CN1916628A - 用于鉴别层析化验测试指示条的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于分析具有多个标记类型的层析测试条的设备，所述多个标记类型与分别对应于所述标记类型的被分析物相关联。该设备包括分别对应于该层析测试条上的所述多个标记类型的多个发射器。每个发射器在相应的标记类型的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光，以便激发该标记。

Description

用于鉴别层析化验测试指示条的设备和方法
背景技术
层析化验(lateral flow assay)常用于诊断工具中。例如，层析化验通常用于家庭怀孕检测以及测试血糖水平。诸如家庭怀孕检测之类的某些分析依赖于使用者对测试条的变化的观察。而例如那些用于测试血糖水平的其他分析则通过使用整合的光学探测来分析层析测试条，从而提高了可读性和精确性。
例如，图1说明了用于分析层析测试条的常规设备。现在参考图1，一个样本被放置于传统的层析测试条10上。通过毛细作用，该样本横向流过测试条到达检测区18，如图1所示。当该样本横向流过测试条到达检测区18时，可以把作为样本的待检测部分的被分析物15与某种类型的标记相关联。这样，存在于检测区18中的所述标记的浓度就与被分析物的浓度相关联。
一旦被分析物15到达测试条10的检测区，通常利用广谱光源20来激发相关联的标记，从而导致相关联的标记发射光学信号25。该光学信号25通常由检测器30读取，由此其检测被分析物15的存在、不存在或者浓度。通常，检测器30是光电二极管，其产生与被检测信号的强度相对应的电输出。检测器30被连接至外部显示设备(未示出)，以便显示与检测器30的电输出相对应的数值读数或者其他指标。
此外，可以提供光学组件40(其可以是光学透镜、滤光器、或者透镜/滤光器组合)，以便提高读取器的性能。
在一些层析化验中，环境光可能足以激发与被分析物15相关联的标记。如果是这样，则化验读取器可以不包括光源。另外，如果所述标记的激发产生裸眼可见的颜色变化，则化验读取器可以不包括检测器。
许多常规层析化验读取器是可重复使用的，并且与一次性层析测试条相结合地使用。
附图说明
通过结合附图对优选实施例的以下描述，本发明的这些和其他优点将更加清楚并且更容易理解：
图1(现有技术)是说明用于分析层析测试条的常规设备的简图。
图2说明了根据本发明一个实施例的层析化验读取器。
图3和4显示了根据本发明另外实施例的层析化验读取器。
图5是说明根据本发明另外一个实施例的层析化验读取器的框图。
图6(a)说明在层析测试条上的标记的相对吸收和荧光波长。
图6(b)说明在单一层析测试条上的多个标记的相对吸收和荧光波长。
图6(c)说明在单一层析测试条上的多个标记的相对吸收和荧光波长，以及激发所述标记所需要的相应的相对发射波长范围。
图7是描述根据本发明一个实施例的区分所述标记的方法的流程图。
图8说明由根据本发明一个实施例的发射器发射的脉冲串。
图9是描述根据本发明一个实施例的区分所述标记的方法的流程图。
图10说明根据本发明一个实施例的发射器的发射与标记的荧光之间的时间延迟。
图11(a)和11(b)说明根据本发明一个实施例从所收集的数据对峰值强度进行外插。
具体实施方式
现在将参照本发明的当前优选实施例并且结合附图对本发明进行详细描述，其中相同的附图标记始终代表相同的元件。
图2是显示根据本发明一个实施例的层析化验读取器100的简图。现在参考图2，层析化验读取器100被用于分析含有标记类型120和125的层析测试条110。当样本115通过毛细作用被吸引通过层析测试条110时，标记类型120和125各与包含在样本115中的特定类型的被分析物相关联，该样本115被放置在层析测试条110上。在检测区118中，标记120和125被显示为与它们的相应的被分析物相关联。例如，标记120和125是两种不同的荧光标记。然而，本发明不限于标记120和125是荧光标记的情况，而是可以采用其它合适的标记。而且，本发明不限于非竞争性化验。
此外，虽然图2说明了包含两种不同类型标记以用于检测两种不同被分析物的层析测试条，但是本发明并不限于仅仅检测两种标记。相反，本发明可以用于读取这样一种层析测试条，其包括多种标记以用于使用单一层析测试条检测样本中的多个不同的被分析物。
