CN110546484A - 用于诊断急性发热性疾病的现场即时系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了现场即时系统和方法，所述系统包含：基于适配体的诊断试剂；通过拉曼分析技术来检测拉曼信号的诊断仪器；以及基于侧流方法运作的诊断试剂盒，其中当检测到诊断试剂盒的放置时，血液与诊断试剂反应以检测拉曼信号，从而允许鉴定急性发热性疾病的类型。
Description
技术领域
本发明涉及用于诊断急性发热性疾病的系统和方法，并且更特别地，涉及用于准确且迅速地诊断多种类型的秋季急性发热性疾病的系统和方法。
背景技术
在秋季传播的代表性急性发热性疾病包括恙虫病、钩端螺旋体病、疹热和肾病综合征出血热。所述疾病的常见症状涉及在发热的同时的例如重感冒和流感的疾病。秋季急性发热性疾病可导致并发症，并且在严重的情况下，患者死亡，并且因此，尽快接受适当的治疗对患者来说是重要的。
同时，近年来在秋季传播的急性发热性疾病的频率迅速升高。然而，虽然这些疾病的早期症状彼此相似并且不容易提早区分早期症状，但是每种疾病的治疗和预后之间存在差异，因此准确的鉴定是非常重要的。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决这样的问题，并且本发明的一个目的是通过准确且迅速地确定多种急性发热性疾病来提高现场诊断的效率。
本发明的另一个目的是在提高现场诊断效率的同时通过使诊断成本的提高最小化并降低诊断所需的专门知识来保证诊断方法的可及性。
本发明要实现的技术目的不限于前面提及的技术目的，并且本领域技术人员可根据以下将要描述的本发明的一些实施方案来考虑以上未提及的其他技术目的。
技术方案
为了解决技术问题，现场即时系统包含：基于适配体来检测靶抗原的诊断试剂；通过拉曼分析技术来检测拉曼信号的诊断仪器以及坐置在诊断仪器上并且基于侧流方法运作的诊断试剂盒，其中诊断仪器包含：诊断试剂盒坐置单元，其对诊断试剂盒的放置进行检测；拉曼分析执行单元，其在诊断试剂盒被放置时使注射到诊断试剂盒中的血液与诊断试剂相互反应，并放大和检测所产生的拉曼信号；疾病分析单元，其根据检测到的拉曼信号来分析对象所感染的急性发热性疾病的类型；以及输出单元，其输出关于所分析疾病的信息。
诊断试剂可包含固定适配体和用于抗原检测的适配体，并且直接检测注射到诊断试剂盒中的血液中的抗原。
诊断试剂盒坐置单元可包含用于对诊断试剂盒的放置进行检测的压力传感器、光学传感器以及电信号发送和接收装置中的至少一个。
拉曼分析执行单元可通过使用表面增强拉曼散射(Surface Enhanced RamanScattering，SERS)技术和金-银纳米粒来放大和检测拉曼信号。
输出单元可包含用于可视地提供关于疾病的信息的显示单元和用于可听地提供所述信息的扬声器。
为了解决该技术问题，现场即时方法包括：由通过拉曼分析技术检测拉曼信号的诊断仪器，对通过侧流方法运作的诊断试剂盒的放置进行检测；当检测到诊断试剂盒被放置时，检测由注射到诊断试剂盒中的血液与基于适配体的诊断试剂反应所产生的拉曼信号；通过对拉曼信号的分析处理来检测抗原；根据检测到的抗原来检查对象所感染的急性发热性疾病的类型；以及输出关于所分析疾病的信息。
有益效果
根据本发明的一些实施方案，可预期以下效果。
第一，尽管在秋季传播的急性发热性疾病的早期症状类似，但可准确地区分疾病，从而使误诊和并发症的风险最小化。
第二，由于可准确地辨别多种疾病，可使抗生素抗性的风险最小化，所述抗生素抗性可由依赖于经验治疗的对抗疗法抗生素的治疗引起。
第三，可准确诊断和迅速诊断，并且因此，可消除现场即时测试(Point of CareTesting，POCT)的时间限制和空间限制。
