CN112654858A - 生物标志物读取器 - Google Patents

Abstract

一种用于读取例如在侧向流动测试条带(5)上的测定的测试区域(6，7)的设备，该设备包括:光学检测器(2，4；图1c)，包括用于接收从所述测定的所述测试区域(6，7)发射的光的光学输入和电输出；电信号处理器，电耦合到所述电输出；以及对多个不同波长基本透明的多个光谱滤波器(图1b)。

Description

生物标志物读取器

技术领域

本公开涉及诊断测试的光学读出器，特别是作为侧向流动测试(lateral flowtest)的读出装置的光谱传感器。

背景技术

诊断测试通常用于识别疾病。可以在中心实验室进行诊断测试，由此从患者身上提取样本，例如血液，并将其送到中心实验室，在那里对样本进行分析。处理样本的不同设置是在为患者提供护理的点，这被称为护理点(POC)测试。POC测试允许更快的诊断。在POC测试中，可以使用不同的技术平台。第一类POC测试是高端的基于微流体的POC测试。这些POC测试主要用于例如医院或急诊室等专业环境。侧向流动测试技术提供了不同的技术平台。侧向流动测试主要用于消费领域(例如用于妊娠测试)，并且易于生产，成本效益高。

侧向流动测试是众所周知的，但作为背景技术简要描述。侧向流动测定(assay)包括一系列毛细管床，例如多孔纸、硝酸纤维膜、微结构聚合物或烧结聚合物，用于通过毛细管力输送流体通过一系列垫。样品垫充当海绵并被布置成接收样品流体，并进一步容纳过量的样品流体。在样品垫被样品流体浸透之后，样品流体迁移到缀合物垫，在该缀合物垫中，制造商已经储存了所谓的缀合物。该缀合物是盐-糖基质中生物活性颗粒的干燥形式，用于在目标分子(例如抗原)和其化学伙伴(例如抗体或受体)之间产生化学反应。当样品流体溶解盐-糖基质时，它也移动生物活性颗粒，并且在一个组合的输送动作中，样品和缀合物在流过毛细管床时相互混合。分析物在进一步迁移通过第三毛细管床时与颗粒结合。这种材料有一个或多个被称为条带的区域，在这些区域中，制造商已经固定了第三类型的分子，在大多数情况下，是针对抗原另一部分的抗体或受体。当样品-缀合物混合物到达这些条带时，分析物已经结合在颗粒上，而第三类型的分子结合复合物。当更多的液体通过条带时，颗粒聚集在条带上，条带变得可见、出现或以特定的颜色产生或产生为具有荧光波长能力。以这种方式，能够分别通过颜色或荧光发射检测来光学地检测到条带。

通常，至少有两个条带:控制条带/线，其捕获缀合物，从而显示反应条件和技术起作用；第二条带，即测试条带/线，其包含特定的捕获分子，并且仅捕获其上固定有分析物或抗原分子的那些颗粒。这使得测试的诊断结果对患者可见。一些测试结果依赖于荧光颗粒的存在，荧光颗粒对于用户来说可能是不可见的，但是当条带被照射时可以被光学检测器检测到。经过不同的反应区后，流体进入最终的多孔材料，这是一个吸液芯(wick)，充当废物容器。

侧向流动测试条带可以包含多条测试线，其中每条测试线包含不同类型的特定捕获分子，其结合不同的分析物或抗原。这种使用空间分离的测试线的多分析物检测可以使用相同颜色或荧光发射波长进行光学检测来完成。然而，每条测试线也可以通过不同的颜色或荧光发射波长使其可见。例如，结合到其各自的分析物-缀合物复合物上的每种类型的特定受体可以具有不同的颜色或发射波长。最终，这些测试线可以是侧向流动测试条带上的一条线，在空间上没有分离，但是可以通过不同的颜色或发射波长进行光谱分离。

