分的部分分解图。

图10C为光学组件的第一光学安装部分和第二光学安装部分的部分分解图。

图11为示出用于操作模块化测试装置的步骤的流程图。

具体实施方式

一般来说，本公开涉及用于分析生物样品的模块化测试装置。在下文描述的实施例中，模块化测试装置能够以等温扩增过程(如，NEAR化学方法、LAMP化学方法、RPA化学方法或NASBA化学方法)测试生物样品。这消除需要作为扩增核酸产物用于终端检测的手段的热循环。

图1A为包括基座单元102和扩展单元106的模块化测试装置100的图示。图1B为包括基座单元102和扩展单元106的模块化测试器件100的图示。图1C为包括基座单元104和扩展单元106的模块化测试装置100的图示。

模块化测试装置100包括基座单元(包括基座单元102或基座单元104中任一个)和一个或多个扩展单元106。在图1A到图1B中，模块化测试装置100被示出具有基座单元102。基座单元102可用于分析已经与反应混合物混合的生物样品(也称为生物样品和反应剂混合物)。基座单元102包括光学组件，以扩增、激发和检测置于基座单元102中用于测试的生物样品。基座单元102还包括向基座单元102供电的电源、包括能够运行测试方案的部件的电子组件，和显示屏，用户可与所述显示屏介接以选择用于测试方案的参数并且所述显示屏可显示实际上收集的数据。在图1C中，模块化测试装置100被示出为具有基座单元104。在示出的实施例中，基座单元104为桌上型计算机，但在替代实施例中可为膝上型计算机、平板计算机、移动电话、智能手表、嵌入式PC或任何其它合适的计算机。基座单元104包括为基座单元104供电的电源、包括能够运行测试方案的部件的电子组件、机器可读代码读取器，和显示屏，用户可与所述显示屏介接以选择用于测试方案的参数并且所述显示屏可显示实际上收集的数据。

在图1A到图1C示出的实施例中，示出三个扩展单元106。在替代实施例中，可以使用任何数量的扩展单元106。每个扩展单元106包括光学组件，以扩增、激发和检测置于基座单元102中用于测试的生物样品。在图1A到图1C中示出的实施例中，每个扩展单元106还包括向扩展单元106供电的电源。在替代实施例中，扩展单元106不具有电源，但替代地由基座单元供电。每个扩展单元106还包括电子组件，所述电子组件包括能够将数据传输到基座单元的部件。每个扩展单元106与基座单元介接且由所述基座单元控制，所述基座单元为基座单元102或基座单元104中任一个。基座单元与扩展单元106通信以指示在扩展单元106中待运行何种测试和何时起始测试。可用硬连线连接将扩展单元106连接到基座单元或可用无线连接将扩展单元106连接到基座单元。可使用光学组件在每个扩展单元106中完成测试并且将在测试期间收集的数据传输到基座单元。在数据传输到基座单元之前，其可在扩展单元106中进行处理，或其可在处理之前传输到基座单元。无论如何，还可在基座单元中处理数据。

在图1A和图1C示出的实施例中，第一扩展单元106连接到基座单元，第二扩展单元106连接到第一扩展单元106，并且第三扩展单元106连接到第二扩展单元106。在图1B中示出的实施例中，扩展单元106各自连接到基座单元。另外，在替代实施例中，扩展单元106可彼此连接或基座单元可彼此连接。在一个实施例中，例如，基座单元第一102可连接到第二基座单元102。第一基座单元102可将运行何种测试和何时起始测试传输到第二基座单元102。第一基座单元102和第二基座单元102可同时或在不同时间进行测试。在图1A到图1C中的每一个中，可使用硬连线连接或无线连接将扩展单元106和基座单元连接。

扩展单元106可同时或在不同时间进行生物样品的测试。举例来说，每个扩展单元106可装载有生物样品。然后，基座单元可向每个扩展单元106指示测试同时开始。替代地，第一扩展单元106可装载有生物样品并且基座单元可指示第一扩展单元106开始测试。然后，第二扩展单元106可装载有生物样品并且然后基座单元可指示第二扩展单元106开始测试。

扩展单元106可使用浊度、荧光、化学发光、热致发光、光度、吸光率或辐射测量手段来测试生物样品。扩展单元106还可运行不同分析方法，例如免疫分析、DNA扩增、质谱或高效液相色谱法。单个基座单元可控制使用不同测试并且运行不同分析方法的扩展单元106。

模块化测试装置100为有利的，因为其允许用户定制其模块化测试装置100用于不同应用。在用户想要在实地进行测试时，扩展单元106可以与基座单元102一起使用。然后，在用户以实验室设定进行测试时，扩展单元106还可与基座单元104一起使用。扩展单元106还允许用户定制在测试方案期间运行多少测试。模块化测试装置100还可包括支架，其能够保持扩展单元106。支架可被设计成套上基座单元，使得扩展单元106可定位在基座单元上方的支架上。

图2A为基座单元102的透视图。图2B为在呈管件阵列108形式的样品架置于基座单元102中时基座单元102的透视图。基座单元102包括壳体110(包括第一壳体部分112和第二壳体部分114)、显示器116、手柄118、盖子120、容器122(在图2B中示出)和光学组件124(在图2B中示出)。图2B还示出管件阵列108。

