TW202229860A - 用於過敏原偵測之系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示關於用於樣本(如食物樣本及臨床樣本)的目標偵測之裝置及系統。過敏原偵測系統包含取樣器、拋棄式分析匣及具有最佳化光學系統之偵測裝置。該過敏原偵測利用核酸分子作為偵測劑及偵測探針。

Description

用於過敏原偵測之系統和方法
本揭示涉及可攜式裝置及系統、用於樣本的標靶偵測之分析，例如食物樣本的過敏原偵測。 相關申請案的交叉引用
本申請案主張於2020年10月13日提出申請之美國臨時申請案第63/090,878號；於2020年10月14日提出申請之第63/091,735號；於2021年1月6日提出申請之第63/134,223號；及於2021年10月6日提出申請之第63/252,760號之優先權；該各申請案內容以引用方式整體併入本文。
過敏(如食物過敏)為常見的醫學病況。在美國，有1千5百萬人患有食物過敏，且過敏反應每年導致約200,000人急診就診與200人死亡。在飲食嚴格避免過敏原為食物過敏唯一療法，但由於食物鏈最常見的過敏原無所不在，因此意外接觸的風險極高。食物過敏管理需要個人與照護者持續地管理接觸過敏原，且由於在餐廳間的交叉感染及缺乏食物過敏的警覺與知識，在住家以外的製備及消費的食物尤其危險。由於這此風險，孩童及家庭承受心理上、社會上及經濟上的負擔，且患有食物過敏的孩童的照護者往往因為缺乏食物過敏的警覺而遭受生活品質下降、焦慮及沮喪。
使患有食物過敏的人能測試他們的食物並準確地且即時地判定過敏原含量的可攜式裝置將有助於提供是否要購買的決策。
研究者嘗試建立適合的裝置及方法來滿足此需求，諸如揭示於McKay的美國專利案第5,824,554號；June等人的美國專利申請公開案第2008/0182339及美國專利案第8,617,903號；Scott等人的美國專利申請公開案第2010/0210033號；Royds的美國專利案第7,527,765號；Suni等人的美國專利案第9,201,068號；及Khattak與Sever的美國專利案第9,034,168號的該些裝置和系統。仍然有改善分子偵測技術的需求。另外亦有比現今使用的裝置以更短時間、具有高靈敏度及專一性、且較低的專業技術來偵測感興趣的過敏原之裝置及系統的需求。
本揭示提供可攜式組件及裝置，用於藉由使用以適體為基礎的傳訊多核苷酸(SPN)快速且準確偵測樣本的過敏原。作為偵測劑的SPN特異性結合至感興趣的過敏原，形成SPN:蛋白質複合物。該等複合物接著藉由偵測感測器偵測及測量。捕獲SPN的感測器可包括印有與SPN雜合的核酸分子的晶片(如，DNA晶片)。偵測系統可包括獨立的取樣器、用於處理樣本及實施偵測分析的拋棄式匣/容器及包含光學系統以供操作偵測及偵測反應訊號的偵測器單元。偵測劑(如SPN)及感測器(如DNA晶片)可被整合於本揭示之拋棄式匣。匣、偵測劑及偵測感測器亦可用於其他偵測系統。諸如過敏原蛋白質特有的抗體之其他捕獲劑亦可用於本偵測系統。消費者能將此種裝置用於非臨床環境，例如在家中、餐廳中、學校食堂及食物加工廠。
本揭示之平台能使消費者輕易地且快速地在食用前得知食物中過敏原的存在，有助於避免且減輕與意外接觸過敏原相關的焦慮以及健康風險、成本和環境負擔。
本揭示提供用於偵測在各種類型的樣本中(特別是食物樣本)感興趣的分子(如，過敏原)的系統、裝置、拋棄式匣/容器、光學系統。過敏原偵測裝置及系統為可攜式及手持的。
本揭示之態樣的一種組件，用於偵測樣本中感興趣的分子，例如，食物樣本的過敏原。組件包括經配置以接受樣本以供處理成允許該感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態的分析匣。組件包含經配置以在允許由偵測器單元所容納的偵測機構偵測感興趣的分子與偵測劑的交互作用的配置下接受分析匣的偵測器單元。交互作用在偵測器單元上觸發感興趣的分子存在或不存在之目視指示。偵測器單元可移除地連接至分析匣。
在一些實施例中，組件可進一步包括經配置以收集樣本以供偵測樣本中感興趣的分子之獨立的取樣器。在一些實施例中，取樣器為食物取芯器。取芯器可操作地連接至分析匣以將收集的樣本轉移至匣。
在一些實施例中，分析匣是拋棄式的，且經配置以偵測一特定感興趣的分子，例如，一種過敏原。在其他實施例中，分析匣可經配置以偵測樣本的複數個感興趣的分子，例如，一組過敏原。
在一些實施例中，分析匣包括均質機，經配置以產生均質化樣本，藉以將感興趣的分子自樣本基質釋出至可選擇地包含偵測劑的萃取緩衝液。分析匣亦包括第一導管和第二導管，第一導管透過過濾器系統來轉移含有或不含偵測劑的均質化樣本以提供含有感興趣的分子的濾液或感興趣的分子及偵測劑的複合物，而第二導管用於轉移濾液，使濾液與偵測探針接觸，藉以使偵測劑與偵測探針交互作用。第一導管和第二導管包括連接複數個流體路徑，這些流體路徑連接導管的不同部分以轉移經處理的樣本、緩衝液、濾液、偵測劑、廢料及其他流體。
在一些實施例中，分析匣可進一步包括旋轉閥系統，該旋轉閥系統提供用於控制樣本和其他流體組分(如，緩衝液、濾液、試劑及廢料)在分析匣內轉移的機構。旋轉閥系統可控制流體的流速及流量。旋轉閥切換系統可進一步經配置以提供關閉位置以阻止分析匣的流體移動。
在一些實施例中，當分析匣被偵測器單元接受時，均質機及旋轉閥系統可以由偵測器單元的馬達驅動。
在一些實施例中，分析匣包括複數個腔室。該等腔室為獨立的，但被連接起來以供操作。作為非限制性範例，分析匣可包含樣本處理腔室、偵測腔室、廢料腔室及可選擇地緩衝液腔室。在一些實施例中，分析匣可進一步包括用以保留濾液的獨立濾液腔室，並在轉移至偵測腔室前可選擇地進一步濃縮濾液。在一些範例中，偵測腔室包括偵測感測器及光學窗口。偵測器單元的偵測機構透過光學窗口分析偵測反應以識別在偵測腔室中感興趣的分子與偵測劑的交互作用。
在一些實施例中，分析匣包括偵測感測器，用於測量感興趣的分子與偵測劑之間的交互作用。偵測感測器被包含在偵測腔室中。在一非限制性範例中，偵測感測器為獨立的基材，其包含複數個流體通道及偵測器晶片區。基材亦稱為晶片式通道(chipannel)，流體通道及偵測器晶片區在其中被連接。在一些範例中，晶片式通道為塑膠基材。
在一些實施例中，晶片式通道內的偵測器晶片區包括至少一反應面板及至少一對照面板。在其他實施例中，晶片式通道內的偵測器晶片區可包括一個反應面板及兩個對照面板。在其他實施例中，晶片式通道可包括複數個反應面板及複數個對照面板。可選擇地，偵測器晶片區進一步包括一或多個基準點(fiducial spot)，其引導藉由偵測器單元的成像機構(如，相機)所處理的影像。任何適合的基準物件可設置作為基準標記以供參考。
在一些實施例中，晶片式通道內的偵測器晶片區包括被固定在反應面板上的偵測探針分子。偵測探針經配置以與偵測劑進行探針交互作用。感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。晶片式通道內的偵測器晶片區可進一步包含固定於對照面板上的光學可偵測性對照探針分子以供由偵測機構測量的訊號輸出正規。
在一實施例中，晶片式通道為塑膠晶片，其中反應面板印有核酸為基礎的偵測探針，該偵測探針包括與偵測劑的核酸序列互補的核酸序列，且其中對照面板印有核酸為基礎的對照探針分子，其不與感興趣的分子或偵測劑結合。
分析匣可進一步包含儲存用於洗滌偵測腔室的洗滌緩衝液，及用於在洗滌後接收偵測腔室的流出物之廢料腔室。在一些實施例中，這一系列的橋接式流體導管可包括：(a)洗滌緩衝液腔室與偵測腔室間的流體連接部；及(b)偵測腔室與廢料腔室間的流體連接部。
在一些實施例中，分析匣的過濾器為包括本體過濾器及膜過濾器的過濾器組件。本體過濾器可包括粗過濾器(gross filter)及深度過濾器。在一些實施例中，過濾器組件可進一步包括過濾器罩，其可鎖定旋轉閥。
在一些實施例中，在使感興趣的分子及偵測劑與偵測探針接觸前，使均質化樣本中感興趣的分子與偵測劑接觸。感興趣的分子與偵測劑接觸可發生於均質化期間的萃取緩衝液、或在過濾期間的過濾器、或在濾液腔室。在一些實施例中，諸如含有MgCl2的冷凍乾燥珠之MgCl2沉積物被預存在過濾器或在濾液腔室。
在一些實施例中，分析匣可包括經配置以提供匣資訊的資料晶片單元。
在一實施例中，用於偵測樣本中感興趣的分子之分析匣包括具有均質機的第一間隔以接收樣本及處理樣本。在偵測劑的存在下，經配置以產生均質化樣本的均質機藉以將感興趣的分子自樣本基質釋出至萃取緩衝液，並允許樣本中感興趣的分子與偵測劑進行交互作用。匣包含覆蓋匣的掀蓋，且掀蓋包括開口通往第一間隔的至少一孔，可旋轉地連接至掀蓋的罩，其中罩能夠自第一位置旋轉至第二位置，位於至少一孔上的密封件，在密封件及罩之間形成袋，均質化加速器，當罩係位於第一位置時定位於該袋，且其中當罩係旋轉至該第二位置時均質化加速器被釋放至第一間隔內。匣包含導管，用以透過過濾器系統轉移均質化樣本及偵測劑以提供含有感興趣的分子及偵測劑的濾液。匣包含第二間隔，用於使含有感興趣的分子及偵測劑的濾液與偵測探針接觸；第二間隔包括透明基材，其包括具有偵測探針固定於其上的流體通道及偵測晶片區，偵測探針經配置與偵測劑進行探針交互作用，其中感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。
匣亦包含旋轉閥系統，經配置以調節均質化樣本及偵測劑透過過濾器系統的轉移、濾液至第二間隔的轉移、及洗滌緩衝液至第二間隔的轉移和來自第二間隔至廢料腔室的流出物的轉移，用於保留洗滌緩衝液的間隔以洗滌偵測區，及用於接受偵測腔室的流出物之廢料腔室。至少一孔進一步包含開口通往第一間隔的第二孔。
罩進一步包含埠，當罩位於第一位置時與第二孔共置；第二孔含有面向第一間隔的可碎性密封件。當罩位於第二位置時，第二孔被罩覆蓋且被可移動性覆蓋件密封。匣可用於與包括外部殼體的偵測器裝置組合，外部殼體經配置以對偵測裝置的部件提供支撐。部件經整合以供操作偵測試驗，包括能夠測量樣本的重量、質量或體積的組件掀蓋，用於驅動並控制該樣本均質化的馬達，用於控制閥系統的馬達，用於驅動並控制流體流動的泵，用於偵測螢光訊號的光學系統，用於轉化並數位化螢光訊號的機構，用於接收偵測訊號並指示過敏原存在及/或不存在於試驗樣本的顯示窗口，及電源供應器。