可在本发明的一些实施方案中获得的效果不限于前面提及的效果，并且本领域技术人员可通过以下将要描述的对本发明一些实施方案的描述来清楚地获得和理解其他未提及的效果。换句话说，本领域技术人员通过本发明的一些实施方案也可获得根据实施本发明的不期望效果。
附图说明
提供对本发明的进一步理解的附图与详细描述一起提供了本发明的一些实施方案。然而，应当理解的是，本发明的技术特征不限于具体的附图，并且在各附图中公开的特征可彼此组合以构成新的实施方案。
图1a是举例说明与所提出实施方案相关的相关领域中的秋季急性发热性疾病诊断方法的图。
图1b是举例说明血清中IgM和IgG的浓度根据检查时间的变化的图。
图2是示意性地举例说明根据所提出实施方案的现场即时系统的图。
图3是举例说明根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断仪器的配置的框图。
图4是用于描述根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断试剂的图。
图5是用于描述根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断试剂盒的图。
图6是举例说明根据所提出实施方案的现场即时方法的流程图。
图7是举例说明(a)阳性样品和(b)阴性样品的拉曼信号分析结果的图。
最佳实施方式
为了解决技术问题，现场即时系统包含：基于适配体来检测靶抗原的诊断试剂；通过拉曼分析技术来检测拉曼信号的诊断仪器；以及坐置在诊断仪器上并且基于侧流方法运作的诊断试剂盒，其中诊断仪器包含：诊断试剂盒坐置单元，其对诊断试剂盒的放置进行检测；拉曼分析执行单元，其在诊断试剂盒被放置时使注射到诊断试剂盒中的血液与诊断试剂相互反应并放大和检测所产生的拉曼信号；疾病分析单元，其根据检测到的拉曼信号来分析对象所感染的急性发热性疾病的类型；以及输出单元，其输出关于所分析疾病的信息。
诊断试剂可包含固定适配体和用于抗原检测的适配体，并且直接检测注射到诊断试剂盒中的血液中的抗原。
诊断试剂盒坐置单元可包含用于对诊断试剂盒的放置进行检测的压力传感器、光学传感器以及电信号发送和接收装置中的至少一个。
拉曼分析执行单元可通过使用表面增强拉曼散射(SERS)技术和金-银纳米粒来放大和检测拉曼信号。
输出单元可包含用于可视地提供关于疾病的信息的显示单元和用于可听地提供所述信息的扬声器。
为了解决技术问题，现场即时方法包括：由通过拉曼分析技术检测拉曼信号的诊断仪器，对通过侧流方法运作的诊断试剂盒的放置进行检测；当检测到诊断试剂盒被放置时，检测由注射到诊断试剂盒中的血液与基于适配体的诊断试剂反应所产生的拉曼信号；通过对拉曼信号的分析处理来检测抗原；根据检测到的抗原来检查对象所感染的急性发热性疾病的类型；以及输出关于所分析疾病的信息。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的一些实施方案进行详细描述以便本领域技术人员容易地实施。然而，本发明可以以多种不同的形式实施并且不限于本文中描述的实施方案。另外，在附图中，为了清楚地描述本发明，没有省略与描述无关的部件，并且在说明书的通篇，相同的附图标记表示相同的元件。
将简要描述本说明书中使用的术语，并且将详细描述本发明。
本发明中使用的术语通过考虑在本发明中的功能而尽可能采用目前广泛使用的一般性术语，但是这些术语可根据本领域技术人员的意图、先例、新技术的出现等而改变。此外，在具体情况下，存在申请人任意选择的术语，并且在这种情况下，该术语的含义将在本发明的相应描述部分中详细公开。因此，在本发明中使用的术语不应仅基于术语的名称而应当基于术语的含义和本发明通篇的内容来定义。
