CN110325841A - 用于过敏原检测的系统 - Google Patents

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R·格里斯武德
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Abstract

本发明涉及用于样本中的过敏原检测的设备和系统。过敏原检测系统包括采样器、一次性分析盒和具有优化光学系统的检测设备。在一些实施例中，过敏原检测利用核酸适体分子作为检测试剂。在一些实施例中，核酸与磁珠或诸如玻璃、微孔和微芯片等固体表面偶联。

Description

用于过敏原检测的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年2月21日提交的美国临时申请No.62/461,332的优先权；其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于食品样本中的过敏原检测的设备和系统。
背景技术
过敏(例如，食品过敏)是可能具有致命后果的常见医学病症。据估计，在美国，高达2％的成人和高达8％的儿童(特别是3岁以下的儿童)遭受食品过敏(约1500万人)，并且认为该患病率日益增加。过敏原的检测并不总是直截了当的，因此，一种便携式设备能够让具有食品过敏的人测试他们的食品并准确即刻地确定过敏原含量(content)，所述便携式设备对于作出关于是否食用该食品的明智决定将大有裨益。
研究人员已经尝试开发合适的设备和方法来满足这种需要，例如McKay的美国专利No.5,824,554；Jung等人的美国专利申请公开No.2008/0182339和美国专利No.8,617,903；Scott等人的美国专利申请公开No.2010/0210033；Royds的美国专利No.7,527,765；Suni等人的美国专利No.9,201,068；以及Khattak和Sever的美国专利No.9,034,168中公开的那些设备和系统，其各自的内容通过引用整体并入本文。仍然存在对于改进的分子检测技术的需要。还需要与目前使用的设备相比能够在更短的时间内、以高灵敏度和专用性并需要更少的技术知识来检测所关注的过敏原的设备和系统。
本发明人已经开发了使用基于核酸适体(aptamer)的信号多核苷酸(SPN)作为检测试剂来检测测试样本中的过敏原的检测系统和设备。检测试剂可以与磁珠和/或固体表面(例如玻璃)偶联(be conjugated to)以形成过敏原检测传感器；然后，传感器可以集成到用于进行检测鉴定的仪器(例如，本发明中公开的检测设备)中。特别结合至目标过敏原的适体可以是共同拥有的2016年11月8日提交的美国临时申请No.62/418,984；2016年12月16日提交的No.62/435,106；2017年5月30日提交的No.62/512,299；和2017年11月8日提交的PCT申请No.PCT/US2017/060487中公开的那些；其各自的内容通过整体引用并入本文。
本发明的发明人进一步开发了检测系统，其包括单独的采样器、一次性盒/容器和检测仪器，用于使用基于适体的信号多核苷酸(SPN)快速且准确地检测样本中的过敏原。特别地，适体和/或适体补体复合物与磁珠和/或固体表面偶联。然后磁珠和涂覆有适体配体的固体表面用作检测传感器。传感器可被集成到本发明的一次性盒中。它们也可用在其他检测系统中。消费者可以在非临床环境中(例如在家中、在餐馆中和学校食堂中)使用这样的设备。
发明内容
本发明提供了用于各种类型的样本(特别是食品样本)中的过敏原检测的系统、设备、一次性容器/盒、光学模块和方法。过敏原检测设备和系统是便携式和手持式的。在一个方面中，系统和设备的尺寸可小于6英寸。
本发明的一个方面涉及用于检测食品样本中一种或多种过敏原的存在和/或不存在的过敏原检测系统。在各种实施例中，该系统包括：(a)用于收集测试样本的装置；(b)至少一个一次性检测容器/盒(当用在本文中时，术语“容器”和“盒”以及“测试杯”可互换使用)，用于接收和处理测试样本，并分析测试样本中的(一种或多种)过敏原与检测试剂之间的相互作用；和(c)检测设备，用于读取检测信号并检测测试样本中的过敏原。检测设备可以可拆卸地连接到一次性盒。在一些方面中，该鉴定还包括当磁珠用作用于检测目标过敏原的传感器时洗涤和再悬浮磁珠的步骤。
在一些实施例中，单独的采样器可以提供用于收集测试样本的装置。在一个实施例中，取样器是用于收集食品样本的单独的食品取样器。食品取样器可被构造成用于测量一定尺寸部分(sized portion)的食品样本和/或预处理所收集的食品样本。食品取样器可具有远端部分和近端部分，该远端部分在远端处设置有取样器顶盖，该近端部分在远端处设置有切割刃(cutting edge，切割边缘)，该切割刃被配置成拾取食品样本并预处理所拾取的样本。
在一个实施例中，食品取样器包括：柱塞，所述柱塞具有连接到取样器顶盖的远端和具有密封件的近端柱塞尖；手柄；和被构造成用于保持(hold)被拾取的测试样本的取样器。
在一些实施例中，检测盒是一次性的，适用于一种特定过敏原。检测盒包括至少一个均质化腔室和至少一个检测/反应腔室，在所述检测/反应腔室中发生检测反应。在本发明的一个方面中，检测盒可以是一次性测试杯或杯状容器。一次性测试杯或杯状容器可被构造为分析模块，在该分析模块中，测试样本被处理并且通过与检测试剂的相互作用来检测测试样本中所关注的过敏原。在一些方面中，一次性测试杯或杯状容器包括杯体、杯底和杯盖。测试杯可被分成专用于各种功能(包括均质化、缓冲液(buffer)储存、废料收集、过敏原反应和信号检测)的若干隔室。
在一些实施例中，反应和信号检测腔室可以包括专用区域，所述专用区域被配置成用于容纳专用于目标过敏原的检测传感器。在一些方面中，检测传感器可以是与结合至目标过敏原的适体偶联的磁珠。适体或其补体可以直接地或通过任何其他锚固件和链接剂附接到磁珠。在其他方面中，检测传感器可以是固体支撑件，其表面涂覆有适体，所述适体结合至目标过敏原。在一个实施例中，反应和信号检测腔室内的专用传感区域可以是包括流动小室(flow cell)的流体芯片；流动小室配置成用于保持磁珠。反应和信号检测腔室可包括至少一个光学窗口。在一个实施例中，腔室包括两个光学窗口：一个主光学窗口，配置成用于读取光学信号；一个辅助光学窗口，配置成用于读取光吸收或读取光吸收和散射光两者。在其他实施例中，腔室可包括单独窗口，配置成用于读取散射光。
本发明的检测设备包括(a)外部壳体，其为检测设备的部件提供支撑；(b)配合平面或接收器，用于在实施过敏原检测测试时联接检测盒(例如，一次性测试杯或杯状容器)；及(c)为进行过敏原检测测试而集成的装置；以及可选的电源插头。
根据本发明，检测设备的所集成的用于进行过敏原检测测试的部件包括(i)包括均化器的用于处理测试样本的装置，(ii)用于驱动和控制均质化的装置；(iii)用于在过敏原检测测试处理的过程中驱动和控制经处理的样本的流动的装置；(iv)用于检测反应信号的光学系统；和(v)用于可视化检测结果的装置，包括显示窗口和转换并数字化所述检测信号的装置；以及(vi)电源。
在一些实施例中，用于驱动液体流动和控制流速的装置可以是泵或外部压力。泵可以是气体泵或空气泵，或其等同物。在检测鉴定期间，经处理的样本溶液流入检测盒(例如，测试杯或杯状容器)内的多个腔室中。
在一些实施例中，光学系统可包括激发光学器件(excitation optics)、发射光学器件(emission optics)、散射光学器件(scatter optics)和吸收光学器件(absorptionoptics)。
在一些实施例中，印刷电路板(PCB)直接或间接地连接到光学系统以用于显示测试读数(readout)。结果可以显示为数字、图标、颜色和/或字母，或其他等同物。
本发明的另一方面涉及用于检测样本中的过敏原含量的过敏原检测测试鉴定，其包括以下步骤：(a)获得怀疑含有所关注的过敏原的测试样本，(b)均质化所获得的样本，并使用提取缓冲液提取过敏原蛋白质，(c)使经处理的样本与检测传感器接触，所述检测传感器包括磁珠或涂有专门结合至目标过敏原的适体和/或适体-补体复合物的固体表面；(d)确定从(c)中的接触步骤产生的荧光信号；(e)处理和数字化检测到的信号并可视化检测试剂与过敏原之间的相互作用。
在一些实施例中，检测系统可以包括可以由软件应用程序访问和控制的用户界面。该软件可以由个人设备(诸如智能电话、平板电脑、个人电脑，膝上型电脑、智能手表)和/或其他设备上的软件应用程序运行。在某些情况下，软件可以通过互联网浏览器运行。在一些实施例中，软件可以连接到远程和本地化服务器(被称作云)。
附图说明
图1是根据本发明的检测系统的实施例，该检测系统包括：检测设备100，该检测设备具有外部壳体101和配置成用于保持一次性测试杯300的配合平面或接收器102；单独的食品取样器200，作为采样器的示例；一次性测试杯300，作为检测盒的示例。可选地，可以包括执行/操作按钮104和显示窗口103，所述执行/操作按钮允许用户执行过敏原检测测试。
图2示出了在实施过敏原检测测试过程中图1中所示的检测系统的组件。1。
图3A示出了作为采样器的示例的食品取样器200的实施例。
图3B示出了采样器组件200。
图4A至图4F示出了切割刃331的示例性实施例。
图5A以侧视图示出了一次性测试杯300的实施例，该一次性测试杯包括杯顶盖510、杯体520、杯底部530和转子540。
图5B是测试杯300的剖视图，示出了杯体520内部构造的一个实施例：均质化腔室521、洗涤缓冲液储存腔室522、废料腔室523，以及具有主光学窗口525和辅助光学窗口526的反应和信号检测腔室524。
图6A和图6B示出了一次性测试杯300的两个不同实施例的分解图。
图7是测试杯300的底部的立体图。
图8示出了杯底部530的上表面，示出了流动通道812、反应和检测腔室524和空气端口813。
图9标示了测试杯300内的流体储存容器的位置。
图10A示出了在销1004破坏箔密封件1002之前的夹管阀。
图10B示出了与图10A相同的夹管阀，该夹管阀处于闭合状态下，通过由销1004向上的推动垫圈1003密封。
图11A示出了具有转子端口1101的杯顶盖510的实施例。
图11B(横截面立体侧视图)和图11C(顶视图)示出了均质化转子540的备选实施例，其中转子540通过图11A所示的转子端口1101被插入均质化腔室521中。
图12A至图12C示出了均质化腔室521和转子540的备选实施例，其中转子540通过杯顶盖510上的转子端口1101(如图11A所示)被插入。
图13A至图13C示出了均质化腔室521和转子540的备选实施例，其中转子540通过杯底部530处的转子端口接口701(如图7所示)被插入。
图14A和图14B示出了均质化腔室和转子的备选实施例，其中转子540通过杯顶盖510上的转子端口1101被插入(如图11所示)并延伸到杯底部。
图15示出了当不同的部件被组装并集成为具有食品取样器200和测试杯300的功能装置时的检测设备100的视图。
图16A和图16B是主配合平面或接收器102以及将检测设备100连接到测试杯300的接口的立体图。
图17是检测设备100的光学读取状态的立体图。
图18A是设备100的局部立体图，示出了当磁体1701被定位成用于珠收集时磁体系统1580的磁体1701和致动器1702的位置。
图18B是当磁体1701定位成用于磁珠分散以进行光学读取时磁体系统1580的磁体1701和致动器1702的位置的局部立体图。
图19示出了光学系统1530的实施例。
图20A至图20C示出了三种光学模式。
图21是示出了磁珠和/或DNA固体板的洗涤过程的流程图。
图22A是显示芯片传感器(例如，635或1802)上的测试区域和控制区域的示意图。
图22B示出了用于检测芯片传感器(例如，635或1802)的荧光读数。
图23A示出了缓冲液的吸收光谱系列、空管和含有磁珠的缓冲液。
图23B示出了牛奶缓冲液中的各种浓度下的磁珠的散射光谱系列。