总之，侧向流动测试是众所周知的，有四个关键要素:抗体、抗原、缀合物和复合物。尽管这些关键要素已经被很好地确立，但是技术人员使用的术语并不总是一致的，不同的术语可能指的是相同的要素。抗体也被称为受体、化学伙伴或捕获分子。抗原也被称为分析物、目标分子、抗原分子、目标分析物或生物标志物。样品通常含有分析物，尽管并非总是如此。缀合物也被称为(分析物)标签、标记颗粒、化学伙伴、(样品)缀合物混合物、生物活性颗粒或缀合物受体。缀合物的示例是荧光颗粒、红色颗粒或染料，进一步的示例在具体描述中被提供。复合物是抗原和缀合物的组合。该复合物也被称为标记的分析物、或其上分析物分子已经固定的颗粒。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于读取测定的测试区域的设备，该设备包括:光学检测器，包括用于接收从测定的测试区域发射的光的光学输入和电输出；电信号处理器，电耦合到所述电输出；和对多个不同波长基本透明的多个光谱滤波器。

光谱滤波器可以布置在光学检测器的光学输入的前面，并且多个光谱滤波器可以对应于光学检测器的多个空间分离的区域。可选地，光学检测器包括用于接收入射光学信号的主光轴，并且其中多个区域被布置在基本垂直于主光轴的平面中。

多个光谱滤波器可以进一步包括参考部分，该参考部分具有比所述多个不同波长的透射光谱更宽的光学透射光谱。参考部分可用于测量背景光信号。

光学检测器可以是空间分辨率大于所述多个光谱滤波器的数量的空间分辨(spatially resolved)光学检测器。例如，光学检测器可以包括检测器阵列，并且检测器阵列中的每个检测器可以对应于所述多个光谱滤波器中的每一个。

光学检测器可以包括所述多个光谱滤波器，并且在这种情况下，光谱滤波器不是单独的组件。

该设备还可以包括用于照射测试区域的光源。光学检测器可以进一步包括视场，并且光源可以布置在光学检测器的视场之外。

该设备还可以包括光学组件，该光学组件被布置成阻挡从测定的测试区域发射或反射的一部分光。例如，光学组件可以是光阑。

该设备可以进一步包括用于测量测试区域的侧向位移的装置。用于测量测试区域侧向位移的装置的示例是:轮子、球或光学跟踪装置。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于读取测定的测试区域的方法，该方法包括:在光学检测器的视场中提供测定的测试区域，使用多个具有不同透射光谱的光学滤波器过滤从测试区域发射的光以提供过滤光；利用光学检测器检测过滤光。

该方法可以进一步包括利用光学检测器对与多个不同透射光谱相对应的透射光进行光谱分辨。

该方法还可以包括使用具有宽带透射光谱的滤波器来测量背景光学信号。该方法可以进一步包括照射测试区域。

该方法可以进一步包括相对于光学检测器移动测试区域，以及测量过滤光的时间依赖性。

检测过滤光的步骤可以进一步包括检测荧光信号，该荧光信号可选地是进行时间分辨的(time resolved)。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的一些实施例，附图中:

图1是用于读取测定的测试区域的设备的示意图；

图2是用于读取测定的测试区域的设备的示意图的透视图；

图3是用于读取测定的测试区域的设备的示意图；

图4是用于读取测定的测试区域的设备的示意图的透视图；和

图5是方法的流程图。

具体实施方式

侧向流动测定或其他类型的测定通过测定的测试区域的颜色特性的变化来指示目标分子的存在。假设颜色的变化足够强烈以至于可以观察到，用户可以通过眼睛观察颜色的变化或出现，并且可以对是否发生了颜色变化进行二进制观察。用眼睛来量化颜色的变化通常是很有挑战性的或者是不可能的。

发明人已经认识到，光学检测器可以用于测量和量化测定的测试区域的颜色特性的变化，由此使用颜色滤波器来区分对应于颜色滤波器的透射波长的颜色变化和其他颜色变化。对于多分析物检测，使用多个不同的颜色滤波器来区分测定的测试线的多个不同的可能颜色变化。滤波器可以在光学检测器的外部，或者光学检测器可以是波长敏感的，从而包括光学滤波器。检测器可以是光电二极管像素的阵列，从而一些像素具有与其他像素不同的涂层，以选择性地过滤入射光。

