CN113302492A - 用于分析流体样品的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对流体样品执行一种或更多种免疫测定并且在样品正在流动时对流体样品执行图像分析以便基于图像分析获得与一种或更多种目标分析物有关的测量结果的系统和方法。这些系统和方法包括一次性流体装置，诸如试剂盒，该一次性流体装置被构造成装载有流体样品并且对该流体样品执行一种或更多种测定。该试剂盒还被构造成使经受或已经经受测定的一定体积的流体样品流过试剂盒的一部分，以随后由分析仪器进行分析。该分析仪器被构造成在流体样品流过试剂盒的一部分时捕获流体样品的图像，并且随后分析这些图像以便获得对流体样品内的一种或更多种目标分析物的测量结果。

Description

用于分析流体样品的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年1月3日提交的美国临时申请第62/787,967号的优先权和权益，该美国临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。
发明领域
本发明总体上涉及流体样品分析系统和方法。
背景
比浊法(turbidimetry)是基于对与悬浮在溶液中的颗粒的光相互作用的测量结果来确定溶液中的浑浊量或浊度的过程。浊度测定尤其用于确定流体样品中的目标分析物的浓度。免疫比浊法和浊度法是免疫测定中使用的用于评估目标分析物，诸如流体样品内的某些分子(例如蛋白质)，的浓度的两种常用方法。此类方法通常依赖于抗原-抗体反应，其中涂覆有对分子具有特异性的抗体的微珠粒或纳米珠粒悬浮在液体试剂中且并与流体样品混合。在存在目标分子时，抗体和抗原群聚以形成免疫复合物，使得当珠粒开始通过偶合物形成的桥彼此偶联时，发生珠粒的聚集。聚集动态(例如，聚集体(aggregates)的速率和尺寸)指示分子浓度。
当前的系统和方法经由各种光测量结果来评估聚集动态。例如，当抗原-抗体反应后光穿过流体样品时，一些光被珠粒聚集体散射，一些光被珠粒聚集体吸收，而其余的光穿过流体样品。免疫比浊法测量珠粒聚集体样品对光的吸收率，其中分子浓度可以与透射光信号成反比，而浊度法则测量某些波长的散射，其中波长散射与颗粒或聚集体的尺寸之间存在相关性。
虽然当前的分析仪器(analysis instruments)可以用于基于浊度测定来测量体液中某些蛋白质的浓度，但是这种分析仪器具有若干缺点。例如，尽管当前的分析仪器可以测量样品中的蛋白质浓度，但是这种测量结果是有限的。特别地，当前的仪器提供表示聚集体尺寸分布平均值的单个信号，但是缺乏有关分布特性以及这种聚集体如何随时间变化的任何信息。另外，在当前的分析仪器中，经光学分析的流体样品的悬浮液通常位于比色皿腔室中，而准直光则穿过该悬浮液的一部分。由于悬浮液因为颗粒沉降和/或混合不当而导致的不均匀性，因此获得的信号不能准确代表整个样品体积。
此外，当检验血液样品中的目标分子，诸如血浆蛋白时，当前的系统限于对血清样品执行浊度测定。因此，需要操作者首先使用离心机或过滤装置从全血样品中分离血清，从而使该过程更加费力，并且不适合未经培训的操作者或资源设置较差的情况。此外，需要将全血式样中血浆蛋白的测量浓度转换为血清中的浓度。在这种情况下，通过不同的装置估计或测量血细胞比容(hematocrit)。此外，一些分析仪器需要裂解正在经受分析的流体样品中的细胞。然而，细胞的裂解可能将碎片和细胞内蛋白引入流体样品中，这可能干扰抗原抗体反应并且进一步干扰光测量结果，从而降低浊度测定的准确性。
另外，当前的分析仪器受到进一步的限制，因为它们通常被构造成测量装入仪器的每个试剂盒(cartridge)/条带中的单一分析物，并且在大多数情况下，限于进行单一测定。例如，除了一种或更多种免疫测量结果，诸如c-反应蛋白(CRP)测量结果，在临床上重要的是能够具有流体样品的总体特性描述，诸如血细胞比容、全血细胞计数(CBC)，或类似特性描述。然而，由于当前分析仪器的局限性，必须在不同的平台上使用不同的技术执行非免疫应答测定和免疫测定。此外，当前的分析仪器无法执行多路复用。换句话说，当前的仪器无法同时测量几种分析物或目标分子的浓度。
概述
本发明认识到当前分析仪器的缺点，并且提供了用于对流体样品执行一种或更多种免疫测定并在样品流动时对流体样品执行图像分析，以便基于图像分析获得与一种或更多种目标分析物有关的测量结果的系统和方法。特别地，本发明的各方面提供了用于使用图像分析和流量执行一种或更多种免疫测定的系统和方法，以及在流体装置(例如，一次性试剂盒)上执行测定(诸如，免疫测定)的能力，从而有利于在医疗点(POC)使用。图像分析、微流控、免疫比浊法和创新的流体装置(例如试剂盒)的独特组合解决了上述问题。
本发明的各方面是通过例如使用一次性分配器抽吸样品并且将样品注入位于流体装置上的第一试剂室中来实现的。将样品与第一试剂混合，并且所得悬浮液流入另一腔室，以便与随后的试剂反应等等，直到样品准备好进行分析为止。细胞(可选的)和珠粒的悬浮液流过半透明的测量腔室，在测量腔室中，通过放大镜和相机捕获流动颗粒的图像。使用图像处理算法即时地分析逐渐聚集的颗粒的图像。可以使用机器学习算法对细胞进行分类，并且与颗粒区分开。监测颗粒的尺寸以及它们的颜色或形态(用于多路复用目的)，并且因此记录聚集动态。从这些测量结果可以推断出若干种分析物的浓度以及细胞浓度。
在某些实施例中，恒定的流量允许测量悬浮液的大部分，因此获得了更高的精度和可重复性。基于成像的分析允许通过检查细胞之间的空间来监测颗粒聚集而不受细胞干扰，从而忽略细胞。在任何给定的时间都可以获得完整的尺寸分布，这提供了有关反应的更多信息。最后，图像分析可通过使用彩色珠粒或不同尺寸或形状的珠粒来实现多种测定的多路复用。
可以通过计数的细胞数量除以检查的体积乘以稀释率来评估血细胞比容。可替代地，可以在诸如本文所述的流体装置中通过平行路径测量血细胞比容。
在某些实施例中，本发明的系统和方法包括使用流体装置(可选地是一次性的)，诸如试剂盒，流体装置被构造成装载有流体样品并且对该流体样品执行一种或更多种测定。该试剂盒还被构造成使经受或已经经受测定的一定体积的流体样品流过试剂盒的一部分，以随后由分析仪器进行分析。该分析仪器被构造成在流体样品流过试剂盒的一部分时捕获流体样品的图像，并且随后分析这些图像以便获得对流体样品内的一种或更多种目标分析物的测量结果。
在一个实施例中，可以对装载到试剂盒中的流体样品执行至少一种基于颗粒的免疫测定。可以将流体样品注入试剂盒的包括第一试剂的至少第一储存器中，在该储存器上发生混合。然后，可以将所得的悬浮液移动到包括多个颗粒的第二储存器中，每个颗粒包含对流体样品内的目标分析物具有特异性的抗体，因此多个颗粒和目标分析物将经由抗体彼此结合，并且形成一个或更多个聚集体。流体样品和颗粒(与目标分析物结合)的悬浮液从第二储存器中流出，并且通过试剂盒的通道。分析仪器被构造成捕获流过试剂盒的通道的流体样品的悬浮液的多个图像，以便捕获一个或更多个聚集体的形成动态。当拍摄图像时，试剂盒能够提供流体样品的悬浮液的相对恒定的流量。恒定的流量允许对悬浮液流体的大部分进行测量，并且确保悬浮液流体在图像捕获期间相对均匀，因此与对相对静态和非均匀的悬浮液流体执行浊度测定和分析的当前分析仪器(相对静态和非均匀的悬浮液流体导致颗粒沉积和/或不均匀的悬浮液)相比，可以实现更高的准确性和可重复性。
分析仪器被构造成分析图像，从而即时地分析一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定流体样品中的目标分析物的浓度。特别地，图像分析可以包括获得多个不同的图像，其中，在每个图像中分析一个或更多个聚集体的形成动态，使得可以分析在一段时间内的形成动态。聚集形成动态可以包括但不限于一个或更多个聚集体的形成速率和一个或更多个聚集体的尺寸。分析仪器被构造成不仅监测聚集体的尺寸和形成速率，而且还监测颗粒的一种或更多种特性，诸如颜色、发光度、尺寸和/或形状。由此，本发明的系统和方法允许对流体样品同时执行多种免疫测定，使得可以检测不同的目标分析物并且可以测量其相关浓度，因为不同的颗粒可以具有不同的特性，诸如颜色或形态(例如，结合到第一目标分析物的第一组颗粒具有第一颜色，而结合到第二目标分析物的第二组颗粒具有第二颜色)。这种多路复用能力在某些感染和疾病状态，诸如细菌感染、癌症或心力衰竭的诊断中特别重要，因为若干种生物标记的组合比单独使用每种标记具有更高的灵敏度。
分析仪器可以在图像分析过程期间利用专门的算法，其中可以将流体样品内的细胞(即，红细胞、白细胞、细菌细胞等)分类并且将它们与多种颗粒区分开。由此，分析仪器可以被构造成在流体样品的悬浮液内的完整细胞与颗粒之间进行区分。由此，本发明的系统和方法还允许对流体样品进行附加的测定(例如，非免疫应答测定)，以便获得对与流体样品内的特定成分有关的测量结果(即，细胞计数和特性描述)。例如，可以将全血样品装载到试剂盒中而无需首先将其分离成血清样品，并且使其经受两种不同的测定，诸如全血细胞计数测定和免疫测定。因此，该系统和方法允许对流体样品执行多种测定，以便获得流体样品的全面特性描述，这是使用当前分析仪器无法获得的。
本发明的一方面提供了一种分析流体样品的方法。该方法包括对流过通道的流体样品进行基于颗粒的免疫测定，并且对流动的流体样品执行图像分析，以分析流动的流体样品内的颗粒的聚集动态，从而确定流体样品中的目标分析物的浓度。
在一些实施例中，执行图像分析包括获得多个不同的图像，其中，在每个图像中分析一个或更多个第一聚集体的形成动态。执行图像分析的步骤可以包括沿通道的高度获得竖直扫描。聚集形成动态可以包括一个或更多个聚集体的形成速率、一个或更多个聚集体的尺寸及其组合。
在一些实施例中，对流体样品执行基于颗粒的免疫测定的步骤还包括：提供第一多个颗粒和第二多个颗粒，第二多个颗粒具有与第一多个颗粒不同的光学特性。第一多个颗粒中的每个颗粒包含对第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且第一多个颗粒和第一目标分析物将经由第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体。第二多个颗粒中的每个颗粒包含对第二目标分析物具有特异性的第二抗体，并且第二多个颗粒和第二目标将经由第二抗体彼此结合，以形成一个或更多个第二聚集体。对流动的流体样品执行图像分析的步骤还可以包括对流动的培养的流体样品进行成像，以捕获一个或更多个第一聚集体和一个或更多个第二聚集体的形成动态，以及分析一个或更多个第一聚集体和一个或更多个第二聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第一目标分析物和流体样品中的第二目标分析物的浓度。
在一些实施例中，流体样品可以包括完整细胞，并且该方法在完整细胞的存在下实施。图像分析可以排除在成像的流体样品中存在的完整细胞。可以通过以下技术排除完整细胞，该技术包括：处理完整细胞的图像以产生背景阈值；处理流体样品的包含完整细胞和一个或更多个聚集体的图像；以及针对背景阈值标准化流体样品的图像，从而从流体样品的图像分析中排除完整细胞。
然而，应当注意，在一些实施例中，流体样品可能经受裂解程序，该裂解程序可以用于测量细胞内蛋白质，诸如HbA1C。因此，图像分析可以排除细胞碎片，同时仍然考虑目标分析物(即细胞内蛋白质)，以便确定流体样品中的目标分析物的浓度。
在一些实施例中，所执行的步骤包括：提供试剂盒；将包含第一目标分析物的流体样品引入试剂盒的储存器中，该储存器包含第一试剂；以及将流体样品与第一试剂一起培养。所执行的步骤还包括：使流体样品流入试剂盒的包括第一多个颗粒的第二储存器中，其中，第一多个颗粒中的每个颗粒包含对第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且第一多个颗粒和第一目标分析物将经由第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体；以及使流体样品和第一多个颗粒流过试剂盒中的通道。该方法还包括：对流动的流体样品进行成像，以捕获一个或更多个第一聚集体的形成动态；以及分析一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第一目标分析物的浓度。
本发明的另一方面提供了一种分析流体样品的方法。该方法包括培养包含第一目标分析物和第一多个颗粒的流体样品，其中，第一多个颗粒中的每个颗粒包含对第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且第一多个颗粒和第一目标分析物将经由第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体；使培养的流体样品流过通道；对流动的培养的流体样品进行成像，以捕获一个或更多个第一聚集体的形成动态；以及分析一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第一目标分析物的浓度。
在一些实施例中，成像步骤包括获得多个不同的图像，其中在每个图像中分析一个或更多个第一聚集体的形成动态。在一些实施例中，成像步骤包括沿通道的高度获得竖直扫描。
一个或更多个聚集体的形成动态可以包括一个或更多个聚集体的形成速率、一个或更多个聚集体的尺寸及其组合。
在一些实施例中，流体样品包含第二目标分析物，并且培养步骤还包括第二多个颗粒，其中，第二多个颗粒包含与第一多个颗粒不同的光学特性，第二多个颗粒中的每个颗粒包含对第二目标分析物具有特异性的第二抗体，并且第二多个颗粒和第二目标将经由第二抗体彼此结合，以形成一个或更多个第二聚集体。该方法还包括对流动的培养的流体样品进行成像，以捕获一个或更多个第二聚集体的形成动态；以及分析一个或更多个第二聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第二目标分析物的浓度。