具体实施方式
前面已经相当广义地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。在下文中将描述本发明的附加特征和优点，其形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或构造用于实现本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应该认识到，这种等同构造不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。从以下结合附图考虑的描述中，将更好地理解本发明的新颖特征以及其他目的和优点，所述新颖特征被认为是关于本发明的组织和操作方法的特征。然而，应该清楚地理解，每个附图仅仅是为了说明和描述的目的而提供的，而不是作为对本发明的限制的定义。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在冲突的情况下，将以本文描述为准。
分析设备在确保食品安全方面的使用尚未达到履行其承诺的程度。特别是，尚未开发出基于简单但准确、灵敏和快速检测方案的便携式设备来检测各种已知的过敏原。对食品安全控制背景下的基于适体的分析的多个近期评论之一表示，虽然已经开发了多种用于过敏原检测的商业分析工具，但它们中的大多数依赖于免疫测定法。进一步表示，对这种流行的过敏原的适体的选择正在出现(Amaya-Gonzalez等人，Sensors 2013,13,16292-16311，其内容通过引用整体并入本文)。
本发明提供了检测系统和设备，其可以专门检测各种食品样本中的低浓度过敏原。本发明的检测系统、设备和方法使用基于核酸分子(即，适体)的检测传感器来结合并检测样本中存在的目标过敏原。核酸试剂可以仅是适体，或与短互补序列(shortcomplementary sequences)络合的适体。特别地，检测试剂可以附着到固体支撑件，例如磁性颗粒的表面、二氧化硅、琼脂糖颗粒、聚苯乙烯珠、玻璃表面、微孔、芯片(例如，微芯片)等。磁珠和具有表面结合检测试剂的固体表面形成本检测系统的检测传感器。这些传感器也能集成到任何合适的检测系统和用于类似目的的仪器中，这也在本发明的范围内。
在一个实施例中，本发明的检测系统和/或设备是小型化、便携式和手持式产品，其旨在具有紧凑的尺寸，这增强了其便携性和谨慎操作。用户可携带本发明的检测系统和设备，并在食用食品之前实施食品样本中存在和/或不存在一种或多种过敏原的快速和实时测试。根据本发明的检测系统和设备可以由用户在任何位置(例如在家中或在餐馆中)处使用。
在一个实施例中，检测系统和/或设备将测试结果显示为标准读数，并且任何用户均可遵循关于如何操作检测系统和设备的简单指令来实施检测。
在一些实施例中，检测系统和设备被构造成用于简单、快速和灵敏的一步执行。该系统可在少于5分钟、或少于4分钟、或少于3分钟、或少于2分钟、或少于1分钟内完成过敏原检测测试。在一些方面中，过敏原检测可以在大约60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒或15秒内完成。
根据本发明，检测系统和设备可以涉及集成了电气工程、机械工程和计算工程的机电施工过程，以实施和控制过敏原检测测试的过程，包括可充电或可更换的电池，用于处理测试样本的马达驱动器，用于控制经处理的样本溶液向检测设备的不同部件流动的泵或致动器，以及联接和集成用于快速过敏原测试的不同部件的连接器。本发明的检测设备还包括：光学系统，该光学系统被配置成用于检测测试样本中所关注的过敏原的存在和浓度并将检测信号转换成可读信号；磁体系统，用于操作检测传感器；以及壳体，为检测设备的其他部分提供支撑并将不同部分集成在一起作为功能产品。
在一些实施例中，检测系统和/或设备被配置成使专用于一种或多种特定过敏原的一次性检测盒(例如，一次性测试杯或杯状容器)被构造成用于接纳和处理测试样本，并鉴定检测测试，所有需要的缓冲溶液被封装在其中。因此，所有缓冲溶液可被限制在一次性杯或杯状容器中。作为非限制性实例，一次性花生测试杯可用于由用户在任何食品样本中检测花生并在测试后丢弃。当在同一设备中进行不同的过敏原测试时，这可以防止交叉污染。
在一些实施例中，提供了可以测量和评估(size)测试样本的单独的采样器。在一个方面中，采样器可以进一步预处理测试样本，例如将样本切成小块、混合、刮擦和/或研磨，以使样本适合于过敏原蛋白质提取。
检测系统
通常，本发明的过敏原检测系统包括：至少一个采样器，用于收集测试样本；至少一个一次性检测盒，用于实施过敏原检测测试；以及检测设备，用于检测和可视化检测测试的结果。
如图1所示，本发明的检测系统的实施例包括：检测设备100，被配置成用于处理测试样本，实施过敏原检测测试，并检测和报告检测测试的结果；单独的食品取样器200，作为采样器的示例；以及一次性测试容器/盒300，作为检测盒的示例。在一个示例中，一次性测试盒可以是杯或杯状容器300。检测设备100包括外部壳体101，其为检测设备100的部件(如图15所示)提供支撑。检测设备100的主配合平面或接收器102被配置成用于安放(dock)一次性测试杯300。外部壳体101还为按钮提供表面空间以操作设备100。可以包括执行/操作按钮104和显示窗口103，所述执行/操作按钮允许用户执行过敏原检测测试。可选地，可以具有盖(未示出)以在测试期间覆盖测试杯300。
在实施过敏原检测测试的过程中，将容纳有样本的食品取样器200插入到一次性测试杯300中，并将一次性测试杯300插入到检测设备100的配合平面或接收器102中以进行检测，如图2中所示的。
图2中所示的检测系统的组装不是限制性的。一次性测试杯300、食品取样器200和检测设备100的其他组装方式也在本发明的范围内。
采样器
收集适当大小的样本是实施过敏原检测测试的重要步骤。在本发明的一些实施例中，提供了用于拾取和收集测试样本(例如食品样本)的单独的采样器。在一个方面中，本文公开了用于拾取和收集食品样本的取样-封装-柱塞(coring-packer-plunger)概念。这种机构可以测量和收集一个或若干个一定大小部分的测试样本，并提供预处理步骤，诸如切割、研磨、刮擦和/或混合，以帮助从测试样本中均质化和提取或释放过敏原蛋白质。根据本发明，单独的食品取样器200被构造成用于获得不同类型的食品样本并收集适当大小部分的测试样本。
如图3A所示，食品取样器200可包括三个部分：位于远端处的柱塞310，手柄320，其配置成用于联接位于近端处的取样器330。柱塞310具有远端部分，该远端部分设置有：位于远端处的取样器顶部抓持件(grip)311(图3A)，其帮助用户上下操纵柱塞310；柱塞本体中间的柱塞止动件312；以及柱塞本体的近端处的密封件313。手柄320可包括位于远端处的卡扣配合件321和位于近端处的裙部322，该裙部连接到取样器330。取样器330可包括近端部分，该近端部分在最近端处设置有切割刃331(图3A)。取样器330被配置成用于切割并保持所收集的样本以排出到一次性测试杯300中。
在一个实施例中，柱塞310可被插入到取样器330内，其中柱塞310的近端可以从取样器330突伸出以直接接触测试样本，并且与取样器330的切割刃331一起拾取一定大小部分的测试样本(图3B)。根据本发明，柱塞310用于将采样的食品从取样器330排出到一次性测试杯300中，并且还将某些食品(例如液体和奶油类食品)拉入取样器330中。柱塞止动件312的通过与卡扣配合件321的相互作用的特征，可以在取样期间防止柱塞310被拉回得太远或从取样器本体330中被拉出。柱塞310的最近端处的密封件313可保持气密密封，以便通过将柱塞310拉回而将液体抽到取样器330中。在一些实施例中，柱塞310可设置有其他类型的密封件，包括模制特征或机械密封件。手柄320被构造成供用户握住采样器200的取样部件。例如，裙部322给用户提供用于操作食品采样器200、向下推动取样器330并将取样器330驱动到待收集的食品样本中的装置。
在一些方面中，切割刃331可以被配置成用于预处理所收集的样本，从而允许所采样的食品以推动、扭转和/或切割的方式被取样。作为一些非限制性示例，切割刃331可以是平刃(图4A)、锋刃(图4B)、具有各种齿数的锯齿状刃(图4C和图4D)、锋利锯齿状刃(图4E)或薄壁刃(图4F)。在其他方面中，取样器330的内径变化，范围从约5.5mm到7.5mm。优选地，取样器330的内径可以为约6.0mm至约6.5mm。取样器330的内径可以是6.0mm、6.1mm、6.2mm、6.3mm、6.4mm、6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm或7.0mm。取样器330的大小被优化以供用户收集适量的测试样本(例如，0.5mg)。
食品取样器200的部件可被构造成易于操作的任何形状，诸如三角形、正方形、八边形、圆形、椭圆形等。
在其他实施例中，食品取样器200可以进一步设置有用于称量被拾取的测试样本的装置，诸如弹簧、刻度或其等同物。作为非限制性示例，食品取样器200可设置有称重张力模块。
食品取样器200可以由塑料材料制成，包括但不限于聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、缩醛(POM)、聚四氟乙烯(PTFE)、或任何聚合物、以及它们的组合。
一次性检测盒
根据本发明，提供至少一个单独的检测盒作为检测系统的一部分。检测盒是一次性的并且用于(一种或多种)特定过敏原。一次性检测盒被构造成用于：食品样本的分离和过敏原蛋白质提取、食品颗粒的过滤、反应溶液/试剂和检测试剂的储存、使用检测传感器(诸如磁珠)和具有专门结合至过敏原蛋白质的结合检测试剂(诸如抗体和核酸分子)的固体支撑件捕获所关注的过敏原。在一个方面中，检测试剂是核酸分子，例如SPN、适体或适体-补体复合物。例如在2016年11月8日提交的美国临时申请No.62/418,984、2016年12月16日提交的美国临时申请No.62/435,106、2017年5月30日提交的美国临时申请No.62/512,299、和2017年11月8日提交的PCT申请No.PCT/US2017/060487中都描述了所述检测试剂的实例；它们是共同拥有的并且通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，一次性检测盒旨在为仅一次使用的，用于样本中的过敏原测试，因此可以由低成本塑料材料(例如，透明高密度聚乙烯(HDPE)、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)或其他热塑性塑料)制成。因此，可以针对所关注的任何特定过敏原构造一次性检测盒。在一些实施例中，这些一次性盒可以仅针对一种特定过敏原构造，这可以避免与其他过敏原反应的交叉污染。
在其他实施例中，这些一次性盒可被构造成用于并行检测测试样本中的两种或更多种不同的过敏原。在一些方面中，一次性盒可被构造成用于并行检测两种、三种、四种、五种、六种、七种或八种不同的过敏原。在一个方面中，同时检测多种(例如，两种、三种、四种、五种或更多种)过敏原的存在，可以产生指示存在哪种过敏原的正性信号。在另一方面中，提供了一种系统，用于检测是否存在一过敏原(例如花生或树坚果)，并产生指示存在这种过敏原的信号。
一次性检测盒可以是一次性测试杯或杯状容器。根据测试杯的一个实施例，如图5A所示，组装的一次性测试杯300包括：杯顶盖510；杯体520，用于接收测试样本、处理测试样本以及使经处理的样本与检测试剂(例如，适体-磁珠偶联物)接触/混合；杯底部组件530；以及均质化转子540。