本揭示之態樣包含試驗杯組件，用於處理樣本以允許偵測樣本中感興趣的分子，其包括頂部覆蓋件，用於密封試驗杯並提供識別標記，頂部覆蓋件進一步包括：可移動性罩及均質化加速器，可移動性罩具有穿刺元件，且均質化加速器被固定於由罩和頂部覆蓋件上的密封孔所界定的袋。試驗杯包含本體部分，用於接收並處理樣本為允許樣本中之感興趣的分子與偵測劑進行交互作用之狀態。本體部分包括第一間隔，具有用於均質化樣本的均質機以使用萃取緩衝液來萃取感興趣的分子，藉以將感興趣的分子自樣本的基質釋出至萃取緩衝液，並與存在於萃取緩衝液的偵測劑進行交互作用。試驗杯包含導管，用以透過過濾器系統轉移含有感興趣的分子及偵測劑之均質化樣本以提供含有感興趣的分子及偵測劑的濾液，用於保留洗滌緩衝液的腔室，用於在洗滌感興趣的分子及偵測劑後接收並儲存產物內容的廢料腔室，及用於控制試驗杯組件內流體移動的旋轉閥系統。試驗杯包含透明基材，其包括具有偵測探針固定於其上的複數個流體通道及偵測區，偵測探針經配置與偵測劑進行探針交互作用。感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。試驗杯亦包含底部覆蓋件，用於密封試驗杯並提供將試驗杯與偵測器單元連接的界面以操作偵測。底部覆蓋件包括透明窗口，其在組裝試驗杯時與透明基材的偵測區對齊。
拋棄式分析匣，包括具有可移動性罩的掀蓋，可移動性罩具有穿刺元件，及均質化加速器，其被固定於由罩及掀蓋上的密封件所界定的袋。匣包含樣本處理腔室，其具有經配置以在偵測劑存在下以萃取緩衝液均質化樣本的均質機，藉以允許樣本中感興趣的過敏原與偵測劑進行交互作用。匣包含過濾器系統，經配置以提供含有感興趣的過敏原及偵測劑的濾液。匣包含獨立的透明基材，包括具有偵測探針分子固定於其上的複數個流體通道及偵測區，偵測探針經配置與偵測劑進行探針交互作用，其中感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。匣包含具有光學窗口的偵測腔室，保留用於洗滌基材及偵測腔室的洗滌緩衝液的腔室，用於在洗滌後接受並儲存偵測腔室的流出物的廢料腔室。匣包含旋轉閥系統及導管，經配置以透過過濾器系統轉移均質化樣本及偵測劑、轉移濾液至偵測腔室、及轉移洗滌緩衝液至偵測腔室及自偵測腔室將流出物轉移至廢料腔室，及經配置以調節匣氣壓及流速的氣流系統。
可移動性罩係可旋轉地固定於掀蓋，掀蓋包括開口通往均質化腔室的孔，袋與孔相鄰。可移動性罩自第一位置移動至第二位置使穿刺元件刺破密封件，允許均質化加速器進入均質化腔室。
偵測裝置包含可附接至殼體的框體、附接至該框體的基座、及連接至該框體的覆蓋件；其中該覆蓋件包含相鄰於該基座且在該基座上方的測量裝置。當樣本置於覆蓋件上時，測量裝置能夠偵測並測量樣本的重量、質量或體積。測量裝置為應變計。
本實施例的一態樣包含用於偵測樣本中感興趣的分子存在或不存在的方法，包括收集樣本、測量樣本的重量、以加速器均質化樣本及在偵測劑存在下於萃取緩衝液處理樣本，藉以允許感興趣的分子與偵測劑交互作用。方法進一步包含過濾含有感興趣的分子及偵測劑的經處理樣本，使濾液與具有偵測探針固定於其上的基材接觸；偵測探針經配置與偵測劑進行探針交互作用，其中感興趣的分子與偵測劑的該交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。方法包含以洗滌緩衝液將未結合的化合物自基材洗滌掉、測量來自基材的螢光訊號、及偵測樣本中感興趣的分子存在或不存在。
在一些實施例中，本揭示之組件包括偵測器單元，其可操作地連接至分析匣。在一些實施例中，組件的偵測器單元包括用以測量偵測訊號的偵測機構，即，偵測劑與偵測器探針間的交互作用。作為非限制性範例，偵測機構為成像系統，諸如螢光成像的相機。
在一些實施例中，組件的偵測器單元包括外部殼體，其對整合以操作偵測器單元的偵測反應及測量偵測訊號的部件提供支撐，且用於接受分析匣。根據本揭示，用於操作偵測反應及測量偵測訊號的部件包含：馬達，用於驅動及控制均質化，並控制旋轉閥；泵，驅動及控制分析匣的間隔中經處理樣本、濾液、緩衝液及廢料的流體流動；光學系統，用於偵測及目視偵測結果；及顯示窗口。
在一些實施例中，光學系統可包括激發光學元件(excitation optic)及發射式光學元件及光學讀取器。光學系統經修改以偵測來自匣內晶片式通道的偵測器晶片區之訊號。
在其他實施例中，光學系統可包括相機感測器(如，CCD相機及sCMOS相機)以產生晶片式通道的偵測器晶片區的偵測反應之影像。接著處理該等影像以指示偵測結果。
在一些實施例中，偵測組件可包括使用者介面，其藉由軟體應用程式存取及控制。軟體可藉由個人裝置(諸如智慧型手機、平板電腦、個人電腦、膝上型電腦、智慧型手錶及/或其他裝置)上的軟體應用程式運行。在一些實施例中，個人裝置運行於iOS或安卓軟體上。在一些情況下，軟體可藉由網際網路瀏覽器運行。在一些實施例中，軟體可連接至被稱為雲端的遠端本地伺服器。個人裝置及軟體可記錄試驗結果並允許社群互動。互動可包含醫生能觀看病患的資料及裝置的使用。互動亦可包含父母或家庭成員能觀看孩童或其他家庭成員的資料及使用。
本揭示之態樣包含用於偵測樣本中感興趣的分子之組件，其包括具有均質化腔室的樣本處理匣，經配置以接受樣本以供處理成允許感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態。匣包括掀蓋、具有穿刺元件的可移動性罩、及均質化加速器，其被固定於由罩及掀蓋上的密封件所界定的袋。組件亦包含偵測器單元，經配置以在允許由該偵測器單元所容納的偵測機構偵測感興趣的分子與偵測劑的交互作用的配置下接受樣本處理匣，其中交互作用在偵測器單元上觸發偵測到感興趣的分子之目視指示。目視指示係透過處理捕獲感興趣的分子與偵測劑之交互作用的影像。可移動性罩被固定於掀蓋，且進一步包括開口通往均質化腔室的至少一孔。組件的袋與該至少一孔共置。可移動性罩的移動使穿刺元件刺破密封件，允許均質化加速器進入均質化腔室。至少一孔進一步包含開口通往均質化腔室的第二孔。罩進一步包含埠，當埠位於罩的第一位置時與第二孔共置；第二孔含有面向均質化腔室的可碎性密封件。在該罩的第二位置，第二孔被罩覆蓋且被可移動性覆蓋件密封。
組件進一步包括組件掀蓋，能夠測量樣本的重量、質量或體積。組件掀蓋進一步包括框體、附接至框體的基座、及連接至框體的覆蓋件。覆蓋件包含相鄰於基座並在基座上方的測量裝置，當樣本置於覆蓋件上時，測量裝置能夠藉以偵測並測量樣本的重量、質量或體積。測量裝置為應變計(strain gauge)或荷重計(load gauge)。
在本揭示之非限制性實施例中，偵測組件包括：分析匣，經配置以拋棄式試驗杯或杯狀容器、偵測器單元，包括用於接受試驗杯的摘錄表(docket)、以及可選擇的取樣器。拋棄式試驗杯或杯狀容器可被建構為分析模組，在其中處理樣本，並透過與偵測劑交互作用來偵測試驗樣本中感興趣的分子(如，過敏原)。
在一些實施例中，拋棄式試驗杯或杯狀容器包括：頂部覆蓋件，經配置以接受樣本並密封杯或杯狀容器，其中頂部覆蓋件包括用於接受樣本的埠及允許空氣進入的至少一通氣過濾器(breather filter)；本體部分，經配置以將樣本處理為允許感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態；及底部覆蓋件，經配置以連接至杯本體部分，藉以在試驗杯的底部形成具有光學窗口的偵測腔室，並對偵測器單元提供連接表面。底部覆蓋件的外部包括複數個埠，用於連接位於偵測器單元的複數個馬達以操作均質機、旋轉閥系統及流體的流動。偵測腔室的光學窗口連接至偵測器單元的偵測機構。在一些實施例中，試驗杯或杯狀容器進一步包括偵測感測器，諸如其上固定有偵測探針的透明基材。透明基材係包括其上固定有核酸為基礎的探針之偵測晶片區及流體路徑之晶片式通道。
在本揭示之一非限制性實施例中，拋棄式試驗杯包括：(a)具有均質機的第一間隔，用於接收樣本並處理樣本；均質機經配置以產生均質化樣本，藉以偵測劑的存在下將感興趣的分子自樣本的基質釋出至萃取緩衝液，並允許樣本中感興趣的分子與偵測劑進行交互作用；(b)第二間隔，用於使有感興趣的分子和偵測劑的濾液與偵測探針接觸；第二間隔包括晶片式通道，其包括複數個流體通道及具有固定於其上的偵測探針的偵測晶片區；(c)導管，透過過濾器系統轉移均質化樣本和偵測劑以提供含有感興趣的分子和偵測劑的濾液；(d)旋轉閥系統，經配置以調節均質化樣本及偵測劑透過過濾器系統的轉移、濾液至第二間隔的轉移、及洗滌緩衝液至第二間隔的轉移、及來自第二間隔至廢料腔室的流出物的轉移；(e)用於保留洗滌緩衝液的間隔以洗滌偵測區；及(f)用於接受偵測腔室的流出物之廢料腔室。在一些範例中，偵測探針經配置與偵測劑進行探針交互作用，其中感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。晶片式通道內的流體路徑轉移濾液，使濾液與固定於晶片區上的偵測探針接觸，並將流出物轉移至廢料腔室。
在一些實施例中，杯頂覆蓋件進一步包括用於提供識別標記的層。
在一些實施例中，拋棄式試驗杯的部分被模製在一起以形成分析模組。
本揭示另一態樣關於一種用於偵測樣本中感興趣的分子的存在及/或不存在的方法，其包括以下步驟：(a)收集可能含有感興趣的分子的樣本，(b)在偵測劑的存在下，在萃取緩衝液均質化樣本，藉以自樣本釋出感興趣的分子以與包括螢光部分(fluorescent moiety)的偵測劑進行交互作用，(c)過濾含有感興趣的分子和偵測劑的均質化樣本；(d)使含有感興趣的分子及偵測劑的濾液與偵測探針分子接觸，其與偵測劑進行探針交互作用，其中感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用；(e)以洗滌緩衝液洗滌去步驟(d)的接觸；(f)測量來自偵測探針分子與偵測劑的探針交互作用之訊號輸出；及(g)處理經偵測的訊號並目視偵測探針與偵測劑之間的交互作用。
感興趣的分子可包含(但不限於)蛋白質及其變異體或片段、核酸分子(如DNA或RNA分子)或其變異體、脂質、糖類及小分子。在一些實施例中，感興趣的分子可為蛋白質、或其變異體及片段。在一範例中，感興趣的分子為過敏原(諸如食物過敏原)。偵測劑可為抗體或其變異體、核酸分子或其變異體、或小分子。在一些實施例中，偵測劑為核酸分子，其包括與感興趣的分子結合的核酸序列。在一範例中，核酸為基礎的偵測劑為衍生自適體的傳訊多核苷酸(SPN)，其包括與感興趣的分子結合的核心核酸序列。SPN可進一步包括可偵測部分(諸如螢光部分)。因此，偵測探針可包括與游離的SPN序列雜合的互補核酸序列。
