CN110892247A - 用于执行光学和电化学测定的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于执行光学和电化学测定的设备、系统和方法，更具体地，具有被配置为执行光学和电化学测定的通用信道电路系统(245、1000)的设备和系统，以及使用通用信道电路系统执行光学和电化学测定的方法。通用信道电路系统是具有电子开关能力的电路系统，使得任何接触引脚(1063、1065、1070)以及因此测试设备(1062)中的任何传感器接触焊盘都能连接到能够采用一种或多种测量模式或配置(例如，安培测量模式或电流驱动模式)的一个或多个信道(1005)。

Description

用于执行光学和电化学测定的设备、系统和方法
优先权要求
本申请要求于2017年8月17日提交的美国临时申请No.62/546,725的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般而言涉及用于执行光学和电化学测定的设备、系统和方法，更具体而言，涉及具有被配置为执行光学和电化学测定的通用信道电路系统的设备和系统，以及使用该通用信道电路系统执行光学和电化学测定的方法。
背景技术
护理点(POC)样本分析系统通常基于一个或多个可重用的手持式分析器(即，仪器或读取装置)，这些分析器使用单次使用的一次性测试设备(例如，含有分析元素的盒或条带，例如用于感测分析物(诸如pH、氧气和葡萄糖)的电极或光学元件)执行样本测试。一次性测试设备可以包括流体元件(例如，用于接纳样本并将样本输送到感测电极或光学器件的导管)、校准元件(例如，用于用已知浓度的分析物对电极进行标准化的水性流体)以及用于对光学器件进行标准化的具有已知消光系数的染料。仪器或读取装置可以包含用于操作电极或光学器件、进行测量并执行计算的电路系统和其它部件。仪器或读取装置还可以具有显示结果以及例如经由计算机工作站或其它数据管理系统将那些结果传送给实验室和医院信息系统(分别为LIS和HIS)的能力。仪器或读取装置与工作站之间以及工作站与LIS或HIS之间的通信可以经由例如红外链路、有线连接、无线通信或能够传输和接收电子信息的任何其它形式的数据通信，或其任意组合。在美国专利No.5,096,669中公开了一种著名的护理点系统(i-
Figure BDA0002351291960000021
系统，雅培护理点公司，普林斯顿，NJ)，该专利通过引用整体并入本文。
Figure BDA0002351291960000022
系统包括一个或多个与手持式分析器结合操作的一次性测试设备，用于对生物样品(specimen)(诸如血液)执行各种测量。
护理点样本测试系统的一个优点是消除了将样本发送到中央实验室以进行测试所耗费的时间。护理点样本测试系统允许护士或医生(用户或操作者)在患者床边获得可靠的定量分析结果，该结果在质量上与在实验室中获得的结果相当。在操作中，护士选择具有所需测试面板的测试设备、从患者身上提取生物样本、将生物样本分配到测试设备中、可选地密封测试设备以及将测试设备插入仪器或读取装置中。虽然步骤发生的特定次序在不同的护理点系统和提供者之间可以变化，但在患者位置附近提供快速样本测试结果的意图保持相同。然后，仪器或读取装置执行测试周期，即，执行测试所需的所有其它分析步骤。这种简单性使医生可以更快地了解患者的生理状况，并且，通过减少诊断或监视的周转时间，使医生能够更快地做出适当治疗的决定，从而提高患者成功结果的可能性。
如本文所讨论的，护理点样本测试系统通常包括仪器或读取装置，该仪器或读取装置被配置为使用单性使用的一次性测试设备来执行样本测试，以确定生物样本中的分析物。所执行的样本测试的类型可以变化，并且可以使用一个或多个测试设备来实现，这些测试设备包括例如定性或半定量测试设备(例如，侧向流动或微阵列测定)、定量测试设备(例如，电化学测定)或者定性或半定量测试设备与定量测试设备的组合(例如，既具有侧向流动或微阵列测定又具有电化学测定的测试设备)。为了执行一个或多个测试，仪器或读取装置可以包括被配置为处理来自定性或半定量测试设备的信号的光学传感器和/或被配置为处理来自定量测试设备的信号的电连接器(参见例如美国专利No.9,194,859，其通过引用整体并入本文)。特别地，仪器或读取装置可以包括第一电路系统集合，该第一电路系统集合将仪器或读取装置的电连接器上的具体引脚集合硬连线到具体的操作和放大部件，以处理来自定性或半定量测试设备的信号，和/或第二电路系统集合，该第二电路系统集合将仪器或读取装置的电连接器上的不同引脚集合硬连线到不同的操作和放大部件，以处理来自定量测试设备的信号。
但是，对于每种类型的测试设备，在仪器或读取装置中通常使用独立的硬连线电路系统限制了在测试设备内定位不同传感器的灵活性，并且限制了仪器或读取装置执行多种类型的测定而无需硬件改变的能力。硬件改变通常实现起来是昂贵的，并且可能难以代代相传地管理仪器或读取装置。因而，需要能够执行多种类型的测试或测量(例如，光学和电化学测定)而不必使用独立的硬连线电路系统来执行每种类型的测试或测量的设备、系统和方法。
发明内容
在各种实施例中，提供了一种用于对生物样本执行多种测定的系统，该系统包括分析器，分析器包括：用于与测试盒配合的盒端口、多端子连接器、处理器、耦合到处理器的存储器以及通用信道电路系统。通用信道电路系统包括第一信道、第二信道和第三信道。该系统还包括第一测试盒和第二测试盒，第一测试盒包括连接到第一触点的光发射器和连接到第二触点的光检测器，第二测试盒包括连接到第三触点的安培电极和连接到第四触点的参考电极。第一触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，并且第二触点能电连接到多端子连接器的第二引脚。第三触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，并且第四触点能电连接到多端子连接器的第二引脚。第一引脚能电连接到第一信道，并且第二引脚能电连接到第二信道。当将第一测试盒插入到分析器的端口中时，第一信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第一信道被配置为处于电流驱动模式的开关，并且第二信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第二信道被配置为处于电流测量模式的开关。当将第二测试盒插入到分析器的端口中时，第一信道被配置为处于安培测量模式，并且第二信道被配置为处于参考测量模式。
在一些实施例中，处理器被配置为基于分析物信号确定与生物样本中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。可选地，目标分析物选自以下项组成的组：人绒毛膜促性腺激素、葡萄糖、乳酸、肌酐、尿素、凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、D-二聚体、前列腺特异性抗原(PSA)、肌酸激酶-MB(CKMB)、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白I(TnI)、心肌肌钙蛋白(cTnI)、人绒毛膜促性腺激素、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C、肌红蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、半乳糖凝集素3、前列腺特异性抗原(PSA)、甲状旁腺激素(PTH)、半乳糖凝集素-3、天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、白蛋白、总蛋白、胆红素和碱性磷酸酶(ALP)。
在一些实施例中，测试盒还包括镜面反射器，该镜面反射器将来自光发射器的光反射通过导管到光检测器。镜面反射器可以是该导管的表面的至少一部分。
在一些实施例中，第一测试盒还包括在样本接纳室和导管之间的过滤器，并且该过滤器被配置为保留来自生物样本的血细胞并允许血浆通过。盒端口可以被配置为顺序地接纳第一测试盒和第二测试盒。
在各种实施例中，提供了一种系统，该系统包括：一个或多个处理器和耦合到该一个或多个处理器的存储器，该存储器用指令集进行编码，该指令集被配置为执行包括以下项的处理：从第一测试盒接收指示第一类型的盒插入到分析器中的操作状态信号；确定该第一类型的盒是具有连接到光发射器的第一触点和连接到光检测器的第二触点的第一测试盒；经由第一触点和对应的第一引脚将第一信道分配给光发射器；经由第二触点和对应的第二引脚将第二信道分配给光检测器；将第一信道的电路系统切换到电流驱动模式；将第二信道的电路系统切换到电流测量模式；使用第一信道和第二信道执行光学分析测试；从第二测试盒接收指示第二类型的盒插入到分析器中的操作状态信号；确定该第二类型的盒是具有连接到安培电极的第一触点和连接到参考电极的第二触点的第二测试盒；经由第一触点和另一个对应的第一引脚将第一信道分配给安培电极；经由第二触点和另一个对应的第二引脚将第二信道分配给参考电极；将第一信道的电路系统切换到安培测量模式；将第二信道的电路系统切换到参考测量模式；以及使用第一信道和第二信道执行电化学分析测试。
在一些实施例中，接收指示第一类型的盒的操作状态信号和接收指示第二类型的盒的操作状态信号被顺序地接收。
在一些实施例中，在将第二测试盒插入到分析器中之前，将第一测试盒插入到分析器中。可替代地，在将第一测试盒插入到分析器中之前，可以将第二测试盒插入到分析器中。
在一些实施例中，执行光学分析测试包括：使用第一信道向光发射器施加驱动电流；使用第二信道，将从光检测器接收到的输出信号转换成与光检测器检测到的光的量成比例的分析物信号；以及基于分析物信号确定与测试盒中的生物样本中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。可选地，目标分析物选自以下项组成的组：人绒毛膜促性腺激素、葡萄糖、乳酸、肌酐、尿素、凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、D-二聚体、前列腺特异性抗原(PSA)、肌酸激酶-MB(CKMB)、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白I(TnI)、心肌肌钙蛋白(cTnI)、人绒毛膜促性腺激素、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C、肌红蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、半乳糖凝集素3、前列腺特异性抗原(PSA)、甲状旁腺激素(PTH)、半乳糖凝集素-3、天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、白蛋白、总蛋白、胆红素和碱性磷酸酶(ALP)。
在一些实施例中，测试盒还包括镜面反射器，该镜面反射器将来自光发射器的光反射通过导管到光检测器。镜面反射器可以是该导管的表面的至少一部分。
在一些实施例中，第一测试盒还包括在样本接纳室和导管之间的过滤器，并且该过滤器被配置为保留来自生物样本的血细胞并允许血浆通过。
在一些实施例中，执行电化学分析测试包括：使用第二信道，相对于参考电极向安培电极施加电位；使用第一信道测量跨生物样品的电流变化，该电流变化与生物样品内的另一目标分析物的浓度成比例；以及基于跨生物样品的电流变化确定生物样品内的另一目标分析物的浓度。
在一些实施例中，操作状态信号包括第一测试盒或第二测试盒的触点与短路条之间的测得的电阻值。可替代地，操作状态信号可以包括从位于第一测试盒或第二测试盒上的条形码获得的值。
在一些实施例中，确定第一测试盒具有连接到光发射器的第一触点和连接到光检测器的第二触点包括：基于操作状态信号的值，使用查找表来识别第一类型的盒，并且基于第一类型的盒，从数据库中获取关于第一测试盒的传感器的信息，其中，该信息指示第一测试盒包括光学传感器，该光学传感器具有连接到第一触点的光发射器和连接到第二触点的光检测器。
在各种实施例中，提供了一种用于对生物样本执行多种测定的系统。系统包括分析器和测试盒，分析器包括：端口、多端子连接器、处理器和通用信道电路系统，其中通用信道电路系统包括第一信道、第二信道和第三信道，以及测试盒包括连接到第一触点的光发射器、连接到第二触点的光电检测器和连接到第三触点的安培电极。第一触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，第二触点能电连接到多端子连接器的第二引脚，以及第三触点能电连接到多端子连接器的第三引脚。第一引脚能电连接到第一信道，第二引脚能电连接到第二信道，并且第三引脚能电连接到第三信道。第一信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第一信道被配置为处于电流驱动模式的开关，第二信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第二信道被配置为处于电流测量模式的开关，以及第三信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第三信道被配置为处于安培测量模式的开关。
附图说明
鉴于以下非限制性附图，将更好地理解本发明。
图1示出了根据各种实施例的一次性测试设备和仪器；
图2示出了根据各种实施例实现的计算系统的例示性体系架构；
图3和图4A-图4J示出了根据各种实施例的测试设备或盒；
图5A示出了根据各种实施例的电化学传感器芯片的制造的侧视图；
图5B示出了根据各种实施例的光学传感器芯片的制造的侧视图；
图6A示出了根据各种实施例的传感器芯片配置；
图6B示出了根据各种实施例的遮光罩或反射器；
图7A和图7B示出了根据各个实施例的替代传感器芯片配置；
图8A和图8B示出了根据各种实施例的替代传感器芯片配置；
