CN108884151B - 用于耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌的基于化学发光的检测的系统 - Google Patents

用于耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌的基于化学发光的检测的系统 Download PDF

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Abstract

本公开包括用于确定样品中是否存在耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌的装置和相关方法。本公开包括以下元件：(1)用于样品的微流体操作的横向流动条；(2)用于容纳所述横向流动条并且能够与检测装置接口连接的盒装置；(3)盒处理器；(4)发光剂输送装置；以及(5)电磁辐射检测装置，其能够将来自横向流动条的化学发光的辐射转换为对用户的输出。

Description

用于耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌的基于化学发光的检测 的系统
相关申请的交叉引用
本申请的说明书以2016年3月29日提交的美国专利申请US 15/083,427和2012年9月4日提交的PCT申请PCT/US12/053705为基础，在此，将其公开的内容通过全文引用并入本文。
发明背景
很多已有的用于检测样品中生物物质的系统和方法具有各种缺点，使其不适合在很多情况中使用。一些与当前检测设备有关的已知问题包括它们的复杂性、低灵敏度和/或特异性以及高成本。耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcus aureus，MRSA)感染的检测表现为尤其困难，主要因为其与更普通的金黄色酿脓葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的菌株的相似性。目前需要非常精确并且劳动强度大的检测方法才能将MRSA与其他形式的金黄色酿脓葡萄球菌可靠地区分。例如在85～90％的最近的MRSA筛选中使用的CHROMagarTM测试，包括将样品置于接种了设定数量的抗生素的生长培养基上。所述生长培养基被配置以对任何类型的金黄色酿脓葡萄球菌菌落赋予特定的颜色。如果发现适当颜色的细菌生长在板的特定部分，则认为它们肯定是MRSA，这是因为MRSA对于所述抗生素具有抵抗力。这种测试的精确解读需要对颜色和被培养样品的生长模式的娴熟的主观评价。并且，该设定数量的抗生素可能并不适用于所有程度的MRSA感染，从而导致在某些情况下不准确的测试结果。MRSA检测的其他方法，例如基于DNA的检测，是十分昂贵的，即每次测试为40美元到50美元，并且需要大概50000美元的检测仪器；或者例如CHROMagar测试，依赖于使用者的主观解读技能。因此，需要一种用于分析生物样品中的MRSA的存在的成本低的、容易使用的并且精确的系统、方法和设备。
虽然使用由传感器集成芯片(“传感器IC”)提供动力的化学发光设备进行MRSA的检测具有解决这些问题中的许多问题的潜力，但是之前这样做的尝试都失败了。首先，检测MRSA本身就具有困难。MRSA与其他抗治疗性差的类型的金黄色酿脓葡萄球菌的相似性，要求使用特定的生物捕获剂。并且，MRSA经常存在于个体的身体中但并没有造成感染，因此，需要确定一种可检测到的分析物，该分析物指示由MRSA造成了感染。因此，直接负责MRSA对抗生素治疗的抵抗性的MRSA青霉素结合蛋白2a(PBP2a)是一个优选的显示身体里确实发生了MRSA感染的分析物。
除了选择合适的分析物外，前述尝试的失败是由于缺乏对使用化学发光设备必须进行的样品制备的复杂性的了解。以前的方法没有涉及室温下稳定的反应试剂和捕获抗体的制剂的开发，所述制剂是简单可靠地将PBP2a提取并捕获来用于测试所必须的。
