CN108872555A - 用于检测和量化分析物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的名称是用于检测和量化分析物的系统和方法。本文描述了用于检测收集的样品中感兴趣的分子的装置、系统和方法。在某些实施方式中，公开了独立的样品分析系统，该系统包括可重复使用的读取器组件、一次性盒组件和一次性样品收集组件。在一些实施方式中，该读取器组件与远程计算设备通信以便数字传输测试方案和测试结果。在各种公开的实施方式中，所述系统、组件和方法被配置为确定特定核酸、蛋白质或其他感兴趣的分析物的存在、不存在和/或量，例如，用来测试样品中一种或多种病原体或污染物的存在。

Description

用于检测和量化分析物的系统和方法

本申请为再次分案申请，原申请的申请日是2014年3月11日、申请号是201480001891.0(PCT/US2014/023821)、发明名称为“用于检测和量化分析物的系统和方法”，本申请针对的分案申请的申请日是2014年3月11日、申请号是201510077157.9、发明名称为“用于检测和量化分析物的系统和方法”。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求了2013年3月11日提交的、标题为用于移动计算设备的便携式和易于使用的分析物检测系统(System for Portable and Easy-to-use Detection ofAnalytes with Mobile Computing Device)的美国临时申请号61/766,254的权益和优先权，在此通过引用将其全部内容并入本文。

发明领域

本技术总体上涉及分子检测领域。具体地，本技术涉及用于检测所收集的样品中一个或多个特定分析物的存在、不存在和/或量的微流体装置、系统以及方法。

背景

用于确定样品中核酸、蛋白质和/或其他感兴趣的分子的存在、不存在和/或量的传统技术常常需要昂贵的实验室设备和训练有素的专业医护人员的专业知识。所以，这样的分析通常是在实验室或者医疗实施中进行。这样的分子检测对于例如检测人体内或其它动物体内或者环境中的病原体、疾病、污染物、药物过量以及中毒是否存在是很重要的。遗憾的是，现今，在进行适当测试以及产生和分析测试结果之前，人们也许要面对漫长的等待。由于漫长的等待以及去实验室或者医疗设施的不便，疾病和污染甚至常常在确定所述疾病或污染是否存在之前扩散并且可能引起重大损害。

概述

改进的分子检测和量化技术明显是很需要。可以比现在使用的传统设备花费更少的时间以及运用更少的专业技术来检测感兴趣的分子的设备也是需要的。可以在非临床环境中被用户应用的分子检测技术，例如，在学校、工作地点以及在家中,也是需要的。还需要的是在进入药房或者保健设施后可以被用户使用并且可以很快地产生结果的分子检测技术，以便用户与药剂师或者保健医师沟通时可用到这些结果。能被配置成将生物危害风险最小化的针对用户的分子检测设备也是需要的。本文中公开的各种实施方式能够实现这些需要中的一个或者多个。

本公开的一个方面涉及用于检测分子的系统。在各种实施方式中，本系统包括盒设备、可拆卸地连接至盒设备的读取器设备、和样品收集设备。在一些实施方式中，该盒设备包括：具有限定出多个储器、分析通道和输入通道的内部屏障的盒外壳和连接至盒外壳或者配置在盒外壳内的电路板，该电路板形成分析通道的一个壁并且具有多个配置在一部分分析通道内的传感器。在一些实施方式中，该读取器设备包括与传感器对齐的磁体、电连接至传感器的电路以及具有其上存储指令的存储器的处理器。在这样的实施方式中，该读取器设备还包括在其内设置有磁体、电路和处理器的读取器外壳，读取器外壳限定出接纳至少一部分样品分析盒的对接口(dock)。在一些实施方式中，样品收集设备的大小被设置为至少部分安装在输入通道内。此外，在一些实施方式中，该分子检测系统还包括电连接至电路并且与多个储器中的第一个对齐的超声处理组件。该超声处理组件可形成盒设备或者读取器设备的一个组件，并且可部分或全部由压电式转换器组成。

本公开的另外一方面涉及样品分析盒。在一些实施方式中，该盒包括外壳和配置在外壳之上、之下或内部的电路板。在一些实施方式中，该盒外壳具有限定出多个储器、分析通道和输入通道的内部屏障。这些多个储器包括至少部分装有包含样品制备试剂的第一液体体积的第一储器和至少部分装有包含化学底物的液体体积的另外一个储器。在一些实施方式中，这些多个储器还包括至少部分装有包含清洗液的液体体积的储器。在某些实施方式中，输入通道从外壳表面的孔延伸至第一储器，并且多个储器中的每个至少有时与分析通道流体连通。在某些实施方式中，电路板包括与一部分分析通道对齐的多个传感器。

在一些这样的实施方式中，样品制备试剂包括多个具有表面结合亲合分子的磁颗粒、多个检测剂和多个促进获取目标分析物以及促进目标分析物和表面结合亲合分子以及检测剂之间结合的试剂。在其它实施方式中，该盒还包括配置在输入通道和第一储器之间的隔膜。一些这样的实施方式中的隔膜用于干燥贮存多个竞争结合剂，每个竞争结合剂包括结合至信号传导剂的预结合目标分析物。此外，在这样的实施方式中，第一储器中的样品制备试剂包括多个具有表面结合亲合分子的磁颗粒和多个促进获取目标分析物以及促进表面结合亲合分子与目标分析物或者竞争结合剂结合的试剂。在各种实施方式中，所述多个磁颗粒可以包括两种或两种以上尺寸的磁颗粒，每种尺寸的磁颗粒具有不同的表面结合亲合分子，使得每种尺寸的磁颗粒结合至不同的目标分析物。

在样品分析盒的一些实施方式中，该盒包括多个与多个储器对应的阀门，每一个阀门位于多个储器中的一个和分析通道之间的每个交会点上。在一些这样的实施方式中，所述多个阀门的每一个在加热后是可相变的，并且电路板包括与多个阀门对齐的多个通孔(例如，直接设置在多个阀门的上方或下方)；这些通孔物理连接至加热元件。在一些实施方式中，该样品分析盒进一步包括设置在分析通道下游端的吸收材料。

在该盒的各种实施方式中，其外壳包括罩盖组件、内部组件和底座组件，它们连接在一起形成固定结构。在一些这样的实施方式中，罩盖组件设置在内部组件的第一侧，底座组件设置在内部组件的第二侧，而电路板位于内部组件和底座组件之间。罩盖组件的多个特征件和内部组件的第一侧可以一起限定出输入通道和多个储器，而内部组件的第二侧的多个特征件和电路板可以一起限定出分析通道。

本公开的附加方面涉及样品分析读取器。在各种实施方式中，读取器包括磁场发生器、具有盒检测单元的电路、具有其上存储指令的存储器的处理器和具有用于连接至样品分析盒的对接口的外壳。在某些实施方式中，当样品分析读取器连接至样品分析盒时，磁场发生器产生的磁场基本上与样品分析盒的传感器对齐，并且电路电连接至样品分析盒的传感器。在各种实施方式中，样品分析读取器可交换地连接至多个样品分析盒。

在一些实施方式中，读取器还包括电连接至电路的超声处理组件。在这样的实施方式中，当样品分析读取器连接至样品分析盒时，超声处理组件与样品分析盒中的样品制备储器对齐。

在样品分析读取器的一些实施方式中，磁场发生器包括多个磁场发生器，并且当样品分析读取器连接至样品分析盒时，所述多个磁场发生器与多个位于样品分析盒的一个平面的传感器对齐，每个磁场发生器被配置成用来产生不同强度的磁场。这样的配置在样品分析盒的分析通道中产生了磁场梯度。在一些实施方式中，所述多个磁场发生器由多个永磁体构成，每个永磁体设置在相对于传感器所在平面不同深度处。在其它的实施方式中，该磁场梯度可由例如使用多个尺寸增大的永磁体或多个尺寸增大的或线圈数量增加的电感器来形成。

在读取器的一些实施方式中，超声处理组件电连接至处理器的压电组件，并且该压电组件被定位成可以将储器内的机械事件或机械变动转换成电信号。在这样的实施方式中，电连接至压电组件的处理器和/或电路被配置成可以接收和解读电信号。该储器内的机械事件可以被转换成检测到的，在样品收集设备进入盒后通过样品分析盒的样品制备储器内的挠曲施加到压电组件的压力的形式。作为另外的选择，压电组件之上的机械负荷或质量的变化可导致压电组件的共振频率的变化，该共振频率的变化可由处理器和/或电路检测和/或量化。在其它实施方式中，压电组件和相连的处理器和/或电路量化从压电组件发出的脉冲的反射波的变化。在一些这样的实施方式中，处理器和/或电路的阈值被配置成反射波的这种变化值，该阈值设置可区分储器内没有收集设备的状态和收集设备插入的状态。在将储器内的机械事件或机械变化转换成电信号的压电组件的另一种实例中，该压电组件被配置成用来检测声波，比如由输入通道或储器的特征件与样品收集设备的机械部件相互作用而发出的咔嚓声(clicking)的声波。

在样品分析读取器的一些实施方式中，处理器被配置成用来执行存储在存储器中的指令，这些指令被执行时使处理器执行一种方法。某些实施方式中的所述方法包括至少部分基于从电路接收到的盒识别信息来确定适用于连接到的样品分析盒的测试方案，以及执行适当的测试方案。在一些实施方式中，执行适当的测试方案包括：刺激压电组件以在样品制备储器内产生测试信号以及检测反馈信号；从压电组件中接收检测信号，该检测信号包括反馈信号和压电组件的共振；至少部分基于反馈信号的变化和/或压电组件的共振变化，来检测样品收集设备是否进入样品制备储器内，以及启动用于超声处理组件的超声处理方案来混合样品制备储器内的液体内的试剂和样品颗粒，该混合促进了至少一些试剂与这些样品颗粒的混杂。

在一些实施方式中，处理器在执行适当的测试方案时所执行的方法另外地或可选地包括通过电路接收由样品分析盒的传感器产生的检测信号，以及处理检测信号。该方法还可以包括将至少部分基于检测信号的数据发送至移动计算设备或显示设备。

本公开的进一步方面涉及用于非临床疾病检测的专业计算机。各种实施方式中的专业计算机既包括硬件又包括软件。例如，在一些实施方式中，该计算机包括用于啮合至少一部分疾病检测盒的对接口或端口，该对接口位于计算机上或位于其内。各种实施方式的计算机还包括：电路和具有其上存储指令的存储器的处理器，该电路用于检测疾病检测盒内发生的氧化反应产生的信号。与疾病检测盒啮合后，该处理器执行指令，在某些实施方式中，这使处理器执行一种方法，该方法包括：根据电路接收到的信号检测疾病检测盒的类别，启动针对该类别的测试方案，并且在小于30分钟内产生针对该类别的疾病检测结果。该方法可以进一步包括将疾病检测结果传输至远程计算设备来进行进一步的处理、显示和/或储存。在某些实施方式中，该计算机的高度小于30cm，宽度小于30cm，并且长度小于30cm。在某些实施方式中，该计算机被用于由未经训练的用户在家、办公室、或校园环境中使用。

本公开的一方面涉及独立的分析物检测试剂盒，其在分析物检测期间和之后安全地贮存检测特定分析物所需的所有收集的样品以及所有液体。在各种实施方式中，该试剂盒包括一次性样品收集设备和一次性检测单元。该检测单元包括输入通道和多个隔室，其中输入通道的尺寸被设定为可安全且永久地接纳样品收集设备，所述隔室分开且安全地贮存试剂、清洗介质以及底物。在一些实施方式中，输入通道从检测单元的表面上的一个孔延伸至装有试剂的第一隔室的入口。在一些实施方式中，在插入样品收集设备前，可选择性破坏的隔膜罩住了第一隔室的入口来阻挡试剂流入输入通道。在一些实施方式中，样品收集设备上以及输入通道内配置有互补的锁定特征件来限制样品收集设备在插入输入通道后相对于检测单元的运动。而且，在一些实施方式中，当样品收集设备进入到输入通道内时，样品收集设备和输入通道的大小被调整成用来形成液密性密封。

本公开技术的进一步方面涉及没有保健服务提供者或技术人员在场的情况下用于检测疾病的方法。在一些实施方式中，这样的方法包括：用棉签擦拭使用者鼻子的内腔来收集样品，将装有进行疾病检测测试方案所需的所有试剂和底物的盒置入或放置到配置来检测该盒的专业计算机上，以及将棉签插入盒内，使得棉签在盒内锁定到位并且不会被移除。在各种实施方式中，专业计算机感测出棉签的插入并启动测试方案。在一些这样的实施方式中，专业计算机通过测试方案在小于30分钟内检测出样品内是否存在特定疾病。该方法还可以包括当测试结果通过有线或无线通信连接从专业计算机传输至远程计算设备后，从远程计算设备中读取所述结果。

本公开的另外一方面涉及用于检测样品内目标分析物的存在、不存在和/或量的方法。各种实施方式的该方法包括：将盒装入分析物读取器内或装到分析物读取器上，其中该盒包括多个储器，包括至少部分装有试剂的第一储器、至少部分装有底物的储器以及可任选的另一个至少部分装有清洗液的储器；将样品收集设备从无菌包装中移出；将待试验物与样品收集设备的头端接触来收集样品；以及将样品收集设备插入盒直到其头端至少进入第一储器。在某些实施方式中，将样品收集设备的头端插入到第一储器内启动了分析物读取器，使分析物读取器内的超声设备执行超声处理方案以将由样品收集设备收集的样品与第一储器内的试剂混合。另外地或可选地，将头端插入第一储器内使一系列加热元件依序融化一系列位于多个储器内或靠近多个储器的阀门，从而将所述多个储器的内容物依序释放到分析区内，以由分析物读取器进行分析。在一些这样的实施方式中，将样品收集设备的头端插入盒涉及使样品收集设备进入盒的输入通道内直到样品收集设备的头端破坏了设置在输入通道的末端的隔膜屏障并进入第一储器,并且样品收集设备与该盒以液密性密封锁定为固定啮合，其中该液密性密封形成在样品收集设备和输入通道之间。

本公开的另外一方面涉及检测样品内目标分析物的存在、不存在和/或量的计算机化方法。例如，在一些实施方式中，由计算机化的分析物读取器执行的方法包括：检测装入或装到分析物读取器上的盒的存在，检测与盒关联的识别信息，以及至少部分基于该识别信息确定用于该盒的适当的测试方案。在一些实施方式中，该计算机化方法另外地或可选地包括：检测插入到盒内的第一储器的样品收集设备；一旦插入样品收集设备，启动超声处理方案以在第一储器内混合多种试剂、多个磁颗粒、多种检测剂或竞争结合剂以及多个样品颗粒。在一些这样的实施方式中，所述多个磁颗粒至少包括：多个大磁颗粒和多个小磁颗粒，每个大磁颗粒在其表面具有配置来结合到第一目标分析物的第一表面亲合分子，每个小磁颗粒在其表面具有配置来结合到第二目标分析物的第二表面亲合分子。在通过例如超声处理方案混合时，如果存在第一和/或第二目标分析物，混杂过程会发生。在一些这样的实施方式中，尤其是使用检测剂的实施方式中，所得混合物包括多个夹层复合物，每个夹层复合物由同时结合至磁颗粒表面的表面亲合分子和检测剂的目标分析物形成。在其它的实施方式中，尤其是使用竞争结合剂的实施方式，所得混合物包括分子复合体，每个分子复合体由一个只结合至磁颗粒表面的表面亲合分子的目标分析物形成。