在一些实施例中，流体样品包括完整细胞，并且该方法在完整细胞的存在下实施。因此，分析步骤可以排除成像的流体样品中存在的完整细胞。可以通过以下技术来排除完整细胞，该技术包括：处理完整细胞的图像以产生背景阈值；处理流体样品的包含完整细胞和一个或更多个第一聚集体的图像；以及针对背景阈值标准化流体样品的图像，从而从流体样品的分析中排出完整细胞。
流体样品可以包括全血，并且目标可以包括但不限于c反应蛋白(CRP)、HbA1C、PCT、BNP及其组合。
本发明的另一方面提供了一种用于分析流体样品的方法。该方法包括：提供包括第一部分和第二部分的流体装置，第一部分被构造成用于执行全血细胞计数测定，第二部分用于执行免疫测定；在流体装置的第一部分中执行全血细胞计数测定以获得血细胞比容；以及在流体装置的第二部分中执行免疫测定，其中，将所获得的血细胞比容用于免疫测定的结果的分析。在一些实施例中，对流动的流体细胞执行免疫测定。
在一些实施例中，使用图像分析执行免疫测定，以分析流体样品中的聚集形成动态。可以对包括完整细胞的全血执行免疫测定。可以在不裂解完整细胞的情况下执行免疫测定。图像分析可以排除成像的流体样品中存在的完整细胞。可以通过以下技术排除完整细胞，该技术包括：处理完整细胞的图像以产生背景阈值；处理流体样品的包含完整细胞和一个或更多个聚集体的图像；以及针对背景阈值标准化流体样品的图像，从而从流体样品的图像分析中排除完整细胞。
在一些实施例中，流体装置是被构造成可操作地联接到解析仪器(analyticalinstrument)的试剂盒。试剂盒可以预装载有用于全血细胞计数测定和免疫测定中的每种测定的试剂。
可以执行免疫测定以确定流体样品中的目标分析物的浓度，其中目标分析物包括但不限于c反应蛋白(CRP)、HbA1C、PCT、BNP及其组合。
本发明的另一方面提供了一种流体试剂盒。该流体试剂盒包括：一个或更多个储存器，该一个或更多个储存器包括用于免疫测定的试剂和第一多个颗粒，其中，第一多个颗粒中的每个颗粒包含对流体样品中的第一目标分析物具有特异性的第一抗体；密封件，该密封件在一个或更多个储存器之间；以及第一通道，该第一通道可操作地联接到一个或更多个储存器，以接收来自一个或更多个储存器的流体并且使来自一个或更多个储存器的流体流动。在一些实施例中，一个或更多个储存器还包括磁性颗粒。
在一些实施例中，一个或更多个储存器中的至少一个包括可变形的盖，该可变形的盖可以变形为一个或更多个阈值前构型和阈值后构型(pre-threshold and post-threshold configurations)，并且密封件被构造成仅在可变形的盖处于多个阈值后构型中的一个时才爆裂。
在一些实施例中，试剂盒还包括：第一储存器，其包括免疫测定缓冲剂；第二储存器，其包括第一多个颗粒，流体联接到第一储存器；以及至少第三储存器，其与入口相关联，该相关联的入口不同于第一储存器和第二储存器的入口。第三储存器可以包括用于执行全血细胞计数测定的一种或更多种试剂。在一些实施例中，流体试剂盒包括第二通道，该第二通道可操作地联接到第三储存器，以接收来自第三储存器的流体并且使来自第三储存器的流体流动。试剂盒可以被构造成使得第一通道和第二通道联接到在第一储存器、第二储存器和第三储存器下游的公共接合点(common junction)。试剂盒可以被构造成使得当通过第一通道的流体流到达公共接合点时，来自第一通道的流体流使来自第二通道的流体流移位(displace)并且使来自第二通道的流体流倒退。在一些实施例中，试剂盒还包括联接到公共接合点的第三通道。试剂盒可以被构造成可操作地联接到解析仪器，该解析仪器被构造成对流过第三通道的流体样品执行图像分析。
附图简述
图1是根据本公开的一些实施例的系统的示意图，该系统用于使用试剂盒和分析系统分析流体样品。
图2是根据本公开的一些实施例的试剂盒和相关联的取样器的示意图。
图3是引入图2的试剂盒中的取样器的示意图。
图4是根据本公开的一些实施例的取样器和相关联的试剂盒的示意性分解图。
图5是引入图4的试剂盒中的取样器的示意性顶视图，该图示出了覆盖膜焊接到试剂盒的刚性基底部分的区域。
图6是引入图4的试剂盒中的取样器的示意性透视图。
图7是引入图4的试剂盒中的取样器的示意性顶视图。
图8是根据本公开的一些实施例的分析系统的框图表示。
图9是根据本公开的示例性实施例的大致体现为分析仪器的分析系统的所选择的内部组件的示意性侧视图表示。
图10是图9的分析系统的所选择的内部组件的示意性透视图表示。
图11是根据示例性公开实施例的图9的分析系统的激活模块或单元的示意性表示。
图12是根据本公开的一些实施例的通道的区段的示意性透视图，其中悬浮细胞在该通道的区段中流动，作为全血细胞计数(CBC)测定的一部分。
图13是根据本公开的一些实施例的试剂盒的通道的区段的示意性透视图，其中悬浮细胞和颗粒在该通道的区段中流动，作为基于颗粒的免疫测定的一部分。
图14是根据本公开的示例性实施例的捕获流过试剂盒的通道的流体样品的图像的流体分析系统的示意图。
图15A、图15B和图15C是经受基于颗粒的免疫测定并且缺少细胞、流过试剂盒的通道的流体样品内的颗粒聚集的图像，其中每个图像在不同的相应时间段被捕获。
图16A、图16B和图16C是经受基于颗粒的免疫测定并且包含完整细胞、流过试剂盒的通道的流体样品内的颗粒聚集的图像，其中每个图像在不同的相应时间段被捕获。
图17是示出一段时间内颗粒聚集动态的图形表示。
图18和图19是示出与经由现有分析平台获得的现有的c反应蛋白测量结果相比，根据本公开的基于图像的分析系统和方法执行的c反应蛋白测量结果的准确性的图形表示。
图20是示出用于分析流体样品的方法的一个实施例的流程图。
图21是示出用于分析流体样品的方法的另一实施例的流程图。
图22是示出用于分析流体样品的方法的另一实施例的流程图。
详细描述
本发明提供了用于在样品流动时对流体样品执行一种或更多种免疫测定并且对流体样品执行图像分析，以便基于图像分析获得与一种或更多种目标分析物有关的测量结果的系统和方法。特别地，本发明的方面提供了用于使用图像分析和流量执行一种或更多种免疫测定的系统和方法，以及在流体装置(例如，一次性试剂盒)上执行测定(诸如免疫测定)的能力，从而有利于在医疗点(POC)使用。图像分析、微流控、免疫比浊法和创新的流体装置(例如试剂盒)的独特组合解决了上述问题。
图1是用于分析流体样品的系统100的示意图。例如，系统100可以用作即时检验(POCT)系统，该即时检验系统能够在医生办公室中快速获得实验室结果。系统100总体上包括：取样器102，取样器用于将流体样品抽吸到其中；以及一次性流体装置，诸如试剂盒104，一次性流体装置被构造成与取样器102相互作用，从而从取样器中接收流体样品。试剂盒104制备用于经由分析系统106进行分析的流体样品。特别地，试剂盒104被构造成对流体样品执行一种或更多种测定。试剂盒还被构造成使经受或已经经受测定的一定体积的流体样品流过试剂盒的一部分，以随后由分析系统106进行分析。分析系统106大致被构造成当流体样品流过试剂盒104的一部分时捕获流体样品的图像，并且随后分析这些图像，以便获得对流体样品内的一种或更多种目标分析物/分子和/或细胞的测量结果。
流体样品大致可以包含细胞和/或用于进行分析的目标分析物。细胞可以是任何类型的原核细胞，包括但不限于细菌、真核细胞，诸如红细胞、白细胞(白血球)、上皮细胞、循环肿瘤细胞、细胞碎片(cellular fragments)(例如血小板)或其他。目标分析物可以包括但不限于c反应蛋白(CRP)、HbA1C、降钙素原(PCT)、脑钠肽(BNP)或任何其他可指示病情或疾病的目标分析物或分子。
因此，可以对装载到试剂盒104中的流体样品执行至少一种基于颗粒的免疫测定。可以将流体样品注射到试剂盒104的包含第一试剂的至少第一储存器中，在该第一储存器上发生混合。然后，可以将所得的悬浮液移动到试剂盒104的包含多个颗粒的第二储存器中，每个颗粒包含对流体样品内的目标分析物具有特异性的抗体，因此这些多个颗粒和目标分析物将经由抗体彼此结合，并且形成一个或更多个聚集体。流体样品和(与目标分析物结合的)颗粒的悬浮液从第二储存器中流出，并且流过试剂盒104的通道，诸如半透明的测量通道。分析系统106被构造成捕获流过试剂盒104的通道的流体样品的悬浮液的多个图像，以便捕获一个或更多个聚集体的形成动态。当拍摄图像时，试剂盒104通过泵(未示出)或其他装置能够提供流体样品的悬浮液的相对恒定的流量。恒定的流量允许大部分悬浮液流体被测量，并且确保在图像捕获期间悬浮液流体相对均匀，因此实现了更高的精度和可重复性。
分析系统106被构造成分析图像，从而即时分析一个或更多个聚集体的形成动态以确定流体样品中的目标分析物的浓度。特别地，图像分析可以包括获得多个不同的图像，其中在每个图像中分析一个或更多个聚集体的形成动态，使得可以分析在一段时间内的形成动态。聚集形成动态可以包括但不限于一个或更多个聚集体的形成速率和一个或更多个聚集体的尺寸。分析系统106被构造成不仅监测聚集体的尺寸和形成速率，而且还监测颗粒的一种或更多种特性，诸如颜色、尺寸和/或形状。由此，本发明的系统和方法允许对流体样品同时执行多种免疫测定，使得可以检测不同的目标分析物并且可以测量其相关浓度，因为不同的颗粒可以具有不同的特性，诸如颜色或形态(例如，结合到第一目标分析物的第一组颗粒具有第一颜色，而结合到第二目标分析物的第二组颗粒具有第二颜色)。这种多路复用能力在某些感染和疾病状态，诸如细菌感染、癌症或心力衰竭的诊断中尤为重要，因为若干种生物标记的组合比单独使用每种标记具有更高的灵敏度。
分析系统可以在图像分析过程期间利用专门的算法，其中可以将流体样品内的细胞(即红细胞、白细胞、细菌细胞等)分类并且与多种颗粒区分开。因此，分析系统可以被构造成在流体样品的悬浮液中的完整细胞和颗粒之间进行区分。
由此，系统100允许对流体样品执行至少一种附加测定(例如，非免疫应答测定)，以便获得与流体样品内的特定成分有关的测量结果(即，细胞计数和特性描述)。例如，可以将全血样品装载到试剂盒中而无需首先分离成血清样品，并且经受两种不同的测定，诸如全血细胞计数测定和免疫测定。
以下描述将流体样品称为全血样品，并且试剂盒用于制备全血样品并对全血样品执行多种测定。例如，在下面的描述中，可以将全血样品装载到试剂盒中而无需首先分离成血清样品，并且经受两种不同的测定，诸如全血细胞计数(CBC)测定，以获得CBC测量结果，包括血细胞比容(Hct)测量结果和基于颗粒的免疫测定，以从免疫测定中获得目标分析物的浓度测量结果，诸如c反应蛋白(CRP)的测量结果。
然而，应当注意，本公开不限于CBC和CRP测量结果。本公开的系统和方法可以用于需要对细胞和/或目标分析物进行分析的多种应用，诸如检测癌症、心力衰竭、糖尿病检测和监测、血栓形成诊断(D-二聚体)、HIV检测和监测(诸如使用CD4/CD8比值)、检测f-血红蛋白、铁蛋白、疟疾抗原或其他血液寄生虫、阵发性夜间血红蛋白尿(PNH)、使用肠内肌自身抗体(EmA)诊断腹腔疾病。阿尔茨海默氏病或目标分析物/分子和/或基于细胞的诊断可以与之相关的任何其他应用。
应当注意，至少在美国专利第9,222,935号；第9,404,917号；和第9,592,504号；以及第9,683,984号中描述了用于分析流体样品的取样器、试剂盒和兼容的诊断仪器的各种实施例以及使用方法，这些专利中的每一个的内容通过引用以其整体并入本文。
一次性试剂盒
图2是根据本公开的一些实施例的取样器200和相关联的试剂盒300的示意图。取样器200可以起到将流体样品引入试剂盒300中的作用。如图所示，取样器200包括附接到柄部构件202的两个毛细管204。然而，应当注意，取样器可以包括任何数量的毛细管，包括单个毛细管或多于两个的毛细管。每个毛细管都能够通过毛细管作用将流体样品抽吸到其内。
流体样品大致可以包含细胞和/或用于进行分析的目标分析物。应当注意，流体样品可以包括任何种类的生物样品，包括人类的体液，并且可以以任何临床上可接受的方式收集。体液是来源于例如人类或其他哺乳动物的液体材料。这些体液包括但不限于粘液、血液、血浆、血清、血清衍生物、胆汁、血液、母血、痰、唾液、痰涎、汗液、羊水、月经液、乳汁、卵巢的卵泡液、输卵管液、腹膜液、尿、精液和脑脊液(CSF)诸如腰椎或脑室CSF。样品也可以是含有细胞或生物材料的培养基。样品也可以是血块，例如，去除血清后从全血中获得的血块。在某些实施例中，样品是从受试者收集的血液。
在毛细管204内部，可以形成密封件/塞，并且该密封件或塞可以包括允许至少一些空气流动但阻止液体流动的任何类型的材料或构造。例如，在一些实施例中，排气塞(未示出)可以在距毛细管出口预定距离处固连。毛细管204可以包括具有排气塞的任何类型的毛细管，排气塞固连在内部并且适合于特定应用。例如，在当前公开的实施例中可以使用由DRUMMOND Aqua-CapTM Microdispenser制造的毛细管。
可以通过将毛细管204的出口浸入流体中执行流体取样。可以通过毛细管力将流体样品驱动到毛细管中。固连在毛细管204内部的排气塞可以有助于该过程，因为它允许被流体样品置换的空气流出。流体填充毛细管，直到到达排气塞。应当理解，塞可以是多孔的、并且是疏水的或吸湿的，使得一旦与流体接触，塞就变得几乎不能使流体流通过。因此，在塞中可以不存在流体样品的吸收，或者换句话说，在塞中不会发生流体体积的损失，在随后的阶段中也不会有试剂通过塞泄漏。因此，可以基于排气塞与毛细管出口的距离以及毛细管的内径确定取样流体的最终体积。
在将流体样品抽吸到毛细管204中之后，然后可以将取样器200引入到试剂盒300中(例如，从一侧)。特别地，试剂盒300可以包括接收部分302，接收部分302的形状和/或尺寸被设计成至少在其内接收毛细管204。然而，如图所示，接收部分302可以在其内接收取样器200的大部分，包括柄部构件202和毛细管204。接收部分302可以进一步包括将取样器200保持在其内的装置，诸如例如，卡扣配合连接(协作锁定和突片构件)、压配合连接等。例如，当取样器200被引入试剂盒300的接收部分302中时，取样器200上的偏转突片(未示出)可以引起锁定突片(未示出)在接收部分302内的偏转，使得取样器200到接收部分302中的继续移动可以将锁定突片从其偏转位置释放，从而允许锁定突片在使偏转突片前进后卡扣到位。偏转突片和锁定突片可以被成形为使得偏转突片可以仅在一个方向上通过锁定突片。因此，一旦将取样器200完全引入接收部分302中，锁定突片与偏转突片之间的干涉就可以防止将取样器从试剂盒300中移除。