基座单元102用于分析已经与反应混合物混合的生物样品(也称为生物样品和反应剂混合物)。壳体110形成基座单元102的主体。壳体110包括第一壳体部分112和第二壳体部分114。第一壳体部分112形成基座单元102的基座部分且第二壳体部分114形成基座单元102的顶部部分。显示器116位于壳体110的前面顶侧上。在示出的实施例中显示器116为触摸屏显示器，但在替代实施例中可为任何合适的显示器。用户可使用显示器116来选择测试方案且设定用于将在基座单元102中运行的测试的参数。用户还可使用显示器116提供样品且检验基座单元102的可追溯性信息。显示器116还将显示在测试期间收集的数据。

壳体110还包括手柄118。在示出的实施例中，手柄118位于壳体110的前侧，但在替代实施例中可位于任何合适位置。在示出的实施例中，手柄118被示出为具有壳体110的集成式手柄，但在替代实施例中，可以任何合适方式附接到基座单元102。手柄118包括在基座单元102上，使得基座单元102可易于在实地运输。

如图2B中所见，在示出的实施例中，容器122位于基座单元102的顶侧，但在替代实施例中可位于任何合适位置。容器122为在基座单元102的壳体110中的开口。含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于容器122中用于测试。在图2B中，容器122被构造成容纳管件阵列108。在替代实施例中，容器122可以能够容纳样品架的任何方式构造。

壳体110还包括盖子120。在示出的实施例中，盖子120位于壳体110的顶侧，但在替代实施例中可位于任何合适位置。盖子120包括在基座单元102上以封盖容器122。在样品架置于基座单元102的容器122中时，其将定位在保持在基座单元102中的光学组件124中。光学组件124恰好定位在容器122下方且可通过容器122出入。光学组件124将能够扩增、激发和检测在样品架中的生物样品。光学组件124包括用于加热生物样品从而使其扩增的加热部件。加热部件可在恒定温度下加热生物样品或加热部件可通过不同温度循环生物样品。然后，光学组件124将使用辐射激发生物样品，使得生物样品具有发射辐射。

盖子120定位在容器122上方以防止辐射通过容器122逸出壳体110。盖子120还防止环境光通过容器122进入壳体110，这防止环境光使在基座单元102中运行的测试的结果偏移或抵消所述测试的结果。盖子120还封盖容器122以防止在基座单元102在实地使用时污染物进入到容器122中。盖子120能够在开放位置和闭合位置之间移动，并且可用任何合适手段保持在闭合位置中。在示出的实施例中，盖子120用磁体保持处于闭合位置。在盖子120处于开放位置时，样品架(包括管件阵列108)可插入到容器122中并且可从所述容器122移除。在盖子120闭合时，样品架将保持在容器122中并且在基座单元102中的辐射将不逸出壳体110。在盖子120处于闭合位置时，其将压力施加在置于基座单元中102的加热块中的样品架上。这改善啮合和在样品架和在基座单元102中的加热块之间的热传递。

容器122可被成形成容纳任何样品架，从而允许基座单元102被设计成适应多种多样的标准和常规设计样品架。管件阵列108为市场上可广泛获得的标准样品架。卡还可被常规设计以用作与基座单元102一起使用的样品架。容器122允许基座单元102被设计成适应多种多样的样品架形状和尺寸。

基座单元102被设计供在实地使用，并且为这类用途提供许多优点。在实地收集的生物材料可在收集它们时在实地测试。这缓解有关生物样品的污染或分解的担忧，因为不需要将生物样品运输回到实验室用于测试。另外，基座单元102允许用户对来自在实地运行的测试的结果快速地反应。如果测试不确定，则可立即收集额外生物材料且取样。另外，如果测试指示在样品中存在病原体或毒素，则用户可立即起始适当安全方案以抵抗病原体或毒素。

基座单元102包括使得其适于在实地使用的许多特征。包括手柄118以易于运输装置。显示器116集成到基座单元102中，使得基座单元102可充当一体化系统，因为基座单元102能够测试生物样品、处理收集的数据并且在显示器116上显示数据。显示器116消除对于将基座单元102连接到另一个机器或计算机以处理并且显示测试结果的需要。这可允许用户避免必须在实地携带额外装置或必须等待直到他们回到实验室以读取数据。基座单元102包括在紧凑的一体化装置中用于测试、处理和显示测试结果需要的全部特征。

图3为基座单元102的框图。基座单元102包括显示器116、电源130、电子组件132、机器可读代码读取器134和光学组件124。光学组件124包括加热块140、发光二极管142和光电检测器144。

基座单元102用于在实地分析和获得来自生物样品的数据。为了实现这一点，基座单元102配备有显示器116、电源130、电子组件132、机器可读代码读取器134和光学组件124。在示出的实施例中，显示器116为充当在用户和基座单元102之间的主要用户界面的触摸屏显示器。用户可将信息输入到显示器116中以指示应当在用于每个生物样品的基座单元102中运行何种测试。另外，用户可在显示器116上监控在基座单元102中运行的测试的结果。

显示器116连接到具有接口电路的电子组件132。使用接口电路将输入到显示器116中的信息传输到电子组件132。电子组件132包括控制基座单元102的操作的硬件、固件和软件，包括微处理器。电子组件132将指示何种测试待在基座单元102中运行并且将此信息在整个装置中传输。还将在测试期间在基座单元102中收集的数据传输到电子组件132。电子组件132可处理此数据并且将其发送到显示器116用于显示。电子组件132还存储此数据用于稍后检索或传递。

电子组件132用接口电路连接到电源130。电源130包括能够为基座单元102供电的部件，包括电池、供电板、电源开关和可连接到电源用于再充电的供电插孔。来自电源130的电力通过接口电路传送至电子组件132，使得基座单元102可操作。