在一些实施方式中，该方法还包括刺激第一加热元件，使得盒内的第一阀门融化并且混合物从样品制备储器流出进入分析通道。在各种实施方式中，该混合物被悬浮在溶液中，并且该溶液充当输送介质，通过毛细管作用将该混合物从第一储器朝着下游吸收材料输送到分析通道内。在分析通道内，混合物的磁颗粒被定位在一部分分析通道内的多个磁体或其它磁场发生器上；从而形成多个被定位的样品。在这样的实施方式中，磁颗粒基于大小和强度定位，使得大磁颗粒定位在较小的上游磁场内而小磁颗粒定位在较大的下游磁场内。一些实施方式中的所述方法还包括刺激第二加热元件，使得该盒内的第二阀门融化并且清洗液从第二储器流出进入分析通道内，该清洗液从多个定位的样品除去没有间接地结合至磁颗粒的检测剂和/或竞争结合剂。一些实施方式中的所述方法进一步包括刺激第三电阻加热器，使得盒内的第三阀门融化并且底物溶液从第三储器流出进入分析通道内。在一些实施方式中，检测剂和竞争结合剂包括用于氧化底物的氧化酶。

计算机化方法可以进一步包括：检测位于较小磁场内的第一记录传感器的第一信号，其中第一信号的至少一部分由底物的氧化所引起；检测位于较大磁场附近的第二记录传感器的第二信号，其中第二信号的至少一部分由底物的氧化所引起；检测参考传感器的参考信号；计算第一结果信号，例如，从第一信号中减去参考信号来消除噪声；处理并分析第一结果信号来确定第一目标分析物的存在和/或量；计算第二结果信号，例如，从第二信号中减去参考信号来消除噪声；以及处理并分析第二结果信号来确定第二目标分析物的存在和/或量。在一些实施方式中，该方法还包括将指示测试结果的信号发送至移动计算设备。

在一些这样的实施方式中，第一结果信号与存在于定位的样品中的第一目标分析物的量成比例而第二结果信号与存在于定位的样品中的第二目标分析物的量成比例。在其它实施方式中，第一和第二结果信号与样品中存在的第一和第二目标分析物的量成反比例。在其它的实施方式中，第一信号与第一分析物的量成反比例而第二信号与第二目标分析物的量成正比例，或反之亦然。

在用于检测样品内目标分析物的存在、不存在和/或量的计算机化方法的其它实施方式中，第一储器只包括一种尺寸的磁颗粒，并且只有一个磁体或其它磁场发生器设置在分析通道内或其附近。在这样的实施方式中，该方法允许检测单个目标分析物的存在、不存在和/或量。

在计算机化方法的其它实施方式中，三种或三种以上尺寸的磁颗粒存在于第一储器内，并且同等数量的三个或三个以上的磁场发生器被设置在分析通道内或其附近。以此方式，单一的设备和单一的方法可检测样品内多个分析物的存在。不管信号与目标分析物的量成正比还是成反比，许多颗粒尺寸和磁场强度可用来在传感器信号和分析物目标浓度之间建立1对1的映射。在这样的实施方式中，磁场的数量与传感器的数量以及独特磁颗粒群的数量相等，传感器的数量和独特磁颗粒群的数量均与系统用来检测的不同目标分析物的数量相等。例如，这样的方法和设备可以用来确定：在众多的疾病中患者患有哪种疾病；在众多的药物或毒药中，患者会对哪种药物或毒药有不良反应；或者，在众多的化学品中，哪种化学品已经对水造成污染。其它实例包括量化一个人体内的各种维他命、激素、蛋白质或其它感兴趣的分析物的浓度。

附图简述

示例性实施方式通过参考附图在下文中加以描述，其中相同的标号表示相同的元件。在下述图中：

图1A-1D提供了在目前所公开的分析物检测系统的一个实施方式中发现的分子和反应的示意性描绘。

图2A-2B提供了在目前所公开的分析物检测系统的另外一个实施方式中发现的分子和反应的示意性描绘。

图3A-3B分别描绘了样品收集设备的一个实施方式的侧视图和透视图。

图3C-3D分别描绘了图3A-3B的样品收集设备实施方式中设置的收集头的透视图和侧视图。

图4A描绘了样品收集设备的另外一个实施方式的侧视图。

图4B描绘了图4A中样品收集设备的透视图。

图5描绘了样品收集设备的一个实施方式的功能模块图。

图6描绘了样品收集设备的另外一个实施方式的侧视图。

图7A描绘了组装的盒设备的一个实施方式的透视图。

图7B在分解结构中描绘了形成图7A中盒设备的部件的透视图。

图8描绘了盒设备的另外一个实施方式的分解图。

图9A-9C描绘了另外一个盒设备实施方式的分解、半分解和非分解透视图。

图10A描绘了图8中盒设备实施方式的俯视图。

图10B描绘了图8中盒设备的局部透视图。

图11A-11B分别描绘了在盒设备的一个实施方式中发现的内部组件和电路板组件的俯视图和透视图。

图11C描绘了图11A中内部组件的局部放大视图以突出该具体实施方式中储器的特征件。

图12A-12B分别描绘了图8中盒设备实施方式的俯视图和侧视图，其中设置有图4中的样品收集设备实施方式。

图13A-13B描绘了示意性地表示为与盒的其余部分分隔的样品制备储器的一个实施方式的俯视图和透视图。

图14描绘了输入通道的一个实施方式的功能模块图。

图15A-15C分别描绘了输入通道的另外一个实施方式的俯视图、侧视图和透视图。

图16A描绘了锁定结构中输入通道的一个实施方式的俯视图，图中设置有与输入通道形成锁定结构的样品收集设备的一个实施方式。

图16B-16C描绘了图16A中输入通道和样品收集设备的局部放大视图以分别突出实施方式的锁定特征件和密封特征件。

图17A-17I描绘了微流体分析通道的各种实施方式的剖视图。

图18A-18B分别描绘了图7A-7B中盒实施方式中的电路板组件实施方式的俯视图和仰视图。

图19描绘了图8中盒实施方式中的第一储器的剖视图。

图20描绘了位于盒的一个实施方式中的阀门。

图21示意性地表示了读取器设备的一个实施方式。

图22描绘了读取器设备的一个实施方式的分解图。

图23A-23C示意性地表示了超声波仪在自动检测和自动启动方案中的各种状态。

图24描绘了阀门反馈系统的一个实施方式的示意图。

图25描绘了具有阀门反馈系统的读取器设备的一个实施方式的局部视图。

图26A-26C描绘了处于与图7A-7B中盒设备实施方式不同啮合阶段的图22中读取器设备实施方式的不同视图。

图27A-27B提供了读取器设备的另外一个实施方式的侧视图和剖视图，该读取器设备连接至盒设备的另外一个实施方式。

图28A描绘了构成目标分析物检测系统的一个实施方式的各类元件。

图28B描绘了图28A中的目标分析物检测系统，其中各类元件连接在一起并且在使用中。

图29A描绘了读取器设备的另外一个实施方式。

图29B描绘了直接连接至远程计算设备的图29A中的读取器设备。

图30描绘了读取器设备的另外一个实施方式。

图31提供了分析物检测系统的一个实施方式的示意图。

图32提供了用于检测样品中目标分析物的存在、不存在和/或量的方法的一个实施方式的流程图。

某些实施方式的详细描述

在下面的详细描述中，可参考构成本公开的一部分的附图。附图和说明书中描述的实施方式旨在示例而非限制。如本文所用，术语“示例性”意思是“作为一个实例或例子”并且必然不应当被解释为是优选的或优于其它实施方式。在不背离本主题的精神或范围的情况下，其它实施方式可以被利用并且可以作出修改。如本文描述及说明的本公开的方面可被布置、组合及设计成各种不同的结构，所有这些都被明确考虑并且构成本公开的一部分。

除非另有说明，本文中使用的每个技术或科学术语与本公开所属领域的普通技术人员普遍理解的含义相同。根据所附权利要求及本文提供的公开，下列术语被定义为具有以下含义，除非另有声明。

术语“大约”或“近似”，当用在数字表示或范围前时(比如压力或尺寸)，表示是可变化(+)或(-)5％、1％或0.1％的近似值。

除非本文另有明确规定，在说明书和权利要求中使用的单数形式“一个”、和“该”既包括单数指代又包括复数指代。例如，术语“一个分子”可以包括并且被考虑到包括多个分子。有时，权利要求和公开可以包括术语例如“多个”、“一个或多个”或“至少一个”，然而，这样的术语不存在并非旨在意味着且不应被解释为意味着没有考虑到多个。

如本文中使用的，术语“包括”旨在表示这些设备、系统以及方法包括陈述的元件，并且可能另外包括其它元件。“主要由……组成”应当表示这些设备、系统和方法包括陈述的元件但不包括对所述目的而言对组合有重要意义的其它元件。因此，本文中定义的主要由元件组成的设备或方法不排除本质上不影响本发明基本特征和新颖特征的其它材料或步骤。“由……组成”应该指这些设备、系统和方法包括陈述的元件但不包括任何并非不重要或无关紧要的元件或步骤。由每一个这些过渡术语定义的实施方式均在本公开的范围内。

本文中公开的各种设备、系统、试剂盒以及方法都旨在用于分离、标记及检测取自待试验物的样品内的目标分析物。在某些实施方式中，多种化学反应被用来实现这样的检测。示例性化学反应在下文中讨论并且在图1A-2B中描绘。

反应物和反应

在一些实施方式中，目标分析物110a、110b被加入到样品制备试剂的溶液中，正如图1A和1B所示。这个目标分析物可以是任何分子，例如，核酸、蛋白质、小分子或重金属。样品制备试剂至少包括磁微珠或纳米颗粒120a、120b(这里称为“磁颗粒”)。在各种实施方式中，每个磁颗粒120a、120b具有结合至其表面的亲合分子130a、130b。亲合分子可以是任何适合于结合至或捕获目标分子的分子或部分。这些亲合分子的非限制性实例包括抗体(包括单链、多链抗体，双抗体，人源化抗体等等)、具有亲合力的抗体片段、配体、多肽或蛋白分子以及与底物有结合亲合力的部分、核酸分子(比如适体)、其它具有结合亲合力的分子，等等。尽管可以使用任何合适的亲合分子，包括核酸适体或其它结合蛋白或分子，但图1A和1B描绘了抗体130a和核酸探针130b。在一些实施方式中，样品制备试剂还包括检测剂140a、140b，比如，例如连接至信号传导剂150a的抗体160a或结合至信号传导剂150b的标记核酸探针160b。各种实施方式中的检测剂140各自包括信号传导剂150，比如，例如氧化酶或其它信号传导酶、亚甲蓝或其它电化学响应标记、或荧光标记，例如溴化乙锭、荧光素、绿色荧光蛋白、或其它荧光团。

在包括检测剂140的一些实施方式中，上文列出的各种试剂可以混杂在一起，以形成夹层复合体。示例性夹层复合体100a、100b在图1C和1D中示出。每个夹层复合体由(1)具有表面结合亲合分子130a、130b的磁颗粒120a、120b，(2)目标分析物110a、110b以及(3)检测剂140a、140b组成。图1C中的示例性夹层复合体100a使用抗体作为亲合分子，并且目标分析物是感兴趣的蛋白或小分子。图1D中的示例性夹层复合体100b使用被设计来捕获特定核酸序列的核酸探针。

在各种实施方式中，信号传导剂150是氧化酶，例如，比如辣根过氧化物酶(HRP)或大豆过氧化物酶。在这样的实施方式中，当存在特定的化学底物时，电化学电池中发生酶诱导氧化反应。因此，如果该特定的底物流过或者以其它方式遇到结合至目标分析物以及磁颗粒的氧化酶，氧化反应发生。在这样的实施方式中，电化学电池的工作电极释放电子以便以与存在的目标分析物的量成比例的量来补充由氧化酶从底物剥离的电子。电子的释放或流动形成电流，该电流可以以电流变化或电压变化的形式被电极检测到。

在其它实施方式中，例如由图2A-2B的示意图表示的实施方式，样品制备试剂至少包括磁颗粒220群，每个磁颗粒具有结合至其表面的亲合分子230。在一些这样的实施方式中，竞争结合剂240和包含目标分析物210的样品被加入到样品制备试剂中。各种实施方式的竞争结合剂240包括预结合目标分析物270，该预结合目标分析物270与信号传导剂250，比如上文描述的任何信号传导剂,预结合。预结合目标分析物270可以通过比如抗体、核酸探针、核酸适体、或者其它亲合分子260间接结合至信号传导剂250。在各种实施方式中，来自于样品的未结合的目标分析物210和竞争结合剂240相互竞争来结合至磁颗粒220上的亲合分子230。成功地结合至磁颗粒220的竞争结合剂240和信号传导剂250的量与存在于样品中的未结合的目标分析物210的量成反比。在竞争结合剂240的信号传导剂250是氧化酶的实施方式中，如果特定的底物在电化学电池流过或者以其它方式遇到结合至竞争结合剂240的磁颗粒，氧化反应发生。该电化学电池的工作电极相应地会释放出电子以便以与样品中存在的目标分析物的量成反比的量来补充由氧化酶从底物剥离的电子。电子的释放或流动形成电流，该电流可以以电流变化或电压变化的形式被电极检测到。

在本文考虑的一些实施方式中，样品试剂包括仅一个磁颗粒群和仅一个检测剂或竞争结合剂群。这样的实施方式适合于检测单一感兴趣的目标分析物。

在其它实施方式中可存在多个磁颗粒群以及检测剂和/或竞争结合剂群，每个群都构造成具有自己的亲合性。在这样的实施方式中，每个磁颗粒群都具有结合至其表面的独特的亲合分子，因此每个磁颗粒群设计为与不同的目标分析物结合。类似地，每个检测剂群包括独特的亲合分子因而被设计为与不同的目标分析物结合。在采用竞争结合方法的实施方式中，每个竞争结合剂群包括一种不同的预结合目标分析物因而被设计为与一种不同的目标分析物竞争。这样的实施方式允许检测多个目标分析物。

本领域的技术人员会理解到形成这些磁颗粒结合的复合体的可能性是很多的，并且所有这样的可能性在本文中均被考虑。例如，样品制备试剂可以包括生物素标记抗体，该抗体结合至目标分析物的一部分。在一些实施方式中，存在于样品制备试剂中的抗体和/或核酸可以被预生物素化，使得与链亲和素连接的信号传导酶可以与生物素化的检测剂结合以形成复合体。HRP是一种这样的与链亲和素连接的信号传导酶。这样的标记结合不仅限于生物素-链亲和素。任何适合的标记方案都可奏效。在另一实例中，多个HRP酶一起连接成一种通常被称为聚辣根过氧化物酶分子的分子，以便增强所得夹层复合体的信号生成能力。

除了形成磁颗粒结合复合体的组分，各种实施方式中的样品制备试剂也可以包括以下的一种或多种：(a)促进结合磁颗粒的复合体的形成的试剂，比如盐；(b)促进获取目标分析物及特异性的试剂，比如用于溶解细菌或病毒或切割大分子或核甘酸的洗涤剂和酶；(c)削弱非特异性结合的阻断蛋白质；以及(d)稳定剂，比如，例如可以改善样品制备试剂保存期限的海藻糖。

