CN111344552B - 具有电子读出的复用生物测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明总体上涉及用于通过使用指示剂来执行生物测定的装置、系统和方法，所述指示剂修改所测定生物样品的一个或多个光学性质。本主题方法包括通过对引入装置中的生物样品执行生化反应来生成反应产物，并使所述反应产物与能够生成所述生物样品的光学性质的可检测变化的指示剂反应，以指示怀疑存在于所述样品中的分析物的存在、不存在或量。
Description
引言
生物测定用于确定生物样品的一个或多个特性。此类测定可定性地评估和/或定量地测量生物样品中一个或多个分析物的存在、量和/或功能活性。此类评估可基于测定中发生的变化或无变化来进行。例如，对生物样品进行测定反应后，指示剂的透射率和/或颜色的变化指示所评估样品的一个或多个特性，诸如怀疑存在于样品中的分析物的存在、不存在或量。
背景技术
大多数生物测定系统依靠昂贵的仪器进行分析。通常，此分析涉及检测反应体积内光学性质(诸如，吸光度或荧光性)随时间的变化。然后分析这些光学性质信号，并且确定通常用于健康监测或疾病诊断的生物样品内的分析物。随着医疗保健成本的增加，人们对开发可在传统实验室场景之外(例如，即时医疗诊所、药房或家庭)使用的低成本诊断装置非常感兴趣。此外，简化样品制备工作流程(例如，消除纯化要求)和结果分析(例如，通过比色分析)的许多生物测定化学方法已为可用的，从而使其成为这些场景的理想选择。然而，关键挑战仍然在于低成本仪器的设计，以能够在调节反应温度的同时准确地测量反应体积中的光学变化。
发明内容
本公开主题总体上涉及用于使用指示剂来执行生物测定的装置和系统，所述指示剂修改所测定生物样品的一个或多个光学性质。本主题方法包括通过对引入装置中的样品执行生化反应来生成反应产物，以及使所述反应产物与能够生成所述样品的光学性质的可检测变化的指示剂反应，以指示怀疑存在于所述样品中的分析物的存在、不存在或量。
在一方面，本公开提供一种用于执行生物测定的组件。在一些实施方案中，所述组件包括有包括第一面的第一零件和包括第二面的第二零件。所述第一零件和所述第二零件可操作地联接，以形成多个独立连续流体路径。在某些实施方案中，所述连续流体路径包括共用样品接收入口、多个流体通道和多个流体腔室。在其他实施方案中，所述多个流体腔室中的每个流体腔室可与单个感测区域基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。在一些方面，所述多个流体通道可从所述共用样品接收入口延伸并可与之流体连通。所述多个流体通道中的每个流体通道可包括末端。在更进一步方面，每个流体腔室可包括与所述多个流体通道中的一个的末端流体连通的流体入口。每个流体腔室还可在流体路径末端处包括出口通风孔。在一些实施方案中，所述组件的所述第二零件可包括形成第一多个光导管的透明材料。在其他实施方案中，所述第一多个光导管中的每个光导管可以能够在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间传输光。
在所述组件的另一实施方案中，所述组件还可包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片。在此类实施方案中，所述垫片可操作地联接到所述第一零件和所述第二零件以在所述连续流体路径中形成流体密封。在另一实施方案中，所述垫片可包括热塑性弹性体(TPE)包覆成型。所述垫片可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述垫片可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述垫片的此预干燥，所述组件可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。在一些实施方案中，当所述组件的所述第一零件和所述第二零件操作地联接时，所述垫片的体积可被压缩5％至25％。
在某些方面，所述生物测定是诊断测试。在所述组件的一些实施方案中，所述第一零件还可包括多个联接手柄，并且所述第二零件还可包括多个联接闩锁。在另一实施方案中，所述多个联接手柄中的每个可被配置为与所述多个联接闩锁中的一个操作地联接。
在所述组件的另外的实施方案中，每个流体腔室的所述出口通风孔可由自密封通风孔材料来密封。所述自密封通风孔材料可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述自密封通风孔材料可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述自密封通风孔材料的此预干燥，所述组件可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在一些实施方案中，所述组件还包括位于所述零件与所述第二零件之间的疏水膜。在某些实施方案中，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件以在所述连续流体路径中形成流体密封。在其他实施方案中，所述疏水膜可通过使用多个能量导向器来焊接到所述第一零件和所述第二零件中的至少一者。在更进一步实施方案中，每个流体腔室的所述出口通风孔由所述疏水膜密封。所述疏水膜可包括聚四氟乙烯。所述疏水膜可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述疏水膜可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述疏水膜的此预干燥，所述组件可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在所述组件的某些实施方案中，所述第一零件和/或所述第二零件可以是注塑成型的。在一些实施方案中，所述第二零件包括选自由以下组成的组的材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物和聚酰胺，及其组合。在一些实施方案中，所述第一零件和所述第二零件可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。在替代实施方案中，所述第一零件和所述第二零件可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述第一零件和所述第二零件的此预干燥，所述组件可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在所述组件的一些实施方案中，所述多个流体腔室中的至少一个的体积可不同于所述多个流体腔室中的至少另一个的体积。在替代实施方案中，所述多个流体腔室中的每个的体积可介于1uL与1100uL之间。在其他实施方案中，所述多个流体腔室中的每个的体积是相同的。在再一些实施方案中，所述多个流体腔室中的每个的体积是大约30uL。
在所述组件的某些方面，所述多个流体腔室中的至少一个流体腔室包括干燥试剂。在某些方面，所述干燥试剂是冻干试剂。干燥或冻干试剂可包括用于对所述样品执行测定反应的试剂。在一些实施方案中，所述测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。
在一些实施方案中，所述组件还可包括操作地联接到所述流体腔室的电路板。在其他实施方案中，所述电路板还可包括微处理器。所述电路板可包括多个发光元件，每个发光元件能够单独地照射所述多个流体腔室中的一个。在一些实施方案中，所述多个发光元件可包括LED。在替代实施方案中，所述多个发光元件可包括激光器。在一些实施方案中，所述微处理器被编程为致使所述多个发光元件中的每个以具有0.01至100Hz范围内的重复频率的重复模式发射光，其中在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射。在其他实施方案中，在所述模式的每次重复期间所述多个流体腔室中的每个被单独地照射。
在所述组件的一些实施方案中，所述电路板包括光学地联接到所述单个感测区域的光电传感器。所述光电传感器可包括CMOS芯片、光电二极管、光电晶体管、光电池和光电倍增管中的一者。在一些实施方案中，所述光电传感器被配置为检测颜色变化。在其他实施方案中，所述光电传感器被配置为检测吸光度变化。所述微处理器可被编程为分析从所述光电传感器接收的信号。
在一些实施方案中，所述组件的所述电路板还可包括有包括环形形状的加热元件。在其他实施方案中，所述加热元件可被配置为对所述多个流体腔室进行加热。所述微处理器可被编程为生成传输到所述加热元件的信号。所述电路板还可包括有包括环形形状的导热垫，所述导热垫被配置为将热量从所述加热元件传递到所述多个流体腔室。另外，所述电路板可包括温度传感器。所述微处理器可被编程为分析从所述温度传感器接收的信号。
所述组件的所述电路板还可包括电子结果显示机构。在一些实施方案中，所述微处理器可被编程为生成传输到所述电子结果显示机构的信号，以简单明了地指示在所述多个流体腔室中的一个或多个中执行的测定反应的结果。
在一些方面，所述第一多个光导管中的每个光导管包括被配置为在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。在其他实施方案中，所述组件的所述第二零件还包括形成第二多个光导管的透明材料并且各自能够在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间传输光。在更进一步实施方案中，所述第二多个光导管中的每个光导管还包括被配置为在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
在所公开组件的某些实施方案中，所述多个流体通道从所述共用样品接收入口径向延伸。此外，所述多个流体腔室可围绕所述单个感测区域径向布置。在某些方面，所述第一多个光导管围绕所述单个感测区域径向布置。在另外的方面，所述单个感测区域位于所述第二零件的中心区域处或附近。在一些方面，所述中心区域是相对于所述多个流体腔室的位置而限定。在所公开组件的一些实施方案中，所述第一面和/或所述第二面可以是径向对称的。
在另一方面，本公开提供一种用于执行生物测定的系统。在一些实施方案中，所述系统包括组件和电路板。所述组件可包括有包括第一面的第一零件和包括第二面的第二零件。所述第一零件和所述第二零件可操作地联接，以形成多个独立连续流体路径。在某些实施方案中，所述连续流体路径包括共用样品接收入口、多个流体通道和多个流体腔室。在一些方面，所述多个流体通道可从所述共用样品接收入口延伸并可与之流体连通。在其他实施方案中，所述多个流体腔室中的每个流体腔室可与单个感测区域基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。所述多个流体通道中的每个流体通道可包括末端。在更进一步方面，每个流体腔室可包括与所述多个流体通道中的一个的所述末端流体连通的流体入口。每个流体腔室还可在流体路径末端处包括出口通风孔。在一些实施方案中，所述组件的所述第二零件可包括形成第一多个光导管的透明材料。在其他实施方案中，所述第一多个光导管中的每个光导管可以能够在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间传输光。
在一些实施方案中，所述系统的所述电路板联接到所述组件的所述流体腔室，并且包括微处理器、多个发光元件、光电传感器、加热元件、温度传感器和电子结果显示机构。在某些方面，所述多个发光元件中的每个发光元件能够单独地照射所述组件的所述多个流体腔室中的一个。在其他方面，所述光电传感器光学地联接到所述单个感测区域。所述加热元件可包括环形形状，并且可被配置为对所述组件的所述多个流体腔室进行加热。在某些实施方案中，所述微处理器被编程为致使所述多个发光元件中的每个以重复频率下的重复模式发射光，其中在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射。在其他实施方案中，所述微处理器还被编程为分析从所述光电传感器接收的信号，生成传输到所述加热元件的信号，分析从所述温度传感器接收的信号，并且生成传输到所述电子结果显示机构的信号。在一些实施方案中，传输到所述电子显示机构的信号致使所述显示器简单明了地指示在所述多个流体腔室中的一个或多个中执行的测定反应的结果。
在所述系统的另一实施方案中，所述系统还可包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片。在此类实施方案中，所述垫片可操作地联接到所述第一零件和所述第二零件以在所述连续流体路径中形成流体密封。在另一实施方案中，所述垫片可包括热塑性弹性体(TPE)包覆成型。所述垫片可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述垫片可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述垫片的此预干燥，所述系统可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。在一些实施方案中，当所述系统的所述第一零件和所述第二零件操作地联接时，所述垫片的体积可被压缩5％至25％。
在某些方面，所述生物测定是诊断测试。在所述系统的一些实施方案中，所述第一零件还可包括多个联接手柄，并且所述第二零件还可包括多个联接闩锁。在另一实施方案中，所述多个联接手柄中的每个可被配置为与所述多个联接闩锁中的一个操作地联接。
在所述系统的另外的实施方案中，每个流体腔室的所述出口通风孔可由自密封通风孔材料密封。所述自密封通风孔材料可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述自密封通风孔材料可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述自密封通风孔材料的此预干燥，所述系统可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在一些实施方案中，所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的疏水膜。在某些实施方案中，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件以在所述连续流体路径中形成流体密封。在其他实施方案中，所述疏水膜可通过使用多个能量导向器来焊接到所述第一零件和所述第二零件中的至少一者。在更进一步实施方案中，每个流体腔室的所述出口通风孔由所述疏水膜密封。所述疏水膜可包括聚四氟乙烯。所述疏水膜可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述疏水膜可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述疏水膜的此预干燥，所述系统可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在所述系统的某些实施方案中，所述第一零件和/或所述第二零件可以是注塑成型的。在一些实施方案中，所述第二零件包括选自由以下组成的组的材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚酰胺，及其组合。在一些实施方案中，所述第一零件和所述第二零件可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。在替代实施方案中，所述第一零件和所述第二零件可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于所述第一零件和所述第二零件的此预干燥，所述系统可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在所述系统的一些实施方案中，所述多个流体腔室中的至少一个的体积可不同于所述多个流体腔室中的至少另一个的体积。在替代实施方案中，所述多个流体腔室中的每个的体积可介于1uL与1100uL之间。在其他实施方案中，所述多个流体腔室中的每个的所述体积是大约30uL。