图2还说明了分别对应于层析测试条110上的标记120和125的发射器130和135，其中每个标记与不同的被分析物相关联。发射器130在对应于标记120的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。发射器135在对应于标记125的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。例如，发射器130和135是发光二极管(LED)。LED是公知的。然而，本发明不限于发射器130和135是LED的情况，而是可以采用其它合适的光源。此外，虽然图2说明了两个发射器，但是本发明不限于两个发射器，而是可以包含用于激发存在于层析测试条上的多个待分析标记类型所必需的多个发射器，或者包含单一广谱光源。
受激发的标记类型120和125随后分别发射光学信号150和155。光学信号150和155可以通过视觉观察或者通过检测器而被检测。然而，并不是在所有的层析化验读取器中都必需有检测器。
图3是说明根据本发明一个实施例的层析化验读取器200的简图。现在参考图3，层析化验读取器200被用来分析包含多种不同类型的标记2201，2202，...，220n的层析测试条210。当样本215通过毛细作用被吸引通过层析测试条210时，所述多种不同标记类型当中的每一种与包含在样本215中的相应被分析物相关联，其中样本215被放置在层析测试条210上。在所示出的检测区218中，标记类型2201，2202，...，220n被示为与它们的相应的被分析物相关联。例如，标记类型2201，2202，...，220n是不同类型的荧光标记。然而，本发明不限于标记类型2201，2202，...，220n是荧光标记的情况，而是可以采用合适的其它类型标记。此外，本发明不限于非竞争性化验。此外，本发明可用于读取这样一种层析测试条，其包括多种标记以用于使用单一层析测试条检测样本中的多个不同的被分析物。
图3还说明了分别对应于层析测试条210上的标记2201，2202，...，220n的发射器2301，2302，...，230n，所述标记各与不同的被分析物相关联。发射器2301在对应于标记2201的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。发射器2302在对应于标记2202的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。发射器230n在对应于标记220n的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。这些发射激发相应的标记。例如，发射器2301，2302，...，230n是发光二极管(LED)。LED是公知的。然而，本发明不限于发射器2301，2302，...，230n是LED的情况，而是可以采用其他合适的光源。此外，本发明不限于任何特定数目的发射器，而是可以包含用于激发存在于层析测试条上的多个待分析标记类型所必需的多个发射器。
受激发的标记类型2201，2202，...，220n随后分别发射光学信号2401，2402，...，240n。光学信号2401，2402，...，240n可以通过视觉观察来检测，在这种情况下不需要检测器。可选择地，光学信号2401，2402，...，240n也可以通过检测器250检测。例如，检测器250是光电二极管。光电二极管是公知的。然而，本发明不限于检测器250是光电二极管的情况，而是可以使用其它合适的检测器。此外，虽然图3显示了单一检测器250，但是本发明不限于单一检测器，而是可以包含任何数量的检测器，例如包含分别对应于每种标记类型的检测器。
层析化验读取器200还可以包括位于受激发的标记类型2201，2202，...，220n和检测器250之间的附加组件260。这样的附加组件260可以包括透镜、光管或者用于引导分别由受激发的标记类型2201，2202，...，220n发射到检测器250的光学信号2401，2402，...，240n的其他装置。可选择地，附加组件260还可以包括滤光器以便衰减在要被检测器250检测的标记的波长范围之外的光学信号。附加组件260还可以包括偏光器或者与检测器250协作的其他支持测量的组件。这些附加组件260不限于采用单一组件，并且可以用在任意组合中，例如包括透镜-滤光器组合。此外，不同组件可以被放置在每个受激发的标记类型2201，2202，...，220n与检测器250之间。本领域技术人员可以根据这里公开的内容来选择用于这样的组件的材料。