在样品制备试剂的至少一些实施方式中，盐对提高结合的可能性是必要的。例如，一些实施方式中包括磷酸盐缓冲盐水(PBS)。在其它实施方式中，任何不干扰电化学检测的盐可以被提供在试剂中。

阻断蛋白，诸如众所周知的牛血清白蛋白、酪蛋白、纤维蛋白原、或其它阻断蛋白，可以用来帮助稳定存在于样品制备试剂中的抗体、酶、和/或其它蛋白。这样的阻断蛋白还可以帮助防止信号传导酶非特异性地结合至磁颗粒及本文其它地方描述的系统和设备的壁上。

此外，洗涤剂可以用在需要溶解细胞来获取这些感兴趣的分子或核酸的实施方式中。在各种实施方式中，非离子洗涤剂——而不是离子型洗涤剂——可以用来防止信号传导酶和/或抗体的变性。洗涤剂可以加强细菌的细胞溶解，但还对温和溶解各种病毒有用，比如流感病毒。这样的细胞溶解对于改善获取目标分析物比如病毒内的核蛋白可能是期望的。此外，在一些实施方式中，样品制备试剂包括加强细胞溶解以及在细胞溶解期间降低黏性的酶；这样的试剂对一些样品的制备可能是有必要的，例如，包含细菌比如大肠杆菌的样品。加强和促进细胞溶解的酶可以包括溶解酵素和脱氧核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶可在不打乱磁颗粒表面的核酸探针的情况下将释放的基因组DNA切断。

多种酶，例如可选择性地将较大的核苷酸序列切成较小序列的核糖核酸酶或者脱氧核糖核酸酶，可用于产生具有良好结合动力学的较小片段。这样的酶存在于一些实施方式的样品制备试剂中。其它组分也可以被包括在样品制备试剂中。例如，诸如海藻糖的稳定剂可以存在于样品制备试剂中；这样的稳定剂有助于防止蛋白被氧化并由此提高试剂的保存期限，特别是在常温下。

本文描述的系统的各种实施方式被设计来形成独立的环境，在这个环境中，任何上文描述的化学反应可以自动化方式发生,完全或基本上无需人工干预。例如，在本文描述的一些设计中，一个或多个上文描述的化学反应可继续进行,操作员无需添加试剂或从该系统中除去试剂。在某些实施方式中，该系统是封闭的，使得生物危害风险,诸如从待试验物中收集的样品溢出的风险,被最小化。在各种实施方式中，这样的系统至少包括样品收集设备、盒设备和读取器设备。这样的设备的一些示例性实施方式在下文中详细描述。

样品收集设备

各种实施方式的样品收集设备可配置成从待试验物收集样品。样品收集设备可以配置成从任何需要的部位或位置收集细胞及其它生物材料，例如，从内脸颊、咽喉、鼻腔、耳部、从尿液、从血液、或者从另一个身体部位。一个示例性样品收集设备包括利用毛细作用吸取小滴血液或尿液到小毛细管道内的装置。在其它实施方式中，样品收集设备可以配置成从环境中,诸如从空气或水、或从物理表面或其它结构,来收集生物材料、微粒、或其它化学品。

各种实施方式的样品收集设备的大小和形状可被设定为从待试验物的合适位置收集足够大的样品，以使用下文描述的其它设备来检测该待试验物中的目标分析物的存在、不存在和/或量成为可能。例如，对于一些目标分析物，比如与流感病毒或感冒病毒相关的目标分析物，样品收集设备可以是鼻棉签；棉签的大小和形状被设定为从个体的鼻腔收集足量的样品，以实现检测与流感病毒或感冒病毒相关的目标分析物(如果该目标分析物存在于该个体内)。对于其他目标分析物，比如，例如与链球菌性喉炎相关的目标分析物，该样品收集设备可以是咽喉棉签，其形状被设定为从个体的咽喉刮下足够多的细胞。在一个实例中，适用于收集与艾滋病病毒HIV相关的目标分析物的样品收集设备可以包括采血针。在另一个实例中，被配置为收集尿液的样品收集设备可适用于收集用于各种测试的目标分析物，包括例如用于追踪睾酮浓度、药物浓度、维他命浓度和/或生育能力的测试。

图3A-3D中提供了样品收集设备的这样一个实施方式。样品收集设备300被配置成可以从待试验物中收集少量的尿液。样品收集设备300具有轴310、收集头320、头端330和收集区域340，收集区域340由毛细管构成。一些实施方式中的轴是细长的,收集者的手可远离收集位置以方便简单而卫生的收集。具有头端330的收集头320在图3C-3D中是单独表示的。在一些实施方式中，收集头320与轴结合，该轴具有在下文中更加详细地描述的一个或多个特征，比如，例如，用于与盒设备啮合的互补螺纹或锁定机构和/或密封机构。

图4A和4B中提供样品收集设备400的另外一个实施方式。图中所提供的样品收集设备400是一种被配置为从鼻腔收集生物材料的鼻棉签。样品收集设备400具有轴410、收集头420和头端430。在一些实施方式中，头端430是圆形的；在其它实施方式中，可以使用任何钝的或基本钝的头端形状。在各种实施方式中，轴410是细长的以适用于个体的鼻子内,并且收集头420被配置成用来轻轻刮拭鼻子的内壁来收集存在于鼻子内的流体、细胞以及其他生物材料。在一些实施方式中，轴410和收集头420由相同的材料形成；在其它实施方式中，它们由不同的材料形成。在一些实施方式中，轴410和收集头420都由塑料形成。在一些实施方式中，样品收集设备400预封装在无菌包装内并且配置为一次性使用。

在一些实施方式中，样品收集设备400的头端430是钝的并且不包括锋利的边；该钝的设计降低了使用者在样品收集设备上伤害自己的风险。此外，钝头端430的优点在下文中盒设备的讨论中将更加详细地说明。各种实施方式的样品收集设备400配置为可全部或部分插入这样的盒设备中。

在样品收集设备的各种实施方式中，包括图4A-B中的样品收集设备400中，该设备包括多个功能组件。这些功能组件示意性地表示在图5的框图中。因为是在功能上对这些组件进行描述，本领域的技术人员会理解到这些组件可以采用许多物理形式。所有适合的物理形式均被考虑并并入本文。如图所描绘的，在各种实施方式中，样品收集设备500包括以下的一个或多个：收集区510、密封区520、锁定区530和把手区540，其中收集区510用于收集并储存样品，以将其送至盒设备内的储器；密封区520有助于在样品收集设备500插入盒设备后在样品收集设备500和盒设备之间形成液密性密封；锁定区530用于促进样品收集设备500和盒设备之间的固定啮合，使得当样品收集设备500插入盒设备中后收集设备不可逆转地并固定地与盒紧密配合；而把手区540用于被用户握住并操作样品收集设备。一些实施方式中也提供了收集区510并且将其配置成可破坏盒设备内的隔膜以便进入盒设备内的储器。在一些实施方式中，在样品收集设备500的其余部分插入盒设备后，把手区540是可打破的或者可以从样品收集设备500的所述其余部分移走。

图6中突出展示了样品收集设备600的一个实施方式中的功能区。如图所示，样品收集设备600包括用于握住设备600的把手640、用于将设备600锁入盒内的锁定特征件630、用来与盒内的内部通道形成液密性密封的密封特征件620、以及用于收集并暂时贮存样品的收集特征件610。

盒设备

在各种实施方式中，盒由外壳形成，该外壳限定出封闭空间并且具有可使盒做出以下一个或多个的不同特征：从样品收集设备接收带有目标分析物的样品，将该样品与样品制备试剂一起贮存，提供用于将目标分析物和样品制备试剂混合并混杂的空间，在用于检测的传感器上方提供将混杂的目标分析物在其中定位的分析区，提供液体介质以将混杂的目标分析物运送至分析区，贮存并提供一种在被引入到混杂的目标分析物时可产生可检测到的反应的底物，提供液体介质以将该底物运送至位于该分析区内的混杂好的目标分析物，以及提供贮存废料的废料收集区。

在各种实施方式中，该盒是基本封闭的系统，检测目标分析物的存在、不存在和/或量所需的反应在其中发生。这样的实施方式中的盒被称为“基本封闭的”，因为需要输入到该盒系统内的只有下述中的一个或多个：来自待试验物的样品，促进混合及混杂的能量，以及促进在分析区内定位混杂的目标分析物的磁力；该盒只输出电信号。在各种实施方式中，该盒是目标分析物特异性的，其所包括的样品制备试剂被选用来检测一个或多个特定的目标分析物。不同的盒类型包括用来鉴定不同目标分析物的不同试剂。

图7A-7B提供了盒700的一个实施方式。具体地，图7A描绘了盒700的以固定结构连接在一起的组件的各种非限制性实例；图7B描绘了组装前分开的相同组件，以突出盒700的各特征件。如所示，各种实施方式的盒700包括外壳710，该外壳由罩盖组件720、内部组件730和底座组件740形成。组装后，这些组件连接在一起形成具有输入通道712、多个储器722和分析通道732的固定结构。在一些实施方式中，这些组件由硬塑料或其它基本坚硬的材料形成。

在图8的分解图中也显示了相似的盒实施方式的各种组件和组件彼此相对的方位。如所示，在组装所描绘的实施方式后，罩盖组件820设置在内部组件830的第一侧，而底座组件840设置在内部组件830的第二侧。电路板组件850定位在内部组件830和底座组件840之间，并且通过例如一层粘合剂860连接至内部组件830。罩盖组件820的特征件和内部组件830的第一侧一起限定出输入通道812和多个储器822，而内部组件830的第二侧的特征件和电路板850限定出分析通道832。

图9A-9C的分解、半分解以及非分解透视图分别显示了另一个盒实施方式的各种组件和这些组件的组装。如图所示，在盒900的组装期间，第一罩盖组件920被设置在内部组件930的侧面，而第二罩盖组件940被设置在内部组件930的相对侧面上。电路板组件950连接至内部组件930，例如，通过一层粘合剂连接至内部组件930的下侧。在这样的实施方式中，内部组件930和电路板组件950一起被定位在第一罩盖组件920和第二罩盖组件940之间。第一罩盖组件920的特征件和内部组件930可以一起限定出输入通道912，而内部组件930的下侧的多个特征件和电路板950可以限定出分析通道932。在一些实施方式中，内部组件930限定出多个储器。在一些这样的实施方式中，每个储器是一个已被蚀刻、雕琢、切割或以其他方式形成在内部组件930的储器限定部分922中的井。在一些实施方式中，每个储器的开口侧被透气/不透液的隔膜覆盖。

回到图8中的盒实施方式800，内部组件830的各元件也显示在图10A和10B的俯视图和局部透视图中。在这些描绘的视图中，输入通道812通向盒800内的第一储器824。第二储器828和第三储器826也与第一储器824一起提供。所述多个储器824、826、828中的每一个具有在储器的底部附近的相应出口，该出口开向微流体分析通道832。

本领域技术人员会理解到虽然这里描绘了三个储器，但在各种实施方式中，所述多个储器可以包括两个储器或四个或更多储器并且可以采用另外的空间构型。任何以及所有可能的空间构型都被考虑到并且明确地并入本文。图11A-11C提供了另一可能的空间构型的一个实例。图11A-11C描绘了拆除了外部外壳组件的盒实施方式的内部组件1130和电路板组件1150。在该描绘的实施方式中，储器1122以苜蓿叶方式围绕分析通道1132定向。同其它实施方式中一样，输入通道1112从盒的孔1102延伸至第一储器1124，而分析通道1132由内部组件1130的壁和电路板组件1150的壁限定。此外，每个储器1122包括出口1123，该出口将储器1122连接到分析通道1132，并且分析通道1132从储器1122延伸至吸收垫1136。在该描绘的实施方式中，电路板组件1150上的传感器1158被定位于分析通道1132内。此外，所描绘的实施方式中包括有超声元件1121，超声元件1121被定位以形成第一储器1124的全部或部分底面。

在盒设备和样品收集设备的各种实施方式中，例如，比如在上文描述的所有实施方式中，盒的输入通道被配置来接纳全部或一部分样品收集设备。图11A和11B中提供了一个实例，该实例使用图8中的盒800和图4中的样品收集设备400。如图所示，盒800的输入通道812的大小和形状被设定为可接纳全部或一部分的样品收集设备400。在某些实施方式中，收集的样品的输入通过将全部或一部分的样品收集设备400送入到盒800内来进行。例如，在图11A和11B中，样品收集设备400滑入输入通道822内，头端430首先滑入。样品收集设备400滑入输入通道822内，直到样品收集设备400的头420的全部或一部分位于第一储器824内。

在一些实施方式中，在将样品收集设备400插入盒800之前，内部隔膜被设置在输入通道内或在输入通道和第一储器之间。内部隔膜823的一个实施方式可见于图10A中。虽然内部隔膜在图10A中最明显可见，但本文提供的任何和所有的盒实施方式也被想到可以包括内部隔膜。如图所描绘的，内部隔膜823在通往第一储器824的入口处或其附近至少罩住输入通道812的横断面的全部。一些实施方式中的内部隔膜823是双壁式的并且双壁间包含一定量的液体。该隔膜液体促进由样品收集设备400收集的样品的悬浮并且有助于将样品颗粒运送到第一储器824内。在采用如上所述的竞争试剂检测方法的实施方式中，内部隔膜823还贮存有竞争结合剂。在各种实施方式中，样品收集设备400插入输入通道812内使内部隔膜823破裂，从而将所贮存的液体、任何贮存的试剂以及收集的样品颗粒释放到第一储器824内。在其它实施方式中，如下文参照图13A和13B所述，盒800的内部隔膜823是薄的单壁隔膜。在一些这样的实施方式中，一个或多个分子被干燥贮存于该隔膜内。

图13A和13B提供了内部隔膜的另外一种构型。图13A-B示意性地描绘了第一储器1324(与第一储器724或824相似)的俯视图和透视图，图中第一储器1324显示为与该盒的其余部分分离、分开，以便突出内部隔膜1323的位置。在所描绘的实施方式中，内部隔膜1323设置在第一储器1324的外壁上。这样的隔膜1323会处于输入通道内或输入通道和该第一储器1324之间的空隙中。该内部隔膜1323挡住了样品输入孔1321的入口，从而防止贮存在第一储器1324内的液体泄漏出储器，比如进入到输入通道内。在一些这样的实施方式中，该内部隔膜1323干燥贮存各种分子1319，例如，比如图1中描绘为150的竞争结合剂或信号传导剂。

在输入通道的各种实施方式中，该通道包括多个与功能区以及各实施方式中的样品收集设备的特征件互补的功能组件。这样的功能组件示意性地在图14的模块图中表示。由于所描述的是这些组件的功能，本领域的技术人员会理解到这些组件可以采用许多物理形式。所有适合的物理形式均被考虑并且并入本文。如图所描述的，在各种实施方式中，输入通道1400包括入口区1410、引导区1420、锁定区1430、密封区1440和隔膜区1450中的一个或多个，其中入口区1410提供一个开口，样品收集设备可通过该开口进入通道；引导区1420用于指引收集设备沿着轴线向第一储器运动并限制不沿轴线的运动；锁定区1430具有与样品收集设备上的锁定区互补的机械特征件以实现两个设备之间安全固定的连接；密封区1440具有与样品收集设备上的密封区互补的机械特征件来实现两种结构之间的液密性密封；而隔膜区1450中贴附了隔膜来防止从第一储器泄漏。第一储器1460也提供在图中，因为它可以形成输入通道1400的末端。