在所述系统的某些方面，所述多个流体腔室中的至少一个流体腔室包括干燥试剂。在一些实施方案中，所述干燥试剂是冻干试剂。所述干燥或冻干试剂可包括用于对所述样品执行测定反应的试剂。在一些实施方案中，所述测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。
在一些实施方案中，所述多个发光元件可包括LED。在替代实施方案中，所述多个发光元件可包括激光器。在一些实施方案中，所述微处理器被编程为致使所述多个发光元件中的每个以具有0.01至100Hz范围内的重复频率的重复模式发射光。在其他实施方案中，在所述模式的每次重复期间所述多个流体腔室中的每个被单独地照射。
在所述系统的一些实施方案中，所述光电传感器可包括CMOS芯片、光电二极管、光电晶体管、光电池和光电倍增管中的一者。在一些实施方案中，其中所述光电传感器被配置为检测颜色变化。在其他实施方案中，所述光电传感器被配置为检测吸光度变化。
在一些实施方案中，所述电路板还可包括有包括环形形状的导热垫，所述导热垫被配置为将热量从所述加热元件传递到所述多个流体腔室。
在一些方面，所述第一多个光导管中的每个光导管包括被配置为在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。在其他实施方案中，所述系统的所述第二零件还包括形成第二多个光导管的透明材料，并且各自能够在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间传输光。在更进一步实施方案中，所述第二多个光导管中的每个光导管还包括被配置为在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
在所公开系统的某些实施方案中，所述多个流体通道从所述共用样品接收入口径向延伸。此外，所述多个流体腔室可围绕所述单个感测区域径向布置。在某些方面，所述第一多个光导管围绕所述单个感测区域径向布置。在另外的方面，所述单个感测区域位于所述第二零件的中心区域处或附近。在一些方面，所述中心区域是相对于所述多个流体腔室的位置而限定。在所公开系统的一些实施方案中，所述第一面和/或所述第二面可以是径向对称的。
在再一方面，本公开提供一种基于核酸扩增样品的修改后光学性质来确定所述样品的一个或多个特性的方法。在一些实施方案中，所述方法包括：提供包括核酸的生物样品；将所述生物样品与光学性质修改试剂溶液组合以产生样品溶液；将所述样品溶液插入上述系统的所述样品接收入口中；将所述样品溶液的至少一部分传输到上述系统的所述多个流体腔室的所述流体入口中，其中所述流体腔室包括测定试剂，由此生成核酸反应混合物；用上述系统的所述加热元件对所述反应混合物进行加热，所述反应生成扩增的核酸和多个质子；使所述质子与所述光学性质修改试剂反应，其中所述反应能够修改所述光学性质修改试剂的光学性质，以允许检测指示所怀疑分析物存在于所述生物样品中的所述修改后光学性质；使用上述系统的所述微处理器致使所述多个发光元件中的每个以所述重复频率下的所述重复模式发射光；使用上述系统的所述光电传感器基于所述修改后光学性质来确定所述样品的一个或多个特性；以及使用上述系统的所述电子结果显示机构简单明了地指示在所述多个流体腔室中的一个或多个中执行的所述反应的结果。在一些实施方案中，将所述样品溶液的至少一部分传输到所述多个流体腔室的所述流体入口中还包括：将所述样品溶液的至少一部分从所述共用样品接收入口传输到所述多个延伸流体通道中，从所述多个流体通道的末端传输到所述多个流体腔室的所述流体入口中。在其他实施方案中，对所述反应混合物进行加热促进使用存在于所述生物样品中的所述核酸以及所述测定试剂的核酸扩增反应，由此生成扩增的核酸和多个质子。
在所述方法的一些实施方案中，每个发光元件单独地照射所述多个流体腔室中的一个。此外，在所述重复模式的每次重复期间，所述多个流体腔室中的每个可被单独地照射。在其他方面，致使所述多个发光元件中的每个以所述重复模式发射光还包括：致使所述多个发光元件中的每个在不同且各异的时间发射光，使得在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射。在一些实施方案中，所述重复频率在0.01至100Hz的范围内。
在所述方法的某些实施方案中，由所述多个发光元件中的每个发射的所述光通过上述系统的所述第二多个光导管传输到所述多个流体腔室。在更进一步方面，由所述多个发光元件中的每个发射的所述光通过使用位于所述第二多个光导管内的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者，通过所述第二多个光导管传输到所述多个流体腔室。另外，由所述多个发光元件中的每个发射的所述光可通过上述系统的所述第二零件的所述第一多个光导管传输到所述光电传感器。此外，由所述多个发光元件中的每个发射的所述光可通过使用位于所述第一多个光导管内的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者，通过所述第一多个光导管传输到所述光电传感器。
在一些方面，用所述加热元件对所述反应混合物进行加热还包括：将由所述微处理器生成的信号传输到所述加热元件。此外，使用所述光电传感器确定所述样品的一个或多个特性还可包括：所述微处理器分析从所述光电传感器接收的信号。另外，所述方法还可包括：从上述系统的所述温度传感器接收信号，以及使用所述微处理器分析从所述温度传感器接收的信号。在所述方法的另外的方面，使用所述电子结果显示机构显示所述所确定特性还包括：将由所述微处理器生成的信号传输到所述电子结果显示机构，以简单明了地指示在所述多个流体腔室中的一个或多个中执行的所述反应的结果。
在某些实施方案中，使用所述光电传感器来确定所述样品的一个或多个特性还包括：使用所述光电传感器来检测所述样品的颜色变化。在其他实施方案中，使用所述光电传感器来确定所述样品的一个或多个特性还包括：使用所述光电传感器来检测所述样品的吸光度变化。
在一些实施方案中，所述方法还包括：将上述系统的所述自密封通风孔材料、所述第一零件和所述第二零件、所述疏水膜和/或所述垫片预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，所述方法还可包括：将上述系统的所述自密封通风孔材料、所述第一零件和所述第二零件、所述疏水膜和/或所述垫片预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
在所述方法的一些实施方案中，所述光学性质修改试剂溶液包括液体缓冲剂。另外，所述测定试剂可包括核酸扩增酶和DNA引物。在所述方法的其他实施方案中，所述测定试剂被干燥，并且可包括冻干试剂。
附图说明
当结合附图阅读时，将进一步理解本申请。为了说明主题，在附图中示出主题的示例性实施方案；然而，当前所公开主题不限于所公开的特定方法、装置和系统。此外，附图不一定按比例绘制。在附图中：
图1是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的图示。
图2A是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的径向对称圆形第二面的图示。
图2B是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的径向对称多边形第二面的图示。
图2C是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的径向对称半圆形第二面的图示。
图2D是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的非径向对称圆形第二面的图示。
图2E是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的非径向对称圆形第二面的图示。
图2F是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室和第一光导管的第二零件的径向对称正方形第二面的图示。
图3A是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的未联接部件的鸟瞰图的图示。
图3B是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的未联接部件的底视图的图示。
图3C是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的替代未联接部件的鸟瞰图的图示。
图3D是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的替代未联接部件的底视图的图示。
图3E是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的横截面的图示。
图4是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的第二零件的横截面的图示。
图5是根据实施方案的用于执行生物测定的装置的横截面的图示。
图6是根据实施方案的由用于执行生物测定的装置生成的光线的光线跟踪模拟的图像。
图7是根据实施方案的光线跟踪模拟结果的图像，其示出用于图6的光线跟踪模拟的感测区域处的光学强度。
图8是根据实施方案的用于执行生物测定的系统的图示。
图9是根据实施方案的描绘用于执行生物测定的系统的受电部件之间的相互作用的框图。
图10A是根据实施方案的用于执行生物测定的系统的加热元件的热图像。
图10B是根据实施方案的条形图，其描绘用于执行生物测定的系统的多个流体腔室中的每个在由加热元件加热时的平均温度测量值。
图11是根据实施方案的使用用于执行生物测定的系统来执行生物测定的方法的流程图。
图12是根据实施方案的描绘由用于执行生物测定的系统的光电传感器随时间对包含在系统的多个流体腔室内的多个反应混合物检测的吸光度信号的线图。
具体实施方式
提供了用于使用指示剂来执行生物测定的装置、系统和方法，所述指示剂修改所测定生物样品的一个或多个光学性质或其方面。本主题方法包括通过对引入到装置的样品执行生化反应来生成反应产物，以及使反应产物与能够生成样品的光学性质的可检测变化的指示剂进行反应，以指示怀疑存在于样品中的分析物的存在、不存在或量。
在更详细地描述本发明之前，应理解本发明不限于所描述的特定实施方案，因为此类实施方案当然可变化。还应理解，本文所用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，并且无意是限制性的，因为本发明的范围将仅受限于所附权利要求。
如果提供了值的范围，则应当理解，介于所述范围的上限与下限之间的每个居间值(直至下限单位的十分之一，除非上下文另有明确陈述)以及所陈述范围内的任何其他所陈述值或居间值均涵盖在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在这些较小范围内并且也涵盖在本发明内，受制于所陈述范围内的任何具体排除的限值。如果所陈述范围包括所述限值中的一个或两个，则排除这些所包含限值中的一个或两个的范围也包括在本发明内。
本文中提供的某些范围中数值前面可存在术语“约”。本文中使用术语“约”来准确地指示它后面的确切数字以及与所述术语后面的数字接近或近似的数字。在确定数字是接近还是近似具体阐述的数字时，接近或近似的未阐述的数字可以是在其出现的上下文中提供与具体阐述的数字大体上等同的数字。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域中普通技术人员通常所理解的相同的含义。虽然类似或等同于本文描述的那些方法和材料的任何方法和材料也可以在本发明的实践或测试中使用，但现在描述的是代表性的示例性方法和材料。
本说明书中引用的所有公布和专利均以引用方式并入本文中，如同每个单独的公布或专利被具体地和单独地指示为以引用方式并入，并且以引用方式并入本文中以公开和描述引用所述公布时所涉及的方法和/或材料。对任何公布的引用均针对其在申请日之前的公开内容并且不应被解释为承认本发明由于先前发明而无权先于所述公布。此外，所提供的公布日期可不同于可能需要独立地确认的实际公布日期。
应注意，如本文中和所附权利要求中所用，除非上下文另外清楚指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。应进一步注意，权利要求可经拟订以排除任何任选的要素。因此，此陈述意图充当结合权利要求要素的阐述来使用诸如“仅仅”、“仅”等排他性术语或使用“否定”限制的前提基础。
另外，所公开的装置和/或相关联方法的某些实施方案可由可包括在本申请中的附图表示。装置的实施方案及其特定空间特性和/或能力包括在附图中示出或大体上示出的或者从附图能够合理推断出的那些装置的实施方案及其特定空间特性和/或能力。此类特性包括例如以下项中的一个或多个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个等)：围绕平面(例如，横截面平面)或轴线(例如，对称轴线)的对称性、边缘、周边、表面、特定取向(例如，近侧；远侧)和/或数目(例如，三个表面；四个表面)，或其任何组合。此类空间特性还包括例如缺少(例如，具体缺少)以下项中的一个或多个(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个等)：围绕平面(例如，横截面平面)或轴线(例如，对称轴线)的对称性、边缘、周边、表面、特定取向(例如，近侧)和/或数目(例如，三个表面)，或其任何组合。
本领域技术人员在阅读本公开之后将显而易见，本文描述并示出的单个实施方案各自具有分立的部件和特征，所述部件和特征可在不背离本发明的范围或精神的情况下易于与其他若干实施方案中的任何一个的特征分离或组合。任何所阐述方法均可以所阐述的事件顺序或以逻辑上可能的任何其他顺序进行。
在进一步描述本主题发明时，将更详细地论述用于实践本主题装置的主题装置，然后回顾相关联方法。
定义
除非另外规定，否则权利要求和说明书中所用的术语是如下文所陈述加以定义。
术语“比色法”或“比色”是指对溶液中有色化合物浓度进行定量或以其他方式观察的技术。“比色检测”是指检测溶液中此类有色化合物和/或化合物的颜色变化的任何方法。方法可包括视觉观察、吸光度测量或荧光性测量等。
术语“卤致变色剂”是指在某些化学反应时改变颜色的组合物。特别地，卤致变色剂可以是指随pH变化而改变颜色的组合物。不同变色剂可在不同的pH转变范围内改变颜色。
术语“转变pH范围”或“pH转变范围”是指特定样品或化合物的颜色改变的pH范围。样品的特定转变pH范围可取决于样品中的卤致变色剂(参见上文)。
术语“核酸扩增”或“扩增反应”是指扩增DNA、RNA或其修饰型式的方法。核酸扩增包括若干技术，诸如等温反应或热循环反应。更具体地，核酸扩增包括诸如聚合酶链反应(PCR)、环介导等温扩增(LAMP)、链置换扩增(SDA)、重组酶聚合酶扩增(RPA)、解旋酶依赖性扩增(HDA)、多置换扩增(MDA)、滚环扩增(RCA)和基于核酸序列的扩增(NASBA)的方法。术语“等温扩增”是指在不改变扩增反应温度的情况下执行的扩增方法。质子在扩增反应过程中释放：对于在扩增反应过程期间添加到单链DNA模板中的每个脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，释放一个质子(H+)。