以前的方法还依赖于对发光剂的测试条的手动使用，这对以必要精度进行测量是十分困难的。所述方法对微流体的挑战缺乏考虑，这也妨碍了确保样品和试剂流跨过反应带的合适速度和方向的能力。另外，由于检测装置极度的灵敏度，以前的传感器IC系统不稳健。也就是说，使用者技术上的轻微变化或者系统的移动会造成样品和传感器IC二极管不能精确地对准，并因此导致错误结果。盒装置锁紧系统和电磁辐射孔中的重要改进，以及对盒处理器设计的改进，对提供必要的稳健性以使化学发光系统具有可行的测试平台是必要的。最后，以前的传感器IC检测器不能提供二极管校准来确保读取MRSA样品所需的精确度。因此，对设计用以校准二极管的部件和算法进行开发，对建立工作系统是必要的。
在继续阐述背景技术之前，有必要做出各种定义，这些定义在本发明的详细描述和实施例中获得进一步的理解和范围。
定义
抗体是指所有的抗体分子及其片段，片段的程度是使该片段保留完整分子的结合性能，包括多克隆和单克隆制备的抗体以及嵌合抗体。
化学发光是指通过放热化学反应产生光。出于本公开的目的，化学反应是发光剂与通过抗体结合至酶耦合物的蛋白标志物之间的反应。
酶耦合物是指能够与样品中的目标物质结合并能够与发光剂反应、从而可以产生冷光的氧化剂，例如辣根过氧化物酶(HRP)、碱性磷酸酶、β-D半乳糖苷酶、葡糖氧化酶或黄嘌呤氧化酶。酶耦合物可与抗体结合来促进与目标物质的结合。与上述这些酶耦合物类似的其他酶耦合物也可在本公开的发明中使用。
人是指物种“智人”中的个体，而不考虑特定年龄或性别。
发光剂是指在氧化剂的存在下产生发光的化合物，例如鲁米诺、草酸二苯酯或荧光素。与上述这些发光剂类似的其他发光剂也可在本发明中使用。
蛋白质标记物是指可用于指示样品中是否存在目标物质的缩氨酸或蛋白质。缩氨酸或蛋白质是指包括两个或多个氨基酸的分子，两个或多个氨基酸在线性链中通过肽键相互连接，并且“缩氨酸或蛋白质”既指短链分子，例如缩氨酸、寡肽和低聚物，并且指长链分子，例如蛋白质。
样品是取自个体的流体，用于由本公开的发明进行分析，包括但不限于鼻分泌液、血液、抽吸物(aspirate)、血浆、唾液、血清、痰、汗液或尿液。
用于描述和主张本公开中某些实施例的表示成分的数量的数字在一些实施例中可由术语“约”修饰。相应地，在一些实施例中，本文提出的数值参数是可取决于特定实施例中所寻求的期望性质的近似数。在其他实施例中，这些数值数量应参考所报道的有效数字并应用通常的舍入技术来解释。
除非另有定义，本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员习知的意义相同的意义。
这已成为本发明的背景技术，包括充分理解本公开的发明所需的背景技术信息，本发明将总结如下。
发明内容
本申请包括用于确定样品中是否存在耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌的装置。本公开包括横向流动条，所述横向流动条包括流体连通的四个区。这些区包括(1)用于接受液体样品的第一区；(2)用于接受发光剂鲁米诺的第二区；(3)包括反应带(reaction zone)的第三区，所述反应带包括以下要素：(i)物质结合区，其包括用于与PBP2a结合的单克隆MRSAPBP2a抗体；(ii)阴性对照(背景)区；以及(iii)阳性对照区，其包括抗鼠免疫球蛋白G(IgG)抗体，其是用于捕获HRP的工具。HRP能够与蛋白质标记物(这里是MRSA PBP2a)结合，并能够与鲁米诺反应，从而产生电磁辐射。最后，所述横向流动条包括(4)包括微流体泵的第四区。在一些实施例中，第一区至第四区中的一个或多个部分或完全重叠。
本公开还包括盒装置，盒装置包括壳体，壳体包括被配置以机械地锁在一起的上部部件和下部部件，其中(1)上部部件包括用于样品制备的两个半球形盆，用于加入样品的第一井以及用于加入发光剂的第二井；(2)下部部件包括横向流动条放置于其上的区；以及(3)第一井和第二井与横向流动条流体连通。所述盒装置进一步包括上部部件上的三个孔，用于允许在物质结合区和/或控制区产生的电磁辐射从所述装置中逸出。所述盒的下部部件还包括四个缺口，其被配置以与盒处理器上的互补结构机械地相互作用。所述盒装置还包括用于识别所述盒装置的工具，例如RF、光、条形码、QR条形码或其组合。
本公开还包括盒处理器，所述盒处理器包括盒接受件，所述盒接收部件包括上侧和下侧；用于将盒固定在预设位置中的多个装有弹簧的半球形活塞；以及配置在盒接受件的上侧上的孔。
本公开还包括发光剂输送装置，其包括精确的鲁米诺测量工具；以及传输工具，用于以精确的量将鲁米诺输送至盒装置中的鲁米诺通道和鲁米诺井并且输送到横向流动条区上。