通过使用多个发射器2301，2302，...，230n，本发明允许在单一层析测试条上同时进行多个层析化验，因此不需要收集多个样本以便可以在多个测试条上进行多个层析化验。此外，这样的层析化验读取器可以减少需要相同样本来进行多个不同层析化验所必需的设备的数量，从而使得在运行多个层析化验方面更为经济。而且，本发明在采用相同样本同时进行多个化验方面更有效率。此外，通过采用发射在相应标记类型的最佳吸收波长附近的光的发射器，每个标记类型将被最大激发，以便由设备的使用者或者由检测器检测。
图4是说明根据本发明的一个替换实施例的层析化验读取器300的简图。现在参考图4，层析化验读取器300被用于分析包含多个不同类型的标记2201，2202，...，220n的层析测试条210。当样本215通过毛细作用被吸引通过层析测试条210时，所述多个不同标记类型中的每一个与包含在样本215中的相应的被分析物相关联，其中该样本215被放置在层析测试条210上。在所示出的检测区218中，标记类型2201，2202，...，220n被显示为与它们的相应的被分析物相关联。例如，标记类型2201，2202，...，220n是不同的荧光标记。然而，本发明不限于标记类型2201，2202，...，220n是荧光标记的情况，而是可以采用其它合适的标记类型。而且，本发明不限于非竞争性化验。此外，本发明可用于读取这样一种层析测试条，其包括多于一种标记以用于使用单一层析测试条检测样本中的不同的被分析物。
图4与图3的不同之处在于，图4示出了单一可调谐发射器310而不是多个发射器。发射器310是可调谐的，以便在对应于位于层析测试条210上的每个标记类型2201，2202，...，220n的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光。该可调谐发射器例如可以是可调谐光源。
与图3中一样，受激发的标记类型2201，2202，...，220n随后分别发射光学信号2401，2402，...，240n。光学信号2401，2402，...，240n可以通过视觉观察来检测，在这种情况下不需要检测器。可选择地，光学信号2401，2402，...，240n也可以通过检测器250检测。例如，检测器250是光电二极管。光电二极管是公知的。然而，本发明不限于检测器250是光电二极管的情况，而是可以使用其它合适的检测器。另外，本发明不限于非竞争性化验。此外，虽然图4显示了单一检测器250，但是本发明不限于单一检测器，而是可以包含任何数量的检测器，例如包含分别对应于每种标记类型的检测器。
层析化验读取器300还可以包括位于受激发的标记类型2201，2202，...，220n和检测器250之间的附加组件260。这样的附加组件260可以包括透镜、光管或者用于引导分别由受激发的标记类型2201，2202，...，220n发射到检测器250的光学信号2401，2402，...，240n的其他装置。可选择地，附加组件260还可以包括滤光器以便衰减在要被检测器250检测的标记类型的波长范围之外的光学信号。附加组件260还可以包括偏光器或者与检测器250协作的其他支持测量的组件。这些附加组件260不限于采用单一组件，并且可以用在任意组合中，例如包括透镜-滤光器组合。此外，不同组件可以被放置在每个受激发的标记类型2201，2202，...，220n与检测器250之间。本领域技术人员可以根据这里公开的内容来选择用于这样的组件的适当材料。
通过使用可调谐发射器310，本发明允许采用单一层析测试条进行多个层析化验，从而不需要收集多个样本以便可以在多个测试条上进行多个层析化验。而且，这样的层析化验读取器将减少需要相同样本来进行多个不同层析化验所必需的设备的数量，从而使得在运行多个层析化验方面更为经济。而且，本发明在采用相同样本同时进行多个化验方面更有效率。此外，通过采用能够在相应的标记类型的最佳吸收波长附近发射光的可调谐发射器，每个标记类型将被最大激发，以便由设备的使用者或者由检测器检测。
图5是根据本发明的另一个实施例的层析化验读取器的框图。如图2-4所示的上述层析化验读取器可以包括在图5的框图中所示的附加特征的任意组合。首先，例如可以包括时钟和控制机制410，以便确定在由发射器发射光和由相应的受激发标记发射光学信号之间的延迟时间。然而，时钟和控制机制410并不是必须的。
此外，驱动电路420控制发射器430的发射。发射器430可以是多个光源(比如LED)或者一个可调谐光源。在一个非限制性的例子中，驱动电路420可以对发射器430进行脉冲控制以便产生脉冲串，或者以伪随机脉冲序列来对发射器430进行脉冲控制。在另一个非限制性的例子中，驱动电路420可以调制发射器430的强度。然而，驱动电路420对发射器430的控制并不限于这些实施例。