术语“足够量”意指足以产生期望效果的量，例如，足以调节细胞中蛋白质聚集的量。
装置
本主题公开的各方面包括用于通过修改生物样品的光学性质并检测这些修改后性质来执行生物测定的装置。如本文所用，“生物样品”是包含可从受试者获取的一定量的有机材料(例如，一个或多个有机分子，诸如一个或多个核酸，例如，DNA和/或RNA或其部分)的样品。因此，“生物样品测定”是对生物样品执行以评估样品的一个或多个特性的测试。在一些方面，生物样品是核酸扩增样品，其是包括或怀疑包括可根据本主题实施方案进行扩增的一个或多个核酸或其部分的样品。
生物样品可由受试者提供并且包括一个或多个细胞，诸如受试者的组织细胞。如本文所用，术语“组织”是指受试者(例如，活生物体，诸如哺乳类动物，诸如人类)中具有类似功能和结构的一个或多个细胞聚集体或多种不同类型的此类聚集体。组织可包括例如器官组织、肌肉组织(例如，心肌；平滑肌；和/或骨骼肌)、结缔组织、神经组织和/或上皮组织。在一些型式中，组织可包括来自受试者脸颊内部的细胞和/或受试者唾液中的细胞。
如上所指出，生物样品可由受试者提供。在某些实施方案中，受试者是“哺乳类动物”或“哺乳动物”受试者，其中这些术语被广泛地用于描述哺乳纲内的生物，包括食肉动物目(例如，狗和猫)、啮齿目(例如，小鼠、豚鼠和大鼠)和灵长目(例如，人类、黑猩猩和猴子)。在一些实施方案中，受试者是人类。术语“人类”可包括两种性别并且处于任何发育阶段(即，胎儿、新生儿、婴儿、少年、青少年、成人)的人类受试者，其中在某些实施方案中，人类受试者是少年、青少年或成人。虽然本文描述的装置和方法可应用于人类受试者，但应理解，本主题装置和方法也可应用于其他受试者，即，应用于“非人类受试者”。
如本文所指，在一些型式中，生物样品可以是所制备生物样品。所制备生物测定样品是例如已通过将样品暴露于制备溶液(诸如，包括裂解剂(诸如去污剂)的溶液)而被处理的生物测定样品。因此，在一些实施方案中，生物样品是裂解物。此类制备可使所制备生物样品在暴露于例如测定试剂和/或光学性质修改试剂时能够与之反应。暴露可包括用制备溶液的裂解剂裂解样品的细胞和/或从中提取核酸。可将此类所提取核酸释放到所得所制备样品溶液中。在一些实施方案中，包括从生物样品提取基因组脱氧核糖核酸(DNA)的步骤。需要时，制备溶液是核酸扩增制备溶液，并且暴露于溶液中制备样品的核酸以进行扩增，例如等温扩增。
另外，如本文所用，短语“光学性质”是指一个或多个光学可识别特性，诸如源自在使用样品执行的测定反应之前、期间或之后由所述样品发射或传输通过所述样品的辐射(例如，光)的波长和/或频率的特性，诸如颜色、吸光度、反射率、散射、荧光性、磷光性等。因此，修改光学性质是指改变此类特性。
图1是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的图示100。在各种实施方案中，装置105包括第一零件110和第二零件115。在一些实施方案中，第一零件110和第二零件115中的至少一者是注塑成型的。在替代实施方案中，第一零件110和第二零件115中的一者可以不是注塑成型的。例如，第一零件110和第二零件115中的一者可包括膜。
在各种实施方案中，包括第一零件110和第二零件115的装置105包括一种或多种材料，包括例如聚合物材料(例如，具有包括例如塑料和/或橡胶的一种或多种聚合物的材料)和/或金属材料。可构成装置105中的任一者的材料包括但不限于：聚合物材料，例如，弹性体橡胶，诸如天然橡胶、硅橡胶、乙烯-乙烯基橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶；塑料，诸如聚四氟乙烯或聚四氟乙烯(PFTE)，包括膨体聚四氟乙烯(e-PFTE)、聚乙烯、聚酯(DacronTM)、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)；或粘合剂，诸如丙烯酸粘合剂、硅酮粘合剂、环氧树脂粘合剂或其任何组合等；金属和金属合金，例如，钛、铬、铝、不锈钢等；等。在各种实施方案中，材料是透明材料，因此，允许可见光谱内的光有效地从中通过。
在一些实施方案中，第一零件110和第二零件115可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。在优选实施方案中，第一零件110和第二零件115可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于第一零件110和第二零件115的此预干燥，装置105可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
第一零件110包括第一面并且第二零件115包括第二面。第一零件110和第二零件115的面可包括任何形状。此外，第一零件110和第二零件115的面可以是径向对称或非径向对称的。然而，在优选实施方案中，第一面和第二面是径向对称和/或基本上径向对称的。例如，第一零件110和第二零件115的面可包括圆形、六边形和/或另一多边多边形。第二零件115的径向对称面和非径向对称面的多个实施方案在图2A至图2F中示出并且在以下参考图2A至图2F进行论述。以下参考图2A至图2F和图4更详细地论述第一零件110和第二零件115的至少基本上径向对称的优点。
如上所指出且如图1所示，第一零件110可以联接到第二零件115以形成单体装置105。在一些实施方案中，第一零件110操作地联接到第二零件115。如本文所用的“操作地联接”、“操作地连接”和“操作地附接”意指以特定方式连接使得允许所公开装置以本文所述的方式操作和/或方法以本文所述的方式有效地执行。例如，操作地联接可包括可移除地联接或固定地联接两个或更多个方面。操作地联接还可包括流体地和/或电气地和/或可配合地和/或粘合地联接两个或更多个部件。另外，如本文所用，“可移除地联接”意指以两个和更多个联接部件可被重复地解除联接然后重新联接的方式进行联接，例如，物理地和/或流体地和/或电气地联接。例如，在一些实施方案中，第一零件110操作地联接到第二零件115以形成多个独立连续流体路径。
在一些实施方案中，第一零件110和第二零件115是通过使用多个联接手柄120和多个联接闩锁125来联接。如图1所示，多个联接手柄120附接到第一零件110，并且多个联接闩锁125附接到第二零件115。多个联接手柄120被配置为与多个联接闩锁125操作地联接。以下参考图3A和图3B更详细地论述用于联接第一零件110和第二零件115的另外的方法。
如上所指出，在某些实施方案中，可操作地联接第一零件110和第二零件115形成多个独立连续流体路径。多个独立连续流体路径包括共用样品接收入口130、多个流体通道(图3B所示)和多个流体腔室(图2所示)。具体地，每个流体路径包括共用样品接收入口130、多个流体通道中的一个流体通道以及多个流体腔室中的一个流体腔室。如上所论述，多个独立连续流体路径的此形成是有利的，因为它使多个测定能够并行发生。
在一些实施方案中，共用样品接收入口130位于操作地联接的第一零件110和第二零件115的中心。在一些方面，中心区域是相对于多个流体腔室的位置而限定。在替代实施方案中，共用样品接收入口130不可相对于操作地联接的第一零件110和第二零件115偏心。共用样品接收入口130被配置为接收样品溶液。在一些实施方案中，样品溶液包括生物样品。此生物样品可包括核酸。在一些实施方案中，样品溶液还包括另外的试剂。例如，样品溶液可包括光学性质修改试剂溶液。此光学性质修改试剂溶液还可包括光学性质修改试剂以及液体缓冲剂。根据一些实施方案，当生物样品或其一个或多个方面暴露于光学性质修改试剂时，光学性质修改试剂的光学性质由于生物样品中特定标记的存在或不存在而改变。可改变的光学性质的实例包括颜色和吸光度。可检测光学性质的变化并将其用于鉴定生物样品的性质。参考图4、图5和图11更详细地论述光学性质修改试剂及其光学性质变化的检测。
多个流体通道从共用样品接收入口130延伸并与之流体连通，使得流体可从共用样品接收入口130行进到多个流体通道中。例如，在诸如以上所论述那些实施方案的实施方案中，生物样品可从共用样品接收入口130行进到多个流体通道中。在一些实施方案中，流体通道从共用样品接收入口130径向延伸。
流体通道中的每个可成形为圆柱体或四边形棱柱，并且可具有包括10m或更小、诸如1m或更小、诸如10cm或更小、诸如1mm或更小的长度的尺寸，和/或具有100mm或更小、诸如10mm或更小、诸如1mm或更小、诸如0.1mm或更小、诸如10μm或更小的直径、宽度和/或高度。流体通道中的每个还可具有1100μL或更小、诸如10μL或更小、诸如1μL或更小、诸如0.1μL或更小、诸如1nL或更小的体积。在优选实施方案中，多个流体通道中的每个流体通道的尺寸相同。
流体通道从共用样品接收入口130延伸到多个流体腔室。具体地，每个流体通道从共用样品接收入口130延伸到多个流体腔室中的一个。此外，每个流体通道在末端(图3B所示)结束，并且每个流体腔室包括流体入口(图3B所示)。因此，每个流体通道的末端与流体通道所延伸到的一个流体腔室的流体入口流体连通。换句话说，流体能够从流体通道的末端流入流体腔室的流体入口中。在流体通过流体入口之后，流体位于流体腔室内。
在一些实施方案中，多个流体腔室中的每个流体腔室与单个感测区域(图4所示)基本上等距。在其他实施方案中，多个流体腔室中的每个流体腔室与共用样品接收入口130基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。在更进一步实施方案中，多个流体通道中的每个流体通道的尺寸包括相同尺寸。在此类实施方案中，流体从共用样品接收入口130行进到每个流体腔室的距离大致相等，并且从共用样品接收入口130行进到每个流体腔室的时间也大致相等。通过大致相等，预期小于或等于约±10％、或小于或等于±5％、或小于或等于±1％的差以及这些界值内的中间范围。流体腔室与单个感测区域之间的此类基本上等距，以及流体腔室与共用样品接收入口之间的基本上等距，以及流体通道的类似尺寸，进一步提高了装置105在类似状况下并行执行多个测定的能力。这些类似状况产生更受控且可靠的测定结果。
由于流体通道的长度，流体通道基本上防止液体或其组分从一个流体腔室运动(例如，扩散)到另一流体腔室。因此，流体腔室彼此隔离，并且在测定的持续时间内此类移动量在影响测定结果方面可忽略不计。
每个流体腔室可成形为圆柱体、矩形盒、立方体，或其任何组合。每个流体腔室也可以是微流体腔室。例如，在某些实施方案中，每个流体腔室可具有介于1μL至1100μL之间的体积。在另一实施方案中，每个流体腔室可具有大约30μL的体积。在替代实施方案中，多个流体腔室中的至少一个的体积不同于多个流体腔室中的至少另一个的体积。
在一些实施方案中，每个流体腔室包括可以是冻干试剂的干燥试剂。在一些实施方案中，干燥或冻干试剂包括测定试剂。在其他实施方案中，测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。在此类实施方案中，测定试剂实现生物样品中存在或怀疑存在的选定核酸的扩增。测定试剂可被干燥(例如，冻干)以延长测定试剂及因此装置105的架藏稳定性。参考图3A至图3E和图11更详细地论述位于流体腔室内的干燥或冻干测定试剂。
除了包括干燥或冻干测定试剂之外，每个流体腔室还包括出口通风孔135。每个流体腔室的出口通风孔135指定上述独立连续流体路径的末端。在一些实施方案中，出口通风孔145可用通风孔材料(未示出)密封。
密封出口通风孔145的通风孔材料可以是多孔的，因此具有从中延伸穿过的多个孔。通风孔材料还可具有被动可调的孔隙率。如本文所用，短语“被动可调的孔隙率”是指具有第一构造和第二构造的能力，在所述第一构造中，一种或多种气体(例如，空气)可例如通过孔从中通过，在所述第二构造中，一种或多种气体和液体(诸如，包括生物样品的液体)被阻止例如通过孔从中通过，并且在与液体接触时从第一构造自动地前进到第二构造。在第二构造中，通风孔材料防止液体例如通过孔从中蒸发。而且，在第二构造中，通风孔材料可通过覆盖流体腔室的出口排气孔135并且防止流体从中通过(包括蒸发)而流体地密封流体腔室。通风孔材料可被配置为在一种或多种液体(诸如，包括生物样品的液体)接触通风孔材料或其一部分(例如，表面，诸如形成流体腔室的壁的表面)时，从第一构造被动地(例如，在没有用户互动的情况下自动地)前进到第二构造。因此，在一些型式中，通风孔材料可在与液体接触时与液体和气体自密封。
而且，通风孔材料的一个或多个部分或材料可具有被动可调的孔隙率。例如，在一些型式中，通风孔材料可由具有被动可调的孔隙率的水凝胶构成。此类水凝胶在与液体(例如，水液体)接触时可以能够溶胀并降低多孔聚合物基体的孔隙率。
在替代实施方案中，通风孔材料可包括疏水性通风孔材料。例如，通风孔材料可包括聚四氟乙烯。参考图3C至图3E更详细地论述此类实施方案。
在其他实施方案中，通风孔材料可由多种材料构成，包括一种或多种聚合物基体，诸如多孔聚合物基体，诸如聚乙烯。通风孔材料也可由水凝胶(诸如羧甲基纤维素)构成。也可构成通风孔材料或其部分(诸如涂层)的其他材料包括糖类、蛋白质、潮解性材料、尼龙、ABS、聚碳酸酯和聚(甲基丙烯酸甲酯)和其他吸湿性材料，或其任何组合。通风孔材料也可以是或包括一个或多个涂层。
在某些实施方案中，在放置到出口通风孔145上之前，通风孔材料(诸如，自密封通风孔材料)可被预干燥至残留水分。例如，在一些实施方案中，通风孔材料可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。在一个优选实施方案中，通风孔材料可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。通过预干燥通风孔材料，通风孔材料的架藏期限及因此装置105的架藏稳定性可得以延长。具体地，通过预干燥通风孔材料，装置105可实现超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在图1中可见的装置105的最终特征是多个第二光导管140。多个第二光导管140用于检测生物样品的光学性质。参考图4和图5更详细地论述多个第二光导管140。
图2A至图2F是第二零件115的第二面的各种实施方案的图示。如以上关于图1所论述，第二零件115的第二面可以是径向对称和/或非径向对称的。在优选实施方案中，第二零件115的第二面是径向对称的。第二零件115(以及第一零件110和整个装置105)的径向对称性是设计装置105的优选方法，使得多个流体腔室205中的每个流体腔室与感测区域215基本上等距，并且更具体地，使得每个流体腔室205与单个传感区域215之间的光路长度基本上相等，因为这此基本上等距允许更受控且可靠的测定。然而，在替代实施方案中，装置105可以不是径向对称的，但仍可在每个流体腔室205与感测区域215之间维持基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。在更进一步实施方案中，装置105的特征可以在于多个流体腔室205中的一个或多个与感测区域215之间的非等同距离。
另外，虽然事实是图2A至图2F中所描绘的流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域215径向布置，但在替代实施方案中，流体腔室205和第一光导管210可围绕单个感测区域215非径向布置。图2A至图2F中所公开的第二零件115的第二面的替代布置也是可能的。