本公开还教导电磁辐射检测装置，其能够将来自横向流动条的反应带的化学发光辐射转换为电信号并最终转换为对用户的输出。所述检测装置包括：(a)壳体，其包括孔；(b)盒处理器，其中所述盒处理器被配置以放入所述壳体中的适当位置，并且其中所述壳体的至少一部分孔被配置以与所述盒处理器的至少一部分孔对准；(c)发光剂输送装置；以及(d)自校准传感器集成芯片(“传感器IC”)辐射检测器，其包括分立的检测区。所述检测装置进一步包括：打印机输出，用于基于检测到的辐射传输与样品相关的数据；以及显示屏，用以有助于操作。
除了系统整体之外，本文描述的每一个单独部件都提供了如下文更详细地描述的重要优点，优于那些与现有系统结合使用的部件，以及优于使用传感器IC辐射检测器检测MRSA的以前的尝试。
附图的简要说明
根据以下详细描述和附图将进一步理解本公开的目的和优点，在附图中：
图1是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括横向流动条100。横向流动条与用于接受流体样品的垫101以及微流体泵102流体连通。横向流动条包括鲁米诺接受区103和反应带104。在反应带内是捕获区105、阴性对照区106和阳性对照区107。横向流动条还具有对准参考线108。
图2(a)是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒装置200a，其具有壳体201a，被配置以容纳用于盒识别的工具的区220a，以及覆盖有透明胶带的区域230a。
图2(b)是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒装置的上部分的顶视图，所述盒装置包括：上壳体201b；标记为“A”202b和“B”203b的两个半球形样品制备盆；标记为“C”204b的样品井；三个孔205b、206b和207b；参考线窗208b；鲁米诺通道209b；鲁米诺井210b；以及四个卡扣闭合接纳区域211b。
图2(c)是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒装置的上部分的底视图，所述上部分包括上壳体201c；用于与横向流动条(未示出)机械地相互作用的区212c。区212c包括以下项：用于将样品接受垫推入样品盆203d中的凸耳213c；环绕样品窗的三边结构214c；条对准区215c；条压力凸耳216c；孔屏蔽件217c；鲁米诺井接头(nipple)218c；微流体泵压力凸耳219c；以及微流体泵平台220c。
图2(d)是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒装置的下部分的顶视图，所述下部分包括下壳体201d；用于与横向流动条(未示出)机械地相互作用的区212d。区212d包括以下项：流体样品盆203d；横向流动条平台204d；一组上游横向流动条对准凸耳205d；以及一组下游横向流动条对准凸耳206d。下壳体还具有四个卡扣闭合闩锁211d。
图2(e)是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒装置的下部分的底视图，所述下部分包括下壳体201e以及四个半球形制动器202e。
图3是本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括盒处理器300，盒处理器300具有盒接收部件301、四个装有弹簧的球形活塞302，以及孔303。
图4示出了本公开的至少一部分的一个示例性实施例，包括具有发光剂输送装置400的传感器IC检测装置。所述输送装置包括：容器401，计量泵402，以及输送管403，所述输送管用于将鲁米诺从所述容器输送至盒装置上的鲁米诺通道209b。
图5描绘了根据本公开的一个实施例的用于检测盒501上的电磁辐射的传感器IC装置500的视图。所述装置包括：盒处理器502，孔(未示出)，传感器IC电磁辐射检测器503，多个信号处理印刷电路板504，打印机505，以及用户界面屏幕506。
图6描绘了电磁辐射检测装置的自校准传感器集成芯片光电二极管阵列。