基座单元102可进一步包括机器可读代码读取器134。在含有机器可读代码的样品架置于基座单元102中时，机器可读代码读取器134可读取在样品架上的机器可读代码。机器可读代码还可提供为与样品架分离。机器可读代码可含有用于测试方案的全部参数和用于待运行的测试的检验可追溯性信息。另选地，机器可读代码可指示待运行何种测试。这为有利的，因为其允许用户将样品插入到基座单元102中，并且基座单元102将自动地选择测试方案并且开始测试。

电子组件132包括微处理器、相关联的存储器和用于与显示器116及光学组件124介接的接口电路。在电子组件132中从显示器116接收的输入可在电子组件132中处理。此信息可用于控制光学组件124。光学组件124进行置于基座单元102中的生物样品的测试。在测试完成时，在光学组件124中收集的数据可传输到电子组件132。电子组件132处理此数据且可将数据发送到显示器116，使得用户可监控测试结果。电子组件132还可用任何合适数据传递手段(包括无线传递或通过USB端口、microUSB端口、SD卡或microSD卡的传递)将数据发送到外部装置。

光学组件124包括加热块140、发光二极管142和光电检测器144，以进行置于基座单元102中的生物样品的测试。光学组件124将使用热量扩增生物样品并且然后将用辐射激发生物样品以检测特定荧光标记的存在。置于基座单元102中的生物样品将与含有一种或多种荧光染料的反应混合物混合。在生物样品置于基座单元102中时，加热块140将用热量扩增生物样品。加热块140定位在基座单元102中的容器122下面，使得在含有生物样品的样品架置于基座单元102中时，样品架将定位在加热块140中。在生物样品扩增后，可使用发光二极管142和光电检测器144分析所述生物样品。发光二极管142将辐射发送到生物样品以激发生物样品。多个发光二极管142可用于基座单元102以在预定循环速率下激发生物样品。在示出的实施例中，多个发光二极管142在1.54kHz下断续地循环。在替代实施例中，发光二极管142可在任何预定循环速率下循环。在生物样品在预定循环速率下激发时，其将在相同预定循环速率和添加到生物样品的荧光染料的对应波长下发射辐射。可通过光电检测器144接收此辐射。多个光电检测器144可用于基座单元102以读取在不同辐射波长下的来自生物样品的发射辐射。然后，由光电检测器144产生的信号可发送到电子组件132用于处理和分析，并且在显示器116上显示为在测试期间收集的数据。

基座单元102为有利的，因为其为一体化装置。基座单元102包括光学组件124以在实地进行生物样品的测试。基座单元102还包括电子组件132和显示器116，以指定运行何种测试并且以处理和显示在测试期间收集的数据。基座单元102还包括电源130(包括电池)，使得基座单元102可在实地使用。基座单元102包括进行生物样品的测试必需的每个部件，并且在可易于在实地使用的紧凑装置中也是如此。在实地使用基座单元102防止关于生物样品的污染或分解的担忧并且允许用户对在实地测试结果快速地反应。

图4为扩展单元106的透视图。扩展单元106包括壳体150(包括第一壳体部分152和第二壳体部分154)、盖子156、容器158和光学组件124。

扩展单元106用于分析已经与反应混合物混合的生物样品(也称为生物样品和反应剂混合物)。壳体150形成扩展单元106的主体。壳体150包括第一壳体部分152和第二壳体部分154。第一壳体部分152形成扩展单元106的基座部分且第二壳体部分154形成扩展单元106的顶部部分。扩展单元106还包括盖子156。

在示出的实施例中，容器158位于扩展单元106的顶侧，但在替代实施例中可位于任何合适位置。容器158为在扩展单元106的壳体150中的开口。含有生物样品的样品架可置于容器158中用于测试。在示出的实施例中，容器158被构造成容纳管件阵列108(在图4中未示出)，在替代实施例中，容器158可以能够容纳样品架的任何方式构造。

壳体150还包括盖子156。在示出的实施例中，盖子156位于壳体150的顶侧，但在替代实施例中可位于任何合适位置。盖子150包括在扩展单元106上以封盖容器158。在样品架置于扩展单元106的容器158中时，其将定位在保持在扩展单元106中的光学组件124中。光学组件124恰好定位在容器158下方且可通过容器158出入。光学组件124将能够扩增、激发和检测在样品架中的生物样品。在图4中示出的实施例中，光学组件124包括加热部件和检测部件。加热部件用于加热生物样品，致使其扩增。加热部件可在恒定温度下加热生物样品或加热部件可通过不同温度循环生物样品。然后，光学组件124将使用辐射来激发生物样品，使得生物样品具有发射辐射，这然后可由检测部件检测。在替代实施例中，扩展单元106可包括仅加热部件或仅检测部件。另外，加热部件可在恒定温度下加热生物样品，加热部件可在恒定温度下冷却生物样品，或加热部件可通过不同温度的循环而循环生物样品。

盖子156定位在容器158上方以防止辐射通过容器158逸出壳体150。盖子156还防止环境光通过容器158进入壳体150，这防止环境光使在扩展单元106中运行的测试的结果偏移或抵消所述测试的结果。盖子156还封盖容器158以防止在扩展单元106在实地使用时污染物进入到容器158中。盖子156能够在开放位置和闭合位置之间移动，并且可用任何合适手段保持在闭合位置中。在盖子156处于开放位置时，样品架(包括管件阵列108)可插入到容器158中并且可从所述容器158移除。在盖子156闭合时，样品架将保持在容器158中并且在扩展单元106中的辐射将不逸出壳体150。在盖子156处于闭合位置时，其将压力施加在置于扩展单元106中的加热块中的样品架上。这改善啮合和在样品架和在扩展单元106中的加热块之间热传递。