测定的测试区域可以是具有反应区域(例如反应线)的流动膜，但是膜上的反应区域也可以是圆形、点状或任何其他形状。此外，反应区域可以是点的矩阵，或者通常可以称为测试位点。

相对于测试区域布置光学检测器，使得测试区域在光学检测器的视场内。光源可以布置在光学检测器的视场之外，以最小化否则可能由用光源直接照射光学检测器而引起的噪声。附加地，或者可替换地，通过最小化侧向流动测试条带上的测试线和控制线周围区域的反射率(reflectance)，可以降低由该反射率引起的噪声。这可以通过例如在测试区域和光学检测器之间的光路中布置一个或多个光学组件(例如光阑、狭缝、壁和/或其他阻挡)以减少和/或阻挡从测试线和控制线周围区域反射的不希望的光到达光学检测器来实现。对于检测器的视场，测试区域可以是同轴的或离轴的。可以使用平面光学检测器。光学检测器的示例是硅光电二极管阵列、有机光电二极管阵列、CCD、CMOS成像器件或单光子雪崩检测器(SPAD)。

测试区域取决于特定分析物的存在而改变颜色。在侧向流动测定的具体示例中，样品将首先流过具有不同分析物标签的缀合物垫，然后被标记的分析物将到达测试区域，在该测试区域，受体将与分析物结合，从而将分析物和标签固定在测试区域。在特定实施例中，可以在同一测试区域内提供多个不同类型的受体。可替换地，不同类型的受体在单独的测试区域中提供，或者在一个区域中混合(在空间上不分离)。当受体位于同一测试区域内时，多个相应分析物的存在将导致不同颜色的混合。

提供测试区域的照明，使得光学检测器能够检测测试区域的一个或多个颜色。光源可以是发光二极管(LED)、卤素灯、有机发光二极管(OLED)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、激光二极管或任何其他合适的光源中的一个或多个。光源可以具有窄光谱或宽光谱。光源可以是脉冲或连续光源。光源的选择取决于来自检测到的测试区域的发射或反射的类型。

在可替代配置中，可以在侧向流动测试条带位于光源和光学检测器之间的情况下测量测试线和控制线的吸光度(absorbance)。

现在将描述上述技术的示例性配置。这些配置不是限制性的，并且设想每个配置的元素可以彼此组合。

第一个示例使用光的反射。利用宽带光源照射测试区域，反射光谱及其强度(量化)取决于分析物的存在。如上所述的用户或光学检测器观察到彩色条带的存在的侧向流动测定是光反射的示例。例如，红色条带将由红光的反射和用于照射样品的白光光谱的其他部分的吸收所引起。因此，也可以通过反射的减少而不是增加来检测分析物，例如，当从具有增加的红色颗粒存在的测试区域反射较少的蓝光时。

第二个示例是荧光。利用具有围绕第一波长为中心的窄光谱的光照射样品区域，第一波长是激发波长，当存在分析物时，样品将以比激发波长更长的一个或更多个波长(或当使用下变频染料时以更小的波长)发射光。当存在多个不同的分析物时，可以使用一个或多个激发波长，并且可以监测多个不同的发射波长。该测量可以是荧光测量，与来自测试区域的反射光的测量相比，荧光测量具有灵敏度增加的优点。当使用荧光测量时，也可以利用脉冲宽带光照射测试区域。脉冲激发可以揭示时间相关的荧光信息。荧光的检测可以是时间分辨检测，或者可以在没有时间分辨检测的情况下进行，但是过滤光以阻挡激发光。

可以监测的发射类型的第三个示例是(化学)发光。这种发光是由于化学反应从测试区域自发发射的。如果发光被监测，则将不需要激发光，并且可以省略光源。选择化学反应，使得不同的分析物具有可以彼此区分的不同的发射波长。

在每个发射类型的示例中，通过检测不同的发射波长来识别不同的分析物。标记颗粒通常被选择来执行发射功能。这里使用的术语“发射”是指通常从测试区域发射光，并且包括光反射的示例。标记颗粒的示例是金纳米颗粒、聚苯乙烯颗粒、量子点、荧光标签或化学发光标签。在一个实施例中，通过使用放置在检测器之前的不同光学滤波器来实现波长之间的区分。不同的滤波器在平行于检测器前表面的平面中彼此相邻地布置。引起第一波长发射的分析物的存在是通过透过对第一波长透明的特定滤波器的透射来检测的，而发射被对其他波长透明的滤波器阻挡。