测试杯体520可包括多个腔室。在一个实施例中，测试杯体520包括：一个均质化腔室521，其包括食品处理容器901(如图9所示)；洗涤缓冲液储存腔室522，包括洗涤缓冲液储存容器902(如图9所示)；废料腔室523，包括废料容器903(如图9所示)；以及反应腔室524(也称为信号检测腔室)(图5A和图5B)。所有分析反应都发生在反应腔室524中。反应腔室524是经均质化且经处理的样本与预先储存在测试杯300内的检测试剂混合并产生可检测信号(例如荧光信号)的地方。在备选实施例中，缓冲液储存腔室522中可包括不止一个缓冲液储存容器。作为非限制性示例，提取缓冲液可以单独储存在缓冲液储存腔室522内的一容器中，而不是预先储存在食品处理容器901中。
图6A示出了一次性测试杯300的分解图。在一个实施例中，一次性测试杯300可包括顶盖510和杯体520，该顶盖包括：杯盖611，该杯盖具有用于接收食品取样器200的食品取样器端口614；垫圈612；以及位于杯盖611与垫圈612之间的密封膜(图6A中未示出)。密封膜可以是箔密封件615，如图6B所示。顶盖510中还可包括(一个或多个)过滤膜或过滤器组件613(图6A)。杯底部组件530包括至少一个(优选两个)伞形阀631、(一个或多个)膜632，(一个或多个)阀板633、杯底盖634和位于杯体520内的反应腔室524的底部处的玻璃盖635。
图6B示出了备选实施例中的一次性测试杯300的分解图。一次性测试杯300可包括底部组件530，该底部组件包括：用于将各层粘合在一起的压敏粘合剂(PSA)636；流体层637；柔顺垫圈638；配置在杯体520内的反应腔室524的底部处的玻璃盖635；以及底盖634。在该实施例中，柔顺垫圈638位于一次性测试杯300的底部处。类似于图6A中所示的杯顶510，在该备选实施例中，杯顶510还可包括杯盖611和垫圈612。可以使用一个或多个箔密封件615来密封部件。备选地，可以使用粘合剂或超声波粘合将各层配合在一起。在一些方面中，玻璃盖635可以直接配置在杯体520的底部处(诸如反应腔室524的底部处)，并且作为一个实体集成到杯体520中。整个单元可以是PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))(也称为丙烯酸或丙烯酸玻璃)。这种透明的PMMA丙烯酸玻璃可用作用于信号检测的光学窗口。
在一些实施例中，反应和信号检测腔室524可以包括专用传感区域，其被配置成用于保持专用于一目标过敏原的检测传感器。在一些方面中，检测传感器可以是与结合至目标过敏原的(SPN)(诸如适体和适体-补体复合物)相偶联的磁珠(例如，聚苯乙烯珠，以及包含磁体矿的硅珠)。在其他方面中，检测传感器可以是固体支撑件(例如，玻璃表面、芯片和微孔)，其表面覆盖有捕获探针，例如结合至目标过敏原的SPN(例如，适体和适体-补体复合物)。在一些实施例中，反应和信号检测腔室524内的传感区域可以是玻璃盖635(图6A)。在其他实施例中，传感区域可包括流体芯片(例如，流体芯片1802)，其包括磁珠收集区域(例如，图18A和图18B中的流动小室1801)。
在一些实施例中，反应和信号检测腔室524包括至少一个光学窗口。在一个实施例中，腔室包括两个光学窗口，一个主光学窗口525和一个辅助光学窗口526。在一个实施例中，如图5A和图5B所示，主光学窗口525位于测试杯体520的底部处；主光学窗口525还用作反应腔室524到检测设备100且特别是到检测设备100的光学系统1530(如图15、图18A和图18B所示)的接口。玻璃盖635可被插入光学窗口与光学系统的接口之间(例如参见图6A和图6B)。辅助光学窗口526位于反应腔室的一侧处(图5和图7)；辅助光学窗口526允许吸光度光源进入反应腔室以检测光吸收。在一些方面中，辅助光学窗口526可以被构造用于读取光吸收和散射光。在其他实施例中，反应腔室524可以包括用于读取散射光的另一个单独的光学窗口。光学窗口可以设置有玻璃保护盖1901(如图19所示)。
杯底部组件被配置成用于封闭一次性测试杯300并且还提供用于联接检测设备的装置。如图7所示，底部组件530的底侧可包括用于将杯300连接到检测设备100以进行操作的若干接口，包括：用于均质化转子540的均质化转子接口701；用于保持夹管阀的接口702；以及泵接口703，用于连接到检测设备100中的泵1540(图15中所示)。
在一些实施例中，包括阀系统，所述阀系统被配置成用于控制样本、缓冲液和其他试剂流过盒的不同部分的流体流动。除了本文讨论的柔性膜、箔密封件和夹管阀之外，还可以包括其他阀以在过敏原检测测试过程期间控制流体的流动，所述其他阀包括旋启式止回阀、闸阀、球阀、截止阀(globe valve，球心阀)、或其他市场上可买到的阀。
在一个实施例中，用于控制杯腔室内的流体流动的装置可被包括在例如杯底部组件530中。该装置可包括流动通道、隧道、阀、垫圈和空气连接件(air connection)。图6B中的杯底部530的分解图示出了每个层，包括被配置成用于控制流体流动的那些层。如图8中进一步示出的，反应腔室524包括流动通道812中的开口，该流动通道被封闭在固体支撑物(即，在表面上覆盖有捕获探针的玻璃流体芯片1802(参见图18A和图18B))。通过关闭位于反应腔室524的入口和出口位置814处的夹管阀，反应腔室524(图8)可被完全密封。入口和出口位置814处的夹管阀的位置和数量可以变化。因此，杯底部530处的阀接口702的位置和数量也可以变化。
测试杯300底部处的流动通道812被提供为用于将溶液输送到反应腔室524和/或测试杯300内的其他部件。反应腔室524的入口和出口位置814处的开口连接到(一个或多个)流动通道812。开口由夹管阀控制。入口通道空气端口811在测试杯300与检测设备100中的正压或负压源(例如，通过泵1540)之间提供接口。入口通道空气端口811可包括透气膜以防止流体泄漏。在一个实施例中，入口通道空气端口811通过流动通道812连接到反应腔室524。
因此，入口通道空气端口811通过透气膜将入口通道连接到大气。通过关闭到两个流体容器的夹管阀，可以将空气通过透气膜拉入反应腔室中，以帮助从腔室524冲刷食品颗粒。选择透气膜以使得仅当两个夹管阀被关闭时，它才允许空气进入入口。备选地，可以使用另外的夹管阀位置814来打开和关闭通向入口通道端口811的通路。
单独的空气端口813在测试杯300与检测设备100中的正压或负压源之间提供接口。该空气端口813可设置有透气膜以防止流体泄漏。在该具体实施例中，空气端口813通过废料腔室523连接到反应腔室。
流动系统可用于在过敏原检测测试期间控制不同容器(例如图9中所示的食品处理容器901、缓冲贮存容器902和废料容器903)内的经处理样本溶液、缓冲液和废料的速率和方向。
在一些实施例中，一种或多种提取缓冲液可被预先储存在均质化腔室521中，例如在箔密封的容器(如食品处理容器901(图9))中。备选地，提取缓冲液可被单独地储存在杯体520中的单独的缓冲液容器中，该单独的缓冲液容器类似于洗涤缓冲液储存容器902(在如图5B所示的缓冲液储存腔室522中)。在样本均质化和洗涤之后，废料可被储存在废料腔室523内的单独的废料容器903中。废料腔室523具有足够的体积以储存大于过敏原检测测试期间使用的流体量的体积。
测试杯底部处的夹管阀接口702(图7)包括箔密封件1002和柔顺垫圈层1003(在图6B中还被显示为638)，所述箔密封件密封流体容器1001，其指的是容器901、902和903(如图9所示)。当测试杯被插入到检测设备100中时，检测设备中的向上延伸的销1004将柔顺垫圈层1003推动到足以刺穿箔密封件1002的距离，从而打开腔室。图10A示出了销1004在刺穿箔密封件1002之前的相对位置。在此阶段，夹管阀打开但缓冲液不能从容器1001中流出，因为箔密封件1002阻止经由通路1005向下流动。当如图10B所示向上按压销1004时，箔密封件1002被破坏并且垫圈1003被推靠在通路1005的开口上以关闭夹管阀。在箔密封件1002被破坏之后随着销1004的随后向下移动，垫圈1003松弛并且缓冲液可以流过通路1005中的开口。这种布置利用重力来引起缓冲液的移动。
提供阀以分离测试杯300内的不同部分/腔室，所述阀包括均质化腔室521和反应腔室524之间的阀(例如，图21中所示的阀3)、均质化腔室521和废料腔室523之间的阀(图21中所示的阀5)。
在一个实施例中，如图6A和图6B所示，均质化转子540通过杯底部组件530处的转子端口接口701(如图7所示)被插入均质化腔室521中。当测试杯300被插入检测设备100时，均质化转子540然后通过联接装置连接至马达1510(如图15所示)。
在备选实施例中，均质化转子540可以通过杯顶盖510上的转子端口1101(如图11A和图11C所示)插入均质化腔室521中。然后可以组装该杯顶盖510以及杯底部530和杯体520，以形成如图12A、图12B、图12C、图14A和图14B所示的测试杯300。
根据本发明，均质化转子540可以构造得足够小以装入一次性测试杯300中，特别是装入均质化腔室521中，在那里均化器处理待测试的样本。另外，均质化转子540可以被优化以增加样本均质化和蛋白质提取的效力。在一个实施例中，均质化转子540可在近端处包括一个或多个刀片或其等同物(图6A和图6B)。在一些示例中，转子540可包括一个、两个、三个或更多个刀片。均质化转子540被配置成将测试样本从食品取样器200拉入均质化腔室521的底部。
备选地，均质化转子540还可包括穿过转子的中心杆，其通过杯体520连接到辅助接口位(interface bit)，如图12B和图13B所示。中心杆1201可以用作附加支承表面或用于将旋转运动传递到转子540。当转子540通过杯底部处的端口安装到杯体520时(图12B)，在操作期间刀片尖端可保持浸没在提取缓冲液内。
在另一备选实施例中，均质化转子540可具有延伸部以提供通向杯底部的通路；该通路可以用作辅助轴承支撑和/或用于动力传输的附加位置。在该实施例中，转子的下部具有锥形以与轴配合，形成单件式转子(如图14A所示)。
根据本发明，(有或没有中心杆的)均质化转子540的刀片的深度被构造成在样本处理(混合和/或涡旋)期间确保刀片尖端位于流体1202中(如图图12C、图13C和图14B所示)。
在一些实施例中，转子540偏离测试杯300的中心轴线，从而促进对近侧壁(nearside wall)的剪切力。
与具有类似结构的其他均化器(例如，美国专利No.6,398,402；其内容通过引用整体并入本文中)不同，本发明的定制刀片芯可以旋转和拉伸并迫使样本进入定制帽的齿形表面中。
均化器转子可以由任何热塑性塑料(包括但不限于聚酰胺(PA)、丙烯腈三丁基苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)和缩醛(POM))制成。
在一些实施例中，一次性盒(例如，测试杯300)可以是任何形状的，例如圆形、椭圆形、矩形或蛋形。这些形状中的任何一种都可以设有手指切口或凹口。一次性盒可以是不对称的或对称的。
可选地，在杯顶盖510的顶部上可以包括标签或箔密封件，以提供测试杯300的最终流体密封和识别。例如，花生的名称签表示一次性测试杯300用于检测食品样本中的花生过敏原。
检测设备
在一些实施例中，检测设备100可被构造成具有外部壳体101，该外部壳体101为检测设备100的部件提供支撑表面；以及可选的小盖，所述小盖打开检测设备100，用于插入一次性测试杯300并在操作期间覆盖杯。小盖可以位于装置的一侧处，或者位于中心(未示出)。在一些方面中，盖可以是透明的，允许通过盖看到所有操作。
在图1、图2和图15中示出了根据本发明的过敏原检测设备100的一个实施例。如图1所示，检测设备100包括外部壳体101，该外部壳体提供支撑以将检测设备100的部件保持在一起，并将它们集成为用于实施过敏原检测测试的功能整体；外部壳体101可以由塑料或其他合适的支撑材料形成。该设备还具有配对平面或接收器102，用于安放测试杯300(图1和图16A)。
