CN116615658A - 用于传感器系统中信号校准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于补偿重力和流体成分对磁性生物传感器系统的影响的方法和系统。在示例中，传感器系统包括被配置为容纳含有待测试分析物的样本的样本容器，样本容器包括检测表面和样本容器中的多个信号产生元件，其中检测表面包括结合表面，结合表面已用捕获元件部分地官能化，捕获元件可直接地和/或间接结合分析物和/或多个信号产生元件。传感器系统还包括存储指令的存储器，指令可由处理器执行以从检测表面的一个或多个背景区域获得包括传感器信号的背景数据，从结合表面获得包括传感器信号的样本数据，并基于背景数据执行样本数据的校正。

Description

用于传感器系统中信号校准的系统和方法

技术领域

本说明书总体上涉及用于检测样本中分析物的传感器系统的系统和方法，并且更具体地涉及补偿影响分析物检测的信号变化。

背景技术

生物传感器可允许检测样本中给定的特定靶分子，称为分析物，其中分析物的量或浓度通常较小，有时在纳克每毫升的范围内。为了检测这些分子，可以使用官能化的标记或检测标签，例如酶、荧光团或磁珠。在磁性标记生物传感器中，测量分析物(例如药物或心脏标记物)的存在是基于分子捕获和用磁性粒子或珠子标记。磁珠可被布置在样本盒的样本室中。样本室中的传感器表面的至少一部分被制备用于检测分析物。例如，传感器表面可以包括一个或多个区域，其中被配置成结合到分析物的捕获元件被固定(例如，抗体)。为了进行测试，将样本装载到盒中，并且样本中的任何分析物会结合在结合表面上的磁珠和捕获元件两者。

珠子的磁性吸引(也称为驱动)可以提高生物传感器用于护理点应用的性能，例如速度。磁性吸引的方向可以朝向进行实际测量的表面或远离该表面。在第一种情况下，磁性驱动允许增强传感器表面附近的磁性颗粒的浓度(其中磁性颗粒可经分析物结合到传感器表面上的相应捕获元件，例如抗体)，从而加速磁性颗粒在传感器表面处的结合过程。在第二种情况下，未结合的磁性颗粒(例如，未结合到传感器表面上的捕获元件的磁性颗粒)从表面去除，这被称为磁性清洗。一旦磁性清洗完成，样本中分析物的浓度可以通过测量与传感器表面上的捕获元件结合的磁珠的数量来确定。例如，可以将光源引导到传感器表面的固定有捕获元件的区域，以便产生全内反射的光。传感器表面处的磁性颗粒可以散射和/或吸收全内反射的光，其可以由检测器检测并用于确定样本中靶分子的浓度。

发明内容

在一个实施方案中，传感器系统包括样本容器，样本容器被配置为容纳含有待测试分析物的样本，样本容器包括检测表面和在样本容器中的多个信号产生元件，其中检测表面包括结合表面，结合表面已经用捕获元件部分官能化，捕获元件可以直接和/或间接地结合分析物和/或多个信号产生元件。传感器系统还包括存储指令的存储器，指令可由处理器执行以从检测表面的一个或多个背景区域获得包括传感器信号的背景数据，从结合表面获得包括传感器信号的样本数据，并基于背景数据执行样本数据的校正。

为了实现前述和相关目的，本文结合以下描述和附图描述了系统的某些说明性方面。已经讨论的特征、功能和优点可以在本发明的各种实施例中单独地实现，或者可以在其他实施例中组合，参考以下描述和附图可以看到其进一步的细节。提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在确定本文描述的任何主题的关键特征或必要特征。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的传感器系统的一般设置。

图2-图4示意性地示出了根据本发明的具有多个结合表面区域的传感器系统的示例样本盒。

图5示意性地示出了图2-图4的示例样本盒，其中多个背景区域位于结合表面区域之外。

图6示意性地示出了根据本发明的样本盒内的示例信号产生元件分布。

图7是说明根据本发明的使用传感器系统测试样本的方法的流程图，该方法使用在结合表面区域之外的背景区域测量的背景校正。

图8-图12示出了说明根据本发明的当进行或不进行背景校正时使用传感器系统的分析物的各种测量参数的图表。

图13示意性地示出了图2-图4的示例样本盒，其中多个背景区域定位在结合表面区域内。

图14是示出了根据本发明的使用传感器系统测试样本的方法的流程图，该方法使用在结合表面区域内的背景区域处测量的背景校正。

具体实施方式

以下描述涉及用于传感器系统(也称为微流体测试系统或微电子传感器系统)的系统和方法。传感器系统可以是磁性传感器系统，其包括一个或多个装载有官能化的信号产生元件(例如，抗体标记的磁性颗粒)的样本容器，该官能化的信号产生元件被配置为结合特定靶分子(在本文中也称为分析物或关注的分析物)，诸如肌钙蛋白或B型利钠肽(BNP)。每个样本容器具有传感器检测表面，传感器检测表面也例如用与结合到信号产生元件的抗体相同和/或不同的抗体来官能化，以在检测表面上形成结合表面。为了测量样本如血液或唾液中分析物的浓度，将样本提供在样本容器中，其中样本与信号产生元件混合。这样，信号产生元件可以经由分析物结合到传感器结合表面，结合到传感器结合表面的信号产生元件的数量是分析物浓度的函数。

在传感器系统是磁性传感器系统的示例中，信号产生元件可以是磁性颗粒，并且一个或多个磁性元件可被定位在样本容器外部(例如，在样本容器下方)，并且由一个或多个磁性元件产生的磁场可以将磁性颗粒吸引到传感器结合表面，以加速磁性颗粒/分析物复合物与传感器结合表面的结合。因此，结合磁性颗粒/分析物复合物的传感器结合表面的面积可以基于磁性元件的尺寸和位置，以及由磁性元件产生的磁场的任何变化。通常，抗体/捕获元件被固定在传感器检测表面离散区域中，例如离散的斑块或斑点。此外，一些样本容器可以被配置成便于检测多于一种分析物的浓度，并且因此不同的捕获元件可以存在于不同的结合表面区域中。因此，结合表面区域的定位可以基于由磁性元件产生的磁场。例如，如果磁场在传感器检测表面的中心具有最高的磁通密度，则结合表面可以位于传感器检测表面的中心。这样做时，磁性元件可以集中在结合表面区域处和附近，这可以增加由检测器测量的信号。

然而，其它力也作用在信号产生元件上，例如重力和/或在传感器系统运动期间产生的力，其可影响信号产生元件在样本测试期间的行为，且因此导致结果变化。此外，信号产生元件的移动性可能受到被测试样本的流体的影响。例如，样本流体的粘度或样本流体中的其它物质(例如蔗糖或蛋白质)的含量可影响信号产生元件的迁移率以及由信号产生元件产生的光信号，光信号被测量以确定分析物的浓度。

由于作用在信号产生元件上的重力和/或其他力以及来自样本流体对信号产生元件迁移率的影响，信号产生元件在整个结合表面上的分布可能不相等。这种不均匀的信号产生元件分布可能导致不可靠的测试测量，特别是当多于一种类型的捕获元件存在于传感器结合表面上时。此外，由于样本流体的成分可能随样本而变化(例如，一些患者可能具有高血糖而其他患者可能具有较低的血糖)，流体成分对信号产生元件的光信号的影响可能导致测试到测试的变化，这也可能降低测试可靠性。