图15A-15C突出显示具有功能区的输入通道1500的一个实施方式。如图所示，输入通道1500至少部分由内部组件1501限定。输入通道1500包括：孔1510，样品收集设备可通过该孔进入通道1500；用于指引收集设备沿着轴线向第一储器运动的细长部1520，该细长部1520具有限制样品收集设备横向运动的直径；具有与样品收集设备互补并固定连接的机械特征件的锁定区1530；密封区1540，该密封区1540具有变窄的直径、垫圈和/或其它机械特征件来帮助在内部通道1500和样品收集设备之间形成液密性密封；以及隔膜1550。图中还可以看到多个储器1560。输入通道1500内还设有通气孔1570，以允许排除否则可产生压力的空气，该压力阻碍收集设备输入通道1500内。

如上所述，盒的各种实施方式中包括一个隔膜，该隔膜阻止液体在样品收集设备插入之前从第一储器流出及流入输入通道。在这样的实施方式中，样品收集设备在进入第一储器时使该内部隔膜破裂。在某些实施方式中，在样品收集设备推动隔膜至其破裂点的那一刻或基本在那一刻，发生两件事件：(1)收集头底部的柔性特征件，比如，例如橡胶垫片或任何其它适合材料的垫片,移动到位，与隔膜周围的结构性外壳特征件形成液密性密封，以及(2)样品收集设备的轴到达其锁定在盒的输入通道内的适当位置。例如，通过在样品收集设备的轴和周围的输入通道之间设置互补的凹槽和脊、凹槽和齿或者其他互补的特征件，可以实现锁定。通过进入输入通道内的结构上啮合的固定构型，各种实施方式的样品收集设备能够保持在适当位置并抵抗隔膜破裂期间施加到收集头上的压力。另外地或可选地，通过防止使用者意外打开盒，这样的构型加强了使用后的盒的处理便利性，从而防止盒内潜在的有害生物组件的暴露。

图16A-C描绘了图15A-C的输入通道实施方式中处于锁定啮合的样品收集设备的一个实例。在描绘的实例中，该样品收集设备是图6中的样品收集设备600。如图16B所示，在锁定位置，样品收集设备600的轴上的互补特征件630、与周围的输入通道1500的互补特征件1530啮合，而如图16C所示，在锁定位置，隔膜1550已破裂，并且收集设备1500上的密封机构1540已与输入通道600的密封部分620形成密封。在所描绘的实施方式中，输入通道1500的密封部分1540包括具有直径变窄的通道部分，而该收集设备的密封部分620包括垫片。

作为另外一个实例，回到图12A和12B，在将样品收集设备400插入盒800内期间，样品收集设备400在进入到第一储器824的同时使内部隔膜823破裂。在各种实施方式中，样品收集设备400的头端430是钝的，以确保内部隔膜823变形然后在可控的破裂点破裂，而不是立即被头端430刺破。

为了获得具有期望的破裂特征和期望的破裂点的内部隔膜，比如，例如内部隔膜823，在各种实施方式中，该内部隔膜由精心挑选的材料形成以具有期望的弹性模量、屈服点和/或破裂点。弹性模量是用来表征材料的弹性程度的常量，并且可用来确定隔膜可被拉伸同时仍可恢复其原形的最大极限。这个点被称作屈服点。超过屈服点之后，材料显示塑性，发生不可逆变形。超过屈服点之外有另一个被称作破裂点的临界点。破裂点发生在隔膜失效或破裂的时候。实施方式期望的具体弹性模量随样品收集设备头端的大小和形状而变化，该头端将压力施加到内部隔膜上。选用的隔膜材料可以包括例如：聚氨酯、聚硅氧烷和聚丁二烯、腈、或其它弹性材料或其复合物。其它适用于可变形隔膜的的材料包括例如石蜡膜、乳胶、箔、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯。

在各种实施方式中，收集头420的大小、头端430的形状、内部隔膜材料的破裂点以及互补锁定特征件的位置可通过彼此参考来选择。

在一个实施方式中，互补锁定特征件包括径向放置在输入通道内的正向凸槽(即脊或其它突出物)和径向放置在样品收集设备的轴上的反向凹槽或其它互补凹陷。不管样品收集设备400的径向取向如何，径向布置允许将样品收集设备400插入输入通道812内。其它实施方式可以提供一个或多个非径向互补啮合特征件。在一些实施方式中，啮合特征件被构建为，当轴410的啮合特征件抵靠着输入通道812的啮合特征件移动时，啮合特征件的一个或二者被可逆压缩或缩回，而当轴410进入固定啮合位置时，啮合特征件回到它们的原始位置。这样的结构防止样品收集设备400的任何进一步向前或向后的横向运动。这样的结构使用户触觉确认样品收集设备已经被完全及正确插入；此外，双向锁定在结构上支撑破裂/密封机构。通过防止样品收集设备400有意及意外从盒800中移出，与样品接触的风险被降至最低。因此，生物危害风险被降到最低。这样的结构允许该系统简单处理成一般废物。

在盒800内，一些实施方式中的输入通道812从盒800的表面上的孔延伸至第一储器824。在描述的实施方式中，所述多个储器包括第一储器824、第二储器828和第三储器826。在其它实施方式中，可存在仅两个或四个或更多的储器。这些储器822每个与别的储器分离，并且在储器内不会发生储器内容物的交叉混合。如图10A-10B的俯视图和透视图中可见，多个储器822的每个至少有时通过储器出口与微流体分析通道832流体连接。在某些实施方式中，每个储器的底部“底板”或底部内表面是不平的，而是朝着出口向下弯曲，储器与分析通道832的交会点处于最低高度处或最深深度处。这样的实施方式有助于促进全部的储器内容物流入分析通道832，从而将死体积降到最低。在各种实施方式中，每个储器出口具有设在其中的阀门(例如，阀门825、827、829)，在使用前，该阀门将出口完全密封并防止液体从储器流入分析通道832。在使用时，根据在下文中更加详细地描述的方法，多个阀门可以以定时方式打开，这样多个储器822的每个的内容物可以循序流入分析通道832。

在所描绘的实施方式中，第一储器824处于最下游，并且离输入通道822最近。这样的设计使得一旦样品收集设备400被插入，收集头420就进入第一储器。第一储器824至少部分装有如上所述的样品制备试剂和第一液体。本公开中，术语“第一储器”和“样品制备储器”可互换使用。在各种实施方式中，当样品收集设备400进入第一储器824时，第一储器824进一步填充样品颗粒，，其包括一个或多个目标分析物(如果存在于样品中)。此外，在各种实施方式中，当样品收集设备400进入第一储器824时，该液体温和混合以将储器内的颗粒悬浮并混杂。在一些实施方式中，样品中的目标分析物混杂并至少结合至存在于样品制备试剂中的磁颗粒和亲合分子，以形成磁颗粒结合复合体。当第一阀门打开时，第一储器824中的液体充当输送介质，使磁颗粒结合复合体和其它颗粒从第一储器824流入分析通道832。更有利的是，充当第一储器824内的混合介质和存储介质的该液体还充当流动介质，将第一储器824的内容物运送至分析通道832内的分析区，而不需要使用泵。

在一些但不是所有实施方式中存在的第二储器828至少部分装有清洗液。这里使用的术语“第二”指溶液从储器释放到分析通道832的顺序，而不是储器在盒800中的位置。各种实施方式中的第二储器828位于最上游。在这样的实施方式中，当相应的第二阀门829打开时，清洗液从第二储器828流出进入分析通道832，从而将所有或基本上所有未结合的检测剂和/或未结合的竞争结合剂从分析通道832中移除。将清洗液放置在最上游的储器内确保样品制备储器824中所有的游离漂浮的未结合分子从分析通道832中洗出并且减少分析通道832的分析区内发生任何有意义的非特异性结合的可能性。

第三储器826位于第一储器824的上游，例如位于第一储器824和第二储器828之间。第三储器826至少部分装有化学底物溶液。在各种实施方式中，第三储器826中的溶液包括底物，该底物在第一储器824的信号传导剂存在的情况下会发生反应。例如，在一些实施方式中，在从第一储器824而来的氧化酶存在的情况下，从第三储器826而来的底物发生氧化反应。在各种实施方式中，当第三阀门827打开时，来自第三储器826的液体充当输送介质，使化学底物从第三储器826流入分析通道832内。

在各种实施方式中，液体从多个储器822的每个流入分析通道832内，且由于毛细管作用继续在分析通道内向下游方向流动。在某些实施方式中，每个储器内或其上设有通气孔，以允许空气置换从每个储器排空并流入分析通道内的液体。没有适当通气，流体在盒内可能不流动。在一些实施方式中，该通气孔通过在所述多个储器上放置透气隔膜，例如，比如聚四氟乙烯(PTFE)隔膜,来形成。在一些这样的实施方式中，该盒外壳的至少部分罩盖组件可由PTFE形成；在其它实施方式中，开口可以设置在储器上的罩盖组件内，该开口用PTFE隔膜密封。更有利的是，隔膜例如透气但不透液的PTFE隔膜提供了一种密封每个储器顶部的手段，以在允许液体从储器流出并进入分析通道的同时防止液漏。此外，一个或多个通气孔835、836可设置在全部或一部分的分析通道上，以便在液体流入通道内时允许被置换的空气排出。气泡在微流体系统中常常是个难题。这个问题在一些实施方式中由通气孔的策略性布置来克服，这允许气泡的被动脱气。例如，在一些实施方式中，微流体通道(在盒的内部组件内)的全部或一部分的顶侧被替换为PTFE隔膜或其它透气隔膜。在这样的实施方式中，该隔膜形成大部分的通道顶部。该隔膜的孔径可变并且可选择以包括0.1微米至3微米直径的孔。在一些这样的实施方式中，该隔膜用粘合剂密封至通道和/或储器上。

使用任何适合的制造工艺可以实现组装期间在盒内贴附透气隔膜。在一些实施方式中，粘合剂被涂敷到隔膜的底侧，并且将隔膜贴到分析通道的底壁上；通道的底壁由电路板组件的表面形成。然后通过一个或多个通气孔将空气推出形成真空；该真空将隔膜升起，这样隔膜的粘合剂部分与分析通道的侧壁接触，形成粘合密封。实际上，该隔膜将被吸到适当的位置并通过使用施加的真空和粘合剂结合至分析通道的侧壁上。

为了促进该分析通道内的毛细流，在各种实施方式中，该通道的多个内表面被制成是具有亲水性。这里使用的“亲水性”是指使表面和/或分子与水之间的接触面积最大化的亲合力。亲水性表面是指与一滴水的接触角小于90度的表面。本文所述的一些实施方式实现了接触面积小于60度的表面。如这里使用的，“毛细流”或“毛细管作用”是指流体由流体和通道的至少两个物理特性驱使而沿着流体通道的运动。所述物理特性包括：与该通道的表面接触的流体的分子的亲水粘结性，以及液体内的分子间内聚力，该内聚力有助于离通道亲水表面最近的分子在沿着通道表面传播时吸引大量流体。

在各种实施方式中，该分析通道由两个或两个以上的壁限定，并且一些或全部这样的表面被制成是亲水性的。在一些实施方式中，该分析通道包括第一半圆形壁和第二壁，该第一半圆形壁形成该盒的内部组件，而该第二壁由盒的电路板组件的表面构成。在其它实施方式中，比如，例如由图17A中分析通道的剖视图描绘的实施方式，该分析通道1732的壁包括三个被雕琢、蚀刻、或以其他方式形成为该盒的内部组件1730的壁，以及由电路板组件1750的表面构成的第四壁。

具有亲水壁的分析通道可以由各种材料或表面化学改性来形成。例如，内部组件1730和由内部组件1730形成的分析通道壁可以由如图17A所示的热塑性树脂制成。图17B中也描绘了这样的实施方式；图17B中也显示了将内部组件1730连接至电路板组件1750以形成分析通道1732的粘合层1760。作为另一个实例，比如，例如，图17C中提供的实施方式，内部组件1730的一个或多个表面，包括形成分析通道1732的壁的表面，可以进行由等离子处理介导的聚乙二醇化接枝以激活表面，使得聚乙二醇(PEG)结合至其上，形成亲水和抗蛋白的改性表面1731。此外，在一些实施方式中，商用侧流式隔膜可以设置在通道内部，以在通道内提供芯吸材料。

如上所述，在一些实施方式中，该盒包括用于从分析通道排放气体的装置。如图17D和17E所示，在一些实施方式中，用于排放气体的装置包括一个或多个通气孔1736，这些通气孔由内部组件1730内的小孔形成。在一些实施方式中，限定通气孔1736的壁是疏水性的，并且这些孔足够小，使得分析通道1732内的含水液体被从通气孔1736处排斥开因而不会泄漏。如图17F所示，在另外一个实施方式中，由内部组件1730限定的气泡旁路段1733被设置在分析通道1732的顶部内。气泡旁路段1733的大小和位置被设定为允许气体流过气泡旁路段1733同时将分析通道内的液体留在通道1732的下部主段内。在一些实施方式中，气泡旁路段1733设置在两个通气孔1736之间，用来将气体从分析通道运送至通气孔1736来释放。

在其它实施方式中，用于从分析通道1732排放气体的装置包括透气隔膜，例如聚四氟乙烯(PTFE)隔膜，该隔膜代替否则将由内部组件1730形成的一个分析通道壁。图17G中描绘了一个这样的实施方式，其中分析通道1732的顶壁被透气隔膜1735代替。在具有用于排气的透气隔膜1735的一些实施方式中，可能需要预湿处理该隔膜1735，因为一些透气材料比如PTFE是疏水性的。为了避免独特的预湿处理步骤，在一些实施方式中可以利用结构性预湿处理。图17H中描绘了一个这样的实施方式。如图所示，为了“结构性预湿处理”透气隔膜1735，可以提供沿着透气隔膜的长度的由亲水材料制成的轨道1737，其。这样的轨道1737促进液体沿轨道流动，例如，从储器进入分析通道1732内和/或沿着分析通道1732的长度流动。亲水性轨道1737帮助克服隔膜的疏水阻力。这些轨道1737可以用很多方式构成，并且构建成包括横跨隔膜顶部1735长度的薄塑料轨道。在一些实施方式中，直接设置在隔膜上的粘合剂可以形成轨道；在另外一个实施方式中，该轨道可以通过隔膜的图案化表面改性形成，这引起沿着整个分析通道1732长度的亲水表面改性。

此外，如下面更加详细地描述的，在一些实施方式中，一个或多个传感器被设置在分析通道1732内的电路板元件1750上。如图17D-17I中描绘的以及图17I中明确指出的，传感器1758可由金或其它导电金属形成，并且如下文参照图18A所述，可包括额外的表面化学改性1757。在本文描述的各种盒实施方式中，比如，例如在图7A-B的盒700和图8的盒800中，分析通道732/832被考虑到可以包括在图17A-17I的任一个中描述和/或描绘的任何或全部特征或本领域技术人员熟知的任何其他特征。