上文已相當廣泛地概述本揭示的特徵及技術優點以便更好理解下文本揭示之詳細描述。下文將描述本揭示的額外特徵及優點，其形成本揭示之申請專利範圍的主題。本領域技術人員應理解，所公開的概念及特定實施例可以輕易地用作修改或設計進行本揭示相同目的其他結構的基礎。本領域技術人員亦應理解此種等同構造不應脫離所附的申請專利範圍所闡述的本揭示之精神及範疇。當與附圖一起考慮時，自以下描述將更好理解在其組織和操作方法兩者，連同進一步的目的及優點而言，其被認為是本揭示之特性的新特徵。然而，應該明確地理解，各附圖僅提供以說明和描述的目的，且並不旨在作為對本揭示的限制的定義。除非另有定義，否則本文所使用的所有技術及科學術語具有與本揭示所屬領域的普通技術人員通常所理解的相同含義。在互相衝突的情況下以本說明書為準。
使用分析裝置確保食物安全尚未達到履行其所保證的程度。具體來說，尚未建立基於簡單但準確、靈敏且快速的偵測方案之可攜式裝置來偵測多種已知的過敏原。在食品安全控制的背景下，基於適體的分析之最新評鑑之一指示雖已建立用於過敏原的偵測之多種商業分析工具，但其中大多數仰賴免疫分析。其進一步指示針對此組成分之適體的選擇變得重要(Amaya-González et al., Sensors2013, 13, 16292-16311，該內容以引用方式整體併入本文中)。
本揭示提供偵測組件及系統，其可以特異性地偵測多種食物樣本中低濃度的過敏原。本揭示的偵測系統及/或裝置為微型化、可攜式、及手持的產品，旨在具有小型的尺寸而增強其便攜性和精細的操作。使用者可以攜帶本揭示的偵測系統和裝置，並在食用食物之前對食物樣本中一或多種過敏原的存在及/或不存在實施快速且即時的試驗。根據本揭示之偵測系統及裝置可以由使用者在任意位置使用，諸如在家中或在餐廳中。偵測系統及/或裝置將試驗結果顯示為標準讀數，且任何使用者都可以遵自有關如何操作偵測系統及裝置的簡單指示實施偵測。此偵測系統的一個具體用途為系統的簡易性和快速性。通常本揭示的偵測系統及組件亦可用於偵測樣本的任何感興趣的分子(即，任何目標)；感興趣的分子可以是蛋白質或其變異體、核酸分子(如，DNA或RNA分子)或其變異體、脂質、糖類、小分子或細胞。
在一些實施例中，偵測系統被建構用於自樣本引入至系統的簡單、快速和靈敏的單步驟執行(one-step execution)。系統可以在小於10分鐘、小於9分鐘、小於8分鐘、小於7分鐘、小於6分鐘、小於5分鐘、或小於4分鐘、或小於3分鐘、或小於2分鐘、或小於1分鐘內完成偵測試驗。在一些範例中，可以在約60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、或15秒內完成偵測。
根據本揭示，偵測系統可涉及整合電子工程、機械工程及計算工程的機電整合(mechatronic)建構程序以實施及控制目標偵測試驗的處理，包含(但不限於)可再充電或可更換電池、用於處理試驗樣本的馬達驅動器、用於控制經處理的樣本溶液及緩衝液在匣內的流動的泵、印刷電路板、及耦合及整合不同部件以供快速過敏原試驗的連接器。本揭示之偵測裝置亦包含：光學系統，其經配置以用於偵測試驗樣本中感興趣的分子(例如，過敏原)的存在及濃度，並將偵測訊號轉換為可讀訊號；以及殼體，其為偵測裝置的其他部分提供支撐，並將不同的部分整合為功能性產品。
在一些實施例中，偵測系統經建構為使得專用於一個或多個特定感興趣的分子(例如，過敏原)的拋棄式分析匣(例如，拋棄式試驗杯或杯狀容器)經建構為用於接收及處理試驗樣本並實施偵測試驗，所有溶液都被包裝在其中。因此，所有溶液都可以被限制在拋棄式分析匣。作為非限制性範例，拋棄式花生試驗杯可以被使用者用於偵測任何食物樣本的花生，並且在試驗之後丟棄。當使用相同裝置執行不同的過敏原試驗時，此可以阻止交叉汙染。在一些實施例中，提供用於收集試驗樣本的獨立取樣器。
根據本揭示，拋棄式分析匣包括特異性結合並識別感興趣的過敏原或分子的偵測劑。偵測劑可為(但不限於)抗體或其變異體、核酸分子或其變異體、以及小分子。在一些實施例中，偵測劑可為包括與感興趣的分子特異性結合的核酸序列的核酸分子。基於核酸的偵測劑可為適體及由可以識別目標分子(諸如過敏原)的適體所衍生的傳訊多核苷酸(SPN)。感興趣的過敏原具特有的適體可使用任何已知的適體探索及開發法來識別。過敏原特異性適體可進一步經修飾及最佳化以產生SPN。在一些實施例中，適體及/或SPN捕獲樣本的目標分子以形成SPN：目標複合物。包括與SPN序列互補的短核酸序列的另一偵測探針可被用於將SPN錨定到固體基材上以供訊號偵測。在其他實施例中，偵測劑及偵測探針可附接至固體基材，諸如磁性顆粒的表面、二氧化矽、瓊脂糖顆粒、聚苯乙烯珠、玻璃表面、塑膠片、微孔、晶片(例如，微晶片)等。在本揭示的範疇內，此種偵測劑及偵測探針亦可被整合到用於類似目的的任何適當的偵測系統及儀器。 偵測組件及系統
根據本揭示，用於實施樣本中感興趣的分子(例如過敏原)的偵測試驗的偵測系統或組件包括：至少一個拋棄式分析匣，用於將樣本處理為允許感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態，及偵測器單元，用於偵測及目視偵測結果(即，感興趣的分子與偵測劑之間的交互作用)。可選擇地，偵測系統可進一步包括用於收集試驗樣本的至少一個取樣器。取樣器可以是可用於收集一部分試驗樣本的任何工具，例如勺子。在一些態樣中，如下文所討論，可以將特別設計的取樣器包括到本偵測系統。以下描述的示例性實施例說明用於偵測樣本的過敏原的此偵測系統及組件。
一般來說，分析匣經配置以接受樣本以供處理成允許該感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態。偵測器單元經配置以在允許由偵測器單元所容納的偵測機構偵測感興趣的分子與偵測劑的交互作用的配置下接受分析匣。交互作用在偵測器單元上觸發感興趣的分子存在或不存在之目視指示。偵測器單元可移除地連接至分析匣。
如圖1所示，本揭示的偵測系統或組件的實施例包括：偵測裝置 100，經配置用於處理試驗樣本、實施過敏原偵測試驗、以及偵測偵測試驗的結果；獨立的食物取芯器 200，作為取樣器的一個範例；及拋棄式試驗杯 300，作為分析匣的一個範例。偵測裝置 100包含外部殼體單元 101，其為偵測裝置 100的部件提供支撐。偵測裝置 100的埠或插座 102經建構為用於對接拋棄式試驗杯 300，而掀蓋 103被包含為用於開啟及關閉儀器。外部殼體單元 101亦針對按鈕提供表面空間，使得使用者可操作裝置。可包括允許使用者執行過敏原偵測試驗的執行/動作按鈕 104、以及USB埠 105。可選擇地，亦可包含電源插頭(未示出)。在實施過敏原偵測試驗的過程期間，將其中含有樣本的食物取芯器 200插入至拋棄式試驗杯 300，並將拋棄式試驗杯 300插入至偵測裝置 100的埠 102以供偵測。    取樣器
收集被適當地設定尺寸的樣本為實施過敏原偵測試驗的重要步驟。在本揭示的一些實施例中，提供用於拾取及收集試驗樣本(如，食物樣本)的獨立取樣器。在一態樣中，本文揭示了一種用於拾取及收集食物樣本的取芯-包裝-柱塞概念(coring-packer-plunger concept)。此種機構可測量並收集試驗樣本的一個或數個設定尺寸的部分，並提供諸如切割、研磨、磨削(abrading)及/或混合的預處理步驟以促進來自試驗樣本的過敏原蛋白質的均質化以及萃取或釋出。取樣器可操作地連接至分析匣及偵測裝置以將試驗樣本轉移至匣以供樣本處理。根據本揭示，獨立的食物取芯器200經建構以用於獲得不同類型的食物樣本並收集試驗樣本的適當設定尺寸的部分。在一範例中，樣本為液體樣本。在另一範例中，樣本為固體樣本。
如圖2A所示，食物取芯器 200的實施例可包括三個部分：位於遠端的柱塞(plunger) 210；經配置以用於耦合取芯器 230的手柄 220；位於近端的取芯器 230。柱塞 210具有：在遠端設有取芯器頂部抓握件 211(圖2A)的遠側部分，該頂部抓握件 211有助於上下操縱柱塞 210；在柱塞本體的中間的柱塞擋體 212；及位於柱塞本體的近端的密封件 213。手柄 220可包括位於遠端的扣合部(snap fit) 221及在近端連接至取芯器 230的突出的平頸圈(flat collar)。在一實施例中，如圖2A所示，突出的平頸圈包括凸緣 222。取芯器 230可包括近側部分，其在最近端設有刀峰 231(圖2A)。取芯器 230經配置以切割並保持所收集的樣本以將其排入至拋棄式試驗杯 300。
在一些實施例中，柱塞 210的遠端可包括推板。該板可為呈任何形狀的平板。在一較佳的實施例中，推板可為呈具有喇叭形表面的圓角正方形形狀。此外，當取樣器 200位於平坦表面上時，圓角正方形的形狀提供防滾動(anti-roll)特徵。此特徵亦可使取芯器 230內部(即，樣本區)所收集的樣本不與外表面(如，當取樣器放置於桌子上時的桌子)接觸。
在一些實施例中，突出的平頸圈可經配置以小圓環、肋等。這種突出可阻止手指向下滑入樣本區，且提供觸覺定向(tactile orientation)。作為一非限制性範例，突出的平頸圈為小圓環。
在一實施例中，柱塞 210可被插入至取芯器 230內部，其中柱塞 210的近端可自取芯器 230突出以直接接觸試驗樣本，並與取芯器 230的刀峰 231一起拾取試驗樣本的設定尺寸的部分(圖2B)。根據本揭示，柱塞 210用於將被取樣的食物自取芯器 230排出至拋棄式試驗杯 300，並將特定食物(諸如液體及乳霜狀食物)也帶入取芯器 230。透過與扣合部 221的交互作用，柱塞擋體 212的特徵可阻止柱塞 210在取樣期間被回拉過頭或自取芯器本體 230被拉出。位於柱塞 210的最近端處的密封件 213可維持氣密密封以藉由將柱塞 210向後拉，而使液體抽取至取芯器 230。在一些實施例中，柱塞 210可設有其他類型的密封件(包含模製特徵)或機械密封件。手柄 220經建構以供使用者握持取樣器 200的取芯部件。例如，裙部(skirt) 222為使用者提供操作食物取樣器 200、向下推動取芯器 230並驅動取芯器 230進入待收集的食物樣本的方法。