因此，根据本文公开的实施例，在用传感器系统测试样本的检测阶段期间获得的用于测量样本中分析物的浓度的样本光信号可以用在生化反应阶段期间获得的背景光信号来校正，该生化反应阶段可以在获得样本光信号的检测阶段之前。生化反应阶段可以包括传感器系统的磁性元件被驱动以将磁性颗粒拉到传感器结合表面的时段，并且可以在其中未结合的磁珠从传感器结合表面移开的最终磁性清洗之前发生。通过在磁珠被吸引到传感器结合表面的生化反应阶段期间测量来自磁珠的信号，可以测量样本流体性质和磁颗粒分布不均匀性的可影响样本光信号响应的组合效应，并且该组合效应可被用于直接校正在结合表面测量的样本光信号响应(例如，样本光信号)。此外，背景光信号可以从检测表面的不与结合表面区域(至少部分地)重叠的多个背景区域获得。这样做时，背景光信号不受分析物浓度的影响，分析物浓度在生化反应阶段期间影响结合表面区域内的信号响应(例如，在生化反应阶段期间，信号响应将随时间增加，这取决于分析物浓度)。然而，在一些示例中，背景区域可以与结合表面重叠，并且结合的信号产生元件的存在可以通过从背景数据中减去样本数据来解决。

图1示意性地示出了根据本发明的微电子传感器系统100的一般设置。系统100包括载体11，其例如由玻璃或透明塑料如聚苯乙烯制成。载体11邻近(例如下方)样本室2，在样本室中可以提供具有待检测目标成分(例如药物、抗体、DNA等)的样本流体。在一些示例中，样本室2可以是样本盒的内部区域，并且载体11可构成样本盒的底表面。在其它示例中，样本室2可以是微孔板或其它合适容器的内部区域。样本还包括信号产生元件1，例如超顺磁珠，其中这些元件1可作为标记被结合到上述靶组分上(为了简单起见，在图1中仅示出了信号产生元件1)。

载体11和样本室2之间的界面由称为检测表面12的表面形成。该检测表面12可涂覆有捕获元件，例如抗体，其可特异性地结合目标成分。下面提供关于用捕获元件涂覆检测表面12的附加细节。

传感器系统100包括磁场发生器41，例如具有线圈和磁芯的电磁体，用于在检测表面12和样本室2的相邻空间中可控地产生磁场B。在该磁场B的帮助下，信号产生元件1可以被操纵，即被磁化并且特别地被移动(如果使用具有梯度的磁场)。因此，例如可以将信号产生元件1吸引到检测表面12，以便加速关联目标成分与检测表面12的结合。

传感器系统100还包括光源21，例如激光器或发光二极管(LED)，其产生发射到载体11中的输入光束L1。输入光束L1以大于全内反射(TIR)的临界角θc的角度到达检测表面12，并因此被全内反射为输出光束L2。输出光束L2通过另一表面离开载体11，并由例如光电二极管的光检测器31检测。光检测器31确定输出光束L2的光量(例如，由整个光谱或光谱某一部分中该光束的光强度表示)。测量结果由联接到检测器31的评估和记录模块32在观察期间评估和任选地监视。模块32可接收来自检测器31的输入数据，处理输入数据，并输出信息，以响应于处理的输入数据，基于其中编程的指令或代码，对应于一个或多个例程，在显示系统上显示和/或存储(例如，在患者电子医疗记录中)。尤其是，模块32可以是微型计算机，包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质，例如只读存储器芯片、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。存储介质只读存储器可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器执行的指令，用于执行图1的不同部件的控制方法，例如下面参考图7和图13描述的方法。此外，模块32可被配置为(例如，执行指令)控制磁场发生器41在被命令时提供连续或脉冲磁场，例如通过控制对磁场发生器41的电流供应。

在光源21中，可以使用激光二极管(例如，λ＝658nm)。准直透镜可被用于使输入光束L1平行，并且例如0.5mm的针孔23可用于减小光束直径。为了精确测量，需要高度稳定的光源。然而，即使使用完全稳定的电源，激光器中的温度变化也会引起输出中的漂移和随机变化。

为了解决这个问题，光源可以可选地具有集成的输入光监测二极管22，用于测量激光器的输出电平。监测传感器22的(经低通滤波的)输出然后可被联接到评估模块32，评估模块可以将来自检测器31的(经低通滤波的)光信号除以监测传感器22的输出。为了改善信噪比，可以对得到的信号进行时间平均。该除法消除了由于功率变化(不需要稳定的电源)以及温度漂移(不需要像珀尔帖元件那样的预防措施)引起的激光输出波动的影响。

在一些示例中，可以测量光源21的最终输出。如图1粗略地示出，只有一部分激光输出离开针孔23。只有该部分被用于载体11中的实际测量，因此是最直接的源信号。显然，该部分与激光器的输出有关，例如由集成监控二极管22确定，但是会受到光路中的任何机械变化或不稳定性的影响(激光束轮廓近似为具有高斯轮廓的椭圆形，即非常不均匀)。因此，测量在针孔23之后和/或在光源21的最终其它光学部件之后的输入光束L1的光量是有利的。这可以以多种方式完成。例如，平行玻璃板24可被放置在45°以下，或者可以将分束器立方体(例如90％透射，10％反射)插入针孔23后面的光路中，以将小部分光束朝向单独的输入光监测传感器22'偏转。作为另一个例子，针孔23边缘处的小反射镜或输入光束L1可被用于将光束的一小部分朝向检测器偏转。

图1包括第二光检测器31'，其可替换地或附加地用于检测由荧光颗粒1发射的荧光，荧光颗粒被输入光束L1的隐逝波激发。由于该荧光通常各向同性地发射到所有侧面，因此第二检测器31'原则上可以被布置在任何地方，例如也在检测表面12上方。此外，当然也可以使用检测器31用于荧光的采样，其中后者例如可以在光谱上与反射光L2区分开。

如上提及，传感器系统可以被配置成使用全内反射(TIR)来测量光信号。例如，光源将光束发射到前述载体中，使得其在载体的检测表面处的研究区域中被全内反射。“研究区域”可以是检测表面的子区域或包括完整的检测表面；它通常具有由输入光束照射的基本上圆形的点的形状。此外，应当注意，全内反射的发生要求载体的折射率大于邻近检测表面的材料的折射率。例如，如果载体由玻璃(n＝1.6)制成并且相邻材料是水(n＝1.3)，则就是这种情况。还注意，术语“全内反射”应包括称为“受抑全内反射”(fTIR)的情况，其中在反射过程中损失(吸收、散射等)一些入射光。

通过利用fTIR，检测技术是表面特异性的，这可以减少背景噪声。FTIR使得在样本中产生隐逝波，该隐逝波远离载体的表面以指数方式衰减。当该隐逝波与如图1的设置中的信号产生元件1的另一介质相互作用时，部分入射光将耦合到样本流体中(这被称为“受抑全内反射”)，并且反射强度将被减小(而对于干净的界面和没有相互作用，反射强度将是100％)。取决于干扰量，即在检测表面12(不在样本室2的其余部分中)上或非常靠近检测表面12(在约200nm内)的信号产生元件的量，反射强度将相应地下降。该强度下降是对结合的信号产生元件1的量的直接度量，因此是对靶分子浓度的直接度量。当将所提及的大约200nm的隐逝波的相互作用距离与抗体、靶分子和磁珠的典型尺寸进行比较时，显然背景的影响将是最小的。