图9A和图9B示出了根据各种实施例的透明基板；
图10A-图10G示出了根据各种实施例的通用信道电路系统；以及
图11-图16示出了根据各种实施例的处理。
具体实施方式
介绍
本发明的各种实施例针对用于执行光学和电化学测定的设备、系统和方法。例如，图1示出了示例性系统100，该系统可以包括自给式(self-contained)一次性测试设备或盒105以及便携式的或固定的并且由电池供电或由线路供电的仪器或读取装置110(例如，分析器)。在一些实施例中，测试设备105是被配置为在单次使用之后可丢弃的单次使用设备。待测量的流体样本(例如，全血)经由测试设备105中的样本入口孔115被吸入样本接纳室，以及测试设备105可以通过端口120插入分析器110中。分析器110可以包括处理器，该处理器被配置为执行包括以下的处理：分析物浓度的测量、电阻的测量、生物样本的温度的控制、电流输出到可测量的电压的转换以及芯片被配置为测量的分析物或分析物集合的识别。由分析器110执行的测量和确定可以输出到显示器125或经由分析器110上的端口135到计算机端口140输出到其它输出设备(诸如打印机或数据管理系统130)。传输可以经由有线或无线通信，诸如电话网络、互联网连接、Wi-Fi、蓝牙链路、红外等。测试设备105中的传感器145(例如，电化学传感器和/或光学传感器)包括多个分立的连接器触点150，当将测试设备105插入端口120时，这些触点经由多端子连接器155与分析器110电接触。例如，多端子连接器155可以具有在美国专利No.4,954,087中公开的设计，该专利通过引用整体并入本文。分析器110还可以被配置为在测试设备105中执行用于自动流体流量补偿的方法，如美国专利No.5,821,399中所公开的，该专利也通过引用整体并入本文。
在常规的仪器或读取装置中，多端子连接器具有引脚的线性阵列，该引脚的线性阵列与测试设备中分立的连接器触点的线性阵列匹配。与这些常规的仪器或读取装置相关联的问题是，每个引脚被硬连线到指定的功能，因此在将不同的传感器定位在盒内时灵活性有限。例如，测试设备上的钾电极的连接器焊盘需要对准连接器上的电位(potentiometric)工作电极引脚之一。常规仪器或读取装置的另一个限制是它们仅具有有限数量的测量引脚(例如，安培(amperometric)引脚)，并且未来的测试设备可能需要执行多种测试或测量。例如，每个都有自己的免疫参考传感器的双免疫测定盒可能需要四个安培信道。因此，常规仪器或读取装置的硬连线设计所施加的限制会不利地影响仪器或读取装置的无需硬件改变即可执行多种测试或测量的能力。
为了解决这些问题，本文描述的各种实施例针对具有被配置为执行光学和电化学测定(例如，安培分析物测定、电位分析物测定或电导(conductometric)测定)的通用信道电路系统的设备和系统，以及使用通用信道电路系统执行光学和电化学测定的方法。通用信道电路系统的独特之处在于它在某些方面不是硬连线的。代替地，如本文所使用的，“通用信道电路系统”被定义为具有电子开关能力的电路系统，使得任何接触引脚以及因此测试设备中的任何传感器接触焊盘都可以连接到一个或多个能够采取一种或多种测量模式或配置的信道(例如，十二个电位信道、四个安培信道、两个电导信道之一，等等)。特别地并且根据本发明的各个方面，通常被配置为独立地操作安培、电位和电导传感器的硬连线的电路系统已经被进一步开发为通用地操作安培、电位和电导传感器，并且附加地操作发光二极管(LED)和光电二极管(PD)以在测试设备中执行光学测定，如本文中进一步详细讨论的。
在一个实施例中，提供了一种用于对生物样本进行光学测定的系统。该系统包括(i)分析器，该分析器包括：端口、多端子连接器、处理器、耦合到处理器的存储器以及通用信道电路系统，其中通用信道电路系统电连接到多端子连接器；以及(ii)测试盒，该测试盒包括多个分立的连接器触点、流体连接到导管的样本接纳室以及分析物测定区域，该分析物测定区域包括：导管的一部分、诸如发光二极管(LED)之类的光发射器以及诸如光电二极管(PD)之类的光传感器或检测器。测试盒可插入到端口中，使得多端子连接器与多个分立的连接器触点电接触。存储器用指令集进行编码，该指令集被配置为执行光学分析物测定和以下当中的至少一个：安培分析物测定、电位分析物测定和电导测定。为了执行光学分析物测定，(i)通用信道电路系统经由多个分立的连接器触点中的至少一个连接器触点和多端子连接器电连接到光发射器，(ii)通用信道电路系统经由多个分立的连接器触点中的至少一个连接器触点和多端子连接器电连接到光检测器，(iii)通用信道电路系统被配置为驱动光发射器以生成被投射到导管的该部分中的光，(iv)光检测器被配置为将从导管的该部分接收的光转换成输出信号，以及(v)通用信道电路系统被配置为将光检测器的输出信号转换成与从导管的该部分接收的光成比例的分析物信号。为了执行安培分析物测定、电位分析物测定和电导测定中的至少一项，通用信道电路系统能电连接到安培电极、电位电极和电导电极中的至少一个。
有利地，这些方法为设备、系统和方法在测试设备设计方面提供了更大的灵活性，包括：(i)任何给定测试设备中的测试的组合，(ii)任何给定传感器芯片上的测试的组合，(iii)测试设备内的传感器的位置；(iv)扩展分析器的用途，以执行各种类型的测定而无需硬件改变，以及(v)增加护理点测试机会。此外，这些方法还可以减少用于制造针对各种测试的所有不同测试设备的不同测试设备底座(其容纳传感器芯片)的数量。
系统环境
图2是在各种实施例中实现的计算系统200的示例性体系架构。计算系统200仅是合适的计算系统的一个示例，并且无意于暗示对各种实施例的使用范围或功能的任何限制。而且，计算系统200不应当被解释为具有与计算系统200中所示的部件中任何一个或部件的组合相关的任何依赖性或要求。
如图2中所示，计算系统200包括计算设备205。计算设备205可以驻留在网络基础设施上(诸如云环境内)，或者可以是分离的独立计算设备(例如，如关于图1所描述的在诸如分析器110之类的分析器的环境内实现的计算设备)。计算设备205可以包括一个或多个输入设备210、一个或多个输出设备212、总线215、处理器220、存储设备225、系统存储器(硬件设备)230以及通信接口235。
一个或多个输入设备210可以包括允许操作者向计算设备205输入信息的一个或多个机构，诸如但不限于触摸板、拨盘、点击轮、滚轮、触摸屏、一个或多个按钮(例如，键盘)、鼠标、游戏控制器、轨迹球、麦克风、相机、接近传感器、光检测器、运动传感器、生物特征传感器及其组合。一个或多个输出设备212可以包括向操作者输出信息的一个或多个机构，诸如但不限于音频扬声器、耳机、音频线路输出、视觉显示器、天线、红外端口、触觉反馈、打印机或其组合。
总线215允许计算设备205的部件之间的通信。例如，总线215可以是若干类型的总线结构中的任何一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线以及本地总线，使用各种总线体系架构中的任何一种来提供一个或多个有线或无线通信链路或路径以用于将数据和/或电力传送到计算设备205的各个其它部件、从计算设备205的各个其它部件传送数据和/或电力或者在计算设备205的各个其它部件之间传送数据和/或电力。
处理器220可以是一个或多个集成电路、印刷电路、控制器、微处理器或专门的专用处理器，其包括可操作以解释和执行计算机可读程序指令(诸如用于控制计算设备205的各个其它部件中的一个或多个的操作和执行以实现本文讨论的实施例的功能、步骤和/或执行的程序指令)的处理电路系统。在某些实施例中，处理器220解释并执行可以由计算机可读程序指令可操作地实现的处理、步骤、功能和/或操作。例如，处理器220可以接收指示测试盒的类型的信号；基于测试盒的类型来确定测试盒具有连接到光发射器的第一触点以及连接到光检测器的第二触点；经由第一触点和对应的第一引脚将第一信道指派给光发射器；经由第二触点和对应的第二引脚为光检测器指派第二信道；将第一信道的电路系统切换到电流驱动模式；将第二信道的电路系统切换到电流测量模式；使用第一信道向光发射器施加驱动电流；使用第二信道将从光检测器接收的输出信号转换成与光检测器检测到的光的量成比例的可测量的电压或分析物信号；以及基于可测量的电压或分析物信号确定与生物样本或样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。在一些实施例中，由处理器220获得或生成的信息(例如，测试盒的类型、用于信道的电路配置(包括每个开关元件是否应当打开/关闭)、用于各种操作的计数(tally)、输出电流、查找表、要施加的电位等)可以存储在存储设备225中。在某些实施例中，处理器220可以包括用于控制导管的一部分中的生物样本或样品的温度的热控制器。
在各种实施例中，处理器220包括专用集成电路240，该专用集成电路240包括通用信道电路系统245和模拟到数字信号转换器247。在其它实施例中，处理器220与包括通用信道电路系统245的专用集成电路240通信。专用集成电路240是被定制为执行多种功能的集成电路(IC)，这些功能包括模拟到数字信号接口、电流到电压转换、多路复用、电阻器选择、信号放大、电位和电导生成和/或测量以及多种类型的测定的执行。通用信道电路系统245包括可以结合计算机可读程序指令、数据结构、程序模块和其它数据来实现的电路系统，以在各种模式或配置(例如，电位模式、安培模式、电导模式、光学模式等)之间切换并且有助于多种类型的测定的执行。
存储设备225可以包括可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机可读介质，诸如但不限于非暂态机器可读存储介质(诸如磁和/或光记录介质及其对应的驱动器)。驱动器及其相关联的计算机可读介质提供了计算机可读程序指令、数据结构、程序模块和其它数据的存储，以用于计算设备205的操作。在各种实施例中，存储设备225可以存储操作系统250、应用程序255和/或程序数据260。在一些实施例中，应用程序255和/或程序数据260可以包括数据库、索引或表以及算法(例如定性、半定量或定量值算法，其包括用于确定生物样品和/或样本中目标分析物的存在和/或量的组成；用于基于检测到的电导确定生物样本在测试设备中的位置的位置确定算法；以及用于基于检测到的跨生物样本的电导确定生物样本的血细胞比容(hematocrit)的血细胞比容确定算法)，它们提供了执行处理器220的指令。
系统存储器230可以包括一种或多种存储介质，包括例如非暂态机器可读存储介质(诸如闪存)、永久存储器(诸如只读存储器(“ROM”))、半永久存储器(诸如随机存取存储器(“RAM”))、任何其它合适类型的非暂态存储部件或它们的任意组合。在一些实施例中，包括诸如在启动期间帮助在计算设备205的各种其它部件之间传送信息的基本例程的输入/输出系统265(BIOS)可以存储在ROM中。此外，可被处理器220访问和/或当前被处理器220操作的数据和/或程序模块270(诸如操作系统250、应用程序255和/或程序数据260的至少一部分)可以包含在系统存储器230中。
通信接口235可以包括使计算设备205能够与远程设备或系统(诸如其它分析器、医院信息系统、移动设备或其它计算设备(诸如例如联网环境(例如，云环境)中的服务器))通信的任何类似收发器的机构(例如，网络接口、网络适配器、调制解调器或其组合)。例如，计算设备205可以使用通信接口235经由一个或多个局域网(LAN)和/或一个或多个广域网(WAN)连接到远程设备或系统。
如本文中所论述的，计算系统200可以被配置为执行一个或多个分析测试(例如，光学测定和/或电化学测定)。特别地，响应于处理器220执行包含在非暂态机器可读存储介质(诸如系统存储器230)中的程序指令，计算设备205可以执行任务(例如，处理、步骤、方法和/或功能)。程序指令可以从诸如数据存储设备225之类的另一个计算机可读介质(例如，非暂态机器可读存储介质)或者经由通信接口235从另一个设备或者从位于云环境之内或之外的服务器被读取到系统存储器230中。在一些实施例中，可以使用计算系统200的硬连线的电路系统来代替程序指令或与程序指令结合来实现与本文讨论的不同方面一致的任务(例如步骤、方法和/或功能)。因此，可以以硬件电路系统和软件的任意组合来实现本文公开的步骤、方法和/或功能。
测试设备或盒
在一个实施例中，如图3所示，测试设备或盒300(例如，如参考图1描述的测试设备105)包括顶部305(例如，盖子)和底部310(例如，底座)，其中安装有至少一个具有电触点的微制造传感器芯片315和含有流体(例如，校准流体、稀释流体和/或清洗流体)的袋子(pouch)320。该至少一个传感器芯片315可以定位在凹进区域318中并且被配置为基于流体样本(例如，来自患者的血液样本)中具体化学物质的浓度来生成电信号。在一些实施例中，袋子320中的流体的组成选自水、校准流体、试剂流体、控制流体、清洗流体及其组合所组成的组。垫圈(gasket)325可以位于顶部305和底部310之间，以将它们结合在一起，并在盒300内定义和密封若干腔体和导管。如图3所示，垫圈325可以基本上覆盖盒300的顶部305和底部310之间的整个区域，或者可以仅位于预定结构特征件(例如，盒300的至少一个传感器芯片315(未示出))之上和之间。垫圈325可以包括孔口330，以使得顶部305和底部310的结构特征件之间能够物理、流体和/或气体连通。垫圈325可以具有或可以不具有粘合表面，并且可以在其两侧都具有粘合表面，即，形成双面粘合层。
如图4A-图4J中所示，在一些实施例中，测试设备或盒400(例如，如参考图3描述的盒300)具有壳体，该壳体包括由材料的刚性区和柔性区形成的顶部402(例如，盖)和底部404(例如，底座)。如图4A-图4J中所示，盖402和底座404的刚性区(非阴影部分)分别优选地各自是单个连续区；但是，模制工艺可以提供多个不连续的基本刚性的区。盖402和底座404的柔性区(阴影部分)分别优选地是若干不连续的区的集合。例如，围绕可移位膜(membrane)的柔性区可以与在可闭合的密封构件处的柔性区分开并且不同。可替代地，柔性区可以包括单个连续区。