试剂盒300大致可以包括至少两个区段，包括制备区段和分析区段。流体样品可以首先(从取样器200)被引入到制备区段中，在制备区段中，可以相对于流体样品执行一个或更多个过程以制备用于分析的流体样品。然后，分析区段可以(从制备区段)接收所制备的流体样品，并且可以使得能够对流体样品的一个或更多个方面进行分析。在一些实施例中，制备区段和分析区段可以分开形成并且通过一个或更多个流动路径联接在一起。在这种的实施例中，分析区段可以被称为分析芯片312。在一些实施例中，制备区段和分析区段可以被一起制造并且在制造期间联接或在制造之后立即联接，或者它们可以被分开制造并且在将试剂盒出售给其终端用户之前进行联接，或者甚至就在使用试剂盒之前进行联接，甚至可能由执行检验的人员进行联接，或者在系统100内部自动地联接。在一些实施例中，例如，制备区段和分析区段可以相对于共同的基板集成地形成。
如图所示，试剂盒300可以包括多个储存器，以用于接收来自取样器200的流体样品，并且进一步制备流体样品以进行分析(即，对储存器内的流体样品执行一种或更多种测定)。在一个或更多个储存器内部执行的制备可以包括任何程序，该任何程序可以提供流体样品或流体样品内包含的细胞和/或目标分析物/分子的物理或化学状态变化(或至少一种性质或特性变化)。可能的影响程序的示例可以包括加热、混合、稀释、染色、透化、裂解等。下面将参考以下附图描述这些程序中的一些。
在本公开的某些实施例中，储存器可以预装载有物质。预装载的物质可以是液体物质、固体物质或它们的组合。该物质可以由单一试剂或几种不同的试剂组成。由几种试剂组成的液体物质的示例是PBS(磷酸盐缓冲盐水)，而固体物质的示例是冻干抗体、在例如水或乙醇中可溶解的不同种类的粉末状染色剂、涂覆珠粒(coated beads)等。物质可以自由地位于储存器的底部，或者可以附接到储存器的内表面。可替代地，物质可以附接到结构或部件，诸如填充储存器的空间的海绵或微纤维。这种结构或部件可以扩大暴露于流体样品的表面积的量。
此外，一些可能的程序，诸如加热，不需要在储存器中预装载物质。因此，在某些实施例中，储存器中没有预装载有物质，而储存器可能代替地(或除了预装载的物质之外)保持机构，诸如加热机构或其一部分。另外，应当理解，可以在试剂盒的制造期间或者在引入流体样品之前的任何时间执行物质的预装载，在替代实施例中，物质可以与引入流体样品一起或在引入流体样品之后被引入储存器。在物质由多种组分的组合组成的其他实施例中，或者在物质是多于一种组分之间的化学反应的结果的其他实施例中，可以预装载至少一种组分而至少一种其他组分与引入流体样品一起或在引入流体样品之后被引入。
在储存器中装载有物质的情况下，无论是预装载还是与引入流体样品一起/在引入流体样品之后装载，影响流体样品的程序可以包括将流体样品与物质混合。在某些情况下，流体样品和物质可以彻底混合，因为缺乏均质性可能影响后续分析。根据本公开的某些实施例，为了能够混合，储存器的表面的至少部分(一部分)可以包括可变形或可加压的部分(诸如储存器上方的盖或帽)。可变性部分由弹性聚合物，例如聚氨酯或硅树脂或不同的弹性材料制成。由于受到按压和/或释放可变形部分影响的储存器的变形(诸如收缩)，包含在储存器内的流体可以在储存器内部形成射流，这是一种可以增强混合的流动形式。由此，可以通过交替按压和释放储存器的可变形部分来实现混合。当按压可变形部分时，流体可以从受压区域流走，并且当释放时，流体可以流回，使流体来回地流动。
应当注意，混合可以由于其他力而发生。例如，在一些实施例中，储存器可以包括磁性颗粒，使得在施加磁场(即，来自外部源)时，磁性颗粒可以在储存器内移动以引起流体样品的混合。
除了混合或者除混合之外，在储存器中执行的影响流体样品的程序可以包括在物质与流体样品之间可以发生的反应。该反应可以包括化学反应，例如氧化/还原，或生物化学反应，诸如将抗体与抗原结合。该程序可能导致流体样品或包含在流体样品内的细胞的物理和/或化学状态发生变化。例如，它可能影响流体样品在粘弹性属性或pH方面的变化。流体样品中包含的细胞的浓度可能由于稀释而降低。细胞膜可以变得可渗透，从而使该物质内包含的着色剂或抗体与细胞组分(诸如胞质粒)结合。可能发生不同细胞组分的氧化或还原，诸如红细胞中包含的血红蛋白氧化为高铁血红蛋白等。
一旦完成(或至少开始)制备程序，就可以将所得流体从储存器释放出以经受分析。该释放可能受到正压或将流体“推”出储存器的影响。例如，通过在储存器的可变形的盖上施加力而使其进入阈值后构型，以破坏密封，从而将流体从储存器中推出，并且使流体能够从储存器流出，并且流入储存器下游的相关联的通道中。
另外地或替代地，流体可能受到负压的影响，例如，在流体通过物理力，诸如重力或由于施加外力诸如真空，而被“赶出”(把它“拉”出)储存器。在本公开的某些实施例中，例如，由真空泵生成的吸力可导致输出流体从储存器流出并流到相关联的下游通道。
然后，流体可以行进到试剂盒300的分析区段的通道或腔室中，当流体流过试剂盒300的分析区段的通道或腔室时，经由分析系统在该通道或腔室中对流体进行分析。
在所示的实施例中，试剂盒300包括至少第一储存器304和一对串联连接的储存器(即，第二储存器318和第三储存器320)，第一储存器包括入口306，取样器200的第一毛细管204将联接到该入口306，该对串联连接的储存器包括入口322，取样器200的第二毛细管204将联接到该入口322。在该实施例中，试剂盒300被构造成制备单独的流体样品体积(从取样器200的两个毛细管204接收)以用于分析。特别地，可以对在第一储存器304中提供的流体样品执行非免疫应答测定，同时可以对在一对储存器(第二储存器318和第三储存器320)中提供的流体样品执行基于颗粒的免疫测定。例如，第一储存器304可以包含用于执行全血细胞计数(CBC)测定的一种或更多种试剂，而第二储存器318和第三储存器320可以分别包含免疫测定缓冲剂和多个颗粒，其中每个颗粒包含对流体样品中的目标分析物具有特异性的抗体。特别地，可以将全血样品装载到试剂盒300中的相应储存器中而无需首先将其分离成血清样品，并且使其经受两种不同的测定，诸如全血细胞计数(CBC)测定以获得CBC测量结果，包括血细胞比容(Hct)测量结果，以及基于颗粒的免疫测定，以从免疫测定中获得目标分析物的浓度测量结果，诸如c反应蛋白(CRP)测量结果。
例如，一旦已经(通过取样器200)对流体样品进行了取样，则通过将取样器200插入到试剂盒300的接收部分302中来将流体样品引入试剂盒300中(如图3所示)。接收部分302的形状和/或尺寸可以设定成使每个毛细管204与储存器的相应入口306和322对齐。在此阶段，由于流体可以通过毛细管力被保持在毛细管内部，因此仅可能发生从毛细管到储存器的有限的流体样品的泄露。可以使用柱塞(未示出)推动流体样品离开毛细管，并且推入相应储存器中。推插构件可以被构造成用于通过位于柄部构件202中的毛细管入口插入毛细管204中。柱塞可以推动排气塞直到其到达毛细管出口，从而可选地导致将整个流体样品递送到相关联的储存器中。如至少在美国专利第9,222,935号；第9,592,504号；以及第9,625,357号中所述，已经装载有试剂盒(包括联接到试剂盒的取样器装置)的诊断仪器可以包括柱塞或用于接触毛细管的塞的其他机构，其中柱塞用于推动一定体积的流体样品离开毛细管以进行分析。
第一储存器304可以被封闭在两个密封件之间，其中在前的密封件(在储存器304与入口306之间)防止流体从储存器304流出并进入到入口306，而在后的密封件316防止流体从储存器304流出并进入下游通道308。在将流体样品引入储存器304中之前，密封件可以防止物质从储存器304中释放。这些密封件还可以在流体样品在储存器304内制备期间防止物质和/或流体样品释放，并且因此可以防止无意释放用于分析的所得流体。关于密封件316，密封件316的破坏或破裂可以允许流体从储存器304流向下游通道308，以在试剂盒300的分析区段的通道或腔室310内进行分析。密封件可以构成易破碎的或“易破损的”密封件。例如，可以形成这样的密封件(例如粘合剂密封件)，即该密封件被构造成通过施加超过一定阈值的压力而破裂。因此，在储存器304的可变形的盖上施加压力可以在密封件316的位置处产生超过密封件的破坏阈值的压力，这导致密封件破裂。然后流体可以被释放到下游通道308和分析区段中。
然而，应当注意，通过间断地按压储存器304的可变形的盖而使流体样品与试剂或缓冲剂在第一储存器304内混合，可不会在密封件316的位置处引起超过阈值的压力。因此，在混合期间，密封件316可以保持完整。在一些实施例中，可以提供辅助储存器3808并且可以将其流体联接到第一储存器304，由于流体样品的一部分可以在储存器304与314之间移动，使得以交替模式按压处于阈值前构型的储存器304和314的可变形的盖可以导致流体样品的进一步混合。
初始密封(在储存器304之前设置在入口306处)可以具有两种不同的作用。在第一作用中，该密封件可以防止在流体样品被引入之前物质从储存器中释放出来。然而，在流体样品被引入时，必须破坏该在前的密封件，以允许进行这种引入。毛细管204的引入可以导致初始密封件的破坏。初始密封件可以是可重新密封的，使得在毛细管周围形成密封，从而允许使用提供给储存器的可变形部分的压力进行混合，因为在将取样器200联接到试剂盒300之后可以从两侧对储存器进行密封。
第二储存器318也可以被封闭在两个密封件之间，其中在前的密封件(在储存器318与入口322之间)防止流体从储存器318流出并进入到入口322，而在后的密封件326防止流体从第二储存器318流出并进入第三储存器320。例如，第二储存器318和第三储存器320可以各自包含必须保持分离直到期望的反应要发生的物质。在这种情况下，第二储存器318可以包括免疫测定缓冲剂，而第三储存器320可以包含多个颗粒(即，微珠粒或纳米珠粒)，其中每个颗粒包含对流体样品内的目标分析物具有特异性的抗体，使得多个颗粒和目标分析物将经由抗体彼此结合，并且形成一个或更多个聚集体。在与多个颗粒混合之前，可能首先需要将流体样品在免疫测定缓冲剂中培养一段时间。因此，密封件326防止流体从第二储存器318流入第三储存器320，直到培养期结束。由此，可以首先将流体样品提供到第二储存器318中(初始密封件在毛细管204与入口322联接时被破坏)，此时，流体样品与免疫测定缓冲剂混合，然后允许进行培养，由此密封件326防止混合的流体流入第三储存器320。
流体样品与免疫测定缓冲剂的混合可以通过在处于阈值前构型(即，低于密封件326的破坏阈值)的储存器318的可变形的盖上施加压力来实现。可替代地，可以在储存器318中提供磁性颗粒，使得由于在磁性颗粒上施加磁场而导致混合发生。然后，在处于阈值后构型的储存器318的可变形的盖上施加压力时(这导致在密封件326的位置处的压力超过密封件的破坏阈值，该破坏阈值将导致密封件破裂)储存器318中的混合流体可以被释放并被允许流入储存器320。因此，流体可以进一步与储存器320中的多个颗粒混合。再次，在处于阈值后构型的储存器320的可变形的盖上施加压力导致密封件328的位置处的压力超过密封件的破坏阈值，从而允许流体样品和颗粒的悬浮液流入下游通道324，以在试剂盒300的分析区段中进行后续分析(即，进入分析区段的通道或腔室310)。
如图所示，试剂盒300可以被构造成使得下游通道(第一通道308和第二通道324)联接到在第一储存器304、第二储存器318以及第三储存器320下游的公共接合点。因此，试剂盒300可以被构造成使得当通过第一通道308的流体流到达公共接合点时，来自第一通道308的流体流使来自第二通道324的流体流移位，并且反之亦然。由此，在任何给定时间仅允许一种流体样品流过试剂盒300的分析区段的通道310，从而防止流体样品的混合。
如将在本文中更详细描述的，装载有试剂盒300(具有联接到试剂盒的取样器)的分析系统可以包括用于将流体样品移动到试剂盒300中并且通过该试剂盒的各种部件和机构，从而控制流体样品在相应储存器中的制备，并且进一步控制所制备的流体样品的流量以进行后续分析。
应当注意，与本公开一致的试剂盒可以包括任何数量的串联连接的储存器，以便进行免疫测定，或进行涉及多种试剂或特定制备阶段(在这些阶段中需要隔离流体样品)的任何测定。例如，如图2和图3所示，试剂盒300包括串联连接的储存器318和储存器320，其中储存器318包括免疫测定缓冲剂，并且储存器320包括多个颗粒，使得首先将流体样品引入储存器318中并允许流体样品与免疫测定缓冲剂混合并培养一段时间，之后流入储存器320中，然后与多个颗粒混合。
在一些实施例中，免疫测定可以涉及裂解流体样品，这在目标分析物是细胞内蛋白质，诸如HbA1C时可以是有用的。因此，在一些实施例中，试剂盒300可以包括至少三个串联连接的储存器，其中第一储存器包括裂解试剂，第二储存器包括免疫测定缓冲剂，并且第三储存器包括多个颗粒。因此，首先将流体样品引入第一储存器中，并允许流体样品与裂解试剂混合，直到发生细胞裂解，然后流体流入第二储存器中，并允许流体与免疫测定缓冲剂混合并且培养一段时间，之后再流入第三储存器，然后与多个颗粒混合。在又一个实施例中，可以仅需要两个储存器，使得储存器318可以包括裂解试剂和免疫测定缓冲剂两者，并且储存器320包括多个颗粒。
图4是取样器200和相关联的试剂盒400的另一实施例的示意性分解图。图5是被引入试剂盒400中的取样器200的示意性顶视图，其示出了覆盖膜焊接到试剂盒400的刚性基底部分的区域。图6和图7分别是引入试剂盒400中的取样器200的示意性透视图和顶视图。试剂盒400可以包括制备单元402和附接到该制备单元的流体分析芯片404。