检测器440例如是光电二极管，但是也可以采用其它合适的检测器。检测器440可以与放大器和量化器450相耦合，以便增强信号检测。
由检测器440检测的光学信号可以被显示在显示设备460上。可以利用信号处理器470使用常规信号处理技术来分析由检测器440检测的光学信号。常规信号处理技术是本领域公知的。存储器480例如可以存储来自检测器440的信息、来自信号处理器470的信息或者来自用户接口460的信息。
图6(a)说明在层析测试条上的一个标记类型的相对吸收和荧光波长。被标记为A的曲线表示吸收，被标记为F的曲线表示荧光。
图6(b)说明在单一层析测试条上的多个标记类型的相对吸收和荧光波长。被标记为A1，A2，...，An的曲线表示吸收，被标记为F1，F2，...，Fn的曲线表示荧光。
图6(c)说明在单一层析测试条上的多个标记类型的相对吸收和荧光波长，以及激发所述标记类型所需要的相应的相对发射波长范围。被标记为A1，A2，...，An的曲线表示吸收，被标记为F1，F2，...，Fn的曲线表示荧光，被标记为E1，E2，...，En的曲线表示发射器的发射。
图7是根据本发明一个实施例的区分各标记类型的方法600的流程图。在操作610中，对发射器进行脉冲控制以便产生一个脉冲串。该脉冲串激发一个标记类型，例如一种荧光染料。移动至操作630，受激发的标记类型的响应被检测。
图8说明由发射器根据方法600发射的脉冲串的一个例子。然而本发明并不限于所示的脉冲串，而可以是任何脉冲串。例如，当存在多于一个发射器时，对应于每个发射器的脉冲串将与由其它发射器所使用的脉冲串具有足够差异，以使各发射器相互区分。对所述一个或多个发射器进行脉冲控制允许读取器具有较低功耗，并且减少了标记的曝光，因为很多标记类型在曝光时会褪色。
方法600的一个实施例调制由受到脉冲控制的发射器所发出的脉冲串的强度。
方法600的一个实施例以伪随机脉冲序列对发射器进行脉冲控制。
方法600的一个实施例对受激发的标记的响应进行过滤。受激发的标记的响应可以在检测之前被过滤，例如用光学过滤器来过滤。被检测的响应也可以例如基于被检测的响应和脉冲序列的特性而被过滤。然而，所述过滤并不限于这些过滤类型，而是可以采用任何过滤类型。
图9是说明根据本发明一个实施例的区分各标记类型的方法800的流程图。在操作810中，发射器发射光以便激发层析测试条上的一个标记类型，从而从受激发的标记类型产生一个光学信号。移动至操作820，光发射被停止。移动至操作830，由受激发的标记类型产生的光学信号在光发射停止之后被监测。
在方法800的一个实施例中，监测由受激发标记产生的光学信号的终止包括测量在光发射停止与由受激发标记所产生的光学信号开始衰减之间的时间延迟。图10说明根据本发明一个实施例的在发射器的发射与标记类型的荧光之间的时间延迟的例子，其中测量所述衰减的开始。标记的这一特性对于标记类型来说是独特的，并且可以被用于区分这些标记。
在方法800的一个实施例中，光发射的停止导致所产生的光学信号的衰减，并且所述监测包括确定所产生的光学信号的衰减速率。标记的这一特性对于标记类型来说是独特的，并且可以被用于区分这些标记。
图11(a)和11(b)说明根据本发明从所收集的数据来对峰值强度进行外插。具体来说，图11(a)示出随时间测量的由两个不同的受激发标记类型发射的光学信号强度样本的曲线图。该信息可以被用于确定所述衰减速率。当由不同的受激发标记类型产生的光学信号呈指数衰减时，可以通过把对应于每个标记类型的所测量的强度样本信息外插回到衰减开始时来确定每个标记类型的峰值强度。如图11(b)所示，可以随时间绘制强度的对数的曲线以便确定峰值强度。然而，衰减速率的确定并不限于这种方法。
在方法800的一个实施例中，在停止光发射之后监测由受激发标记类型产生的光学信号包括在所产生的光学信号的峰值处测量所产生的该光学信号。还可以通过根据在所产生的光学信号衰减时对所产生的该光学信号的测量结果进行外插来确定所述信号峰值。
在方法800的一个实施例中，对所发射的光进行脉冲控制。例如，可以以伪随机脉冲序列对所述光进行脉冲控制，以便激发所述标记类型。然而，所述脉冲控制并不限于伪随机脉冲序列，而可以是任何脉冲序列。
在方法800的一个实施例中，光发射的停止导致所产生的光学信号的衰减，并且所述监测包括分析所产生的光学信号的衰减时间的后沿(trailingedge)。该后沿的特性对于标记类型来说是独特的。