同时图1示出了使用光学检测系统来测量样本中分析物浓度的微电子传感器系统，用于检测结合到检测表面的信号产生元件的其他机构是可能的。例如，可以使用磁阻方法、霍尔传感器、线圈、光学方法、成像、荧光、化学发光、吸收、散射、表面等离子体共振、拉曼、声波检测(例如表面声波、体声波、悬臂、石英晶体等)、电检测(例如传导、阻抗、电流分析、氧化还原循环等)来检测结合到检测表面的信号产生元件。

图2示意性地示出了传感器系统的示例样本盒202的俯视图200，例如图1的微电子传感器系统100的样本盒。样本盒202可包括多个壁和中空内部，从而形成样本室203。样本室203是图1的样本室2的非限制性示例。在测试期间，样本(包括一种或多种所关注分析物的液体)经由入口装载到样本盒202中，该入口可以沿着图2中所示的箭头。样本盒202包括结合表面205，结合表面包括涂覆在样本盒202的底表面(样本盒202的底表面也称为检测表面206)上的捕获元件(例如，一种或多种抗体)。在所示的例子中，样本盒202包括布置成两行的六个结合表面区域。结合表面205包括布置在第一行中的第一区域208、第二区域210、第三区域212，以及布置在第二行中的第四区域214、第五区域216和第六区域218。每个结合表面区域可以包括相同的捕获元件。例如，每个结合表面区域可以包括以给定浓度涂覆在检测表面206上的抗肌钙蛋白抗体。在其他示例中，一个或多个结合表面区域可以包括不同的捕获元件。例如，一半结合表面积可包括抗肌钙蛋白抗体，另一半结合表面积可包括抗BNP抗体。检测表面206在结合表面区域周围和之间的部分可以不用构成/限定结合表面的捕获元件官能化。

在图2中还示出了磁性元件204，其可以被包括作为传感器系统的一部分。磁性元件204是磁场发生器41的非限制性示例，并且因此可以包括具有线圈和磁芯的电磁体，用于在检测表面206处和样本室203的相邻空间中可控地产生磁场。

磁性元件204可以被配置成产生具有梯度的磁场，其中梯度的最高密度(例如，最高磁通量)沿着磁轴延伸，其在图2中可以是样本盒202的中心轴线220。在图2所示的示例中，中心轴线220可沿(例如，平行于且对齐于)磁性元件204的纵向轴线延伸。此外，图2包括笛卡尔坐标系250，并且中心轴线220沿着(例如，平行于)坐标系250的X轴延伸。

图3和4示出了样本盒202的不同视图。图3示出了样本盒202的第一侧视图300，且图4示出了第二侧视图400。图3和图4中的每一个都包括笛卡尔坐标系250。如图3所示。样本盒202包括顶壁302、第一侧306和第二侧308。第一侧306和第二侧308中的每一个沿着坐标系250的Z轴延伸，该Z轴可以平行于重力且指向与重力相反的方向(例如，正Z方向向上，远离平坦地面)。如图4所示，样本盒202还包括第三侧402和第四侧404。在图3和图4中还示出了信号产生元件区域304，干燥的官能化信号产生元件(例如磁珠)可以临时位于该区域。如图所示，信号产生元件区域304可以在样本盒202的内顶表面(例如顶壁302的内表面)上，但是其它位置也是可能的和/或可以包括多于一个的信号产生元件区域。当样本被装载到样本盒202中时，干燥的官能化信号产生元件可以被释放并与样本混合。

如图3所示，样本盒202具有沿坐标系250的X轴从第一侧306延伸到第二侧308的长度L1。磁性元件204具有沿平行于磁性元件204的纵向轴线的X轴延伸的长度L2。在所示的示例中，磁性元件204的长度L2可以与样本盒202的长度L1一样长或更长。

如图4所示，样本盒202具有沿Y轴从第三侧402延伸到第四侧404的宽度W1。在一些示例中，样本盒202的宽度W1可以等于样本盒202的长度L1。在其他示例中，宽度W1可以长于或短于长度L1。磁性元件204具有沿垂直于磁性元件204的纵向轴线的Y轴延伸的宽度W2。在所示的示例中，磁性元件204的宽度W2比样本盒202的宽度W1短。此外，磁性元件204可以相对于样本盒202居中，使得磁性元件204的中心纵向轴线与样本盒202的中心轴线对准，其中样本盒的中心轴线可以定位在第三侧402和第四侧404之间等距的点处，并且从第一侧306延伸到第二侧308。这样，磁性元件204的中心纵向轴线可以位于两行结合表面区域之间。

磁性元件204引起朝向样本盒中心的磁场梯度，例如沿着中心轴线220。因为磁性元件204具有比样本盒202的长度L1更长的长度L2，所以磁场梯度可以沿着样本盒202的长度L1一致，但是可以沿着样本盒202的宽度W1变化。例如，沿着中心轴线220，磁场可以沿着从第一侧306到第二侧308的整个中心轴线220具有最高的通量密度。然而，磁通密度可以从中心轴线220到第三侧402且从中心轴线220到第四侧404减小。

因此，当磁性元件204被激活时产生磁场(例如，向磁性元件204的线圈提供电流)。磁场可以具有梯度，该梯度具有沿着样本盒的中心(例如，中心轴线220)定位的最高磁通密度的区域。在样本装入样本盒202后，信号产生元件被释放并与样本混合。当磁性元件204被激活时，信号产生元件(其可以是磁性颗粒)和任何结合的分析物将通过磁力被拉向检测表面206，并且特别是被拉向中心轴线220，其中信号产生元件将与固定到检测表面206的捕获元件相互作用(例如，作为结合表面205)。因此，分散在样本中的信号产生元件将朝向最高场线密度/最高磁通密度的位置集中。

因此，为了确保一致的分析物分析，特别是当测试多于一种分析物时，结合表面205可定位在最高场线密度/通量密度的位置处或附近。例如，返回参考图2，结合表面205被布置在中心轴线220附近(例如，每个区域可被布置在磁性元件上方并且在距中心轴线220的阈值距离内)。这样，当信号产生元件通过磁性元件产生的磁场集中在检测表面206上时，信号产生元件将集中在结合表面205上并沿着结合表面，这将增加任何磁性颗粒/分析物复合物与形成结合表面205的适当抗体相互作用并结合的可能性。

而在图2-图4所示的示例中，样本盒202包括六个结合表面区域并且被定位在单个磁性元件上，其中磁性轴线与样本盒202的中心轴线对准，在不脱离本发明的范围的情况下，其他配置也是可能的。例如，可包括更多或更少的结合表面区域，例如单个结合表面区域、两个结合表面区域、三个结合表面区域等。结合表面区域可与图2-4中所示的不同地布置，例如排列成单行、排列成三行、排列成圆形等。在一些示例中，传感器系统可包括一个以上的磁性元件。此外，在一些示例中，磁性元件可产生具有最高磁通密度的磁场，其集中在单个点而不是沿轴线。

样本盒202被配置成定位在传感器系统中，例如图1的传感器系统。样本盒202包括用于进行测试的试剂，例如用于测量样本中分析物的浓度。试剂可包括官能化的磁性颗粒(例如，包括对分析物具有特异性的捕获元件的磁性颗粒，例如包含在信号产生元件区域304中的信号产生元件)和结合表面205，并且可另外包括缓冲剂或其它试剂。将诸如血液或唾液的样本引入样本盒的样本室中，其中样本与结合到检测表面206的磁性颗粒和捕获元件混合。当样本被引入样本室并且信号产生元件被分散时，测试的生化反应阶段开始。在生化反应阶段，样本中的分析物(例如肌钙蛋白)结合到官能化的信号产生元件和/或结合表面。在生化反应阶段，分析物分子可处于四种状态：未结合、仅结合于信号产生元件、仅结合于结合表面，或结合于结合表面和信号产生元件两者。为了加速分析物到达第四状态(其中分析物结合到结合表面和信号产生元件两者)的过程，可激活磁性元件以便产生主动地将信号产生元件带到样本盒的结合表面附近的磁场。