图7示出了组装的传感器IC辐射检测装置700，包括：测试盒701，盒开口702，用户界面屏幕703，打印机704，以及鲁米诺瓶705。
发明的详细描述
本公开的详细描述主要限于，但非全部限于，使用化学发光检测人体中的耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌(MRSA)的子部件、子系统和子方法。因此，尽管本文没有详细描述，但是从本公开容易理解的或者容易与本公开结合的其他必要特征也应该被包括为本公开的一部分。本公开的说明书提供了描述创造性步骤的具体示例，但其不必涵盖本领域技术人员公知的所有可能的实施例。例如，具体发明不一定包括用于操作所需的所有明显的特征，比如为电子设备提供动力所需的电池或电源，或者例如，允许与特定的外部信息显示设备无线通信的特定天线设计。本发明包括对PCT/US2012/053705“用于基于化学发光的检测的系统”的参考，其全部内容通过引用整体并入本文。本公开的发明可受益于如电子领域、诊断领域、临床工具领域、计算领域和产品设计领域的技术人员所公知的化学品、材料、传感器、电子设备、微流体、算法、计算、软件、系统和其他特征或设计。所述装置的很多这些辅助特征也可能需要或不需要本公开的发明的各个方面。
本公开教导一种用于确定样品中存在或不存在MRSA的盒装置。参阅图1，所述盒装置包括横向流动条100。所述横向流动条包含不透水的塑料基底和硝化纤维层。例如，所述横向流动条可包含直接浇筑在4密耳聚酯基底上的、公称厚度为135微米以及公称宽度为4.5毫米的密理博(Millipore)纤维素酯膜。所述横向流动条具有每4厘米90秒的公称毛细管流速。所述横向流动条100与位于上游端的样品接受垫101流体连通，并且与位于下游端的包括垫的微流体泵102流体连通，所述垫的吸收体积至少为600μL。该体积足够使流体样品从接受垫101移动，通过横向流动条100并流入泵105。所述样品以被校准过的特定流速移动，以促进目标分析物的捕获和结合，以及允许检测装置读取测试结果。接受垫101的体积足够吸收制备的样品(约250μL)，并且泵105具有足够的体积来吸收发光剂(约500μL)，其用作防止这些流体污染盒。
临近上游端，横向流动条100还包括用于接受发光剂(即鲁米诺)的区103。在鲁米诺接受区103的下游并接近鲁米诺接受区103处，横向流动条100包括反应带104。所述反应带包括捕获区105、阴性对照区106和阳性对照区107。捕获区105含有用于捕获PBP2a的工具。用于捕获MRSA PBP2a的工具是抗MRSA PBP2a单克隆抗体。捕获区的PBP2a抗体通过与PBP2a和与样品流体中的PBP2a(如果有的话)结合的另一种MRSA PBP2a抗体结合而用作夹心试验。当将鲁米诺提供至测试条时，任何捕获到的与HRP偶联的PBP2a将产生电磁辐射，传感器IC将其视为指示MRSA的存在(另外假设测试是有效的)。如果没有信号从捕获区产生，传感器IC将这样的结果视为指示在样品中不存在MRSA，同样另外假设测试是有效的。
阴性对照区或空白对照区106可用于校准对背景噪声(电磁辐射)的测试。这样的背景噪声对传感器IC装置读取的正信号的贡献水平由此可被确定和说明。阳性对照区107包括用于捕获HRP的工具，并且用作确定样品是否向下流向测试条的工具。用于捕获HRP的工具是免疫球蛋白G(IgG)抗体。IgG抗体在阳性对照区107中用作夹心试验，并与样品流体中的结合至HRP的另一个IgG抗体结合。如果在阳性对照区107中捕获到HRP，会产生电磁辐射，则传感器IC将其视为有效测试。如果样品没有流到阳性对照区107，传感器IC会将没有信号视为无效测试。
在反应带104的下游，本公开的装置的横向流动条还包括对准参考线108。所述对准参考线108横跨横向流动条的宽度定向，并且当将所述横向流动条合适地放置在下盒壳体201d中时，并且将上盒壳体201b合适地固定在适当的位置时，所述对准参考线108将出现在参考线窗208b中。横向流动条的上述所有区均流体连通。如果省略了一个或多个这样的区，则剩余的区将保持流体连通。一个或多个上述区还可部分或完全重叠。