感测设备或盒400还包括可密封的样本进入端口406和用于闭合样本进入端口406的可闭合的密封构件408、位于样本进入端口406下游的样本接纳室410、毛细管止动件(capillary stop)412、在样本接纳室410和传感器区域414(即，分析物测定区域)之间的可选的过滤器413以及位于传感器区域414下游的废物室416。过滤器413可以被配置为保留来自生物样本的血细胞并允许血浆通过进入传感器区域414。优选地，样本接纳室410的一部分的横截面积相对于样本进入端口406朝远侧减小。袋子(例如，关于图3描述的袋子320)可以部署在凹进区域420中并且与通向传感器区域414的导管422流体连通，可选地经由导管424。该袋子可以具有美国专利No.5,096,669或更优选地美国专利No.8,216,529中描述的设计，这两个专利都通过引用整体并入本文。凹进区域420优选地包括尖刺425，该尖刺425被配置为在例如通过读取器或分析器(例如，如关于图1描述的分析器110)将力施加到袋子上时使袋子破裂。一旦袋子破裂，该系统就被配置为将流体物质从袋子输送到导管422中。流体进入导管422和到传感器区域414和/或在导管424内的移动可以由泵(例如，连接到(一个或多个)导管422或424的气动泵)实现。优选地，气动泵包括由壳体的柔性区427的一部分形成的可移位膜426，该柔性区427的一部分形成在凹进区域或气囊428上。在图4A-图4J所示的实施例中，在反复压下可移位膜426后，设备经由导管429和430泵送，从而使得来自破裂的袋子的流体流经导管422，可选地流入导管424，并经由导管431流过传感器区域414。
在一些实施例中，可闭合的密封构件408包括形成密封构件432的刚性区的一部分和形成密封件433的柔性区的一部分。当处于闭合位置时，密封构件408可以绕铰链434旋转并使密封件433与样本进入端口406接合，从而提供气密性密封。可替代地，可以通过在热塑性弹性体(TPE)上接触两种柔性材料(例如TPE)来形成气密密封。可选地，可密封的样本进入端口406还包括排气孔(未示出)。在替代实施例中，刚性区的一部分形成密封构件，而柔性区的一部分形成围绕样本进入端口的周边密封件，由此当处于闭合位置时，密封构件可以绕铰链旋转并接合周边密封件，从而提供气密密封。可替代地，周边密封件可以通过两种柔性材料的接触来形成。在又一个实施例中，密封构件可以包括如在待审的美国专利No.7,682,833中描述的可滑动的闭合元件，该专利的全部内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，传感器区域414包含传感器阵列，该传感器阵列包括用于一种或多种不同分析物(或血液测试)的一个或多个传感器。例如，传感器阵列可以包括用于一种或多种不同分析物(或血液测试)的电化学传感器和/或光学传感器。电化学传感器可以包括在基本平面的芯片(例如，微制造的传感器芯片，诸如关于图3描述的至少一个传感器芯片315)上的基座传感器或感测电极，其中感测电极定位在用于接纳与试剂混合的样本的导管431中。光学传感器可以包括在基本平面的芯片(在一些实施例中，包括电化学传感器的同一传感器芯片)上的一个或多个光发射器(例如，LED)和一个或多个光检测器(例如，PD)，其中一个或多个光发射器和一个或多个光检测器定位在导管431附近，用于通过导管431传输和接收光，导管431包括可选地与试剂混合的样本。在替代实施例中，传感器阵列包括用于多种不同分析物(或血液测试)的多个传感器。因而，盒400可以具有各自具有至少一个传感器的一个或多个传感器区域414。
优选地，导管431的至少一部分包括在大约0.1mm至大约4mm范围内的均匀宽度尺寸，以及在大约0.1mm至大约4mm范围内的均匀高度尺寸。如本文所使用的，术语“基本上”、“近似”和“大约”被定义为在很大程度上但不一定全部是所指定的(并且包括全部是所指定的)，如本领域的普通技术人员所理解的那样。在任何公开的实施例中，术语“基本上”、“近似”或“大约”可以被替换为所指定的“在[百分比]内”，其中百分比包括百分之0.1、1、5和10。
在各种实施例中，传感器凹部(recess)414包括多个LED和多个PD。可以将多个LED和多个PD配对，使得传感器凹部414包括多个成对的LED和PD。多个LED和PD或多个成对的LED和PD可以位于相对于导管431分立的位置。在某些实施例中，每对LED和PD与其他对LED和PD基本上光学隔离。例如，成对的LED和PD可以彼此隔开预定距离和/或在彼此之间包括过滤结构，使得每对LED和PD与其它成对的LED和PD基本上光学隔离。
传感器对其响应的分析物/特性可以选自人绒毛膜促性腺激素、pH、分压CO2、分压O2、葡萄糖、乳酸、肌酐、尿素、钠、钾、氯、钙、镁、磷酸盐、血细胞比容、凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、D-二聚体、前列腺特异性抗原(PSA)、肌酸激酶-MB(CKMB)、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白I(TnI)、心肌肌钙蛋白(cTnI)、人绒毛膜促性腺激素、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C、肌红蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、半乳糖凝集素3、前列腺特异性抗原(PSA)、甲状旁腺激素(PTH)、半乳糖凝集素-3、天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、白蛋白、总蛋白、胆红素、碱性磷酸酶(ALP)等及其组合。优选地，分析物在作为全血的液体样本中进行测试，但是可以使用其它样本，包括血液、血清、血浆、尿液、脑脊髓液、唾液及其修正形式。修正可以包括稀释、浓缩、添加诸如抗凝剂之类的试剂等。无论样本类型如何，都可以通过盒400的样本进入端口406而被容纳。
盒400还可以包括位于凹进区域420上方的柔性区436的一部分426，该部分426被配置为像泵一样被致动以在凹进区域420内施加压力。在一些实施例中，柔性区436可以包括通用符号描述，以向用户指示用户不应当将压力施加到柔性区436。例如，符号可以包括带有横杆的压花圆(embossed circle)。柔性区436的该部分提供了可以容纳分析器(例如，如参考图1描述的分析器110)的致动器特征的表面，以施加力并使在凹进区域420中的下面的袋子破裂。柔性区436中的塑料的厚度可以优选地从大约200μm至大约800μm，例如大约400μm。本质上，柔性区436应当足够薄以易于弯曲，但又应当足够厚以保持物理完整性而不会撕裂。
传感器和芯片设计
在一个实施例中，微制造的传感器芯片(例如，关于图3描述的至少一个传感器芯片315)包括至少一个传感器或换能器(例如，电化学传感器和/或光学传感器)。例如，微制造的传感器芯片可以包括电化学传感器或光学传感器。可替代地，微制造的传感器芯片可以包括传感器阵列，该传感器阵列至少包括第一传感器(例如，电化学传感器)和第二传感器(例如，光学传感器)。在一些实施例中，传感器可以在硅芯片、塑料、聚酯、聚酰亚胺或硅平面基板、塑料、聚酯、聚酰亚胺或硅基板、透明塑料、聚酯、聚酰亚胺或硅基板、印刷电路板(PCB)等上单个地或作为传感器阵列内的相邻结构来制造。
在各种实施例中，电化学传感器中的一个或多个可以被形成为具有金表面的电极，该金表面涂覆有光定义的(photo defined)聚酰亚胺层，该光定义的聚酰亚胺层包括开口以定义小金电极(例如，金微阵列电极)的网格，电活性物质可以在该网格处被氧化。例如，如图5A中所示，可以实现传感器芯片的优选实施例的晶片级微制造。具有平坦的顶表面和底表面的非导电基板500可以用作传感器芯片的底座。可以通过常规手段(例如，丝网印刷或本领域技术人员已知的微制造技术)将导电层505沉积在基板500上，以形成至少一个组件(例如，微阵列电极)。导电层505可以包括诸如金、铂、银、钯、铱之类的贵金属或其合金，但是也可以使用诸如钛和钨之类的其它非反应性金属或其合金，因为也可以使用石墨、导电聚合物或其它材料的许多非金属电极。微制造的传感器芯片还可以包括将电极连接到导电引脚的电连接件510，诸如临时(接通和断开)电连接器。
在一些实施例中，电化学传感器中的一个或多个可以在15μm的中心上包括5μm-10μm的贵金属盘(例如7μm的贵金属盘)的阵列。贵金属盘或电极的阵列可以覆盖一个区域，例如圆形区域，直径为近似300μm至900μm，可选地为400μm至800μm或大约600μm，并且可以通过在由包括Si、SiO2、TiW和/或Au或其组合的一系列层制成的基板上对厚度达1.5μm的聚酰亚胺或光致抗蚀剂的薄层进行光图案化来形成。在一些实施例中，电极具有大约130000至300000平方微米的工作面积(即，微电极)，在电极正上方的样本的体积可以为大约0.1μL-0.3μL，并且在传感器芯片上方的样本的体积可以为1μL-3μL。根据本发明的这些方面，在电极的区域(例如，关于图4A-图4J描述的一个或多个传感器凹部414)中的导管(例如，关于图4A描述的导管431)具有小于大约6μL至大约1平方mm的体积与传感器面积比。
在各种实施例中，光学传感器中的一个或多个可以被形成为在基本上平面的芯片(在一些实施例中，包括电化学传感器的同一传感器芯片)上的一个或多个光发射器(例如，LED)以及一个或多个光检测器(例如，PD)。例如，如图5B中所示，可以实现传感器芯片的优选实施例的晶片级微制造。具有平坦的顶表面和底表面的非导电基板500可以用作传感器芯片的底座。可以通过常规手段(例如。本领域技术人员已知的微制造技术)在基板500上提供或形成一个或多个光发射器515以及一个或多个光检测器520，以形成至少一个发射器和检测器。微制造的传感器芯片还可以包括电连接件525(例如，包括多个分立的触点的电连接件)，该电连接件将一个或多个光发射器515以及一个或多个光检测器520连接到一个或多个导电引脚(诸如，临时电连接器)。
在一些实施例中，一个或多个光发射器515包括LED。例如，可以使用例如从405nm(近紫外光)-850nm(近红外)的多波长LED来覆盖各种测试，或者可以使用单波长LED来增加照明功率。用于各种分析物的测量(吸收率的增量)的典型波长是已知的，并取决于实际的测定设计，例如对于总胆红素为467nm和550nm，对于白蛋白为600nm和550nm，对于总蛋白为550nm和850nm，以及400nm和460nm以区分结合的和未结合的胆红素。诸如这些的波长选择可以由本领域普通技术人员来实现。可替代地，可以使用具有或不具有过滤器的其它光源，而不脱离本发明的精神和范围。可以选择LED的尺寸以适合测试设备的其它部件(例如，导管或传感器区域)，例如，可以使用作为表面安装(SMD)和芯片规模封装(CSP)可用的LED来适合各种测试设备。典型的薄型芯片LED具有行业标准1.6mm×0.8mm占位面积(footprint)，这提供了高效的光投射和低功耗。LED通常是电流驱动的，并且需要大于2V的电压和小于1mA的电流来接通。根据本发明的各个方面，LED的驱动可以在1V-5V和0.1mA-1.5mA的范围内，例如基本上为3V和0.5mA。
在一些实施例中，一个或多个光检测器520包括(一个或多个)PD，例如，具有夹在p型半导体区域和n型半导体区域之间的未掺杂本征半导体区域的(一个或多个)硅光电PIN二极管。PIN二极管的频谱响应可以在400nm至1000nm的范围内。可替代地，可以使用具有或不具有过滤器来控制波长的其它光传感器或检测器，而不脱离本发明的精神和范围。这提供了覆盖LED波长的宽频谱的能力。可以选择PIN二极管的尺寸以适合测试设备的其它部件(例如，导管或传感器区域)，例如，可以使用作为表面安装(SMD)和芯片规模封装(CSP)可用的PIN二极管来适合各种测试设备。典型的薄型PIN二极管具有行业标准2.0mm×1.25mm占位面积，这提供了高效的光检测和低功耗。根据本发明的各个方面，PIN二极管的灵敏度可以在0.5uA/cm2-4uA/cm2的范围内，例如基本上为1uA/cm2。
可以利用微制造技术(例如，光刻和等离子体沉积)在受限空间中构造多层传感器结构。例如，在通过引用整体并入本文的美国专利No.5,200,051中公开了用于在硅基板上微制造电化学传感器的方法，并且方法包括例如分配方法、将基质和试剂附着到包括光形成的层的表面的方法以及用于执行电化学测定的方法。
如图6A中所示，在一些实施例中，微制造的传感器芯片600包括传感器605(例如，光学传感器)。传感器605可以由定位在传感器芯片600的围绕导管620的区域中的一个或多个光发射器610(例如，LED)和一个或多个光检测器615(例如，PD)构成。传感器605可以经由布线625、630、632和635分别连接到第一导电触点640、第二导电触点645、第三导电触点650和第四导电触点652(例如，临时电连接器)。优选地，基于印刷和性能特点(例如，最小化多个传感器之间的干扰、最大化光通过导管和生物样品的透射、避免干扰光、尺寸约束等)来选择传感器芯片600上的一个或多个光发射器610、一个或多个光检测器615、布线625、630、632和635和/或导电触点640、645、650和652的设计和布置。但是，本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可预期部件的任何设计或布置。