此外，在说明书通篇，除非有明确相反描述，否则词语“包含/包括”及其变化形式将被理解为暗示包括所述要素但不排除任何其他要素。另外，在说明书中公开的包括“部件”、“模块”等的术语意指处理至少一种功能或运作的单元，并且这可通过硬件或软件或者硬件与软件的组合来实现。此外，在说明书通篇，当描述一个部件与另一个部件“连接”时，意味着该特定部件可与另一个部件“直接连接”，并且在其之间也可插入第三部件。
在下文中，将参照附图对本发明进行详细描述。
以恙虫病、疹热和钩端螺旋体病为典型的秋季急性发热性疾病在感染之后需要至少5天才通过菌血症(Bacteremia)显示出症状，并且由于血清中IgM和IgG的浓度随时间变化，需要根据检测时间和检测靶标进行诊断。常规的间接免疫荧光抗体试验(IFA)和分子诊断(PCR)不适合用于迅速诊断，并且在商业化迅速诊断试剂盒的情况下，难以在评价读出误差和抗体效价时将定量数值客观化。
基于适配体的诊断试剂、基于拉曼的高度灵敏侧流诊断试剂盒和小拉曼分析仪是可通过补充应用于现有诊断领域的技术的限制而有助于改善准确性或易用性的技术。换句话说，根据本发明一个实施方案的用于诊断急性发热性疾病的现场即时系统可使用拉曼诊断试剂和小拉曼分析仪对多个抗原、抗体(IgG、IgM))靶标进行同时迅速诊断，通过拉曼信号的放大技术通过高灵敏度和定量分析建立诊断标准，并提高检查的准确性。
图1a是举例说明与所提出实施方案相关的相关领域中的秋季急性发热性疾病诊断方法的图，并且图1b是举例说明血清中IgM和IgG的浓度根据检查时间的变化的图。
作为代表性秋季急性发热性疾病，恙虫病、钩端螺旋体病、疹热和肾病综合征出血热被描述为实例。由于秋季户外活动的增多，急性发热性疾病的频率在提高，并且由于秋季全国气温升高，发病率的分布也在提高。
四种典型急性发热性疾病的初始症状与重感冒和流感的初始症状类似，但每种的治疗和预后是不同的，并且迅速且准确的诊断可以是非常重要的。
图1a示出了目前用于诊断秋季急性发热性疾病的数种诊断方法。常用的间接免疫荧光抗体试验(IFA)在结果的准确性方面显示出相对良好的表现，但是由于使用在疾病发生之后1至2周形成的抗体而临床可用性受限。作为另一种诊断方法，免疫色谱(Immunochromatography，ICA)快速且方便，并且可以以低成本进行诊断，但诊断结果的准确性和灵敏度相对地低。最后，使用基因的聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)确保结果的准确性，但是受试样品受限且需要长时间，并且由于需要技术人力而存在限制。
换句话说，用于诊断秋季急性发热性疾病的多种常规方法在准确性或容易度方面有待改善的部分。因此，下面将通过提出一个实施方案来描述能够实施新类型现场即时测试(POCT)的诊断系统和诊断方法。
图2是示意性地举例说明根据所提出实施方案的现场即时系统的图。根据所提出实施方案的现场即时系统由诊断试剂(图2(a))、诊断试剂盒(图2(b))和诊断设备(图2(c))构成。举例说明的现场即时系统作为用于在现场实施迅速且准确诊断的系统被实施以包含基于适配体的诊断试剂、基于拉曼分析的高灵敏度侧流诊断试剂盒和微型化拉曼分析设备作为元件技术。
在下文中，将分别详细描述在图2中举例说明的所提出现场即时系统的配置。
首先，适配体是具有与靶蛋白三维结合的特性的聚合物物质，并且基于适配体的诊断试剂(图2(a))以高特异性和亲和力与靶抗原结合。相关领域依赖于血清学方法来诊断秋季疾病(恙虫病、钩端螺旋体病、疹热、肾综合征出血热等)并且根据血清学方法，可以无法检测病原体本身，因此，抗体形成消耗的约3至7天的时间基本上被消耗了。