参考图2A，盒装置200a包括塑料壳体201a。所述壳体201a的形状为矩形，长约91mm，宽约56mm，以及组装后的高度约10mm。所述壳体201a还包括区220a，盒识别工具可置于区220a。用于盒识别的工具可包括无线电频率(RF)、光、条形码、QR条形码和它们的组合。识别区220a可位于盒装置上的任何位置，只要不损害盒装置的功能即可。壳体201a还包括被透明胶带覆盖的区230a。
如图2(b)至图2(e)所示，盒装置200包括壳体201。盒装置包括上部部件，如图2(b)和图2(c)，以及下部部件，如图2(d)和图2(e)，上部部件和下部部件被配置以彼此机械地相互作用。在壳体56mm的边上，壳体具有第一端和第二端，第一端以具有脊的凸缘区为特征，以提高装置使用者的抓握，第二端以圆角为特征。使用者将盒装置200插入传感器IC读取装置，可通过第一端抓住盒，并将第二端插入读取装置上的盒处理器中。
上部部件和下部部件之间的机械相互作用通过四个卡扣闭合件完成。所述卡扣闭合件位于盒壳体201的91mm的边的外周，并且大概与壳体的四个角相对应。卡扣闭合件含有从下部部件向上突出的夹子211d和位于上部部件上的互补的锁定区域211b。当适当地锁紧后，四个卡扣闭合件施加正压力，用作：(1)将盒壳体的部件固定在一起，以及(2)将横向流动条与样品接受垫和微流体泵压在一起。
参阅图2(b)，上部部件包括两个样品制备盆：体积约222μL的“A”202b和体积约为289μL的“B”203b，用于样品导入的井“C”204b，用于鲁米诺导入的井210b以及用于鲁米诺传输的通道209b。样品井204b与横向流动条样品垫(图1的101)流体连通，同时，鲁米诺井210b与鲁米诺接受区(图1的102)流体连通。鲁米诺通道209b是浅通道，用于将鲁米诺从其被输送到盒的位置运输至鲁米诺井210b。鲁米诺通道209b具有接收区(未示出)，在接收区鲁米诺输送系统将鲁米诺输送至盒装置。在接收区中，鲁米诺通道配置有半球形接头，半球形接头从盒装置向上伸出。当鲁米诺液滴接触接收区域时，接头降低了液滴的表面张力，从而允许鲁米诺沿鲁米诺通道209b向下流。否则，鲁米诺液滴将持续变大，并将最终溢出通道并污染盒装置。鲁米诺通道209b的底部和侧面用表面活性剂(例如tergitol)进行处理，防止鲁米诺粘附到通道上，并且促进鲁米诺流向鲁米诺井210b。另外，在区230a，如图2(a)，可选的透明胶带被粘附在盒壳体上，密封鲁米诺通道209b的顶部。鲁米诺通道内的毛细管作用促使鲁米诺流向鲁米诺井210b。鲁米诺井210b被配置为直径为2.1mm的圆形开口，所述圆形开口被具有圆形端部的凸耳和朝向横向流动条向下伸出的半圆形接头(图2C，218c)部分地一分为二。当鲁米诺到达鲁米诺井210b时，所公开的接头配置使鲁米诺形成气泡，气泡在毛细管作用下被拉到横向流动条上形成均匀的薄层。
参阅图2C，上壳体201c的下侧包括与横向流动条相互作用的区212c。区212c包括凸耳213c，凸耳213c朝样品接受垫(图1，101)垂直向下延伸，并将垫推到位于下部部件上的流体样品盆(图2D，203d)中。区212c还包括三边引导件214c，三边引导件214c环绕样品井(图2b，204b)并朝样品垫垂直地向下延伸，三边引导件的开口侧位于样品垫的下游侧。引导件214c引导样品在横向流动条上向下游流动。区212c还包括一组横向流动条对准引导件215c，该组横向流动条对准引导件215c与配置在下盒壳体上的类似的引导件相对应。区212c还包括凸耳216c，凸耳216c朝向横向流动条(图1，100)垂直地向下延伸，并使横向流动条以准确的压力抵靠样品接受垫来促使流体以所需的样品流率流动。区域212c还包括微流体泵压力凸耳219c和微流体泵平台220c，其朝向微流体泵(图1，102)垂直地向下延伸，并使泵以精确的压力保持在恰当的位置。
参阅图2D，下盒壳体201d的顶部包括与横向流动条202d相互作用的区212d。横向流动条区212d包括体积约为245μL的样品盆203d，横向流动条安置于其上的平台204d，一组上游横向流动条对准凸耳205d，其垂直向上延伸并与上壳体(图2C，215c)上的对准凸耳相互作用，一组下游横向流动条对准凸耳206d，其垂直向上延伸并用作使横向流动条相对于孔(图2(b)，205b，206b和207b)保持在恰当位置。