图2A是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管210的第二零件115的径向对称圆形第二面的图示200A。具体地，流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域215径向布置。另外，流体腔室205和第一光导管210是径向对称的。注意，第一光导管210(以下参考图4至图6更详细地论述)是光在流体腔室205与单个感测区域215之间行进通过的路径。因此，流体腔室205和第一光导管210的径向对称性确保流体腔室205中的每个与感测区域215之间的光路长度相等。
图2B是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管210的第二零件115的径向对称多边形第二面的图示200B。具体地，第二多边形面是八边形。流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域215径向布置。另外，流体腔室205和第一导光导管210是径向对称的。
图2C是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管210的第二零件115的非径向对称半圆形第二面的图示200C。具体地，半圆形第二面是变形的半圆形。流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域215径向布置。然而，因为半圆形第二面本身是非径向的，所以流体腔室205和第一光导管210无法围绕第二面径向对称。
图2D是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管210的第二零件115的非径向对称圆形第二面的图示200D。具体地，流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域205径向布置。此外，流体腔室205各自与单个感测区域215基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。然而，圆形第二面是非径向对称的，因为流体腔室205和第二光导管210并未沿着圆的半径以均匀间隔出现。
图2E是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管210的第二零件115的非径向对称圆形第二面的图示200E。具体地，流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域205径向布置。然而，流体腔室205并不与单个感测区域215基本上等距。此外，圆形第二面是非径向对称的，因为流体腔室205并不具有相同尺寸。因此，流体腔室205的光路长度是不相等的。
图2F是根据实施方案的具有径向布置的流体腔室205和第一光导管的第二零件115的径向对称正方形第二面的图示200F。流体腔室205和第一光导管210围绕单个感测区域215径向布置。另外，流体腔室205和第一导光导管210是径向对称的。
图3A是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的未联接部件的鸟瞰图300A的图示。装置105的未联接部件包括第一零件110和第二零件115。
如以上参考图1所论述，第一零件110和第二零件115可操作地彼此联接以形成多个独立连续流体路径。在某些实施方案中，第一零件110和第二零件115操作地联接，而第一零件110与第二零件115之间未放置任何部件。然而，在诸如图3A中所描绘的实施方案的替代实施方案中，为了操作地联接第一零件110和第二零件115，可将垫片320放置在第一零件110与第二零件115之间。垫片320可促进多个独立连续流体路径的形成。在将垫片320放置在第一零件110与第二零件115之间并且第一零件110和第二零件115操作地联接的实施方案中，垫片的体积可被压缩5％至25％。在某些实施方案中，垫片320包括热塑性弹性体(TPE)包覆成型。在此类实施方案中，垫片320可被包覆成型在第一零件110和/或第二零件115上以促进连续流体路径的密封。在一些实施方案中，垫片320可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。在优选实施方案中，垫片320可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于垫片320的此预干燥，装置105可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在其他实施方案(未示出)中，为了操作地联接第一零件110和第二零件115，可将粘合剂放置在第一零件110与第二零件115之间。在更进一步实施方案(未示出)中，装置105可包括单个单体件，而不是分开且操作地联接的两件(诸如，第一零件110和第二零件115)。
在一些实施方案中，垫片320形成多个流体腔室205中的每个的壁。在形成壁时，垫片320可密封流体腔室205的端部处的开口和/或在其上延伸。因此，垫片320和/或其一部分可限定流体腔室205的端部和/或将一种或多种固体和/或流体介质(例如，生物样品和/或光学性质修改试剂和/或测定试剂)可密封地包含在流体腔室205内。
根据本主题实施方案的垫片320可以是或包括具有薄和/或平面形状的一种或多种材料(例如，两种材料)的片材(例如，实心片材)。垫片320可包括顶表面和底表面，各自限定彼此平行且隔开厚度的平面。在各种实施方案中，片材是或包括单一材料均匀层。垫片320也可由彼此层压的两个或更多个(例如，三个、四个、五个或更多个等)片材组成。在一些型式中，片材是丙烯酸粘合剂层压体。
在一些方面，垫片320可具有长度、宽度和高度(也称为厚度)。垫片320的厚度(例如，第一表面同与第一表面相反的第二表面之间的厚度)可以是5mm或更小、3mm或更小、1mm或更小、0.5mm或更小、0.1mm或更小，或50μm或更小。垫片320和/或其片材的厚度也可例如在5mm至50μm(诸如3mm至0.1mm，诸如1mm至0.1mm)的范围内(包括端值在内)。而且，垫片320和/或片材的长度和/或宽度也可在1mm至2m(诸如1cm至1m，诸如1cm至10cm，诸如1cm至5cm)的范围内。
垫片320可以是和/或具有限定包括以下项的任何合适尺寸或形状的区域：圆形、半圆形、椭圆形、矩形、正方形、三角形、多边形、四边形，或其组合。垫片320可包括实心、均匀、一体的材料的一个或多个片材，并且在一些型式中，垫片320不包括从中穿过的任何开口。
垫片320和/或其片材可具有限定垫片320的面积的三个边缘、四个边缘或四个以上边缘。在各种实施方案中，边缘在拐角(例如，三个、四个、五个，或十个或更多个拐角)处相交。在一些型式中，垫片320的第一边缘与垫片320的第二边缘相对，并且与垫片320的第三和/或第四边缘相邻。在此类实施方案中，第三边缘可与第四边缘相对，并且第四边缘可与第一和/或第二边缘相邻。
根据本主题实施方案，垫片320可由多种材料构成。垫片320所包括的片材可由相同或不同材料构成。此类材料可具有柔性和/或高强度(例如，耐磨损)和/或高耐疲劳(例如，无论使用量或环境如何都能够长时间保持其物理性质)的特性。可构成垫片320或其部分的感兴趣材料包括但不限于：聚合物材料，例如，弹性体橡胶，诸如天然橡胶、硅橡胶、乙烯-乙烯基橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶；塑料，诸如聚四氟乙烯或聚四氟乙烯(PFTE)，包括膨体聚四氟乙烯(e-PFTE)、聚酯(DacronTM)、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氨酯；或粘合剂，诸如丙烯酸粘合剂、硅酮粘合剂、环氧树脂粘合剂，或其任何组合。如所描述的，此类材料中的每一种可在其一个或多个表面上包括粘合剂材料(例如，丙烯酸粘合剂材料)的涂层或层。
此外，在各种情况下，垫片320或其一部分(诸如，第一和/或第二层压层)不包括酸。另外，在一些型式中，垫片320或其一部分(例如，诸如第一和/或第二层压层)是不透明和/或白色的。在垫片320或其一部分是白色的情况下，白色层提供一个或多个流体腔室205的光学检查的均匀背景。在一些型式中，层(例如，第一层和/或第二层和/或垫片320)是不透明的和/或与反应起始颜色互补的颜色，例如，红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色、紫罗兰色、黑色、金色、银色、棕色，或其任何组合。反应起始颜色是反应发生之前反应产物和/或光学性质修改试剂的颜色，其中发生所述反应以充分修改光学性质修改试剂的光学性质，以允许检测指示可疑分析物存在于生物样品中的修改后光学性质。与反应起始颜色互补的颜色可提供流体腔室205的充分颜色对比度，例如与单一颜色相比增加的颜色对比度，使得例如修改后光学性质可由传感器来检测。
在各种情况下，垫片320或其一部分对光(例如，可见光)透明。在其他型式中，垫片320或其一部分是反射性的，例如,完全或基本上反射光(例如，可见光)。在其他型式中，垫片220基本上不透明且吸光，例如，具有黑色着色剂。另外，如本文所指出，垫片320可包括与第二层层压的第一层。在此类实施方案中，例如，第一层不包括酸，和/或第二层是不透明和/或白色的。
另外，在各种情况下，垫片320或其一部分(诸如片材)具有在0.1W/m-K至10W/m-K(诸如0.1W/m-K至5W/m-K，诸如1W/m-K至5W/m-K)的范围内的热导率。
根据一些型式，垫片320是图案化的粘合剂层。在此类实施方案中，垫片320可以是或具有多孔和/或包括一个或多个开口的部分，所述一个或多个开口从垫片320的第一表面延伸到垫片320的与第一表面相反的第二表面，使得一个或多个流体腔室205中的内容物(例如，液体)可从中穿过。因此，在一些方面，在执行测定时，流体腔室205的一个或多个内容物(例如，液体)可直接接触底物和/或其一个或多个部件，例如，传感器和/或加热元件。
除了垫片320之外，图3A还描绘了位于第二零件115下方的导热垫325。导热垫325包括环形形状，并且被配置为将热量从加热元件(未示出)传递到多个流体腔室205。由导热垫325传递的热量用于促进在流体腔室205内发生的反应。注意，在一些实施方案中，导热垫325不包括在装置105中。在替代实施方案(未示出)中，导热垫325可以是导热膏和/或导热带。
导热垫325的环形形状使得热量能够均匀地传递到多个流体腔室205中的每个流体腔室。热通量的此均匀分布向每个流体腔室205提供一致的等温加热，由此使反应条件标准化并实现更准确的测定。参考图8至图10B更详细地论述导热垫325以及加热元件的操作。
图3A还描绘干燥或冻干试剂330。如参考图1所论述，在一些实施方案中，干燥或冻干试剂330包含在每个流体腔室205内。在一些实施方案中，干燥或冻干试剂330包括测定试剂。在其他实施方案中，测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。在此类实施方案中，测定试剂实现生物样品中存在或怀疑存在的选定核酸的扩增。试剂330被干燥或冻干，以便延长试剂330及因此装置105的架藏稳定性。参考图11更详细地论述位于流体腔室205内的干燥或冻干测定试剂330。
图3B是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的未联接部件的底视图300B的图示。换句话说，图3B提供图3A中所描绘的装置105的未联接部件的替代视图。
图3C是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的替代未联接部件的鸟瞰图300C的图示。类似于图3A和图3B，图3C中所描绘的装置105的未联接部件包括第一零件110、第二零件115、导热垫325和冻干试剂330。然而，代替垫片320，图3C中所描绘的装置105包括疏水膜335。
在一些实施方案中，疏水膜335代替垫片320和参考出口通风孔135所论述的自密封通风孔材料两者。具体地，疏水膜335操作地联接到第一零件110和第二零件115，以在参考图1所论述的连续流体路径中形成流体密封。此外，疏水膜335密封多个流体腔室205中的每个流体腔室的出口通风孔135。在一些实施方案中，疏水膜335被焊接到图3A和图3C中所示的第一零件110的面。在某些实施方案中，疏水膜335包括聚四氟乙烯。疏水膜335可被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。替代地，疏水膜335可被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。基于疏水膜335的此预干燥，装置105可具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
在一些实施方案中，能量导向器(图3E所示)用于将疏水膜335焊接到第一零件110和第二零件115中的一者。在此类实施方案中，能量导向器位于图3B和图3D中所描绘的第一零件110的面上。具体地，能量导向器位于第一零件110的流体通道305和出口通风孔135周围。在替代实施方案中，不使用能量导向器，而是使用压力、超声焊接、粘合剂材料或热粘结将疏水膜335相对于第一零件110和第二零件115密封就位。
在替代实施方案中，装置105可包括垫片220和疏水膜335两者。例如，垫片220和疏水膜335可被层压在一起，或者疏水膜335可位于第一零件110的顶面上，并且垫片220可位于第一零件110与第二零件115之间。
图3D是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的替代未联接部件的底视图300D的图示。如图3D所示，疏水膜335已代替垫片320和覆盖出口通风孔135的自密封通风孔材料。
在替代实施方案中(未示出)，自密封通风孔可用于覆盖出口通风孔135，而无需使用垫片320。在此类实施方案中，第一零件110和第二零件115可使用超声焊接、粘合剂或热粘结来联接。
图3E是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的横截面300E的图示。具体地，图3E描绘通过疏水膜335和能量导向器340操作地联接到第二零件115的第一零件110。在图3E中所描绘的实施方案中，疏水膜335已通过使用能量导向器340来焊接到第一零件110和第二零件115以形成多个连续流体路径。
另外，图3E描绘位于流体腔室205内的冻干试剂330。
光学性质检测
图4是根据实施方案的用于执行生物测定的装置105的第二零件115的横截面的图示。如图4所描绘，装置105的第二零件115被配置为使得能够检测包含在多个流体腔室205内的反应混合物的修改后光学性质。具体地，第二零件115包括感测区域215、光电传感器405、图1中所描绘的多个第二光导管140，以及多个第一光导管210。
感测区域215是光学性质分析区域。如以上关于流体腔室205所描述，在某些实施方案中，感测区域215可与多个流体腔室205中的每个基本上等距。在某些实施方案中，这意指感测区域215位于装置105的中心处或附近。在一些方面，中心区域是相对于多个流体腔室205的位置而限定。通过将感测区域215定位成使得它与多个流体腔室205中的每个流体腔室基本上等距，可在相同参数下在感测区域215处准确且精确地检测包含在每个流体腔室205内的反应混合物的光学性质。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。
在一些实施方案中，光电传感器405光学地联接到第一多个光导管320并且位于感测区域215内。光电传感器405检测包含在每个流体腔室205内的反应混合物的光学性质的修改。例如，光电传感器405可被配置为检测包含在流体腔室205内的反应混合物的颜色变化。在替代实施方案中，光电传感器405可被配置为检测包含在流体腔室205内的反应混合物的吸光度变化。光电传感器405可包括CMOS芯片、光电二极管、光电晶体管、光电池和光电倍增管中的一者。