在某些实施例中，由于辐射(即，光)与导管620中的生物样本的相互作用，传感器605被配置为测量依据频率或波长变化的辐射的吸收。根据这些方面，传感器605包括一个或多个光发射器610，这些光发射器610被布置为将一个或多个波长的入射光655传输到具有生物样本的导管620中。在入射光655撞击样本后，与目标分析物或有色物质的能隙匹配的光子被吸收，其中该有色物质与生物样品中存在的目标分析物的存在相关。其它光子不受影响地透射通过导管620和生物样品。传感器605还包括一个或多个光检测器615，这些光检测器615被布置为收集透射通过导管620和生物样本的光660的光子，并将透射的光660的光子转换成电流。通过比较透射光660相对于入射光655的衰减，可以获得吸收频谱以识别生物样品中目标分析物的存在和/或浓度。
布线625、630、632和635可以形成有金表面，该金表面可选地涂覆有光定义的聚酰亚胺或光致抗蚀剂层，使得布线625、630、632和635避免暴露于传感器区域的环境(例如，部署在导管620内的生物样本)。布线625、630、632和635分别终止于第一导电触点640、第二导电触点645、第四导电触点652和第三导电触点650(例如，如关于图1所描述的分立的连接器触点150)，这些导电触点被用于与分析器(例如，如美国专利No,4,954,087中所述的
Figure BDA0002351291960000221
盒读取器，该专利的全部内容通过引用并入本文)中的连接器(例如，如关于图1描述的多端子连接器155)电接触。
如图6A和图6B中所示，在一些实施例中，在微制造的传感器芯片600的至少一部分的上方和/或周围提供遮光罩或反射器665，以将入射光655朝着一个或多个光检测器615反射和/或最小化或基本上阻止干扰环境光(例如，环境室内光)被一个或多个光检测器615检测到。在某些实施例中，遮光罩或反射器665定位在整个微制造的传感器芯片600的上方和/或周围。在其它实施例中，遮光罩或反射器665定位在导管620和传感器605的区域的上方和/或周围。在还有其它实施例中，遮光罩或反射器665是导管620的表面。此外，关于图4A-图4J描述的盒壳体可以全部或部分地由黑色或不透明的塑料材料制成，以最小化到达导管620并撞击一个或多个光检测器615的杂散环境光。而且，应当理解的是，如图1中所示，将盒150插入到分析器110的端口120中也可以有助于确保传感器605(例如，光学传感器)免受杂散环境光的影响。
在一些实施例中，传感器芯片600的一部分(例如，基板的顶表面)、导管620(例如，关于图4A-图4J描述的导管431)的壁和/或样本室(例如，关于图4A-图4J描述的样本保持室410)的壁可以涂覆有一种或多种干燥试剂以修正生物样本。例如，传感器芯片600可以包括涂覆有针对感兴趣的分析物的基质和/或反应物的试剂区域667。
等式(1)中示出了可以用于检测ALP的一种或多种干燥试剂：
Figure BDA0002351291960000231
等式(2)中示出了可以用于检测ALT的一种或多种干燥试剂：
Figure BDA0002351291960000232
Figure BDA0002351291960000233
Figure BDA0002351291960000234
Figure BDA0002351291960000235
Figure BDA0002351291960000236
Figure BDA0002351291960000237
等式(3)中示出了可以用于检测AST的一种或多种干燥试剂：
Figure BDA0002351291960000238
Figure BDA0002351291960000239
Figure BDA00023512919600002310
Figure BDA00023512919600002311
Figure BDA00023512919600002312
Figure BDA00023512919600002313
Figure BDA00023512919600002314
等式(4)中示出了可以用于检测胆红素的一种或多种干燥试剂：
Figure BDA0002351291960000241
Figure BDA0002351291960000242
以及，等式(5)示出了可以用于检测总蛋白的一种或多种干燥试剂：
Figure BDA0002351291960000243
Figure BDA0002351291960000244
在各种实施例中，试剂区域667可以由容纳环(containment ring)结构668定义。在一些实施例中，容纳环结构668是聚酰亚胺或另一光刻产生的层的疏水环(hydrophobicring)。可以将以某种形式含有一种或多种干燥试剂的微液滴或若干微液滴(尺寸近似为5nL-40nL)或一系列大约100个纳米液滴(尺寸近似为50pL至1000pL)分配或印刷在传感器芯片600的表面上。光定义的环结构668包含这种水性液滴，从而允许试剂区域667被定位到几微米的精度。试剂区域667可以由0.03至近似2mm2尺寸制成。在本实施例中，这个尺寸的上端受到导管和传感器芯片700的尺寸的限制，而不是本发明的限制。
生物样本或流体可以在干燥试剂(例如，试剂区域667)上方通过至少一次以将试剂溶解在生物样本或流体内。在生物样本或流体的区段内，试剂可以优先溶解和浓缩在区段的预定区域内。这是通过控制区段的位置和移动来实现的。因此，例如，如果区段的仅一部分(诸如前缘)在试剂上方往复运动，那么可以在靠近前缘的位置实现试剂的高局部浓度。可替代地，如果期望试剂的均匀分布，例如，如果定量分析要求已知浓度的试剂，那么样本或流体的进一步往复运动将导致混合和均匀分布。
在某些实施例中，分析器的通用信道电路系统经由第一导电触点640向传感器605的一个或多个光发射器610施加驱动电流(例如，大于2V的电压和小于1mA的电流)，并且经由第二导电触点645测量来自一个或多个光发射器610的输出电流。输出电流从第二导电触点645被引导进入通用信道电路系统。通用信道电路系统的(一个或多个)反馈电阻器设置了0.5mA至4mA的标称范围，例如基本上为2mA，这可以在高达4V处提供超过1mA。(一个或多个)反馈电阻器能够建立恒定电流以在预定的时间段内经由第一导电触点640连续地驱动一个或多个光发射器610。一个或多个光检测器615将输出电流(即，由从一个或多个光发射器610接收的光660的光子转换的电流)引导到第三导电触点650。第四触点652提供返回路径。输出电流从第三导电触点650被引导进入通用信道电路系统中并被转换成与由一个或多个光检测器615检测到的光的量成比例的可测量的电压。处理器(例如，关于图2描述的处理器220)将可测量的电压转换成与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。
在各种实施例中，传感器芯片600还可以包括电导传感器(例如，血细胞比容传感器)。电导传感器被配置为确定生物样本到达和/或离开传感器605。更具体而言，电导传感器垂直于导管620的长度放置，并且电导传感器的电极对之间的电阻可以被用于监视生物样本的流体前沿的相对位置。例如，在极端情况下，开路读数可以指示生物样本已经被推离传感器605，而闭路读数可以指示传感器605被生物样本覆盖。
如图6A中所示，电导传感器可以包括分别位于一个或多个光发射器610和一个或多个光检测器615的下游和上游的至少两个电极670和675(即，电极对)。电极670和675可以经由布线680和685分别连接到可以用作电导低引脚的第一导电触点(诸如第二导电触点645)以及可以用作交流电源或电导高引脚的第二导电触点(诸如第四导电触点652)。布线680和685可以形成有金表面，该金表面涂覆有光定义的聚酰亚胺或光致抗蚀剂层，使得布线680和685避免暴露于部署在导管内的生物样本。照此，在一些实施例中，生物样本或流体在经过电极670上方之后到达感测区域695，然后生物样本在经过电极675之后随后离开感测区域695。
如图7A和图7B中所示，在替代实施例中，微制造的传感器芯片700包括多个光学传感器7051、7052、...、705N。每个传感器705可以由一个或多个光发射器710(例如，LED)和一个或多个光检测器715(例如，PD)构成。如图7A中所示，在一些实施例中，多个光学传感器7051、7052、...、705N可以被制造为传感器芯片700的在导管720附近(例如，在下方、在上方或邻近)的区域中的相邻结构。但是，为了使每个传感器705准确地检测与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值，在某些实施例中将各个传感器705定位在光学上不同的区域中可以是有益的。例如，第一传感器7051可以使用一个或多个光发射器7101来生成由一个或多个光检测器7151检测的第一波长的光，并且第二传感器7052可以使用一个或多个光发射器7102来生成由一个或多个光检测器7152检测的第二波长(与第一波长相同或不同)的光。为了确保来自第一传感器7051的入射光和透射光不干扰第二传感器7052，反之亦然，可以将第一传感器7051和第二传感器7052以预定距离彼此间隔开成光学上不同的区域。在某些实施例中，第一传感器7051和第二传感器7052以预定距离“x”彼此间隔开，该预定距离“x”为至少0.3mm，优选地至少为0.6mm。
如图7B中所示，在其它实施例中，多个光学传感器7051、7052、...、705N可以被制造在传感器芯片700的在相应导管720附近(例如，在下方、在上方或邻近)的分离区域中。但是，为了使每个传感器705准确地检测与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值，在某些实施例中将各个传感器705定位在光学上不同的区域中可以是有益的。例如，位于第一导管7201附近(例如，在下方、在上方或邻近)的第一传感器7051可以使用一个或多个光发射器7101来生成由一个或多个光检测器7151检测的第一波长的光，并且第二导管7202附近(例如，在下方、在上方或邻近)的第二传感器7052可以使用一个或多个光发射器7102来生成由一个或多个光检测器7152检测的第二波长(与第一波长相同或不同)的光。为了确保来自第一传感器7051的入射光和透射光不干扰第二传感器7052，反之亦然，可以将第一传感器7051和第二传感器7052以预定距离彼此间隔开成光学上不同的区域。在某些实施例中，第一传感器7051和第二传感器7052以预定距离“x”彼此间隔开，该预定距离“x”为至少0.5mm，优选地至少为0.9mm。
在某些实施例中，第一传感器7051可以分别经由布线725、730和735连接到第一导电触点740、第二导电触点745和第三导电触点750(例如，临时电连接器)。此外，第二传感器7052可以分别经由布线755、760和765连接到第一导电触点770、第二导电触点775和第三导电触点780(例如，临时电连接器)。传感器芯片700上的第一传感器7051、第二传感器7052、布线725、730、735、755、760和765和/或导电触点740、745、750、770、775和780的设计和布置优选地基于印刷和性能特点(例如，最小化多个传感器之间的干扰、最大化光通过导管和生物样品的透射、避免干扰光、尺寸约束等)来选择。但是，本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可预期传感器的任何设计或布置。此外，虽然在图7A和图7B中示出了第二传感器7052被放置在第一传感器7051的下游，但是应当理解的是，可预期本发明的替代实施例，例如，第二传感器7052被放置在第一传感器7051的上游。
为了简洁起见，这里不重复关于图6A和图6B中的传感器芯片600描述的附加结构和处理。但是，本领域普通技术人员应当理解的是，可以关于传感器芯片700包括附加的结构和处理，并且可预期针对附加的结构和处理的任何设计或布置，而不脱离本发明的精神和范围。
如图8A和图8B中所示，在替代实施例中，微制造的传感器芯片800包括第一传感器805(例如，光学传感器)和可选的第二传感器810(例如，安培传感器)。第一传感器805可以由在传感器芯片800的第一区中的一个或多个光发射器(例如，LED)和一个或多个光检测器(例如，PD)构成，如关于图6A类似地描述的。第二传感器810可以由覆盖传感器芯片800的第二区中的区域的金属盘或电极的阵列构成。第一传感器805和第二传感器810可以分别制造为传感器芯片800上的相邻结构。但是，为了使传感器芯片800准确地检测与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值，第一传感器805和第二传感器810可以彼此间隔开预定距离“x”。例如，第一传感器805可以与第二传感器810间隔至少0.3mm，优选地至少0.6mm。
如图8A中所示，在一些实施例中，第一传感器805可以分别经由布线815、817和820连接到第一导电触点822、第二导电触点825和第三导电触点827(例如，临时电连接器)，并且第二传感器810可以经由布线830连接到第四导电触点832(例如，临时电连接器)。在一些实施例中，第一传感器805可以被配置为光学传感器，而第二传感器810可以被配置为电化学传感器，这两者都在单个传感器芯片800上形成并且被定位在护理点测试盒的一个或多个导管附近或之内。虽然在图8A中示出了第二传感器810被放置在第一传感器805的下游，但是应当理解的是，本发明的替代实施例预期其它布置，诸如将第二传感器810放置在第一传感器805的上游。
如图8B中所示，在其它实施例中，第一传感器805可以经由布线815、817和820连接到第一导电触点822、第二导电触点825和第三导电触点827(例如，临时电连接器)，并且第二传感器810可以经由布线830连接到第三导电触点827(例如，临时电连接器)。在一些实施例中，第一传感器805可以被配置为光学传感器，而第二传感器810可以被配置为电化学传感器，这两者都在单个传感器芯片800上形成并且被定位在护理点测试盒的一个或多个导管附近或之内。虽然在图8B中示出了第二传感器810被放置在第一传感器805的下游，但是应当理解的是，本发明的替代实施例预期将第二传感器810放置在第一传感器805的上游。