相反，在所提出的现场即时系统中，根据基于适配体的诊断试剂，可检测病原体本身(即，抗原)并且不需要等待抗体产生，并且因此由于在疾病的诊断和分析中缩短了需要等待抗体产生的时间，可实时地诊断疾病。换句话说，与间接检测抗体以进行抗原检测的常规方法不同，基于适配体的诊断试剂具有可直接检测血液中抗原的优点。因此，通过基于适配体的诊断试剂可确保诊断的准确性和迅速性。另外，通过将基于适配体的诊断试剂应用于下述拉曼分析技术，使交叉反应性最小化的高特异性诊断成为可能。
接下来，将描述诊断试剂盒(图2(b))。所提出的诊断试剂盒基于侧流测定分析技术，并且使用侧流的诊断试剂盒可甚至用一两滴血液在短时间内诊断疾病，并且因此，该诊断试剂盒非常适合用于现场诊断。此外，使用侧流分析技术的诊断试剂盒在分析成本方面是有利的，并且不需要技术人力。
基于侧流的诊断试剂盒是利用纸的毛细力的方法，所述纸的毛细力来源于高密度体积、亲水性环境，以及源自纤维素纤维网络的3D层次结构的微/纳米孔。
最后，将描述基于拉曼分析的微型化诊断设备(图2(c))。拉曼分析方法适合作为用于现场的诊断设备，因为与荧光诊断方法相比，其所需功率低。此外，与现有基于免疫的诊断方法相比，拉曼分析技术具有数十倍或更高的灵敏度，并且因此可获得具有高灵敏度的诊断结果。特别地，诊断设备被微型化以具有改善的便携性，从而改善对POCT的适合性。
由基于适配体的诊断试剂、基于侧流的诊断试剂盒和基于拉曼分析的诊断设备构成的现场即时系统使得能够以高特异性和高灵敏度来诊断急性发热性疾病。另外，就其特征而言，现场即时系统现场诊断系统在特异性和灵敏度以及迅速性方面非常重要，并且如上所述，通过整体使用基于适配体的试剂、基于侧流的诊断试剂盒和基于拉曼分析的诊断设备，可实现在现场及时利用的诊断系统。
图3是举例说明根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断仪器的配置的框图，并且图7是举例说明(a)阳性样品和(b)阴性样品的拉曼信号分析结果的图。在图3中，在构成所提出现场即时系统的诊断试剂、诊断试剂盒和诊断设备中，将详细描述诊断设备1000。诊断设备1000包含图3中举例说明的诊断试剂盒坐置单元110、拉曼分析执行单元120、疾病分析单元130、输出单元140、通信单元150、存储器160、供电单元170和控制单元180，但不限于此类组件，并且还可包含其他通用组件或可仅由更少的组件来实现。
作为其中设置诊断试剂盒的构件，诊断试剂盒坐置单元110检测其中注射有对象血液的诊断试剂盒被放置在诊断设备上。通过使用预先确定的传感器，诊断试剂盒坐置单元110可检测诊断试剂盒的放置，并且例如，可利用压力传感器、光学传感器等来检测诊断试剂盒放置在诊断设备1000中。或者，诊断试剂盒坐置单元110向诊断试剂盒发送电信号并从诊断试剂盒接收电信号以对诊断试剂盒的放置进行检测。
当诊断试剂盒坐置单元110检测到诊断试剂盒被放置时，拉曼分析执行单元120对注射到诊断试剂盒中的血液进行拉曼分析。为了通过拉曼分析检测存在于血液中的生物标志物，可应用表面增强拉曼散射(SERS)技术来放大拉曼信号。
为了稳定地获得在诊断试剂盒的质控(C)线和测试(T)线上形成的拉曼信号，在扫描多条线之后，通过借助多项式拟合测量拉曼强度比值可获得拉曼信号。扫描可从质控(C)线连续进行至测试(T)线。
如在图7中举例说明的，可显示诊断试剂盒的质控线(CL)和测试线(TL)的信号。图7(a)示出了阳性样品的分析结果，并且图7(b)示出了阴性样品的分析结果。可以以质控线和测试线的拉曼信号的比值来判断阳性/阴性。