在经过阈值时间量之后，通过施加将未结合的信号产生元件(例如，未经由分析物结合至结合表面的信号产生元件和/或捕获元件)拉离结合表面的磁场来停止生化反应阶段。在该磁性清洗时，检测阶段开始，其中使用光场获得保留(由于信号产生元件结合到结合表面)在结合表面的信号产生元件的数量的测量。然后将在检测阶段期间测量的光信号(其在本文中可被称为样本数据)与校准信息进行比较，该校准信息可能是预定的并且从样本盒上的标签(诸如RFID标签)获得，以便计算分析物的浓度。通常，用于计算分析物浓度的光信号从结合表面上的特定预定义的测量关注区域(ROI)获得。这些测量ROI可能是结合表面的子集，例如与结合表面的区域重叠的矩形区域。或者，每个测量ROI可能是相应结合表面区域的完整区域，或者包括相应结合表面区域以及相应结合表面区域之外的一些区域的区域。

上述测试过程可导致在每个测量ROI处检测到的光信号的变化和/或由于信号产生元件分布不均匀性和/或不同的样本流体参数(例如粘度)而导致的测试到测试的光信号变化。例如，测试分析物浓度(例如肌钙蛋白)的第一患者可提交具有比来自第二患者的样本更高的血糖含量的样本(例如血液)。较高的糖含量可导致来自第一患者的样本中的信号产生元件具有不同于来自第二患者的样本中的信号产生元件的光学性质，因为信号产生元件的光学性质受信号产生元件的材料成分和信号产生元件周围的流体的影响。这样，除了分析物的不同水平之外，第一患者和第二患者之间的测试结果可能由于患者血液样本的血糖含量而变化。此外，在一些示例中，不同的患者样本可能表现出不同的流体粘度，这可能影响测试期间信号产生元件迁移性，这可能导致测试变化。

为了解决上述信号产生元件分布不均匀性和不同样本流体性质的问题，可在测试的生化反应阶段(例如，在施加磁场以从结合表面除去未结合的磁性颗粒之前)或在测试的另一合适时间获得背景数据，并用于校正在检测阶段获得的样本数据。背景数据可包括当结合的和未结合的磁性颗粒存在于结合表面时获得的光信号，并且因此可在施加磁场以将磁性颗粒主动拉到结合表面时获得，但是也可在不施加磁场时获得。

然而，为了进一步改善以背景数据对样本数据的校正，背景数据可包括仅来自未结合的信号产生元件的光信号的测量，因为分析物的浓度将影响信号产生元件与结合表面的结合。因此，背景数据可从不与结合表面重叠的背景区域获得。

图5示出了包括多个背景区域502的位置的样本盒202的另一个示意图500。在所示的示例中，多个背景区域502被布置成围绕每个离散的结合表面区域，并因此被布置成第一行504、第二行506和第三行508。在一些示例中，每行可包括总共12个背景区域的四个背景区域。在所示的例子中，第一行504包括编号1-4的背景区域(从左到右)，第二行506包括编号5-8的背景区域，第三行508包括编号9-12的背景区域。应当理解，背景区域是检测表面206的区域，其中光信号将被检测以产生如上的背景数据，并且在背景区域处没有捕获元件可被固定到检测表面。在一些示例中，可省略角落背景区域(在图5中以虚线示出)。如本文所用，术语“背景区域”可指样本盒的检测表面的区域(其可为圆形、矩形或其它合适形状)，其中测量传感器信号(诸如光信号)以产生用于校正样本数据的背景数据，其中样本数据用于确定样本中一种或多种分析物的浓度。在一些示例中，背景区域可与结合表面完全或部分重叠。在其它示例中，背景区域可不与结合表面重叠。如本文的在背景区域处测量的传感器信号可包括由信号产生元件(其可为磁性颗粒或能够光学或以其它方式检测的其它类型的颗粒或珠子)产生的光信号或其它类型的信号(例如，磁性)，其可结合到检测表面(例如，在检测表面涂覆有一个或多个捕获元件的区域中)和/或未结合到检测表面。在使用fTIR来产生和测量光信号的示例中，可测量在检测表面的阈值范围内(例如，在100nm内)由信号产生元件输出的光信号，而不检测在阈值范围之外的信号产生元件。

图6示出了在样本已经被引入样本盒之后并且在信号产生元件640已经与样本混合并且正被拉到样本盒的检测表面603上的结合表面605的生化反应阶段期间样本盒602的示例图像600。样本盒602是上述样本盒202的非限制性示例，因此包括在检测表面603的一端处的入口604和在检测表面603的另一相对置端处的销606。结合表面605包括固定到检测表面603的捕获元件的六个离散区域，其中这些区域被布置成两行，包括第一区域608、第二区域610、第三区域612、第四区域614、第五区域616和第六区域618。结合表面605的每个区域由可指示测量ROI的矩形表示(例如，其中将检测来自结合表面处的磁性颗粒的光信号)。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，捕获元件和/或测量ROI的区域的其它形状也是可能的。

图6进一步示出了多个背景区域的位置，如图所示，这些背景区域被布置成三行。第一(顶部)行背景区域包括第一背景区域620和第二背景区域622。第二(中间)行背景区域包括第三背景区域624、第四背景区域626、第五背景区域628和第六背景区域630。第三(底部)行背景区域包括第七背景区域632和第八背景区域634。

图6中的暗点/条纹表示信号产生元件640。生化反应阶段期间的信号产生元件分布在检测表面603上变化。例如，由于磁性元件(图6中未示出)的构造，信号产生元件640沿着检测表面的中心区域集中，并且在样本盒的顶部(例如，包括销606)或底部(例如，包括入口604)附近沿着检测表面不存在(或存在很少的)信号产生元件。背景区域被定位成排除这些零密度区域，并且还被定位成围绕结合表面的区域。

在图6所示的示例中，信号产生元件呈现不均匀分布。例如，在样本盒602的左侧和右侧比在样本盒602的中心存在更多的信号产生元件。这样，在检测阶段期间获得的光信号对于结合表面在左边和右边的区域比在样本盒的中心更强。因此，背景数据可用于校正样本数据。例如，在围绕第一区域608的背景区域(例如，背景区域620、624和626)处测量的光信号可被组合(例如，平均)并用于校正在第一区域608处获得的样本数据。在其他示例中，在每个背景区域处测量的光信号可被组合以形成总体背景数据集，该总体背景数据集可用于校正在结合表面的每个区域处获得的样本数据。这样，在生化反应阶段期间测量的光信号被认为是特定测试的光信号能力的校准测量，并因此用于校正样本数据。这样做时，可补偿信号产生元件浓度或流体特性如折射率或粘度的变化。