在一些實施例中，柱塞 210可包括標記以提供使用者額外的指導，而指示柱塞在取芯器內的位置及其與最小及最大取樣線有關的位置。在一些實施例中，指示待收集的樣本的最小及最大量的線被添加至取芯器 230的外部。使用者可藉由調整最小及最大線來校正取樣間隔的大小。
在一些實施例中，刀峰 231可經配置以用於預處理經收集的樣本，以允許經取樣的食物以推動、扭轉及/或切割的方式而被取芯。刀峰 231可自試驗樣本切割出一部分。作為一些非限制性範例，刀峰 231可為平坦邊緣、鋒利邊緣、具有不同數量的齒的鋸齒狀邊緣、鋒利的鋸齒狀邊緣及薄壁邊緣。在其他態樣中，取芯器 230的內徑在約5.5mm至7.5mm的範圍內變化。較佳地，取芯器 230的內徑可為約6.0mm至約6.5mm。取芯器 230的內徑可為6.0mm、6.1mm、6.2mm、6.3mm、6.4mm、6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm或7.0mm。最佳化取芯器 230的大小以供使用者收集正確數量的試驗樣本(如，1.0g至0.5g)。
部分的食物取芯器 200可經配置以易於處理的任何形狀，諸如三角形、正方形、八邊形、圓形、橢圓形等。
在一些實施例中，柱塞 210及取樣器的其他部分可呈不同的顏色。作為一非限制性範例，柱塞可為綠色的，而取芯器可為透明的。增大的對比度使柱塞相對於取樣器的位置清楚可見。在其他實施例中，食物取芯器 200可進一步設有用於對被拾取的試驗樣本稱重的裝置，諸如彈簧、刻度尺或其等同物。作為一非限制性範例，食物取芯器 200可設有稱重張力模組。
食物取芯器 200可由塑膠材料製成，其包含(但不限於)聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性胺基甲酸酯(TPU)、縮醛(POM)、聚四氟乙烯(PTFE)、或任何聚合物及其組合。
在一些實施例中，取樣器可被進一步經配置以對使用者友善的。例如，手柄 220可包括紋理表面(textured surface)以在抓握區與樣本區之間產生更好的視覺及觸覺差異以傳達使用者握持在取樣器 200何處。
取樣器(如，取芯器 200)可與分析匣(如，拋棄式杯 300)及/或偵測裝置(如，裝置 100)操作性地相關。可選擇地，取樣器可包括用於連接至匣的介面。可選擇地，罩可定位於取樣器的近端上。取樣器 200亦可包括與取樣器 200定位的感測器以偵測取樣器中樣本的存在。    拋棄式分析匣
在一些實施例中，本揭示提供一種分析匣或容器。如本文所使用，術語「匣」、「容器」及「試驗杯」係被可互換地使用。分析匣經建構為用於實施偵測試驗。如本文所使用，分析匣亦稱為分析模組。分析匣為拋棄式，並且用於一種特別的過敏原或一組特別的過敏原(如，一組樹堅果過敏原)。拋棄式分析匣經建構為用於將試驗樣本處理成允許感興趣過敏原與偵測劑進行交互作用的狀態，例如，食物樣本的離解及過敏原蛋白質萃取、食物顆粒的過濾、儲存反應溶液/試劑及偵測劑、使用偵測劑(諸如特異性結合至過敏原蛋白質的抗體及核酸分子)捕獲感興趣的過敏原。在一態樣中，偵測劑為核酸分子，諸如適體及/或適體衍生的SPN。在其他實施例中，偵測劑可為過敏原蛋白質特有的抗體，諸如花生過敏原蛋白質Ara H1特有的抗體。在其他實施例中，偵測劑可為可特異性地識別過敏原蛋白質的任何試劑，如化學化合物、胜肽適體及複合物。本揭示討論的食物過敏原，作為可用本發明的組件偵測的感興趣的分子的範例。本領域技術人員將理解，可偵測樣本的任何目標物(即，感興趣的分子)。
在一較佳實施例中，偵測劑為適體或其衍生物，其可特異性結合至過敏原。由於適體的尺寸小、目標親合力強、缺乏免疫原性、及易於化學修飾，適體已成為其他分子偵測技術(諸如，抗體)誘人的替代品。適體為能夠與特異性目標分子以高度親合力結合的寡核苷酸。自1990年體外選殖程序(配體指數增強系統進化技術(SELEX))的發展以來，適體已被設計為選擇性地結合不同目標，包含RNA、DNA、小分子及化合物，且作為基礎研究、治療應用、及分子診斷裝置的感測器的珍貴工具而備受矚目。其亦在數個臨床應用上備受矚目，且第一個基於適體的治療在2004年經FDA核准為治療與年齡相關的黃斑部病變(macular degeneration)。
此外，適體可準確地經化學合成，且在合成後可長期保存。其亦可以螢光團(fluorophore)或核酸結構類似物重複地修飾。由於密集的SELEX程序，相較於單株抗體，適體可展現高度親合力及特異性。其亦被證實可辨識來自DNA、RNA、蛋白質及細胞之不同抗原。
在一些實施例中，偵測劑為包括特異性地結合過敏原之核酸序列的適體，或衍生自過敏原特異性適體的傳訊多核苷酸(SPN)。例如，SPN可包括過敏原特有的核心序列，且在序列的一端可經螢光團標記。
根據本揭示，提供至少一個獨立的分析匣作為組件的一部分。在其他實施例中，分析匣可經建構為與任何其他偵測系統一起使用。
在一些實施例中，拋棄式分析匣僅可用於樣本的過敏原試驗，且因此可由低成本的塑膠材料製成，例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、COC(環烯烴共聚物)、COP(環烯烴聚合物)、透明高密度聚乙烯(HDPE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)、或其他熱塑性塑膠。因此，拋棄式分析匣可經建構為用於任何特別的感興趣的過敏原。在一些實施例中，這些拋棄式匣可僅經建構成用於一特別的過敏原，這可避免與其他過敏原反應的交叉汙染。
在一些實施例中，拋棄式匣由聚丙烯(PP)、COC (環烯烴共聚物)、COP (環烯烴聚合物)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)製成。
在其他實施例中，這些分析匣可經建構為並行地偵測試驗樣本的二或更多種不同的過敏原。在一些態樣中，匣可經建構為用於並行地偵測二種、三種、四種、五種、六種、七種或八種不同的過敏原。在一個態樣中，同時地偵測多種過敏原(如，二種、三種、四種、五種或更多種)的存在，可產生指示存在哪種過敏原的陽性訊號。在另一態樣中，提供一種系統以偵測是否存在過敏原(如，花生或樹堅果)，並產生訊號以指示這種過敏原的存在。
在一些實施例中，拋棄式分析匣可被進一步經建構成包括可儲存批次特定參數的條碼。使用者可隨後以任何數位格式讀取及儲存所儲存的資訊。
在一些實施例中，分析匣包括均質機，經配置以產生均質化樣本，藉以將感興趣的分子自樣本基質釋出至可選擇地包含偵測劑的萃取緩衝液。分析匣亦包括第一導管和第二導管，第一導管透過過濾器系統來轉移含有或不含偵測劑的均質化樣本以提供含有感興趣的分子及偵測劑的濾液，而第二導管用於轉移濾液，使濾液與偵測探針接觸，藉以使偵測劑與偵測探針交互作用。第一導管和第二導管包括連接複數個流體路徑，這些流體路徑連接導管的不同部分以轉移經處理的樣本、緩衝液、濾液、廢料及其他流體。
在一些實施例中，分析匣可進一步包括旋轉閥系統，該旋轉閥系統提供用於控制樣本和其他流體組分(如，緩衝液、濾液、反應混合物、試劑及廢料)在分析匣轉移的機構。閥亦可測量及控制在不同匣的間隔中移動的流體組分的體積。旋轉閥切換系統可進一步經配置以提供關閉位置以阻止分析匣的流體移動。
在一些實施例中，當分析匣被偵測器單元接受時，均質機及旋轉閥系統可以由偵測器單元的馬達，或藉由連接偵測裝置提供的任何其他馬達機構驅動。
在一些實施例中，分析匣可經建構成包括一個或多個獨立腔室，各者經配置以用於獨立功能，諸如樣本接收、蛋白質萃取、過濾、用於緩衝液、試劑及廢棄溶液的儲存、以及偵測反應。該等腔室為獨立的，但被連接起來以供操作。例如，分析匣可包含樣本處理腔室、偵測腔室、廢料腔室、以及可選擇地緩衝腔室。在一些實施例中，分析匣可進一步包括用以保留濾液的獨立濾液腔室，並在轉移至偵測腔室前可選擇地進一步濃縮濾液。在一些範例中，偵測腔室可包括偵測感測器及光學窗口。偵測器單元的偵測機構透過光學窗口分析偵測反應以識別在偵測腔室中感興趣的分子與偵測劑的交互作用。偵測窗口與偵測裝置的偵測機構操作性地相關。
在一些實施例中，分析匣包括偵測感測器，用於測量目標分子與偵測劑之間的交互作用。偵測感測器被包含在偵測腔室。在一非限制性範例中，偵測感測器為透明基材，其包含複數個流體通道及偵測器晶片區。基材稱為晶片式通道(chipannel)，流體通道及偵測器晶片區在其中被連接。在一些範例中，晶片式通道為塑膠基材。
在一些實施例中，晶片式通道內的偵測器晶片區包括至少一反應面板及至少一對照面板。在其他實施例中，晶片式通道內的偵測器晶片區可包括一個反應面板及兩個對照面板。在其他實施例中，晶片式通道可包括複數個反應面板及複數個對照面板。可選擇地，晶片式通道的偵測器晶片區進一步包括一或多個基準點(fiducial spot)，其引導藉由偵測器單元的成像機構(如，相機)所處理的影像。任何適合的基準物件可設置作為基準標記以供參考。
在一些實施例中，晶片式通道包括被固定在偵測器晶片區的反應面板上的偵測探針分子。偵測探針經配置以與偵測劑進行探針交互作用。感興趣的分子與偵測劑的交互作用阻止偵測劑與偵測探針進行探針交互作用。晶片式通道內的偵測器晶片區可進一步包含固定於對照面板上的光學可偵測性對照探針分子以供由偵測機構測量的訊號輸出正規。在一些實施例中，控制探針分子為不與感興趣的分子或偵測劑結合的核酸分子。
在一較佳實施例中，晶片式通道為塑膠晶片，其中反應面板印有核酸為基礎的偵測探針，該偵測探針包括與偵測劑的核酸序列互補的核酸序列，且其中對照面板印有核酸為基礎的對照探針分子，其不與偵測劑結合。
在一些實施例中，包括偵測劑、偵測探針、諸如萃取緩衝液及洗滌緩衝液的緩衝液、以及組裝功能匣所需的其他部件。
在一些實施例中，分析匣可包括經配置以提供匣資訊的資料晶片單元。
根據本揭示，分析匣可經建構成任何合適的形狀及大小。分析匣的一些示例性實施例在下文說明。示例性實施例並非限制匣的設計。