为了使光电传感器405能够检测流体腔室205内的反应混合物的修改后光学性质，多个发光元件410使光传输穿过流体腔室205内的反应混合物并进入包含光电传感器405的传感区域215中。为了实现光从发光元件410到达第二零件115的感测区域215的此通路，发光元件410围绕第二零件115位于流体腔室205附近，使得流体腔室205定位在发光元件410与感测区域215中的光电传感器405之间。具体地，多个发光元件410中的每个发光元件410被定位为照射多个流体腔室205中的一个流体腔室。在一些实施方案中，发光元件410围绕第二零件115和/或围绕感测区域215径向布置。在一些实施方案中，发光元件410包括LED。在替代实施方案中，发光元件410可包括激光器。
除了发光元件410之外，第二零件115还包括使来自发光元件410的光能够行进到感测区域215的多个第一光导管210和多个第二光导管140。具体地，多个第二光导管140中的每个第二光导管位于发光元件410与流体腔室205之间。因此，第二光导管140使光能够从发光元件410行进到流体腔室205中。另外，多个第一光导管210中的每个第一光导管位于流体腔室205与感测区域215之间。因此，第一光导管210使光能够从流体腔室205行进到感测区域215，这可由光电传感器405检测。例如，图4示出光线415从发光元件410穿过第二光导管140行进到流体腔室205中，穿过第一光导管210并且进入包含光电传感器405的感测区域215。
在某些实施方案中，第二光导管140和/或第一光导管210可包含反射表面420A、反射表面420B和/或一个或多个折射表面(未示出)，以使光线415从发光元件410穿过第二光导管140行进到流体腔室205中，穿过第一光导管210并且进入感测区域215中。在某些实施方案中，反射表面420A和400B相对于法线以45度角取向。在替代实施方案中，反射表面420A和400B可相对于法线以替代角度取向。在更进一步实施方案中，反射表面420A和420B可放置在第二光导管140和第一光导管210内除了图4中所描绘的那些位置之外的替代位置处。参考图5和图6更详细地论述折射表面。在其他实施方案(未示出)中，第一光导管210和第二光导管140可包含光学滤波器以实现波长选择性。
在一些实施方案中，第二零件115或其一部分对光(例如，可见光)透明。例如，在某些实施方案中，第一光导管210和/或第二光导管140可对可见光透明。因此，用户可通过第二零件115观察样品或其一个方面的光学性质修改。此外，第二零件115的透明性促进光电传感器405对光学性质的检测。构成第二零件115并实现第二零件115的透明性的材料的实例可包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚酰胺，及其组合。
如以上关于图1和图2A至图2F所论述，在一些实施方案中，多个流体腔室中的每个流体腔室205与感测区域215基本上等距。如本文所用，“基本上等距”意指多个流体腔室中的每个流体腔室距离单个感测区域的距离与多个流体腔室中的每个其他流体腔室距离单个感测区域的距离相差不超过+/-25％。此外，因为第一导光导管210位于流体腔室205与感测区域215之间，所以在此类实施方案中，第一多个导光导管210中的每个第一导光导管具有介于流体腔室245与感测区域215之间的相同长度。换句话说，每个流体腔室245与感测区域215之间的光路长度类似或相等。光路长度的此类似性是有利的，因为它允许装置105在相同规格下并行执行多个测定。这进而实现更准确、受控的测定结果。实现光路长度的此类似性的优选方式是将装置105设计成径向对称。在其他实施方案中，第一多个光导管210中的每个第一光导管具有相同尺寸。这进一步使装置105能够并行执行多个受控测定。
包括第二零件115的装置105的至少基本上径向对称性实现装置105的某些部件的集中，这进而实现这些部件的数目的减少，由此降低装置105的制造成本。具体地，通过将单个光电传感器405放置在感测区域215中，单个光电传感器405能够检测多个流体腔室205中的每个流体腔室内的反应混合物的光学性质的变化。单个集中式光电传感器405的此使用是有利的，因为它限制装置105所使用的光电传感器的数目，由此限制装置105的总成本。此外，因为与第二零件115的其他部件相比，光电传感器是相对昂贵的部件，所以与第二零件115的替代布置相比，将单个光电传感器405集中在感测区域215中是第二零件115的部件的相对更具成本效益的布置。例如，由于光电传感器通常比发光元件410更昂贵，因此将单个光电传感器405集中在感测区域215中比将单个发光元件410集中在感测区域215中相对更具成本效益。此外，装置105不包括移动部件，因此与确实包括移动部件(诸如，镜子和流体腔室)的装置相比，装置105不那么笨重且不易发生故障。
除了通过使用单个光电传感器405来降低成本之外，第一零件110和第二零件115都是单体零件，它们是多功能部件，因为当操作地联接时(任选地，与诸如垫片220的另外的部件联接)，第一零件110和第二零件115都能够单独形成执行生物测定所需的装置105的部件。因此，装置105的单独部件的简单性和数量的减少也降低装置105的总成本。
为了使用单个光电传感器405来通过源自多个发光元件410的多个光线415检测位于多个流体腔室205中的多个反应混合物的光学性质，多个发光元件410以特定的重复频率下的重复模式发射光，使得在任何时候仅照射多个流体腔室205中的一个。以此方式，光电传感器405能够在不同时刻检测多个反应混合物中的每个的光学性质，由此实现每个反应混合物的光学性质检测的准确性。此外，由于在模式的每次重复期间单独地照射多个流体腔室205中的每个，所以以特定的重复频率连续地监测多个反应混合物中的每个的光学性质。在某些实施方案中，重复频率在0.01至100Hz的范围内。发光元件410的重复频率的控制参考以下图8和图9更详细地论述。
图5是根据实施方案的用于执行生物测定105的装置105的横截面的图示500。具体地，图5描绘图4所示的光学性质的检测的替代视图。类似于图4，位于第二光导管140内的反射表面420A和位于第一光导管210内的反射表面420B可用于将光线415从发光元件410导向到感测区域215内的光电传感器405。
图5还描绘折射表面505。折射表面505位于第一光导管210内，并且更改光线415进入感测区域215的角度。在替代实施方案中，折射表面505可放置在第一光导管210内除了图4中所描绘的那些位置之外的替代位置处。另外，在替代实施方案中，折射表面505可位于第二光导管140内。
图6是光线415的光线跟踪模拟605的图像600。具体地，图6描绘光线415从发光元件410穿过第二光导管140行进到流体腔室205中，穿过第一光导管210并且进入感测区域215中。
注意，在从发光元件410行进到感测区域215的此过程中，光线415从各种表面反射和折射离开。例如，光线415从位于第二光导管140内的反射表面420A反射离开。在一些实施方案中，反射表面420A可相对于法线以45度角取向。另外，光线415从位于第一光导管210内的反射表面420B反射离开。在一些实施方案中，反射表面420B也可相对于法线以45度角取向。
除了从反射表面420A和420B反射离开之外，光线415还可从折射表面505折射离开。例如，如图6中所描绘，光线415从位于第一光导管210内的折射表面505折射离开之后进入感测区域215。
图7是光线跟踪模拟结果705的图像700，其示出用于光线跟踪模拟605的感测区域215处的光学强度。具体地，图7描绘整个感测区域215上的辐射量度。光电传感器405位于感测区域215的中心处或附近。具体地，光电传感器405大致位于x＝0，y＝0的坐标处。如图7所示，峰值辐射聚焦在x＝0，y＝0处的光电传感器405的位置周围。这表明光线415主要聚焦在光电传感器405上，由此实现由光线415传送的光学性质的准确检测。
系统
图8是根据实施方案的用于执行生物测定的系统805的图示800。系统805包括以上参考图1至图7所描述的装置105。如以上参考图1至图7所论述，在一些实施方案中，装置105包括第一零件110、第二零件115、垫片320、感测区域215、光电传感器405、发光元件410、用于覆盖装置105的出口通风孔135的出口通风孔材料810，以及包含在流体腔室205内的冻干试剂330。图8描绘这些部件。
除了装置105的部件之外，系统805还包括另外的部件。具体地，系统805包括电路板815、微处理器820、加热元件825、温度传感器830、电子结果显示机构835、电源840、外壳顶部845、外壳基座850、样品制备管孔口855、样品制备管860、电子结果显示孔口865和电源盖870。
在一些实施方案中，电路板815包括由例如其中或其上的玻璃纤维和/或铜和/或金和/或铝触点的层构成的印刷电路板。例如，电路板815可以是由例如玻璃纤维层的层构成的印刷电路板，其上具有通过一种或多种粘合剂(例如，环氧树脂)附连在其上的金属触点。在某些实施方案中，装置105的流体腔室205可操作地联接到电路板815。例如，装置105可使用粘合层(未示出)操作地联接到电路板815。
在某些实施方案中，微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835也联接到电路板815。微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835到电路板815的联接可包括机械和/或电气联接。
微处理器820被配置为基于一组或多组输入(例如，来自用户和/或传感器和/或计时器的输入，和/或存储在微处理器820的存储器中的指令来生成一个或多个输出(例如，电气信号)。系统805还可包括用于接收输入并且操作地联接到微处理器820的用户接口。微处理器820可电联接到发光元件410、光电传感器405、加热元件825、温度传感器830和/或电子结果显示机构835。以下更详细地论述微处理器820相对于这些部件中的每个的功能。
此类加热元件825的实例包括经受电阻焦耳(Joule)加热的导体、诸如珀耳帖(Peltier)元件的热电热泵、经受放热反应的化学加热试剂，或生成热量的其他元件。
加热元件825包括环形形状，并且被配置为对多个流体腔室205及其内容物进行加热，以促进在流体腔室205内发生的反应。因此，加热元件825位于装置105的第二零件115下方，使得加热元件825能够将热量传递到流体腔室205。在某些实施方案中，加热元件825位于电路板815与装置105的第二零件115之间。在其他实施方案中，加热元件725是电路板715上的导电迹线。在其他实施方案中，加热元件725由附连到电路板715的电阻元件(例如，表面贴装电阻器)构成。
加热元件825可被配置为将流体腔室205和/或其内容物(例如，生物样品)的温度升高1℃。加热元件825还可被配置为在10分钟或更短时间内将流体腔室205和/或其内容物的温度从室温(例如，21℃)增加至最高90℃和/或最高90℃的范围内。例如，加热元件825可被配置为在3分钟或更短时间内将流体腔室205和/或其内容物的温度从室温增加到63℃±1℃，和/或可被配置为维持此类温度达30分钟或更长时间。加热元件825还可被配置为维持流体腔室205和/或其内容物的温度达一定时间段，诸如2小时或更长时间，或者2小时或更短时间。此类温度可维持处于最高90℃和/或在最高90℃的范围内。维持此类温度通过施加热敏电阻(诸如，温度传感器830)来执行和/或是基于对微处理器820(诸如，微处理器820)的传感器反馈。加热元件825被配置为重复地升高流体腔室205和/或其内容物的温度，例如，对内容物进行一次加热，然后对内容物进行二次加热。加热元件825还可对流体腔室205的内容物进行加热，使得发生光学性质修改和/或核酸扩增。此外，加热元件825可对内容物进行加热，以执行用于诸如PCR的扩增反应的热循环。在这些情况下，可能有利的是将加热元件配置为例如使用极性可逆的热电热泵对反应腔室既加热又主动地冷却。
如先前参考图3A所论述，装置105还可在加热元件825与第二零件115之间包括导热垫325(未示出)。如上所指出，导热垫325包括环形形状，并且被配置为将热量从加热元件825传递到流体腔室205。
同样如上所论述，加热元件825的环形形状使得热量能够均匀地传递到多个流体腔室205中的每个流体腔室。热通量的此均匀分布向每个流体腔室205提供一致的等温加热，由此使反应条件标准化并实现更准确的测定。参考图10A和图10B更详细地论述加热元件825的功能。
如上关于加热元件825所提及，温度传感器830可测量加热元件825、流体腔室205和/或流体腔室205的内容物的温度。然后这些测量结果可被中继到微处理器820，并由微处理器820用于控制加热元件825的温度，由此控制流体腔室205和/或流体腔室205的内容物的温度。
在一些实施方案中，微处理器820可被编程为致使多个发光元件410中的每个以上述特定的重复频率下的重复模式发射光，其中在重复模式期间的任何时间仅照射多个流体腔室205中的一个。
在其他实施方案中，微处理器820可被编程为分析从光电传感器405接收的信号。具体地，微处理器820可被编程为基于从光电传感器405接收的信号来对流体腔室205中的生物样品执行光学性质修改和/或比色分析。因此，微处理器820可被配置为基于来自光电传感器405的输入来确定流体腔室205的一个或多个内容物的光学性质(例如，颜色)的变化是否已发生。
基于所述确定，微处理器205然后可生成信号以传输到电子结果显示机构835。这些信号可包括基于微处理器820所分析的光学性质的生物测定的结果。在一些实施方案中，电子结果显示机构835简单明了地提供生物测定的视觉和/或音频结果。在其他实施方案中，结果被传输到接收电子装置，诸如服务器、个人计算机或手持式智能手机。
在一些情况下，系统805包括一个或多个电源840。电源840可操作地连接到电路板815，因此操作地连接到电路板815所联接到的任何部件(例如，光电传感器405、发光元件410、微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835)。在一些方面，电源840可包括例如一个或多个电池、直流(DC)电源、交流(AC)电源、线性调节电源和/或开关模式电源。例如，在某些方面，电源840可以是一个或多个电池，例如便携式和/或自备的和/或可替换的电池，诸如一个或两个AA电池、插座，或另一电力源。能够由电源840提供的功率、电流和/或电压的量可例如大致等于给光电传感器405、发光元件410、微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835供电的量。在一些方面，电源840可包括一根或多根电线，例如，被配置为将系统805操作地连接到插座的线。电源840的线可被配置为可移除地连接到系统805和/或插座。
电源840被配置为接通以向一个部件提供电力和/或关断以停止向另一部件提供电力。电源840可被配置为例如通过操作开关、按钮、计时器或操作地连接到电源840或包括在电源840中的其他部件(诸如，微处理器820)来接通和/或关断。
在某些实施方案中，装置105(包括第一零件110、第二零件115、感测区域215、光电传感器405、发光元件410、出口通风孔材料810和冻干试剂330)、电路板815以及电路板815所联接到的所有部件(包括微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835)以及电源840可存储在外壳内。外壳可包括外壳顶部845，所述外壳顶部845可与外壳基座850操作地可联接，例如可配合，例如可卡扣地可联接。当操作地联接时，外壳顶部845和外壳基座850被配置为包含(例如，全部包含)装置105、电路板815和电路板815所联接到的所有部件，以及电源840。