放置在滤波器后面的光学检测器能够例如通过包括传感器阵列来检测哪个滤波器透射光。代替滤波器，可以使用颜色敏感的检测器并且该检测器通过能够对信号进行光谱分辨而可以被认为是结合了滤波器。

测试区域不需要成像到检测器表面，因为不同分析物之间的区别特征在于颜色的不同。因此，发射的光可以被散射，并且可以是不相干的。可选地，可以使用透镜来收集更多的光。如上所述，多个分析物的测试区域可以部分或完全重叠和/或可以彼此相邻地布置。

设想滤波器在对应于被成像的侧向流动测试条带上存在的分析物的发射或反射光谱峰值的波长处具有透射峰值。此外，还可以包括参考滤波器以校准颜色滤波器。参考滤波器可以是宽带滤波器，也可以无滤波器。例如，校准可以包括从其它颜色滤波器后面的其它区域中检测到的光强度中减去参考滤波器后面的传感器区域中检测到的光强度。

此外，可以测量裸露的侧向流动测试条带，以校准来自其的裸露的反射或发射。

此外，参考二极管可用于针对用于产生反射或激发结合分析物的荧光标记的光强度进行校准。

如上所述，可以容纳多个分析物的测试区域与不同滤波器的阵列相结合，使得能够同时检测多个分析物。还可以对信号进行时间分辨以检测反应动态。

在本文描述的所有实施例中，当侧向流动测试条带装载有包含分析物的样品流体时，可以及时监测测试线和控制线的变化。这提供了有关侧向流动测试条带上的的分析完成和诊断动态的附加信息。

在上述配置中，侧向流动测试条带和检测器被描述为相对于彼此处于固定位置。可替换地，侧向流动测试条带也可以在检测器区域上移动并被跟踪，如下面将要描述的，例如，就像可以跟踪计算机鼠标的位移。

图1示出了实施例。印刷电路板1(PCB)持有第一检测器2、LED光源3和第二检测器4。PCB放置在包括测试区6和7的侧向流动测试条带5的上方。测试区6和7中的每一个都能够结合预定数量(例如三个)的标记分析物。图1b示出了覆盖检测器2的滤波器，并且相同的滤波器覆盖检测器4。该滤波器包括四个不同的区：透射光谱的三个不同部分的三个滤波器，以及第四部分，其对于包括该三个滤波器的波长在内的很宽的波长范围都是透明的以用于提供参考信号。图1c示出了图1b的滤波器后面的光学检测器，由此可以检测到对应于光学滤波器的四个部分的至少四个不同区，但是分辨率通常高于滤波器的四个区。可以使用传感器阵列，或者可以使用可以对透射光进行空间分辨的单个传感器。可以设想，滤波区的数量可以对应于或大于标记分析物的数量(对于宽波长滤波器，可选地加一)。以这种方式，无需附加的检测器就可以为任意数量的分析物提供可扩展的复用能力。

PCB和/或检测器ASIC还包括用于处理检测信号的处理逻辑。处理逻辑可以使用参考阈值来提供二进制结果，由此如果测量信号高于阈值则提供正测试结果，并且如果测量信号低于阈值则提供负测试结果。然而，处理逻辑可替换地能够量化信号的强度。该设置优选地被提供为紧凑的集成装置，样本条带可以被插入其中。

图2以透视图示出了图1a的示意性横截面，示出了附加的可选结构特征。如图1A所示，PCB 11持有第一检测器12(例如多光谱传感器)和至少一个光源13，取决于侧向流动测试条带15上存在的标记分析物14的照明要求，光源13可以是例如宽带、白色或任何其他颜色的LED，侧向流动测试条带15可以是例如硝酸纤维纸条带。