为了执行过敏原检测测试，检测设备100具有以下部件：均质化组件，其被配置成用于均质化测试样本并从提取缓冲液中的测试样本中提取过敏原蛋白质；用于操作均质化组件以及操作将马达连接到均质化组件的必要连接器的装置(例如，马达)；用于在过敏原检测测试的过程中驱动和控制经处理的样本溶液流动的装置；光学系统；用于检测来自测试样本中的过敏原和检测试剂之间的检测反应的荧光信号的装置；用于可视化检测信号的装置，包括转换和数字化检测到的信号；显示测试结果的用户界面；和电源。在一个实施例中，当测试杯300通过配合平面或接收器102被插入检测设备100中时，均质化组件连接到测试杯300的均质化转子540，所述配合平面或接收器包括用于连接测试杯300和检测设备100的多个接口(图16A和图16B)。
在本发明的一个实施例中，如图15所示，检测设备100的被集成以提供用于操作过敏原检测测试的所有运动和致动的部件包括：马达1510，所述马达1510可通过多部件联接组件1520连接到杯体520内的均质化腔室521内的均质化转子540，所述多部件联接组件可包括用于在过敏原检测测试中在均质化期间驱动转子的齿轮系/驱动压板；光学系统1530，其连接到一次性测试杯300的反应腔室524(未示出)；用于控制和调节流速的泵1540；PCB1550；电源1560；阀致动器1570；用于珠收集的磁体系统1580；以及振动性再悬浮致动器1590。
1.均质化组件
在一个实施例中，马达1510可以通过多部件转子联接组件1520(图15和图16A)与测试杯300内的均质化转子540连接。转子联接组件1520可包括直接连接到转子540的远端帽的联接器，以及作为用于连接到马达1510的齿轮系或驱动器(未示出)的一部分的齿轮头。在一些实施例中，联接器可在每个端部处具有不同的尺寸，或在联接器的每个端部处具有相同的尺寸。联接组件1601(图16A和图16B)的远端将通过测试杯300的底部530处的转子端口接口701(图7)连接到转子。用于将马达连接到均质化转子540以形成功能均质化组件的其他备选装置也在本发明的范围内。
在一些实施例中，马达1510可以是市场上可购得的马达，例如，Maxon马达系统：Maxon RE-max和/或Maxon A-max(Maxon Motor ag，San Mateo，CA，USA)。
任选地，可以提供加热系统(例如电阻加热或珀耳帖加热器)以提高均质化的温度，因此增加样本解离的效率并缩短处理时间。温度可以提高到60℃至95℃之间，但低于95℃。提高的温度还可以促进检测分子与被检测的过敏原之间的结合。可选地，可以提供风扇或珀耳帖冷却器以在实施测试之后快速降低温度。
马达1510驱动均质化组件以使提取缓冲液中的测试样本均质化并解离/提取过敏原蛋白质。经处理的样本溶液可以被泵送或挤压通过流管到达用于分析的下一个腔室，例如，到达反应腔室524，其中经处理的样本溶液与预加载的用于过敏原检测测试的检测分子(例如，适体-磁珠偶联物)混合。
2.过滤
在一些实施例中，在检测设备中可包括用于进一步过滤经处理的测试样本的装置。在提取溶液被输送到反应腔室524和/或其他腔室以进行进一步处理(例如洗涤)之前，食品样本将被挤压通过过滤膜或过滤组件。一个实例是图6A中所示的(一个或多个)过滤膜613。(一个或多个)膜613提供特定颗粒从经处理的蛋白质溶液中的过滤。
过滤膜613可以是尼龙、PES(聚醚砜)、Porex TM、或膜聚合物，例如混合纤维素酯(MCE)、醋酸纤维素、PTFE、聚碳酸酯、PCTE(聚碳酸酯)或PVDF(聚偏二氟乙烯)，或类似物。它可以是具有高孔隙率的薄膜(例如，150μm厚)。在一些方面中，过滤膜613的孔径可以在0.2μm至600μm、或0.2μm至50μm、或20μm至100μm、或20μm至300μm、或100μm至600μm的范围内，或其间的任何尺寸。例如，孔径可以是0.2μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm或600μm。
在一些方面中，过滤膜可以组合使用以从样本中过滤出特定颗粒以供分析。该过滤膜可包括多级过滤器。过滤膜和/或过滤器组件可以是相对于流量阀的任何配置。例如，流量阀可以在过滤的任何阶段之上、之下或之间。
3.泵和流体运动
根据本发明，提供了一种用于驱动和控制经处理的样本溶液的流动的装置。在一些实施例中，该装置可以是真空系统或外部压力。作为非限制性示例，该装置可以是多功能压板(例如，焊接的塑料蛤壳式件)，其支撑齿轮系的轴线并且其可以提供从泵1540到测试杯300的用于待施加的真空的泵送部分(密封空气通道)。泵1540(图15中所示)可以通过位于检测设备100的配合平面102中的泵端口1602(图16A)连接到测试杯300，当杯插入装置中时，所述配合平面连接到测试杯300的底部530上的泵接口703(图7)。
泵1540，例如压电微泵(Takasago Electric，Inc.，Nagoya，Japan)可用于控制流量并自动调节流量至目标流量。通过改变驱动器电压或驱动频率可以调节泵的流量。图15中所示的泵1540是目前市场上的压电泵的图示，其具有适合于使经过滤的样本溶液流到测试杯300内的不同腔室所需的等分功能(aliquot function)的规格。泵1540可以是真空泵或设计成用于实验室用途的另一小泵，例如KBF泵(KNF Neuberger，Trenton，NJ，USA)。
备选地，注射泵、隔膜和/或微蠕动泵可用于在过敏原检测测试和/或支持流体的过程中控制流体运动。在一个示例中，可以使用气动隔膜泵。
4.磁体和致动器
在本发明的一些实施例中，提供若干致动器以在过敏原检测测试期间操纵样本和试剂，例如，用于洗涤固体表面和/或磁珠，和/或磁珠的收集和再悬浮。
在一些实施例中，配置成用于磁珠收集的磁体系统1580(图15)可包括位于检测设备100中的磁体1701和磁体致动器1702，如图17所示，从而提供磁力以将磁性颗粒保持/保留在反应腔室524内的特定传感区域中，例如，反应腔室524中的流动小室(图18中的1801)中。图17示出了在用于获得光学读数的状态下磁体1701和磁体致动器1702的位置，其中磁体1701指向远离反应腔室524。在这种状态下，致动器1702在视场之外，而在珠收集状态下，磁体1701直接位于光路中，与反应腔室524对齐。用于磁珠收集的磁体系统1580可以与测试杯300的反应腔室524的底部(即，光学窗口525)对准。如前所述，磁珠可以位于流体芯片1802中的珠收集区域(例如，如图18所示的流动小室1801)中，其可被插入到反应腔室524中。在一些实施例中，与杯腔室524集成的玻璃盖635(例如PMMA丙烯酸玻璃)可用作珠收集区域。如图18A中进一步所示，磁体1701可以通过磁体致动器1702被移动到玻璃盖635或流体芯片1802的面中以收集磁珠并将珠保留在收集区域(流动小室1801)中。在光学读取状态下，如图18B所示，磁体1701移动远离流体芯片1802或玻璃盖635，允许珠收集区域处于光学路径的轴向视场中。
在一些实施例中，磁体1701可以是永磁体或电磁体。致动器1702适于将足够强度的磁场施加到检测区域(例如，流动小室1801)，以将磁珠引导到检测区域并在洗涤期间保留它们。在一些方面中，可以使用布置在致动器1702中的多个磁体或单个磁体1701，使得产生足够强的磁场以收集所有磁珠。
在一些实施例中，除了配置成收集用于光学分析的磁珠的磁体系统1580之外，还可以包括第二磁体系统，用于在洗涤过程期间收集磁珠。
根据本发明，(一个或多个)磁体系统旨在集中(concentrate，聚集)磁珠并使这些珠暴露于洗涤缓冲液和具有最小的珠聚集体的流体样本，从而增加偶联至珠的检测试剂与流体样本之间的相互作用。
包括振动性再悬浮致动器1590，用于促进磁珠在洗涤缓冲液或经处理的样本溶液中的再悬浮(图15)。致动器1590可以对杯进行超声波处理/搅动以增强磁性颗粒与缓冲液或流体样本的混合。在一些实施例中，振动性磁性颗粒再悬浮可以是超声波、通过与反应腔室524直接或间接接触的简单低频振动。在其他实施例中，磁性收集系统的磁体和致动器1580还可以用于与磁性再悬浮致动器1590一起移动磁珠，以帮助再悬浮。当测试杯300被插入检测设备中时，振动性再悬浮致动器1590可以位于测试杯的底部下方或位于测试杯的侧部上。
在一个实施例中，致动器1590可以是超声波发生器，其用作用于执行磁珠的再悬浮的超声波处理的致动器。作为非限制性示例，可以提供执行超声波处理的超声波喇叭，以将磁珠混合在经处理的样本中。用作超声波发生器的超声波喇叭的形状和其他属性没有特别规定。超声波喇叭可以具有包括形状的任何特征，只要超声波能够执行根据本公开提供的过敏原检测方法的超声波处理即可。也可以使用超声波探头等代替超声波喇叭。超声波喇叭可以适当地配置成任何构造，只要该构造允许在珠上执行该处理即可。
可以包括阀致动器1570(如图15和图17所示)以操作测试杯300中的不同部分或腔室之间的阀，例如均质化腔室521与反应腔室524之间的阀(图21)。
5.光学系统
本发明的检测设备100包括光学系统，该光学系统检测由样本中的过敏原与检测试剂(例如适体或适体-补体复合物)之间的相互作用产生的光学信号(例如，荧光信号)。取决于待检测的荧光信号的类型，光学系统可包括不同的部件和可变配置。光学系统靠近检测盒并与检测盒对准，所述检测盒例如为如上所述的测试杯300的反应腔室524的主光学窗口525和辅助光学窗口526(图7)。
在一些实施例中，光学系统1530可包括激发光学器件1810、发射光学器件1820、吸收光学器件1830和散射光学器件1840(图18A和图18B)。
在一些实施例中，激发光学器件1810可包括：光源1911，被配置成将激发光学信号传输到反应腔室524中的传感区域(例如，玻璃盖635或流体芯片1802上的磁珠收集区域)；透镜1912，被配置为聚焦来自光源的光；至少一个激发过滤器1914和可选的LED功率监测光电二极管1913和聚焦透镜1915(图19)。
光源1911被布置成传输激发波长范围内的激发光。合适的光源包括但不限于激光器、半导体激光器、发光二极管(LED)和有机LED。光学透镜1912可以与光源1911一起使用，以向荧光团提供激发光源。可以使用一个或多个过滤器1914来限制激发光波长的范围。在一些方面中，滤波器可以是带通滤波器。
在磁珠收集区域(例如，如图18中所示的流动小室1801)处或固体表面(例如，如图22A中所示的玻璃芯片)上专用于目标过敏原的荧光标记适体能够响应于至少一个激发波长范围内的激发光发射至少一个发射波长范围内的过敏原结合依赖性光学信号(例如荧光)。
在一些实施例中，光学系统包括发射光学器件1820，其可操作以基于来自反应腔室524的测试样本中的目标过敏原与检测试剂之间的相互作用收集发射。发射光学器件1820可以包括：收集透镜1921，被配置为收集从反应腔室524发射的光；发射过滤器1922；聚焦透镜1923，被配置为将过敏原依赖性光学信号的至少一部分聚焦到检测器(光电二极管)1924上；以及检测器(例如，光电二极管)1924，被配置为检测从反应腔室524(图19)的传感区域(例如，核酸(例如，SPN)涂覆玻璃635或流体芯片1802上的磁珠收集区域)发射的过敏原依赖性光学信号。
在一些方面中，检测设备中可以包括不止一个发射光学器件1820。作为非限制性示例，可以提供三个光电二极管光学系统以从玻璃芯片上的未知测试区域和两个控制区域读取荧光信号(例如，参见图22A和图22B)。
发射过滤器(例如二向色过滤器或其他过滤器)1922可以过滤来自反应腔室524的发射光，基本仅允许具有发射频带中的波长的光到达检测器1924以测量光学信号。例如，用于标记专用于结合至目标过敏原的适体的荧光团染料Alexa Fluor 647对约600至650nm范围内(吸收峰值647nm)的激发光(吸收)反应，并且可以发射约670至750nm的发射波长范围内、发射峰值为约680nm的光。因此，在一个实施例中，检测试剂包括Alexa Fluor 647，并且检测器1924可以从波长短于约650nm或短于约670nm的光中过滤。
检测器(例如，光电二极管)1924布置成检测从流体芯片发射的发射波长范围内的光。合适的检测器包括但不限于光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器、光电倍增管(PMT)、微通道板检测器、量子点光电导体、光电晶体管、光敏电阻、有源-像素传感器(APS)，气体电离检测器或电荷耦合器件(CCD)检测器。在一些方面中，可以使用单个和/或通用检测器。