此外，为了促进分析通道内通过毛细管作用的流动，在各种实施方式中，在分析通道的最下游端提供有吸收材料。图10A中可见吸收垫834形式的吸收材料的一个实例。该吸收材料或吸收垫834将液体从分析通道832吸走，从而促进液体向下游流动至吸收垫834。在一些实施方式中，该吸收垫834充当废物容器，在所有废液和所有废物颗粒已经流过分析通道832后，收集这些废液和废物颗粒。在各种实施方式中，该吸收垫的大小和吸收度被选定来计量分析通道832内液体和颗粒的流量。例如，在一些实施方式中，吸收垫834可吸走的液体体积必须足够大，以便将所有液体从第一(样品制备)储器824和第二(清洗)储器828排出，以及从第三(底物)储器826吸出携带有化学底物的液体。这样的条件可作为吸收度的下限。此外，吸收度的上限要求携带化学底物的液体的流动必须在分析通道832的分析区上变慢或停止，使得化学底物有时间与位于分析区内的信号传导剂反应。

如图7B、8和11A-C所清楚地显示，各种实施方式的盒还分别包括印刷电路板750、850和1150，本文中称为电路板或电路板组件。该电路板组件连接至盒的内部组件。图18A-18B单独提供了图7B的电路板组件750。电路板组件750包括电气组件，例如，电阻器、电引线754、通孔756以及用于目标分析物检测的传感器758中的一种或多种。尽管是分别描述的，应理解到，电路板组件750的电气组件不需要是独立的结构元件。一个或多个电气组件和/或电路可以执行本文中描述的各种组件的一些或所有作用。在一些实施方式中，电阻器可作为独特识别标签，这允许读取器设备(在下文中有更加详细的描述)区分盒类型。电阻器可以包括小表面安装电阻器、基于电阻油墨的电阻元件、或任何其它允许读取器“阅读”电阻器从而确定盒类型的电阻元件。如本文中使用的，如果盒被配置来检测不同的目标分析物，它们的“盒类型”不同。在其它实施方式中，不同的的非电阻装置可用来识别盒类型。

如下文中更加详细描述，各种实施方式的电引线754被提供来与读取器设备建立电气连接和连续性。如图18B中所示，电引线754电连接至通孔756，在被读取器设备开启时，向这样的组件提供电流。通孔是印刷电路板上的标准品，并通常用来使电路板的一层上的信号路线在电学上继续到另一层。这些通孔提供穿过多层的电连续性。这样的通孔是优良的导热体；它们能将热量传递至非常精确的位置而不影响周围的区域，因为形成大部分电路板的周围材料是优良的绝热体。因此，在各种实施方式中，多个通孔756被设置在电路板组件中，并且每个通孔756被设置在位于储器出口内的可相变热启动的阀门的下方、上方、或附近，以形成阀门启动元件。通孔756的热传递的精确度允许彼此靠近的阀门之间的最小串扰；因此，每个阀门的启动时间可被仔细控制。在一些实施方式中，阀门由蜡,例如亲水蜡，形成，并且通孔756充当导热体,由读取器设备控制在精确的时间点将蜡融化，。一个或多个加热元件可用来产生热量，该热量可被传导至蜡需要被融化的确切位置。一旦储器的出口内设置的蜡阀门融化，该出口不再被封闭，并且该储器内的流体内容物可通过其排入分析通道。一些实施方式中的加热元件形成电路板组件的一部分。例如，在图18B的实施方式中，该加热元件是表现为蛇形线迹755的电阻加热元件，其位于电路板组件750的底侧，围绕通孔756。在其它实施方式中，加热元件位于盒的外面，例如，位于读取器上。在各种使用电阻加热元件的实施方式中，为了产生热量，电流通过例如晶体管的启动，被允许流过电阻加热元件。流过电阻加热元件的电流通过焦耳加热产生热量。由于电阻加热元件和通孔之间的物理接触，热量传导至通孔。在各种实施方式中，热量随后通过通孔向上传导至蜡屏障，并且发生蜡的相变，比如，例如融化。

为了确保蜡在精确的时间充分融化，在各种实施方式中，蜡阀门被精心构建在储器的出口中。例如，在一些实施方式中，优选的蜡阀门具有封闭储器的出口所需要的最小高度；这个最小高度将热量融化蜡所须行进的距离最小化。用于实现具有这样特点的蜡屏障的一种实例方法涉及将融化的蜡涂覆至预热的通孔。有利的是，当通孔被预热时，相对于室温通孔，该蜡阀门需要更长时间固化；因此，蜡在硬化前具有更多时间变平以及向外延展。将蜡“平展(pancaking)”有助于将高度最小化，这将使阀门适当地融化启动的机会最大化。此外，加热通孔促进蜡和通孔之间更大的接触面积，这样更大比例的蜡受热，也将阀适当启动的机会最大化。在蜡沉积前加热通孔的方法可用下列方法进一步加强：将储器的开口在通孔的上方对齐，使得在将融化的蜡涂覆至预热的通孔时，储器底部的开口空间上接近于通孔，这样当蜡硬化时，蜡同时贴附于储器的多个内壁和通孔本身。这对于提高完整阀门的制造产率是有利的，完整阀门完全地封闭住分析通道的开口，使得液体不会从储器不经意流出。

图19中提供了阀门825的一个实施方式的剖视图。阀门825处于盒800的储器824底部的出口处。如图19所描绘的，储器824由内部组件830的壁限定。在一些实施方式中，该出口由内部组件830的底壁中的孔形成。在各种实施方式中，电路板组件850设置在内部组件830下方并且用粘合剂860贴到内部组件830上，例如，比如可以是亲水的双面胶带，以支持流体的毛细流动。在各种实施方式中，阀门825由热敏可相变材料形成，例如，比如亲水蜡。在阀启动前，阀门825的蜡或其它热敏材料处于固态或半固态状态，并且其大小和形状被设定为填满出口的整个横截面，这样没有液体能从储器824逃逸到分析通道832内。如图所描绘的，一些实施方式的热启动阀门825在通孔856或其它定位的导热元件的正上方与其对齐。这样的对齐允许局部加热，以便在阀门825内引起相变而不会引起任何邻近阀门的相变。在各种实施方式中，相变使热敏材料融化或以其他方式转化，这样使得出口不再被完全封闭，而是允许储器824内的液体流入分析通道832内。

在一些实施方式中，设置在通孔处的并且封闭储器的开口以防止液体流入分析通道内的蜡材料优选地是亲水材料，例如十六醇或十八醇。这有利地促进而不是妨碍液体流过任何在阀启动后在分析通道内的任何区域内硬化的蜡屑。这些材料优选地还具有在50摄氏度和100摄氏度之间的熔化温度，这允许电池驱动设备以合理功耗启动，而这些材料在一般的处理和贮存环境中和/或在超声处理方案期间保持未启动。在一些实施方式中，在通孔上设置的蜡的量在液态时低于1微升，而在一些这样的实施方式中，蜡量低于或等于0.5微升。在至少一些实施方式中，优选的是使用尽可能少的蜡来减少分析通道的任何阻塞，而且使加热时阀门尽可能充分开启。在一些实施方式中，阀门还具有反馈及控制系统，其允许在通孔处获得一致的热曲线以进行一致的阀启动。而且，这个反馈及控制系统可以结合传感元件以使该系统确认每个阀门已经被适当启动。

在一些非限制性实施方式中，该储器底部的出口的大小和形状被设定为如例图20A或图20B所描绘。在图20A中，每个储器底部的阀门开口/出口被描绘成与分析通道流体连通的半圆。在一些这样的实施方式中，该半圆直径大约是1mm，该大小有助于减少阻止储器内的流体进入分析通道所需要的蜡量。作为一种选择，图20B描绘了由具有边界延伸的半圆形成的出口。在一些这样的实施方式中，边界延伸具有0.1mm和1mm之间的长度。与图20A相比，图20B的边界延伸可以在阀启动过程中提供更大的表面积,使融化的蜡在进入分析通道前固化于其上以增进恰当的阀启动和流动。这样的构造可以减少进入分析通道内的蜡的量。类似地，在阀门构建期间，从半圆形开口延伸允许蜡在增大的面积上硬化而不封闭分析通道。

回到图18A，电引线754还电连接至传感器758；这样的电连接允许由传感器758检测到的信号传递至读取器设备加以处理。在各种实施方式中，传感器758和位于传感器上方的分析通道区域形成本文其它地方提到的“分析区”。传感器758可策略性布置，使得当电路板750包括在组装的盒700内时，传感器758设置在分析通道732内，其中电路板750的表面形成分析通道732的一个壁。如图18A所示，多个传感器758可被设置，每个传感器相对于其它的传感器间隔排列，并且所有的传感器均与分析通道732对齐。传感器758是电化学传感器，每个传感器形成分析通道内的电化学电池。在这个实施方式中，每个传感器758由工作电极758a、参考电极758b和反电极758c形成。在一些实施方式中，如果间接结合至磁颗粒的氧化酶存在于传感器758处并且适当的化学底物被引入分析通道732内，电化学传感器758处可发生氧化反应。在这样的实施方式中，工作电极758a以与存在的氧化酶的量成比例的量释放电子，以补充被氧化酶从底物剥离的电子。从工作电极释放的电子形成电流,该电流可作为连接至传感器758的电路内的信号被检测到。因而，传感器758可以间接检测在这样的实施方式中的分析区内定位的氧化酶的存在、不存在和/或量。例如，下文所述的读取器设备内的计算机随后可以将目标分析物的存在、不存在和/或量与氧化酶的存在、不存在和/或量相关联。这种计算机的功能在下面有更加详细的描述。在各种实施方式中，一个或多个磁场可用来促进分析区内的酶或其它信号传导剂的定位。有利的是，在这样的实施方式中，亲合分子不需要预先结合至传感器来实现定位，否则，由于基于扩散的混杂动力学的限制，这将显著放慢分析物量化流程。下文中也提供了磁场的细节。

在一些实施方式中，进行检测的电化学传感器758是通过ENIG工艺制作的，因此其表面具有金。在其它实施方式中，所用的金或镀金传感器不需通过ENIG工艺来制作。在一些实施方式中，至少每个传感器758的工作电极758a具有由硫醇化乙二醇和/或二硫醇比如六乙二醇二硫醇形成的表面化学物来增加稳定性。这些表面化学物的端基的亲水性促进流动和蛋白抗性。另外地或可选地，在一些实施方式中，一个或多个电极的表面回填巯基十一烷酸、巯基己醇、或其它适合的回填料。在一些实施方式中，传感器758内的一个或多个电极的表面通过在不升高温度的条件下循序添加和温育乙二醇二硫醇和回填料而形成。

在各种实施方式中，一个或多个环境电化学噪声传感器或者参考传感器759可设置在远离磁颗粒定位位置的分析通道内。该参考传感器759与其相关的电路量化系统中的背景噪声。这样的噪声可能是由比如非特异性结合酶的存在而产生的。在各种实施方式中，在处理检测结果期间，计算机运用一种算法将该参考传感器信号从检测传感器信号中去除，以考虑和/或消除系统噪声，从而允许恰当的目标分析物量化或检测。

一些实施方式使用标准电化学电路进行检测，该标准电化学电路利用参考电极处产生的偏置电位进行氧化/还原反应。该电位保持在化学底物的还原电位(足够低以至于溶液中几乎没有可还原种类的非特异性还原)，使得流至被氧化分子的电子可以使用连接至工作电极的基于运算放大器的电流-电压(op amp)电路拓扑来量化。例如，一种常见的底物分子四甲基联苯胺(TMB)可用于辣根过氧化物酶(HRP)。当TMB分子存在时，HRP氧化TMB分子，而且这些分子随后又被工作电极还原。由于该事件以与存在的HRP的量成比例的量发生，因此电流-电压op amp的测量结果发生了变化。使用模拟-数字转换器，实际信号可被传送至处理器加以处理。如下文中更加详细的描述，在各种实施方式中，所述处理器和信号处理组件设置在读取器设备内。

读取器设备

多种实施方式的读取器设备或读取器是、包括或由专业计算机组成。该计算机包括具有其上存储指令的存储器的处理器，这些指令用来执行一种或多种方法来检测样品中目标分析物的存在、不存在和/或量。在各种实施方式中，该读取器的计算机控制检测系统的操作，控制该系统的各种功能何时发生以及如何发生，例如，比如：在盒的第一储器中混合流体，开启阀门，和/或在传感器上定位磁颗粒。为了控制这样的操作，该计算机化读取器被配置成可以从该读取器或盒内的物理组件接收信息以及向这些物理组件发送信息。

图21中描绘了读取器的一个实施方式的功能模块图。尽管是分别描述的，但应理解到，根据读取器2100而描述的功能模块不必是独立的结构元件。例如，处理器2110和存储器2120可体现在单个芯片中。类似地，处理器2110和通信接口2150可以体现在单个芯片中。在各种实施方式中，读取器2100包括电源2160，比如电池。

处理器2110可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑电路、分立硬件组件、或任何以上器件的适当组合，以用来执行本文所述的功能。处理器还可以由计算设备的组合实现，比如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个与DSP核连接的微处理器、或其它任何这样的配置。

处理器2110通过一条或多条连接总线从存储器2120中读取信息、或向存储器2120写入信息。处理器可以另外地或可选地包括存储器，比如处理器寄存器。存储器2120可以包括处理器缓存，包括不同级别的具有不同容量和存取速度的多级分层缓存。存储器2120还可以包括随机存取存储器(RAM)、其它易失性储存设备、或非易失性储存设备。储存设备可包括，例如，硬盘驱动器、光盘、闪速存储器和Zip驱动器。

处理器2110与存储器2120中存储的软件共同执行操作系统，比如，例如Windows、Mac OS、Unix或Solaris 5.10。处理器2110还执行存储在存储器2120的软件应用。在一个非限制性实施方式中，该软件包括，例如，Unix Korn shell脚本。在其它实施方式中，该软件可以是用本领域技术人员所熟知的任何适合的编程语言编写的程序，包括例如C++、PHP或Java。

处理器2110还连接至盒式接口2130，其可以包括EDGE卡或其它电连接器，以向盒的电路板组件发送电信号以及从盒的电路板组件接收电信号。

在一些实施方式中，处理器2110可以连接至用户界面2140。例如，在一些实施方式中，读取器2100可包括触摸屏、LED矩阵、其它LED指示器、或其它用于从用户接收输入并向用户提供输出的输入/输出设备。在其它实施方式中，用户界面2140没有在读取器2100上，而是设置在通过通信接口2150与读取器2100通信连接的远程计算设备上。还是在其它实施方式中，用户界面可以是读取器上的元件和远程计算设备的组合。

多种实施方式的通信接口2150还可以连接至处理器2110。在一些实施方式中，通信接口2150包括接收器和发送器，或收发器，用于从远程计算设备接收数据并且向远程计算设备发送数据。在一些这样的实施方式中，该远程计算设备是向该系统提供用户界面的移动计算设备；另外地或可选地，在一些实施方式中，该远程计算设备是服务器。在被配置与其他设备进行无线通信的一些实施方式中，通信接口2150准备由处理器2110产生的数据以便以一种或多种网络标准通过通信网络发送，和/或根据一种或多种网络标准通过通信网络解调接收的数据。一些实施方式中的通信接口2150可另外地或可选地包括用于在读取器2100和远程计算设备之间进行有线信号通信的电气连接。