制备单元402可以包括任何合适的结构，以用于接收要分析的流体、制备所接收的流体以用于分析，并且将所制备的流体提供给流体分析芯片404。例如，在某些实施例中，制备单元402可以具有两部分构造，包括例如刚性基底部分406和柔性膜408。刚性基底部分406和柔性膜408可以分别类似于刚性框架406和膜408。
刚性基底部分406可以包括任何刚性或半刚性材料。例如，在一些实施例中，刚性基底部分406可以由PMMA、COP(环烯烃共聚物)、聚乙烯(polyethylene)、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯(polythene)等中的任一种或其组合制成。刚性基底部分406也可以被制造为包括与上述制备单元中的任一种相关联的一个或更多个结构。例如，在一些实施例中，刚性基底部分406可以通过注射成型制成，并且可以包括各种流动路径、通道、入口、出口和/或储存器元件(例如，在被覆盖有帽或盖层时提供储存器的刚性框架的表面中形成的凹陷部)。刚性基底部分406可以被设置为基本上整体的基板。在其他实施例中，刚性基底部分406可以包括多于一个的部件。在一些实施例中，刚性基底部分406可以包括一个或更多个凹陷部，诸如形成在刚性基底部分406的顶表面中的凹陷部410、412、414、416和418。凹陷部可以对应于储存器，储存器旨在接收流体样品，并且制备用于分析的流体样品，如本文先前所述。例如，至少凹陷部410和凹陷部412可以类似于关于图2和图3的试剂盒300描述的储存器304和储存器314，并且与它们类似地起作用。凹陷部416和凹陷部418可以类似于关于图2和图3的试剂盒300所描述的储存器318和储存器320，并且与它们类似地起作用。
制备单元402可以通过将柔性膜408与刚性基底部分406接合而形成。膜408可以由任何合适的材料形成。在一些实施例中，膜408可以由PVC、PET、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯和包含铝和PE的层压材料或其组合形成。
在一些实施例中，膜408可以是柔性的，并且当附接到刚性基底部分406时可以在刚性基底部分406的顶表面上方延伸。膜408可以包括平坦的材料片。然而，在其他实施例中，膜408可以包括在膜408中形成凸起或下沉区域的预成形形状或结构。这些凸起或下沉区域可以在膜408的某些区域中形成，使得当膜408接合到刚性基底部分406时，凸起或下沉区域与刚性基底部分406中形成的对应结构重叠或相对应。例如，在一些实施例中，膜408的凸起部分(例如，帽)可以形成在与凹陷部410、412、414、416或418中的任一个重叠的位置中。当膜408与刚性基底部分406接合在一起时，这种重叠的帽和凹陷部可以形成流体储存器。同样地，在一些实施例中，膜408的下沉部分可以形成在与凹陷部410、412、414、416或418中的任一个重叠的位置中。如图所示，凸起的帽420和422分别与凹陷部410和412重叠。类似地，凸起的帽426和428分别与凹陷部416和418重叠。还示出了膜408的与凹陷部414重叠的下沉部分424。在一些实施例中，覆盖刚性基底406的柔性膜408可以被预成形为具有冗余区域的几何形状以使得能够拉伸，这可以有助于选择性地增加和/或减少储存器的体积。
应当注意，当被膜408覆盖时，储存器可以由刚性基底部分406中的单个凹陷部形成。如图5所示，储存器414可以通过与凹陷部414重叠的下沉部分424形成。然而，在其他实施例中，储存器可以形成为包括多于一个的凹陷部。例如，凹陷部410经由形成在刚性基底部分406的顶表面中的凹槽连接到凹陷部412。该凹槽在凹陷部410与凹陷部412之间建立流体连通，使得当膜408接合到刚性基底部分406时，凹陷部410和凹陷部412形成单个流体储存器，如由帽420和帽422所覆盖。
刚性基底部分406可以包括一个或更多个结构，以用于接收与取样器200相关联的结构。例如，在一些实施例中，刚性基底部分406可以包括储存器入口(未示出)。储存器入口可以被构造成具有适合于接收、对齐和稳定与取样器200相关联的毛细管管道的尺寸和形状。
如上所述，制备单元402可以通过将膜408接合到刚性基底406来形成。这种接合可以例如通过任何已知的接合或焊接技术来实现。图5提供了一次性试剂盒400的一个实施例的示意性顶视图，该一次性试剂盒400通过将膜408图案化热焊接到刚性基底部分406而形成。已经焊接的区域以点状图案或阴影线图案示出。在图5的实施例中，点状图案的区域表示临时的、易破损密封件，而阴影线中所示的区域表示永久的密封件。
在一些实施例中，刚性基底406和膜408中的一个或更多个可以由当暴露于热时可以粘结在一起的材料形成。在制备单元402的两部分结构(图4)的构造期间，可以施加不同水平的热以获得期望的结果。例如，在施加高温(例如140℃至180℃)的情况下，可以使膜408永久地焊接到刚性基底406的材料(图5的阴影线图案)。在其他区域中，几乎没有或没有施加热，膜408可以保持未粘结到下面的刚性框架。并且，在以低于材料的焊接阈值的水平(例如100℃至130℃)提供热的区域中，膜408的材料可以与刚性基底406的材料粘结在一起，但是该粘结可以是非永久性的(图5的点状图案)。即，在这些区域中，该粘结材料可以稍后彼此拉开。
在一些实施例中，可以例如使用具有多层结构的膜408来实现上述的选择性粘结。多层结构的第一子膜(例如，首先接触刚性基底406的最下层)可以包括与刚性基底406的材料形成相对弱粘结的材料。因此，随后的在第一子膜已经粘结到刚性基底406的区域上的力可导致子膜分离(例如，剥离)，因此整个膜408远离刚性基底406。
在一些实施例中，膜408的多层结构可以包括设置在第一子膜上方的第二子膜。通过施加较高的温度，第二子膜可以与刚性基底406的材料形成更永久的粘结。例如，在一些实施例中，较高的温度可导致第一子膜熔化并从粘结区域流走，这可以使第二子膜直接粘结到刚性框架材料(永久地或半永久地)。
这种类型的粘结可以促进与制备单元402相关联的部件的构造。例如，在诸如区域407的区域中，可以施加高温以将膜408的材料永久地焊接到刚性基底406。在与储存器410、412、414、416和418以及流体导管415相关联的区域中，可以避免施加热，使得膜408在这些区域中保持脱离刚性基底408。在与密封件(例如，易破损密封件413)相关联的区域中，可以使用子焊接加热水平，使得膜408附着或临时粘结到刚性基底406。这些密封件可以被称为“剥离密封件”，因为，通过例如使储存器410内的流体压在密封件上而被置于密封件上的压力可以使膜408从刚性基底406上剥离。在这种情况下，可以允许流体流过密封件。尽管这些剥离密封件可能是易破损的，但是可以通过例如在密封件的区域中对膜408施加压力以关闭密封件处的流体路径，来阻止流体流通过破裂的密封件。膜408的剥离层可以被设计成在特定应力水平下屈服或撕裂，该应力水平受膜408的聚合物成分和易破损密封件的几何形状影响。
除了用于创建易破损密封件和/或与刚性基底406粘结的层之外，膜408还可以包括其他层。例如，膜408可以包括用作气体和/或水分渗透的障碍的一层或更多层。水蒸气障碍的示例包括含有铝、氧化铝或PCTFE的膜。这些材料中的许多虽然是柔性的，但可以表现出低拉伸性。因此，在膜408中使用预成形的凸起或下沉结构可以促进流体移动，而不依赖于需要拉伸膜408。
图6提供了根据当前公开的实施例的被引入到试剂盒400中的取样器200的示意图，该试剂盒包括制备单元402和流体分析芯片404。可见的是，用于形成储存器410和储存器412的膜408的凸起部分420和凸起部分422，以及用于形成储存器416和储存器418的膜408的凸起部分426和凸起部分428。还可见的是，用于形成缓冲腔室414的膜408。在图6所示的实施例中，流体分析芯片404附接(例如，粘结)到制备单元402的下侧。
转到图7，制备单元402可以包括第一流动路径，该第一流动路径包括至少一个流体导管415。该流体导管415可以例如通过柔性膜408在形成于刚性基底部分406的顶表面中的一个或更多个凹槽430(图4)上延伸而形成。在一些实施例中，该第一流体流动路径可以被构造成将至少包括待分析流体的流体样品从制备单元上的储存器运送到制备单元的流体出口436，从而使得流体样品能够离开制备单元402并且进入例如流体分析芯片404。应当注意，流体样品可以仅包括从毛细管引入制备单元402的待分析流体。然而，在一些实施例中，由第一流体流动路径运送的流体样品可以包括悬浮液，该悬浮液包括与一种或更多种流体(该一种或更多种流体被包括在与制备单元402相关联的储存器中)混合在一起的待分析流体(从毛细管引入)。例如，储存器410、储存器412以及储存器414中的至少一个包括用于对流体样品执行全血细胞计数(CBC)测定的一种或更多种试剂，而储存器416和储存器418分别包括免疫测定缓冲剂和多个颗粒，其中每个颗粒包含对流体样品中的目标分析物具有特异性的抗体。由此，试剂盒400可以用于对流体样品执行两种单独的测定。
第一流动路径可以包括除流体导管415之外的结构。例如，第一流体流动路径可以包括例如由刚性基底406中的凹陷部414和膜408中的下沉部分424形成的缓冲腔室414(图6)。流体流动路径还可以包括一个或更多个密封件，诸如易破损密封件413。易破损密封件413可以类似于以上讨论的任何易破损密封件。
制备单元402还可以包括用于在流体样品通过流体分析芯片404之后积聚流体样品的废物腔室432。例如，从流体分析芯片404返回制备单元402的流体样品可以经由制备单元的流体入口440重新进入制备单元402。流体样品可以经由第二流动路径从入口440流到废物腔室432，第二流动路径包括至少一个流体导管438。流体导管438可以形成在柔性膜408在形成于刚性基底部分406的顶表面中的一个或更多个凹槽上方延伸的位置。流体导管438可以经由入口440将进入制备单元402的流体样品运送到废物腔室432。流体流通过流体导管415、流体分析芯片404以及流体导管438可以通过在废物腔室432处抽吸真空来完成，如上所述。
图7提供了根据当前公开的实施例的试剂盒400的示意性顶视图，该试剂盒包括制备单元402和流体分析芯片404。在一个操作路径中，待分析流体可以在取样器200插入制备单元402中之后由该取样器200提供。待分析流体可以被提供给储存器410，在储存器410中可以将其与预装载的流体诸如高分子量聚合物的水溶液混合以形成样品流体，包括悬浮液，该悬浮液包含与预装载的流体混合的待分析流体。一旦混合，就可以将足够的压力施加到覆盖储存器412的膜，以使易破损密封件413爆裂。一旦打开易破损密封件413，样品流体可以流入缓冲隔室414，然后流入流体导管430。样品流体沿着流体导管430行进，并且在制备单元的流体出口436处离开制备单元402。然后，样品流体行进通过流体分析芯片404，并且在制备单元的流体入口440处重新进入制备单元402。然后，样品流体行进通过流体导管438并且进入废物腔室432。
如上所述，读取器可以分析沿分析芯片404的通道或腔室405在样品流体中流动的内容物(例如，细胞、颗粒、目标分析物/分子等)。在一些实施例中，样品流体包含细胞，基于样品流体(由高分子量聚合物提供)的粘弹性属性结合通道的几何形状，细胞会聚焦到通道中的流的中心。这种聚焦有助于流动颗粒或细胞的光学检测。在这种情况下，对颗粒或细胞进行计数和区分，并且计算它们在待分析的原始流体中的浓度。为了能够推断出该浓度，必须根据以下表达式考虑通道的深度：
C＝N/(A*h)*R
其中“C”是待分析的原始流体中的细胞浓度，“N”是在读取器相机的视场中计数的细胞数，“A”是视场的面积，“h”是通道的高度/深度，以及“R”是液体试剂中待分析流体的稀释比。根据该表达式，通道405的高度(h)的变化可以直接影响浓度精度。
参考图7，将描述使用一次性试剂盒400的方法。在一些实施例中，试剂盒400可以用于全血细胞计数(CBC)中，在全血细胞计数中，对血细胞进行区分和计数并且测量血红蛋白含量。CBC检验是执行的最常见的检验中的一种，并且在医疗点使用试剂盒400能够允许执行CBC检验具有很大的价值。在试剂盒400中，储存器410可以用于存储适合于RBC、血小板和白细胞计数的液体试剂，而其他两个腔室416和418可以分别包含免疫测定缓冲剂和多个颗粒，其中每个颗粒包含对流体样品中的目标分析物具有特异性的抗体。由此，储存器410中的液体试剂可以包括高分子量聚合物以促进细胞的粘弹性聚焦。因此，储存器410以及单独的储存器416和储存器418代表制备单元402内的两种不同的制备路径。在将试剂盒插入读取器单元期间，血液从取样器200的毛细管自动地注入到储存器410和/或储存器416中。这是通过柱塞(柱塞将塞推动到毛细管的端部)将血液驱散到相应储存器中来实现。在插入期间，取样器200的毛细管滑动通过O形环，该O形环在相应储存器入口中的密封件破裂之前围绕毛细管进行密封。
存储在储存器410内的液体试剂可以包括粘弹性属性，以在细胞流过分析芯片404的通道405期间促进粘弹性聚焦。例如，可以借助于通过相机获取流动细胞(流过分析芯片404的通道405)的图像或通过聚焦光束/激光束探测来执行细胞计数，如在血细胞计数器中所做的那样。为了允许可靠的计数，可以将细胞带入分析光学器件的焦平面(focalplace)。因此，可以例如通过粘弹性聚焦将细胞对齐在单个平面中。该方法基于将细胞悬浮在具有一定粘弹性属性的聚焦介质中，从而使得如果该聚焦介质在一定几何形状(例如，长度大于100微米并且至少一个横截面尺寸小于100微米，例如在5微米与100微米之间)的通道中流动，则悬浮在其中的细胞对齐到单个平面中。