拉曼分析执行单元120分析通过例如金和银纳米粒的复合材料纳米粒和例如金(核)-银(壳)的复合材料纳米粒放大的拉曼信号，并随后通过使用银结构再次放大信号以进行高灵敏度定量分析。在这种情况下，拉曼分析执行单元120通过将诊断试剂的适配体固定至用于选择性检测抗原的纳米粒来以高灵敏度检测抗原。
当根据拉曼分析执行单元120的拉曼信号检测结果检测到抗原时，疾病分析单元130确定抗原及对应于该抗原的疾病的类型。疾病分析单元130基于在通过拉曼分析执行单元120检测抗原的过程中使用的基于适配体的诊断试剂来决定检测到什么疾病。
输出单元140可向使用者输出并提供检测到的疾病的类型，并且包含用于将该类型提供至可视装置的显示单元或用于将该类型提供至可听装置的扬声器中的至少一种。
通信单元150可在向诊断设备1000的外部装置或服务器发送数据和从其接收数据的同时进行通信，并且例如，通信单元150可向医院服务器或诊断机构的服务器发送关于检测到的疾病的类型的信息以及受试者的个人信息，以及向医生的便携式终端发送该信息，以允许安装在便携式终端中的应用程序验证该信息。
存储器160存储多种数据，例如在诊断设备1000中使用的程序、算法和软件以及在诊断设备1000中生成的存储数据和值。存储器160可在诊断设备1000中的硬件中实现或者以外部云服务器的形式实现。
供电单元170供电以用于运作诊断设备1000。供电单元170可通过电线接收外部电，但是当诊断设备1000实现为便携式的时，供电单元170可以以可充电电池的形式实现。
控制单元180控制诊断设备1000中包含的组件之间的有机联系关系，以控制诊断设备1000根据其功能和目的进行运作。
诊断设备1000通过组件可在现场迅速地分析受试者感染的急性发热性疾病，并且甚至非专业人员也可以以高准确性和灵敏度分析疾病，从而保证甚至可及性。此外，诊断设备1000微型化并且实现为便携式的以便在进一步改善的现场应用中实施。
图4是用于描述根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断试剂的图。如上所述，基于适配体的诊断试剂以高特异性和亲和力与抗原结合，从而允许甚至在没有抗体下直接检测抗原。
如用举例说明的实例所描述的，当注射包含抗原检测适配体420和固定适配体430的诊断试剂时，诊断试剂与血液中的抗原440结合，并且结果，纳米探针410直接检测抗原440。一般来说，与通过检测抗体来间接检测抗原的存在相比，当使用所提出的基于适配体的诊断试剂时，可直接检测靶抗原而无需等待抗体的产生，从而显著缩短诊断时间。与相关领域相比，通过这种迅速性，可准确且迅速地分析和诊断秋季疾病，并且结果，可实现专门用于现场即时测试(POCT)的诊断系统。
图5是用于描述根据所提出实施方案的现场即时系统的诊断试剂盒的图。所示的图5(a)示出了用于抗体检测的诊断试剂盒，并且图5(b)示出了用于抗原检测的诊断试剂盒。抗体检测诊断试剂盒分为两部分以便检测IgM抗体和IgG抗体二者，并且抗原检测诊断试剂盒单个配置。
由于诊断设备需要在无论诊断试剂盒类型如何的情况下都运作，因此上述诊断设备的诊断试剂盒坐置单元配置成区分并检测两种不同类型的诊断试剂盒。例如，诊断试剂盒坐置单元可分别包含坐置抗体检测诊断试剂盒的部分和坐置抗原检测诊断试剂盒的部分，并且这两种不同的诊断试剂盒可坐置在一个坐置单元上。
图6是举例说明根据所提出实施方案的现场即时方法的流程图。在图6中，根据时间序列流示出了以上在图2至图5中举例说明的一些实施方案。因此，即使在图6中省略了详细内容，上述内容也可以以相同或类似的方式应用。