如本文所描述，外壳顶部845和外壳底部850可由一层或多层材料(例如，聚物合材料)构成，并且可基本上成形为矩形盒。
在一些实施方案中，外壳顶部845可包括电子结果显示孔口860。电子结果显示孔口860是提供通向电子结果显示机构835的视觉通道的开口，使得系统805的用户可查看由电子结果显示机构835显示的信号。
在其他实施方案中，外壳顶部845可包括样品制备管孔口850。样品制备管孔口850是被配置为接收样品制备管855的开口。样品制备管孔口850提供通向装置105的共用样品接收入口130的通道(例如，流体通道)，使得生物样品可从中穿过以装载到共用样品接收入口130中。具体地，生物样品被装载到样品制备管855中，通过样品制备管孔口850，并且进入共用样品接收入口130中。在某些实施方案中，除了生物样品之外，另外的试剂也可被装载到样品制备管855中。例如，包括光学性质修改试剂和液体缓冲剂的光学性质修改试剂溶液可连同生物样品一起被装载到样品制备管855中。参考图11更详细地论述此类实施方案。
在某些实施方案中，外壳基座850包括电源盖870。电源盖850被配置为保护电源840并且提供通向其的通道。
根据一些实施方案，系统805及其部件是手持式装置或部件。如本文所用，术语“手持式”是指要被握持(例如，保持，或轻松地或舒适地握持)在手(诸如哺乳类动物的手，诸如人类的手，诸如具有平均尺寸和/或强度的成年男性或女性人类的手)中的方面的特征能力。因此，手持式方面是尺寸和/或形状设计成被保持(例如，轻松地或舒适地保持)在人类的手中的方面。手持式方面也可以是人类(例如，人类的一只或两只手)可移动(例如，轻松地移动，诸如易于沿竖直和和/或水平方向移动)的方面。
在理想情况下，系统805便宜到足以一次性使用，从而简化了使用并消除了维护和清洁的需要。
图9是根据实施方案的描绘系统805的受电部件之间的相互作用的框图900。具体地，图9描绘电源840和系统805的由电源840供电的部件之间的相互作用。在图9中所描绘的实施方案中，电路板815和联接到电路板815的部件由电源840供电。如图9所示，联接到电路板815的部件包括光电传感器405、发光元件410、微处理器820、加热元件825、温度传感器830和电子结果显示机构835。在替代实施方案中，替代部件可联接到电路板815。例如，在某些实施方案中，温度传感器825和/或电子结果显示机构835可不联接到电路板815。
电源840向电路板815供电。此电力从电路板815传递到电路板815所联接到的部件。例如，电力从电路板815传递到光电传感器405、发光元件410、微处理器820、加热元件825、温度传感器830和/或电子结果显示机构835。微处理器820进而向电源840提供关于在特定时刻操作联接到电路板815的部件所需的电力规格的指令。
微处理器820还向联接到电路板815的某些部件提供操作指令。例如，微处理器820向加热元件825提供加热指令。加热指令基于指定的加热方案详细说明对流体腔室205的内容物进行加热所需的热量的规格。在某些实施方案中，由微处理器820向加热元件825提供的加热指令可基于温度传感器830获得并传递给微处理器820的温度信息。
微处理器820还可向多个发光元件410中的每个发光元件提供照明指令。照明指令可详细说明发光元件410点亮的重复模式和/或重复模式的重复频率。
光电传感器405可使用由发光元件410发射的光来捕获关于包含在流体腔室205内的内容物的光学信息。例如，光学信息可包括关于包含在流体腔室205内的内容物的光学性质的信息。然后此光学信息可被发送到微处理器820。微处理器820分析这些光学信号并生成一个或多个测定结果。这些结果可由微处理器820发送到电子结果显示机构835，在电子结果显示结构处所述结果被简单明了地提供给系统805的用户。
图10A是根据实施方案的加热元件825的热图像1000A。如以上参考图3A、图3B和图8所描述，加热元件825包括环形形状，使得多个流体腔室205中的每个流体腔室的内容物可从加热元件825接收均匀的热通量。如图10A所示，加热元件825的温度在由加热元件825覆盖的整个区域上相对均匀。
图10B是根据实施方案的条形图1000B，其描绘多个流体腔室205中的每个在由加热元件825加热时的平均温度测量值。具体地，条形图1000B表明每个流体腔室205的平均温度是类似的。例如，多个流体腔室205的平均温度在59.7℃至62.9℃的范围内。因此，多个流体腔室205中的每个流体腔室的平均温度相对均匀。
方法
本公开内容包括在生物样品测定中修改光学性质的方法。此类修改可对生物样品，或与之相关联的方面(诸如，反应混合物或反应产物)执行。在需要的情况下，光学性质的修改可使用生物样品测定光学性质修改装置和/或系统(诸如，本文所描述的装置105和系统805)来执行。
图11是根据实施方案的用于使用系统805执行生物测定的方法1100的流程图。在其他实施方案中，方法可包括与图11所示的步骤不同和/或另外的步骤。另外，在各种实施方案中，方法的步骤可以与结合图11所述的顺序不同的顺序来执行。
受试者提供1101生物样品。如以上参考图1所描述，生物样品是包含可从受试者获取的一定量的有机材料(例如，一个或多个有机分子，诸如一个或多个核酸，例如DNA和/或RNA或其部分)的样品。在一些方面，生物样品是核酸扩增样品，其是怀疑包括可进行扩增的一个或多个核酸或其部分的样品。
所提供生物样品可包括一个或多个细胞，诸如受试者的组织细胞。如本文所用，术语“组织”是指受试者(例如，活生物体，诸如哺乳类动物，诸如人类)中具有类似功能和结构的一个或多个细胞聚集体或多种不同类型的此类聚集体。组织可包括例如器官组织、肌肉组织(例如，心肌；平滑肌；和/或骨骼肌)、结缔组织、神经组织和/或上皮组织。在一些型式中，组织可包括来自受试者脸颊内部的细胞和/或受试者唾液中的细胞。
所提供生物样品可包括例如人类唾液、尿液、人类粘液、血液，或诸如颊组织的实体组织。生物样品也可包括细菌或孢子。生物样品可由样品收集器提供。提供可包括使样品收集器抵靠受试者的一个或多个表面和/或受试者的生物样品(诸如，从受试者提取的液体(例如，唾液和/或血液)样品)的表面进行接触(例如，摩擦和/或刮擦)。这样，在一些型式中，提供包括从受试者提取一个或多个生物样品。在一些型式中，提供生物样品可包括指导受试者产生生物样品，诸如通过吐到样品收集器上和/或样品收集器中。提供生物样品还可包括在例如将样品收集器转移到装置105的同时，使生物样品或其一部分(例如，一个或多个细胞)保持在样品收集器上。在一些情况下，样品收集器是拭子，并且提供生物样品包括擦拭受试者嘴和/或鼻内部以获得收集器上的生物样品。在一些型式中，样品收集器是鼻咽、中鼻甲、生殖器和/或鼻拭子。在提供生物样品之后，方法1100可包括处理生物样品，使得其成为所制备生物样品。
所制备生物测定样品是例如已通过将样品暴露于制备溶液(诸如，包括裂解剂(诸如去污剂)的溶液)而被处理的生物样品。因此，在一些实施方案中，生物样品是裂解物。此类制备可使所制备生物样品在暴露于例如测定试剂和/或光学性质修改试剂时能够与之反应。暴露可包括用制备溶液的裂解剂裂解样品的细胞和/或从中提取核酸。可将此类所提取核酸释放到所得所制备样品溶液中。在一些实施方案中，包括从生物样品提取基因组脱氧核糖核酸(DNA)的步骤。
系统805的用户将所提供生物样品与光学性质修改试剂溶液组合1102，以产生样品溶液。在一些实施方案中，光学性质修改试剂溶液包括光学性质修改试剂和液体缓冲剂。
光学性质修改试剂可包括例如pH敏感染料、荧光染料、FRET染料、微米和纳米颗粒、荧光蛋白、比色底物、酶和试剂、等离激元结构、沉淀剂和底物，或其任何组合。
在一些型式中，光学性质修改试剂是或包括酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂。在一些方面，ELISA试剂选自由以下组成的组：碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、β-半乳糖苷酶、BCIP/NBT(5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸/硝基蓝四唑)、TMB(3,3',5,5’四甲基联苯胺)、DAB(3,3',4,4’二氨基联苯胺)、4CN(4-氯-1-萘酚)。TMB(双功能底物)、ABTS(2,2'-叠氮基-二[3-乙基苯并噻唑啉]磺酸盐)、OPD(邻苯二胺)、MUG(4-甲基伞形糖基半乳糖苷)、HPA(羟苯基乙酸)和HPPA(3-对羟基苯基丙酸)。
在各种情况下，光学性质修改试剂可包括一种或多种光学性质修改物质，因此被配置为使其光学性质中的一个(例如，颜色)被修改。因此，方法1100包括修改光学性质修改试剂的一个或多个光学性质。
修改光学性质是指改变一个方面(例如，样品)的一个或多个光学可识别特性，诸如源自一个方面发射的辐射(例如，光)的波长和/或频率的特性(诸如，颜色、荧光性、磷光性等)。例如，在一些型式中，光学性质是颜色，并且修改光学性质包括改变颜色。在一些方面，此类光学性质修改(例如，颜色变化)能够由非辅助人眼在例如环境光下检测到。在诸如方法1100的替代方面，光学性质修改是通过使用诸如光电传感器405的光电传感器能够检测到的。修改光学性质还可包括改变物质的透射率和/或不透明度，并且可包括致使物质基本上从透明变为不透明或者从不透明变为透明。因此，方法1100可包括利用光电传感器405检测透射率的此类变化。
用户将样品溶液插入1103系统805的装置105的共用样品接收入口130中。如参考图8所描述，将样品溶液插入1103共用样品接收入口103中还可包括将样品溶液插入系统805的样品制备管855中。
系统805将样品溶液传输1104到流体腔室205中。具体地，系统805将样品溶液的一部分从共用样品接收入口130传输1104到多个延伸流体通道305，从多个流体通道310的末端传输到多个流体腔室205的流体入口315中，其中流体腔室205包括测定试剂，由此生成核酸反应混合物。
传输样品溶液可包括将样品溶液移动(例如，使其流动)到多个流体腔室205中的一个或多个流体腔室。此类流动可包括偏置(例如，泵送)样品溶液以移动通过流体通道310。因为共用样品接收入口130与多个流体腔室205中的每个基本上等距，所以样品溶液从共用样品接收入口130行进到每个流体腔室205的距离大致相等。因此，样品溶液从共用样品接收入口130行进到每个流体腔室205所花费的时间量大致相等。这使系统805能够并行执行多个受控测定。
如上所指出，在一些实施方案中，流体腔室205中的每个包括测定试剂。因此，将样品溶液传输到流体腔室205中的一个或多个可包括将样品溶液与测定试剂混合，由此生成包括样品溶液和测定试剂的核酸反应混合物，以执行核酸扩增反应。
测定试剂包括能够与生物样品反应的酶和核酸引物，使得怀疑存在于样品中的一个或多个核酸可得以扩增，例如等温扩增(如果存在)。在某些实施方案中，测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。例如，测定试剂可包括一个或多个引物、脱氧核苷酸(dNTP)和/或聚合酶、Trizma预设晶体(Tris缓冲剂，pH 8.8；Sigma，目录号T9443)、氯化钾(KCl；Wako PureChemicals，目录号163-03545)、七水合硫酸镁(MgSO4；Wako Pure Chemicals，目录号137-00402)、硫酸铵((NH4)2SO4；Kanto Chemical，目录号01322-00)、吐温20(Tokyo ChemicalIndustry，目录号T0543)、甜菜碱溶液(甜菜碱，5M；Sigma，目录号B0400)、钙黄绿素(DOJINDO，目录号340-00433)加上如上所论述的一种或多种光学修改试剂、四水合氯化锰(II)(MnCl2；Wako Pure Chemicals，目录号133-00820)、琼脂糖S，EtBr溶液、模板核酸，或其任何组合。此外，在一些型式中，测定试剂可以干燥(例如，冻干)形式存储在流体腔室205中。因此，制备反应混合物可包括将样品溶液和测定试剂混合和/或使测定试剂水合。
测定试剂可包括能够通过等温扩增方案扩增存在于生物样品中的核酸的一种或多种试剂，所述等温扩增方案包括：转录介导的扩增、链置换扩增、基于核酸序列的扩增、滚环扩增、环介导等温扩增，等温多重置换扩增、解旋酶依赖性扩增、环状解旋酶依赖性扩增、单引物等温扩增、环介导扩增，或其任何组合。
在某些实施方案中，所执行的扩增反应是LAMP。在LAMP反应中，使用两对或三对引物来扩增在高温下处于动态平衡的双链或单链DNA模板。通过使用诸如LAMP Designer(Premier Biosoft，Palo Alto，CA)的引物设计软件，基于DNA模板来设计引物。在LAMP反应的第一步骤中，FIP(正向内部引物)的F2区域在相应互补(F2c)位置处退火至单链DNA。接下来，具有链置换活性的聚合酶沿着模板从F2的3'末端掺入dNTP。核苷酸的掺入释放质子，从而降低反应混合物的pH。然后，F3正向引物退火至F2区域上游和模板上的F3c区域。F3正向引物开始扩增模板链，这释放更多质子并置换先前合成的FIP掺入链。此单链包含F1序列(在靶序列内)及其互补F1c序列(在FIP内)。这在F1c在5'末端退火至F1时形成茎环。同时，BIP(反向内部引物)退火至链的另一端，并且核苷酸从B2延伸，从而释放更多质子。然后，反向引物B3结合到B2区域下游的B3c区域，置换BIP扩增链并且促进延伸以形成双链。现在，此置换链包含B1序列(在靶序列内)及其互补B1c序列(在BIP内)，从而在3'端形成另一茎环。现在，结构在每个末端都具有两个茎环结构，从所述茎环结构发生连续置换和延伸，以扩增模板。可通过添加更多正向和反向环引物来扩增LAMP反应，以产生更多具有茎环结构的扩增子。
LAMP程序可在固定温度下进行，从而使对任何昂贵的热循环装备的需求最小化。通常，等温方法需要设定温度，所述设定温度由选定试剂确定。例如，在LAMP方法中，酶在60℃至65℃之间的作用最佳。根据本发明实施方案的扩增也可通过应用PCR来执行。
在一些实施方案中，系统805对反应混合物进行加热1105，以产生扩增的核酸和多个质子。具体地，利用加热元件825对反应混合物进行加热来促进使用来自生物样品的核酸和测定试剂的核酸扩增反应。此反应产生扩增的核酸和多个质子。
在一些实施方案中，加热步骤1105包括将热能从加热元件825传递到导热垫325，从而传递到一个或多个流体腔室205。对反应混合物进行加热促进生物样品的核酸与测定试剂的核酸之间的扩增反应。此核酸扩增反应生成扩增的核酸和多个质子。
然后，质子与光学性质修改试剂反应1106。使反应产物或其方面与光学性质修改试剂反应可包括以化学方式修改反应产物和/或光学性质修改试剂，诸如通过将一个或多个质子结合到光学性质修改试剂来修改。在一些实施方案中，质子与光学性质修改试剂的此反应充分修改光学性质修改试剂的光学性质，以允许检测指示可疑分析物存在于生物样品中的修改后光学性质。
系统805致使1107发光元件410发射光。具体地，系统805的微处理器820指示多个发光元件410以重复频率下的重复模式发射光。在重复模式期间，多个发光元件410中的每个发光元件在不同时间点发射光，使得在任何时间仅照射多个流体腔室205中的一个。暴露于光可提供条件的变化，使得可测量光学性质。以此方式，在每个重复模式期间，每个流体腔室205的内容物的光学性质可由光电传感器405连续地监测。
基于在步骤1107中检测到的光学性质，系统805确定1108包含在流体腔室205中的样品的一个或多个特性。为了确定样品的一个或多个特性，光电传感器405将关于所检测光学性质的信息发送到微处理器820，并且微处理器820分析此信息。具体地，微处理器820可对一个或多个流体腔室205中的反应混合物执行光学性质分析。执行光学性质分析可包括确定流体腔室205的一个或多个内容物的光学性质的变化是否已发生。