除了计算组件之外，各种实施方式的读取器包括执行目标分析物检测所需的数种另外的物理组件。例如，图22的读取器2200包括插槽、开口、基座、端口或其它插接特征件，本文中称作对接口2210，用来接纳盒。当被读取器2200接纳时，该盒可以被设置在读取器2200上或设置在其中，或以其他方式与之连接。

数个读取器组件策略性地相对于对接口2210定位在特定的位置，以实现与盒的预期的交流。例如，所描述的实施方式中的读取器2200包括电连接器2220和一个或多个磁场发生器2240，并且这些组件的位置被选作与所插接盒的特定特征件对齐。此外，包括图22的实施方式在内的一些实施方式中包括超声处理元件2230。这些组件的每个在下文中有详细的描述。

各种实施方式的电连接器2220是EDGE卡或其它具有用于电气连接的引脚的连接器。连接器2220位于对接口2210上方、下方、内部或附近，并且被定位为使得连接器2220的引脚与所插接盒设备的电引线接触，并与这些电引线建立电气连接。因而连接器2220在该盒的电路板组件上的多个传感器和读取器内的电化学电路之间建立电气连接。在一些实施方式中，如果存在于盒的电路板组件上，读取器的电连接器2220还可与加热元件建立电气连接。在一些实施方式中，读取器2200包括一部分电化学电路，其通过加设盒、并基于电连接器2220和盒的电引线之间的电气连接而完成。在这样的实施方式中，盒的加设使该电路完成或闭合。在这样的实施方式中，将盒结合至读取器2200开启该读取器，使它被“唤醒”。一旦被唤醒，电连接器2220可根据从一部分盒接收到的信号来识别连接至其对接口的盒的类型。在一些实施方式中，电连接器2220可识别标签，比如，例如盒上的电阻标签，所述标签对特定的盒类型是独特的，以便识别所插接的盒类型。在其它实施方式中，用盒的电路板组件的电引线来编码的数字条码可由读取器内的电气引脚或电气垫读取，以便识别盒类型。在一些这样的实施方式中，盒的电路板组件包括多个电引线，其中一些连接至接地引线，而另一些则没有。通过电气引脚的组合使用以及它们与接地引脚和/或与位于读取器上的上拉/下拉电阻之间的连接，每个引脚的状态(例如已接地或未接地)被感测为比设定电压高或低的电压，该状态在读取器的处理器上被解读为一种逻辑情况，以判断特定的引脚是否接地。以此方式，接地和未接地引脚的组合可由读取器2200检测并识别，以便独特地识别盒种类。

在一些实施方式中，一旦被唤醒，读取器2200还可确定所识别的盒运行的测试方案和/或搜寻并连接至附近的移动计算设备。

继续参看图22，读取器2200任选地包括超声处理组件，或超声波仪2230。各种实施方式的超声波仪2230可位于对接口2210中、下方或上方，并且位于所插接盒的第一储器的正上方或下方或者基本在其上方或下方。在一些实施方式中，所插接盒包括促进超声波仪2230和第一储器之间密切关系的特征件。例如，如图7B所示，电路板组件750和底座组件740均形成在其上设置有切口或窗口741、751的结构，切口741、751与储器对齐。因此，在各种实施方式中，超声波仪2230和盒的第一储器不需要任何结构设置在它们之间便可对齐。在一些实施方式中，当使用者将盒滑入对接口时，切口741、751允许超声波仪2230位于储器正下方。这样的配置使超声波仪2230能够将可控制量的能量传递至第一储器内。在其它实施方式中，该超声波仪(或其它执行本文所公开的超声处理步骤的组件)被设置在第一储器724上或形成第一储器724的底壁，例如，比如如图11所示。其它实施方式中没有设置超声波仪。在各种具有超声波仪2230的实施方式中，超声处理能量可被控制，以实现第一储器内组分的混合和混杂，同时限制对易损性DNA探针或其它分子造成的破坏。

在一些实施方式中，超声波仪2230包括压敏压电圆盘2232。任选地，在一些实施方式中，超声波仪2230进一步包括设置在第一储器和压电圆盘之间的高含水量水泡(blister)。在一些实施方式中，该高含水量水泡在盒生产过程中贴在第一储器的下方；在其它实施方式中，该高含水量水泡设置在读取器内的超声波仪2230的上方。该高含水量水泡可以促进音波能量以最小衰减从超声波仪2230传递到第一储器。在一些实施方式中，该水泡可被另外一种适当的超声处理传导介质所代替。在一些实施方式中，作为超声处理介质的组件优选地是外部干燥的，没有液体残留存在。在一些实施方式中，当该盒滑入读取器2200时，连接至该超声波仪的声波传导介质形成软密封，其中声波传导介质贴至第一储器底部。该“软密封”可通过在储器底部上使用共形的声波传导介质加强。

除了产生声波能量将第一储器的内容物混合以及混杂外，在具有超声波仪2230的各种实施方式中，超声波仪2230可用来检测样品收集设备是否被引入第一储器内。有利的是，这样的检测使读取器2200能在样品被引入第一储器后立即或基本上立即开始自动启动测试方案。所述自动启动对于外行使用者而言提高了使用简便性；它还保证了相对于样品引入一致的启动时间，从而提供一致的结果。

如上所述，在一些这样的实施方式中，超声波仪2230是压敏压电元件。在这样的实施方式中，该盒的壁设计为可在样品收集设备插入第一储器后轻微挠曲；这样的挠曲导致压力变化，该压力变化可被超声波仪2230检测到。

在其它实施方式中，该样品收集设备在第一储器内的检测可通过共振或信号监测进行。具体地，如图23A所示，一旦开启读取器，例如，由于将盒连接至读取器，超声波仪2300和/或构成全部或一部分超声波仪2300的压电元件产生了射向第一储器的声波2310。在一些实施方式中，该超声波仪2300或其一部分随后由于超声波仪的反射声波315而变形，而且/或者超声波仪的共振频率被记录，从而允许读取器内的处理器和/或电路来确定基准空载状态。其后，该超声波仪2300进入图23B所示的扫描状态，它定期向第一储器内发射声波2310，所以读取器内的处理器或电路可以监测反馈信号2315和/或该超声波仪的共振频率变化，以便确定是否有任何变化发生。在一些实施方式中，如果没有检测到变化和/或该基准空载状态正在建立，该读取器发出一种或多种光或声音，其促使使用者将样品收集设备插入该盒。在图23C中，该样品收集设备2350的加入引起超声波仪的共振变化和/或声波反馈信号的变化超过阈值，读取器内的处理器或电路设定为确认变化超过该阈值就表示样品收集设备已插入。在各种实施方式中，该处理器和/或电路随后将响应指令返送至超声波仪2300以启动测试方案的超声处理步骤。在一些实施方式中，该读取器上的光图案变化，或发出声音来表示已经启动测试方案。在一些实施方式中，在扫描阶段发出的提示使用者的光图案或可听见的提示使用者的声音模式在强度或频率上发生变化，以更紧急的信号要求使用者输入收集设备。在各种实施方式中，提示使用者的声波与该超声波仪发出的声波不同，以表明储器的满载与空载状态。

一些实施方式中可执行高强度超声处理过程来主动地将样品颗粒(如果存在)洗脱到第一储器内的溶液中，样品颗粒包括目标分析物。该超声处理过程使样品制备试剂——尤其是磁颗粒——实现恰当的悬浮，这样溶液中便存在可用的磁颗粒以便与目标结合。任何一种甚至在高强度阶段都可产生温和超声处理效果而同时又能够避免气穴现象和大剪力的超声波仪均可在此使用。一个合适的超声波仪的实施方式是压电组件，例如，比如输出功率小于15瓦特的1.6兆赫弯曲换能器压电圆盘。

在高强度的超声处理之后，该超声波仪发出脉冲音波信号，来防止磁颗粒沉降并且继续向该系统中加入能量。能量的加入加强了磁颗粒上的亲合分子、目标和检测剂或竞争结合剂间的混杂。

该读取器选定的超声处理属性随被测样品而改变。如本文中使用的，“超声处理属性”是指发送的超声处理的特征，比如超声处理时长、超声处理频率、强度等等。在各种实施方式中，该读取器可对这些变量精细(fine-grained)控制。在一些实施方式中，因为能耗的原因，该超声波仪具有产生脉冲的“活动周期(on period)”。例如，在一个实施方式中，在超声处理阶段，该超声波仪在每10秒时段中被开启三秒钟，并且在被开启的三秒中，该超声波仪以有规律的间隔发出脉冲；例如，该超声波仪每0.027秒可产生一个声波。这些方法在避免过度能耗和样品过热的同时，形成了有利于混杂、目标捕获和形成各种分子复合体的环境。

继续参看图22，各种实施方式的该读取器2200还包括一个或多个磁场发生器2240。在一些实施方式中，该磁场发生器2240可以是电感器或其它附加在读取器2200内的电磁组件。如图22所示，在一些实施方式中，该磁场发生器2240是永磁体。一个或多个磁场发生器2240可被定位,以使得一个或多个检测传感器在盒被结合至对接口2210时均被直接设置在由磁场发生器(一个或多个)2240产生的磁场内。在各种实施方式中，磁场(一个或多个)引起定位；磁场(一个或多个)诱导磁颗粒和伴随的混杂的分子定位在分析区域内。

在各种实施方式中，该盒的底座组件具有切口，以允许至少一个永磁体或电感器被定位在该电路板组件的检测传感器的正下方。该切口允许该盒在该对接口2210上滑入到位而不会碰到磁体或电感器。该切口还允许磁场发生器2240尽量放置在接近该检测传感器的位置。该磁场发生器2240离该传感器越近，该磁场能够施加的力越大，这意味着较小磁体或电感器能够施加与较大的更昂贵的磁体或电感器同等的磁场强度。在具有多个磁场和多个分析区的实施方式中(例如，在被配置成检测多个不同的目标分析物的实施方式中)，使用小磁体或电感器尤为有利，因为磁体或电感器越小，磁场重叠越少。较小磁场可限制不同的检测传感器下方的磁体或电感器之间的串扰量。

此外，如上文盒的讨论中提到的，在分析物检测系统的一些实施方式中，加热元件可用来开启储器出口内的热启动阀门。在这样的实施方式中，该加热元件将热量传递给该盒的电路板组件上的通孔，而该通孔充当导热体，在精确的时间点和/或在精确的空间区域内将蜡融化。在一些实施方式中，多个加热元件位于该读取器2200内，并且被定位与所插接盒的通孔对齐。在一些这样的实施方式中，弹簧加载的接触点可设置在该读取器2200中以在该读取器的加热元件和通孔间形成有效的接触。在一些这样的实施方式中，该加热元件是电阻加热元件。

在各种实施方式中，不管该加热元件的位置如何(在该读取器或盒内)，热传递和阀门开启被精确定时，并且由该读取器设备控制。例如，在一些实施方式中，该读取器设备控制发热电流何时流过该加热元件。阀门由这样的电流产生的热量按以下顺序驱动：(1)样品制备储器，(2)清洗储器(如果存在)，然后(3)化学底物储器。每个阀门的启动均被定时，使得各个阀门充分启动，相关的储器有时间将其内容物清空至分析通道内，并且该储器内的至少一些内容物在下一个储器内的内容物被排放之前，有时间行进到定位在传感器下游的吸收垫。在一些实施方式中，选择阀启动之间的时间可以选择为足够充足，以便吸收垫全部或基本吸收该分析通道内存在的液体。有利的是，在这样的实施方式中，连续的储器中的内容物之间极少发生混合。

在一些实施方式中，相继阀启动的精确定时和/或阀成功启动的测定可通过反馈控制系统在处理器中确定，所述反馈控制系统利用处理器上的算法以及来自诸如热敏电阻和电化学传感器之类的传感元件的信息来控制。例如，可以查询该分析通道内的电化学传感器来确定该分析通道内是否有液体，因为取决于该传感器上面的液体的存在或不存在，该传感器产生的信号将会不同。这个信号与被设置成可逻辑解读信号的处理器结合，从而可确定阀门是否已经被正确启动和/或储器何时彻底清空其液体内容物以及液体内容物何时已经被废物垫吸收以使通道内没有液体，并且为相继的阀启动做好准备。在一些实施方式中，该读取器的处理器和/或电路发送信号，指示加热元件只有在该处理器和/或电路已经通过该反馈系统确认该分析通道全部地或者部分地被清理并且已经对下一步做好准备后才启动后续的阀门。

此外，如图24示意性所示，在一些实施方式中，用于阀启动的加热元件的期望的热曲线可通过使用附加反馈及控制系统2400可重复地获得，该附加反馈及控制系统2400包括：诸如热敏电阻的感温元件2410和处理器2440，感温元件2410与被定位来启动热启动阀门2430的加热元件2420热连通，处理器2440被设置成可逻辑解读来自所述加热元件2420的信号。

图25中提供热曲线控制反馈及控制系统的一个实施方式。替代性图25描绘与阀门启动元件的电路板组件2530上的通孔2520热连通的感温元件2510的一个实施方式。具体地，所描绘的感温元件是热敏电阻，其电阻随着其温度变化。当与其它电路和/或被配置成可解读来自热敏电阻的电子信号的处理器电连通时，热敏电阻收集的信息可以用来通过命令并控制与上述的处理器电连通的加热元件以保持阀门一致的热启动。另外，通过提供传感信息使处理器在温度过高时切断加热元件，可以帮助防止与所述热敏电阻热连通的加热元件的温度失控上升，这个传感元件可加强样品分析设备的安全性。图25中所描绘的实施方式显示出该热敏电阻2510通过该读取器设备的电路板上的导热元件与加热元件热连通，所述导热元件是金属线迹2540，例如，铜线迹。此外，该热敏电阻2510通过通常具有高导热性的连接器2550(在一种实施方式中为弹簧加载的引脚)与阀单元的通孔2520热连通。图25中没有描绘加热元件，但可以理解，该加热元件可以通过多种方式热连接至通孔，包括在热敏电阻通过传导线迹与通孔接触时用到的传导线迹以及连接至通孔的弹簧加载引脚。

图26A-26C通过显示连接至盒700的各个阶段描绘了图22中的读取器设备2200。如图所示，读取器2200包括对接口2210、电连接器2220、超声波仪2230和永磁体形式的磁场发生器2240。该盒700被配置成可滑入该对接口2210并且可连接至该读取器2200。当被连接时，该盒700的电引线754与该电连接器2220直接接触，第一储器724设置在超声波仪2230上面，并且一部分微流体分析通道732设置在磁场发生器2240上面的磁场内。