在一些实施例中，光学系统1530通过吸收光学器件1830还可以利用具有吸收频带中的波长的光来照射检测/反应腔室524内的磁珠或芯片(例如玻璃盖635)以检测吸收。吸收光路可包括波导1931和束流收集器1932(图19)。
在一些实施例中，光学系统1530还包括散射光学器件1840，以在过敏原检测测试的过程中测量由磁珠、样本和/或其他表面散射的光。
根据本发明，光学系统的各部件被配置为执行三种检测模式：荧光信号、散射光信号和光吸收。监测和记录反应腔室524中光的散射和吸收的变化，例如反射率(图20B和图20C)。
可以使用光学器件的散射模式来确定食品样本是否被输送到反应腔室524中。如图20B所示，入射在(反应腔室524内的)流体芯片1802(或玻璃盖635)上的磁性收集区域的光在所有方向上被显示器散射。在散射模式中被散射的一部分光进入光学系统。在一个实施例中，散射信号读数可以用作参考光学信号，用于归一化初级过敏原依赖性荧光读数(图20A)，用于从传感区域发射的光的散射。因此，依赖于测量的散射光读数可以计算至少一个校正信号值。
在一些实施例中，在测量用于过敏原依赖性荧光信号(图20A)和散射光学信号(图20B)的光学读数之前，可以采用吸收读数来测量背景和由物质(例如磁珠)吸收的光(图20C)。该读数可用于例如通过背景减法进一步校正信号。然后从过敏原依赖性光学信号和/或包括一个或多个参考信号的多个光学信号的比率中确定过敏原数值。
上述光学系统1530是某些实施例的说明性示例。在一些实施例中，光学系统将具有不同的配置和/或不同的部件。
在其他实施例中，计算机或其他数字控制系统可用于与过滤器、荧光检测器、吸收检测器和散射检测器通信。计算机或其他数字控制系统控制过滤器以便随后用多个波长中的每一个照射样本，同时基于从荧光和吸收检测器接收的信号测量样本的吸收和荧光。
6.显示
如图15所示，印刷电路板(PCB)1550连接到光学系统1530。PCB 1550可以随着检测设备100的尺寸被配置为紧凑的，并且与此同时可以提供足够的空间来显示测试结果。
据此，测试结果可以用背光图标、LED或LCD屏幕、OLED、分段显示器显示或显示在附加的移动电话应用程序上。用户可能会看到样本正被处理、样本被完全处理(总蛋白质指示剂)和测试结果的指示。用户也能查看电池的状态以及他/她将哪种类型的盒放入设备中(盒或LED组件上的条形码)。例如，测试结果将显示为(1)实际数ppm或mg；或(2)二进制结果是/否；或(3)风险分析-高/中/低或高/低，存在风险；或(4)小于1/1-10ppm/大于10ppm的ppm范围；或(5)小于1mg/1-10mg/大于10mg的mg范围。结果也可能显示为数字、颜色、图标和/或字母。
根据本发明，检测设备100还可以包括其他特征，例如用于提供电源的装置和用于提供对过程的控制的装置。在一些实施例中，提供一个或多个开关以将马达、微型泵和/或齿轮系或驱动器连接到电源。开关可以是简单的微开关，其可以通过连接和断开电池来接通和关断检测设备。
电源1560可以是锂离子AA型电池或适用于支持小型医疗设备的任何市售电池，例如Rhino 610电池、Tumtigy Nanotech高可放电Li Po电池或Pentax D-L163电池。
在本文的描述中，应理解，部件之间的所有列举的连接可以是直接操作连接或间接操作连接。
过敏原检测
在本发明的另一个方面中，提供了使用本检测系统和设备实施的过敏原检测测试鉴定。在一些实施例中，检测试剂包括与固体表面(例如磁珠或玻璃)相偶联的适体。
在一些实施例中，过敏原检测测试鉴定包括以下步骤：(a)获得怀疑含有所关注的(一种或多种)过敏原的测试样本，(b)均质化所获得的样本并使用提取缓冲液提取过敏原蛋白质，(c)使经处理的样本与检测传感器接触，所述检测传感器包括磁珠或涂有适体和/或涂有专门结合至目标过敏原的适体和/或适体-补体复合物的固体表面；确定从(c)中的接触步骤产生的荧光信号；(e)处理和数字化检测到的信号并可视化检测试剂与所述(一种或多种)过敏原之间的相互作用。在一些方面中，该鉴定还包括当磁珠用作检测目标过敏原的传感器时洗涤和再悬浮磁珠的步骤。
采样
为了从过敏原检测测试中提供可靠且灵敏的结果，适当大小的样本是重要的。本发明的发明人开发了一种采样机构，其可以有效且非破坏性地收集测试样本，用于快速和有效地提取用于检测的过敏原蛋白质。
可以使用例如图3B中所示的食品取样器200收集一定大小部分的测试样本。食品取样器200收集适当大小的样本，其可以提供用于检测测试的足够的蛋白质提取量。该一定大小部分的范围可以是0.1g至1g的食品样本，优选0.5g的食品样本。此外，食品取样器200可以通过切割、研磨、混合、刮擦和/或过滤来预处理收集的测试样本。经预处理的测试样本将被引入均质化腔室521中以进行处理和过敏原蛋白质提取。
所收集的测试样本在提取缓冲液中被处理。在一些方面中，提取缓冲液存在于均质化腔室521中，并且可以通过均质化转子540与测试样本混合。在其他方面中，提取缓冲液可以从另一个单独的储存腔室释放到均质化腔室521中。通过均质化转子540将测试样本和提取缓冲液混合在一起，并且样本将被均质化。
提取缓冲液可以是通用目标提取缓冲液，其可以从任何测试样本中取得足够的目标蛋白质并且被优化以最大化蛋白质提取。在一些实施例中，通用蛋白质提取缓冲液的配方(formulation)可以在室温和最短时间(小于1分钟)内提取蛋白质。在食品采样、均质化和过滤期间可以使用相同的缓冲液。提取缓冲液可以是含有10％、20％或40％乙醇的PBS基缓冲液；或含有Tris碱性pH 8.0、5mM MEDTA和20％乙醇的Tris基缓冲液；或改良的PBS或Tris缓冲液。在一些实例中，缓冲液可以是HEPES基缓冲液。改良的PBS缓冲液的一些实例可包括：P+缓冲液和K缓冲液。Tris基缓冲液的一些实例可包括缓冲液A+，缓冲液A、B、C、D、E和缓冲液T。在一些实施例中，可优化提取缓冲液以增加蛋白质提取。PCT专利申请No.PCT/US2014/062656中公开了每种改良缓冲液的详细描述；其内容通过引用整体并入本文。
提取缓冲液的体积可以为0.5mL至3.0mL。在一些实施例中，提取缓冲液的体积可以是0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL或3.0mL。这些体积可随着时间的推移且在不同的食品基质中提供有效且可重复的结果。
根据本发明，使用均质化组件对测试样本进行均质化和处理，所述均质化组件已被优化为具有高速均质性以最大限度地处理测试样本。在一些方面中，过滤机构可以连接到均化器。然后经均质化的样本溶液被驱动以流经过滤器，经过处理以进一步提取过敏原蛋白质，降低从测试样本中提取的其他分子的量。可以将过滤膜(诸如来自CORNING(CORNING，NY，USA)或类似定制实施例的细胞过滤器)连接到均化器。过滤过程可以是多级布置，其具有从第一过滤器到第二过滤器的孔径变化。
在一些方面中，采样程序在不到1分钟内提供有效的蛋白质提取。在一个方面中，分解速度可以小于2分钟，包括食品取样、分解和读数。近似地，该过程可持续15秒、30秒、45秒、50秒、55秒或1分钟。
传感器和检测试剂
提取的过敏原蛋白质可以与一种或多种专用于一种或多种目标过敏原的检测试剂混合。过敏原蛋白质提取物和检测试剂之间的相互作用将产生可检测的信号，该信号指示测试样本中一种或多种过敏原的存在或不存在或量。当用在本文中时，术语“检测试剂”或“过敏原检测试剂”是指以允许在样本中检测出该过敏原的方式与一种或多种过敏原相互作用和/或结合的任何分子。在本发明的一个方面中，检测试剂是基于核酸分子的信号传导多核苷酸(SPN)，例如适体或适体-补体复合物。
根据本发明，传感器可包括由核酸分子和磁珠构成的检测试剂。磁珠与适体和/或适体-补体复合物相偶联。DNA-磁珠偶联物可被提供为冻干粉末或在水溶液中被提供。珠可以预加载到反应腔室524内的传感区域(例如，流动小室1801)(图18A和图18B)。
在其他实施例中，传感器可以是涂有专门结合于目标过敏原的SPN、适体和/或适体-补体复合物的固体基板，例如插入本发明的反应腔室524中的玻璃盖635。传感器也可以是单独的玻璃芯片、微孔、丙烯酸玻璃或微芯片，其表面涂有过敏原专用SPN、适体和/或适体-补体复合物。当用在本文中时，术语“适体”是指这样的核酸种类，其通过重复轮次的体外选择、或等效地SELEX(通过指数富集的配体系统进化)以结合各种分子目标，诸如小分子、蛋白质、核酸、甚至细胞、组织和有机体。对目标分子的结合专用性和高亲和性、在环境温度下的灵敏度和重现性、相对低的生产成本、以及开发能够识别任何蛋白质的适体核心序列的可能性确保了对于本文所述的检测设备的传感器的有效且简单的检测鉴定。
根据本发明，可用作检测试剂的适体分子可以是对常见过敏原(例如花生、坚果、鱼、麸质、牛奶和鸡蛋)专用的适体。例如，检测试剂可以是申请人的以下申请中描述的适体或适体-补体复合物，所述申请为：2016年11月8日提交的相关美国临时申请No.62/418,984；2016年12月16日提交的No.62/435,106；和2017年5月30日提交的No.62/512,299；以及2017年11月18日提交的PCT申请No.PCT/US2017/060487；它们是共同拥有的并且通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，可以用荧光标记物标记检测试剂。荧光标记物或荧光团可以适当地具有200至700nm范围内的激发最大值，而发射最大值可以在300至800nm范围内。荧光团可以进一步具有1-7纳秒、优选3-5纳秒的荧光弛豫时间。作为非限制性实例，可以在SPN的一个末端处被探测的荧光团可以包括硼-二吡咯亚甲烷的衍生物(BODIPY，例如BODIPYTMR染料；BODIPY FL染料)、荧光素(Fluorescein)及其衍生物、罗丹明(Rhodamine)及其衍生物、丹酰(dansyl)及其衍生物(例如丹酰尸胺)、德克萨斯红(Texas red)、曙红、花青染料、吲哚菁、氧杂菁、噻碳菁(thiacarbocyaine)、部花青(merocyanine)、方酸菁和衍生物Seta、SeTau和方形染料(Square dyes)、萘及其衍生物、香豆素及其衍生物、吡啶基恶唑、硝基苯并恶二唑、苯并恶二唑、蒽醌、芘及其衍生物、恶嗪和衍生物、尼罗红(Nile red)、尼罗蓝(Nile blue)、甲酚紫、恶嗪170、黄嘌呤、吖啶橙、吖啶黄、金胺、结晶紫、孔雀石绿、卟吩、酞菁、胆红素、四甲基罗丹明、羟基香豆素、氨基香豆素；甲氧基香豆素、级联蓝(CascadeBlue)、太平洋蓝(Pacific Blue)、太平洋橙(Pacific Organe)、NBD、R-藻红蛋白(PE)、红613(Red 613)；PerCP、TruRed；FluorX、Cy2、Cy3、Cy5和Cy7、TRITC、X-罗丹明(X-Rhodamine)、丽丝胺罗丹明B(Lissamine Rhodamine B)、别藻蓝蛋白(APC)和Alexa Fluor染料。
可使用本文所述的检测系统和设备检测的过敏原家族包括来自食品、环境或来自非人类蛋白质(例如家养宠物皮屑)的过敏原。食品过敏原包括但不限于以下物质中的蛋白质：豆科作物，如花生、豌豆、扁豆和菜豆；以及与豆科作物有关的植物羽扇豆；坚果如杏仁、腰果、核桃、巴西坚果、榛子/榛果、山核桃、开心果、山毛榉坚果、胡桃、栗子板栗、椰子、银杏果、荔枝坚果、澳洲坚果、爪哇橄榄籽(nangai nut)和松籽；鸡蛋、鱼、甲壳类(如螃蟹、小龙虾、龙虾、虾和对虾)、软体动物(如蛤蜊、牡蛎贻贝和扇贝)；牛奶、大豆、小麦、麸质、玉米；肉类，如牛肉、猪肉、羊肉和鸡肉；明胶；亚硫酸盐；种子，如芝麻、向日葵和罂粟籽；以及香料，如香菜、大蒜和芥末；水果；蔬菜，如芹菜，以及稻子。过敏原可以存在于面粉或谷物中，或以任何形式存在。例如，来自植物(例如羽扇豆、向日葵或罂粟)的种子可以用在食品(例如有籽面包)中或者可被研磨以制成用于制作面包或糕点的面粉。