在一些實施例中，將具有氯化鎂(MgCl2)的均質化緩衝液填充入分析匣的濾液腔室。MgCl2的濃度範圍自10 mM至100mM、或自10mM至80mM、或自10mM至60mM、或自10mM至40mM、或自20mM至100mM、或自20至80 mM、或自20 mM至50 mM。在其他實施例中，MgCl2的濃度範圍自1 mM至10mM、或自1mM至5mM、或自2mM至10mM、或自2mM至8mM、或自5mM至10mM。
在一些實施例中，在讀取反應訊號前，反應腔室經洗滌一次、兩次或三次。洗滌緩衝液可含有濃度自0.1 mM至1.0mM的氯化鎂，諸如0.1mM、0.25 mM、0.75mM及1.0mM。 分析匣的示例性實施例
在一些實施例中，拋棄式分析匣可被解釋為拋棄式試驗杯或杯狀容器。杯狀容器可包括組裝至功能性分析模組的多個間隔。根據試驗杯的一實施例，如圖3A所示，經組裝的拋棄式試驗杯 300包括三個部分：杯頂 310、杯本體 320及杯底 330。這三部分操作性地連接以組裝功能性分析模組。杯 300進一步包括均質化轉子 340，其在兩個方向上旋轉以使樣本均質化；過濾器組件 325，過濾經處理的樣本；旋轉閥 350，被設想為控制流體在杯內流動(圖3B)；及流體路徑，將經處理的樣本、混合物、濾液、緩衝液及試劑輸送至試驗杯的不同間隔(圖3B中未示出)。
試驗杯本體 320可包括複數個腔室。在一實施例中，如圖3B所示，試驗杯本體 320包含一個均質化腔室 321，其包括食物處理容器 801(如圖8C所示)；濾液腔室 322，用於在透過過濾器(如，圖3B及圖4A所示的2態過濾器 325)過濾後收集樣本溶液；廢料腔室 323，其包括廢料容器 803(如圖8C所示)；以及可選擇地，洗滌緩衝液儲存腔室 324，其包括洗滌緩衝液儲存容器 802(如圖8C所示)。可選擇地，杯本體 320可包含一或多個獨立的洗滌間隔。在一些實施例中，如圖3B及圖3H所示，在杯底 330處包括用於接收經處理的樣本的反應腔室 331(在此亦稱為訊號偵測腔室)。反應/偵測腔室 331可包括具有偵測探針的獨立偵測感測器(如，圖3B中所示的晶片 333)，該偵測探針與經處理的樣本反應。所有分析反應都發生在反應/偵測腔室 331，並且在其中產生可偵測的訊號(如，螢光訊號)。在一些實施例中，例如，預儲存在均質化腔室 321的偵測劑(如，SPN)可在均質化腔室 321與試驗樣本預混合，試驗樣本在此處被均質化，且經萃取的過敏原蛋白質與偵測劑發生反應。混合的反應複合物可在輸送至反應/偵測腔室 331之前被輸送至過濾器 325。在其他範例中，可將偵測劑(如，SPN)儲存在濾液腔室 322。經處理的樣本透過過濾器組件 325進行過濾，並與儲存在濾液腔室 322的偵測劑發生反應。含有感興趣的分子及偵測劑的濾液被轉移至偵測腔室 331，其中偵測劑與固定在感測器(如，晶片 333)上的偵測探針進行交互作用，並且測量偵測訊號。
在替代性實施例中，緩衝液及試劑儲存腔室 324可包含多於一個的緩衝液及試劑儲存容器。作為非限制性範例，萃取緩衝液及洗滌緩衝液可分別地被儲存在緩衝液儲存腔室 324內的容器。
圖3C示出拋棄式試驗杯 300的一示例性實施例的分解圖，該拋棄式試驗杯 300經配置以含有三個主要部件，頂部 310、殼體或本體 320及底部 330。杯頂 310可包括杯掀蓋 311、頂部覆蓋件 312、二或多個通氣過濾器 314，其被包括以確保僅空氣被引入並且流體不會自試驗杯 300逸出。杯體 320由兩個分開的部分組成：上部殼體 320a及外部殼體 320b。杯底組件 330包含夾有其他部件的底部覆蓋件 337，包含反應腔室 331(圖3F及圖3H中)、偵測感測器(即，玻璃晶片 333)、及晶片墊圈 334，其促進玻璃晶片 333附接至反應腔室 331的專用感測器區 332的底部。在一些實施例中，經處理的樣本混合器流至反應腔室 331，並與晶片 333上的偵測劑反應以產生可偵測的訊號。例如，晶片 333可塗覆有寡核苷酸序列以偵測試驗樣本中存在的目標。底部覆蓋件 337還包括用於保持均質化轉子 340的埠/嘴口(bit) 340a、以及用於保持旋轉閥 350的埠/嘴口 350a(如圖3H所示)。這些嘴口提供用於將均質化轉子 340及旋轉閥 350連接至偵測裝置 100的馬達的方法。在一些實施例中，轉子墊圈 326可經配置至上部殼體 320a以將轉子 340密封至殼體 320以避免流體洩漏。在一些實施例中，底部覆蓋件進一步可包括流體路徑及空氣通道。
在一些實施例中，杯可進一步被構造成包括可儲存批次特定參數的條碼。在一範例中，條碼可為儲存杯 300特定參數的資料晶片 335，包括諸如SPN的偵測劑的資訊(如，螢光團標籤、目標過敏原及SPN的強度等)、有效期限、產生資訊等。
圖3D進一步演示圖3A所示的杯的頂部覆蓋件 312的特徵。取芯器埠 313被包含以用於接收食物取芯器 200，自而接收所拾取的試驗樣本並將樣本轉移至樣本處理腔室 321(亦稱為均質化腔室)。作為非限制性範例，埠 313可經配置以用於接收如圖2B中所示的食物取芯器 200。頂部覆蓋件 312亦可包含至少一個小孔(圖3D)，用於吸入空氣以使流體流動。作為非限制性範例，頂部部分可具有兩個掀蓋 311。如以上本文所討論，掀蓋 311可包括兩層：頂部掀蓋 311a，用於密封及標記；以及底部 311b，用於在操作期間重新密封。如圖3E所示，底部 311b處的第二掀蓋經建構為用於在操作期間重新密封及液體保留。頂部掀蓋 311a可被剝離以插入由取芯器 200收集的試驗樣本，然後在分析完成之後將其重新關閉。
圖3F為在上部殼體 320a及外部殼體 320b組裝在一起時的杯殼體本體 320的俯視圖(左圖)。上部殼體 320a可包括操作性地連接的一或多個腔室。在一實施例中，均質化腔室 321、過濾腔室 322及廢料腔室 323被包含在殼體 320a(左圖)。兩個通氣過濾器 314也被添加至上部殼體 320a。組裝的杯本體 320的底部包括開口 331a，其透過入口及出口 336連接至反應/偵測腔室 331以用於流體流動(右圖)。在此實施例中，當底部覆蓋件 337與本體部分組裝在一起時形成反應/偵測腔室 331(見圖3C)。轉子 340及旋轉閥 350可被組裝至杯以形成分析匣(右圖)。
圖3G進一步例示上部殼體( 320a)的底部的外部介面(上圖)及外部殼體 320b的底部的內部介面(下圖)。在上部殼體 320a的外部介面處的兩個能量引導器面 361(面1)及 362(面2)與兩個焊接配合面、在外部殼體 320b的底部的內部介面處的面 363(面1)及 364(面2)交互作用以將殼體部分 320a及 320b保持在一起而形成杯本體 320。亦包含流體路徑 370以使液體流至杯底 330。轉子 340及旋轉閥 350分別透過轉子埠 340a及旋轉閥埠 350a組裝至杯。
圖3H進一步例示圖3A及圖3C所示的杯 300的杯底 330的杯底部覆蓋件 337。反應/偵測腔室 331包括一個專用感測器區 332，其中透過玻璃墊圈 334放置偵測感測器(即，玻璃晶片 333)。可包含玻璃墊圈 334以將玻璃晶片 333密封在反應腔室 331的底部的適當位置，並阻止流體洩漏。替代地，可使用黏合劑或超音波接合(ultrasonic bonding)來將該等層配對在一起。在本揭示的一些態樣中，玻璃晶片 333可被直接配置在反應腔室 331的底部(如，感測器區 332的底表面)作為杯底部覆蓋件 337的組件，並整合至杯本體而作為一個整體。整個單元可由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)(又稱為丙烯酸(acrylic)或丙烯酸玻璃)形成。此透明PMMA丙烯酸玻璃可用作用於訊號偵測的光學窗口。
反應腔室 331包括至少一個光學窗口。在一實施例中，腔室 331包括兩個光學窗口：一主要光學窗口及一次要光學窗口。在一些實施例中，主要光學窗口用作反應腔室 331至偵測裝置 100的介面，特別是至偵測裝置 100的光學系統 1030(如圖10A、10B及圖12A至12C所示)的介面。偵測感測器(如，玻璃晶片 333)可位於光學窗口與光學系統的介面之間。可選擇的次要光學窗口可位於反應腔室 331的一側；次要光學窗口允許偵測背景訊號。在本揭示的一些態樣中，次要光學窗口可經建構成用於測量散射光。
如圖3I所示，底部 330與杯本體 320組裝在一起。自該仰視立體圖來看，底表面包括用於流體路徑的多個介面(如，流體入口/出口 336)及鼓起的介面(plump interfce) 380、以及將轉子 340與旋轉閥 350連接至偵測裝置 100的介面。
一種裝置可被包含至杯以阻止流體在經組裝的杯 300的間隔之間流動。在一實施例中，包含杯殼體 320a的放卸閥(dump valve) 315(圖3C所示)以阻止均質化腔室 321的流體流向經配置在杯 300的底部的旋轉閥 350。放卸閥 315藉由旋轉閥 350(圖3C)而被保持在適當位置以用於運輸、儲存及壽命終止。旋轉閥 350在運輸過程中將放卸閥 315鎖定在過濾器(如，過濾器組件 325)上方並在完成偵測分析之後阻止流體流動。旋轉閥 350可在數個步驟中被致動以引導流體流至適當的腔室。作為非限制性範例，在圖8B中示出在偵測試驗期間的旋轉閥 350的相關位置。
旋轉閥 350可旋轉以調節流體流經匣內部的腔室。在一些實施例中，旋轉閥 350可包括閥軸(valve shaft) 351及閥盤(valve disc) 352，閥軸操作地連接至放卸閥 315並鎖定傾卸閥(如圖3C所示)，而閥盤 352連接至閥軸 351(如，圖6F)。旋轉閥 350可透過本領域已知的任何可用手段附接至杯。在一實施例中，可使用閥墊圈(如，圖5B所示的墊圈 504)。或者，旋轉閥可透過盤狀彈簧(如，波形盤狀彈簧)附接至杯。在另一個實施例中，旋轉閥 350可以複數個壓縮螺旋彈簧(如，圖7K中示出的螺旋彈簧 721)固定於杯。
在一些實施例中，過濾器組件(如，圖3C、圖4A及圖6D所示的過濾器 325)被包含在分析匣。在將經處理的樣本轉移至反應腔室 331之前，過濾器自樣本去除大顆粒及其他干擾成分，例如食物基質的脂肪。