第一传感器805可以由位于传感器芯片800的第一区中的一个或多个光发射器835(例如，LED)和一个或多个光检测器840(例如，PD)构成，并且第二传感器810可以由覆盖传感器芯片800的第二区中的圆形区域的金属盘或电极的阵列构成。优选地，基于针对第一传感器805和第二传感器810中的每一个的印刷和性能特点来选择传感器芯片800上的第一传感器805和第二传感器810的设计和布置。但是，本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，传感器的任何设计或布置是可预期的。此外，虽然图8A和图8B中的示例中的第一传感器805和第二传感器810在本文中被描述为光学传感器和安培传感器，但是可以使用其它传感器。例如，可以使用电位传感器来检测离子种类，诸如Na+或K+。
在各种实施例中，第一传感器805是定位在导管845周围的光学传感器。由于辐射(即，光)与导管845中的生物样本的相互作用，第一传感器805可以被配置为测量依据频率或波长变化的辐射的吸收。根据这些方面，第一传感器805可以包括被布置为将一个或多个波长的入射光847传输到具有生物样本的导管845中的一个或多个光发射器835。在入射光847撞击样本后，与目标分析物或有色物质的能隙匹配的光子被吸收，其中该有色物质与生物样品中存在的目标分析物的存在相关。其它光子不受影响地透射通过导管845和生物样本。第一传感器805还可以包括一个或多个光检测器845，这一个或多个光检测器845被布置为收集透射通过导管845和生物样本的光850的光子，并将透射的光子转换成电流。通过比较透射光850相对于入射光847的衰减，可以获得吸收频谱，以识别生物样品中目标分析物的存在和/或浓度。
布线815、817和820可以形成有金表面，该金表面可选地涂覆有光定义的聚酰亚胺或光致抗蚀剂层，使得布线815、817和820避免暴露于传感器区域的环境(例如，部署在导管845内的生物样本)。布线815、817和820分别终止于第一导电触点822、第二导电触点825和第三导电触点827(例如，如关于图1描述的分立的连接器触点150)，这些导电触点被用于与分析器(例如，如美国专利No.4,954,087中描述的
Figure BDA0002351291960000301
盒读取器，该专利的全部内容通过引用并入本文)中的连接器(例如，如关于图1描述的多端子连接器155)电接触。
在一些实施例中，可以在微制造的传感器芯片800的至少一部分上方和/或周围提供遮光罩或反射器855，以将入射光847朝着一个或多个光检测器840反射和/或最小化或基本上阻止干扰环境光(例如，环境室内光)被一个或多个光检测器840检测到。在某些实施例中，遮光罩或反射器855被定位在整个微制造的传感器芯片800上方和/或周围。在其它实施例中，遮光罩或反射器855定位在导管845和第一传感器805的区域上方和/或周围。此外，关于图4A-图4J描述的盒壳体可以全部或部分地由黑色或不透明的塑料材料制成，以最小化到达导管并撞击一个或多个光检测器840的杂散环境光。而且，应当理解的是，如图1中所示，将盒150插入到分析器110的端口120中也可以有助于确保第一传感器805(例如，光学传感器)免受杂散环境光的影响。
在一些实施例中，传感器芯片800的一部分(例如，基板的顶表面)、导管845的壁(例如，关于图4A-图4J描述的导管431)和/或样本室(例如，关于图4A-图4J描述的样本保持室410)的壁可以涂覆有一种或多种干燥试剂以修正用于光学测定的生物样本。例如，传感器芯片800可以包括涂覆有针对感兴趣的分析物的基质和/或反应物的试剂区域857。关于图6A描述了适用于总蛋白、AST、ALT、ALP和胆红素的光学测定的一种或多种干燥试剂。
在各种实施例中，试剂区域857可以由容纳环结构858定义。在一些实施例中，容纳环结构858是聚酰亚胺或另一光刻产生的层的疏水环。可以将以某种形式含有一种或多种干燥试剂的微液滴或若干微液滴(尺寸近似为5nL-40nL)或一系列大约100个纳米液滴(尺寸近似为50pL至1000pL)分配或印刷在传感器芯片800的表面上。光定义的环结构858包含这种水性液滴，从而允许试剂区域857被定位到几微米的精度。试剂区域857可以由0.03至近似2mm2尺寸制成。在本实施例中，这个尺寸的上端受到导管和传感器芯片800的尺寸的限制，而不是本发明的限制。
在某些实施例中，分析器的通用信道电路系统经由第一导电触点822向传感器805的一个或多个光发射器835施加驱动电流(例如，大于2V的电压和小于1mA的电流)，并且经由第二导电触点825测量来自一个或多个光发射器835的输出电流。输出电流从第二导电触点825被引导进入通用信道电路系统。通用信道电路系统的(一个或多个)反馈电阻器设置了0.5mA至4mA的标称范围，例如基本上为2mA，这可以在高达4V处提供超过1mA。(一个或多个)反馈电阻器能够建立恒定电流以在预定的时间段内经由第一导电触点822连续地驱动一个或多个光发射器835。一个或多个光检测器840将输出电流(即，由从一个或多个光发射器835接收的光850的光子转换的电流)引导到第三导电触点827。输出电流从第三导电触点827被引导到通用信道电路系统中并转换成与由一个或多个光检测器840检测到的光的量成比例的可测量的电压。处理器将可测量的电压转换成与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性，半定量或定量值。
第二传感器810可以被形成为具有金表面的电极，该金表面暴露(例如，没有聚酰亚胺或光致抗蚀剂覆盖)于导管845的内部环境并且被配置为直接接触被部署在导管845内的生物样本。布线830可以形成有金表面，该金表面涂覆有光定义的聚酰亚胺或光致抗蚀剂层，使得布线830避免暴露于部署在导管845内的生物样本。布线830可以被形成为包括容纳环结构859。在一些实施例中，容纳环结构859可以被配置为包含固定在电极表面上或附近的捕捉抗体(capture antibodies)。例如，捕捉抗体可以沉积在第二传感器810的在容纳环结构859内的至少一部分上。如关于图8A所示的，布线830终止于第三导电触点827(例如，如关于图1描述的分立的连接器触点150中的一个)，该第三导电触点827被用于与分析器中的连接器(例如，如关于图1描述的多端子连接器155)电接触。可替代地，如关于图8B所示的，布线830终止于第四导电触点832(例如，如关于图1描述的分立的连接器触点150中的一个)，该第四导电触点832被用于与分析器中的连接器(例如，如关于图1描述的多端子连接器155)电接触。
在各种实施例中，第二传感器810是位于导管845中的免疫传感器，用于接纳与抗体-酶偶联物混合的生物样本，该抗体-酶偶联物被配置为结合到生物样本中的目标分析物。第二传感器810可以被配置为检测从基质(例如，4-氨基苯基磷酸酯)与抗体-酶偶联物(例如，与碱性磷酸酶(ALP)结合的一种或多种抗体)的反应中酶促产生的电活性物质(例如4-氨基苯酚)。根据这些方面，第二传感器810包含涂覆有捕捉抗体的一个或多个捕捉区域860，捕捉抗体被配置为与结合到抗体-酶偶联物的目标分析物结合。捕捉区域860可以由容纳环结构859定义。在一些实施例中，容纳环结构859是聚酰亚胺或另一光刻产生的层的疏水环。以某种形式(例如与小珠(bead)或微球体(microsphere)结合)包含捕捉抗体的微液滴或若干微液滴(尺寸近似为5nL-40nL)可以被分配在第二传感器810的表面上。光定义的环形结构859包含这种水性液滴，从而允许捕捉区域860被定位到几微米的精度。捕捉区域860可以由0.03至近似2mm2尺寸制成。在本实施例中，这个尺寸的上端受到导管845和传感器芯片800的尺寸的限制，而不是本发明的限制。
在一些实施例中，传感器芯片800的一部分(例如，基板的顶表面)、导管845(例如，关于图4A-图4J描述的导管431)的壁和/或样本室(例如，关于图4A-图4J描述的样本保持室410)的壁可以涂覆有一种或多种干燥试剂以修正生物样本从而用于电化学测定。例如，传感器芯片800可以包括涂覆有用于感兴趣的分析物的抗体-酶偶联物的试剂区域865。试剂区域865可以由容纳环结构870定义。在一些实施例中，容纳环结构870是聚酰亚胺或另一光刻产生的层的疏水环。可以将以某种形式含有抗体-酶偶联物的微液滴或若干微液滴(尺寸近似为5nL-40nL)或一系列大约100个纳米液滴(尺寸近似为50pL至1000pL)分配或印刷在传感器芯片800的表面上。光定义的环结构870包含这种水性液滴，从而允许试剂区域865被定位到几微米的精度。试剂区域865可以由0.03至近似2mm2尺寸制成。在本实施例中，这个尺寸的上端受到导管和传感器芯片800的尺寸的限制，而不是本发明的限制。
生物样本或流体可以在干燥试剂(例如试剂区域865)上方通过至少一次，以将试剂溶解在生物样本或流体中。用于修正盒内的生物样本或流体的试剂可以包括抗体-酶偶联物、涂覆有捕捉抗体的磁珠或防止测定化合物之间发生特异性或非特异性结合反应的阻断剂(blocking agents)。在生物样本或流体的区段内，试剂可以优先溶解和浓缩在区段的预定区域内。这是通过控制区段的位置和移动来实现的。因此，例如，如果区段的仅一部分(诸如前缘)在试剂上方往复运动，那么可以在靠近前缘的位置实现试剂的高局部浓度。可替代地，如果期望试剂的均匀分布，例如，如果定量分析要求已知浓度的试剂，那么样本或流体的进一步往复运动将导致混合和均匀分布。
在某些实施例中，分析器的通用信道电路系统经由第四导电触点832(图8A)或第三导电触点827(图8B)或者向第二传感器810和参考电极施加电位，并且测量由来自基质的氧化电流生成的电流改变作为电化学信号。电化学信号与生物样本中的分析物的浓度成比例。相对于参考电极，第二传感器810可以具有近似+0mV至90mV(例如60mV)的施加电位，并且在另一个优选实施例中，相对于参考电极，第二传感器810具有近似+40mV的施加电位。在近似+10mV处由酶反应产物产生的信号与在近似+200mV处由未反应的基质产生的信号可以区分开。应当注意的是，用于安培检测基质和分析物的确切电压将取决于基质的化学结构而变化。重要的是，用于检测基质的电压的差异足够大，以防止读数之间的干扰。
在各种实施例中，传感器芯片800还可以包括一个或多个电导传感器867(例如，血细胞比容传感器)。一个或多个电导传感器867被配置为确定生物样本到达和/或离开试剂区域857和865以及生物样本到达和/或离开第一传感器805和第二传感器810。更具体而言，一个或多个电导传感器867垂直于导管845或传感器导管的长度放置，并且传感器的电极对之间的电阻可以被用于监视生物样本的流体前沿的相对位置。例如，在极端情况下，开路读数可以指示生物样本已经被推离试剂区域857或865，而闭路读数可以指示试剂区域857或865被生物样本覆盖。
如图8A和图8B中所示，一个或多个电导传感器867可以包括至少两个电极875和880(即，电极对)(可选地，如图8A所示的第三电极882)。电极875可以定位在第一传感器805的下游并且在试剂区域865的上游，并且电极880可以定位在试剂区域865的下游并且在第二传感器810的上游。如图8A中所示，电极875和880可以分别经由布线885和890连接到用作电导低引脚的第五导电触点892和用作交流电源或电导高引脚的第六导电触点893。可替代地，如图8B中所示，电极875和880可以分别经由布线885和890连接到用作电导低引脚的第一导电触点822和用作交流电源或电导高引脚的第四导电触点895。布线885和890可以形成有金表面，该金表面涂覆有光定义的聚酰亚胺或光致抗蚀剂层，使得布线885和890避免暴露于部署在导管内的生物样本。照此，在一些实施例中，生物样本或流体在离开第一传感器805并经过电极875上方之后到达试剂区域865，然后生物样本随后在离开试剂区域865并经过电极880上方之后到达第二传感器810。
如图9A和图9B中所示，在一些实施例中，微制造的传感器芯片900包括部署在基板910(例如，关于图5B描述的基板500)下方的传感器905(例如，光学传感器)。传感器905可以由一个或多个光发射器915(例如，LED)和一个或多个光检测器920(例如，PD)构成，它们定位在传感器芯片900的位于导管925下方的区域中。传感器905可以经由布线连接到导电触点930。为了使由一个或多个光发射器915生成的入射光935传输到具有生物样本的导管925中，基板910可以由透明材料(例如，透明塑料或诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之类的聚酯基板、液体透明的有机硅聚合物)形成。当入射光935撞击到样本后，与目标分析物或有色物质的能隙匹配的光子被吸收，该有色物质与生物样品中存在的目标分析物的存在相关。光940的其它光子不受影响地透射通过导管925和生物样品，并且经由遮光罩或反射器945反射回一个或多个检测器920。布置一个或多个光检测器920以收集透射通过导管925、生物样本和基板910的光940的光子。一个或多个检测器920将光940的透射的光子转换成电流。
虽然本文针对电连接到某些引脚的某些类型的传感器(例如，光学、电化学和电导传感器)公开了一些实施例，但这并不意图是限制性的。相反，本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可预期传感器和引脚的任何设计或布置。例如，通用信道电路系统被配置为使得任何引脚和连接器连接都可以用作用于光学、安培、电导和/或电位测量的信道，如本文中详细讨论的。
通用信道电路系统
在各种实施例中，计算设备(例如，关于图2描述为驻留在网络基础设施上或在分析器的环境内的计算设备205)包括通用信道电路系统。通用信道电路系统包括电子开关能力，使得测试设备中的任何接触引脚以及因此任何传感器接触焊盘都能够连接到一个或多个测量信道(例如，电位、安培、电导等)。如图10A中所示，通用信道电路系统1000可以包括任意数量n的信道1005(例如，18个信道)，其可以应用于多端子连接器上的数量为m的接触引脚中的任何一个。信道1005可以根据期望组合地被应用到接触引脚、被激活和/或停用。