因此，将流体样品(即全血)与相应储存器中的试剂混合，并且一旦待分析流体的悬浮液与预装载的试剂和/或颗粒混合，便在储存器上施加压力，以便打开对应的易破损密封件，并且使来自任一制备路径的样品流体能够从储存器中流出。在一个制备路径中，样品流体流过破裂的密封件，流入流体导管，并且流入缓冲腔室414。该缓冲腔室对于试剂盒的操作可以是很重要的，因为在某些实施例中，它可以使样品流体稳定和聚集，以便它可以适当地流入流体分析芯片404。覆盖缓冲腔室的膜408可以形成这样的几何形状，该几何形状在体积方面能够膨胀和收缩，从而使流体能够充满缓冲腔室并且还能够排空。例如，一旦向系统施加真空(例如，经由连接到废物腔室432的端口434(图4))，则样品流体流过流体分析芯片404并且进入废物腔室。废物腔室可以包括出口，该出口包括自密封塞，该自密封塞使得空气能够被吸出但是阻止流体从腔室中流出并且阻止流体污染读取器单元。覆盖废物腔室432的膜408可以是平坦的以避免塌缩，使得真空可以被维护，并且废物腔室可以被填充。
分析系统
如前所述，试剂盒制备流体样品，用于经由分析系统分析。特别地，试剂盒被构造成对流体样品执行一种或更多种测定，然后使正在经受或者已经经受测定的一定体积的流体样品流过该试剂盒的一部分，以随后由分析系统进行分析。分析系统大致被构造成在流体样品流过试剂盒的一部分时捕获流体样品的图像，并且随后分析图像，以便获得对流体样品内的一种或更多种目标分析物/分子和/或细胞的测量结果。
图8是根据本公开的一些实施例的分析系统800的框图表示。例如，分析系统800可以包括直接或间接地连接到分析系统800的各个部件的控制器802。控制器802可以访问存储器804，并且可以在显示器806上呈现文本和/或图像。在显示器806包括触敏装置的情况下，控制器802可以经由与显示器806相关联的该触敏装置接收用户命令。控制器802可以经由输入输出(I/O)装置808接收用户输入并且提供各种类型的输出，其中如所指出的，控制器802可以包括各种键盘、指向装置、语音识别模块等。控制器802还可以例如经由数据总线连接到一个或更多个传感器810、流体分析仪812、试剂盒激活模块814以及试剂盒定位模块816。
存储器804可以包括任何合适类型的数据存储装置，并且可以包括一个或更多个相同类型或不同类型的数据存储装置。在某些情况下，存储器804可以包括易失性或非易失性存储器模块。存储器804可以包括例如RAM、ROM、SRAM、DRAM、PROM、EPROM、EEPROM、磁性计算机可读介质、光学计算机可读介质、闪速存储器、FPGA等的任何组合。
存储器804可以包括控制器802可访问的各种类型的数据和指令。出于本公开的目的，对被构造成或被编程为执行某些任务或功能的控制器的引用表明了存储器804已经填充有特定数据和/或机器可执行指令，使得控制器802可以通过访问数据和/或指令并且执行包含在存储器804中的一个或更多个指令来执行那些特定的任务或功能。在一些情况下，存储器804可以包括与控制器802分离的装置。在其他示例中，存储器804可以与控制器802集成在一起。
控制器802可以包括能够执行一个或更多个指令的任何合适的基于逻辑的装置。例如，控制器802可以包括一个或更多个数字信号处理器、微控制器、CPU等。控制器802可以执行基于x86或ARM的指令或来自任何其他合适架构的指令。控制器802可以仅包括单个集成电路或处理模块或者可以包括多个集成电路或处理模块。例如，控制器802可以包括一个或更多个应用处理器、触摸处理器、运动控制模块、视频处理器等。
控制器802可以在系统800内具有各种功能。例如，在一些实施例中，控制器802可以包括用于操作系统800的各种部件或者与这些部件进行交互的电子器件和逻辑，包括马达、照明模块、传感器。在某些实施例中，这种部件可以包括用于帮助流体移动到样品保持器的不同部分的泵、压力计、光电二极管传感器，用于照亮样品流体的LED，用于捕获流体样品的图像的相机或其他类型的图像获取装置。在一些实施例中，控制器802还可以与这种部件(诸如触摸屏或键盘)交互，或控制这些部件，并且可以运行用于实现与系统800相关联的过程或功能的各种算法，例如包括自动聚焦过程、图像获取、所获取的样品流体图像的处理、细胞计数、细胞分类、样品保持器中的样品流体的制备、样品保持器到系统800内的合适的分析位置的移动、样品保持器内的流体的移动以及其他过程和功能。
例如，试剂盒300、试剂盒400可以经由接收器817被引入分析系统800。在一些实施例中，在将试剂盒300、试剂盒400插入系统800中时，试剂盒保持器818可以将试剂盒300、试剂盒400保持并以其他方式固定在分析系统800内的期望位置。为了制备包含在试剂盒300、试剂盒400中的样品，激活模块814可以与试剂盒300、试剂盒400的一个或更多个区段相互作用，以便制备用于分析的流体样品。在一些实施例中，试剂盒激活模块814可以包括一个或更多个凸轮820，一个或更多个凸轮820被并入在旋转凸轮轴822上，以按压(通过接触试剂盒的区段直接地按压，或者通过与接触试剂盒的一个或更多个活塞(或任何其他合适的结构)的相互作用而间接地按压)试剂盒的区段来对样品进行制备、混合、移动、分配等以进行分析。
定位模块816可以包括用于相对于流体分析仪812中包括的分析部件控制所制备的样品(例如，在试剂盒300、试剂盒400上)的位置的各种部件。例如，在一些实施例中，定位模块816可以包括经由轴828连接到载物台826的马达824。当插入分析系统800中时，试剂盒300、试剂盒400可以直接地或间接地由载物台826支撑。例如，试剂盒保持器818可以包括一个或更多个元件以在试剂盒300、试剂盒400上施加力，以便将试剂盒300、试剂盒400在载物台826上固定到适当位置。可以使用马达824旋转或以其他方式移动轴828以移动载物台826。在一些情况下，可以将载物台826安装在倾斜的轨道830上。在这种实施例中，马达824的控制可以引起载物台826以及联接到该载物台的任何部件，诸如所保持的试剂盒，例如沿倾斜的轨道830移动。由于沿轨道830的移动，载物台826可以相对于流体分析仪812同时在X方向和Z方向两者上移动。
流体分析仪812可以安装到框架组件832，马达824和倾斜轨道830也可以安装到该框架组件。流体分析仪812可以包括用于分析容纳在试剂盒300、试剂盒400内或包括在试剂盒300、试剂盒400上的流体样品的一个或更多个装置。在一些情况下，流体分析仪812可以包括用于基于激光散射、荧光、阻抗测量等执行流式细胞术的部件。可替代地或另外地，流体分析仪812可以包括光学成像仪，该光学成像仪包括例如透镜、图像传感器和适合于获取样品的光学图像的其他部件。例如，在一些实施例中，流体分析仪812可以包括光学传感器(诸如CCD、CMOS或光电放大器)。可以提供一个或更多个激发源(未示出)以用辐射照亮待分析的样品流体，该辐射具有适合于所选分析类型的波长。在一些实施例中，光学传感器可以包括相机，该相机获取在试剂盒300、试剂盒400的检查区域内部流动的细胞或颗粒的图像。然后，控制器802可以使用合适的软件和/或硬件处理所获取的图像，以便确定例如样品流体中存在的一种或更多种细胞类型(例如，中性粒细胞、淋巴细胞、红血球等)的细胞计数。作为分析过程的一部分确定或获得的所获取的图像、图像流、分析结果、所获取或计算的数据等可以存储在例如存储器804中。流体分析仪812、激活模块814、以及定位模块816中的每个的详细描述以及它们每个在执行流体样品分析中的作用包括在下面的章节中。
如先前关于图8所指出的，并且如图9中进一步示出的，为了制备包括在试剂盒300、试剂盒400上的样品，激活模块814可以与试剂盒300、试剂盒400的一个或更多个区段相互作用，以便制备用于分析的流体样品。在一些实施例中，试剂盒的激活模块814可以包括一个或更多个凸轮820，一个或更多个凸轮820被并入在通过马达834、皮带836和传动装置838转动的旋转凸轮轴822上的，以按压(通过接触试剂盒的区段直接地按压，或者通过与接触试剂盒的一个或更多个活塞840的相互作用而间接地按压)试剂盒的区段来对流体样品进行制备、混合、移动、分配等以进行分析。激活模块814可以包括比所描述的凸轮、凸轮轴、马达、皮带、活塞和传动装置更多或更少的部件。
凸轮820和/或活塞840可以被构造成与试剂盒300、试剂盒400的任何合适的部分相互作用，以便制备用于分析的流体样品，在试剂盒300、试剂盒400的各部分内输送流体，打开密封件等。例如，凸轮和/或活塞840可以与以上关于试剂盒300、试剂盒400的各种实施例中的任一个所述的可变形部分、存储器、缓冲腔室、隔室、流体通道等中的任一个相互作用。例如，如图9所示，凸轮轴822的旋转可以引起凸轮820旋转。借助于凸轮820的各种成形轮廓，例如，包括围绕凸轮轴822径向分布的不同形状的凸角，凸轮820可以按压在活塞840上以在各个不同的时间压下活塞840。凸轮的凸角可以布置成例如使活塞交替地按压在相邻的流体储存器上，如上所述，以便将流体来回地从一个储存器传递到另一个储存器。
以下讨论提供了关于激活模块814的各种构造的附加细节，附加细节包括凸轮820、凸轮轴822、活塞840以及激活模块814如何与试剂盒300、试剂盒400的各个区段相互作用。出于公开的目的，凸轮820不限于任何特定的结构或构造。凸轮820可以包括模块化元件或可以包括组装在一起的多个单独的部件。凸轮820可以具有任何合适的厚度和任何合适的凸角构造。另外，可以采用任何数量的凸轮轴822(例如，一个轴、两个轴、三个轴或更多个轴)。此外，马达834(或用于激活模块814的任何其他驱动器)可以直接连接到凸轮轴822，或者可以通过传动装置、皮带等间接地附接到凸轮轴822(如图9所示)。激活模块驱动机构(例如，马达834)可以包括适合于引起期望的激活运动(例如，使轴旋转)的任何驱动机构。驱动机构可以被构造成以固定或可变速度驱动旋转机构，并且可以在操作期间改变速度和/或旋转方向。控制器802可以使马达834根据适于特定试剂盒构造的预定模式使凸轮轴822旋转。
参考图10，协同包括可变形元件(例如，覆盖或自身构成储存器，诸如试剂盒300的储存器304、储存器314、储存器318和储存器320或试剂盒400的储存器410、储存器412、储存器414、储存器416和储存器418的全部或一部分)的某些试剂盒300、试剂盒400，根据预定模式驱动凸轮轴822导致响应于凸轮820的移动定时地按压和释放可变形元件。例如，如图10所示，凸轮820a具有与活塞840a接触的凸角(或节点)，使得活塞840a部分地压下与储存器410相关联的可变形元件。凸轮820b具有与凸轮820a类似的轮廓，但是具有不同的旋转位置。因此，凸轮820b的长凸角尚未与活塞840b接触。当凸轮轴822充分旋转以使凸轮820b接触活塞840b(这将导致活塞840b向下移动并且按压在与储存器802相关联的可变形元件上)时，凸轮820a将已经旋转，使得凸轮820a不再与活塞840a接触。因此，凸轮轴822的持续旋转将引起与储存器410和储存器412相关联的可变形元件的周期性和顺序按压，使得随着凸轮820a和凸轮820b重复周期地旋转，流体可以来回地在储存器410与储存器412之间流动。当然，图10中所示的布置仅是示例。可以包括更多或更少的凸轮。可以包括更多或更少的活塞(或不包括活塞)，并且激活模块814可以被构造成压下与试剂盒300、试剂盒400相关联的任何数量的不同结构或与试剂盒300、试剂盒400相关联的任何数量的不同结构相互作用。另外，凸轮820可以具有任何合适的轮廓。在一些实施例中，如图10所示，凸轮820中的任一个可以包括单个凸角(节点)，然而，在其他实施例中，凸轮820中的任一个可以包括位于不同径向位置处的多个凸角(节点)。激活模块814内的多个凸轮820可以被构造成具有相同或类似的宽度。在其他实施例中，凸轮820可以包括不同的宽度。
除了使压力施加到与储存器410和储存器412相关联的可变形元件上之外，凸轮820a和凸轮820b还可以被构造成对试剂盒300、试剂盒400的其他区域造成压力。例如，在一些实施例中，凸轮可以使压力施加到与试剂盒300、试剂盒400相关联的一个或更多个流体导管。在这种压力下，这种流体导管可以收缩以减少或防止流体在试剂盒300、试剂盒400的两个或更多个区域之间流动。
压力图可以基于凸轮的节点构造与凸轮相关联。此类图可以反映凸轮在旋转时，由凸轮的节点所施加在可变形元件上的压力的变化。如上所述，激活模块814中包括的凸轮820中的任一个可以被构造成具有任何期望的凸轮轮廓(例如，凸角形状、凸角数量、凸角幅度、凸轮宽度等)，以在试剂盒300、试剂盒400的一个或更多个特定位置处(例如，在与试剂盒300或试剂盒400的储存器中的任一个相关联的可变形构件处)提供期望的压力分布。
除了将凸轮820旋转完整的360度周期以便将压力施加到试剂盒300、试剂盒400的可变形元件之外，凸轮轴822还可以在更有限的角度范围内旋转。例如，在一些实施例中，可以通过旋转凸轮轴822来获得期望的压力分布，并且因此，凸轮820在整个8280度范围的一部分上(例如，在±10度范围内；在±20度范围；或更大或更小的范围)前后运动。
如上所述，并且返回参考图9，系统800还可以包括定位模块816。定位模块816可以包括各种部件，以用于控制所制备的流体样品(例如，在试剂盒300、试剂盒400上)相对于流体分析仪812中包括的分析部件的位置。例如，在一些实施例中，定位模块816可以包括经由轴828连接到载物台826的马达824(或其他合适类型的致动器)。马达824可以用于旋转或以其他方式移动轴828，以便移动载物台826，在分析期间载物台826可以将试剂盒300、试剂盒400保持在其上。载物台826可以安装在倾斜轨道830上，使得轴828的移动(轴828可以平行于倾斜轨道830延伸)可以将载物台826向上沿倾斜轨道830拉动或者将载物台826向下沿倾斜轨道830推动。由于沿轨道830的移动，载物台826可以同时相对于流体分析仪812在X方向和Z方向两者上移动。如图9所示，X轴线在基本上正交于流体分析仪812的分析轴线A的方向上延伸，而Z轴线在基本上平行于流体分析仪812的分析轴线的方向上延伸。在某些情况下，例如，在流体分析仪812包括诸如相机的成像装置的情况下，分析轴线A可以对应于成像装置的光轴。定位模块816可以包括比本文所述的用于移动载物台826的马达和轴更多或更少的部件。