虽然在此已经描述了被配置成定位在传感器设备或传感器系统中的样本盒，但应理解的是，该样本盒可能是涂覆有一个或多个捕获元件以形成其结合表面并且被配置成容纳与信号产生元件混合的样本的任何合适的容器。例如，样本盒可能不是如在此描述的那样被封闭的，而是可缺少顶壁，或者样本盒可是包括一个或多个孔的板的形式。因此，上文关于图2-图6所描述的样本盒可被称为样本容器，其可包括盒、板、多孔板或实际上能够容纳样本并具有本文所描述的结合表面的任何其他结构。

图7是示出用于利用诸如传感器系统100的传感器系统来测试样本的方法700的流程图，包括使用在不与结合表面的任何区域重叠的多个背景区域(诸如图5和/或图6中所示的多个背景区域)处收集的背景数据来应用背景校正。方法700可至少部分地由诸如传感器系统100的评估和记录模块32的计算系统根据由处理器执行的存储在其存储器中的指令来执行。在702，在传感器系统的样本室中接收样本。样本可包括生物流体，例如血液、唾液等，其可与试剂、缓冲剂、水等混合。样本可经由样本入口引入并且可流入样本室。样本室可包括样本容器例如样本盒202的内部。因此，样本可与样本室中的信号产生元件(例如磁性颗粒)混合。样本容器可包括涂覆在样本容器的检测表面上的一种或多种类型的捕获元件，从而形成结合表面。

在704，可选地获得参考测量。获得参考测量可包括激活传感器系统的一个或多个光源，并且用传感器系统的一个或多个检测器检测所得到的光信号。参考测量可在生化反应阶段开始之前获得，例如在传感器系统的磁性元件激活之前。在706，激活传感器系统的一个或多个磁性元件，以便将信号产生元件吸引到样本盒的结合表面。该一个或多个磁性元件可包括一个或多个磁性元件，例如磁性元件204，其产生沿着磁轴或单点居中的磁场。可根据预定的驱控协议激活磁性元件以产生连续或脉冲磁场。

在708，在生化反应阶段期间，其中根据驱控协议激活一个或多个磁性元件，激活传感器系统的一个或多个光源，诸如光源21，并且从一个或多个检测器，诸如检测器31获得检测器数据，以测量样本容器的每个背景区域处的光信号，以便产生背景数据。例如，可激活定位成将光引导到背景区域的光源，并且可通过相应的检测器来测量得到的光信号。至少在一些示例中，背景数据的收集可被定时为与施加磁场以将信号产生元件拉到结合表面的驱控时段相对应。可在生化反应阶段期间的一个或多个离散时间点获得光信号，或者可在生化反应阶段期间连续地获得光信号。在一些示例中，可使用基于FTIR的检测来获得光信号。在这样的示例中，仅检测到非常接近检测表面的(磁性)颗粒，例如在典型地在样本室中穿透约100nm的隐逝波内。另外，当使用脉冲磁场时，磁性颗粒在脉冲的整个持续时间内(当磁场被切断数100ms或秒时)将不靠近检测表面，并且所测量的信号由此对应于颗粒在检测表面处的有效时间(并且然后仅能够结合到结合表面)。

在710，在已经执行至少一次磁性洗涤之后开始的检测阶段期间(例如，其中磁性洗涤包括施加磁场以将未结合的信号产生元件从样本容器的结合表面移开)，激活一个或多个光源并且获得检测器数据以测量结合表面的每个区域处的光信号，以便产生样本数据。例如，可激活定位成将光引导到结合表面的光源，并且可通过相应的检测器测量得到的光信号。在一些示例中，样本数据的收集可仅在生化反应阶段完成时执行。在其他示例中，可在生化反应阶段中断期间的多个时间点收集样本数据。例如，可暂停生化反应阶段，使得可收集第一样本数据集(在执行磁性清洗之后)，然后可恢复生化反应阶段。然后可终止生化反应阶段，并且可收集第二样本数据集(在进行另一次磁性清洗之后)。通过在生化反应阶段完成之前的一个或多个时间点收集样本数据，例如，可通过在生化反应完成之前测量光信号来避免由于高分析物浓度引起的信号饱和。可在检测阶段期间的一个或多个离散时间点获得光信号，或者可在检测阶段期间连续地获得光信号。获得光信号时的时机可基于信号的期望信噪比(例如，当接近结合表面饱和时获得的信号可具有更高的信噪比)和/或执行测试的期望速度。此外，类似于背景光信号，可使用fTIR获得为产生样本数据而获得的光信号。

在712，方法700确定从每个背景区域测量的光信号是否为非零信号。例如，可分析在收集背景数据期间从每个背景区域检测到的信号响应，以确认每个区域记录了来自相应检测器的输出的正的非零值。给定磁性颗粒的密度，预期从每个背景区域测量至少一些信号。如果从一个或多个背景区域没有检测到信号(例如，零值，或在零的阈值范围内)，则它可指示气泡或以其他方式缺少完全填充样本容器的样本，这可能损害测试结果。因此，如果一个或多个背景区域记录为零的信号或记录在零的阈值范围内的信号(例如，712处的答案为否)，则方法700前进到720以显示和/或存储当前测试无效和/或不能确定分析物浓度的通知，然后方法700返回。

然而，如果每个背景区域具有正的非零信号(例如，712处的回答是“是”)，则方法700前进到714，在此处，基于在704处获得的参考测量可选地校正背景数据和样本数据。例如，可从背景数据和样本数据中的每一个中减去参考测量。这样做时，可补偿可能影响光信号(例如，来自光源的输出)的其他波动。在716，基于背景数据校正样本数据。如前，来自邻近或围绕结合表面的区域定位的一个或多个背景区域的背景数据可被组合并用于校正结合表面的该区域的样本数据。在其他示例中，来自所有背景区域的背景数据可被组合并共同用于校正来自结合表面的每个区域的样本数据。基于背景数据校正样本数据可包括将样本数据除以背景数据。在其他示例中，可应用不同的函数来使用背景数据校正样本数据，诸如在校准期间建立的样本数据和背景数据之间的关系，其中该关系可是线性的、幂函数的、指数的等。

在一些示例中，背景数据可被加权，使得从一些背景区域获得的光信号被给予比从其他背景区域获得的光信号更高的权重。例如，参考图6，来自第二(中间)行背景区域(背景区域624、626、628和630)的光信号可被给予比来自第一(顶部)和第三(底部)行背景区域的光信号更低的权重。在加权之后，可组合(例如，求和或平均)光信号以产生背景数据。通过使中间行中的背景区域具有较低的权重，可补偿信号产生元件沿样本盒的中间集中的趋势，其中最高磁通密度位于样本盒的中间。

在718，可在传感器系统的显示器上存储和/或显示经校正的样本数据。经校正的样本数据可用于确定样本中一种或多种关注分析物的浓度，并且可输出所确定的浓度或浓度信号用于显示和/或保存在存储器中。例如，计算系统可访问经校正的样本数据与分析物的浓度之间的关系(例如，从样本容器上的RFID标签，从存储在存储器中的关系等)，并基于经校正的样本数据和该关系确定分析物的浓度。例如，可使用校准曲线来计算分析物的浓度，以将结合的信号产生元件的测量的量转换为分析物浓度。校准曲线(或公式，或等式)可存储在传感器系统的存储器(例如，评估和记录模块32)中，并且校准曲线或公式的值/参数可存储在传感器系统的RFID标签上。校准参数(例如，校准曲线或公式，包括公式的常数)可在制造之后通过用参考样本(例如，包含不同浓度的分析物的样本，分布在测试的可报告范围内)测试一系列盒来确定。随后通过使用数学公式拟合(例如，最小二乘回归)数据来分析测试数据。然后将得到的拟合参数写入到设备的RFID标签上。然后方法700结束。