如图10A和图10B中进一步所示，每个信道1005包括可以使用一个或多个开关1015和存储在分析器的存储器(例如，如关于图2描述的存储设备225)中的计算机可读程序指令、数据结构、程序模块和/或其它数据在各种模式或配置之间切换的电路系统1010。例如，任何信道1005都能够是电位、安培、电导、接地等，并且在一些实施例中，所有信道都默认在通电或重置分析器时接地。在一些实施例中，任何信道都能够是安培信道(灰化的电路系统是在安培测量模式下未使用或切断的电路系统)，其中电路系统1010被切换到安培测量模式作为配置1020，如图10C中所示。如应当理解的，安培测量模式和光学传感器电流测量模式使用相同的信道配置1020以便执行安培测定和光学测定二者。而且，任何信道都能够作为电位信道，并且在一些实施例中，电路系统1010被切换成电位测量模式或配置1030(灰化的电路系统是在电位测量模式下未使用或切断的电路系统)，如图10D中所示。在这些模式或配置中，信道1005主要被配置为测量由光学、安培和电位传感器提供的电流和电压。
根据本发明的各个方面，通用信道电路系统1000被配置为提供至少两个信道之间的电导测量。例如，任何信道1005(A)可以经由第一对引脚和触点被指派给测试设备的电导高电极，并且任何其它信道1005(B)可以经由第二对引脚和触点被指派给测试设备的电导低电极。信道1005(A)的电路系统1010可以被切换为高电导测量模式或配置1035，并且信道1005(B)的电路系统1010可以被切换为低电导测量模式或配置1037(灰化的电路系统是在低电导和高电导测量模式或配置中未使用或切断的电路系统)，分别如图10E中所示。高电导和低电导测量模式或配置1035和1037可以在加电后的任何时间(诸如在插入和识别插入分析器中的测试设备的类型后)从信道1005(A)和1005(B)启用或禁用，或根据需要重定位到其它信道。在一些实施例中，使用同步检测方法来设计电导功能，该同步检测方法有利地对寄生电容不那么敏感。例如，可以从控制良好的恒定交流电路生成交流激励，该恒定交流电路确保与负载的高线性度。
根据本发明的其它方面，通用信道电路系统1000被配置为提供多个电极(例如，三个电极)或传感器能力。例如，任何信道1005(A)可以经由第一对引脚和触点1043被指派给测试设备1042的反电极(counter electrode)1040，任何其它信道1005(B)可以经由第二对引脚和触点1047被指派给测试设备1042的参考电极1045，以及任何其它信道1005(C)可以经由第三对引脚和触点1052被指派给测试设备1042的工作电极1050，如图10F中所示。信道1005(A)的电路系统1010可以通过启用Sw_M和Sw_H并禁用其它开关而被切换到反测量模式，信道1005(B)的电路系统1010可以通过启用Sw_M和Sw_I并禁用其它开关而被切换到参考测量模式，并且信道1005(C)的电路系统1010可以被切换到安培测量模式或配置1020。反测量模式、参考测量模式和安培测量模式或配置1020可以在加电后的任何时间(诸如在插入和识别插入分析器中的测试设备的类型后)从信道1005(A)、1005(B)和1005(C)启用或禁用，或根据需要重定位到其它信道。
根据本发明的其它方面，通用信道电路系统1000被配置为提供光学传感器能力(例如，如参考图6A所描述的)。例如，如图10G中所示，任何信道1005(A)可以经由第一对引脚和触点1063被指派给测试设备1062的一个或多个光发射器1060，任何其它信道1005(B)可以经由第二对引脚和触点1065被指派给测试设备1062的一个或多个光发射器1060和/或一个或多个光检测器1067，并且任何其它信道1005(C)可以经由第三对引脚和触点1070被指派给测试设备1062的一个或多个光检测器1067。信道1005(A)的电路系统1010可以切换到电流驱动模式或配置1072，信道1005(B)的电路系统1010可以切换到反馈模式和/或接地模式或配置1073，并且信道1005(C)的电路系统1010可以切换到电流测量模式或配置1074。在一些实施例中，信道1005(A)的电路系统1010包括连接到一个或多个光发射器1060的一个或多个触点的第一放大器1075，信道1005(B)的电路系统1010包括连接到一个或多个光发射器1060的一个或多个触点的一个或多个反馈电阻器1077和/或连接到一个或多个光发射器1060和/或一个或多个光检测器1067的一个或多个触点的地1078，并且信道1005的电路系统1010(C)包括连接到一个或多个光检测器1067的一个或多个触点的第二放大器1080。电流驱动测量模式或配置1072、反馈模式和/或接地模式或配置1073以及电流测量模式或配置1074可以在加电后的任何时间(诸如在插入和识别插入分析器中的测试设备的类型后)从信道1005(A)、1005(B)和1005(C)启用或禁用，或根据需要重定位到其它信道。
根据本发明的还有其它方面，通用信道电路系统被配置为提供多个电极或传感器能力(例如，如参考图8A和图8B描述的光学、电化学和电导传感器)。例如，任何信道(A)可以经由第一对引脚和触点以及第二对引脚和触点被指派给测试设备的一个或多个光发射器，任何信道1005(B)可以经由第二对引脚和触点被指派给测试设备的一个或多个光发射器和/或一个或多个光检测器，并且任何其它信道(C)可以经由第三对引脚和触点被指派给测试设备的一个或多个光检测器，如参考图10G类似地描述的。此外，任何其它信道(D)可以经由第四对引脚和触点被指派给测试设备的反电极，任何其它信道(E)可以经由第五对引脚和触点被指派给测试设备的参考电极，并且信道(C)(可选地，任何其它信道(F))可以经由第三对引脚和触点(可选地，另一对引脚和触点)被指派给测试设备的工作电极，如参考图10F类似地描述的。而且，任何信道(G)可以经由第二对引脚和触点(可选地，另一对引脚和触点)被指派给测试设备的电导低电极并且任何其它信道(H)可以经由第六对引脚和触点被指派给测试设备的电导高电极，如参考图10E类似地描述的。
信道(A)的电路系统可以切换到电流驱动模式或配置，信道(B)的电路系统可以切换到反馈模式和/或接地模式或配置，信道(C)/(F)的电路系统可以切换到电流测量模式或配置，信道(D)的电路系统可以切换到反测量模式或配置，信道(E)的电路系统可以切换到参考测量模式或配置，信道(G)的电路系统可以切换到低电导测量模式或配置，并且信道(H)的电路系统可以切换到高电导测量模式或配置。各种测量模式或配置可以在加电后的任何时间(诸如在插入和识别插入分析器中的测试设备的类型后)从各种信道启用或禁用，或根据需要重定位到其它信道。
虽然已经关于具体的设计和/或性能需求详细地并以某种特定性描述了通用信道电路系统，但是并不意图将通用信道电路系统限制于任何这种特定设计和/或性能需求。代替地，应当理解的是，本文描述的通用信道电路系统配置是示例性实施例，并且应当在最广泛的意义上来解释通用信道电路系统配置，以包括本文描述的具体设计和/或性能需求的变化，以及本文未特定描述的其它变化。特别地，可以组合、连接、调整或修改在各种系统和设备中讨论的信道、模式或配置、引脚和触点的对、电极以及传感器，以满足具体的设计和/或性能需求。此外，应当理解的是，为清楚起见，可以已经从通用信道电路系统的描述中省略了图中所示的其它结构。被省略的结构可以包括例如逻辑门、电阻器、放大器等，并且这种被省略的结构及其在电路图中的布局出于所有目的整体并入本文。
组合免疫测定方法
图11-图16示出了用于执行本发明的处理步骤的示例性流程图。可以使用上面关于图1-图10G描述的计算设备和系统来实现图11-图16的步骤。具体而言，图11-图16中的流程图例示了根据本发明的若干实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的体系架构、功能和操作。在这方面，流程图中的每个方框可以表示代码的模块、区段或部分，其包括存储在非暂态机器可读存储介质上的一个或多个可执行指令，这些指令在由一个或多个处理器(例如，分析器的处理器)执行时使该一个或多个处理器执行一个或多个可执行指令中的(一个或多个)指定逻辑功能。还应当注意的是，在一些替代实施方式中，方框中指出的功能可以不按图中指出的次序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个方框，或者有时可以按照相反的次序执行这些方框。还应当注意的是，流程图例示的每个方框以及流程图例示中的方框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件及计算机指令的组合来实现。
图11例示了根据本发明一个实施例的使用测试设备来执行光学测定的方法1100(参考如图4A-图4J中所示的测试设备400)。在步骤1105处，可以通过样本进入端口(例如，关于图4B和图4C描述的可密封的样本进入端口406)将未计量的生物样本引入测试设备的样本室(例如，参考图4G和图4H描述的样本保持室410)。可选地，在步骤1110处，可以过滤生物样本以移除细胞，使得仅样本的血浆部分到达传感器(例如，如果细胞没有被基本上移除，那么它们可能散射来自LED的光并影响测定性能)。在一些实施例中，样本保持室包括过滤材料，使得仅血浆部分到达设备的样本计量部分。在其它实施例中，第一导管(例如，关于图4A描述的导管431)包括过滤材料，使得样本的被计量的部分被过滤以移除细胞。在步骤1115处，毛细管止动件(例如，相对于图4G和图4H描述的毛细管止动件412)可以在这个阶段防止样本通过而进入第一导管(例如，关于图4A描述的导管431)，并且样本室填充有样本。样本室末端处的毛细管止动件限制了生物样本的被计量的部分。在步骤1120处，可以闭合盖子(例如，参考图4A和图4B描述的可闭合的密封构件408)，以防止生物样本从感测设备泄漏。当生物样本位于样本室或第一导管内时，可以在步骤1125处用作为干燥涂层最初存在于样本室或第一导管的内表面上的一种或多种化合物(例如，试剂，诸如酶、酶基质、活化剂、稳定剂、缓冲剂、酶标记的抗体偶联物等)可选地对生物样本进行修正。
在步骤1130处，根据本发明的一些方面，感测设备可以被插入到分析器(例如，关于图1描述的分析器105)中。可选地，在步骤1135处，将感测设备插入分析器中可以激活第一泵(例如，如关于图4A和图4B描述的柔性区436的一部分)或当封装被压靠在尖刺(例如，如关于图4G和图4H描述的尖刺425)上时刺穿含流体的封装的机构。流体(例如，基质)可以由此被排出到与第一导管流体连通的第二导管(例如，如关于图4G和图4H描述的导管422)。第二导管中的收缩件防止流体的进一步移动。在步骤1040处，由分析器对第二泵(例如，如关于图4A、图4B、图4G和图4H描述的可移位膜426)的操作向感测设备的气囊施加压力，从而迫使空气通过第三导管(例如，如关于图4G和图4H描述的导管429)并进入样本室中的预定位置处。
在步骤1145处，通过在步骤1140处在气囊内产生的空气压力将生物样本的被计量的部分通过毛细管止动件排出进入第一导管中。可选地，在步骤1150处，通过在气囊内产生的空气压力，在第一导管内向前移动生物样本以到达第一导管(例如，如关于图4A描述的导管431)的暴露于传感器芯片(例如，如关于图6A描述的传感器芯片600)的一部分，使得生物样品可以用作为干燥涂层最初存在于传感器芯片的一部分(即，一个或多个试剂区域)上的一种或多种化合物(例如，试剂，诸如酶、酶基质、活化剂、稳定剂、缓冲剂、酶标记的抗体偶联物等)进行修正。附加地或可替代地，第二导管中的流体可以通过由第一泵产生的空气压力移动通过收缩件进入第一导管并与生物样品接触。流体可以包括可以被生物样品和/或修正的化合物作用以产生有色物质的基质。为了促进基质、一种或多种化合物在生物样本中的溶解和/或促进高效的反应，可以通过气囊内产生的空气压力来振荡生物样本。在一个实施例中，使用大约0.2Hz和大约5Hz之间的振荡频率，最优选地为大约0.7Hz。
在步骤1155处，通过在气囊内产生的空气压力，在第一导管内向前移动生物样本到第一导管(例如，如关于图4A描述的导管431)的暴露于传感器芯片(例如，如关于图6A所述的传感器芯片600)一部分，使得可以执行生物样品的分析(例如，光学分析)。在各种实施例中，在第一导管内向前移动生物样本到在光学传感器上方的位置，便得一个或多个光发射器可以将一个或多个波长的入射光传输到第一导管的该部分和生物样品中。在入射光撞击生物样本后，与目标分析物或有色物质的能隙匹配的光子被吸收，该有色物质与生物样品中存在的目标分析物的存在相关。其它光子不受影响地透射通过第一导管和生物样本。一个或多个光检测器收集透射通过第一导管和生物样本的光的光子，并将透射的光的光子转换成电流。在步骤1060处，电流经由导电触点被传输到分析器作为输出信号，并且分析器将透射光相对入射光的衰减进行比较以获得吸收频谱，并将输出信号转换成与从导管接收并由一个或多个光检测器收集的光成比例的分析物信号。
图12例示了根据本发明一个实施例的使用测试设备来执行光学测定和电化学测定的方法1200(参考图4A-图4J所示的测试设备400)。在步骤1205处，可以通过样本进入端口(例如，关于图4B和图4C描述的可密封的样本进入端口406)将未计量的生物样本引入测试设备的样本室(例如，关于图4G和图4H描述的样本保持室410)。可选地，在步骤1210处，可以过滤生物样本以移除细胞，使得仅样本的血浆部分到达传感器(例如，如果细胞没有基本上被移除，那么它们可能散射来自LED的光并影响测定性能)。在一些实施例中，样本容纳室包括过滤材料，使得仅血浆部分到达设备的样本计量部分。在其它实施例中，第一导管(例如，关于图4A描述的导管431)包括过滤材料，使得样本的被计量的部分被过滤以移除细胞。在步骤1215处，毛细管止动件(例如，关于图4G和图4H描述的毛细管止动件412)可以在这个阶段防止样本通过进入第一导管(例如，关于图4A描述的导管431)，并且样本室填充有样本。样本室末端的毛细管止动件限制了生物样本的被计量的部分。在步骤1220处，可以闭合盖子(例如，关于图4A和图4B描述的可闭合的密封构件408)，以防止生物样本从感测设备泄漏。当生物样本位于样本室或第一导管内时，可以在步骤1225处用作为干燥涂层最初存在于样本室或第一导管的内表面上的一种或多种化合物(例如，试剂，诸如酶、酶基质、活化剂、稳定剂、缓冲剂、酶标记的抗体偶联物等)可选地对生物样本进行修正。