容器158可被成形为容纳任何样品架，从而允许扩展单元106被设计成适应多种多样的标准和常规设计样品架。管件阵列108为市场上可广泛获得的标准样品架。卡还可被常规设计以用作与扩展单元106一起使用的样品架。容器158允许扩展单元106被设计成适应多种多样的样品架形状和尺寸。

扩展单元106为有利的，因为其允许用户增加用户在任何给出情况下正在运行的测试的量。扩展单元106可以实验室设定使用或在实地使用。扩展单元106可与基座单元介接，其中基座单元指示扩展单元106应当进行何种测试和应当何时开始所述测试。一旦数据在扩展单元106中收集，其可传输到基座单元。在数据传输到基座单元之前，数据可在扩展单元106中进行处理或其可在无处理的情况下传输到基座单元。基座单元然后可运行测试方案以处理数据。

图5为扩展单元106的框图。扩展单元106包括电源160、电子组件162和光学组件124。光学组件124包括加热块140、发光二极管142和光电检测器144。

扩展单元106用于分析和获得来自生物样品的数据。为了实现这一点，扩展单元106配备有电源160、电子组件162和光学组件124。电子组件162包括控制扩展单元106的操作的硬件、固件和软件，包括微处理器。电子组件162还包括通信接口，其与在基座单元中的电子组件通信。通信接口可为硬连线接口或无线接口。无线接口可经由蓝牙、Wi-Fi、红外或任何其它无线技术通信。

在基座单元中的电子组件将指示待在扩展单元106中运行何种测试并且将传输此信息到在扩展单元106中的电子组件162。在测试期间在扩展单元106中收集的数据将传输到在扩展单元106中的电子组件162。然后，在扩展单元106中的电子组件162将传输数据到在基座单元中的电子组件。在数据传输到基座单元之前，数据可在扩展单元106中进行处理或其可在无处理的情况下传输到基座单元。在基座单元中的电子组件还可处理此数据并且将其发送到显示器用于显示。在基座单元中的电子组件还存储此数据以便稍后检索或传递。

在一个实施例中，扩展单元106可通过硬连线接口电路对接到基座单元。在扩展单元106对接到基座单元时，基座单元可通过硬连线接口电路将指令提供到扩展单元106。然后，扩展单元106可从基座单元移除并且用于运行测试。在测试完成之后，扩展单元106可通过硬连线接口电路再次对接到基座单元，以将在测试期间收集的数据传输到基座单元。在第二实施例中，扩展单元106可通过利用无线接口电路从基座单元以无线方式接收指令。然后扩展单元106可用于运行测试。在测试完成之后，扩展单元106可通过硬连线接口电路对接到基座单元，以将在测试期间收集的数据传输到基座单元。

电子组件162用接口电路连接到电源160。在图5中示出的实施例中，电源160包括能够向扩展单元106供电的部件，包括电池、供电板、电源开关，和可连接到电源用于再充电的供电插孔。来自电源160的电力通过接口电路传送至电子组件162，使得扩展单元106可操作。在替代实施例中，扩展单元106可通过基座单元供电并且电源160将包括可连接到基座单元以将电力提供到扩展单元106的供电插孔。

电子组件162还包括微处理器、相关联的存储器和用于与光学组件124介接的接口电路。在电子组件162中从基座单元的电子组件接收的输入可在电子组件162中处理。此信息可用于控制光学组件124。光学组件124进行置于扩展单元106中的生物样品的测试。在测试完成时，在光学组件124中收集的数据可传输到电子组件162。电子组件162处理此数据并且可将数据发送到基座单元中的电子组件。然后，基座单元中的电子组件可将数据发送到显示器，使得用户可监控测试结果。电子组件162还可用任何合适数据传递手段(包括无线传递或通过USB端口、microUSB端口、SD卡或microSD卡的传递)将数据发送到外部装置。

光学组件124包括加热块140、发光二极管142和光电检测器144，以进行置于扩展单元106中的生物样品的测试。光学组件124将使用热量扩增生物样品并且然后将用辐射激发生物样品以检测特定荧光标记的存在。置于扩展单元106中的生物样品将与含有一种或多种荧光染料的反应混合物混合。在生物样品置于扩展单元106中时，加热块140将用热量扩增生物样品。加热块140定位在扩展单元106中的容器158下面，使得在含有生物样品的样品架置于扩展单元106中时，样品架将定位在加热块140中。随着生物样品扩增，可使用发光二极管142和光电检测器144分析所述生物样品。发光二极管142将辐射发送到生物样品以激发生物样品。多个发光二极管142可用于扩展单元106以在预定循环速率下激发生物样品。在示出的实施例中，多个发光二极管142在1.54kHz下断续地循环。在替代实施例中，发光二极管142可在任何预定循环速率下循环。在生物样品在预定循环速率下激发时，其将在相同预定循环速率和添加到生物样品的荧光染料的对应波长下发射辐射。可通过光电检测器144接收此辐射。多个光电检测器144可用于扩展单元106以读取在不同辐射波长下的来自生物样品的发射辐射。然后，由光电检测器144产生的信号可发送到电子组件162用于发送到基座单元的电子组件。基座单元的电子组件然后可处理并且分析数据，并且将数据显示为在测试期间收集的数据。

图6A为光学组件124的透视图。图6B为光学组件124的截面图。光学组件124包括加热部分170(在图6A中未示出)、透镜部分172(在图6A中未示出)、壳体部分174、第一光学安装部分176和第二光学安装部分178。在图6B中还示出管件阵列108。