布置在PCB上的还有一个或多个壁16，其将PCB 11和侧向流动测试条带15之间的空间分成多个邻接部分，并且可以完全或部分地包围一个或多个光源13和检测器12，以将检测器12与壁16外部的光屏蔽开。一个或多个壁16可以可选地包括光吸收材料，以减少由例如壁16内部的杂散反射引起的不想要的噪声。

一个或多个壁16可以包括孔17，以提供从壁16内的至少一个光源13和检测器12到壁16外的侧向流动测试条带15的光路。孔17的数量可以决定可以同时读取多少测试线或区。在存在多个孔17的情况下，设想可以使用多个光源13。在图2的非限制性示例中，有两个孔17和相应的光源13来同时读取侧向流动测试条带15上的两行。也可以设想其他数量的孔和相应的光源13，例如三个、四个、五个和更多。以这种方式，即使侧向流动测试条带15具有多个具有不同照明要求的测试线或区，它们仍然可以被同时读取，即通过使用以上关于图1描述的多个孔17、光源13和/或光谱滤波器(图2中未示出)。

可替换地和/或附加地，一个或多个壁16可以被布置成阻挡检测器12的视场的一部分。例如，壁16a可以位于检测器12和光源13之间，使得光源不在检测器12的直接视场内。相反，来自光源13的光仅通过从侧向流动测试条带15的反射和/或发射间接到达检测器12。这确保了检测器12不会被直接照射淹没，从而降低了噪声。

可替换地和/或附加地，在存在多个孔17的情况下，一个或多个壁16b可以被布置成防止来自一个孔17的光在检测器12处干扰来自其他孔的光，否则这些光可能导致不想要的噪声。例如，壁16可以布置成使得来自一个孔17的光路不与另一个孔的光路相交。壁16因此被布置成控制来自不同孔径17的什么光到达检测器12的不同空间分离区域。

如上所述，侧向流动测试条带15上的测试线或区上的标记分析物14可以包括多个不同的颜色种类，例如三个不同的颜色种类，从这些颜色种类中可以对三个不同的分析物进行相应的二进制和/或定量测量。

图3示出了仅具有单个检测器22的PCB 21，检测器22包括如图1的实施例所示的滤波器。光源23设置在PCB上。测试条带24再次包括能够结合三个不同分析物的两个测试区25和26。通过在箭头A所示的方向上移动侧向流动测试条带，依次读出两个测试区。可选地，增加位置跟踪，以便能够确定PCB正在读出两个测试区中的哪一个，以及侧向流动测试条带正在以何种速度移动。位置跟踪器的示例是压在测试条带上的轮子或球，由此测量轮子或球的旋转并将其映射到测试条带的位移上。可替换地，可以使用光学跟踪方法。这些位置跟踪的示例是众所周知的，并且在测量侧向位移时也用于计算机鼠标或自行车车轮。此外，对准标记可以被添加到侧向流动测试条带，以指示例如侧向流动测试条带的开始和结束。

图4示出了图3的示意性横截面的透视图。显示了附加的可选结构特征。如图3所示，PCB 31持有第一检测器32(例如多光谱传感器)和一个光源33，取决于侧向流动测试条带35上存在的标记分析物34的照明要求，光源33可以是例如宽带、白色或任何其他颜色的LED，测试条带35可以是例如硝酸纤维纸条带。

布置在PCB 31上的还有一个或多个壁36，这些壁可以起到与上面参照图2描述的壁相同的作用。然而，与图2不同，仅存在一个孔37，使得一次只能读取一个测试线或区。取而代之的是，如以上关于图3所描述，通过在孔上移动侧向流动测试条带35，测试线或区被依次读出。如图3所示，对准标记38可以被添加到侧向流动测试条带35，以指示例如其开始和结束。

虽然图4的示例配置具有三个测试线，但是可以设想也可以存在任何其他数量的测试线。例如在测试点阵列中。

图5是说明这里描述的一般方法的流程图。该方法包括以下步骤：S1在光学检测器的视场中提供测定的测试区域，S2过滤从测试区域发射的光，S3利用光学检测器检测过滤光。

本发明也可以描述如下:

在下面的描述中，使用了单词“检测器”(单数)，并且本领域技术人员理解，这可以指具有光电二极管传感器像素阵列的检测器，由此不同的像素涂覆有不同的光学滤波器。

本公开描述了一种用于提高的灵敏度、用于多分析物检测和用于感兴趣的分析物的量化的电子光学读出器。

侧向流动测试，也称为侧向流动免疫层析测定，是一种简单的装置，旨在检测样品(基质)中目标分析物的存在(或不存在)，而不需要专用和昂贵的设备，尽管存在许多由读取设备支持的基于实验室的应用。通常，这些测试用于医疗诊断，无论是家庭测试、护理点测试还是实验室使用。一个广泛传播和众所周知的应用是家庭怀孕测试。

该技术基于一系列毛细管床，如多孔纸、微结构聚合物或烧结聚合物。这些元件中的每一个都具有自发输送流体(例如，尿液)的能力。

第一元件(样品垫)充当海绵并容纳过量的样品流体。一旦被浸泡，流体迁移到第二元件(缀合物垫)，在该元件中，制造商已经储存了所谓的缀合物，即包含一切的盐-糖基质中的生物活性颗粒的干燥形式，以保证目标分子(例如抗原)和已经固定在颗粒表面上的其化学伙伴(例如抗体)之间的优化化学反应。当样品流体溶解盐-糖基质时，它也移动颗粒，并且在一个组合的输送动作中，样品和缀合物在流过多孔结构时混合。这样，分析物结合到颗粒上，同时进一步迁移通过第三毛细管床。这种材料有一个或更多个其中第三分子已被制造商固定的区域(通常称为条带或点)。当样品-缀合物混合物到达这些条带时，分析物已经结合在颗粒上，并且第三“捕获”分子结合复合物。过了一段时间，当越来越多的流体通过条带时，颗粒就会聚集，条带区域就会变色。通常至少有两个条带:

1.一个(控制)条带捕获任何颗粒，从而显示反应条件和技术运行良好，

2.第二条带包含特定捕获分子，并且只捕获其上固定有分析物分子的那些颗粒。这使得测试的诊断结果对患者可见。

经过这些反应区后，流体进入最终的多孔材料，即仅充当废物容器的吸液芯。

目前有三种侧向流动测试。

类型1:不带任何电子设备的侧向流动测试。应该用肉眼“读出”颜色的变化。这不能以敏感或定量的方式来完成。只能实现二进制读出，即“是”或“否”。对于许多疾病来说，量化是很重要的，这是肉眼无法实现的。因此，这些类型的测试通常无法在商业上用于需要量化或敏感分析的诊断。

类型2:带有外部光学读出器的侧向流动测试。这导致量化水平的提高和灵敏度的提高。然而，需要有外部读取器装置，这对于消费者应用来说有时是缺点。此外，外部装置意味着颜色变化和检测器之间的距离比紧密集成的装置大，在紧密集成的装置中，检测器紧密连接到颜色变化发生的地方。颜色变化和检测器之间的距离增加。这可能导致信号降低或需要使用更昂贵的检测器。

类型3:包含光源和检测器的集成光学读出器的侧向流动测试是第三类侧向流动测试读取方法。这种读出系统的优点是:量化是可能的，并且不需要外部检测器就可以提高的灵敏度。然而，多分析物检测是困难的，因为如果想要测量不同种类的分析物，例如不同种类的线，则需要附加的光源和检测器。

前述问题通过使用具有不同种类滤波器的检测器来同时测量不同种类的颜色并量化这些不同的颜色来解决。这样做的优点是，只需要一个检测器来检测不同种类的分析物，例如不同种类的颜色。此外，所提出的构思还有一些附加的优点。目前用于侧向流动测试的电子读出系统通常具有额外的检测器来参考背景光或参考不改变其颜色的膜。在本发明中，在一个检测器上可以有三个颜色滤波器，使人们能够测量三个不同的颜色。此外，可以有第四区域，该区域没有任何滤波器，以检查背景光或检查LED的光强度或检查条带/膜上的参考区域。光源也可以集成在这四个滤波区的中间，这使得整个读出器更加小型化。