载物台826沿倾斜轨道830的移动可以引起在载物台826上或保持在载物台826上的试剂盒300、试剂盒400的相应移动。在一些实施例中，载物台826可以被构造成具有顶表面(或样品支撑表面)，顶表面(或样品支撑表面)基本上垂直于流体分析仪812的分析轴线A(以及Z方向)并且基本上平行于X方向(参见图9)的。因此，在一些实施例中，当试剂盒300、试剂盒400被放置在载物台826上时，试剂盒300、试剂盒400可以被布置成使得试剂盒300、试剂盒400的分析区域(例如，试剂盒300的通道310或试剂盒400的通道405)沿X方向并且垂直于分析轴线A延伸。
如图9所示，可以包括相对于X方向的倾斜轨道830。因此，载物台826沿倾斜轨道830的移动可以引起试剂盒300、试剂盒400相对于分析模块812在X方向和Z方向两者上平移。换句话说，载物台826沿倾斜轨道830的移动可以导致载物台826/试剂盒300、试剂盒400在X方向(垂直于分析轴线A)上的运动的第一分量以及载物台826/试剂盒300、试剂盒400在Z方向(平行于分析轴线A)上的运动的第二分量。由于平行于分析轴线A的Z方向上的运动，可以使试剂盒300、试剂盒400上的制备好的样品的至少一部分相对于流体分析仪812的分析部件聚焦。在流体分析仪812包括一个或更多个成像仪的实施例中，这种聚焦可以包括光学聚焦。
定位模块816中可以采用任何合适类型的移动机构使载物台826沿倾斜轨道830移动。在一些实施例中，定位模块816可以包括马达824。在一些情况下，马达824可以包括步进马达，该步进马达可以提供精度和可重复性的益处。可以使用其他类型的移动装置，诸如伺服马达、DC马达编码器等。如上所述，马达824可以联接到轴828(直接地联接或通过一个或更多个联接部件间接地联接)，该轴继而可以联接到载物台826(直接地联接或通过一个或更多个联接部件间接地联接)。在一些实施例中，轴828可以例如经由螺纹或带螺纹的部件与载物台826相互作用。在这种实施例中，马达824可以使轴828转动期望的旋转角度，以使载物台826沿倾斜轨道830平移期望的量(例如，经由与载物台826中包括的对应螺纹相互作用的螺纹或与载物台826相关联的部件)。
这种布置可以提供以下益处：提供对样品聚焦的精确控制，而无需类似的精确马达。例如，在马达或其他类型的致动器使样品直接沿成像仪的光轴移动以相对于成像仪聚焦样品的实施例中，聚焦调节的精度可以取决于马达或致动器提供的精度。并且，在可能期望微米或亚微米分辨率的应用中，提供所需精度水平的马达或致动器可能是昂贵的。
然而，在当前公开的实施例中，可以利用马达或致动器实现微米或亚微米分辨率，否则，如果将马达或致动器构造成使样品直接沿分析模块812的光轴或分析轴线移动，则无法提供这种分辨率。例如，使用所公开的倾斜轨道布置，载物台826沿倾斜轨道830的平移足以引起Rmm水平移动(沿X方向，如图9所示)，该平移将在Z方向(图9)上引起R×S mm的移动(其中R是在X方向上的水平移动，而S是与倾斜轨道相关联的斜率比)。例如，在线性轨道830被构造成具有1/10的斜率比(S)的情况下，载物台826沿倾斜轨道830的平移足以在X方向上引起6微米的水平移动(R)，该平移将在Z方向上引起0.6微米的移动。因此，通过利用倾斜轨道的斜率，有效的垂直聚焦精度相比于马达或其他致动器的精度可以显著提高(例如，提高2倍、5倍、10倍或甚至更高的因子)。
尽管除了用于聚焦的沿Z轴线的移动之外，所公开的系统还可以导致沿X轴线的移动，但是这种水平平移对于广泛的应用而言可以是不重要的。使用上述粘弹性聚焦技术，悬浮在粘弹性介质中并且流过流体分析芯片的通道或试剂盒的区段(例如，长度大于100微米并且至少一个横截面尺寸小于100微米，例如在5微米与100微米之间)的细胞或颗粒可在物理上聚焦或对齐到单个平面中。例如，将流动细胞布置到单个平面中可以促进由与分析模块812相关联的相机获取流动细胞的图像。可以分析这种图像以执行细胞计数。
使待分析的颗粒或细胞沿通道流动还可以促进上述聚焦布置的使用。例如，由于流动细胞可以物理地聚焦在沿分析芯片的分析区段的通道延伸的平面中，所以可以在沿流动细胞被适当地布置的通道的长度上的任何位置处执行对细胞的分析。例如，在一些实施例中，通道可以是约1mm宽，40微米深和20mm长(当然，可以使用任何其他合适的尺寸，特别是如果它们允许粘弹性聚焦效应)。在进入通道之后，细胞或颗粒可以在进入通道的短距离内对齐(例如，通过粘弹性聚焦)。例如，在一些实施例中，细胞或颗粒的物理聚焦可以发生在距通道入口5mm或更小，或3mm或更小的范围内，并且当它们在通道的剩余长度上流动时可以保持聚焦。被聚焦的细胞可以在通道(通道310或通道405)的底部上方大约几微米的平面内对齐，其中通道的深度为40微米。为了检查细胞或颗粒，可以将分析模块812定位在沿检查区域的任何位置，诸如通道，在该区域中待分析的细胞或颗粒表现出适合于分析的布置。在所描述的粘弹性聚焦示例中，包括例如相机或其他类型的成像仪的分析模块812可以定位在沿通道(通道310或通道405)的任何位置，使得相机或成像仪的视场与待分析的细胞或颗粒粘弹性地聚焦到单个平面中的区域重叠。例如，假设视场为约0.3mm×0.3mm，则可以在沿聚焦细胞或颗粒的通道的任何位置获取粘弹性聚焦的细胞或颗粒的图像。这可以包括在通道的1mm宽度内的任何位置以及从通道入口的下游约3mm到通道出口的任何位置的区域，在上述示例中，该区域距入口约20mm。由于细胞或颗粒可能正在流动，因此沿通道在不同位置处收集图像可以是不重要的，因为从逐个图像捕获的细胞由于流动而无论如何都会发生变化。
这种在定位合适的分析位置方面的灵活性与上述聚焦系统兼容，该聚焦系统可以包括至少一些水平(X方向)平移以及用于在竖直方向(Z)上聚焦的移动。在一些情况下，载物台826沿倾斜轨道830的水平行进方向可以与试剂盒300、试剂盒400上包括的通道或其他检查区域对齐。因此，当载物台826沿倾斜轨道830平移时，分析模块812可以遵循通道或其他检查区域的路径。在特定示例中，当载物台826和试剂盒300、试剂盒400相对于分析模块812沿倾斜轨道830移动时，可以在宽度为1mm的通道的5mm长度上拍摄0.3mm×0.3mm的视场的图像。假设倾斜轨道830的斜率因子比率为1/10，则沿通道的5mm图像捕获区域可以允许最多500微米的Z移动，这可足以在整个通道深度上的任何位置(例如，约30微米至40微米)处或远远超出该深度实现光学聚焦。
当前公开的实施例还可以包括自动聚焦功能。例如，在分析仪模块812包括相机或成像仪的情况下，作为自动聚焦过程的一部分，控制器802可以控制定位模块816以自动移动载物台826，用于将与分析仪模块812相关联的成像部件自动地聚焦在待分析流体的感兴趣区域上。在一些实施例中，控制器802可以使分析仪模块812的成像部件实现与在通道(通道310或通道405)内的细胞的粘弹性聚焦区域的位置一致的光学聚焦。
自动聚焦过程可以根据任何合适的过程进行，以实现相对于待分析的细胞或颗粒的期望聚焦水平。在一些实施例中，可以通过使用分析仪模块812在沿Z轴线(通过沿倾斜轨道830平移载物台826)的一系列位置处收集的图像来进行自动聚焦过程。例如，载物台826可以沿倾斜轨道830平移，使得载物台沿Z方向在100微米(或任何其他合适的距离)的范围内移动。可以在Z方向上每2微米(或以沿轨道的任何预定距离间隔或任何其他合适的间隔)获取图像。可以(例如，使用控制器802)分析在各个Z位置处收集的图像，以确定相对于感兴趣的细胞或颗粒的聚焦水平或质量。在一些实施例中，该分析可以包括数学标准的评估(例如，空间频谱分析)，该数学标准可以指示特定Z位置处的聚焦质量。在一些实施例中，较高的空间频谱可以指示较高的聚焦质量，而较低的空间频谱可以指示较低的聚焦质量。基于对各种Z位置/轨道位置上的扫描以及对在那里捕获的图像的分析，可以确定对应于观察到的最高聚焦质量的位置(例如，目标位置)。为了进行期望的流体分析(例如，细胞计数等)，控制器802可以将载物台826重新定位在被确定为对应于观察到的最高聚焦质量的目标位置处。
另外，不是简单地将载物台移动到最初确定为具有观察到的最高聚焦质量的目标位置，然后在该位置处执行流体分析，而是可以执行一个或更多个后续扫描。例如，在各个Z方向上进行第一次扫描之后，例如，可以在先前确定的最高聚焦质量的目标位置附近对在Z方向上越来越精细的移动执行一次或更多次附加扫描，以优化感兴趣的细胞或颗粒的聚焦水平。每次后续扫描都可能导致确定新的目标位置。这种后续扫描可以包括例如1.5微米、1微米、0.5微米或更小的Z方向步幅。
作为该迭代自动聚焦方法的补充或替代，该迭代自动聚焦方法涉及对各个Z位置的多次扫描，控制器802还可以基于Z位置的单次扫描来计算预期提供最高聚焦质量的Z位置。例如，在这种过程中，可以通过使用分析仪模块812在沿Z轴线的一系列位置处收集图像(通过沿倾斜轨道830平移载物台826)来进行自动聚焦过程。
可以(例如，使用控制器802)分析在各个Z位置/轨道位置处收集的图像，以确定相对于感兴趣的细胞或颗粒的聚焦水平或质量。各个Z位置和/或轨道位置处的聚焦质量水平可以用于预测最高聚焦质量的Z位置和/或轨道位置。例如，控制器802可以基于观察到的聚焦质量值来推断最高聚焦质量Z位置/轨道位置(例如，目标位置)，可以使用曲线拟合技术或任何其他合适的计算类型来预测期望提供最高聚焦质量的Z位置。一旦确定了该目标位置，控制器802就可以沿倾斜轨道830重新定位载物台826，使得载物台定位在所计算的目标位置处。
应当注意，所确定的提供最高聚焦质量(无论是观察到的还是计算出的)的Z位置可以对应于或可以不对应于分析仪模块812与试剂盒300、试剂盒400、载物台826或待分析的细胞之间的任何特定距离。相反，在一些情况下，所确定的提供最高聚焦质量的Z位置可以仅对应于控制器802相对于定位系统816的操作所跟踪的值。换句话说，控制器816可能无法确定在分析仪模块的任何部分与试剂盒的任何部分或其中包含的流体之间的任何实际竖直距离Z。相反，控制器802可以跟踪马达824的位置，并且将其用作跟踪观察到的聚焦质量值的基础。然而，由于每个唯一的马达位置可以对应于例如试剂盒300、试剂盒400的唯一的Z位置，因此，本公开中对跟踪的Z位置、确定的Z位置等的所有引用都应理解为与跟踪、确定等同义。马达位置或任何其他数量的控制器802可以用来指示载物台826沿倾斜轨道830的移动。例如，马达824的运动可以导致载物台826沿倾斜轨道830的对应运动L，使得马达位置可以确定载物台826沿倾斜轨道830的位置。载物台826(以及因此试剂盒300、试剂盒400)由于沿倾斜轨道830的平移L而在Z方向上的移动可以表示为Z＝L*sin(α)。在小倾角情况下，正切约等于正弦，并且因此，在小角情况下，倾斜率S约为sin(α)。因此，在小倾角情况下，在平行于分析轴线A的Z方向上的Z(载物台/试剂盒的运动分量)约等于沿倾斜轨道的平移L乘以S(即倾斜率)。
在一些实施例中，分析可以包括合适的数学标准的评估(例如，空间频谱分析)，该数学标准的评估可以指示特定Z位置处的聚焦质量。在一些实施例中，较高的空间频谱可以指示较高的聚焦质量，而较低的空间频谱可以指示较低的聚焦质量。基于对各个Z位置的扫描和对在那里捕获的图像的分析，可以确定最高聚焦质量的位置。为了进行期望的流体分析(例如，细胞计数等)，控制器802可以将载物台826重新定位在被确定为对应于观察到的最高聚焦质量的位置处。
所公开的系统还可以包括自动聚焦验证步骤。例如，如上所述，基于在各种Z位置/轨道位置处观察到的聚焦质量值，可以计算目标位置。计算出的目标位置可以对应于期望提供最高质量聚焦的Z位置/轨道位置。为了验证计算，控制器802可以将载物台826定位在期望的Z位置/轨道位置处，经由分析模块812收集图像，分析所收集的图像，以及确定聚焦质量是否如预期的那样。
在所公开的系统中，某些系统可以彼此关联以提供至少某种程度的机械隔离。例如，如图3和图18所示，分析仪模块812可以安装或联接到框架832，马达824和倾斜轨道830也联接到该框架832。然而，载物台826和激活模块814未联接到框架832。相反，例如在马达824和轴828的影响下，两者均可自由地沿倾斜轨道830一起滑动。
由于该构造，可以减少或消除激活模块814中各种部件的运动对流体分析的潜在影响。例如，通过将载物台826和激活模块814机械地联接在一起，凸轮820和/或活塞840的运动可以操作以在试剂盒300、试剂盒400上施加向下的力，该力可以平移到载物台826。然而，由于激活模块(包括凸轮820和活塞840)与载物台826一起安装，因此来自凸轮820和/或活塞840的运动的力不会传递到线性轨道830。这可以是有益的，因为施加在轨道上的任何力都可能会损坏轨道或阻碍载物台826沿轨道的运动。此外，任何未保留在试剂盒/载物台/激活模块系统内部的力都会引起试剂盒与分析仪模块812之间的相对运动，并且因此，影响或改变分析仪模块812相对于试剂盒300、试剂盒400内的流体的聚焦，这可能会妨碍流体分析。
图像分析
如前所述，本公开的系统和方法可以用于分析已经经受一种或更多种测定的流体样品，其中期望对细胞和/或目标分析物进行分析。特别地，分析系统被构造成当流体样品流过试剂盒的分析区段/芯片的通道或腔室时捕获该流体样品的图像，并且随后分析这些图像，以便获得对流体样品中的一种或更多种目标分析物/分子和/或细胞的测量结果。
在本文所述的实施例中，流体样品是全血样品，并且试剂盒用于制备并且对全血样品执行多种测定。例如，可以将全血样品装载到试剂盒中而无需将其首先分离成血清样品，并且经受两种不同的测定，包括全血细胞计数(CBC)测定以获得包括血细胞比容(Hct)测量结果的CBC测量结果，以及基于颗粒的免疫测定以从该免疫测定中获得目标分析物的浓度测量结果，诸如c反应蛋白(CRP)测量结果。与本公开相一致的分析系统(诸如系统800)被构造成当流体样品流过试剂盒的通道(半透明的测量腔室)时，经由放大光学器件和相机捕获流体样品的多个图像，分析这些图像，并且基于分析获得细胞计数测量结果和目标分析物的浓度。