在一些实施例中，可以将用于八种主要食品过敏原(即小麦、蛋、牛奶、花生、坚果、鱼、甲壳类和大豆)的检测试剂可被提供为一次性用品。在一个方面中，检测试剂的结构体(constructs of the detection agents)可以与MgCl或掺杂有KCl的缓冲液一起储存。MgCl使结构体紧密闭合，而KCl略微打开它们以进行结合。
洗涤过程和光学读取
在一些实施例中，可在过敏原检测测试期间进行一次或多次洗涤。在从反应中读取光学信号之前，释放储存在腔室522中的洗涤缓冲液以洗涤包含检测试剂和经处理的样本的混合物。
在一些实施例中，适体-磁珠偶联物用作检测试剂。作为非限制性示例，在以下步骤之后执行洗涤过程(如图21所示)：
1.用户将食品样本引入均质化腔室521；
2.在干燥且空的流动小室1801(反应腔室524内的流体芯片1802(或玻璃盖635)上的磁珠收集区域)上进行初始光学检测读取；
3.从均质化腔室521中的处理容器901中释放预先储存的提取缓冲液。在备选实施例中，如果提取缓冲液储存在单独的储存容器(例如，储存腔室522中的提取缓冲液储存容器)中，则打开储存腔室522与均质化腔室521之间的阀(图21，阀1)以及均质化腔室521与废料腔室523之间的阀(图21，阀5)，将提取缓冲液释放到均质化腔室521；
4.(可选)当需要移除提取缓冲液时，致动抽吸泵(泵1540)，将提取缓冲液拉到废料腔室523；
5.关闭阀1和阀5；
6.收集检测试剂、与专用结合至目标过敏原的适体相偶联的磁性颗粒；然后通过磁力将磁珠保留在流动小室1801中；
7.分别打开位于反应腔室524与缓冲液储存腔室522、以及废料腔室523之间的两个阀(阀2和阀4，如图21所示)，允许预先储存在储存腔室522中的洗涤缓冲液储存器902中的洗涤缓冲液被填充到反应腔室(流动小室1801)中以使小室(磁珠收集区域)中的磁性颗粒再悬浮；
8.关闭阀2和阀4；
9.将磁性颗粒与洗涤缓冲液混合；可以使用内部或外部装置对流动小室1801进行超声波处理/搅动以促进混合；
10.在均质化腔室521中均质化食品样本并提取过敏原蛋白质；
11.在润湿和再悬浮的流动小室1801上进行光学检测读取；
12.通过磁力收集并保持磁性颗粒，将存在于流动小室中的磁性颗粒保持在流动小室1801内；
13.打开均质化腔室521与反应腔室524(流动小室1801)之间的阀3以及打开阀4；
14.致动抽吸泵(泵1540)，将经均质化的食品样本溶液(包括提取缓冲液)拉过过滤器(过滤)并进入流动小室1801；
15.将滤液填充到流动小室1801中；
16.停止抽吸泵并关闭所有阀；
17.释放保留在流动小室1801中的磁性颗粒以与滤液混合；可使用内部或外部装置以对流动小室1801进行超声波处理/搅动以促进混合；
18.在流动小室1801上进行光学检测读取；
19.通过磁力收集并保持磁性颗粒，将磁性颗粒保持在流动小室1801内；
20.打开阀2和阀4；
21.致动抽吸泵，将洗涤缓冲液拉过流动小室1801，直到所有滤液都被除去；
22.停止抽吸泵，并关闭阀2和阀4；
23.释放磁性颗粒以与洗涤缓冲液混合；可以使用内部或外部装置对流动小室1801进行超声波处理/搅动以促进混合；
24.用光学检测系统读取经洗涤的磁性颗粒；
25.(可选)如果需要，对于某些类型的滤液样本重复洗涤循环；和
26.再次用光学检测系统读取经洗涤的磁性颗粒。
在一些实施例中，其表面涂覆有专用于目标过敏原的适体的固体支撑件(例如，玻璃盖635，或代替图18A和图18B所示的流体芯片1802的单独玻璃芯片)(称为DNA表面板)可以用作检测试剂。作为非限制性示例，遵循以下步骤执行洗涤过程：
1.用户将食品样本引入均质化腔室521；
2.在流动小室(反应腔室524内的DNA表面板)上进行初始光学检测读取；
3.从均质化腔室521中的处理容器901中释放预先储存的提取缓冲液。在备选实施例中，如果提取缓冲液储存在单独的储存容器(例如，腔室522中的提取缓冲液储存容器)中，则打开阀1和阀5，将提取缓冲液释放到均质化腔室521；
4.(可选)当需要移除提取缓冲液时，致动抽吸泵(泵1540)，将提取缓冲液拉到废料腔室523；
5.关闭阀1和阀5；
6.打开阀2和阀4，将预先储存在储存腔室522中的洗涤缓冲液容器902中的洗涤缓冲液填充到流动小室(即DNA表面板)以润湿DNA表面板；
7.关闭阀2和阀4；
8.使用内部或外部装置用洗涤缓冲液对DNA表面板进行超声波处理/搅动以促进润湿；
9.在均质化腔室521中均质化食品样本并提取过敏原蛋白质；
10.在润湿的DNA表面板上进行光学检测读取；
11.打开阀3和阀4；
12.致动抽吸泵(泵1540)，将经均质化的食品样本溶液(包括提取缓冲液)拉过过滤器(过滤)并进入DNA表面板；
13.将滤液填充到DNA表面板中；
14.停止抽吸泵并关闭所有阀；
15.通过内部或外部装置对DNA表面板进行超声波处理/搅动以促进扩散；
16.在DNA表面板上进行光学检测读取；
17.打开阀2和阀4；
18.致动抽吸泵，将洗涤缓冲液拉过DNA表面板，直至所有滤液都被除去；
19.停止抽吸泵，并关闭阀2和阀4；
20.通过内部或外部装置对DNA表面板进行超声波处理/搅动以促进扩散；
21.用光学检测系统读取DNA表面板；
22.(可选)如果需要，对于某些类型的滤液样本重复洗涤循环；和
23.再次用光学检测系统读取DNA表面板。
光学信号读取和分析
在一个实施例中，操作本发明的系统以使用DNA-磁珠偶联物作为检测试剂执行用于检测食品样本中目标过敏原的存在和/或不存在的鉴定。在鉴定之前，提供被容纳在干燥反应腔室524或合适的备选位置中的干燥冻干磁珠。首先将干燥的磁珠再悬浮在提取缓冲液中，然后是第一组光学信号，其包括仅来自磁珠的荧光信号读数(Sb)、吸收读数和散射光读数。然后通过磁力将悬浮的磁珠拉到作为传感区域的磁性收集区域(例如，流动小室1801)。读取包括吸收和散射光的第二组光学信号。在将经处理的食品样本从均质化腔室521引入反应和信号检测腔室524之后，读取包括来自自发荧光背景(Af)的荧光信号、吸收光和散射光的第三组光学信号。然后将磁珠从磁力中释放并再悬浮以与经处理的食品样本反应。通过磁力将反应后的磁珠再次拉到磁收集区域。读取包括荧光信号、吸收光和散射光的第四组光学信号。执行洗涤步骤以洗掉非结合磁珠、食品样本和额外的缓冲液。记录洗涤效率(We)。洗涤后，再次读取包括荧光信号，S＝(1-We)*A、吸收光和散射光的光学信号。获得并处理最终的一组光学信号，包括：荧光信号，S＝Bloss*(Sb-x)+(1-We)，其中Bloss表示洗涤后的珠损失，x代表洗涤后的信号下降；吸收光，表示为(Bloss)(500)和散射光。然后使用所有记录的光学信号和参考信号来计算目标过敏原的存在和/或不存在。
磁珠的光学读取
在一个实例中，将与专用于目标过敏原的适体相偶联的冻干磁珠用作检测试剂。在这种背景下，可以按照以下步骤读取反应腔室524(图5A和图5B)中的光学信号：
1.在缓冲液引入之前用吸收系统读取基线；
2.用缓冲液重新配制试剂，加入缓冲液并使磁珠再悬浮；任选地，可以搅动磁珠；
3.用吸收光学器件1830读取光吸收(图11A和图18B，以及图19)；
4.用荧光光学系统1810和1820以及散射光学器件1840读取荧光信号和散射光(图18A和18B，以及图19)；可以将荧光读数与预定的荧光水平进行比较，以确保存在足够的信号；
5.将经处理的食品样本加入到反应腔室524中，同时用磁力保持珠(即，珠聚集在腔室内的传感区域内)；以及促进食品样本中存在的目标过敏原与检测试剂之间的化学反应；
6.利用吸收光学器件1830读取光吸收，利用散射光学器件1840读取散射光，以及利用荧光光学系统1810和1820读取荧光信号(图18A和图18B，以及图19)；
7.在用磁力将珠保持压缩在感应区域内的同时，洗掉(wash out)样本；
8.利用吸收光学器件1830读取光吸收，利用散射光学器件1840读取散射光，以及利用荧光光学系统1810和1820读取荧光信号(图18A和图18B，以及图19)；和
9.处理荧光读数并报告检测结果。
在步骤3中，由于磁珠吸收，预料到信号显著降低(例如，大于90％)。信号的不充分降低可能表示缓冲液未成功地从储存容器注入反应腔室524中。因此，干磁珠不会重构。系统可以调整以重复重构。
在洗涤后将步骤4中的荧光信号的基线读数与荧光信号的读数进行比较(步骤8)。步骤4中的基线散射光读数用于与食品样本被注入反应腔室524中时获得的散射读数进行比较(步骤6)。
在一个方面中，在添加经处理的食品样本(步骤5)之前，可以将游离染料(freedye)以一定浓度添加到悬浮的暗磁珠中，而光强度读数提供可以与最终读数进行比较的信号水平。比较水平可以用作用于测试的批次特定参数(lot specific parameters)之一。例如，如果游离染料读数太低，则可以终止测试。在另一方面中，可以提供在腔室中具有缓冲液以及不存在珠的情况下读取背景的方法；将从所有未来的读数中减去背景读数。
步骤6中的吸收和散射读数可以提供验证以指示食品样本被注入反应腔室524中。
步骤8中的吸收读数将接近起始吸收水平，表示食品样本已被洗掉。如果吸收读数下降，则可能表示珠已从传感区域(在反应腔室524之外)洗掉。如果吸收读数显著高，则可能表示食品样本没有完全从反应腔室524中被洗掉。步骤8中的散射光读数将接近起始散射光水平。如果散射光水平显著高，则可能表示食品样本没有完全从反应腔室524中洗掉。因此将提供验证方法以调整检测工艺。
将步骤8中的荧光信号与来自先前步骤的读数进行比较。该测量结果和最终读数将告知消费者样本是否含有过敏原(例如，是否可以安全食用)。在一些情况下，如果来自测试样本本身的荧光信号太高，则可能无法读取荧光信号的变化并且可能终止测试。在其他情况下，如果由检测设备的转子540(图6)和马达系统1510(图15)测量的样本粘度太高而不能进行适当的处理，则可以停止测试。
根据本发明，光学信号的每次读取可以发生10毫秒至1秒之间。
芯片的光学读取
在一些实施例中，固体支撑件(例如，玻璃盖635或单独的玻璃芯片(glass chip))的一表面涂覆有专用于目标过敏原的适体(称为DNA表面板)，可用作检测试剂。在这种背景下，DNA表面板用于替代流体芯片1802，并且被插入反应腔室524中由流体芯片1802(图18A和图18B)占据的相同区域中。来自反应腔室524(图5A和SB)中的DNA表面板的光学信号可以按照以下步骤被读取：
1.向反应腔室524中加入缓冲液；
2.读取测试区域的荧光信号(图22A中称为“未知”区域)；测试区域的荧光读数是背景信号。如果背景信号太高，则可以终止该过程；
3.读取两个控制区域的荧光信号(图22A)；将荧光读数与基线水平进行比较，以确保存在足够的信号；
4.将经处理的食品样本加入反应腔室524，允许样本中存在的目标过敏原与芯片上的检测试剂之间的化学反应；
5.用荧光光学系统1810和1820(图18A和图18B，以及图19)读取测试区域和两个控制区域的一组荧光信号；
6.洗掉样本；
7.用荧光光学系统1810和1820(图18A和图18B，以及图19)读取测试区域和两个控制区域的第二组荧光信号；
8.处理荧光读数并报告检测结果。
根据本发明，所述两个控制区域是芯片传感器上的恒定亮区，产生恒定信号作为背景信号2201(图22A和图22B)。另外，这两个控制区域补偿激光照射和/或一次性盒的未对准。如果盒完全对准，则荧光背景信号2201将相等(如图22B所示)。如果测量的控制信号不相等，则使用校正因子的查找表来校正作为盒/激光器未对准的函数的未知信号。最终读数是未知测试区域的信号2202与控制区域的信号水平的比较。比较水平可以是测试的批次特定参数之一。
来自测试区域的具有高背景荧光读数的食品样本(步骤5)可能产生假的负面结果。可以提供验证方法来调整该过程。