图27A-27B提供连接至盒2702的读取器设备2700的另外的实施方式。图27A-27B的读取器设备包括多个串联设置于读取器2700的对接口下的磁体2740，，这些磁体被放置为当盒2702被连接至对接口时，磁铁2742、2744、2746、2748分别位于多个检测传感器2762、2764、2766、2768的下面。在例如图27A-27B中的用来检测样品中多个不同目标分析物的存在、不存在和/或量的实施方式中，该盒2702和该读取器2700的设计都相对于本文中描述的其它实施方式进行了更改。例如，如上所述，对多种不同目标分析物的检测需要包含第一储器2724内的多个磁颗粒群和多个检测剂群和/或竞争结合剂群。每个存在于储器2724内的磁颗粒群、检测剂群和竞争结合剂群均被设计为对不同目标分析物具有亲合力，并且包括不同的捕捉抗体、捕捉DNA探针或其它亲合分子。此外，每个存在于储器2724内的磁颗粒群均具有独特的识别物理特性，比如不同的粒径、磁响应、密度、或其任何组合。

在存在多个磁颗粒群以检测多个不同的目标分析物的存在的一个实施方式中，死端式过滤(dead-end filtration)可用来将磁颗粒群分离进行检测。在这样的实施方式中，磁颗粒从第一储器2724流出并流入该分析通道2704时会遇到设置在该分析通道2704内的一系列过滤器。过滤器按照孔径向下游方向进行排列，其中第一个过滤器具有最大孔，并且最后的过滤器具有最小孔。每个过滤器均放置在紧密接近检测机构的位置，该检测机构被指定用来检测特定检测剂或特定检测剂的产物。例如，在一些实施方式中，检测机构是指定用来检测发生在特定的杂化的磁颗粒群中的氧化作用的电化学传感器。小于第一过滤器孔径的磁颗粒将随着液体穿过该过滤器沿着该通道向下流动。大于该第一过滤器孔径的磁颗粒将留下，并接近于第一传感器2762。通过使用孔径逐渐减小的连续过滤器，磁颗粒群被分离并且定位在不同的检测传感器2760的上方。以此方式，不同的杂化磁颗粒群和目标分析物之间的反应如氧化反应则可以通过本文其它地方描述的方式进行监测，以便确定多个目标分析物中的每一种的存在、不存在和/或量。

这个过程可以通过使用磁力来加强。材料成分相同的磁颗粒的磁响应随着该磁颗粒直径的平方变化。因此，磁场会对不同粒径的磁颗粒有着不同的交互作用，因此可以允许分类机制发生。在一些实施方式中，可以利用该有区别的磁响应来提高分离速度和特异性。当磁颗粒离开该第一储器时，可以向该分析通道施加磁场，以便将磁颗粒至少部分地按大小排列。由于较大磁颗粒会比较小磁颗粒感觉到更强大的磁力，因此，较大磁颗粒相对于较小磁颗粒向下游移动得要慢。这导致较小磁颗粒早于较大粒子优先沿着分析通道2704行进，这降低了基于磁颗粒的孔堵塞的可能性。基于磁颗粒的孔堵塞可能会降低多重特异性，并且会通过限制将多余的酶冲走并向所捕获的检测剂提供化学底物所需的液体的流动完全阻止正常测试。

在一些实施方式中，交叉流过滤技术可用于与死端式过滤一起来防止隔膜积垢。在这样的实施方式中，磁体或电感器被定位成可以相对于流向施加正交磁力或其它非平行磁力。如果磁颗粒有足够大的粒径来接受所提供的磁场发生器的作用，这种对齐的磁体或电感器的布置就会将磁颗粒拉到放置有过滤器的分析通道的一侧。在这样的实施方式中，磁场的大小可以选择为使磁颗粒被拉到分析通道2704的一侧，并遇到位于孔径小于磁颗粒粒径的第一过滤器上游的最近的过滤器。

可选地，磁颗粒群和目标分析物可仅通过使用磁力而分开。由于磁颗粒的磁力响应与颗粒的直径的平方成比例，通过提供多个位于读取器设备或盒上并处于分析通道2704的不同位置并产生不同的磁场强度的磁体或电感器，在单个通道内可实现磁颗粒群的分离和定位而无需使用隔膜。具体地，在向着下游的方向上，可以遇到磁场强度逐渐增强的磁场发生器。最大的磁颗粒被定位在第一传感器，因为它们无法逃脱第一磁场，该第一磁场只是强大到足以捕获最大的磁颗粒但却没有强大到足以捕获任何其它粒径的磁颗粒。磁颗粒群将随着液体的流动行进至下游，直到它们被为其特定的磁颗粒粒径设计的磁场捕获，该磁场位于被设置用来检测该磁颗粒群内氧化反应的检测传感器2760的上方。第二最弱磁场将捕获具有第二大直径的颗粒群；第三最弱磁场将捕获具有第三大直径的颗粒群，以此类推。最小的磁颗粒被最强的磁场捕获。如上所述，这允许每个磁颗粒群定位在不同的检测传感器上方，并进行检测。至少两种方法可以改变磁场。在一些实施方式中，每个磁体或电感器大小不同；磁体或电感器越大，其磁场越大。在其它实施方式中，比如图27A-27B所示的实施方式，磁体2740放置在相对于分析通道2704平面的不同深度。最上游的磁体2748放置在离分析通道2702最远的位置，所以会在通道2704上施加最弱的磁场。最下游的磁体2742放置在离分析通道2702最近的位置，所以会在通道2704上施加最强的磁场。

重要的是，在本文描述的各种实施方式中，磁颗粒和一个或多个磁场间的磁引力足够强，以使当清洗液和/或携带有化学底物的液体流过磁颗粒时，磁颗粒仍保持定位在一个或多个磁场发生器的上方。

检测系统

图28A和28B中提供检测系统2800的一个实施方式，该检测系统2800包括图4中的样品收集设备400、图7A-B中的盒设备700和图22中的读取器设备2200。使用前的这些构成该系统的设备分开显示在图28A中，而图28B中显示了使用中的连接构造。包括图28A的实施方式在内的各种实施方式的样品收集设备400是用完即可丢弃的并且被配置为一次性使用。该样品收集设备400可放在可拆除的无菌包装内。一旦插入盒700的输入通道712内，样品收集设备400被锁定为永久固定啮合且不可再次使用。类似地，所描绘的盒700是用完即可丢弃的并且被配置为一次性使用。一旦样品收集设备400在该盒700的输入通道712内锁定到位，盒700不可再次使用。然而，该盒700可以从该读取器2200上移除。在各种实施方式中，该盒700和该读取器2200配置成可分离地连接，并且至少在实施检测方案之前和之后，该盒700可从读取器2200的对接口插入并移除。在一些实施方式中，该读取器2200可以包括用于在检测测试周期期间将该盒700暂时锁定到位并限制其被移除的锁定机构。各种实施方式中的该读取器2200是可再用的。

此外，在某些实施方式中，该读取器2200和整个检测系统2800被配置成非临床的面向用户使用。因此，一些实施方式中的该系统2800使用方便并且可快速产生结果。在一些实施方式中，从样品收集设备400中的样品插入该系统的盒700时起，目标分析物检测方案的结果可在30分钟或更少时间内产生。在一些实施方式中，可在小于20分钟内产生结果，在一些实施方式中，可在小于10分钟内产生结果，以及在一些实施方式中，可在小于5分钟内产生结果。此外，一些实施方式的该面向用户的系统是小型的，以便毫无妨碍地放置在家庭、学校、办公室或其它工作地点。在一些实施方式中，该系统的高度小于30cm，宽度小于30cm，并且长度小于30cm。在一些实施方式中，该系统的高度、宽度和长度均小于20cm；在一些实施方式中，该系统的高度、宽度和长度中的一个或多个小于10cm。在一些实施方式中，该盒700、样品收集设备400和读取器2200一起构成了系统2800，其大小近似于智能手机或其它移动计算设备。在一些实施方式中，该系统的大小和构造设定为可便携的。在这样的实施方式中，除了手提式紧凑设计之外，样品中的所有液体被适当密封和分离，因而不会因活动中系统组件的碰撞而发生泄漏或过早的氧化反应。

为了推广非专业人员在非临床环境下使用，一些实施方式的该系统2800通过包含自开启及自动执行的检测方案被设计成“傻瓜可用的(dummy proof)”。例如，图28B描绘了一个实例，其中该盒700已经被置入该读取器2200的对接口2210，而该样品收集设备400已经插入该盒700的输入通道712中。在所描述的实施方式中，将该盒700装入该读取器2200，可在盒700的引脚和该读取器2200之间建立了电连接，从而形成了该读取器2200内的电路，这便自动开启了读取器。开启后，一些实施方式的该读取器2200开启其超声波仪(如果存在的话)，并使用该超声波仪来检测样品收集设备400是否进入第一储器。检测到插入的样品收集设备后，各种实施方式中的该读取器2200被配置成自动启动检测方案而不需要任何进一步的人工干预。自启动确保在该第一储器内的试剂和样品的混合总是在样品收集设备插入后固定的时间发生，因而产生一致的测试结果。在没有超声波仪存在的其它实施方式中，当使用者按下读取器2200或远程计算设备2820上的“进行”、“运行”、“启动”或其它类似的按钮或图标时，可以启动测试方案。

如下文更加详细的描述，以及如图28A和28B所示，在一些实施方式中，该系统2800包括远程计算设备2820。该远程计算设备2820可以是移动计算设备，例如，比如智能手机、平板电脑、或可穿戴设备、或笔记本电脑或其他计算机。如图28A所示，在一些实施方式中，该读取器2200与该远程计算设备2820进行无线通信。在其它实施方式中，，在该读取器2200和该远程计算设备2820之间设置可拆卸的有线连接，例如电缆连接。仍在其它实施方式中，例如图29A-B中的实施方式，在系统2900内的具有盒插接站2915的分析物读取器2910直接地可拆卸地连接至远程计算设备2920，例如通过插头2912连接至耳机插口或充电端口。

在各种实施方式中，该系统中可包括远程计算设备以便提供更大的计算能力和/或更大的内存；提供无线收发器来从远程服务器获取数据以及将数据发送至该远程服务器；和/或提供显示屏和用户界面。不是每个实施方式中都需要远程计算设备。例如，如图30所示，在一些实施方式中，该读取器3000包括处理器和内存(未示出)、用于盒的对接口3015以及触摸屏或其他用户界面3010。在这样的实施方式中，该读取器被配置成可识别适合的测试方案、运行该测试方案、分析从该系统中的传感器接收的原始结果、并将数字结果显示给用户。这样的实施方式中的该读取器可进一步包括无线接收器和发送器来从远程服务器获取并发送数据。

图31中示意性地显示了分析物检测系统的一个实施方式。图31提供了分析物检测系统3100的一个实施方式中计算机化组件之间交互的示意图。本领域技术人员会理解到，此实施方式本质上仅是说明性的，可添加、删除或取代各种组件，并且在设备之间可采用各种不同层级和通信模式。在所描述的实例中，该检测系统3100由多个计算机化设备组成，包括读取器3130、具有用户界面的设备3140和服务器3150。未被计算机化时，该系统3100另外包括样品收集设备3110和在图中显示为连接至读取器3130的盒3120。应该理解的是，在参考图31描述的某些实施方式中，该读取器3130可代表本文在其它地方描述的任何读取器实施方式，比如，例如读取器2200、读取器2910、或读取器3000。类似地，具有用户界面的设备3140可以代表本文中描述的任何这样的设备，比如移动计算设备2820或2920。盒2820可以代表本文中描述的任何盒实施方式，比如盒700、800或900，而样品收集设备2810可代表本文中描述的任何样品收集设备，比如样品收集设备400或600。系统3100包括通信网络3160，通过该通信网络系统的一些或全部设备可以互相通信。该网络可以是局域网(LAN)或广域网(WAN)。在一些实施方式中，该网络是无线通信网络，比如，例如移动WiMAX网络、LTE网络、Wi-Fi网络、或其它无线网络。在其它实施方式中，具有用户界面的计算机3140和服务器3150之间的通讯通过有线网络发生在互联网上，例如DSL电缆连接。

在一些实施方式中，该读取器3130和具有用户界面的设备3140不是单独的设备，而是都设置在该读取器设备3130内，例如，如图30所示。在这样的实施方式中，该读取器处理器和该用户界面间的通信通过电信号的传输发生在该读取器3130内。

在其它实施方式中，该读取器3130和具有用户界面的设备3140是单独的设备。在一些实施方式中，具有用户界面的设备3140是智能手机或其它移动计算设备。该读取器3130和该移动计算设备3140间的通信可无线发生，例如，利用蓝牙、近场通信、或其它射频技术。可选地，读取器3130和移动计算设备3140之间的信号传输可通过电线、电缆或其它有线的或直接的连接发生。在各种实施方式中，移动计算设备或其它具有用户界面的设备3140包括用于前端图形用户界面的软件应用，以将测试结果显示给用户。

在各种实施方式中，该读取器3130可控制检测和/或量化样品中目标分析物所需的测试和步骤。为了这么做，大量的信息可被存储在该读取器3130的内存中。可选地，一些或全部信息可存储在该服务器3150中并被该读取器3130通过通信网络3160访问。这样的信息包括例如盒密钥数据库，其通过盒的独特识别电阻标签产生的信号来确定每种盒类型。该信息还包括与每种盒密钥相关的测试方案。这些测试方案可详细说明各种细节，例如，样品制备试剂通过超声处理混合多久，超声处理的频率，什么时候加热各种热敏阀门，等等。该信息还可以包括每种盒类型的相关表，这些相关表将检测到的传感器信号与目标分析物的不存在、存在和/或具体量关联。此外，读取器3130和/或服务器3150存储的信息可包括一个或多个以前的结果。在一些实施方式中，读取器3130存储测试结果，至少直到读取器3130与远程计算设备通信；在那时，结果可被传输至远程计算设备(移动计算设备3140或服务器3150)以显示和/或长期储存。

在一些实施方式中，服务器3150还存储用户情况，该用户情况可包括用户通过具有用户界面的设备3140输入到系统的个人资料。在一些这样的实施方式中，每个用户的测试结果记录也由服务器3150存储，并且用户可以通过将这样的数据传输至具有用户界面的设备3140来访问查看。

在一个实施方式中，当盒3120被装入到读取器3130时，读取器3130从盒3120上的标签，例如电阻器标签或电子条形码，来检测信号，以检测盒类型。读取器3130将检测到的信号与已知标签信号或盒密钥的数据库进行比较，确定哪种盒类型存在。如果在盒密钥数据库中没有发现检测到的标签信号，读取器3130可以向服务器3150传输消息，请求对盒密钥数据库进行更新。读取器3130可直接或通过移动计算设备3140间接向服务器3150发送消息发送消息。另外，读取器3130可直接或间接接收数据来更新盒密钥数据库。这些数据可包括新盒类型以及与每个新盒类型对应的盒密钥和测试方案。在一些实施方式中，读取器3130识别并实施与该检测到的盒类型相应的测试方案。一旦从检测传感器接收到信号，一些实施方式的读取器3130将信号与相关表进行比较，以处理信号并产生有意义的结果。这些结果可以传输到具有用户界面的设备3140以显示给用户。本领域技术人员会理解到，由检测系统3100的计算设备存储的各种信息可以由任何一个或多个设备存储，并且可通过数据信号的接收和传输被其它设备访问。

计算机化检测方法

如上所述，计算机化读取器在很大程度上控制了检测系统的操作。读取器包括处理器和内存，其中内存上存储有指令来执行各种用来成功检测所收集的样品中目标分析物的存在、不存在和/或量所需的方法。例如，图32中提供了由计算机化读取器以自动方式执行的一种方法的实施方式。