上述构思也允许遵循亲和反应的动力学，这也可以给出关于生物学测定的附加信息。

这些构思既适用于类型2检测，也适用于类型3检测。然而，类型3检测可以提供如上所述的附加优点。

在另一种配置中，只能使用一个光源和一个检测器。在这种情况下，配置可以如下:

·PCB(印刷电路板)上的一个检测器和一个光源

·带有“显影”条带/彩色线的条带在检测器上移动。

·检测器可以量化彩色线的光强度。

与之前的构思相比，这种配置有一些优点:

·在这种配置中，动力学不能在线遵循。然而，只有端点分析是可能的·需要的组件更少——只有一个光源和一个检测器。

取决于最终应用，可以选择最有用的配置。

除了读出器之外，PCB还可以用一个或更多个附加组件来补充：微控制器、无线配置、存储器等

可替换地，上述特征可以在特定的ASIC中实现。

例如，考虑带有两个红线的经典侧向流动测试。取决于反射模式或吸收模式，一个或两个检测器应位于线的上方或下方。检测器有四个区:

·第一区，用于测量白光，以补偿背景光或LED，或者测量条带上的参考区

·第二区，其测量源于存在的分析物1的红色

·第三区，其测量源于存在的分析物2的绿色

·第四区，其测量源自存在的分析物3的蓝色

测试构建如下:

·缀合物垫包含三个不同的染料

·控制线包含三个不同的受体

·如果仅存在分析物1，则控制线(一个单线)将呈红色；如果仅存在分析物2，则控制线将呈绿色；如果仅存在分析物3，则控制线将呈蓝色；如果样品中存在分析物的混合物，则控制线将呈现红色、绿色和蓝色的混合物。通过测量RGB信号的强度，可以识别和量化不同分析物的区分

这种方式的优点是:

·不需要用于环境光测量的附加检测器

·不需要用于环境光测量的附加光源

·多路复用，不需要更多的点、更多的线、更多的检测器

以上可以通过使用光电二极管或通过使用单光子雪崩检测器(SPAD)来实现，以获得更敏感的信号。

使用光谱传感芯片可以实现更高的复用能力。

为了进一步增加灵敏度和/或避免困难的光学设置，上述方法也可以例如已知的光学设置的构建中与透镜结合使用。

在这个示例中，使用屏障结构来避免光的交叉污染。在本发明中，建议使用透镜结构将光对准到检测器上。这可以具有以下优点：可以在更靠近检测器线的地方进行测量(灵敏度提高)，光可以聚焦到检测器上(灵敏度提高)，并且能够使整个装置更简单、更小。

上述构思描述了基于透射或反射模式的读出。对于这些应用，需要使用具有吸收特性的探针/染料。

然而，一些当前的诊断测定也使用荧光或甚至发光读出机制。对于荧光，需要光源。作为光源，可以使用VCELS或LED。这些光源可以有特定的颜色。可替换地，它们可以具有更宽的光谱，并且光源可以是脉冲的。可替换地，光源可以具有特定的颜色并且是脉冲的。

上述构思也可以与阵列检测器一起使用，以增加可以检测的线的数量。这样，复用能力可以进一步提高。

结合上述方法的测量流速的技术可以提供附加优点，并允许更精确的定量测量。

所描述的构思的一般优点:

·更简单的光学设置＝更便宜的装置

·更少的组件＝更便宜的装置

·由于不同的颜色检测，使得可以进行多分析物检测

·由于SPAD，使得灵敏度更高

·由于流速测量，使得可以进行定量测量

·或者上述优点的组合

前述构思还允许增加动态范围。可以在缀合物受体上使用不同种类的纳米颗粒。它们都将具有不同的颜色，因此当它们结合到控制/样品线上时可以被区分。例如，它们在亲和力方面的差异使它们在另一动态范围内有用。然而，由于它们具有不同的颜色，因此可以同时测量它们并增加动态范围。

此外，可以在同一的颜色检测ASIC中建立纸张跟踪功能，以检查侧向流动测试条带的位置。侧向流动测试包含可识别的位置跟踪，包括条带的开始和结束标志。这种纸张跟踪功能类似于计算机鼠标定位功能。

因此，ASIC芯片包含以下模块:

1.颜色传感器

2.纸张跟踪样式

3.作为光源的LED

4.无线配置，例如蓝牙、WIFI、NFC

5.用于计算等的状态机或微处理器。

上述选项的组合也是可以的。

总之:测量背景信号(或参考信号)和测量不同颜色的单个检测器减少了所需的检测器数量，并允许在读取不同颜色的强度后以定量方式进行多分析物检测。侧向流动测试可采用附加的纸张跟踪功能，在侧向流动测试条带的不同位置使用色带(分析物)。特征包括:

·使用光谱传感器检测器进行侧向流动测试的光学电子读出。

·侧向流动测试跟踪功能。

在一些实施方式中，本发明可以提供一个或更多个优点：

·允许灵敏的和定量的测量

·不需要附加的检测器来补偿环境光或参照未修改的条带

·不需要附加的光源来测量膜的背景信号

·允许多分析物检测或多色测量，无需附加的线或更多检测器

·不要求侧向流动测试的制造商改变其明确定义和理解的制造方法。

·高灵敏度允许检测生物标志物(以及因此检测相应的疾病)，这在以前用眼读侧向流动测试是不可能的。

可以使用本发明的应用实例:

·光谱传感检测器

·CMOSIS阵列能力

·透镜系统

·VCELS

特征组合(示例):

1.能够检测不同颜色的定量读出光电二极管芯片。这允许对吸光度测量进行多分析物检测和/或背景补偿

2.1+利用SPAD

3.以上用于发光测量

4.以上+透镜

5.以上+VCELS用于荧光测量

6.以上+流速测量

7.1+移动条带&上述所有其他组合

尽管已经根据如上所述的优选实施例描述了本发明，但是应该理解，这些实施例仅仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施例。鉴于本公开，本领域技术人员将能够做出落入所附权利要求的范围内的修改和替换。本说明书中公开或示出的每个特征都可以被结合到本发明中，无论是单独的还是与这里公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。

Claims (20)

1.一种用于读取测定的测试区域的设备，所述设备包括:

光学检测器，包括用于接收从所述测定的所述测试区域发射的光的光学输入和电输出；

电信号处理器，电耦合到所述电输出；以及

多个光谱滤波器，对多个不同波长基本透明。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光谱滤波器被布置在所述光学检测器的光学输入的前面，并且其中所述多个光谱滤波器对应于所述光学检测器的多个空间分离的区域。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述光学检测器包括用于接收入射光学信号的主光轴，并且其中所述多个区域被布置在基本垂直于所述主光轴的平面中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多个光谱滤波器还包括参考部分，所述参考部分具有比所述多个不同波长的透射光谱更宽的光学透射光谱。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光学检测器是空间分辨率大于所述多个光谱滤波器的数量的空间分辨光学检测器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光学检测器包括检测器阵列，并且其中所述检测器阵列的每个检测器对应于所述多个光谱滤波器中的每一个。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学检测器包括所述多个光谱滤波器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于照射所述测试区域的光源。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述光学检测器包括视场，并且其中所述光源被布置在所述光学检测器的所述视场之外。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括光学组件，所述光学组件被布置成阻挡从所述测定的所述测试区域发射或反射的光的一部分。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述光学组件是光阑。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于测量所述测试区域的侧向位移的装置。

13.根据权利要求12所述的设备，包括轮子、球或光学跟踪装置之一。

14.一种用于读取测定的测试区域的方法，所述方法包括

在光学检测器的视场中提供所述测定的所述测试区域，

使用多个具有不同透射光谱的滤波器过滤从所述测试区域发射的光，以提供过滤光，

利用所述光学检测器检测所述过滤光。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括利用所述光学检测器对与多个不同透射光谱相对应的透射光进行光谱分辨。

16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括使用具有宽带透射光谱的滤波器来测量背景光信号。

17.根据权利要求14至15中任一项所述的方法，还包括照射所述测试区域。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，还包括相对于所述光学检测器移动所述测试区域，以及测量所述过滤光的时间依赖性。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中所述检测所述过滤光还包括检测荧光信号。

20.根据权利要求19的方法，其中所述检测荧光信号包括及时分辨所述荧光信号。

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