光学组件124可定位在基座单元102和扩展单元106两者中。光学组件124包括加热部分170，以加热在管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物。透镜部分172定位在加热部分170中以通过光学组件124将辐射导向。壳体部分174定位在加热部分170周围并且形成光学组件124的主体部分。第一光学安装部分176定位在壳体部分174的第一侧面上并且第二光学安装部分178定位在壳体部分174的第二侧面上。第一光学安装部分176和第二光学安装部分178均将发光二极管安装到光学组件124以激发管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物。另外，第一光学安装部分176和第二光学安装部分178均将光电检测器安装到光学组件124以检测来自管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物的信号。

图7为光学组件124的加热部分170的分解图。如图6B和图7中所见，加热部分170包括样品块190、加热部件192、温度传感器194、凹孔196、通道198、通道200、通道202和通道204。

加热部分170包括样品块190，其形成加热部分170的主体部分。加热部件192附接到样品块190的第二侧面。在示出的实施例中，加热部件192为平坦的聚酰亚胺加热器，但在替代实施例中可为任何合适的加热器。温度传感器194置于样品块190的底部中以感测样品块190的温度。另外，在替代实施例中，热切断开关如PEPI开关可在加热部件192上用导线串联地放置。

样品块190包括在样品块190的顶侧上的凹孔196。每个凹孔196大小设定为容纳管件阵列108中的一个管件。在图7中示出的实施例中，加热部件192在恒定温度下变热凹孔196中的每一个，使得模块化测试装置100可以与等温扩增化学反应一起使用。在替代实施例中，加热部件192可在跨越梯度的不同温度下加热每个凹孔196，或可存在多个加热部件，使得每个凹孔由不同加热部件加热到不同温度。这允许用户进行基本的测试以确定应当使用什么温度来分析特定生物样品。在另外的替代实施例中，加热部件192可包括能够通过不同温度使加热部分170循环的热循环仪，使得模块化测试装置100可以与非等温聚合酶链式反应(PCR)化学反应一起使用。

样品块190还包括通道198、通道200、通道202和通道204。通道198从样品块190的第一侧面延伸到凹孔196。通道200从样品块190的底侧延伸到凹孔196。通道202从样品块190的第二侧面延伸到凹孔196。通道204从样品块190的底侧延伸到凹孔196。通道198、通道200、通道202和通道204延伸穿过样品块190，以导向进出凹孔196中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物的辐射。

图8为光学组件124的透镜部分172的分解图。如图6B和图8中所见，透镜部分172包括透镜210和透镜保持器212。

透镜部分172包括透镜210，其定位在加热部分170的样品块190中。在样品块190中的通道198大小设定为在样品块190的第一侧面上容纳透镜210。一个透镜210定位在样品块190的每个通道198中。透镜210用透镜保持器212保持在通道198中。透镜保持器212具有多个孔口，使得辐射可穿过透镜保持器212以穿过透镜210。

图9为光学组件124的壳体部分174的分解图。如图6A到图6B和图9中所见，壳体部分174包括第一壳体220、第二壳体222、挡热板224、通道226、通道228、通道230、通道232和孔口234。

壳体部分174包括定位在加热部分170的第一侧面上的第一壳体220和定位在加热部分170的第二侧面上的第二壳体222。第一壳体220和第二壳体222形成壳体部分174的主体部分。挡热板224定位于在加热部分170的顶侧上的第一壳体220和第二壳体222之间。

第一壳体220包括通道226和通道228。通道226从第一壳体220的第一侧面延伸到相邻样品块190的第一壳体220的内侧。在第一壳体220中的每个通道226与样品块190中的一个通道198对准。通道228从第一壳体220的底侧延伸到相邻样品块190的第一壳体220的内侧。在第一壳体220中的每个通道228与样品块190中的一个通道200对准。通道226和通道228延伸穿过第一壳体220，以导向进出在样品块190的凹孔196中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物的辐射。

第二壳体222包括通道230和通道232。通道230从第二壳体222的第二侧面延伸到相邻样品块190的第二壳体222的内侧。在第二壳体222中的每个通道230与样品块190中的一个通道202对准。通道232从第二壳体222的底侧延伸到相邻样品块190的第二壳体222的内侧。在第二壳体222中的每个通道232与样品块190中的一个通道204对准。通道230和通道232延伸穿过第二壳体222，以导向进出在样品块190的凹孔196中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物的辐射。

挡热板224定位在样品块190上方并且保持在第一壳体220和第二壳体222之间。孔口234从挡热板224的顶侧延伸到底侧。在挡热板224中的每个孔口234与在样品块190中的一个凹孔196对准。这允许管件阵列108定位在样品块190中的凹孔196中，所述样品块190穿过挡热板224中的孔口234。挡热板224定位在样品块190上方以防止热量逸出样品块190的顶侧。挡热板224另外提供隔热表面以在样品块190热时保护用户免受样品块190的顶侧的影响。

图10A为光学组件124的第一光学安装部分176的部分分解图。图10B为光学组件124的第二光学安装部分178的部分分解图。图10C为光学组件124的第一光学安装部分176和第二光学安装部分178的部分分解图。如图6A到图6B、10A和图10C中所见，第一光学安装部分176包括壳体240、壳体242、发射滤光片244、垫片246、激发滤光片248、通道250、通道252、光电检测器安装板254、光电检测器256、垫片258、发光二极管安装板260、发光二极管262和垫片264。如图6A到图6B和图10B到图10C中所见，第二光学安装部分178包括壳体270、壳体272、发射滤光片274、垫片276、激发滤光片278、通道280、通道282、光电检测器安装板284、光电检测器286、垫片288、发光二极管安装板290、发光二极管292和垫片294。