本发明允许采用单一层析测试条进行多个层析化验。这样，在单一样本中的多种被分析物的存在、不存在以及相对浓度可以被更加迅速地确定。在临床医学环境中，例如可以利用单一血液样本在单一层析测试条上进行几个层析化验，而不用对于每个化验都使用单独的样本。此外，仅仅需要一台层析化验读取器来分析该层析测试条，从而减少了必要的设备并且提供了低成本的替换方案。
虽然可能通过观察层析测试条的检测区来检测几个不同颜色标记的存在，本发明还允许区分多于能被裸眼区别的标记。例如，间隔很近的蓝色和黄色标记可能看起来是一个绿色标记，而不是几个不同的标记。因此，取代对于测试条上的每个标记类型需要分离的间隔开的检测区，本发明允许多个间隔很近的检测区，或者允许对位于相同检测区中的多个标记类型进行检测。这样允许使用更小的测试条，并且需要更少的样本量。
此外，通过依赖于不同标记的独特的特性，本发明提供了区分位于相同检测区中的多个标记类型的技术。
虽然已经示出并且描述了本发明的几个优选实施例，但是本领域人员应当理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例作出改变，本发明的范围由所附权利要求书及其等效表述限定。

Claims (22)

1、一种用于分析具有多个标记类型的层析测试条的设备，所述多个标记类型与分别对应于所述标记类型的被分析物相关联，该设备包括：
分别与该层析测试条上的所述多个标记类型相对应的多个发射器，其中每个发射器在相应的标记类型的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光，以便激发该标记。
2、权利要求1的设备，进一步包括：
检测器，其根据受激发的标记移入或者移出该层析测试条的检测区而检测被分析物的存在、不存在或者浓度。
3、权利要求1的设备，其中，所述标记是荧光染料。
4、权利要求1的设备，其中，所述发射器是发光二极管(LED)。
5、权利要求2的设备，其中，所述检测器是一个或多个光电二极管。
6、权利要求2的设备，进一步包括：
在所述检测器和所述层析测试条之间的光导，其把由所述受激发标记发射的光学信号引导至该检测器。
7、权利要求2的设备，进一步包括：
在所述检测器和所述层析测试条之间的滤光器，其衰减在要被该检测器检测的所述标记类型的波长范围之外的光学信号。
8、一种用于分析具有多个标记类型的层析测试条的设备，所述多个标记类型与分别对应于所述标记类型的被分析物相关联，该设备包括：
可调谐光源，其可以被调谐成在每个标记类型的最佳吸收波长附近的预定范围内发射光，以便激发所述标记；以及
至少一个检测器，其根据受激发的标记移入或者移出该层析测试条的检测区而检测每种被分析物的存在、不存在或者浓度。
9、权利要求8的设备，其中，所述标记是荧光染料。
10、权利要求8的设备，其中，所述检测器是一个或多个光电二极管。
11、权利要求8的设备，进一步包括：
在所述检测器和所述层析测试条之间的光导，其把由所述受激发标记发射的光学信号引导至该检测器。
12、权利要求8的设备，进一步包括：
在所述检测器和所述层析测试条之间的滤光器，其衰减在要被该检测器检测的所述标记类型的波长范围之外的光学信号。
13、一种用于在各标记之间进行区分的方法，包括：
独立地对发射器进行脉冲控制以便产生脉冲串来激发标记；以及
检测该受激发标记的响应。
14、权利要求13的方法，进一步包括对所发射的脉冲串的强度进行调制。
15、权利要求13的方法，其中，以伪随机脉冲序列对所述发射器进行脉冲控制。
16、权利要求13的方法，其中，所述受激发标记的响应被过滤。
17、一种方法，包括：
发射光以便激发层析测试条上的标记，从而产生来自该受激发标记的光学信号；
停止所述光发射；以及
在停止所述光发射之后监测由该受激发标记产生的光学信号。
18、根据权利要求17的方法，其中，所述监测包括：
测量在停止所述光发射与由该受激发标记所产生的光学信号开始衰减之间的时间延迟。
19、根据权利要求17的方法，其中，所述光发射的停止导致所产生的光学信号的衰减，并且所述监测包括：
分析所产生的光学信号的衰减时间的后沿。
20、根据权利要求17的方法，其中，所述光发射的停止导致所产生的光学信号的衰减，并且所述监测包括确定所产生的光学信号的衰减信息，所述衰减信息被用于确定峰值强度水平。
21、根据权利要求17的方法，其中，所述监测包括在所产生的光学信号的峰值处测量所产生的该光学信号。
22、根据权利要求17的方法，其中，所发射的光被脉冲控制。
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