光学性质分析可在关于步骤1105描述的整个扩增反应中实时执行，或者在执行扩增反应之后执行。反应混合物的修改后光学性质的检测可与对扩增反应产物存在或不存在的数字指示相关联。换句话说，反应混合物的修改后光学性质的检测可提供有关扩增反应产物是否存在的信息。在某些实施方案中，检测到反应混合物的修改后光学性质表明已经获得扩增反应的指数相或平稳相。
在一些实施方案中，相对于使用没有卤致变色剂的反应混合物的扩增反应，扩增反应产物的检测得以加速。在其他实施方案中，反应混合物的光学性质修改在从扩增反应的开始时间起的不到60分钟内检测出。扩增反应产物的检测有所加速，这是因为反应混合物中的盐致变色剂(弱酸或弱碱)吸收扩增反应过程期间生成的质子，并且游离质子的重组起到加速扩增反应检测的作用。反应可被设计成需要最小的扩增来生成足以使盐致变色剂改变光学性质的pH转变。使用荧光嵌入染料、分子信标、杂交探针、基于染料的检测、UV-Vis或其他检测方法的常规扩增技术需要发生特定阈值量的扩增之后才能够检测到扩增信号。然而，本发明的方法仅需要相对较小阈值量的扩增之后就能够检测到卤致变色剂的光学性质修改之前，因此，相对于常规扩增方法，扩增反应产物的检测得以加速。
系统805使用电子结果显示机构835显示1109所确定特性。具体地，微处理器820将包括所确定特性的信号传输到电子结果显示机构835，在所述电子结果显示机构835处将结果简单明了地提供给系统805的用户。如上所指出，所提供结果可呈显示器上的视觉输出的形式和/或音频输出的形式。
关于方法1100应注意的是，在各种实施方案中，系统805包括一个或多个(例如，三个)测定对照：样品充足性对照、阳性对照(例如，内部阳性对照)和/或阴性对照。样品充足性对照检测例如丰富的人类核酸标记物，诸如管家基因、RNA和/或人类β-肌动蛋白脱氧核糖核酸(DNA)，以确保提供足够的拭子样品。阳性对照扩增可在流体腔室205内共包装和/或共冻干的合成寡核苷酸。此类合成寡核苷酸可例如包括在光学性质修改试剂溶液中和/或测定试剂中。此类对照确保系统805在允许扩增感兴趣的遗传标记的条件下操作。阴性对照也扩增阳性对照，但没有共冻干的合成寡核苷酸。此类对照确保不存在任何污染自扩增扩增子。
实施例
图12是根据实施方案的描绘由光电传感器405随时间对包含在多个流体腔室205内的多个反应混合物检测的吸光度信号的线图1200。流体腔室205的第一子集包括实验反应混合物1305，并且流体腔室205的第二子集包括阴性对照混合物1310。在图12提供的实施例中，实验反应混合物1305包含有包含靶核酸的生物样品、光学性质修改试剂溶液和测定试剂。此外，在此实施例中，预期靶核酸的扩增导致吸光度降低。阴性对照反应混合物1310包含缺少靶核酸的相同溶液。
如图12所示，随着扩增反应进行，包括实验反应混合物1305的流体腔室205显示出由光电传感器405检测到的光随时间增加。换句话说，随着扩增反应进行，包括实验反应混合物1305的流体腔室205显示出吸光度的降低。吸光度的此降低表明反应混合物1305内存在的靶核酸增加。
另一方面，随着扩增反应进行，包括阴性对照反应混合物1310的流体腔室205未显示出光电传感器405检测到的光随时间增加。换句话说，随着扩增反应进行，包括阴性对照反应混合物1310的流体腔室205未显示出吸光度降低。吸光度并未降低表明反应混合物1310内不存在靶核酸。
注意，图12中所描绘的实验被设置成其中放置有实验反应混合物1305和阴性对照反应混合物1310的流体腔室205是交替的。换句话说，包含实验反应混合物1305的每个流体腔室205位于包含阴性对照反应混合物1310的两个流体腔室205之间，并且包含阴性对照反应混合物1310的每个流体腔室205位于包含实验反应混合物1305的两个流体腔室205之间。此布局以及在图1200中预期和实现的所得数据两者均表明系统805，更具体地在其上执行测定的装置105，证明相邻流体腔室205之间的串扰有限。具体地，图1200表明通过第一光导管210和第二光导管140传输的光学信号被传输而不受行进穿过相邻光导管的光学信号的干扰。
在阅读本公开之后，本领域技术人员将通过本文所公开的原理来理解另外的替代结构和功能设计。因此，虽然已示出和描述特定实施方案和应用，但应理解，所公开实施方案不限于本文所公开的精确构造和部件。在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本文所公开的方法和设备的布置、操作和细节进行对本领域技术人员而言显而易见的各种修改、改变和变化。
如本文所用，对“一个实施方案(one embodiment)”或“实施方案(anembodiment)”的任何引用意指结合所述实施方案所描述的特定要素、特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施方案中”不必全部指同一实施方案。
一些实施方案可使用表达“联接”和“连接”及其派生词来描述。例如，一些实施方案可使用术语“联接”来描述，以指示两个或更多个要素直接物理接触或电气接触。然而，术语“联接”也可意指两个或更多个要素彼此不直接接触，但仍彼此协作或相互作用。除非另外明确说明，否则实施方案并不限于此上下文。
如本文所用，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其他变型意图涵盖非排他性包括。例如，包括要素列表的过程、方法、物品或设备不必仅仅局限于这些要素，而是可包括没有明确列出的或此类过程、方法、物品或设备所固有的其他要素。此外，除非明确相反地陈述，否则“或”是指包含性“或”而不是排他性“或”。例如，以下项中的任何一项都满足条件A或B：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A与B两者皆为真(或存在)。
另外，使用“一个”或“一种”来描述本文中实施方案的元件和部件。这样做仅仅是为了方便并给出本发明的一般意义。本描述应该被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非很明显另有他意。
本描述的一些部分根据对信息的操作的算法和符号表示来描述本发明的实施方案。这些算法描述和表示通常由数据处理领域的技术人员用来将其工作的实质有效地传达给本领域其他技术人员。这些操作虽然在功能上、在计算上或在逻辑上进行了描述，但应理解为由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，也证明了在不失一般性的情况下，将这些操作的布置称为模块有时是方便的。所描述的操作及其相关联模块可以软件、固件、硬件或其任何组合来体现。
本文所描述的任何步骤、操作或过程可单独地或与其他装置组合地用一个或多个硬件或软件模块来执行或实现。在一个实施方案中，软件模块是使用计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品包括包含计算机程序代码的计算机可读非暂时性介质，所述计算机程序代码可由计算机处理器执行以用于执行所描述的任何或所有步骤、操作或过程。
本发明的实施方案还可涉及通过本文所描述的计算过程产生的产品。此类产品可包括由计算过程产生的信息，其中所述信息存储在非暂时性有形计算机可读存储介质上，并且可包括计算机程序产品或本文所描述的其他数据组合的任何实施方案。
Claims (126)
1.一种用于执行生物测定的组件，所述组件包括：
第一零件，所述第一零件包括第一面；以及
第二零件，所述第二零件包括第二面，
其中所述第一零件和所述第二零件操作地联接，以形成多个独立连续流体路径，所述连续流体路径包括：
共用样品接收入口；
多个流体通道，所述多个流体通道从所述共用样品接收入口延伸并与之流体连通；以及
多个流体腔室，每个流体腔室与单个感测区域基本上等距，并且每个流体腔室包括与所述多个流体通道中的一个的末端流体连通的流体入口和位于流体路径末端的出口通风孔，
其中所述第二零件包括形成多个第一光导管的透明材料，每个第一光导管能够在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间传输光。
2.如权利要求1所述的组件，所述组件还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片，所述垫片操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封。
3.如权利要求2所述的组件，其中所述垫片包括热塑性弹性体(TPE)包覆成型。
4.如权利要求2所述的组件，其中所述垫片被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
5.如权利要求2所述的组件，其中所述垫片被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
6.如权利要求1所述的组件，其中所述第一零件还包括多个联接手柄，并且所述第二零件还包括多个联接闩锁，并且其中所述多个联接手柄中的每个被配置为与所述多个联接闩锁中的一个操作地联接。
7.如权利要求2所述的组件，其中当所述第一零件和所述第二零件操作地联接时，所述垫片的体积被压缩5％至25％。
8.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室中的每个流体腔室的所述出口通风孔由自密封通风孔材料密封。
9.如权利要求8所述的组件，其中所述自密封通风孔材料被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
10.如权利要求8所述的组件，其中所述自密封通风孔材料被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
11.如权利要求1所述的组件，所述组件还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的疏水膜，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封。
12.如权利要求11所述的组件，其中所述疏水膜是通过使用多个能量导向器来焊接到所述第一零件和所述第二零件中的至少一者。
13.如权利要求11所述的组件，其中所述多个流体腔室中的每个流体腔室的所述出口通风孔由所述疏水膜密封。
14.如权利要求11所述的组件，其中所述疏水膜包括聚四氟乙烯。
15.如权利要求11所述的组件，其中所述疏水膜被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
16.如权利要求11所述的组件，其中所述疏水膜被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
17.如权利要求1所述的组件，其中所述第一零件和所述第二零件中的至少一者是注塑成型的。
18.如权利要求1所述的组件，其中所述第二零件包括选自由以下组成的组的材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚酰胺，及其组合。
19.如权利要求1所述的组件，其中所述第一零件和所述第二零件被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
20.如权利要求1所述的组件，其中所述第一零件和所述第二零件被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
21.如权利要求1所述的组件，其中所述组件具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
22.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室中的至少一个的体积不同于所述多个流体腔室中的至少另一个的体积。
23.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室中的每个的体积介于1uL与1000uL之间。
24.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室中的每个的体积是大约30uL。
25.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室中的至少一个流体腔室包括干燥或冻干试剂。
26.如权利要求25所述的组件，其中所述干燥或冻干试剂包括测定试剂。
27.如权利要求26所述的组件，其中所述测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。
28.如权利要求1所述的组件，其还包括：电路板，所述电路板包括微处理器，所述电路板操作地联接到所述流体腔室。
29.如权利要求28所述的组件，其中所述电路板还包括多个发光元件，每个发光元件能够单独地照射所述多个流体腔室中的一个。
30.如权利要求29所述的组件，其中所述多个发光元件包括LED。
31.如权利要求29所述的组件，其中所述多个发光元件包括激光器。
32.如权利要求29所述的组件，其中所述多个第一光导管中的每个第一光导管包括被配置为在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
33.如权利要求29所述的组件，其中所述第二零件还包括形成多个第二光导管的透明材料，每个第二光导管能够在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间传输光。
34.如权利要求33所述的组件，其中所述多个第二光导管中的每个第二光导管还包括被配置为在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
35.如权利要求29所述的组件，其中所述微处理器被编程为致使所述多个发光元件中的每个以具有0.01至100Hz范围内的重复频率的重复模式发射光，其中在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射。
36.如权利要求35所述的组件，其中在所述模式的每次重复期间所述多个流体腔室中的每个被单独地照射。
37.如权利要求29所述的组件，其中所述电路板包括光学地联接到所述单个感测区域的光电传感器。
38.如权利要求37所述的组件，其中所述光电传感器包括CMOS芯片、光电二极管、光电晶体管、光电池和光电倍增管中的一者。
39.如权利要求37所述的组件，其中所述光电传感器被配置为检测颜色变化。
40.如权利要求37所述的组件，其中所述光电传感器被配置为检测吸光度变化。
41.如权利要求28所述的组件，其中所述电路板还包括加热元件，所述加热元件包括环形形状，所述加热元件被配置为对所述多个流体腔室进行加热。
42.如权利要求41所述的组件，其还包括有包括环形形状的导热垫，所述导热垫被配置为将热量从所述加热元件传递到所述多个流体腔室。
43.如权利要求41所述的组件，其中所述电路板还包括温度传感器。
44.如权利要求28所述的组件，其中所述电路板还包括电子结果显示机构。
45.如权利要求37所述的组件，其中所述微处理器被编程为分析从所述光电传感器接收的信号。
46.如权利要求41所述的组件，其中所述微处理器被编程为生成传输到所述加热元件的信号。
47.如权利要求43所述的组件，其中所述微处理器被编程为分析从所述温度传感器接收的信号。
48.如权利要求44所述的组件，其中所述微处理器被编程为生成传输到所述电子结果显示机构的信号。
49.如权利要求1所述的组件，其中所述生物测定是诊断测试。
50.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体通道从所述共用样品接收入口径向延伸。