图8-图10示出了示例性曲线图，其展示了以上关于图7描述的背景校正的效果。对于每个曲线图，在来自不同患者的多个不同样本上获得样本数据和/或背景数据，其中每个样本掺有不同量的分析物，本文为肌钙蛋白-I。使用传感器系统(例如图1的传感器系统)测量样本。用于测量样本的样本容器可是图2-图6的样本盒，其在所示的实施例中可包括排列成如图2所示的六个离散区域的结合表面，其中结合表面的每个区域包括抗肌钙蛋白抗体。在所示实施例中，测量6个样本，每个样本测量15次。对于每个样本测量，在各自的检测阶段测定肌钙蛋白的浓度。此外，对于每个样本测量，在生化反应阶段期间在每个背景区域获得背景数据，如下文更详细描述的。

图8显示了测量的肌钙蛋白浓度根据每个样本在生化反应阶段(也称为结合阶段)期间测量的平均光信号变化的曲线图800。因此，图800的y轴是以ng/L为单位测量的肌钙蛋白-I浓度(cTnI)，x轴表示在生化反应阶段获得的平均光信号(将其标准化为参考测量值，因此是相对于参考测量值的百分比)。图8的曲线图800示出基于检测阶段获得的光信号测量的肌钙蛋白浓度，不进行背景校正。根据该测量的生化反应阶段期间的平均光信号绘制给定样本的每个测量的肌钙蛋白浓度(例如，13-15个测量的肌钙蛋白浓度)。例如，线802是在各个检测阶段期间第一样本的13个测量的肌钙蛋白浓度根据生化反应阶段期间对于给定样本测量的平均光信号的最佳拟合线。第一样本的每个单独的肌钙蛋白浓度测量在图8中显示为加号，该加号根据在生化反应阶段期间测量的平均光信号进行绘制。如从曲线图800所理解的，所测量的肌钙蛋白浓度随着在生化阶段期间检测到的平均光信号增加而增加，如线802和其余测试样本的增加的斜率所展示的(每个测试样本显示为最佳拟合线，相应的单个测量显示为各种符号)。测量的分析物浓度与光信号之间的相关性表示潜在的变异系数(CV)效应。换句话说，每个样本具有已知的肌钙蛋白浓度，其应当在每次测量期间测量。然而，磁性颗粒结合中的测试间变化(例如，由于非均匀颗粒分布、样本流体性质等)可导致人为低的或人为高的肌钙蛋白浓度测量。例如，第一个样本中肌钙蛋白浓度的测量显示相对高水平的变化，从约15ng/L至20ng/L。

图9示出在应用背景校正的情况下，多个样本的测量肌钙蛋白浓度根据每个样本在生化反应阶段期间测量的光信号的曲线图900。因此，曲线图900的y轴是以ng/L为单位的测量肌钙蛋白-1浓度(cTnI)，x轴示出在生化反应阶段获得的光信号。被测量以产生曲线图900的样本与被测量以产生曲线图800的样本相同，但是在曲线图900中，测量的肌钙蛋白浓度是基于在检测阶段期间获得的光信号确定的，其中光信号使用本文所描述的背景校正来校正(例如，以上参考图7所描述的)。应用于产生曲线图900的特定背景校正包括测量图6所示的背景区域处的光信号。来自背景区域的第一行和背景区域的第三行的光信号相对于背景区域的第二行的光信号被加权。背景区域的总权重的(从左到右然后向上到向下)因子为2，2，1，1，1，1，2和2。将来自结合表面的多个区域的测量的光信号(例如，样本数据)除以生化反应阶段期间背景区域处的测量的光信号(例如，背景数据)，并乘以37.5的因子(其为总体背景数据的平均光信号)。

如图9所示，对于每个样本，测量的分析物浓度与光信号之间观察到的相关性降低。例如，线902示出第一样本的测量肌钙蛋白浓度根据给定样本在生化反应阶段期间测量的平均的、校正的光信号(对应于被测量以产生线802的样本)的最佳拟合线。线902示出了在生化反应阶段期间测量的分析物浓度和光信号之间减小的相关性。因此，通过用指示总磁性颗粒结合的背景数据校正样本数据，可说明磁性颗粒结合中的试验间变化，提高了肌钙蛋白浓度测量的准确性和再现性。

计算未校正肌钙蛋白浓度测量值和校正肌钙蛋白浓度测量值的定量限(LoQ)10％变异系数(CV)(LoQ10％CV)，并绘制如图10所示。图10的曲线图1000示出如上所描述的未校正或校正时，两种类型肌钙蛋白(NIST开发的天然和参考肌钙蛋白)的测量肌钙蛋白浓度(ng/L)的LoQ10％CV。如从图10中理解的那样，背景校正降低了每种类型肌钙蛋白的LoQ。

图11示出了图示使用背景区域的不同组合对CV的影响的曲线图1100。图11中所示的背景区域的不同组合包括所有背景区域(例如，图6中所示的第一、第二和第三行)，仅第二行背景区域，仅第一行和第三行背景区域，只有最中间的两个背景区域(图6中编号为626和628的背景区域)，并且只有第二行的单个背景区域(图6中编号为624的背景区域)。每个背景区域组合显示对CV的影响。例如，测量来自每个背景区域的光信号显示CV降低18％(标有“全部”的列)。此外，在一些组合中，还对背景区域进行加权，使得第二行背景区域用因子1进行加权，且第一行和第三行背景区域用因子4进行加权。相对于未加权的背景校正，该加权显示出CV效应的改善，例如CV降低18％至CV降低21％的改善。曲线图1100还示出了销附近的背景区域和样本容器的入口(例如背景区域的第一行和第三行)对校正后的CV改善贡献最大。

如图12的曲线图1200所示，在额外批次的样本容器上测试了由于背景校正而引起的肌钙蛋白浓度CV和LoQ10％CV的改善。这些批次的酪蛋白浓度、血库或其他因素可能不同，但所有测试批次均包括6个抗肌钙蛋白抗体斑点。曲线图1200显示了，尽管背景校正对批次间LoQ10％CV的影响不同，但背景校正显示批次1以外的各批次的LoQ降低，从而显示背景校正的影响的高再现性。

图13示出了另一种背景区域布局，其可用于获得背景数据以校正样本数据，从而执行背景校正并减小分析物浓度测量中的测试间可变性。在图13中，样本盒202的示意图1300被示出为包括多个背景区域1302的位置。在图13所示的示例中，多个背景区域1302被布置成使得每个背景区域与结合表面的相应区域重叠。例如，第一背景区域1304被定位在与第一区域208相同的位置，并且每个剩余的背景区域被定位在与结合表面的不同区域相同的位置(使得包括六个背景区域，一个被定位在被官能化以包括捕获元件的结合表面的每个区域)。应当理解，背景区域是检测表面206的区域，其中光信号将在如上的生化反应阶段期间被检测。

当背景区域如图13所示定位时，在生化反应阶段测量的光信号包括来自结合和未结合磁性颗粒的信号。因此，通过使用当生化反应阶段完成时获得的光信号，可获得仅来自未结合的磁性颗粒的信号(并且如上用作背景数据以校正样本数据)。例如，从在生化反应阶段期间获得的光信号中减去在生化阶段完成之后的光信号(例如，在检测阶段期间获得的光信号)以获得背景数据。