下盒壳体201d还包括四个卡扣闭合闩锁211d。所述卡扣闭合闩锁211d与上壳体上的互补闩锁区域(图2(b)，211b)接合，每个闩锁具有约2.5盎司的正夹紧力，其使所公开的各种压力凸耳和结构对横向流动条、样品接受垫和微流体泵施加压力，以促进和精确地控制流体流动。该压力促使流体以所需的速度从样品接受垫流出，流过横向流动条反应带，并流向微流体泵。进一步地，固定闭合件通过使反应区、多个孔和传感器IC读取装置准确地对准，提高了测试的稳健型，所述传感器IC读取装置可容忍读取装置被碰撞或移动。
参阅图2(b)，盒装置200b被配置以促进电磁辐射从横向流动条反应带到传感器芯片辐射检测器的传输。上盒壳体201b包括三个孔205b、206b和207b，用于允许在物质结合区和/或控制区产生的电磁辐射从盒装置200b逸出。孔沿横向流动条布置，并具有横跨横向流动条宽度的4.5mm的边和垂直于测试条的1.5mm的边。第一孔205b对应横向流动条的捕获区(图1，105)设置。第二孔206b对应横向流动条的阴性对照区(图1，106)设置。第三孔207b对应横向流动条的阳性对照区(图1，107)设置。如图2C所描绘的，上壳体201C的特征还有孔屏蔽区217c环绕孔，孔屏蔽区217c与孔的形状相结合，引导从横向流动条的对应区逃逸的光传送至传感器IC检测装置上的合适的二极管，并阻止这样的光散射到其他二极管，从而干扰装置的测量。
如图2(e)所示，盒200e的下壳体201e的下侧包括四个半球形制动器202e，其被配置以与互补结构机械地相互作用，例如图3的盒处理装置300上描述的直径为3/16英寸的球形活塞302。球形活塞302装有弹簧，通过压缩弹簧(未示出)能够产生大约2.04英镑/英寸的压缩率。一个或多个制动器的形状可以不同，只要它们被配置以与盒处理器上的一个或多个互补结构机械地相互作用即可。当球形制动器202e与盒处理器的球形活塞302相互作用时，三个孔205b、206b和207b将与盒处理器的孔303对准，以便允许在测流条反应带产生的电磁辐射穿过孔205b、206b和207，穿过盒处理器的孔303，到达本文描述的传感器IC检测装置的合适的一个或多个二极管。传感器IC检测装置如此灵敏(即每个二极管能够以至少200,000光子/秒进行检测)，甚至少量盒未对准即可使光散射至非目标的二极管，导致错误的结果。所公开的配置通过提供稳固并精确的孔的对准(其足够稳健来承受盒插入和检测装置移动的缺陷)，改进了之前的检测装置。另外，球形弹簧302通过提供对低插入速度的耐受力，并且通过在盒被准确地放置在盒处理器300中时提供在合适位置的听觉和触觉上的正卡接，而提高了易用性。盒处理器装置以相对于水平面向下倾斜15度安装在传感器IC装置中，这有助于流体在盒中的流动。进一步参阅图3，盒处理器300还包括盒接纳部件301和配置在接纳部件301的上面上的孔303。孔303阻止光向非目标二极管的散射(其会导致错误结果)。盒处理器还可包括铰链门，其被配置以实质上阻止盒接受件(未示出)的打开。铰链门被配置以在盒插入盒处理器后关闭。
使用本文描述的盒装置进行的MRSA化验产生的电磁辐射可以通过使用任何合适配置的传感器IC检测装置进行检测，包括本文描述的传感器IC检测装置。除了上文公开的盒处理器之外，传感器IC检测装置还包括发光剂输送装置。参阅图4，输送装置400包括用于存储鲁米诺的容器401，计量泵402，和用于将鲁米诺输送至盒装置的鲁米诺通道(图2B，209b)的管403。蠕动计量泵402以4μL/s的速率将离散的鲁米诺液滴输送至鲁米诺井。对于通过检测装置进行的每次MRSA测试，输送装置400将提供总量400μL的鲁米诺。输送速率和最小体积对于使用所述装置进行准确的MRSA测试十分关键。如果鲁米诺以不足的体积或速率进行输送，阳性对照线将不会发生电磁辐射，并且测试将被认为无效。另一方面，过快的输送速率或过大的输送量将会导致盒装置的污染或将导致鲁米诺溢出鲁米诺通道。
如图5所描述，所公开的传感器IC电磁辐射检测装置500包括如下部件：盒501、盒处理器502和配置在盒处理器上面上的孔(未示出)。盒处理器被配置以放入检测装置500中，从而使至少一部分孔与检测装置的电磁辐射检测器503对准。辐射检测装置500还包括信号处理部件504、打印机505、用户界面屏幕506和其他使用所公开的发明所需要的显而易见的部件和性能。