51.如权利要求1所述的组件，其中所述多个流体腔室围绕所述单个感测区域径向布置。
52.如权利要求1所述的组件，其中所述多个第一光导管围绕所述单个感测区域径向布置。
53.如权利要求1所述的组件，其中所述单个感测区域位于所述第二零件的中心处或附近。
54.如权利要求1所述的组件，其中所述第一面是径向对称的。
55.如权利要求1所述的组件，其中所述第二面是径向对称的。
56.一种用于执行生物测定的系统，所述系统包括：
组件，所述组件包括：
第一零件，所述第一零件包括第一面；
第二零件，所述第二零件包括第二面，
其中所述第一零件和所述第二零件操作地联接，以形成多个独立连续流体路径，所述连续流体路径包括：
共用样品接收入口；
多个流体通道，所述多个流体通道从所述共用样品接收入口延伸并与之流体连通；以及
多个流体腔室，每个流体腔室与单个感测区域基本上等距，并且每个流体腔室包括与所述多个流体通道中的一个的末端流体连通的流体入口和位于流体路径末端的出口通风孔，所述出口通风孔由材料密封，
其中所述第二零件包括形成多个第一光导管的透明材料，每个第一光导管能够在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间传输光；以及
电路板，所述电路板操作地联接到所述流体腔室，所述电路板包括：
微处理器；
多个发光元件，每个发光元件能够单独地照射所述多个流体腔室中的一个；
光电传感器，所述光电传感器光学地联接到所述单个感测区域；
加热元件，所述加热元件包括环形形状，所述加热元件被配置为对所述多个流体腔室进行加热；
温度传感器；以及
电子结果显示机构，
其中所述微处理器被编程为致使所述多个发光元件中的每个以重复频率下的重复模式发射光，其中在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射，并且其中所述微处理器还被编程为分析从所述光电传感器接收的信号，以生成传输到所述加热元件的信号，分析从所述温度传感器接收的信号，并且生成传输到所述电子结果显示机构的信号。
57.如权利要求56所述的系统，其还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片，所述垫片操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封。
58.如权利要求57所述的系统，其中所述垫片包括热塑性弹性体(TPE)包覆成型。
59.如权利要求57所述的系统，其中所述垫片被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
60.如权利要求57所述的系统，其中所述垫片被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
61.如权利要求56所述的系统，其中所述第一零件还包括多个联接手柄，并且所述第二零件还包括多个联接闩锁，并且其中所述多个联接手柄中的每个被配置为与所述多个联接闩锁中的一个操作地联接。
62.如权利要求57所述的系统，其中当所述第一零件和所述第二零件操作地联接时，所述垫片的体积被压缩5％至25％。
63.如权利要求56所述的系统，其中密封所述多个流体腔室中的每个流体腔室的所述出口通风孔的材料是自密封通风孔材料。
64.如权利要求63所述的系统，其中所述自密封通风孔材料被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
65.如权利要求63所述的系统，其中所述自密封通风孔材料被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
66.如权利要求56所述的系统，所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的疏水膜，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封。
67.如权利要求66所述的系统，其中所述疏水膜是通过使用多个能量导向器来焊接到所述第一零件和所述第二零件中的至少一者。
68.如权利要求66所述的系统，其中所述多个流体腔室中的每个流体腔室的所述出口通风孔由所述疏水膜密封。
69.如权利要求66所述的系统，其中所述疏水膜包括聚四氟乙烯。
70.如权利要求66所述的系统，其中所述疏水膜被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
71.如权利要求66所述的系统，其中所述疏水膜被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
72.如权利要求56所述的系统，其中所述第一零件和所述第二零件中的至少一者是注塑成型的。
73.如权利要求56所述的系统，其中所述第二零件包括选自由以下组成的组的材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物、聚酰胺，及其组合。
74.如权利要求56所述的系统，其中所述第一零件和所述第二零件被预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
75.如权利要求56所述的系统，其中所述第一零件和所述第二零件被预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
76.如权利要求56所述的系统，其中所述组件具有超过12个月的阈值的架藏稳定性。
77.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体腔室中的至少一个的体积不同于所述多个流体腔室中的至少另一个的体积。
78.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体腔室中的每个的体积介于1uL与1000uL之间。
79.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体腔室中的每个的体积是大约30uL。
80.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体腔室中的至少一个流体腔室包括干燥或冻干试剂。
81.如权利要求80所述的系统，其中所述干燥或冻干试剂包括测定试剂。
82.如权利要求81所述的系统，其中所述测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。
83.如权利要求56所述的系统，其中所述重复频率在0.01至100Hz的范围内。
84.如权利要求56所述的系统，其中在所述模式的每次重复期间所述多个流体腔室中的每个被单独地照射。
85.如权利要求56所述的系统，其中所述光电传感器包括CMOS芯片、光电二极管、光电晶体管、光电池和光电倍增管中的一者。
86.如权利要求56所述的系统，其中所述光电传感器被配置为检测颜色变化。
87.如权利要求56所述的系统，其中所述光电传感器被配置为检测吸光度变化。
88.如权利要求56所述的系统，其还包括有包括环形形状的导热垫，所述导热垫被配置为将热量从所述加热元件传递到所述多个流体腔室。
89.如权利要求56所述的系统，其中所述生物测定是诊断测试。
90.如权利要求56所述的系统，其中所述多个发光元件包括LED。
91.如权利要求56所述的系统，其中所述多个发光元件包括激光器。
92.如权利要求56所述的系统，其中所述多个第一光导管中的每个第一光导管还包括被配置为在所述多个流体腔室中的一个与所述单个感测区域之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
93.如权利要求56所述的系统，其中所述第二零件还包括形成多个第二光导管的透明材料，每个第二光导管能够在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间传输光。
94.如权利要求93所述的系统，其中所述多个第二光导管中的每个第二光导管还包括被配置为在所述多个发光元件中的一个与所述多个流体腔室中的一个之间导向光的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者。
95.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体通道从所述共用样品接收入口径向延伸。
96.如权利要求56所述的系统，其中所述多个流体腔室围绕所述单个感测区域径向布置。
97.如权利要求56所述的系统，其中所述多个第一光导管围绕所述单个感测区域径向布置。
98.如权利要求56所述的系统，其中所述单个感测区域位于所述第二零件的中心处或附近。
99.如权利要求56所述的系统，其中所述第一面是径向对称的。
100.如权利要求56所述的系统，其中所述第二面是径向对称的。
101.一种基于核酸扩增样品的修改后光学性质来确定所述样品的一个或多个特性的方法，所述方法包括：
接收根据权利要求56所述的系统；
提供包括核酸的生物样品；
将所述生物样品与光学性质修改试剂溶液组合，以产生样品溶液；
将所述样品溶液插入共用样品接收入口中；
将所述样品溶液的至少一部分从所述共用样品接收入口传输到从所述共用样品接收入口延伸并且与所述共用样品接收入口流体连通的所述多个流体通道中，从所述多个流体通道的末端传输到多个流体腔室的所述流体入口中，其中所述流体腔室包括测定试剂，由此生成核酸反应混合物；
用加热元件对所述反应混合物进行加热，其中所述加热促进使用存在于所述生物样品中的核酸和所述测定试剂的核酸扩增反应，所述反应生成扩增的核酸和多个质子；
使所述质子与所述光学性质修改试剂反应，其中所述反应能够修改所述光学性质修改试剂的光学性质，以允许检测指示可疑分析物存在于所述生物样品中的所述修改后光学性质；
使用微处理器，致使所述多个发光元件中的每个以重复频率下的重复模式发射光；
使用光电传感器，基于所述修改后光学性质来确定所述样品的一个或多个特性；以及
使用所述系统的电子结果显示机构来显示所述所确定特性。
102.如权利要求101所述的方法，其中每个发光元件单独地照射所述多个流体腔室中的一个。
103.如权利要求101所述的方法，其中在所述重复模式的每次重复期间所述多个流体腔室中的每个被单独地照射。
104.如权利要求101所述的方法，其中所述系统的第二零件还包括形成多个第二光导管的透明材料，每个第二光导管能够在所述多个发光元件中的一个和所述多个流体腔室中的一个之间传输光，并且其中由所述多个发光元件中的每个发射的所述光通过所述多个第二光导管被传送到所述多个流体腔室。
105.如权利要求104所述的方法，其中由所述多个发光元件中的每个发射的所述光是通过使用位于所述多个第二光导管内的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者，通过所述多个第二光导管传送到所述多个流体腔室。
106.如权利要求101所述的方法，其中由所述多个发光元件中的每个发射的所述光是通过所述第二零件的所述多个第一光导管传送到所述光电传感器。
107.如权利要求106所述的方法，其中由所述多个发光元件中的每个发射的所述光是通过使用位于所述多个第一光导管内的一个或多个反射表面和一个或多个折射表面中的至少一者，通过所述多个第一光导管传送到所述光电传感器。
108.如权利要求101所述的方法，其中致使所述多个发光元件中的每个以所述重复模式发射光还包括：致使所述多个发光元件中的每个在不同且各异的时间发射光，使得在任何时间所述多个流体腔室中的仅一个被照射。
109.如权利要求101所述的方法，其中用所述加热元件对所述反应混合物进行加热还包括：将由所述微处理器生成的信号传输到所述加热元件。
110.如权利要求101所述的方法，其中使用所述光电传感器确定所述样品的一个或多个特性还包括：所述微处理器分析从所述光电传感器接收的信号。
111.如权利要求101所述的方法，其还包括：从所述系统的温度传感器接收信号，以及使用所述微处理器分析从所述温度传感器接收的信号。
112.如权利要求101所述的方法，其中使用所述电子结果显示机构来显示所述所确定特性还包括：将由所述微处理器生成的信号传输到所述电子结果显示机构。
113.如权利要求101所述的方法，其还包括：将所述第一零件和所述第二零件预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
114.如权利要求101所述的方法，其还包括：将所述第一零件和所述第二零件预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
115.如权利要求101所述的方法，其中密封所述多个流体腔室中的每个流体腔室的出口通风孔的材料是自密封通风孔材料，并且其中所述方法还包括：将所述自密封通风孔材料预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
116.如权利要求101所述的方法，其中密封所述多个流体腔室中的每个流体腔室的出口通风孔的材料是自密封通风孔材料，并且其中所述方法还包括：将所述自密封通风孔材料预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
117.如权利要求101所述的方法，其中所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片，所述垫片操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封，并且其中所述方法还包括：将所述垫片预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
118.如权利要求101所述的方法，其中所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的垫片，所述垫片操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封，并且其中所述方法还包括：将所述垫片预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
119.如权利要求101所述的方法，其中所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的疏水膜，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封，并且其中所述方法还包括：将所述疏水膜预干燥至0至0.4％w/w之间的残留水分。
120.如权利要求101所述的方法，其中所述系统还包括位于所述第一零件与所述第二零件之间的疏水膜，所述疏水膜操作地联接到所述第一零件和所述第二零件，以在所述连续流体路径中形成流体密封，并且其中所述方法还包括：将所述疏水膜预干燥至最多0.2％w/w的残留水分。
121.如权利要求101所述的方法，其中所述重复频率在0.01至100Hz的范围内。
122.如权利要求101所述的方法，其中使用所述光电传感器来确定所述样品的一个或多个特性还包括：使用所述光电传感器来检测所述样品的颜色变化。
123.如权利要求101所述的方法，其中使用所述光电传感器来确定所述样品的一个或多个特性还包括：使用所述光电传感器来检测所述样品的吸光度变化。
124.如权利要求101所述的方法，其中所述光学性质修改试剂溶液包括液体缓冲剂。
125.如权利要求101所述的方法，其中所述测定试剂包括核酸扩增酶和DNA引物。
126.如权利要求101所述的方法，其中所述测定试剂被干燥或冻干。
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