图14是示出用于利用诸如传感器系统100的传感器系统来测试样本的方法1400的流程图，包括使用在多个背景区域(诸如图13中所示的多个背景区域)处收集的背景数据来应用背景校正，其中每个背景区域与相应的结合表面区域重叠。方法1400可至少部分地由诸如传感器系统100的评估和记录模块32的计算系统根据存储在其存储器中的指令来执行。在1402，在传感器系统的样本室中接收样本。样本可包括生物流体，例如血液、唾液等，其可与试剂、缓冲剂、水等混合。样本可经由样本入口引入并且可流入样本室。样本室可包括样本容器例如样本盒202的内部。因此，样本可与样本室中的信号产生元件(例如，磁性颗粒)混合。样本容器可包括涂覆在样本容器的检测表面上的一种或多种类型的捕获元件，从而形成结合表面。

在1404，可选地获得参考测量。获得参考测量可包括激活传感器系统的一个或多个光源，并且用传感器系统的一个或多个检测器检测所得到的光信号。参考测量可在生化反应阶段开始之前获得，例如在传感器系统的磁性元件激活之前。在1406，激活传感器系统的一个或多个磁性元件，以便将信号产生元件吸引到样本盒的结合表面。该一个或多个磁性元件可包括一个或多个磁性元件，例如磁性元件204，其产生沿着磁轴或单点居中的磁场。可根据预定的驱控协议激活磁性元件以产生连续或脉冲磁场。

在1408，在生化反应阶段期间，其中根据驱控协议激活一个或多个磁性元件，激活传感器系统的一个或多个光源，诸如光源21，并且从一个或多个检测器，诸如检测器31获得检测器数据，以测量样本容器的每个背景区域处的光信号，以便产生背景数据。例如，可激活被定位成将光引导到背景区域的光源，并且可通过相应的检测器来测量得到的光信号。至少在一些示例中，背景数据的收集可被定时为与施加磁场以将信号产生元件拉到结合表面的激活时段相对应。

在1410，在已经执行至少一次磁性清洗之后开始的检测阶段期间(例如，其中磁性清洗包括施加磁场以将未结合的磁性颗粒从样本容器的结合表面移开)，激活一个或多个光源，并且获得检测器数据以测量结合表面的每个区域处的光信号，以便产生样本数据。例如，可激活被定位成将光引导到结合表面的光源，并且可通过相应的检测器测量得到的光信号。在一些示例中，样本数据的收集可仅在生化反应阶段完成时执行。在其他示例中，可在生化反应阶段中断期间的多个时间点收集样本数据。例如，可暂停生化反应阶段，使得可收集第一样本数据集(在执行磁性清洗之后)，然后可恢复生化反应阶段。然后可终止生化反应阶段，并且可收集第二样本数据集(在进行另一次磁性清洗之后)。通过在生化反应阶段完成之前的一个或多个时间点收集样本数据，例如，可通过在生化反应完成之前测量光信号来避免由于高分析物浓度引起的信号饱和。

在1412，基于在1404处获得的参考测量可选地校正背景数据和样本数据。例如，可从背景数据和样本数据中的每一个中减去参考测量。这样做时，可补偿可能影响光信号(例如，来自光源的输出)的其他波动。在1414，从背景数据中减去样本数据以产生经校正的背景数据。如上，在生化反应阶段测量的光信号包括来自结合和未结合的信号产生元件的信号，因为在捕获元件斑点处测量光信号(因为背景区域与结合表面重叠)。因此，仅来自未结合的信号产生元件的信号是通过去除当生化反应阶段完成时获得的光信号而获得的，这表明了仅结合的信号产生元件的光信号。校正后的背景数据可包括用于每个背景区域的单独的校正后的背景数据集，或者可组合背景数据，并且可从组合后的背景数据中减去组合后的样本数据。

在1416，基于经校正的背景数据来校正样本数据。基于校正后的背景数据来校正样本数据可包括将样本数据除以校正后的背景数据。在其他示例中，可应用不同的函数来使用背景数据以校正样本数据，诸如在校准期间建立的样本数据和背景数据之间的关系，其中该关系可是线性的、幂函数的、指数的等。

在1418，可在传感器系统的显示器上存储和/或显示经校正的样本数据。经校正的样本数据可被用于确定样本中一种或多种关注分析物的浓度，类似于上文关于图7所描述的方法，并且可输出所确定的浓度或浓度信号用于显示和/或保存在存储器中。然后方法1400结束。

尽管以上关于图7和图14所讨论的方法针对使用在离散区域处获得的光信号的背景校正，但是本文所讨论的这些方法可替代地依赖于样本容器的整个检测表面的图像。例如，在测试的生化反应阶段和检测阶段期间，可获得整个样本室/检测表面的图像并将其存储在存储器中。一旦检测阶段完成，就可从存储的图像中提取信号以获得背景数据(例如，在生化反应阶段期间来自未结合磁珠的信号)和样本数据(例如，在生化反应已经停止之后来自结合珠的信号)。

因此，通过在磁性吸引阶段测量来自信号产生元件的传感器信号，可测量影响信号响应的样本特性和信号产生元件分布不均匀性(以及可能的其它原因)的组合效应，并将其用于直接校正结合表面的信号响应。通过使用来自结合表面区域之外的信号产生元件的信号响应(例如，使得在检测表面的未被捕获元件官能化的一个或多个区域中获得背景数据)，背景校正不受被测试的分析物的浓度的影响，被测试的分析物的浓度在磁性吸引阶段期间也可影响结合表面内的信号响应(例如，在该阶段期间，信号响应将随时间增加，这取决于分析物浓度)。在此描述的背景校正的另一个优点是，在生化反应期间(当磁性颗粒在结合表面时)在结合表面外部测量的信号可用作对反应的校正功能的检查。例如，如果反应室没有完全充满液体而是包含空气夹杂物，则在空气夹杂物的位置将测量到接近零的信号，表明信号产生元件不能到达检测表面的该位置区域。然后，该信息可用于使测试无效并防止发布错误的测试结果。

基于表明多个未结合信号产生元件的背景数据来校正表明结合到结合表面的多个信号产生元件的样本数据的技术效果是，重力和流体成分对基于样本数据确定的分析物的浓度的影响可被补偿，从而减小测试间可变性。