所公开的检测装置还包括检测部件，所述检测部件包括具有分立检测区的自校准传感器IC、电耦合设备、光电传感器、光检测器、光电二极管、光电倍增管、单光子雪崩二极管和可见光光子计数器。所述检测装置被配置以：(1)检测由于发生在盒装置上的化学反应而产生的电磁辐射；(2)将电磁辐射转化为电信号；(3)处理电信号来确定样品中是否存在MRSA；以及(4)处理完信号后传达样品中是否存在MRSA。检测装置还可被配置以向一个或多个附加设备传达数据。进行这些操作所需的部件和部件的各种配置对于本领域技术人员来说是已知的。
参阅图6，传感器IC601包括25个单个二极管的阵列，每一个二极管能够独立地检测200,000光子/秒的最小光通量以及七个数量级的光强变化。传感器IC的每一个二极管可以被独立地偏置，并且用户界面独立地读取检测到的模拟信号。由于二极管的灵敏度。以及由于集成芯片内制备的变异性，传感器IC必须接受二级校准来允许有效操作。根据原始产品，每一个二极管响应于零光子撞击或黑暗条件将产生不同的电信号值。所述装置相应地包括集成芯片，所述集成芯片向每一个二极管输送少量直流(DC)电压(微伏级别)，使得所有25个二极管响应于黑暗条件时产生相同信号。另外，在原始产品中，传感器IC二极管响应于暴露到每秒相同数量的光子(强度)，还会产生不同的电信号。因此，对25个二极管的每一个的输出进行一阶线性回归，对每一个二极管计算系数，使二极管能够响应于黑暗或光条件产生相同的信号。然后所述装置存储所计算出的系数。在操作期间，检测装置将存储的校正系数应用于每一个二极管的测量，从而允许传感器IC对每一个光电二极管进行独立地自校准。当将所公开的盒装置插入检测装置中并准确地对准时，每个孔将与传感器IC上的三个二极管关联，为检测装置提供对于每一样品区的冗余测量。
在各个实施例中，所公开的发明还包括一种用于分析样品的方法，包括以下程序：提供样品；将样品放置于盒装置上的至少一个样品制备盆中；混合样品并且将样品通过样品井施加到横向流动条；将盒装置插入到传感器IC装置中；使用发光剂输送装置将鲁米诺通过鲁米诺井加入盒装置。鲁米诺迁移至测试条反应带，并与样品流体发生反应，其中，传感器IC装置检测样品中是否存在MRSA。
在所公开的方法中，通过将标准棉签施加到个体的鼻腔内部最开始的1mm至2mm处来获取可能含有MRSA的流体的样品，并且将样品放置在含有生长培养基(例如胰蛋白胨大豆肉汤(Trypticase soy broth))的试样管中。一旦放置在生长培养基中，就盖紧试样管并且在加热块中在37℃下培养至少16小时，并且不超过30小时。所公开的样品处理方法与典型的医院实验室做法的不同在于，在典型的医院实验室做法中，样本通常盖的不紧，并且通常使用医院的保温箱来培养样品。
将包括NaOH和缓冲剂的提取剂加入盆A，并且将包括稀HCl和缓冲剂的中和剂加入盆B。用注射器从试样管获取全部样品，并且将0.2微米的过滤器放在注射器上；之后样品通过过滤器被排入盆A中。然后盆A中的提取剂通过过滤器被抽入带有样品的注射器中，在这里分解任何存在的MRSA。然后注射器中的所有液体通过过滤器被排入盆B中。这将样品中存在的任何PBP2a推入盆B中。这时，将与HRP偶联的单克隆PBP2a抗体加入盆B。然后用吸管提取盆B中的所有物质并将它们放入样品井C中。
流体样品将流至样品接受垫上，并且然后向下游流动到横向流动条上。样品将继续朝反应带向下游流动，在反应带它将与样品捕获区相互作用，样品捕获区是含有单克隆MRSA PBP2a抗体的横向流动条的一部分。一些与PBP2a偶联的HRP在捕获区与PBP2a抗体结合，并且然后没有结合的偶联了抗体的HRP将沿横向测试条向下游流动至阴性对照区，并将继续朝阳性对照区流动。用IgG抗体，特别是鼠科动物的抗体处理阳性对照区。没有结合的偶联了抗体的HRP在阳性对照区被捕获。然后将盒插入到位于传感器IC检测装置的盒处理器中。然后发光剂输送装置将鲁米诺引入位于盒装置的上表面上的鲁米诺通道中。鲁米诺从通道向下流动至盒装置的鲁米诺井中，并且穿过鲁米诺井并且流到横向流动条的鲁米诺接收区。鲁米诺沿横向流动条向下游流动到达反应带，在反应带与在捕获区和阳性对照区中捕获的HRP反应，并产生电磁辐射。电磁辐射穿过位于盒装置的上部分中且直接设置在样品捕获区、阴性对照区和阳性对照区上方的一行三个孔进行传输。盒处理器引导盒进入一位置，在该位置盒的开口与检测装置的电磁辐射检测器对准。门阻止干涉光进入检测装置中。用与盒处理器的四个安装有弹簧的活塞相互作用的四个半球形制动器(大概位于盒的下侧的四个角)将盒稳定在所述位置。然后用辐射检测装置检测样品捕获区和控制区中产生的电磁辐射，并响应于所述检测产生电信号。校准所述电信号，并且然后用位于检测装置内的处理器处理所述电信号。然后生成指示有效测试或无效测试的信号，并且如果测试有效，所述装置生成指示样品中是否存在MRSA PBP2a的信号并传达至用户界面屏幕和打印机，在此使消息打印出来并使其能够被用户使用。