步骤7中控制区域的荧光读数的增加可以指示食品样本未完全被洗掉。在再次读取荧光信号之前可以添加额外的洗涤机构。如果增加不是太高，则使用信号中的Δ调制来补偿测试区域中的荧光读数。如果增加太高，则可以终止检测测试。
在将测试区域的最终荧光读数与控制(controls)以及任何批次特定参数进行比较之后，可以分析该最终荧光读数，并且向消费者提供关于采样的食品是否安全可食用的报告。
因此，在经处理的食品样本注入之前和/或之后，也可以在基线水平处读取光吸收和散射信号。这些读数将提供额外的参数来调整检测鉴定。例如，也可以利用散射光学器件1840测量散射信号。这种信号可用于确定在洗涤步骤之后在反应腔室524中是否留有残留的食品样本。
除了上面讨论的参数之外，还可以测量一个或多个其他批次特定参数。例如，参数的优化可以最小化控制的差异和芯片的未知信号水平。
应用
本文描述的检测系统、设备和方法考虑使用基于核酸的检测分子(例如适体)来检测食品样本中的过敏原。便携式设备允许用户测试食品样本中一种或多种过敏原的存在或不存在。可以使用本文描述的设备检测的过敏原家族包括来自豆科植物(例如花生)、坚果、鸡蛋、牛奶、大豆、香料、种子、鱼、甲壳类、小麦麸质、大米、水果和蔬菜的过敏原。过敏原可以存在于面粉或粗粉中。该装置能够确认这些过敏原的存在或不存在以及量化这些过敏原的量。
在广义的概念中，本文所述的检测系统、设备和方法除了用于检测食品安全之外，还可用于在多种不同的应用中检测样本中的任何蛋白质含量，诸如，例如公民的疾病医疗诊断以及战场背景、环境监测/控制和用于检测生物武器的军事应用。在甚至广泛的应用中，本发明的检测系统、设备和方法可用于检测与基于核酸的检测分子结合的任何生物分子。作为非限制性实例，检测系统、设备和方法可用于恶性肿瘤标志物的现场检测、现场诊断(暴露于化学试剂、创伤性头部损伤等)、第三世界应用(TB，HTV测试等)、紧急护理(中风标志物、头部损伤等)和许多其他应用。
作为另一个非限制性实例，本发明的检测系统、设备和方法可以检测和识别样本中的致病微生物。能被检测的病原体包括细菌、酵母、真菌、病毒和病毒样生物。病原体引起动物和植物的疾病；污染食品、水、土壤或其他来源；或用作军事领域的生物制剂。该器件能够检测和识别病原体。
另一个重要的应用包括将本发明的检测系统、设备和方法用于医疗护理，例如诊断疾病、给疾病进展分期以及监测对某种治疗的反应。作为非限制性实例，本发明的检测设备可用于测试与疾病(例如恶性肿瘤)相关的生物标志物的存在或不存在或量，以预测疾病或疾病进展。本发明的检测系统、设备和方法被构造成用于分析少量测试样本，并且能够由用户实施而无需大量的实验室培训。
食品安全领域以外的其他扩展应用包括军事组织的现场使用、抗生素和生物药物的测试、农药和化肥等产品的环境测试、膳食补充剂和各种食品成分及散装制备的添加剂(诸如咖啡因和尼古丁)的测试、以及临床样本(唾液、皮肤和血液等)的测试，以确定个体是否暴露于显著水平的个体过敏原。套件
提供包括如本文所述的各种实施例的一个或多个一次性盒的套件，用于与本文所述的检测设备的实施例一起使用。所述套件包括用于相对于检测设备准备和放置一次性盒的说明。此类套件还可包括用于获得背景读数和执行如本文所述的各种校准任务和过敏原测量读数的指令。
等同物和范围
本领域技术人员将认识到或者仅使用常规实验就能够确定根据本文所述的本发明具体实施例的许多等同物。本发明的范围不旨在局限于以上描述，而是如所附权利要求中所述的。
在本说明书的过程中引入了许多可能的备选特征。应理解，根据本领域技术人员的知识和判断，这些备选特征可以以各种组合代用以实现本发明的不同实施例。
所说的通过引用并入本文的任何专利、出版物、因特网站点或其他公开材料整体或部分地并入本文的程度仅为：所并入的材料与本公开中阐述的现有定义、陈述或其他公开材料不冲突。因此，并且在必要的程度上，本文明确阐述的公开内容会取代通过引用并入本文的任何冲突材料。所说的通过引用并入本文但与现有定义、陈述或本文所述的其他公开材料相冲突的任何材料或其部分仅以如下程度并入本文：在所并入的材料与现有公开材料之间不发生冲突。
在权利要求中，除非相反地指出或者从上下文中明显看出，否则诸如“一”、“一个”和“该”的物品可以表示一个或不止一个。除非相反地指出或者从上下文中明显看出，否则如果在给定产品或工艺中存在、使用或相关于一个组的一个或多个构件，则认为满足了在所述一个或多个构件之间包括“或”的权利要求或描述。本发明包括这样的实施例，其中该组的刚好一个构件存在于、使用于或相关于给定产品或过程中。本发明包括其中不止一个或全部的组构件存在于、使用于或相关于给定产品或过程中的实施例。
还应注意，术语“包括”旨在是开放的并且允许但不要求包括额外的元件或步骤。当在本文中使用术语“包括”时，也包括和公开了术语“由......组成”。
在给出范围的情况下，包括端点。此外，应理解，除非另外指出或从上下文和本领域普通技术人员的理解中另外显而易见的，否则表示为范围的值在本发明不同实施例中可以采取所述范围内的任何特定值或子范围，达所述范围的下限的单位的十分之一，除非上下文另有明确规定。
另外，应该理解，落入现有技术内的本发明的任何特定实施例可以从任何一个或多个权利要求中明确地排除。由于这些实施例被认为是本领域普通技术人员已知的，因此即使在此未明确阐述排除，也可排除它们。本发明组合物的任何特定实施例(例如，任何抗生素、治疗或活性成分；任何生产方法；任何使用方法等)均可以出于任何原因从任何一个或多个权利要求中排除，无论是否与现有技术的存在有关。
应当理解，已使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且在所附权利要求的范围内在不背离本发明更广泛方面的真实范围和精神的情况下可进行改变。
虽然已经相对于所描述的若干实施例以一定的长度和一些特殊性描述了本发明，但是并不旨在将本发明限制于任何这样的细节或实施例或任何特定的实施例，而是应该参考它们，以便结合考虑现有技术所附权利要求中提供对这些权利要求的尽可能广泛的解释，并因此有效地包含本发明的预期范围。实例
实施例1：适体-磁珠偶联物的光学读数
测试具有浓度为1.67μg/μL的磁珠偶联物的缓冲液和单独的缓冲液的光吸收。偶联物用德克萨斯红染料标记。数据表示磁珠可以显著降低光学读数(图23A)。
对于各种样本读取散射光：单独的磁珠，具有缓冲液的珠以及以各种浓度与食品样本(牛奶缓冲液)混合的珠。散射光结果表示在不同混合物中光散射变化。如图23B所示，底部处的两条曲线表示针对空管(Cepheid，CA，USA)和具有清洁缓冲液的管检测到的光散射。图23B的顶部四条线表示磁珠与牛奶混合物的散射光读数。将四种不同浓度的磁珠(分别为0.83μg/μL、1.67μg/μL、3.34μg/μL和6.68μg/μL)与10nM牛奶缓冲液混合。

Claims (62)

1.一种用于检测信号的光学系统，包括：
(a)激发光学器件，包括：
(i)具有光谱范围的光源，被配置成用于将激发光传输到光学检测腔室；
(ii)一个或多个激发过滤器，被配置为选择来自光源的光的特定激发波长，其中选择至少三个不同的光波长频带，一个吸收频带用于确定所述光学检测腔室中存在检测试剂，其中，所述检测试剂是涂有与所关注的过敏原结合的配体的磁性颗粒，一个散射频带用于检测从所述光学检测腔室内的测试样本的表面散射的光，以及一个荧光频带被配置成用于检测源自所述配体和所关注的分析物的特定相互作用的荧光信号；和
(iii)可选光学器件，能够限制光路；
(b)发射光学器件，能操作以收集来自所述测试样本的荧光发射，包括
(i)一个或多个发射过滤器，能操作以基本仅允许具有发射频带中的波长的光到达检测器；
(ii)可选光学器件，被配置为收集和限制发射的光；
(iii)能够测量来自所述测试样本的信号的检测器；
(c)散射光学器件，能操作以测量散射光信号；
(d)吸收光学器件，能操作以在光学读数之前测量光吸收。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中(a)的所述激发过滤器是带通过滤器，其与所述光源一起使用，以限制照射波长的范围。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，控制所述光路的所述可选光学器件选自于由聚焦透镜、二向色分束器和二向色镜组成的组。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述检测器选自于由光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器、光电倍增管(PMT)、微通道板检测器、量子点光电导体、光电晶体管、光敏电阻、有源-像素传感器(APS)、气体电离检测器和电荷耦合器件(CCD)检测器组成的组。
5.一种用于检测食品样本中存在或不存在过敏原的检测系统，包括：
(a)用于收集怀疑含有一种或多种所关注的过敏原的食品样本的装置；
(b)一次性检测盒，被配置成用于处理所述食品样本并使检测试剂与所述食品样本中存在的一种或多种所述过敏原接触；
(c)检测设备，被配置成用于操作过敏原检测测试和测量，并使得来自所述检测试剂与所述食品样本中存在的一种或多种过敏原之间的结合相互作用的信号可视化。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其中，所述检测系统包括：
(a)食品取样器，用于收集所述食品样本；
(b)至少一个一次性测试杯，包括用于插入(a)的所述食品取样器的端口；以及
(c)检测设备，具有用于安放(b)的所述测试杯的配合平面。
7.根据权利要求6所述的检测系统，其中，所述食品取样器从远端到近端包括柱塞、裙部和取样器，其中，所述取样器的近端包括用于切割测试样本的切割刃。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其中，所述食品取样器的所述柱塞包括位于极近端处的密封件。
9.根据权利要求7所述的检测系统，其中，所述取样器的切割刃是刀片、平刃、锋刃、具有各种齿数的锯齿状刃、锋利锯齿状刃或薄壁刃。
10.根据权利要求6所述的检测系统，其中，所述一次性测试杯(b)包括：
(i)杯顶盖；
(ii)杯体；
(iii)杯底部组件；以及
(iv)均质化转子；
其中所述杯底部组件提供用于连接到所述检测设备的配合平面的接口。
11.根据权利要求10所述的检测系统，其中，所述杯体(ii)包括多个腔室，每个腔室被功能性地连接，并且流体能从一个腔室流到另一个腔室，其中，所述杯体至少包括：
(1)均质化腔室，其中，所述测试样本被均质化并且过敏原蛋白质被提取；
(2)洗涤腔室，其中经处理的样本溶液和/或所述测试样本与所述检测试剂的混合物被洗涤；
(3)废料腔室，被配置成用于在检测鉴定的过程期间保持所有废料；以及
(4)反应和光学检测腔室，其中反应信号和参考信号被读取。
12.根据权利要求11所述的检测系统，其中，所述反应和光学检测腔室还包括与专门结合至目标过敏原的核酸分子相偶联的磁珠，或固体支撑件，其表面涂有专门结合至所述目标过敏原的核酸分子。
13.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述核酸分子是适体或适体-补体复合物，其以高专用性和亲和性结合至所述目标过敏原。
14.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述磁珠是包含磁体矿的聚苯乙烯珠。
15.根据权利要求13所述的检测系统，其中，所述磁珠是冻干的或在水溶液中。
16.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述固体支撑件选自于由玻璃芯片、二氧化硅、琼脂糖珠、丙烯酸玻璃、微孔和微芯片组成的组。
17.根据权利要求12所述的检测系统，其中，所述反应和光学检测腔室还包括第一光学窗口和辅助光学窗口，其中当所述测试杯插入所述检测设备中时，所述第一光学窗口和所述辅助光学窗口都与所述检测设备的光学系统对准。