第一光学安装部分176定位在壳体部分174的第一侧面上。第一光学安装部分176包括形成第一光学安装部分176的主体部分的壳体240和壳体242。壳体240附接到壳体部分174的第一壳体220的第一侧面。发射滤光片244在第一壳体220的第一侧面上的凹槽中定位于壳体240和第一壳体220之间。垫片246定位于发射滤光片244与壳体240之间。壳体242附接到壳体部分174的第一壳体220的底侧。激发滤光片248在第一壳体220的底侧上的凹槽中定位于壳体242与第一壳体220之间。

壳体240包括通道250。通道250从壳体240的第一侧面延伸到相邻第一壳体220的壳体240的内侧。在壳体240中每个通道250与在第一壳体220中的一个通道226对准。壳体242包括通道252。通道252从壳体252的底侧延伸到相邻第一壳体220的壳体242的内侧。在壳体242中每个通道252与在第一壳体220中的一个通道228对准。

光电检测器安装板254连接到壳体240的第一侧面。光电检测器安装板254为包括光电检测器256的电子板。在光电检测器安装板254上的每个光电探测器256定位在壳体240中的一个通道250中。垫片258定位于光电检测器安装板254与壳体240之间。发光二极管安装板260附接到壳体242的底侧。发光二极管安装板260为包括发光二极管262的电子板。在发光二极管安装板260上的每个发光二极管262定位在壳体242中的一个通道252中。垫片264定位于发光二极管安装板260与壳体242之间。

第二光学安装部分178定位在壳体部分174的第二侧面上。第二光学安装部分178包括形成第二光学安装部分178的主体部分的壳体270和壳体272。壳体270附接到壳体部分174的第二壳体222的第二侧面。发射滤光片274在第二壳体222的第二侧面上的凹槽中定位于壳体270与第二壳体222之间。垫片276定位于发射滤光片274与壳体270之间。壳体272附接到壳体部分174的第二壳体222的底侧。激发滤光片278在第二壳体222的底侧上的凹槽中定位于壳体272与第二壳体222之间。

壳体270包括通道280。通道280从壳体270的第二侧面延伸到相邻第二壳体222的壳体270的内侧。在壳体270中的每个通道280与第二壳体222中的一个通道230对准。壳体272包括通道282。通道282从壳体282的底侧延伸到相邻第二壳体222的壳体282的内侧。在壳体272中的每个通道282与第二壳体222中的一个通道232对准。

光电检测器安装板284连接到壳体270的第一侧面。光电检测器安装板284为包括光电检测器286的电子板。在光电检测器安装板284上的每个光电探测器286定位在壳体270中的一个通道280中。垫片288定位于光电检测器安装板284与壳体270之间。发光二极管安装板290附接到壳体272的底侧。发光二极管安装板290为包括发光二极管292的电子板。在发光二极管安装板290上的每个发光二极管292定位在壳体272中的一个通道282中。垫片294定位于发光二极管安装板290与壳体272之间。

如图6A到图10C中所见，光学组件124可从定位在光学组件124中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物激发发射光并且检测所述发射光。发光二极管262为可在两种不同波长下发射辐射的双色发光二极管。在示出的实施例中，发光二极管262为蓝和琥珀色双色发光二极管，以分别激发荧光素胺基酸酯(FAM)荧光染料和6-羧基-X-罗丹明(ROX)荧光染料。另外，发光二极管262在1.54kHz的预定循环速率下发射辐射。来自发光二极管262的辐射可穿过通道252、激发滤光片248、通道228和通道200，进入在保持在凹孔196中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物中。激发滤光片248为能够使由发光二极管262发射的波长中的任一个穿过的双带通激发滤光片。激发滤光片248为跨越管件阵列108的整个长度延伸的单滤光片，因此激发滤光片248在第一壳体220中的相邻通道228之间延伸。来自发光二极管262的辐射可激发在生物样品和反应剂混合物中的荧光染料。荧光染料的这种激发将从生物样品和反应剂混合物发射信号并且发射光可穿过通道198、通道226、发射滤光片244和通道250，被光电检测器256检测到。在示出的实施例中，发射滤光片244为双带通发射滤光片。发射滤光片244为跨越管件阵列108的整个长度延伸的单滤光片，因此发射滤光片244在第一壳体220中的相邻通道226之间延伸。

发光二极管292为可在单波长光谱发射辐射的发光二极管。在示出的实施例中，发光二极管292为绿光发光二极管以激发6-羧基-X-六氯荧光素(HEX)荧光染料。另外，发光二极管292在1.54kHz的预定循环速率下发射辐射。来自发光二极管292的辐射可穿过通道282、激发滤光片278、通道232和通道204，进入在保持在凹孔196中的管件阵列108中的生物样品和反应剂混合物中。激发滤光片278为能够使由发光二极管292发射的波长穿过的单带通滤光片。激发滤光片278为跨越管件阵列108的整个长度延伸的单个滤光片，因此激发滤光片278在第二壳体222中的相邻通道232之间延伸。来自发光二极管292的辐射可激发在生物样品和反应剂混合物中的荧光染料。荧光染料的这种激发将从生物样品和反应剂混合物发射信号并且发射光可穿过通道202、通道230、发射滤光片274和通道280，被光电检测器286检测到。在示出的实施例中，发射滤光片274为单带通滤光片。发射滤光片274为跨越管件阵列108的整个长度延伸的单滤光片，因此发射滤光片274在第二壳体222中的相邻通道230之间延伸。