所公开的发明还包括一种使用传感器IC检测装置的方法，在所述传感器IC检测装置中，通过向检测装置提供测试格式来分析样品，所述测试格式包括样品捕获信号、阳性对照信号和阴性对照(背景)信号。由于检测装置具有25个分立的光电二极管，并且根据所公开的测试格式测试一个样品使用9个二极管，所述测试格式可有潜力被扩展至包括多个分析物。相应地，所公开的测试格式和传感器IC装置可允许对高达7个分析物同时进行准确地测试。
所公开的发明还包括一种用于分析样品的方法，包括使用检测装置检测从盒装置发出的电磁辐射。
所述方法进一步包括根据所公开的方法，使用盒、盒处理器或检测装置中的任何一种检测样品中是否存在MRSA。
上述布置和说明仅是示例性实施例，其他明显的配置和应用也包括在本公开的构思内。本公开的发明绝不限于所描述的方法和材料。这些示例仅用于解释虽然本文中的说明书没有全部列举所有可能的应用的所有可能的装置特征或布置或方法，但本发明是宽广的并且可包括对于本发明的广阔应用容易理解和明显的其他有用的方法，或材料、装置或系统或其他实施例的各方面。
以上是对本发明的描述以及实施本发明的优选方法，然而，发明本身应该仅由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于确定样品中是否存在目标物质为耐甲氧西林金黄色酿脓葡萄球菌(MRSA)的盒装置，包括：
(a)横向流动条，其包括：(1)第一区，所述第一区包括用于接收混合有酶耦合物的液体样品的样品接受垫，(2)第二区，所述第二区用于接受发光剂，(3)第三区，所述第三区包括反应带，其中所述反应带包括所述目标物质的结合区、阴性对照区和阳性对照区，以及(4)第四区，所述第四区包括微流体泵，并且其中(i)所述样品接受垫、所述第二区、所述反应带和微流体泵流体连通，并促使流体从所述样品接受垫向下游方向流动至所述微流体泵；(ii)所述目标物质的结合区包括用于捕获所述目标物质的青霉素结合蛋白2a(PBP2a)抗体；(iii)所述阳性对照区包括用于捕获所述酶耦合物的抗体，以及(iv)所述酶耦合物能够与所述目标物质结合并与所述发光剂反应，从而产生电磁辐射；以及
(b)壳体，包括：(1)上部部件，其包括用于样品制备的第一盆，用于样品制备的第二盆，用于加入样品的第一井，用于加入发光剂的第二井，多个允许所述横向流动条上产生的电磁辐射从所述盒装置逸出的孔，多个闩锁接收区，用于接触所述横向流动条的多个压力凸耳，以及用于将所述横向流动条固定在合适位置的多个对准引导件；(2)下部部件，其包括在其上放置所述横向流动条的区，样品池，用于将所述横向流动条固定在合适位置的多个对准引导件，多个闩锁，所述闩锁与所述上壳体上的所述闩锁接收区互补设置，并且能够施加正压力以将所述上部部件和所述下部部件机械地锁在一起，以及多个制动器，所述制动器用于将所述盒装置机械地固定在盒处理器装置中；(3)用于电子识别所述盒装置的工具；其中(i)所述第一井与所述第二井与所述横向流动条流体连通；(ii)所述第一井包括屏蔽结构，所述屏蔽结构被配置以与所述横向流动条接触；(iii)所述第二井包括接头结构；以及(iv)所述孔被配置以将电磁辐射准确地引导至读取装置。
2.如权利要求1所述的盒装置，其中，用于捕获所述目标物质的所述抗体是青霉素结合蛋白2a(PBP2a)单克隆抗体。
3.如权利要求1所述的盒装置，其中，所述酶耦合物包括辣根过氧化物酶(HRP)。
4.如权利要求3所述的盒装置，其中，用于捕获所述HRP的所述抗体是IgG抗体。
5.如权利要求1所述的盒装置，其中，所述发光剂是鲁米诺。
6.如权利要求1所述的盒装置，其中，所述第一区至所述第四区中的两个区或更多个区部分或完全重叠。
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