本发明还提供了对传感器系统的支持，该传感器系统包括被构造成用于容纳包含有待测试分析物的样本的样本容器，该样本容器包括：检测表面，和样本容器中的多个信号产生元件，其中检测表面包含结合表面，结合表面已用捕获元件部分官能化，捕获元件可直接和/或间接结合分析物和/或多个信号产生元件，和存储器，存储器存储可由处理器执行以：从检测表面的一个或多个背景区域获得包括传感器信号的背景数据，从结合表面获得包括传感器信号的样本数据，并基于背景数据执行样本数据的校正。在该系统的第一示例中，该检测表面的该一个或多个背景区域各自以与该结合表面至少部分不重叠的方式布置。在该系统的第二示例中，任选地包括该第一示例，该系统进一步包括：磁性元件，并且其中当获得背景数据时，磁性元件被激活以产生磁场，从而将多个信号产生元件拉到结合表面，并且当获得样本数据时，磁性元件不被激活以产生磁场，或者磁性元件被激活以保持未结合的信号产生元件远离结合表面。在任选地包括第一和第二实施例之一或两者的系统的第三实施例中，多个信号产生元件中的至少一部分信号产生元件包括可结合分析物的捕获元件。在该系统的第四示例中，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个或每一个，这些指令是可执行的以便与至少一个其他背景区域不同地对来自至少一个背景区域的传感器信号进行加权。在任选地包括第一至第四实施例中的一个或多个或每个的系统的第五实施例中，结合表面包括多个离散区域，结合表面的每个区域用捕获元件官能化，并且其中检测表面的一个或多个背景区域各自以与结合表面的多个离散区域不重叠的方式布置，使得每个背景区域不用捕获元件官能化。在该系统的第六示例中，可选地包括第一至第五示例中的一个或多个或每一个，结合表面的多个离散区域被布置成第一行区域和第二行区域，并且其中检测表面的一个或多个背景区域包括被布置成第一行背景区域、第二行背景区域和第三行背景区域的多个背景区域。在该系统的第七示例中，任选地包括该第一至第六示例中的一个或多个或每一个，该第一行背景区域被定位成邻近该样本容器的销，该第三行背景区域被定位成邻近该样本容器的入口，并且该第二行背景区域被定位在该第一行背景区域与该第三行背景区域中间，并且其中对一个或多个背景区域的传感器信号进行加权，使得来自第一行背景区域和第三行背景区域的传感器信号被给予比来自第二行背景区域的传感器信号更高的权重。在系统的第八示例中，可选地包括第一至第七示例中的一个或多个或每个，检测表面的每个背景区域与结合表面的相应区域重叠。在系统的第九示例中，可选地包括第一至第八示例中的一个或多个或每一个，指令可执行以从背景数据中减去样本数据以产生经校正的背景数据，并且其中基于背景数据校正样本数据包括基于经校正的背景数据校正样本数据。在系统的第十实施例中，任选地包括第一至第九实施例中的一个或多个或每个，可执行指令以基于校正的样本数据确定样本中分析物的浓度。在该系统的第十一示例中，任选地包括第一至第十示例中的一个或多个或每一个，这些指令是可执行的以便响应于从该一个或多个背景区域中的每一个获得的正的、非零的光信号，并且响应于没有从该一个或多个背景区域中的每一个获得的正的、非零的光信号，输出表明不能确定分析物的浓度的通知。

本发明还提供了对用于传感器系统的方法的支持，方法包括：在包含在传感器系统的样本容器中的分析物的样本的测试期间，测量样本容器的检测表面的一个或多个背景区域处的传感器信号以产生背景数据，测量样本容器的结合表面处的传感器信号以产生样本数据，其中结合表面包括检测表面的一个或多个区域，一个或多个区域用捕获元件官能化，捕获元件能够直接和/或间接地结合样本容器的分析物和/或多个信号产生元件，并且基于样本数据和背景数据输出样本中的分析物的浓度。在该方法的第一示例中，在多个信号产生元件被拉到结合表面的同时测量一个或多个背景区域处的传感器信号，并且其中在多个信号产生元件未被拉到结合表面的同时测量结合表面处的传感器信号。在该方法的第二示例中，可选地包括第一示例，传感器信号包括使用受抑全内反射测量的光信号。

对“一个实施例”或“实施例”的引用不一定指相同的实施例，尽管它们可指相同的实施例。除非上下文清楚地另有要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应被解释为包含性意义，而不是唯一性或穷举性意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。使用单数或复数的词语也分别包括复数或单数，除非明确地限于单个或多个。另外，当在本申请中使用时，词语“在本文中”、“在上文”、“在下文”和具有类似含义的词语是指作为整体的本申请，而不是本申请的任何特定部分。当权利要求书引用两项或更多项的列表而使用词语“或”时，该词语涵盖该词语的所有以下解释：列表中的任何项、列表中的所有项以及列表中的项的任何组合，除非明确地限于一个或另一个。

Claims (15)

1.一种传感器系统，包括：

样本容器，被配置为容纳包含待测试分析物的样本，所述样本容器包括：

检测表面；以及

所述样本容器中的多个信号产生元件，其中，所述检测表面包括结合表面，所述结合表面已用捕获元件部分地官能化，所述捕获元件能够直接和/或间接地结合所述分析物和/或所述多个信号产生元件；以及

存储器，存储能够由处理器执行的指令以：

从所述检测表面的一个或多个背景区域获得包括传感器信号的背景数据；

从所述结合表面获得包括传感器信号的样本数据；以及

基于所述背景数据执行所述样本数据的校正。

2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中，所述检测表面的所述一个或多个背景区域分别以与所述结合表面至少部分不重叠的方式布置。

3.根据权利要求1或2所述的传感器系统，还包括磁性元件，并且其中，所述磁性元件被激活以产生磁场，以在获得所述背景数据时将所述多个信号产生元件拉到所述结合表面，并且所述磁性元件不被激活产生所述磁场，或者所述磁性元件被激活以在获得所述样本数据时保持未结合信号产生元件远离所述结合表面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述多个信号产生元件中的至少一部分信号产生元件包括能够结合所述分析物的捕获元件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述指令能够被执行以与至少一个其它背景区域不同地加权来自至少一个背景区域的所述传感器信号。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述结合表面包括多个离散区域，所述结合表面的每个区域经所述捕获元件官能化，并且其中，所述检测表面的所述一个或多个背景区域分别以与所述结合表面的所述多个离散区域不重叠的方式布置，使得每个背景区域不经捕获元件官能化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述结合表面的多个离散区域被布置成第一行区域和第二行区域，并且其中，所述检测表面的所述一个或多个背景区域包括被布置成第一行背景区域、第二行背景区域和第三行背景区域的多个背景区域。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述第一行背景区域被定位成最接近所述样本容器的销，所述第三行背景区域被定位成最接近所述样本容器的入口，并且所述第二行背景区域被定位在所述第一行背景区域与所述第三行背景区域中间，并且其中，对一个或多个背景区域的所述传感器信号进行加权，使得来自所述第一行背景区域和所述第三行背景区域的所述传感器信号被给予比来自所述第二行背景区域的所述传感器信号更高的权重。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述检测表面的每个背景区域与所述结合表面的相应区域重叠。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述指令能够被执行以从所述背景数据中减去所述样本数据，以产生经校正的背景数据，并且其中，基于所述背景数据校正所述样本数据包含基于所述经校正的背景数据来校正所述样本数据。

11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述指令能够被执行以基于经校正的样本数据来确定所述样本中所述分析物的浓度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中，所述指令能够被执行以响应于从所述一个或多个背景区域中的每个获得的正的、非零光信号并且响应于未从所述一个或多个背景区域中的每个获得的正的、非零光信号，基于经校正的样本数据，确定所述样本中所述分析物的浓度，输出指示无法确定所述分析物的浓度的通知。

13.一种用于传感器系统的方法，包括：

在测试被包含于所述传感器系统的样本容器中的包括分析物的样本期间，测量所述样本容器的检测表面的一个或多个背景区域处的传感器信号，以产生背景数据；

测量所述样本容器的结合表面处的传感器信号，以产生样本数据，其中，所述结合表面包括所述检测表面的经捕获元件官能化的一个或多个区域，所述捕获元件能够直接和/或间接地结合所述样本容器的所述分析物和/或多个信号产生元件；以及

基于所述样本数据和所述背景数据输出所述样本中所述分析物的浓度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个背景区域处的传感器信号是在所述多个信号产生元件被拉向所述结合表面时测量的，并且其中，所述结合表面处的传感器信号是在所述多个信号产生元件未被拉向所述结合表面时测量的。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述传感器信号包括使用受抑全内反射测量的光信号。