18.根据权利要求10所述的检测系统，其中，所述均质化转子通过位于所述杯底部组件(iii)处的转子接口而插入测试的所述杯体(ii)中。
19.根据权利要求10所述的检测系统，其中，所述均质化转子通过位于所述杯顶盖(i)处的转子端口而插入测试的所述杯体(ii)中。
20.根据权利要求10所述的检测系统，其中，所述测试杯还包括过滤器。
21.根据权利要求20所述的检测系统，其中，所述过滤器附接到所述杯顶盖，并且其中，所述过滤器是过滤膜或过滤器组件。
22.根据权利要求6所述的检测系统，其中，所述检测设备包括：
(a)外部壳体，被配置为用于对所述检测设备的部件提供支撑；
(b)用于操作过敏原检测测试的集成的部件；及
(c)电源；
其中，所述用于操作检测测试的集成的部件包括：
(i)用于驱动和控制均质化的装置；
(ii)用于在过敏原检测测试的过程期间驱动和控制经处理的样本溶液的流动的装置；
(iii)用于收集和保留磁珠的装置；
(iv)用于再悬浮磁珠的装置；
(v)用于检测荧光信号的光学系统；
(vi)用于转换和数字化荧光信号的装置；以及
(vii)显示窗口，用于接收检测到的信号并指示所述测试样本中存在和/或不存在过敏原。
23.根据权利要求22所述的检测系统，其中，所述检测设备的用于操作检测测试的部件包括：
(i)马达，连接到均质化转子；
(ii)泵；
(iii)至少一个磁性收集致动器；
(iv)振动性再悬浮致动器；
(v)光学系统，包括激发和发射光学器件、散射光学器件和/或吸收光学器件；
(vi)信号处理器；以及
(vii)显示器接口。
24.根据权利要求23所述的检测系统，其中，所述光学系统(v)的激发光学器件包括：
(1)具有光谱范围的光源，被配置为将激发光传输到光学检测腔室；
(2)一个或多个激发过滤器，被配置成选择来自光源的光的特定激发波长，其中选择至少三个不同的光波长频带，一个吸收频带用于确定所述光学检测腔室中存在检测试剂，其中，所述检测试剂是涂有信号多核苷酸(SPN)的磁性颗粒，一个散射频带用于检测从所述光学检测腔室内的食品样本散射的光，以及一个荧光频带被配置成用于检测源自所关注的过敏原与SPN的相互作用的荧光信号；和
(3)可选光学器件，能够限制光路。
25.根据权利要求23所述的检测系统，其中，所述光学系统(v)的发射光学器件包括：
(1)一个或多个发射过滤器，能操作以基本仅允许具有发射频带中的波长的光到达检测器；和
(2)可选光学器件，被配置为收集和限制发射的光；以及
(3)能够测量来自所述食品样本的信号的检测器。
26.根据权利要求23所述的检测系统，其中，所述磁珠收集致动器还包括(1)磁场发生器，其产生磁场以保持和分离所述磁珠，以及(2)致动器；
其中，所述磁场发生器包括永磁体或电磁体。
27.一种用于校准光学信号测量系统的方法，包括：
(a)在任何化学反应之前读取系统的基线吸收信号；
(b)在加入包含磁性颗粒的反应溶液后读取第一组吸收信号、散射信号和荧光信号，其中所述磁性颗粒涂有用一种或多种荧光团标记的配体；
其中，吸收信号表示通过添加磁性颗粒而吸收的信号减少；荧光信号代表来自反应溶液的背景自发荧光信号；以及散射信号反射从磁性颗粒表面散射的光信号；
(c)在加入测试样本以及在所述配体与所述测试样本之间发生化学反应之后读取第二组吸收信号、散射信号和荧光信号，其中第二吸收信号表示存在磁性颗粒；第二荧光信号表示来自与所述测试样本的化学反应的总荧光信号；并且第二散射信号表示从磁性颗粒和测试样本的混合物的表面散射的光信号；以及
(d)比较从步骤(a)、(b)和(c)读取的所有信号，以校准光学信号测量系统。
28.一种用于测量信号以检测测试样本中的所关注的过敏原的方法，包括：
(a)在任何化学反应之前读取系统的基线吸收频带信号；
(b)在加入包含磁珠的反应溶液之后读取第一组吸收信号、散射信号和荧光信号，其中所述磁珠涂有用一种或多种荧光团标记的配体；
其中吸收信号表示通过添加磁性颗粒而吸收的信号减少；荧光信号代表来自反应溶液的背景自发荧光信号；以及散射信号反射从磁性颗粒表面散射的光信号；
(c)在加入测试样本以及在所述配体与所述测试样本之间发生化学反应之后读取第二组吸收信号、散射信号和荧光信号，其中第二吸收信号表示存在磁性颗粒；第二荧光信号表示来自与所述测试样本的化学反应的总荧光信号；并且第二散射信号表示从磁性颗粒和测试样本的混合物的表面散射的光信号；
(d)从化学反应混合物中洗掉未结合的化合物，其中所述磁性颗粒因存在磁力而被保持；
(e)在洗涤之后读取第三组吸收信号、散射信号和荧光信号；
其中，第三吸收信号表示存在磁性颗粒；第三荧光信号代表来自配体和所关注的过敏原的复合物的信号；以及第三散射信号反射从磁性颗粒的表面散射的光信号；以及
(f)测量所述测试样本中的所关注的过敏原的存在、不存在和/或量。
29.一种用于检测食品样本中存在或不存在过敏原的方法，包括：
(a)收集食品样本并处理所述食品样本，其中所述食品样本被均质化，并在提取缓冲液中提取来自所述食品样本的蛋白质；
(b)将经处理的样本输送到一次性杯内的光学检测腔室中，其中所述光学检测腔室中预装有检测试剂，其中所述检测试剂包括涂有适体的磁珠，所述适体用一种或多种荧光团标记；
(c)将经处理的样本与所述磁珠混合；
(d)读取第一组吸收信号、散射信号和荧光信号；
(e)从混合物中洗掉未结合的化合物；
(f)读取第二组吸收信号、散射信号和荧光信号；
(g)比较步骤(d)和(f)的第一组和第二组吸收信号、散射信号和荧光信号以及将所述测试样本输送到所述光学检测腔室之前读取的吸收信号、散射信号和荧光信号；以及
(h)检测食品样本中存在或不存在过敏原。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括在任何化学反应之前读取系统的基线吸收频带信号，其中吸收读数用作参考信号，用于在所述检测试剂和所述过敏原之间相互作用时计算光学信号。
31.一种用于检测食品样本中存在或不存在过敏原的方法，包括：
(a)收集食品样本并处理所述食品样本，其中所述食品样本被均质化，并在提取缓冲液中提取来自所述食品样本的蛋白质；
(b)将经处理的样本输送到一次性杯内的光学检测腔室中，其中所述光学检测腔室包括玻璃芯片，其表面涂有适体，所述适体用一种或多种荧光团标记；
(c)将经处理的样本与固定在所述玻璃芯片上的适体混合；
(d)从所述玻璃芯片的测试区域和两个控制区域读取荧光信号；
(e)从混合物中洗掉未结合的化合物；
(f)从玻璃芯片的测试区域和两个控制区域读取第二组荧光信号；
(g)比较步骤(d)和(f)的荧光信号以及将所述测试样本输送到所述光学检测腔室之前读取的荧光信号，以及
(h)检测所述食品样本中存在或不存在过敏原。
32.根据权利要求31所述的方法，其中步骤(g)中读取的荧光信号包括来自玻璃芯片的测试区域和两个控制区域的信号。
33.一种用于检测样本中存在过敏原的系统，该系统包括：
(a)设备，该设备包括：光学系统，所述光学系统被配置为测量吸收光、散射光或荧光或其组合，作为将检测试剂结合至过敏原的结果；
b)测试盒，被配置成安放到所述设备的接收器中，所述测试盒包括：
(i)均质化腔室，包括用于均质化样本并提取过敏原的转子；
(ii)洗涤缓冲液腔室；
(iii)废料腔室，被配置成接收废液；以及
(iv)反应和光学检测腔室，与所述光学系统光学连通，用于检测所述检测试剂与所述过敏原的结合。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述反应和光学检测腔室还包括与专门结合至目标过敏原的核酸分子相偶联的磁珠，或固体支撑件，所述固体支撑件具有涂有专门结合至目标过敏原的核酸分子的表面。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述核酸分子是适体或适体-补体复合物，其以高专用性和亲和性结合至所述目标过敏原。
36.根据权利要求34所述的系统，其中，所述磁珠是包含磁体矿的聚苯乙烯珠。
37.根据权利要求34所述的系统，其中，所述磁珠是冻干的或在水溶液中。
38.根据权利要求34所述的系统，其中，所述固体支撑件选自于由玻璃芯片、二氧化硅、琼脂糖珠、丙烯酸玻璃、微孔和微芯片组成的组。
39.根据权利要求33所述的系统，其中，所述反应和光学检测腔室还包括第一光学窗口和辅助光学窗口，其中当盒插入所述设备的接收器中时，第一和辅助窗口与所述检测设备的光学系统对准。
40.根据权利要求33所述的系统，其中，所述转子在所述盒的底部上的接口处连接到转子驱动马达。
41.根据权利要求33所述的系统，其中，所述均质化腔室包括提取缓冲液，并且所述洗涤缓冲液腔室包括洗涤缓冲液。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述均质化腔室和所述洗涤缓冲液腔室各自具有带有下部开口的通路，所述下部开口具有密封件，当所述密封件被破坏时，允许流体流入下部流动通道，以将均质化的样本和洗涤缓冲液输送至所述反应和光学检测腔室。
43.根据权利要求42所述的系统，其中，所述设备包括向上延伸的销，用于在所述盒插入所述接收器中时破坏所述密封件。
44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述密封件是箔密封件。
45.根据权利要求43所述的系统，其中，所述销与上垫圈配合以形成夹管阀，从而打开和关闭所述通路。
46.根据权利要求34所述的系统，其中，所述设备包括磁体，所述磁体在第一位置与第二位置之间能移动，所述第一位置用于将所述磁珠吸引到所述反应和光学检测腔室的内壁，所述第二位置用于允许所述磁珠在所述反应和光学检测腔室的整个内部中分散。
47.根据权利要求33所述的系统，其中，所述光学系统被配置为通过单个检测器测量吸收光、散射光和荧光，其中，所述吸收光表示在所述反应和光学检测腔室中存在磁珠和/或样本，所述散射光表示腔室中存在样本，以及所述荧光表示过敏原的检测。
48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述盒包括配置成用于读取光学信号的第一光学窗口和配置成用于读取光吸收或读取光吸收和散射光两者的第二光学窗口。
49.根据权利要求42所述的系统，其中，所述下部流动通道包括空气端口，用于经由透气膜将所述下部流动通道与大气压力连通。
50.根据权利要求42所述的系统，还包括位于所述反应和光学检测腔室的入口和出口处的阀，其中所述入口位于所述下部流动通道的端部处，而所述出口通向所述废料腔室。
51.根据权利要求33所述的系统，其中，用于所述转子的驱动机构位于所述设备中、处于所述接收器的下方。
52.根据权利要求33所述的系统，其中，所述盒包括上开口，所述上开口被配置成用于插入采样设备，以便将样本添加到所述均质化腔室。
53.根据权利要求33所述的系统，还包括采样设备，所述采样设备被配置成用于插入所述盒的上开口，以便将样本添加到所述均质化腔室。
54.根据权利要求52所述的系统，其中，所述采样设备包括用于将所述样本推入所述均质化腔室的上柱塞。
55.根据权利要求52所述的系统，其中，所述采样设备是食品取样器。
56.根据权利要求52所述的系统，其中，所述食品取样器的近端包括用于切割样本的切割刃。
57.根据权利要求34所述的系统，其中，所述设备还包括位于所述接收器中的磁珠再悬浮致动器，所述再悬浮致动器被配置成接触所述盒以实现所述磁珠的再悬浮。
58.根据权利要求57所述的系统，其中，所述磁珠再悬浮致动器是振动性致动器。
59.根据权利要求58所述的系统，其中，所述振动性致动器是超声波发生器或低频振动器。
60.根据权利要求34所述的系统，其中，所述磁珠与信号多核苷酸相偶联。
61.根据权利要求33所述的系统，其中，所述反应和光学检测腔室包括玻璃芯片，所述玻璃芯片具有与其相偶联的信号多核苷酸。
62.一种套件，包括一个或多个如权利要求33中所述的一次性的盒，与如权利要求33中所述的设备一起使用，所述套件还包括用于将所述一次性的盒放入所述设备的接收器中的说明。
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