在替代实施例中，发光二极管292可为可在两种不同波长下发射辐射的双色发光二极管。另外，激发滤光片278可为能够使由发光二极管292发射的波长均穿过的双带通滤光片，并且发射滤光片274还可为双带通滤光片。这将使得模块化测试装置100能够测试可与生物样品和反应剂混合物混合的四种不同荧光染料。

发光二极管262和发光二极管292以在1.54kHz预定速率下循环的光的形式发射辐射。这使得来自生物样品和反应剂混合物的发射光处于相同预定速率。因此，光电检测器256和光电检测器286也以1.54kHz的速率从生物样品和反应剂混合物接收发射光。连接到光电检测器256和光电检测器286的电子电路被设计成以电子方式滤出除1.54kHz以外的所有其它频率。这将抵消可干扰测试精确性的任何环境光或在模块化测试装置100中的其它辐射源。

具有用于发射滤光片244、激发滤光片248、发射滤光片274、和激发滤光片278的单滤光片简化模块化测试装置100的设计。这钟简化的设计使得模块化测试装置100更为适于在实地使用。如果发射滤光片244、激发滤光片248、发射滤光片274或激发滤光片278中的一种必须被替换，那么将容易替代整个滤光片，而非许多不同单独的滤光片。另外，使用用于发射滤光片244、激发滤光片248、发射滤光片274或激发滤光片278中的每一个的一个滤光片减少模块化测试装置100的成本。

图11为示出用于操作模块化测试装置100的步骤的流程图。流程图包括步骤300到步骤316。

步骤300包括制备用于测试的生物样品和反应剂混合物。反应剂混合物可含有用于期望检验需要的、用于检测模块化测试装置100中的期望分析物需要的主混合物，包括荧光染料或标记物如FAM或ROX。一旦用户获取生物样品，然后生物样品可与反应剂混合以形成生物样品和反应剂混合物。更具体地说，生物样品首先与反应缓冲液混合。接下来将生物样品和反应缓冲液混合物的一部分输送到含有干燥主混合物的样品架。这形成用于测试的生物样品和反应剂混合物。生物样品和反应混合物可在含有干燥主混合物的样品架中测试或输送到另外的样品架用于测试。

在步骤302中，基座单元和扩展单元106均打开。在步骤304中，在基座单元中选择测试方案。这可通过用机器可读代码读取器154筛选代码来完成。代码将含有关于待运行何种测试方案和应当使用什么参数的信息。还可在基座单元的显示器上选择测试方案，并且参数可输入到基座单元中。步骤306包括将选择的测试方案从基座单元传输到扩展单元106。然后，扩展单元106可开始加热到用于选择的测试方案的所需温度。在预加热扩展单元106时，其可与基座单元通信。基座单元将视觉上和有声地通知用户扩展单元106准备好测试。在308步骤中，用户打开扩展单元106的盖子156并且放置具有生物样品和反应剂混合物的样品架到扩展单元106中的加热组件170中。

在步骤310中，用户使用在基座单元的显示器上的用户界面开始用于期望检验的激发和检测程序。然后，基座单元与扩展单元106通信以指示扩展单元106可开始测试。然后，在扩展单元106中的光学组件124开始激发和检测程序。步骤312包括在激发和检测程序期间从扩展单元106中的生物样品和反应剂混合物收集数据。步骤314包括将数据从扩展单元106传输到基座单元。数据从光学组件124发送到在扩展单元106中的电子组件162。在数据传输到基座单元之前，可通过在扩展单元106中的电子组件162来处理所述数据。然后，在扩展单元106中的电子组件162将数据传输到在基座单元中的电子组件。步骤316包括在基座单元中处理数据。处理的数据然后可在基座单元中向用户显示。

步骤312、步骤314和步骤316可在从在扩展单元106中的生物样品和反应剂混合物收集数据时而实时进行。基座单元中的电子组件和显示器还可记录从扩展单元106接收的数据并且监控用于阈值活性的数据。一旦完成检验，显示器就向用户发阳性、阴性或不确定后果的信号。基座单元的电子组件还可储存获得的数据，用于检索或传递。

上述步骤300到步骤316应用于基座单元102和基座单元104两者。如果使用基座单元102，那么在测试在扩展单元106中进行时，额外测试可同时在基座单元102中进行。在可打开扩展单元106和基座单元102的盖子120时，可同时预加热基座单元102，使得含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于基座单元102的加热组件10中。另外，在扩展单元106和数据可为在基座单元102中收集的生物样品和反应剂混合物时，基座单元102可同时开始激发和检测用于期望检验的程序。基座单元102可在显示器116上显示在基座单元102和扩展单元106中收集的数据。

虽然已参考一个或多个例示性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应了解在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且其多种元素可以由等效物代替。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教示。因此，希望本发明不限于所揭示的一个或多个特定实施例，但本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种模块化测试装置，包含：

基座单元：

扩增单元，所述扩增单元与所述基座单元通信，其中所述扩展单元包含：

壳体；

容器，含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于所述容器中；和

定位在所述壳体中的光学组件，其中所述光学组件被构造成扩增并且检测来自所述生物样品和反应剂混合物的信号，其中将在所述光学组件中收集的数据传输到所述基座单元。

2.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述扩展单元与所述基座单元通过硬连线连接通信。

3.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述扩展单元与所述基座单元通过无线连接通信。

4.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述模块化测试装置包括各自与所述基座单元直接通信的多个扩展单元。