在步骤1230处，根据本发明的一些方面，感测设备可以被插入到分析器(例如，关于图1描述的分析器105)中。在步骤1235处，将感测设备插入分析器中可以激活第一泵(例如，如关于图4A和图4B描述的柔性区436的一部分)或当封装被压靠在尖刺(例如，如关于图4G和图4H描述的尖刺425)上时刺穿含流体的封装的机构。流体(例如，基质)可以由此被排出到与第一导管流体连通的第二导管(例如，如关于图4G和4H描述的导管422)。第二导管中的收缩件防止流体的进一步移动。在步骤1240处，由分析器对第二泵(例如，如关于图4A、图4B、图4G和图4H描述的可移位膜426)的操作向感测设备的气囊施加压力，从而迫使空气通过第三导管(例如，如关于图4G和图4H描述的导管429)并进入样本室中的预定位置。
在步骤1245处，通过在步骤1240处在气囊内产生的空气压力将生物样本的被计量的部分通过毛细管止动件排出进入第一导管中。可选地，在步骤1250处，通过在气囊内产生的空气压力，在第一导管内向前移动生物样本到第一导管(例如，如关于图4A描述的导管431)的暴露于传感器芯片(例如，如关于图6A描述的传感器芯片600)的一部分，使得生物样品可以用作为干燥涂层最初存在于传感器芯片的一部分(即，一个或多个试剂区域)上的一种或多种化合物(例如，试剂，诸如酶、酶基质、活化剂、稳定剂、缓冲剂、酶标记的抗体偶联物等)进行修正。附加地或可替代地，第二导管中的流体可以通过由第一泵产生的空气压力移动通过收缩件进入第一导管并与生物样品接触。流体可以包括可以被生物样品和/或修正的化合物作用以产生有色物质的基质。为了促进基质、一种或多种化合物在生物样本中的溶解和/或促进高效的反应，可以通过气囊内产生的空气压力来振荡生物样本。在一个实施例中，使用大约0.2Hz和大约5Hz之间的振荡频率，最优选地为大约0.7Hz。
在步骤1255，通过在气囊内产生的空气压力，在第一导管内向前移动生物样本到第一传感器(例如，光学传感器)上方的位置。在各种实施例中，在第一导管内向前移动生物样本到光学传感器上方的位置，使得一个或多个光发射器可以将一个或多个波长的入射光传输到第一导管的部分和生物样品中。在入射光撞击生物样本后，与目标分析物或有色物质的能隙匹配的光子被吸收，该有色物质与生物样品中存在的目标分析物的存在相关。其它光子不受影响地透射通过第一导管和生物样品。一个或多个光检测器收集透射通过第一导管和生物样本的光的光子，并将透射的光的光子转换成电流。在步骤1260处，电流经由导电触点被传输到分析器作为输出信号，并且分析器将透射光相对入射光的衰减进行比较以获得吸收频谱，并将输出信号转换成与从导管接收并由一个或多个光检测器收集的光成比例的分析物信号。
可选地，在步骤1265处，向前移动生物样本，使得可以用作为干燥涂层最初存在于传感器芯片的一部分(即，一个或多个试剂区域)上的一种或多种化合物(例如，试剂，诸如酶和酶基质标记的抗体偶联物)来修正生物样品。为了促进一种或多种化合物在生物样本中的溶解和/或促进高效的反应，可以通过气囊内产生的空气压力在一个或多个试剂区域上方振荡生物样本。在一个实施例中，使用大约0.2Hz和大约5Hz之间的振荡频率，最优选地为大约0.7Hz。在步骤1270处，通过气囊内产生的空气压力，在第一导管内向前移动生物样本到第二传感器(例如，安培传感器)上方的位置。可选地，在步骤1275处，为了促进在包括生物层的第二传感器的表面上或附近的高效的反应产物形成夹心形成，可以通过气囊内产生的空气压力在第二传感器上方振荡生物样本。在一个实施例中，使用大约0.2Hz和大约5Hz之间的振荡频率，最优选地为大约0.7Hz。
在步骤1280处，通过施加到气囊的进一步压力，从第一导管移走生物样本，并且生物样本传递到废物室(例如，如关于图4A和图4G描述的废物室416)。在可选步骤1285处，可以通过任何合适的手段在第一导管内产生一个或多个空气段(弯月面)，合适的手段包括被动手段或主动手段，被动手段的实施例在通过引用整体并入本文的美国专利No.7,682,833中详细描述，主动手段包括使用第二泵瞬时降低第一导管内的压力，从而通过阀瓣(flap)或阀将空气吸入第一导管中。该一个或多个空气段对于从第一导管中清除或冲洗受生物样本污染的流体非常有效。例如，一个或多个空气段的前缘和/或后缘可以在第一传感器和第二传感器上方经过多次，以冲洗并重新悬浮可能已经从生物样本中沉积的无关材料(extraneous material)。无关材料包括除特异性结合的分析物或分析物/抗体-酶偶联物以外的任何材料。但是，根据各种实施例，使用一个或多个空气段的清除或冲洗步骤1285不足够持久或剧烈，以至于不能促进特异性结合的分析物或分析物/抗体-酶偶联物复合物从生物层的基本解离(dissociation)。
可选地，在步骤1290处，通过由第一泵产生的空气压力，移动第二导管中的流体通过收缩件以进入第一导管并与第二传感器接触。流体可以包括光学校准器，例如具有已知消光系数的已知浓度的染料、基质或信号剂，并且残留在第一导管内并固定在第二传感器上或附近的酶或者从电非活性基质产生电活性物质或者破坏电活性基质。在一些实施例中，可以将流体施加到第二传感器以从第二传感器清洗生物样本。在步骤1295处，将第二传感器处由于电活性物质的产生或破坏而生成的电流或电位的改变以及改变随时间经由导电触点传输到分析器，并且分析器执行该电流或电位的改变的分析以识别生物样品中的目标分析物的存在和/或浓度。
应当理解的是，根据本发明的替代实施例，可以将先前的步骤拆分为两个或更多个处理，以使用两个或更多个测试设备来执行光学测定和电化学测定。例如，与光学测定有关的步骤可以经由光学测试设备执行，随后与电化学测定有关的步骤可以经由电化学测试设备执行，反之亦然。
图13例示了根据本发明各种实施例的执行光学测定以确定生物样本(例如，全血)中的分析物的存在和/或浓度的方法1300。在步骤1305处，接收操作状态信号，该操作状态信号指示插入分析器中的测试盒的类型。在一些实施例中，操作状态信号包括测试盒的触点与短路条之间的测得的电阻值。例如，为了将盒识别功能赋予测试盒，可以在传感器芯片布置中包括用于盒识别的附加机制或手段。在某些实施例中，可以在触点之间实现电阻器。可以通过在将盒插入分析器之后(例如，之后立即)在触点之间施加较小的电压(例如，lmV)来由检测器(例如，处理器)测量电阻器的电阻。然后可以将测得的电阻值用于盒识别。例如，每种盒类型(例如，
Figure BDA0002351291960000461
盒EC8+、CG8+、EG7+、CHEM8+等)都可以与某个电阻或电阻范围相关联，使得盒的测得的电阻可以用于使用查找表来识别盒的类型。
在替代实施例中，操作状态信号包括从位于测试盒或测试盒的封装上的条形码获得的值。例如，如关于图1所描述的，测试盒的成像区域可以被用于使用仪器110的条形码读取器135来扫描条形码以获得值。然后，条形码的值可以被用于盒识别。例如，每种盒类型(例如，
Figure BDA0002351291960000462
盒EC8+、CG8+、EG7+、CHEM8+等)都可以与某个值相关联，使得盒的扫描值可以用于使用仪器中保留的查找表来识别盒的类型。
在步骤1310处，基于识别出的盒的类型来确定关于测试盒的传感器的信息。在某些实施例中，确定信息包括：基于操作状态信号的值，使用查找表来识别测试盒的类型；以及基于测试盒的类型，从数据库获得关于传感器的信息，其中数据库具有针对每种类型的测试盒的信息。在各种实施例中，信息指示测试盒的传感器的类型(例如，一个或多个光学传感器、一个或多个参考电极、一个或多个电化学传感器等)以及连接到测试盒的传感器的导电触点的位置。除了经由识别出的测试盒的类型来从数据库中获得关于传感器的类型和导电触点的位置的信息，或作为其替代，也可以使用关于与测试盒的各种导电触点接触的连接器引脚获得的信息来识别传感器的类型和导电触点的位置。例如，分析器连接器可以是连接器引脚(例如，引脚一至二十)的线性阵列。传感器的类型和导电触点的位置可以经由每个引脚相对于触点的位置来识别。例如，光学传感器的光发射器可以经由触点连接到引脚“x”(例如，引脚11)，并且光学传感器的光检测器可以经由另一个触点连接到引脚“y”(例如，12)，因此由于引脚11和12都被使用，因此可以经由数据库来识别连接到触点的传感器的类型(光学)以及部件(例如，光发射器和光检测器)。因此，如本文所述，分析器然后可以将通用电路系统的信道指派给针对被确定为在识别出的测试盒中的传感器的类型的适当引脚。如应当理解的，一旦运行测试周期并将测试盒从仪器或分析器中移除，当新的测试盒被插入分析器中时，通用电路系统的信道可以被重新指派给相同或不同的连接器引脚。
在步骤1315处，经由以下项将第一信道指派给光发射器：(i)第一触点和对应的第一引脚，以及可选地(ii)第二触点和对应的第二引脚。在步骤1320处，经由第三触点和对应的第三引脚将第二信道指派给光检测器。
在步骤1325处，第一信道的电路系统被切换到电流驱动模式。在一些实施例中，切换第一信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第一信道被配置为经由第一触点和对应的第一引脚向光发射器施加驱动电流。在步骤1330处，第二信道的电路系统被切换到电流测量模式。在一些实施例中，切换第二信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第二信道被配置为将从光检测器接收的输出电流转换成与由光检测器检测到的光的量成比例的可测量的电压。
在步骤1335处，使用第一信道将驱动电流施加到光发射器。将驱动电流施加到光发射器使光发射器生成输出电流和包括预定波长的光，该光被投射到导管的一部分中。可选地，在步骤1340处，在第一信道处从第二触点和对应的第二引脚接收由光发射器生成的输出电流，并将输出电流施加到反馈电阻器以为驱动电流建立恒定电流。
在步骤1345处，光检测器将从光发射器接收的光的光子转换成输出电流，并将该输出电流发送到第三触点作为输出信号。在步骤1350处，经由第三触点和对应的第三引脚在第二信道处接收来自光检测器的输出信号。可以使用第二信道将输出信号转换成与从导管的该部分接收并由光检测器检测到的光的量成比例的可测量的电压或分析物信号。在步骤1355处，基于可测量的电压或分析物信号来确定与生物样品中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。
图14例示了执行光学测定并使用电导传感器确定生物样本在测试盒中的位置和/或确定生物样品的血细胞比容水平的方法1400。在步骤1405处，根据方法1300的步骤1305-步骤1355，基于与生物样品中的目标分析物的量成比例的可测量的电压来确定定性、半定量或定量值。在步骤1410处，基于测试盒的类型和/或所使用的引脚来确定关于测试盒的传感器的附加/替代信息。在各种实施例中，该信息指示第一触点、第二触点、第三触点或第四触点之一连接到第一电导电极，并且第一触点、第二触点、第三触点或第四触点之一连接到第二电导电极。
在步骤1415处，经由第一触点、第二触点、第三触点或第四触点以及对应的第一引脚、第二引脚、第三引脚或第四引脚将第三信道指派给第一电导电极。在步骤1420处，经由第一触点、第二触点、第三触点或第四触点以及对应的第一引脚、第二引脚、第三引脚或第四引脚将第四信道指派给第二电导电极。在步骤1425处，第三信道的电路系统被切换到高电导模式。在一些实施例中，切换第三信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第三信道被配置为向第一电导电极施加电位并测量跨生物样品的电压改变，该电压改变与生物样品的电导率成比例。在步骤1430处，第四信道的电路系统被切换到低电导模式。在一些实施例中，切换第四信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第四信道被配置为向第二电导电极施加电位并测量跨生物样品的电压改变，该电压改变与生物样品的电导率成比例。
在步骤1435处，使用第三信道将电位施加到第一电导电极。在步骤1440处，使用第三信道和第四信道来测量跨生物样品的电压改变，该电压改变与生物样品的电导率成比例。在步骤1445处，基于跨生物样品的电压改变来确定生物样品在测试设备内的位置。可选地，在步骤1450处，通过将电压改变与校准曲线上的血细胞比容的已知值进行比较并将血细胞比容的值转换成血细胞比容水平的评级来确定生物样品的血细胞比容水平。
图15例示了使用同一测试设备执行光学测定和电化学测定的方法1500。在步骤1505处，根据方法1300的步骤1305-步骤1355，基于与生物样品中的目标分析物的量成比例的可测量的电压，确定定性、半定量或定量值。在步骤1510处，基于测试盒的类型和/或所使用的引脚来确定关于测试盒的传感器的附加/替代信息。在各种实施例中，该信息指示第四触点连接到反电极，第五触点连接到参考电极，并且第三触点或第六触点连接到工作电极(例如，安培电极)。