在模块3202中，计算机化读取器检测装入或装到读取器上的盒的存在。例如，在一些实施方式中，盒被连接至读取器，使该盒上的电引线与读取器上的电引脚物理接触，以形成一个电路，该电路接通读取器，并用信号通知该读取器盒的存在。

在模块3204中，读取器用于检测与盒相关的识别信息。例如，一些实施方式中的盒包括一个位于其电路板组件上的独特识别密钥，该电路板组件产生一个对于该盒的特定类型而言是唯一的信号，以允许读取器区分盒类型。识别密钥可以是电阻元件，例如，表面安装电阻器或具有独特的大小或形状的基于电阻油墨的元件，或者可以是另外的独特电信号发生器。

读取器的处理器从检测出信号的读取器的电路中接收独特的识别密钥信号，并且如模块3206中所示，根据独特的识别密钥来确定该盒的适当的测试方案。在一些实施方式中，读取器的处理器将独特的识别密钥信号与存储于内存中的识别密钥数据库进行比较。在一些实施方式的该数据库中，每个识别密钥与特定的盒类型和测试方案相关联。如果从处理器接收的识别密钥信号与数据库中的密钥匹配，相应的测试方案将被处理器打开并执行。如果识别密钥信号与数据库中的密钥不匹配，处理器可与远程计算设备例如移动计算设备和/或服务器通信，发出信号表明已检测出无法识别的盒。在一些实施方式中，读取器从服务器直接下载或者用起中介作用的移动计算设备间接下载更新。在一些实施方式中，当检测出未知的盒类型时，移动计算设备的用户界面提示用户下载更新；在其它实施方式中，更新可被自动下载。在各种实施方式中，所述更新信息包括新开发的盒识别密钥和测试方案。一旦新的盒识别密钥和测试方案被下载，它们会被添加到读取器所支持的测试的数据库中，以便自动识别并执行可用这种盒类型进行的未来测试而不需要与远程计算设备通信。

如模块3208所示，在各种实施方式中，计算机化读取器检测样品收集设备是否插入盒的第一储器内。如上文关于超声处理的讨论中所详细描述,各种方法可以被执行来完成这个检测。在各种实施方式中，读取器的处理器从读取器内部分或全部由压电元件组成的超声波仪元件中接收信号。通过监测超声波仪元件来确定由储器内的机械事件产生的信号的变化，该处理器可以通过压电组件将机械信号转换成电信号的能力来确定盒的第一储器内何时发生压力的变化和/或共振的变化和/或反射信号(压力或声波)的变化，其中电信号可以通过电路和与所述压电元件进行电子通信的处理器被放大并得知；上述的变化表示样品收集设备进入该储器内。

在模块3210中，读取器的处理器向超声波仪发送信号来指示超声波仪启动超声处理方案，以将多个试剂、亲合分子和样品颗粒在设置在第一储器内的液体中混合。在各种实施方式中，所得混合物包括结合至目标分析物、目标分析物和检测剂和/或竞争结合剂的磁颗粒。如本文所用的，夹层复合体是指磁颗粒直接或间接地结合至目标分析物和检测剂；竞争结合复合体是指磁颗粒结合至竞争结合剂。每个夹层复合体和竞争结合复合体包括结合在复合体内的检测剂。在一个这里所述的实施方式中，检测剂是氧化酶。

如模块3212所示，在一些实施方式中，读取器产生了电流，该电流加热或以其他方式刺激了第一加热元件，从而使热量传送至盒内的第一热启动阀门。在一些实施方式中，这使阀门融化或发生另外的相变，这允许液体通过毛细管作用从第一储器流出进入分析通道内。随着液体的流动，混合物随之被运送，而该混合物中的磁颗粒,包括夹层复合体和/或竞争结合剂中的磁颗粒，定位于该分析通道内的一个或多个磁场上方，形成一个或多个定位的样品。

任选地，在模块3214中，读取器产生电流，该电流加热或以其他方式刺激第二加热元件，使得盒内的第二阀门发生相变并且清洗液从第二储器流出进入分析通道。在各种实施方式中，该清洗液从一个或多个定位的样品中清除非间接地结合至磁颗粒的氧化酶(或其他检测剂)。

在模块3216中，读取器产生电流，该电流加热或以其他方式刺激第三加热元件，以使盒内的第三阀门发生相变并且底物溶液从第三储器流出进入分析通道。在各种实施方式中，当检测剂是氧化酶时，每个定位的样品的夹层复合体和/或竞争结合复合体中的氧化酶将存在于用来运送所述底物分子的水介质中的底物分子氧化。在一些存在夹层复合体的实施方式中，氧化反应发生在由电化学传感器和基本在其上的一定量的液体形成的电化学电池上，并且电子以与定位的样品中存在的目标分析物的量成比例的量从电化学传感器的工作电极流至基本位于所述传感器上方的所述一定量的液体。在一些存在竞争结合复合体的实施方式中，由电化学传感器和基本在所述传感器上的一定量的液体形成的电化学电池上发生氧化反应，并且电子以与定位的样品中存在的目标分析物的量成反比例的量从电化学传感器的工作电极流出。

在模块3218中，读取器的处理器从该读取器的电连接器接收电化学传感器检测到的第一信号。在各种实施方式中，该信号是电压或电流信号。该信号至少一部分由底物的氧化产生。在模块3220中，读取器的处理器从该读取器的电连接器接收由参考传感器检测到的第二信号。在模块3222中，读取器的处理器通过减法或应用另外一种算法将第二信号从第一信号中去除来计算结果信号，以考虑可能存在于系统内的噪声和/或去除该噪声。在模块3224中，读取器的处理器处理并分析该结果信号来确定目标分析物的存在和/或量。任选地，如模块3226所示，在一些实施方式中，读取器将表示测试结果的信号传输至移动计算设备以进行进一步的处理、储存以及传输至服务器，和/或将结果显示给用户。

虽然上文通过说明和举例的方式详细描述了一些实施方式，但本领域的普通技术人员容易明白，鉴于这些实施方式的示教，许多变更与修改可以在不背离所附权利要求的精神和范围下做出。

Claims (15)

1.一种分子检测系统，包括：

盒设备，其包括：

盒外壳，其包含多个储器、分析通道和输入通道，和

电路板，其被配置为形成所述分析通道的一个壁，并且包括设置在一部分所述分析通道内的至少一个传感器；以及

可拆卸地连接至所述盒设备的读取器设备，其包括：

与所述至少一个传感器对齐的磁场发生器；

电连接至所述至少一个传感器的电路；

具有其上存储有多个指令的存储器的处理器；以及

读取器外壳，其中定位有所述磁场发生器、电路和处理器，所述读取器外壳限定出接纳至少一部分所述样品分析盒的对接口。

2.根据权利要求1所述的分子检测系统，进一步包括电连接至所述电路并且与所述多个储器中的第一个对齐的超声处理组件，所述超声处理组件形成所述盒设备或所述读取器设备的组件。

3.一种用于检测目标分析物的专业计算机，包括：

用于啮合至少一部分样品分析盒的对接口，所述对接口位于所述专业计算机之上或之内；

用于检测产生的信号的电路，所述信号至少部分由于定位于所述样品分析盒的分析区内的信号传导剂而产生；以及

具有其上存储有多个指令的存储器的处理器；

其中，在与所述样品分析盒啮合后，所述处理器执行指令，这使得所述处理器执行包括以下步骤的方法：

根据从所述电路接收的信号检测所述样品分析盒的类别，

启动针对所述类别的测试方案，以及

在小于30分钟内产生针对所述类别的检测结果。

4.根据权利要求3所述的专业计算机，其中所述专业计算机的高度小于30cm，宽度小于30cm，并且长度小于30cm。

5.根据权利要求3所述的专业计算机，其中由所述处理器执行的方法进一步包括将所述检测结果发送至远程计算设备。

6.一种独立的分析物检测试剂盒，其在分析物检测期间和之后安全存储收集的样品和所需的液体，所述试剂盒包括：

一次性样品收集设备；和

一次性检测单元，其包括：

输入通道，其大小被设定为安全且永久地接纳所述样品收集设备，和

多个隔室，其分别且安全地存储试剂和底物，

其中所述输入通道从所述检测单元的表面的孔延伸至装有所述试剂的第一隔室的入口，

其中互补的锁定特征件被设置在所述样品收集设备上和所述接收通道内，以限制在所述样品收集设备插入所述输入通道内后所述样品收集设备相对于所述检测单元的运动，以及

其中所述样品收集设备和输入通道的大小设定为当所述样品收集设备行进到所述输入通道内时形成液密性密封。

7.一种用于检测目标分析物的方法，所述方法包括：

用样品收集设备从使用者收集样品；

将装有进行检测测试方案所需的试剂和底物的盒放置在被配置为检测所述盒的专业计算机之中或之上；以及

将所述样品收集设备插入所述盒内，使得所述样品收集设备在所述盒内锁定到位并且不能被移除，

其中，所述专业计算机感测所述样品收集设备的插入并启动测试方案，由此所述专业计算机通过所述测试方案在小于30分钟内检测所述样品内目标分析物的存在或不存在。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括从远程计算设备读取所述测试的结果，其中所述结果通过有线或无线通信连接从所述专业计算机传输至所述远程计算设备。

9.一种用于检测样品中目标分析物的存在、不存在和/或量的方法，所述方法包括：

将盒装入分析物读取器之中或之上，其中所述盒包括被配置为至少部分装有试剂的第一储器、被配置为至少部分装有清洗液的第二储器和被配置为至少部分装有底物的第三储器；

将样品收集设备从无菌包装中移出；

用所述样品收集设备的头端接触体液以收集样品；

将所述样品收集设备插入所述盒内，直到至少所述样品进入所述第一储器，

其中，将所述样品收集设备的头端插入所述盒开启所述分析物读取器，使超声处理设备执行超声处理方案，以将由所述样品收集设备收集的样品与所述第一储器内的试剂混合，并使一系列加热元件将位于所述第一储器、第二储器和第三储器内或附近的一系列阀门顺序地融化，从而将所述第一储器、第二储器和第三储器的内容物顺序地释放到分析区内，以通过所述分析物读取器进行分析。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述样品收集设备的头端插入所述盒包括将所述样品收集设备行进入所述盒的输入通道内，直到：所述样品进入所述第一储器，并且所述样品收集设备与所述盒锁定为固定啮合，并在所述样品收集设备和所述输入通道之间形成液密性密封。

11.一种用于检测样品中目标分析物的存在、不存在和/或量的方法，所述方法通过计算机化的分析物读取器执行并且包括：

检测装到所述分析物读取器之中或之上的盒的存在，并且检测与所述盒相关的识别信息；

至少部分基于所述识别信息确定所述盒的合适的测试方案；

检测插入所述盒的第一储器内的样品收集设备；

启动方案以在所述第一储器内将多种试剂、多个磁颗粒、多种检测剂或竞争结合剂以及多个样品颗粒混合，其中：

如果提供有检测剂，所得混合物包括：多个夹层复合体，其由结合至磁颗粒表面上的表面亲合分子和检测剂二者的目标分析物形成，以及如果提供有竞争结合剂，所得混合物包括：多个分子复合体，每个由结合至磁颗粒表面上的表面亲合分子的竞争结合剂形成；

刺激第一加热元件，使得所述盒内的第一阀门融化并且所述混合物通过毛细管作用从所述第一储器流出进入分析通道内，其中所述混合物内的所述磁颗粒定位在一部分所述分析通道内的磁场上方，形成定位的样品；

刺激第二加热元件，使得所述盒内的第二阀门融化并且清洗液从第二储器流出进入所述分析通道内，其中所述清洗液从所述定位的样品移除没有间接地结合至磁颗粒的检测剂或竞争结合剂；

刺激第三加热元件，使得所述盒内的第三阀门融化并且底物溶液从第三储器流出进入所述分析通道内，其中所述定位的样品内的所述检测剂或竞争结合剂包括氧化所述底物的氧化酶，这使得电子从在所述定位的样品处的电化学传感器流出，其中：

如果存在检测剂，电子以与所述定位的样品内存在的目标分析物的量成比例的量流动，以及

如果存在竞争结合剂，电子以与所述定位的样品内存在的目标分析物的量成反比例的量流动；

检测位于所述分析通道附近的记录传感器处的信号，其中所述信号的至少一部分由所述底物的氧化产生；

处理并分析所述结果以确定目标分析物的存在和/或量；以及

将表示测试结果的信号发送至远程计算设备。

12.一种用于检测样品内多个目标分析物的存在、不存在和/或量的方法，所述方法通过计算机化的分析物读取器执行并且包括：

检测装到所述分析物读取器之中或之上的盒的存在，并且检测与所述盒相关的识别信息；

至少部分基于所述识别信息确定所述盒的合适的测试方案；

检测插入所述盒的第一储器内的样品收集设备；

启动超声处理方案以在所述第一储器内将以下混合：

多种试剂，

多个磁颗粒，其至少包括：多个大磁颗粒和多个小磁颗粒，每个大磁颗粒在其表面具有被配置为结合第一目标分析物的第一表面亲合分子，而每个小磁颗粒在其表面具有被配置为结合第二目标分析物的第二表面亲合分子，

多种检测剂，每种包括氧化酶，以及

多个样品颗粒，

其中所得混合物包括多个夹层复合体，每个夹层复合体由结合至磁颗粒表面上的表面亲合分子和检测剂二者的目标分析物形成；

刺激第一加热元件，使得所述盒内的第一阀门融化并且所述混合物从样品制备储器流出进入分析通道内，其中所述混合物内的所述磁颗粒——包括结合至夹层复合体内的目标分析物的磁颗粒——定位在一部分所述分析通道内的多个磁体的上方，形成多个定位的样品，其中所述磁颗粒基于粒径和强度定位在所述磁体的上方，使得所述大磁颗粒定位在较小的上游磁体的上方，而所述小磁颗粒定位在较大的下游磁体的上方；

刺激第二加热元件，使得所述盒内的第二阀门融化并且清洗液从第二储器流出进入所述分析通道内，其中所述清洗液从所述多个定位的样品中移除没有间接地结合至磁颗粒的检测剂；

刺激第三加热元件，使得所述盒内的第三阀门融化并且底物溶液从第三储器流出进入所述分析通道内，其中所述多个定位的样品的夹层复合体内的所述氧化酶将所述底物氧化，并且还原第一记录传感器，使得电子从所述第一记录传感器流出；

检测位于所述较小磁体附近的所述第一记录传感器处的第一信号，其中所述第一信号的至少一部分由所述底物的氧化引起；

检测位于所述较大磁体附近的第二记录传感器处的第二信号，其中所述第二信号的至少一部分由所述底物的氧化引起；

处理并分析所述第一信号以确认所述第一目标分析物的存在和/或量；以及

处理并分析所述第二信号以确认所述第二目标分析物的存在和/或量。

13.根据权利要12所述的方法，进一步包括将表示测试结果的信号发送至移动计算设备。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述混合物被悬浮在溶液中，并且其中所述溶液充当输送介质，通过毛细管作用将所述混合物从所述第一储器朝着下游吸收材料输送到所述分析通道内。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一信号与所述定位的样品中存在的所述第一目标分析物的量成比例，而所述第二信号与所述定位的样品中存在的所述第二目标分析物的量成比例。