图12是根据本公开的一些实施例的试剂盒的通道的区段的示意性透视图，其中悬浮细胞在该通道的区段中流动，作为全血细胞计数(CBC)测定的一部分。如图所示，通道具有长度、水平尺寸(宽度)和垂直尺寸(高度)，如相应的双箭头所示。该通道可以进一步被盖盖住，该盖具有与基板顶表面交接的表面。在一些实施例中，水平尺寸处于100微米的数量级，而竖直尺寸处于10微米的数量级。如前所述，(已经经受或正在经受测定的)流体样品流入并通过试剂盒的分析区段(或分析芯片)的通道，并且分析系统被构造成在流体流动时对其进行分析。如图所示，流体样品可以是制备的全血样品，包括悬浮并且流过通道的细胞。分析系统被构造成在流体流过通道时捕获流体的多个图像，并且基于图像的分析执行全血细胞计数(CBC)。
例如，细胞计数可以借助于通过相机获取的流动细胞的图像或通过聚焦光束/激光束探测来执行，如在血细胞计数器中所做的那样。为了允许可靠的计数，可以将细胞带入分析光学器件的焦平面。因此，可以例如通过粘弹性聚焦将细胞对齐在单个平面中。该方法基于将细胞悬浮在具有一定粘弹性属性的聚焦介质中，从而使得细胞如果在一定几何形状(例如，长度大于100微米并且至少一个横截面尺寸小于100微米，例如在5微米与100微米之间)的微通道中流动就对齐到单个平面中。例如，全血样品可以在试剂盒的储存器中与具有添加的表面活性剂的聚焦介质混合。该聚焦介质可以包括含有例如可溶性高分子量聚合物的缓冲剂。缓冲剂可以包括适合于管理活细胞的任何等渗缓冲剂，包括例如磷酸盐缓冲盐水(PBS)。适用于为血液样品提供粘弹性属性的可溶性聚合物的示例包括聚丙烯酰胺(PAA)、聚乙二醇(PEG)、丙二醇等。添加到聚焦介质中的表面活性剂可以作为球化剂，该球化剂使红细胞的形状从双凹圆盘变成球形，这有助于获取更高质量的细胞图像。表面活性剂的示例包括SDS(十二烷基硫酸钠)和DDAPS(十二烷基二甲基铵丙烷磺酸盐)。至少在标题为“Systems and Methods for Focusing Particles(用于聚焦颗粒的系统和方法)”的PCT公布文本.第WO2008/149365号中公开了聚焦介质的成分，该PCT公布文本通过引用并入本文。
例如，悬浮在粘弹性流体(未示出)中的RBC颗粒在通道的入口端进入并且沿箭头指示的方向向下游流动。当RBC进入微通道时，它们仍然处于无序状态，但是当RBC向下游流动时，它们趋于对齐成二维阵列，如在微通道中框出的区域可以看到的那样。
应当注意，一旦RBC在通道中流动的流体中对齐成阵列，就可以通过诸如减少或消除压力梯度中止或停止流动，并且RBC将保留在阵列中(“冻结”)，受到粘弹性流体的浮力和重力作用。由于粘弹性流体是粘性的，因此在许多情况下，即使RBC最终沉落到微通道底部，该沉落也足够缓慢，以允许查看和分析成阵列的图像，如下所述。可选地，通过诸如增加粘弹性流体的粘度的方法，例如通过冷却(例如，珀尔帖效应)，或者通过合适的化学试剂的扩散，将RBC固定(或几乎固定)在静止的流体中的适当的位置。可选地或可替代地，在RBC具有电偶极子或能够获得感应偶极子的情况下，则可以通过施加适当的电场来固定RBC。采集流动的流体样品的图像并对其进行分析，以确定细胞计数或细胞的其他特性。
图13是根据本公开的一些实施例的试剂盒的通道的区段的示意性透视图，其中悬浮细胞和颗粒在其中流动，作为基于颗粒的免疫测定的一部分。分析仪器可以在图像分析过程期间利用专门的算法，其中可以将流体样品内的细胞(即，红细胞、白细胞、细菌细胞等)分类并且将它们与多种颗粒区分开。因此，分析仪器可以被构造成在流体样品的悬浮液内的完整细胞与颗粒之间进行区分。例如，如图13所示，已经经受或当前正在经受基于颗粒的免疫测定的流体样品流过试剂盒的分析区段(分析芯片)的通道。流体样品可以包括例如全血，并且颗粒可以包括对目标分析物(例如，c反应蛋白)具有特异性的抗体，使得流体样品中的c反应蛋白将经由抗体结合到颗粒，以形成一个或更多个聚集体。细胞和颗粒的悬浮液流过半透明的测量腔室，在该测量腔室中，经由放大镜和相机捕获流动颗粒的图像，然后针对这些图像进行分析。特别地，分析系统被构造成分析流动的流体样品内的颗粒的聚集动态，以确定流体样品中目标分析物的浓度。
还应注意，在一些实施例中，流体样品可以经受裂解程序，该裂解程序可以用于测量细胞内蛋白质，诸如HbA1C。因此，流过试剂盒的通道的流体样品可以包括裂解的细胞(即，非完整细胞)，包括细胞碎片，以及与一种或更多种目标分析物诸如细胞内蛋白质结合的颗粒。因此，在一些实施例中，细胞碎片和颗粒(其结合到目标分析物，诸如细胞内蛋白质)的悬浮液流过半透明的测量腔室，在该测量腔室中，经由放大镜和相机捕获流动颗粒的图像，针对这些图像进行分析。分析系统被构造成对流动的流体样品执行图像分析，这可以包括获得多个不同的图像，其中系统被构造成排除任何给定图像内的细胞碎片，同时分析流动的流体样品内的颗粒的聚集动态，以确定在一段时间内流体样品中细胞内蛋白质的浓度。
图14是根据本公开的示例性实施例的捕获流过试剂盒的通道的流体样品的图像的流体分析系统的示意图。如图所示，该系统可以包括照明源、光学物镜以及相机。照明源提供的光穿过分析系统的载物台并且穿过试剂盒，并且至少部分地穿过流过试剂盒的通道的流体的内容物，并且物镜将图像光学地投影到相机中的图像传感器(例如，CMOS或CCD)上。相机从图像传感器上捕获图像，并且可能在转换和/或预处理之后将图像提供给显示器以进行视觉观察，并且进一步传递图像以进行后续图像处理，用于进行分析，从而提供一种或更多种定性或定量的结果。
照明源提供合适颜色的光以产生高质量的图像，例如，具有可获得的最佳或足够的或合理的鲜明的和/或明显的和/或对比的颗粒形状的图像。在一些实施例中，光是单色的，并且可选地，颜色选自预设组或根据照明源的能力来选择。可选地或可替代地，诸如根据颗粒的性质和/或颜色来可变地设置颜色。在一些实施例中，光被偏振或被提供为显微镜领域中使用的暗场或其他照明技术。
在一些实施例中，照明源从上方照亮载物台上的试剂盒，并且物镜根据从微通道中的颗粒反射的光将图像投影到传感器上。可选地或可替代地，可以包括两个或更多个光源，这些光源按颜色和强度从试剂盒的下方和/或上方照亮，以提高或最大化细胞和/或颗粒图像的质量(诸如，在清晰度、对比度方面等)。
分析系统被构造成基于图像中嵌入的信息的提取来分析图像，以确定成分的特性(即，细胞计数、细胞类型、颗粒聚集等)。例如，这种方法可以包括以下技术中的一种或更多种：分段或斑点分析；隔离和/或提取并确定细胞和/或颗粒的形状或形态(例如，圆形的、细长的、分支的、纤维状的、纤维性的、螺旋形的或环状的)；以及确定诸如凸度或偏心度等特征。在一些实施例中，基于图像的区域的形状和/或基于所提取的颗粒形状，程序提供对颗粒的尺寸和/或体积和/或密度和/或浓度的计算或估计。
在一些实施例中，程序基于所提取的或所确定的特征(例如，细胞和/或颗粒的数量和尺寸)的一种或更多种推导和/或操纵来提供值。可选地，该推导包括采用诸如本领域已知的和/或从校准程序推导或以其他方式获得的实验值或假定值。可选地，基于细胞和/或颗粒的形状或尺寸或浓度或其他确定的数据，系统提供生物学或临床意义中的至少一种的值或指示或建议，例如可能的或似合理的物理或生理或病理状况推断或指示。
关于基于颗粒的免疫测定，使用图像处理算法即时分析逐渐地聚集的颗粒的图像，以确定流体样品中的目标分析物的浓度。例如，在每个图像中分析一个或更多个聚集体的形成动态，使得可以分析在一段时间内的形成动态。聚集形成动态可以包括但不限于一个或更多个聚集体的形成速率和一个或更多个聚集体的尺寸。分析仪器被构造成不仅监测聚集体的尺寸和形成速率，而且还监测颗粒的一种或更多种特性，诸如颜色、尺寸和/或形状。监测颗粒的尺寸以及它们的颜色或形态(用于多路复用目的)，并且因此记录聚集动态。
由此，本发明的系统和方法允许对流体样品同时进行多种免疫测定，使得可以检测不同的目标分析物并且可以测量其相关浓度，因为不同的颗粒可以具有不同的特性，诸如颜色或形态(例如，结合到第一目标分析物的第一组颗粒具有第一颜色，而结合到第二目标分析物的第二组颗粒具有第二颜色)。这种多路复用能力在某些感染和疾病状态诸如细菌感染、癌症或心力衰竭的诊断中特别重要，因为若干种生物标记的组合比单独使用每种标记具有更高的灵敏度。分析仪器可以在图像分析过程期间利用专门的算法，其中可以将流体样品内的细胞(即，红细胞，白细胞，细菌细胞等)分类并且将它们与多种颗粒区分开。由此，可以使用机器学习算法对细胞进行分类，并且将它们与颗粒区分开。特别地，通过以下技术排除完整细胞，该技术包括处理完整细胞的图像以产生背景阈值；处理流体样品的包含完整细胞和一个或更多个聚集体的图像；以及针对背景阈值标准化流体样品的图像，从而从流体样品的图像分析中排除完整细胞。从这些测量结果中，可以推断出若干种分析物的浓度以及细胞浓度。
因此，分析仪器可以被构造成在流体样品的悬浮液内的完整细胞与颗粒之间进行区分。由此，本发明的系统和方法进一步允许对流体样品执行附加的测定(例如，非免疫应答测定)，以便获得与流体样品内的特定成分有关的测量结果(即，细胞计数和特性描述)。例如，全血样品可以装载到试剂盒中，而无需首先被分离成血清样品，并且经受两种不同的测定，诸如全血细胞计数(CBC)测定和免疫测定。在某些实施例中，恒定的流量允许测量悬浮液的大部分，并且因此实现更高的精度和可重复性。基于成像的分析允许通过检查细胞之间的空间来监测颗粒聚集而不受细胞干扰，从而忽略细胞。在任何给定的时间都可以获得完整的尺寸分布，这提供了关于反应的更多信息。最后，图像分析通过使用彩色珠粒或不同尺寸或形状的珠粒来实现若干种测定的多路复用。
图15A、图15B和图15C是流体样品内的颗粒聚集的图像，该流体样品经受基于颗粒的免疫测定并且缺少细胞，流过试剂盒的通道，其中每个图像是在不同的相应时间段捕获的。例如，图15A是在流体样品经受CRP免疫测定时立即捕获的图像，而图15B和图15C分别是在经过四分钟和十二分钟之后捕获的图像，这些图像示出了颗粒聚集的增加(即，颗粒与目标CRP的结合的增加)。
图16A、图16B和图16C是流体样品内的颗粒聚集的图像，该流体样品经受基于颗粒的免疫测定并且包括完整细胞，流过试剂盒的通道，其中每个图像是在不同的相应时间段捕获的。图16A是在流体样品经受CRP免疫测定时立即捕获的图像，而图16B和图16C分别是在经过四分钟和十二分钟之后捕获的图像，这些图像示出了颗粒聚集的增加(即，颗粒与目标CRP的结合的增加)。再次，本公开的分析系统被构造成当执行图像分析时在流体样品的悬浮液内的完整细胞与颗粒之间进行区分，从而允许使用全血样品(其中，常规系统不能在完整细胞与颗粒聚集之间进行区分)。
图17是示出一段时间内颗粒聚集动态的图形表示。聚集动态(例如，聚集体的速率和尺寸)指示分子浓度。本公开的系统被构造成即时地和在一段时间内测量颗粒聚集动态，从而提高了确定的目标分析物/分子的浓度的准确性。
图18和图19是示出与经由现有分析平台获得的现有的c反应蛋白测量结果相比，根据本公开的基于图像的分析系统和方法执行的c反应蛋白测量结果的准确性的图形表示。
流体分析的示例性方法
图20是示出用于分析流体样品的方法900的一个实施例的流程图。方法900包括对流过通道的流体样品执行基于颗粒的免疫测定(操作910)，并且对流动的流体样品执行图像分析，以分析流动的流体样品内的颗粒的聚集动态，从而确定流体样品中的目标分析物的浓度(操作920)。执行图像分析的步骤可以包括获得多个不同的图像并且在每个图像中分析一个或更多个第一聚集体的形成动态。图像可以包括例如沿通道的高度的竖直扫描。特别地，由于颗粒可能分散在通道的整个高度上，并且图像中观察到的颗粒的数量可能随着距通道中心的距离而变化，因此可能需要沿通道的高度进行竖直扫描。因此，可能需要沿通道的高度的一系列图像以便了解通道中心的位置。聚集形成动态可以包括一个或更多个聚集体的形成速率、一个或更多个聚集体的尺寸及其组合。由此，流体样品中的目标分析物的浓度的确定可以至少部分地基于一个或更多个聚集体的形成速率、一个或更多个聚集体的尺寸及其组合。流体样品可以包括全血，并且目标可以包括但不限于c反应蛋白(CRP)、HbA1C、PCT、BNP及其组合。
图21是示出用于分析流体样品的方法1000的另一实施例的流程图。方法1000包括培养包含第一目标分析物和第一多个颗粒的流体样品(操作1010)。第一多个颗粒中的每个颗粒均包括对第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且第一多个颗粒和第一目标分析物将经由第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体。方法1000还包括使培养的流体样品流过通道(操作1020)，对流动的培养的流体样品进行成像以捕获一个或更多个第一聚集体的形成动态(操作1030)，以及分析一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第一目标分析物的浓度(操作1040)。在一些实施例中，流体样品可以包括第二目标分析物，使得培养步骤还包括第二多个颗粒，其中第二多个颗粒包括与第一多个颗粒不同的光学特性，第二多个颗粒中的每个颗粒包括对第二目标分析物具有特异性的第二抗体，并且第二多个颗粒和第二目标将经由第二抗体彼此结合，以形成一个或更多个第二聚集体。因此，方法1000还可以包括对流动的培养的流体样品进行成像以捕获一个或更多个第二聚集体的形成动态，并且分析一个或更多个第二聚集体的形成动态，以确定流体样品中的第二目标分析物的浓度。在一些实施例中，流体样品可以包括完整细胞，使得方法1000在完整细胞的存在下实施。因此，分析步骤可以排除在所成像的流体样品中存在的完整细胞。可以通过以下技术排除完整细胞，该技术包括：处理完整细胞的图像以产生背景阈值，处理流体样品的包含完整细胞和一个或更多个第一聚集体的图像，以及针对背景阈值标准化流体样品的图像，从而从流体样品的分析中排除完整细胞。