在一些實施例中，過濾器機構可為過濾器組件。過濾器組件可為簡單的膜過濾器 420。膜 420可為尼龍、PE、PET、PES(聚醚碸)、Porex TM、玻璃纖維、或膜聚合物，諸如混合纖維素酯(MCE)、醋酸纖維素、PTFE、聚碳酸酯、PCTE(聚碳酸酯)或PVDF(聚偏二氟乙烯)等。它可為具有高孔隙率的薄膜(如，150 μm厚)。在一些態樣中，過濾膜 420的孔尺寸可在0.01 μm至600 μm、或0.1 μm至100 μm、或0.1 μm至50 μm、或1 μm至20 μm、或20 μm至100 μm、或20 μm至300 μm、或100 μm至600 μm的範圍內，或介於其間的任意大小。例如，孔尺寸可為約0.02 μm、約0.05 μm、約0.1 μm、約0.2 μm、約0.5 μm、約1.0 μm、約1.5 μm、約2.0 μm、約2.5 μm、約3 μm、約3.5 μm、約4.0 μm、約4.5 μm、約5.0 μm、約10 μm、約15 μm、約20 μm、約25 μm、約30 μm、約35 μm、約40 μm、約45 μm、約50 μm、約55 μm、約60 μm、約65 μm、約70 μm、約75 μm、約80 μm、約85 μma、約90 μm、約100 μm、約150 μm、約200 μm、約250 μm、約300 μm、約350 μm、約400 μm、約450 μm、約500 μm、約550 μm、或約600 μm。
在一些替代性實施例中，過濾器組件可為包括數層過濾器材料的複雜過濾器組件 325(如圖4A所示)。在一範例中，過濾器組件 325可包括由粗過濾器 411、深度過濾器 412及膜式過濾器 420(圖4A)組成的本體過濾器 410。在一實施例中，粗過濾器 411及深度過濾器 412可由固定環 413來保持以形成位於膜式過濾器 420上的本體過濾器 410。在其他實施例中，本體過濾器 410可進一步包括位於過濾器內部或過濾器頂部上的粉末。粉末可選自纖維素、PVPP、樹脂等。在一些範例中，粉末不與核酸及蛋白質結合。
在一些實施例中，過濾器組件 325可被優化以自高脂肪樣本去除油，而非蛋白質及核酸，導致優異的樣本清潔。在其他實施例中，可優化過濾器組件 325的深度及寬度的比率以最大化過濾效率。
在一些實施例中，過濾器組件 325可放置在拋棄式杯本體 320的濾床腔室 431內。濾床腔室 431可連接至均質化腔室 321。可將均質物(homogenate)饋至濾床腔室 431內部的過濾器組件 325。藉由收集溝 432(本文中亦稱濾液腔室)收集濾液(圖4B)。接著可使收集的濾液離開流體元件(fluidic)以流至反應腔室 331(圖3B)。在一範例中，經收集的濾液可直接自收集溝 432傳送至反應腔室 331。在另一範例中，在透過入口/出口 336(圖3H)被運送至反應腔室 331之前，可將濾液先運送至濾液收集腔室 433。流體可藉由杯 320的底部處的流體路徑 370被遞送至反應腔室 331(如圖3G所示)。
在一些實施例中，濾液收集腔室 433可進一步包括濾液濃縮器，其經配置以在樣本濾液流至反應腔室 331以供訊號偵測之前濃縮樣本濾液。濃縮器可呈半球體形狀、或為錐形濃縮器或高導管。
因此，經處理的樣本(如，來自腔室 321的均質物)依序透過粗過濾器 411、深度過濾器 412及膜式過濾器 420進行過濾。粗過濾器 411可自樣本過濾大顆粒懸浮物，例如，大於1 mm的顆粒及/或一些染料。深度過濾器 412可自樣本(諸如食物樣本)去除小顆粒收集物及油組分。深度過濾器 412的孔尺寸可在約1 μm至約500 μm、或約1 μm至約100 μm、或約1 μm至約50 μm、或約1 μm至約20 μm、或約4 μm至約20 μm、或約4 μm至約15 μm的範圍內。例如，深度過濾器 412的孔尺寸可為約2 µm、或約3 µm、或約4 µm、或約5 µm、或約6 µm、或約7 µm、或約8 µm、或約9 µm、或約10 µm、或約11 µm、或約12 µm、或約13 µm、或約14 µm、或約15 µm、或約16 µm、或約17 µm、或約18 µm、或約19 µm、或約20 µm、或約25 µm、或約30 µm、或約35 µm、或約40 µm、或約45 µm、或約50 µm。
例如，深度過濾器 412可由棉(包含但不限於原棉及漂白棉)、聚酯網(單絲聚酯纖維)及砂(二氧化矽)構成。在一些實施例中，過濾器材料可為疏水的、親水的或疏油的。在一些範例中，材料不與核酸及蛋白質結合。在一實施例中，深度過濾器為棉深度過濾器。棉深度過濾器的尺寸可能不同。例如，棉深度過濾器的寬高比可在約1:5至約1:20的範圍內。棉深度過濾器 412可經配置成使總過濾體積與被過濾的食物量相關。
膜式過濾器 420可去除尺寸小於10 µm、或小於5 µm、或小於1 µm的小顆粒。膜的孔尺寸可在約0.001 µm至約20 µm、或在0.01 µm至約10 µm的範圍內。較佳地，過濾膜的孔尺寸可為約0.001 µm、或約0.01、或約0.015 µm、或約0.02 µm、或約0.025 µm、或約0.03 µm、或約0.035 µm、或約0.04 µm、或約0.045 µm、或約0.05 µm、或約0.055 µm、或約0.06 µm、或約0.065 µm、或約0.07 µm、或約0.075 µm、或約0.08 µm、或約0.085 µm、或約0.09 µm、或約0.095 µm、或約0.1 µm、或約0.15 µm、或約0.2 µm、或約0.2 µm、或約0.25 µm、或約0.3 µm、或約0.35 µm、或約0.4 µm、或約0.45 µm、或約0.5 µm、或約0.55 µm、或約0.6 µm、或約0.65 µm、或約0.7 µm、或約0.75 µm、或約0.8 µm、或約0.85 µm、或約0.9 µm、或約1.0 µm、或約1.5 µm、或約2.0 µm、或約3.0 µm、或約3.5 µm、或約4.0 µm、或約4.5 µm、或約5.0 µm、或約6.0 µm、或約7.0 µm、或約8.0 µm、或約9.0 µm、或約10 µm。如上所述，該膜可為尼龍膜、PE、PET、PES (聚醚碸)膜、玻璃纖維膜、諸如混合纖維素酯(MCE)膜的聚合物膜、醋酸纖維素膜、硝酸纖維素膜、PTFE膜、聚碳酸酯膜、軌跡蝕刻聚碳酸酯膜、PCTE (聚碳酸酯)膜、聚丙烯膜、PVDF(聚偏二氟乙烯)膜、或尼龍及聚醯胺膜。
在一實施例中，膜式過濾器為具有1 µm孔尺寸的PET膜式過濾器。小的孔尺寸可阻止大於1 µm的顆粒穿過而進入反應腔室。在另一個實施例中，過濾器組件可包括棉過濾器，該棉過濾器與1 µm孔尺寸的PET網結合。
在其他實施例中，過濾器部件可藉由本領域中任何已知方法組裝在一起，諸如藉由熱焊接、超音波焊接或類似的處理，其確保組裝材料可被模切(die-cut)及包裝而不損壞或抑制獨立或作為整合的過濾器組件的各個過濾器的效能。在其他實施例中，過濾器組件的每個部分的包裝使得能夠在產生組裝線(如，機器人組裝線)上實現高速自動化系統。
在一些實施例中，過濾機構具有低蛋白質結合、低或無核酸結合。過濾器可用作本體過濾器以去除脂肪及乳化劑以及大顆粒，產生具有與緩衝液相當的黏度的濾液。
在一些實施例中，包含粗過濾器 411、深度過濾器 412及膜式過濾器 420的過濾器組件 325可允許傳訊多核苷酸(SPN)及其他偵測劑的最大回收率。
在其他實施例中，過濾組件 325可經配置以包括插入至過濾器墊圈 623的過濾器 624(如，網狀過濾器)、由粗過濾器及深度過濾器組成的本體過濾器 622、以及過濾器罩 621(如圖6D所示)。在替代性實施例中，如，在均質化腔室 321，過濾器墊圈 623可模製至杯本體作為杯本體 320的包覆成型組件(如圖7E及圖7F所示)。過濾器 624、本體過濾器 622及過濾器罩 621被插入至包覆成型的墊圈以形成功能性過濾器組件 325。
在一些實施例中，過濾機構可在小於1分鐘內、較佳地在約30秒內完成過濾過程。在一範例中，過濾機構能夠在小於10psi壓力下在35秒、或30秒、或25秒、或20秒內收集樣本。在一些實施例中，壓力可小於9pis、或小於8psi、或小於7psi、或小於6psi、或小於5psi。
在一些替代性實施例中，過濾腔室 322可包括用於過濾經處理的樣本的一或多個額外的腔室。如圖4B所示，過濾腔室 322可進一步包括獨立濾床腔室 431，其中過濾器組件 325(如圖4A所示)被插入並連接至收集溝 432。收集溝 432經配置以收集流過過濾器組件 325的濾液，並且溝432可直接連接至流動細胞流體元件(flow cell fludic)以使濾液流至反應腔室 331以供訊號偵測。可選擇地，過濾腔室 322可包含另一收集/濃縮腔室 433，其經配置以在將濾液輸送至反應腔室 331供訊號偵測前收集及/或濃縮透過收集溝 432所收集的濾液。收集/濃縮腔室 433透過收集溝 432被收集至濾床腔室 431。
圖5A至圖5C示出分析匣的另一實施例。圖5A示出試驗杯 300的替代組件。在圖5B中示出此實施例的杯 300的部件。根據此實施例，杯 300包括三個部分：杯頂，其包含杯頂部覆蓋件 310；杯本體，其包括杯容槽(cup tank) 320；及杯底，其包含杯底部覆蓋件 330，其可經操作性地連接以形成分析模組。如圖5B所示，杯的頂部為用於密封杯的頂部覆蓋件 310，其中試驗樣本被置於杯以供試驗。頂部墊圈 501可被包括以將頂部 310密封至杯本體 320。上部杯本體 320包括均質化腔室、廢料腔室、用於洗滌緩衝液的腔室(如，洗滌1腔室( W1)、洗滌2腔室( W2))(如圖6B所示，右圖)、以及用於控制空氣並藉以控制流體流動的通氣口堆疊體(air vent stack)。轉子 340經配置於均質化腔室以用於在萃取緩衝液均質化試驗樣本。在組裝期間可調整轉子的形狀以適配杯。中間墊圈 502位於上部杯本體 320的底部以將本體 320密封至具有用於流體流動的孔之歧管 520。歧管 520經配置以保持過濾器 325及流體路徑 370以供流體流動。添加另一個中間墊圈 503以將歧管 520密封至杯底 330，其中反應腔室(如，腔室 331)、偵測感測器(如，玻璃晶片 333)、玻璃墊圈(如，墊圈 334)及記憶體晶片(如，EPROM)位於此處。轉子 340透過O形環 505(圖5C所示)密封至底部。旋轉閥 350透過閥墊圈 504在底部 330處配置至杯 300。在另一實施例中，旋轉閥 350可透過彈簧臂配置至杯 300，諸如位於杯底 330處的波形盤狀彈簧及壓縮螺旋彈簧(如，圖7K中所示的 721)。在圖5C中以剖視圖例示圖5A中杯的各個部件的配置。