在步骤1515处，经由第四触点和对应的第四引脚将第三信道指派给反电极。在步骤1520处，经由第五触点和对应的第五引脚将第四信道指派给参考电极。在步骤1525处，经由第三触点和对应的第三引脚或第六触点和对应的第六引脚将第二信道指派给工作电极。在步骤1530处，第三信道的电路系统被切换到反测量模式。在一些实施例中，切换第三信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第三信道被配置为施加可选地不被测量并被调整以平衡在工作电极处发生的反应的电位。该配置允许相对于已知电极(即，反电极)测量工作电极的电位，而不会通过使电流流过参考电极而损害参考电极的稳定性。在步骤1535处，第四信道的电路系统被切换到参考测量模式。在一些实施例中，切换第四信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第四信道被配置为向参考电极施加稳定的电位，其可以用作由工作电极进行的测量的参考。
在步骤1540处，使用第三信道将电位施加到反电极。在步骤1545处，使用第四信道将电位施加到参考电极。在步骤1550处，使用第二信道将电位施加到工作电极。在步骤1555处，使用第二信道测量跨生物样品的电流改变，该电流改变与生物样品内的另一种目标分析物的浓度成比例。在各种实施例中，反电极和参考电极与工作电极结合使用以测量跨生物样品的电流改变。在步骤1560处，基于跨生物样品的电流改变来确定生物样品内的另一种目标分析物的浓度。
图16例示了使用不同的测试设备来执行光学测定和电化学测定的方法1600。在步骤1605处，接纳第一测试设备(例如，光学测试设备)，并根据方法1300的步骤1305-步骤1355基于与生物样品中的目标分析物的量成比例的可测量的电压来确定定性、半定量或定量值。在步骤1610(在步骤1605之后)处，将第二测试设备(例如，电化学测试设备)插入分析器中并且接收另一个操作状态信号，该信号指示插入分析器中的测试盒的类型。在一些实施例中，如关于图13所描述的，操作状态信号包括测试盒的触点与短路条之间的测得的电阻值。在替代实施例中，如关于图13所描述的，操作状态信号包括从位于测试盒或测试盒的封装上的条形码获得的值。
在步骤1615处，如关于图13所描述的，基于识别出的盒的类型来确定关于测试盒的传感器的信息。例如，分析器连接器可以是连接器引脚(例如，引脚一至二十)的线性阵列。传感器的类型和导电触点的位置可以经由每个引脚相对于触点的位置来识别。例如，安培电极可以经由触点连接到引脚“x”(例如，引脚5)，并且参考电极可以经由另一个触点连接到引脚“y”(例如，6)，因此由于引脚5和引脚6都被使用，因此可以经由数据库识别连接到触点的传感器的类型(安培)和部件(例如，安培电极和参考电极)。因此，如本文所述，分析器然后可以将通用电路系统的信道指派给针对被确定为在识别出的测试盒中的传感器的类型的适当引脚。如应当理解的，一旦运行测试周期并将测试盒从仪器或分析器中移除，当将新的测试盒插入分析器中时，通用电路系统的信道可以被重新指派给相同或不同的连接器引脚。
在步骤1620处，经由第一触点和对应的第一引脚将第一信道指派给工作电极。在步骤1625处，经由第二触点和对应的第二引脚将第二信道指派给反电极。在步骤1630处，经由第三触点和对应的第三引脚将第三信道指派给参考电极。在步骤1635处，第一信道的电路系统被切换到测量模式(例如，安培测量模式)。在一些实施例中，切换第一信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第一信道被配置为经由第一触点和对应的第一引脚向工作电极施加电位。在步骤1640处，第二信道的电路系统被切换到反测量模式。在一些实施例中，切换第二信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第二信道被配置为施加可选地不被测量并且被调整以平衡在工作电极处发生的反应的电位。这种配置允许相对于已知电极(即，反电极)测量工作电极的电位，而不通过使电流流过参考电极而损害参考电极的稳定性。在步骤1645处，第三信道的电路系统被切换到参考测量模式。在一些实施例中，切换第三信道的电路系统包括修改电路系统的开关元件，使得第三信道被配置为向参考电极施加稳定的电位，其可以用作工作电极进行的测量的参考。
在步骤1650处，使用第二信道将电位施加到反电极。在步骤1655处，使用第三信道将电位施加到参考电极。在步骤1660处，使用第一信道将电位施加到工作电极。在步骤1665处，使用第一信道测量跨生物样品的电流改变，该电流改变与生物样品内的另一种目标分析物的浓度成比例。在各种实施例中，反电极和参考电极与工作电极结合使用以测量跨生物样品的电流改变。在步骤1670处，基于跨生物样品的电流改变来确定生物样品内的另一种目标分析物的浓度。
如应当理解的，第一测试设备和第二测试设备能够以相反的次序被接纳，其中电化学测试设备被首先接纳并且光学测试设备被第二接纳。而且，应当理解的是，可以接连地接纳多于两个盒，并且预期分析器每天对数十至数百个各种测试盒执行分析测试。
虽然已经详细描述了本发明，但是对本领域技术人员而言，在本发明的精神和范围内的修改将是清楚的。应当理解的是，上面和/或所附权利要求书中陈述的本发明的各方面以及各种实施例和各种特征的部分可以或者全部或者部分地组合或互换。在各种实施例的前述描述中，如本领域技术人员将认识到的，可以将参考另一个实施例的那些实施例与其它实施例适当地组合。此外，本领域技术人员将认识到的是，前述描述仅仅是示例性的，并且无意于限制本发明。

Claims (21)

1.一种用于对生物样本执行多种测定的系统，包括：
分析器，包括：用于与测试盒配合的盒端口、多端子连接器、处理器、耦合到处理器的存储器以及通用信道电路系统，其中通用信道电路系统包括第一信道、第二信道和第三信道；
第一测试盒，包括连接到第一触点的光发射器和连接到第二触点的光检测器；和
第二测试盒，包括连接到第三触点的安培电极和连接到第四触点的参考电极，
其中第一触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，并且第二触点能电连接到多端子连接器的第二引脚；
其中，第三触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，并且第四触点能电连接到多端子连接器的第二引脚；
其中第一引脚能电连接到第一信道，第二引脚能电连接到第二信道；
其中，当将第一测试盒插入到分析器的端口中时，第一信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第一信道被配置为处于电流驱动模式的开关，并且第二信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第二信道被配置为处于电流测量模式的开关；以及
其中，当将第二测试盒插入到分析器的端口中时，第一信道被配置为处于安培测量模式，并且第二信道被配置为处于参考测量模式。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为基于分析物信号来确定与生物样本中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。
3.如权利要求2所述的系统，其中目标分析物选自以下项组成的组：人绒毛膜促性腺激素、葡萄糖、乳酸、肌酐、尿素、凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、D-二聚体、前列腺特异性抗原(PSA)、肌酸激酶-MB(CKMB)、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白I(TnI)、心肌肌钙蛋白(cTnI)、人绒毛膜促性腺激素、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C、肌红蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、半乳糖凝集素3、前列腺特异性抗原(PSA)、甲状旁腺激素(PTH)、半乳糖凝集素-3、天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、白蛋白、总蛋白、胆红素和碱性磷酸酶(ALP)。
4.如权利要求1所述的系统，其中第一测试盒还包括镜面反射器，该镜面反射器将来自光发射器的光反射通过导管到光检测器。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述镜面反射器是所述导管的表面的至少一部分。
6.如权利要求1所述的系统，其中第一测试盒还包括在样本接纳室和导管之间的过滤器，并且该过滤器被配置为保留来自生物样本的血细胞并允许血浆通过。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述盒端口被配置为顺序地接纳第一测试盒和第二测试盒。
8.一种系统，包括：
一个或多个处理器；和
耦合到所述一个或多个处理器的存储器，该存储器用指令集进行编码，该指令集被配置为执行包括以下项的处理：
从第一测试盒接收指示第一类型的盒插入到分析器中的操作状态信号；
确定该第一类型的盒是具有连接到光发射器的第一触点和连接到光检测器的第二触点的第一测试盒；
经由第一触点和对应的第一引脚将第一信道分配给光发射器；
经由第二触点和对应的第二引脚将第二信道分配给光检测器；
将第一信道的电路系统切换到电流驱动模式；
将第二信道的电路系统切换到电流测量模式；
使用第一信道和第二信道执行光学分析测试；
从第二测试盒接收指示第二类型的盒插入到分析器中的操作状态信号；
确定该第二类型的盒是具有连接到安培电极的第一触点和连接到参考电极的第二触点的第二测试盒；
经由第一触点和另一个对应的第一引脚将第一信道分配给安培电极；
经由第二触点和另一个对应的第二引脚将第二信道分配给参考电极；
将第一信道的电路系统切换到安培测量模式；
将第二信道的电路系统切换到参考测量模式；以及
使用第一信道和第二信道执行电化学分析测试。
9.如权利要求8所述的系统，其中，接收指示第一类型的盒的操作状态信号和接收指示第二类型的盒的操作状态信号被顺序地接收。
10.如权利要求8所述的系统，其中，在将第二测试盒插入到分析器中之前，将第一测试盒插入到分析器中。
11.如权利要求8所述的系统，其中在将第一测试盒插入到分析器中之前，将第二测试盒插入到分析器中。
12.如权利要求8所述的系统，其中，执行光学分析测试包括：
使用第一信道向光发射器施加驱动电流；
使用第二信道，将从光检测器接收到的输出信号转换成与光检测器检测到的光的量成比例的分析物信号；以及
基于分析物信号确定与测试盒中的生物样本中的目标分析物的量成比例的定性、半定量或定量值。
13.如权利要求12所述的系统，其中目标分析物选自以下项组成的组：人绒毛膜促性腺激素、葡萄糖、乳酸、肌酐、尿素、凝血酶原时间(PT)、活化部分凝血酶原时间(APTT)、活化凝血时间(ACT)、D-二聚体、前列腺特异性抗原(PSA)、肌酸激酶-MB(CKMB)、脑钠肽(BNP)、肌钙蛋白I(TnI)、心肌肌钙蛋白(cTnI)、人绒毛膜促性腺激素、肌钙蛋白T、肌钙蛋白C、肌红蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)、半乳糖凝集素3、前列腺特异性抗原(PSA)、甲状旁腺激素(PTH)、半乳糖凝集素-3、天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、白蛋白、总蛋白、胆红素和碱性磷酸酶(ALP)。
14.如权利要求8所述的系统，其中，第一测试盒还包括镜面反射器，该镜面反射器将来自光发射器的光反射通过导管到光检测器。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述镜面反射器是所述导管的表面的至少一部分。
16.如权利要求8所述的系统，其中，第一测试盒还包括在样本接纳室和导管之间的过滤器，并且该过滤器被配置为保留来自生物样本的血细胞并允许血浆通过。
17.如权利要求8所述的系统，其中，执行电化学分析测试包括：
使用第二信道，相对于参考电极向安培电极施加电位；
使用第一信道测量跨生物样品的电流变化，该电流变化与生物样品内的另一目标分析物的浓度成比例；以及
基于跨生物样品的电流变化确定生物样品内的另一目标分析物的浓度。
18.如权利要求8所述的系统，其中，所述操作状态信号包括第一测试盒或第二测试盒的触点与短路条之间的测得的电阻值。
19.如权利要求8所述的系统，其中，所述操作状态信号包括从位于第一测试盒或第二测试盒上的条形码获得的值。
20.如权利要求8所述的系统，其中，确定第一测试盒具有连接到光发射器的第一触点和连接到光检测器的第二触点包括：基于操作状态信号的值，使用查找表来识别第一类型的盒，并且基于第一类型的盒，从数据库中获取关于第一测试盒的传感器的信息，其中，该信息指示第一测试盒包括光学传感器，该光学传感器具有连接到第一触点的光发射器和连接到第二触点的光检测器。
21.一种用于对生物样本执行多种测定的系统，包括：
分析器，包括：端口、多端子连接器、处理器和通用信道电路系统，其中通用信道电路系统包括第一信道、第二信道和第三信道；和
测试盒，包括连接到第一触点的发射器、连接到第二触点的光检测器和连接到第三触点的安培电极，
其中第一触点能电连接到多端子连接器的第一引脚，第二触点能电连接到多端子连接器的第二引脚，以及第三触点能电连接到多端子连接器的第三引脚；
其中第一引脚能电连接到第一信道，第二引脚能电连接到第二信道，并且第三引脚能电连接到第三信道；以及
其中，第一信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第一信道被配置为处于电流驱动模式的开关，第二信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第二信道被配置为处于电流测量模式的开关，以及第三信道包括电路系统，该电路系统包括被布置为使得第三信道被配置为处于安培测量模式的开关。
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