图22是示出用于分析流体样品的方法1100的另一实施例的流程图。方法1100包括：提供流体装置，该流体装置包括第一部分和第二部分，第一部分被构造成用于执行全血细胞计数测定，第二部分用于执行免疫测定(操作1110)；在流体装置的第一部分中执行全血细胞计数测定以获得血细胞比容(操作1120)；以及在流体装置的第二部分中执行免疫测定，其中将获得的血细胞比容用于免疫测定的结果的分析(操作1130)。
因此，本发明认识到当前分析仪器的缺点，并且提供的系统和方法用于对流体样品执行一种或更多种免疫测定并在流体样品正在流动时对样品执行图像分析以便基于图像分析获取与一种或更多种目标分析物有关的测量结果。特别地，本发明的各方面提供了用于使用图像分析和流量执行一种或更多种免疫测定的系统和方法，以及在流体装置(例如，一次性试剂盒)上执行测定(诸如免疫测定)的能力，以利于在医疗点(POC)使用。图像分析、微流控、免疫比浊法和创新的流体装置(例如，试剂盒)的独特组合解决了上述问题。
在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定全都指同一实施例。此外，在一个或更多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
本文已采用的术语和表达用作描述性术语，而非限制性术语，并且在使用此类术语和表达时，无意排除所显示和描述的特征(或其部分)的任何等同形式。并且，应当认识到，在权利要求的范围内可以进行各种修改。因此，权利要求书旨在覆盖所有这些等同物。
通过引用的并入
在整个本公开中，已经引用和参考了其他文件，诸如专利、专利申请、专利公告、期刊、书籍、论文、网页内容。所有这些文件出于所有目的据此通过引用以其整体并入本文。
等同物
根据本文的全部内容，包括对本文引用的科学和专利文献的引用，本发明的各种修改及其许多其他实施例，除了本文显示和描述的那些以外，对于本领域技术人员而言将变得明显。本文的主题包含可以在本发明的各种实施例及其等同物中适于本发明的实践的重要的信息、示例和指导。

Claims (40)

1.一种分析流体样品的方法，所述方法包括：
对流过通道的流体样品执行基于颗粒的免疫测定；以及
对流动的所述流体样品执行图像分析，以分析流动的所述流体样品内的所述颗粒的聚集动态，从而确定所述流体样品中的目标分析物的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行图像分析包括获得多个不同的图像，其中，在每个图像中分析所述一个或更多个第一聚集体的形成动态。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，执行图像分析包括：沿所述通道的高度获得竖直扫描。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，聚集形成动态包括选自由以下项组成的组中的至少一个：所述一个或更多个聚集体的形成速率、所述一个或更多个聚集体的尺寸，及其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述流体样品执行所述基于颗粒的免疫测定还包括：
提供第一多个颗粒，其中，所述第一多个颗粒中的每个颗粒包含对第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且所述第一多个颗粒和所述第一目标分析物将经由所述第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体；以及
提供第二多个颗粒，其中，所述第二多个颗粒包含与所述第一多个颗粒不同的光学特性，所述第二多个颗粒中的每个颗粒包含对所述第二目标分析物具有特异性的第二抗体，并且所述第二多个颗粒和所述第二目标将经由所述第二抗体彼此结合，以形成一个或更多个第二聚集体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对流动的所述流体样品执行图像分析还包括：
对流动的培养的所述流体样品进行成像，以捕获所述一个或更多个第一聚集体和所述一个或更多个第二聚集体的形成动态；以及
分析所述一个或更多个第一聚集体和所述一个或更多个第二聚集体的形成动态，以确定所述流体样品中的所述第一目标分析物的浓度和所述流体样品中的所述第二目标分析物的浓度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体样品包括完整细胞，并且所述方法在所述完整细胞的存在下实施。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述图像分析排除了在成像的所述流体样品中存在的所述完整细胞。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过以下技术排除所述完整细胞，所述技术包括：
处理完整细胞的图像以产生背景阈值；
处理所述流体样品的包含所述完整细胞和一个或更多个聚集体的图像；以及
针对所述背景阈值标准化所述流体样品的图像，从而从所述流体样品的所述图像分析中排除完整细胞。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所执行的步骤包括：
提供试剂盒；
将包含第一目标分析物的所述流体样品引入所述试剂盒的储存器中，所述储存器包含第一试剂；
将所述流体样品与所述第一试剂一起培养；
使所述流体样品流入所述试剂盒的包括第一多个颗粒的第二储存器中，其中，所述第一多个颗粒中的每个颗粒包含对所述第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且所述第一多个颗粒和所述第一目标分析物将经由所述第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体；
使所述流体样品和所述第一多个颗粒流过所述试剂盒中的通道；
对流动的所述流体样品进行成像，以捕获所述一个或更多个第一聚集体的形成动态；以及
分析所述一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定所述流体样品中的所述第一目标分析物的浓度。
11.一种分析流体样品的方法，所述方法包括：
培养包含第一目标分析物和第一多个颗粒的流体样品，其中，所述第一多个颗粒中的每个颗粒包含对所述第一目标分析物具有特异性的第一抗体，并且所述第一多个颗粒和所述第一目标分析物将经由所述第一抗体彼此结合，以形成一个或更多个第一聚集体；
使培养的所述流体样品流过通道；
对流动的培养的所述流体样品进行成像，以捕获所述一个或更多个第一聚集体的形成动态；以及
分析所述一个或更多个第一聚集体的形成动态，以确定所述流体样品中的所述第一目标分析物的浓度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，成像包括获得多个不同的图像，其中，在每个图像中分析所述一个或更多个第一聚集体的形成动态。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，成像包括：沿所述通道的高度获得竖直扫描。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或更多个聚集体的形成动态包括选自由以下项组成的组中的至少一个：所述一个或更多个聚集体的形成速率、所述一个或更多个聚集体的尺寸，及其组合。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流体样品包含第二目标分析物，并且所述培养步骤还包括第二多个颗粒，其中，所述第二多个颗粒包含与所述第一多个颗粒不同的光学特性，所述第二多个颗粒中的每个颗粒包含对所述第二目标分析物具有特异性的第二抗体，并且所述第二多个颗粒和所述第二目标将经由所述第二抗体彼此结合，以形成一个或更多个第二聚集体。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
对流动的培养的所述流体样品进行成像，以捕获所述一个或更多个第二聚集体的形成动态；以及
分析所述一个或更多个第二聚集体的形成动态，以确定所述流体样品中的所述第二目标分析物的浓度。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流体样品包括完整细胞，并且所述方法在所述完整细胞的存在下实施。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述分析排除了在成像的所述流体样品中存在的所述完整细胞。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过以下技术排除所述完整细胞，所述技术包括：
处理完整细胞的图像以产生背景阈值；
处理所述流体样品的包含所述完整细胞和一个或更多个第一聚集体的图像；以及
针对所述背景阈值标准化所述流体样品的图像，从而从所述流体样品的所述分析中排除完整细胞。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流体样品是全血，并且所述目标选自由以下项组成的组：c反应蛋白、HbA1C、PCT、BNP，及其组合。
21.一种用于分析流体样品的方法，所述方法包括：
提供包括第一部分和第二部分的流体装置，所述第一部分被构造成用于执行全血细胞计数测定，所述第二部分用于执行免疫测定；
在所述流体装置的所述第一部分中执行所述全血细胞计数测定以获得血细胞比容；以及
在所述流体装置的所述第二部分中执行所述免疫测定，其中，将所获得的血细胞比容用于所述免疫测定的结果的分析。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，使用图像分析执行所述免疫测定，以分析所述流体样品中的聚集体的形成动态。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，对包含完整细胞的全血执行所述免疫测定。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，在不裂解所述完整细胞的情况下执行所述免疫测定。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述图像分析排除了在成像的所述流体样品中存在的所述完整细胞。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，通过以下技术排除所述完整细胞，所述技术包括：
处理完整细胞的图像以产生背景阈值；
处理所述流体样品的包含所述完整细胞和一个或更多个聚集体的图像；以及
针对所述背景阈值标准化所述流体样品的图像，从而从所述流体样品的所述图像分析中排除完整细胞。
27.根据权利要求22所述的方法，其中，对流动的流体样品执行所述免疫测定。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述流体装置是试剂盒，所述试剂盒被构造成能够操作地联接到解析仪器。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，试剂盒预装载有用于所述全血细胞计数测定和所述免疫测定中的每种测定的试剂。
30.根据权利要求21所述的方法，其中，执行所述免疫测定以确定所述流体样品中的目标分析物的浓度，其中，所述目标分析物是选自由以下项组成的组中的至少一个：c反应蛋白、HbA1C、PCT、BNP，及其组合。
31.一种流体试剂盒，包括：
一个或更多个储存器，所述一个或更多个储存器包括用于免疫测定的试剂和第一多个颗粒，其中，所述第一多个颗粒中的每个颗粒包含对流体样品中的第一目标分析物具有特异性的第一抗体；
密封件，所述密封件在所述一个或更多个储存器之间；以及
第一通道，所述第一通道能够操作地联接到所述一个或更多个储存器，以接收来自所述一个或更多个储存器的流体并且使来自所述一个或更多个储存器的流体流动。
32.根据权利要求31所述的流体试剂盒，其中，所述一个或更多个储存器还包括磁性颗粒。
33.根据权利要求31所述的流体试剂盒，其中，所述一个或更多个储存器中的至少一个包括可变形的盖，所述可变形的盖能够变形为一个或更多个阈值前构型和阈值后构型，并且所述密封件被构造成仅在所述可变形的盖处于所述多个阈值后构型中的一个时才爆裂。
34.根据权利要求31所述的流体试剂盒，其中，所述试剂盒还包括：第一储存器，其包括免疫测定缓冲剂；第二储存器，其包括所述第一多个颗粒，流体联接到所述第一储存器；以及至少第三储存器，其与入口相关联，与所述第三储存器相关联的所述入口不同于所述第一储存器和所述第二储存器的入口。
35.根据权利要求34所述的流体试剂盒，其中，所述第三储存器包括用于执行全血细胞计数测定的一种或更多种试剂。
36.根据权利要求35所述的流体试剂盒，还包括第二通道，所述第二通道能够操作地联接到所述第三储存器，以接收来自所述第三储存器的流体并且使来自所述第三储存器的流体流动。
37.根据权利要求36所述的流体试剂盒，其中，所述试剂盒被构造成使得所述第一通道和所述第二通道联接到在所述第一储存器、所述第二储存器和所述第三储存器下游的公共接合点。
38.根据权利要求37所述的流体试剂盒，其中，所述试剂盒被构造成使得当通过所述第一通道的流体流到达所述公共接合点时，来自所述第一通道的流体流使来自所述第二通道的流体流移位并且使来自所述第二通道的流体流倒退。
39.根据权利要求38所述的流体试剂盒，还包括联接到所述公共接合点的第三通道。
40.根据权利要求39所述的流体试剂盒，其中，所述试剂盒被构造成能够操作地联接到解析仪器，所述解析仪器被构造成对流过所述第三通道的流体样品执行图像分析。
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