根據本揭示，在圖6A中例示拋棄式杯 300的第三實施例。圖6B至6G進一步例示在圖6A的拋棄式杯 300的部件。在此實施例中，偵測感測器及流體路徑的配置被進一步整合。如圖6A所示，匣包括頂部部分 310、本體部分 320及底部部分 330。轉子 340透過墊圈 612被密封至杯本體 320。旋轉閥 350透過盤狀彈簧 613或替代地透過杯底部分 330的壓縮螺旋彈簧(如，圖7K所示的 721)被組裝至匣。當實施偵測分析時，旋轉閥 350可旋轉並移動密封件 612以釋放轉子 340以使試驗樣本均質化。在此實施例中，在杯本體 320的底部與底部覆蓋件 337之間設有獨立面板 631，其中包括流體通道。具有流體通道的獨立面板 631等效地作為前述杯實施例(如，圖3C、圖3G及圖3I)的流體路徑 370。感測器晶片 333可透過晶片PSA 632操作性地連接至底部覆蓋件 337的反應腔室 331的感測器區 332及流體元件面板 631。在替代性實施例中，感測器晶片 333及流體元件面板 631可結合以形成單一薄面板(亦稱為晶片式通道)，因此形成獨立晶片式通道 710(如圖7A所示)。以下將詳細討論晶片式通道 710。
杯頂 310可包括具有兩個標籤 311a及 311b的頂掀蓋 311(如圖3E所示)、以及頂部覆蓋件 312(如圖3D所示)。杯本體 320可經配置以包括數個獨立腔室，包含均質化腔室 321、過濾腔室 322、廢料腔室 323、二或更多個洗滌空間( W1及 W2)，如圖6B所示(右圖)。在一些範例中，過濾腔室 322具有通風口 611(圖6A所示)。通風口 611的潤濕可傳訊至電子儀器的壓力感測器，告知腔室 322已滿(圖6B)。類似於其他設計，在杯本體 320的底部(圖6B，左圖)，設計數個埠，包含用於轉子 340的埠 340a及用於旋轉閥 350(如，圖6F所示的旋轉閥 350)的埠 350a以組裝功能性匣。當杯底部覆蓋件 337密封至杯本體 320並密封杯以形成分析模組時，這些埠與底部覆蓋件 337的埠對齊(如，如圖6C所示的埠 340a及 350a)。感測器晶片 333透過晶片PSA 632(圖6B，左圖)附接至杯本體 320的底部。
圖6C示出杯底部覆蓋件 337及杯本體 320的底部彼此對齊的仰視立體圖，指示在組裝試驗杯時每個部件的位置。當底部覆蓋件 337及杯本體 320組裝在一起時，形成具有光學窗口( 331)的偵測腔室，其中感測器區 332保持感測器晶片 333。偵測腔室 331的光學窗口提供至偵測器單元(如，圖1及圖9A的偵測裝置 100)的連接。
在此實施例中，流體元件面板 631位於杯本體 320的底部與底部覆蓋件 337之間(圖6A)；流體面板 631可操作地連接至偵測感測器。作為非限制性範例，流體元件面板 631透過晶片PSA 632連接至感測器晶片 333，並提供必要的流體路徑(如， 370)以使經處理的樣本流至偵測腔室 331，藉以流至感測器晶片 333。
在一些範例中，過濾器組件 325被插入至均質化腔室 321以過濾經處理的樣本。在一範例中，過濾器組件 325可為圖4A所示的過濾器。在另一範例中，過濾器組件 325可經配置以包括插入至過濾器墊圈 623上的過濾器 624(如，網狀過濾器)、本體過濾器 622及過濾器罩 621(圖6D)。過濾器組件 325可藉由旋轉閥 350而被緊固及控制(圖6E)。在此實施例中，過濾器罩 621與旋轉閥軸 351的螺紋頂部交互作用地接合(圖6E)。旋轉閥 350包括：閥軸 351，操作性地連接至過濾器罩 621並將其鎖定；閥盤 352，連接至閥軸 351(如，圖6F中)。在將試驗杯組裝至偵測器單元時，閥盤 352連接至偵測器單元的馬達。
圖6G示出杯底覆蓋件 337的仰視立體圖(上圖)及俯視立體圖(下圖)。底部覆蓋件 337的外部保持埠(如，埠 340a及 350a)及感測器區332的光學窗口，用於連接至偵測裝置 100。底部覆蓋件 337的內部包括用以固定旋轉閥 350的盤狀彈簧 613。
在一些實施例中，在杯底部覆蓋件 337處的反應腔室 331可包括專用的感測器區 332，其經配置以保持用於訊號偵測的偵測感測器。在本揭示的一些態樣中，偵測感測器可為固體基材(如，玻璃表面、晶片及微孔)，其表面塗覆有與目標過敏原結合之與SPN互補的短核酸序列的偵測探針。在一些範例中，保持在反應腔室 331內的感測區 332的偵測感測器可為玻璃晶片 333(如圖3C及圖6A所示)。
在其他實施例中，反應腔室 331包括至少一個光學窗口。在一實施例中，腔室包括兩個光學窗口：一主要光學窗口及一次要光學窗口。類似於其他實施例，主要光學窗口用作反應腔室 331至偵測裝置 100的介面，特別是至偵測裝置 100的光學系統 1030(如圖10A、10B及圖12A至12C所示)的介面。偵測感測器(如，玻璃晶片 333及晶片式通道 710的偵測區 333’)可位於光學窗口與光學系統的介面之間。可選擇的次要光學窗口可位於反應腔室 331的一側；次要光學窗口允許偵測背景訊號。在本揭示的一些態樣中，次要光學窗口可經建構成用於測量散射光。
在一些實施例中，印有核酸分子(即，DNA晶片)的晶片式通道 710的偵測區 333’及/或玻璃晶片 333與光學窗口對齊。在一些實施例中，DNA晶片包括至少一個反應面板及至少一個對照面板。在一些態樣中，晶片的反應面板面向反應腔室 331，其由匣 300的入口及出口通道 336包夾(如，圖3H及圖3I所示)。在一些實施例中，玻璃晶片 333的反應面板可塗覆/印刷有偵測探針(諸如短核酸探針)，其與對感興趣的過敏原具有高特異性及結合親合力的SPN雜合。接著在與核酸探針雜合時，可將SPN錨定至晶片上。
在一較佳實施例中，感測器DNA晶片(如，圖3C、圖5B及圖6A的晶片 333及圖7B的 333’)可包括：印有偵測探針的反應面板，偵測探針包括與針對感興趣的過敏原的SPN雜合的短互補序列；以及不與SPN或過敏原反應的核酸分子(作為對照探針)共價連結的二或多個對照區(對照面板)。當SPN不與目標過敏原蛋白質的結合時，互補探針序列僅能與SPN結合。在一些態樣中，印刷在對照面板上的核酸分子被探針(例如，螢光團)標記。這些對照面板提供具有機構的光學設備(optical set-up)以將相對於反應面板的訊號輸出正規並證實功能性操作程式。圖13A中例示晶片 333或偵測區 333’的示例性配置。
在另一個實施例中，感測器DNA晶片(如，圖3C、圖5B及圖6A的晶片 333及圖7B的 333’)可包括：印有偵測探針的一反應面板，偵測探針包括與針對感興趣的過敏原的SPN雜合的短互補序列；一對照區(對照面板)，與控制核酸分子共價連結；以及一或多個基準點，可引導影像處理並為影像偵測器(如，圖15A的相機偵測器)提供自校正機構。圖13C中例示晶片 333或偵測區 333’的示例性配置。
在一些實施例中，塗覆有DNA的晶片可被預包裝至匣的反應腔室 331，如，在感測區 332。在其他實施例中，塗覆有DNA的晶片可與拋棄式匣(如，圖1的杯 300)分開包裝。在其他實施例中，DNA晶片 333可附接至圖6A中所示的流體元件面板 631。在其他實施例中，DNA晶片可被整合至晶片式通道，作為晶片式通道的專用偵測區(如，圖7B所示的晶片式通道 710的 333’)。
在本揭示中提供分析匣的另一替代性實施例。在圖7A中示出此替代性實施例的試驗杯的配置，其中試驗杯 300包括間隔的類似配置(如，圖6A中所示)，包含：杯頂 310；杯本體 320，經配置以包含均質化腔室、濾液腔室、洗滌腔室及廢料腔室；以及杯底 330。此設計很簡單且只需要少量部件。在此實施例中，提供將流體元件面板 631、晶片 333及晶片PSA 632組合成單一薄片的晶片式通道 710以替換這些部件。晶片式通道 710可經由埠連接件 711透過墊圈 701(圖7A)及底部覆蓋件 337而連接至杯本體 320(圖7C)。替代地，可藉由密封面 712(如，在圖7D中所示的替代性實施例中)將晶片式通道 710焊接至杯本體。
在一些實施例中，晶片式通道 710包括流體路徑及具有偵測探針固定於其上的感測器晶片，其由獨立薄塑膠聚合物製成。根據本揭示，晶片式通道 710可為一片塑膠，其中特定區(圖7B)經配置以偵測區 333’(即，在其他實施例中獨立的DNA晶片 333的等同物)。晶片式通道 710可包括連接至偵測區 333’的流體通道(如，圖7B的路徑 370)。偵測區 333’可由入口及出口通道 336’包夾(圖7B)。晶片式通道 710可由光學透明的樹脂(諸如COC、COP及PMMA)製成。
在一些實施例中，基於核酸的偵測探針藉由UV輻射被印刷在晶片式通道 710的偵測區 333’上。在一些範例中，偵測區 333’還包括被固定在其上的對照探針。固定偵測探針及對照探針以形成獨立的反應面板及對照面板。在一些實施例中，核酸探針及對照探針被印刷在晶片式通道 710的偵測區 333’上，如圖13C所示。偵測探針及對照探針被分別印刷在反應面板 1312及對照面板 1313上。在各面板內，偵測探針及對照探針以棋盤(checkerboard)圖案印刷，諸如圖13D所示的圖案。
圖7C及圖7D示出晶片式通道 710的立體圖。在一實施例中，晶片式通道 710由埠連接件 711保持(圖7C)。真空(例如，偵測裝置 100的真空)透過埠連接件 711連接至晶片式通道 710。在另一實施例中，晶片式通道 710經由面密封件 712密封至杯底 337(圖7D)。晶片式通道 710及杯底 330的包覆成型將導致各部件的無縫結合。可使用任何包覆成型及鑄造技術(如，注射模製加工)以將各部件包覆成型為單一部件。
在一些實施例中，其上固定有偵測探針的固體基材(如，晶片式通道 710)可為具有高光學透明度的玻璃(諸如硼矽酸鹽玻璃及鈉玻璃(soda glass))。