首先，现场即时系统的诊断设备检测到侧流诊断试剂盒的放置(S610)。放置的诊断试剂盒可以是抗体检测诊断试剂盒和抗原检测诊断试剂盒中的至少一种。接下来，诊断设备使注射到诊断试剂盒中的血液与基于适配体的诊断试剂反应以检测拉曼信号，并根据该拉曼信号进行基于拉曼光谱术的分析(S620)。通过这样的过程，可使用用于放大拉曼信号的纳米粒和表面增强拉曼散射(SERS)技术。
诊断设备检测来自注射到诊断试剂盒中的血液的抗原并根据该抗原验证疾病的类型(S630)。或者，当拉曼信号作为拉曼分析的结果被检测到时，诊断设备可基于用于检测抗原的诊断试剂的类型来鉴定疾病的类型。当确定疾病的类型时，诊断设备输出所鉴定的信息以向使用者提供受试者所感染疾病的类型(S640)。
同时，上述现场即时方法可通过计算机可执行程序来配备，并且由通过使用计算机可读介质运作该程序的通用数字计算机来实施。此外，在前述方法中使用的数据的结构可通过多种方式记录在计算机可读介质中。记录用于进行本发明多种方法的可执行计算机程序或代码的记录介质不应被理解为包括瞬态对象，例如载波或信号。计算机可读介质包括存储介质，例如磁性存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)和光学阅读介质(例如，CD-ROM、DVD等)。
本发明前面提及的描述用于例示，并且本领域技术人员可以理解的是，在不改变本发明的技术精神或必要特征的情况下，可容易地以其他具体形式对本发明作出修改。因此，应当理解，前面提及的实施方案在所有方面都是举例说明性的，并且不受限制。例如，作为单独类型描述的各构成元件可被分散并实施，并且类似地，描述为分散的构成元件也可以以偶联的形式实施。
本发明的范围由所附权利要求书而不是发明内容来表示，并且要解释的是，权利要求的含义和范围以及从其等同内容得出的所有变化或修改形式都在本发明的范围内。
Claims (6)
1.用于区分多种急性发热性疾病的现场即时系统，其包含：
基于适配体来检测靶抗原的诊断试剂；
通过拉曼分析技术来检测拉曼信号的诊断仪器；以及
坐置在所述诊断仪器上并且基于侧流方法运作的诊断试剂盒，
其中所述诊断仪器包含：
诊断试剂盒坐置单元，其对所述诊断试剂盒的放置进行检测，
拉曼分析执行单元，其在所述诊断试剂盒被放置时使注射到所述诊断试剂盒中的血液与所述诊断试剂相互反应，并放大和检测所产生的拉曼信号，
疾病分析单元，其根据检测到的拉曼信号来分析对象所感染的急性发热性疾病的类型，以及
输出单元，其输出关于所分析疾病的信息。
2.权利要求1所述的现场即时系统，其中所述诊断试剂包含固定适配体和用于抗原检测的适配体，并且直接检测注射到所述诊断试剂盒中的血液中的抗原。
3.权利要求1所述的现场即时系统，其中所述诊断试剂盒坐置单元包含用于对所述诊断试剂盒的放置进行检测的压力传感器、光学传感器以及电信号发送和接收装置中的至少一种。
4.权利要求1所述的现场即时系统，其中所述拉曼分析执行单元通过使用表面增强拉曼散射(SERS)技术和金-银纳米粒来放大和检测所述拉曼信号。
5.权利要求1所述的现场即时系统，其中所述输出单元包含用于可视地提供关于所述疾病之信息的显示单元和用于可听地提供所述信息的扬声器。
6.使用由诊断试剂、诊断仪器和诊断试剂盒构成的系统来区分多种急性发热性疾病的现场即时方法，其包括：
由通过拉曼分析技术检测拉曼信号的所述诊断仪器，对通过侧流方法运作的所述诊断试剂盒的放置进行检测；
当检测到所述诊断试剂盒被放置时，检测由注射到所述诊断试剂盒中的血液与基于适配体的诊断试剂反应所产生的拉曼信号；
通过对所述拉曼信号的分析处理来检测抗原；
根据检测到的抗原来检查对象所感染的急性发热性疾病的类型；以及
输出关于所分析疾病的信息。
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