5.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述模块化测试装置包括多个扩展单元，其中第一扩展单元与所述基座单元直接通信，且其它扩展单元通过所述第一扩展单元与所述基座单元通信。

6.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述基座单元包含：

壳体，所述壳体具有集成式触摸屏显示器；

容器，含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于所述容器中；和

定位在所述壳体中的光学组件，其中所述光学组件被构造成扩增并且检测来自所述生物样品和反应剂混合物的信号；和

电子组件，所述电子组件被构造成从所述光学组件接收数据并且将所述数据发送用于在所述触摸屏显示器上显示；和

电源，所述电源在所述壳体中用于向所述基座单元供电。

7.根据权利要求6所述的模块化测试装置，其中所述基座单元的所述光学组件包括跨越整个光学组件延伸的激发滤光片和跨越所述整个光学组件延伸的发射滤光片。

8.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述基座单元为选自由桌上型计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话、智能手表和嵌入式PC组成的组的计算机。

9.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述扩展单元还包含：

电子组件，所述电子组件被构造成从所述光学组件接收数据并且将所述数据发送到所述基座单元；和

电源，所述电源在所述壳体中用于向所述扩展单元供电。

10.根据权利要求1所述的模块化测试装置，其中所述扩展单元的所述光学组件包括跨越所述整个光学组件延伸的激发滤光片和跨越所述整个光学组件延伸的发射滤光片。

11.一种模块化测试装置，包含：

基座单元，所述基座单元包含：

壳体，所述壳体具有集成式触摸屏显示器；

容器，含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于所述容器中；和

定位在所述壳体中的光学组件，其中所述光学组件被构造成扩增并且检测来自所述生物样品和反应剂混合物的信号；和

扩展单元，所述扩展单元与所述基座单元通信，其中所述扩展单元包含：

壳体；

容器，含有生物样品和反应剂混合物的样品架可置于所述容器中；和

定位在所述壳体中的光学组件，其中所述光学组件被构造成扩增并且检测来自所述生物样品和反应剂混合物的信号。

12.根据权利要求11所述的模块化测试装置，其中所述基座单元还包含：

集成式手柄，所述集成式手柄用于允许运输所述基座单元；

在所述容器上方的盖子，所述盖子可在开放位置和闭合位置之间移动；

电子组件，所述电子组件被构造成从所述光学组件接收数据并且将所述数据发送用于在所述触摸屏显示器上显示，并且被构造成从所述扩展单元接收数据并且将所述数据发送用于在所述触摸屏显示器上显示；

电源，所述电源在所述壳体中用于向所述基座单元供电；和

机器可读代码读取器，所述机器可读代码读取器在所述壳体中用于读取机器可读代码。

13.根据权利要求11所述的便携式测试装置，其中在所述基座单元中的所述光学组件包含：

加热部件，所述加热部件用于加热在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物；

多个发光二极管，所述多个发光二极管用于激发在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物，其中所述多个发光二极管定位在跨越所述整个光学组件延伸的激发滤光片的第一侧面上并且所述样品架定位在所述激发滤光片的第二侧面上；和

多个光电检测器，所述多个光电检测器用于检测来自在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物的信号，其中所述多个光电检测器定位在跨越所述整个光学组件延伸的发射滤光片的第一侧面上并且所述样品架定位在所述发射滤光片的第二侧面上。

14.根据权利要求11所述的模块化测试装置，其中所述扩展单元还包含：

电子组件，所述电子组件被构造成从所述光学组件接收数据并且将所述数据发送到所述基座单元；和

电源，所述电源在所述壳体中用于向所述扩展单元供电。

15.根据权利要求11所述的便携式测试装置，其中在所述扩展单元中的所述光学组件包含：

加热部件，所述加热部件用于加热在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物；

多个发光二极管，所述多个发光二极管用于激发在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物，其中所述多个发光二极管定位在跨越所述整个光学组件延伸的激发滤光片的第一侧面上并且所述样品架定位在所述激发滤光片的第二侧面上；和

多个光电检测器，所述多个光电检测器用于检测来自在所述样品架中的所述生物样品和反应剂混合物的信号，其中所述多个光电检测器定位在跨越所述整个光学组件延伸的发射滤光片的第一侧面上并且所述样品架定位在所述发射滤光片的第二侧面上。

16.一种在模块化测试装置中分析生物样品和反应剂混合物的方法，所述方法包含：

制备用于测试的生物样品和反应剂混合物，和将所述生物样品和反应剂混合物置于样品架中；

将所述样品架置于扩展单元中的容器中；

开始激发和检测测试程序，以分析在所述扩展单元中的所述生物样品和反应剂混合物；

从在所述扩展单元中的所述生物样品和反应剂混合物收集数据；和

将所述数据从所述扩展单元传输到基座单元。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述数据从所述扩展单元传输到所述基座单元包括通过硬连线连接将所述数据在所述扩展单元和所述基座单元之间传输。

18.根据权利要求16所述的方法，其中将所述数据从所述扩展单元传输到所述基座单元包括通过无线连接将所述数据在所述扩展单元和所述基座单元之间传输。

19.根据权利要求16所述的方法，且进一步包含：

在所述扩展单元中处理所述数据；

在所述基座单元中处理所述数据；和

在所述基座单元的显示屏上显示所述数据。

20.根据权利要求16所述的方法，且进一步包含：

打开所述基座单元和所述扩展单元；

在所述基座单元中选择所述测试方案；

将所述选择的测试方案从所述基座单元传输到所述扩展单元；和

根据所述选择的测试方案预加热所述扩展单元。