在其他實施例中，其上固定有偵測探針的固體基材(如，晶片式通道 710)可由具有高光學透明度的塑膠材料製成。作為非限制性範例，基材可選自於由以下組成的群組：聚二甲基矽氧烷(PDMS)、環烯烴共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、環烯烴聚合物(COP)、聚醯胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、氟化乙丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚丙烯碳酸酯(PPC)、聚醚碸(PES)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、纖維素、聚(4-乙烯苯基氯) (PVBC)、Toyopearl®、水凝膠、聚醯亞胺(PI)、1,2-聚丁二烯(PB)、含氟聚合物及共聚物(如聚(四氟乙烯)(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯(ETFE))、含原冰片烯(norbornene)基團的聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸類聚合物或共聚物、聚苯乙烯、經取代的聚苯乙烯、聚醯亞胺、矽氧彈性體、含氟聚合物、聚烯烴、環氧樹脂、聚胺酯、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚全碸(polypersulfone)及聚醚酮、及其組合。晶片及晶片式通道可以注射模製來製備。
在圖7E中所示的試驗杯 300的另一實施例中，該杯進一步最佳化以改善其性能並用於產生。在此實施例中，過濾器墊圈 623被包覆成型至杯本體的內部，如，在均質化腔室 321(圖7F)。圖7I示出將部件組合成單一部件的包覆成型密封件 713的剖視圖。包覆成型促進產生過程以得到單一物件。在此實施例中，旋轉閥 350的閥軸 351的頂部包括凸輪 353(圖7G)，其與過濾器罩 621交互作用而提供旋轉運動(圖7F，右圖)。在替代實施例中，旋轉閥的閥軸可為實心刺(solid stab)(如，圖7H的 351’)。圖7J示出杯底 337(上圖)及杯本體 320的仰視立體圖(下圖)。在此實施例中，旋轉閥 350透過位於杯底部覆蓋件 337處的複數個壓縮螺旋彈簧 721而被固定在試驗杯本體 320(圖7K)。圖7K還示出杯底 337處的壓縮螺旋彈簧 721。四個螺旋彈簧 721可位於旋轉閥埠 350a的角落處以固定閥 350。在此實施例中，晶片式通道 710可被焊接至杯本體 320的底部。例如，晶片式通道 710可被雷射焊接至杯本體 320的底部。在一範例中，圖7L示出在杯本體 320底部的用於雷射焊接的焊珠材料 722。
杯底 330經配置以關閉拋棄式試驗杯 300，並在本文討論的各種實施例中提供將試驗杯 300耦合至偵測裝置 100的裝置。在一些實施例中，圖3H中所示的杯 300的底部組件 330的底側包含用於將杯 300連接至偵測裝置 100以供操作的數個介面，包含均質化轉子介面 340a，其可將均質化轉子 340耦合至裝置 100的馬達以用於控制均質化，閥介面 350a，其可將旋轉閥 350耦合至裝置 100的馬達以用於控制閥旋轉以及泵介面 380，用於連接偵測裝置 100的泵。
在本揭示中提供分析匣的另一替代性實施例。圖17A至17C中示出此替代實施例的試驗杯的配置，其中試驗杯 1730包括間隔及其他元件的類似配置(如，圖7E所示)，包含杯頂或掀蓋 1710、杯本體 320，其經配置以包含均質化腔室 623、濾液腔室、洗滌腔室、廢料腔室及杯底 337。
在此實施例中，匣包含珠 1703以協助或加速均質化與偵測。珠可由任何硬且非反應性物質製成，如金屬、陶瓷或塑膠。珠可為平滑的、帶紋理的、圓的、長圓型的、或協助均質化的任何其他形狀。珠可包含或經酵素或其他協助降解樣本的物質塗覆。實施例包含罩 1700，其可移除地附接至匣的掀蓋 1710。罩 1700包含密封於罩 1700及至少一密封件之間所界定的袋內的至少一珠 1703，密封件可為箔片或其他膜 1712。密封件 1712結合至掀蓋 1710的下部。罩 1710進一步包含穿刺元件，諸如刀片 1701。圖17B所示的實施例之剖面圖示出刀片 1701與箔片及均質化腔室並置。罩 1700可固定於及移動於溝槽 1714或掀蓋 1710頂部的其他軌道內，具有將罩 1700及掀蓋 1710分開的順應構件 1711。掀蓋 1710具有開口 1715，袋及刀片 1701可透過開口延伸。罩 1700可在軌道 1714內繞著掀蓋 1710的中心開口在1度至360度之間旋轉，使得刀片 1701穿刺或切過密封件，諸如箔片 1712。當箔片 1712打開時，允許珠落入均質化腔室內。罩 1700亦具有O型環 1702，其在罩 1700與掀蓋 1710的開口 1715之間產生牢固的密封。此牢固的密封允許反應腔室與週遭環境分開，甚至在罩 1700已旋轉或移動、切開密封件及釋出附接於掀蓋 1710的珠之後。
掀蓋 1710可包含食物埠 1716，取樣器 200可透過掀蓋放入樣本。食物埠 1716可被埠密封件 1713覆蓋及密封。當放入食物樣本時，埠密封件 1713可藉由食物取芯器 200破壞。罩 1700可具有與食物埠 1716對齊的埠 1704，允許取樣器 200通過罩 1700及掀蓋 1710而進入均質化腔室 623。在操作中，一旦食物被放入腔室 623，罩 1700在溝槽 1714旋轉，其致使刀片 1701切開箔片 1712並使珠 1703落入腔室 623。使珠 1703釋出之罩 1700的旋轉亦致使順應構件 1711在溝槽 1714內旋轉以覆蓋並密封食物埠 1716。O型環 1703及順應構件 1711牢固地密封均質化腔室 623。
圖17A的實施例亦包含兩件式均質化轉子，包含轉子基座 1740及轉子刀片 1741。基座 1740及刀片 1741可被冷焊或壓合在一起。轉子基座 1740與傳動系統(drivetrain)接合以旋轉轉子刀片 1741。轉子基座 1740穿過晶片式通道 710，而轉子刀片 1741附接至轉子基座 1740的頂部；轉子刀片 1741延伸至均質化腔室 623內。轉子刀片 1741經配置以提供更多動力至食物樣本以破壞較硬的物質。
圖17A及17B的實施例中亦可包含間隔件 1722而不是粗過濾器 622，如7E的實施例中所包含的。
在一些實施例中，提供閥系統以控制樣本、偵測劑、緩衝液及其他試劑、以及穿越匣的不同部分(如，杯內的獨立腔室)的廢料的流體流動。除本文中所討論的柔性膜、箔片密封件及夾管閥(pinch valve)，可包括其他閥以控制偵測分析處理其間流體流動，包括迴旋式止回閥(swing check valve)、閘閥、球閥(ball valve)、球型閥(globe valve)、旋轉閥、定制閥或其他市售閥。例如，壓蓋密封件(gland seal)或旋轉閥 350可用於控制杯 300內經處理的樣本溶液的流動。在一些範例中，夾管閥或旋轉閥用於將流體與其他內部閥部件完全隔離。在其他範例中，氣控閥(air operated valve)(如，氣控夾管閥)用於控制流體流動，其由加壓的空氣供應來操作。
在一實施例中，用於控制流體在杯腔室內流動的裝置可被包含在例如杯底組件 330及/或杯本體 320。該裝置可包括流動通道、管道(tunnel)、閥、墊圈、通風口及空氣連接件。在其他實施例中，用於流體流動的裝置可經配置作為杯的獨立部件，如，圖6A中所示的流體元件面板 631。
在其他實施例中，本揭示的閥系統可包括在試驗杯 300包含的額外的通氣口以當塗覆有DNA的玻璃晶片被用作為偵測感測器時控制空氣流動。在過敏原偵測分析處理期間，可藉由空氣來沖洗該DNA晶片。個別的進氣口可基於系統的需求來打開。如本文所討論的閥系統可用於保持通氣單元不動作直到使用。當流體被添加至腔室或自腔室移除時，空氣埠允許空氣進入匣(如，杯 300)，且通氣口允許空氣進入各個腔室。這些通氣口亦可具有併入於其的膜以阻止溢出，並作用為透過閉塞排氣膜來控制流體填充量的機構，自而停止進一步的流動及填充功能。
在一較佳實施例中，旋轉閥 350(示於圖3C、圖5B、圖6A及6F、圖7A、7E及圖17A中)可用於控制及調節試驗杯 300流體流動及速率。旋轉閥 350包括可藉由相關偵測裝置(如，裝置 100)操作的閥軸 351及閥盤 352(圖6F及圖7G)。在一些實施例中，可使用的旋轉閥 350’的替代性實施例如圖7H所示；閥 350’包括閥軸 351’及閥盤 352’。
在一些實施例中，圖6G、7G及7H所示的旋轉閥 350(或 350’)被連接至過濾器罩 621及轉子 340(或轉子基座 1740) (如圖6E及7F所示)。閥 350的旋轉控制匣流體的體積及流動。旋轉閥 350有助於將足夠的經處理的樣本溶液自過濾器(即，濾液)拉至反應腔室，尤其是至晶片式通道 710以供訊號偵測。
在一些實施例中，旋轉閥 350可藉由在偵測分析處理期間的重複洗滌及空氣沖洗迴圈的每一步驟以逆時針(CCW)或順時針(CW)旋轉閥部件而以特定角度定位。氣孔可允許空氣進入。空氣透過該系統而經由真空壓力被吸入以執行空氣沖洗功能。該角度可在大約2˚至大約75˚的範圍內。
作為非限制性範例，閥可相對於氣孔為約38.5˚，其中泵 1040為關閉的且反應腔室 331為乾燥的(稱為原始位置(home position))。在對試驗樣本進行處理及均質化之後，泵被開啟且閥 350被CCW旋轉並停在大約68.5˚的角度，允許經處理的樣本被輸送至過濾腔室 322。接下來，閥部件可再次以不同的方向旋轉，而停在不同的角度，諸如停在約57˚處以使洗滌緩衝液流至反應腔室 331以及停在約72˚處而以空氣沖洗DNA晶片。預洗DNA晶片之後，可將閥部件旋轉至約38.5˚的原始位置。經處理的樣本溶液被拉過過濾器組件 325。過濾之後，閥部件可旋轉並停在約2˚的角度，允許收集的濾液流入反應腔室 331，其中發生化學反應。閥 350將旋轉並停在約57˚以使洗滌緩衝液流至反應腔室 331以及停在約72˚而以空氣沖洗DNA晶片。洗滌及空氣沖洗步驟可重複一或多次直至光學測量顯示乾淨的背景。
在其他實施例中，旋轉閥 350操作性地連接至過濾器罩 621(圖6E)。例如，在試驗杯 300的運輸期間，過濾器罩鎖定旋轉閥 350。
在一實施例中，閥系統可為如圖8A及圖8B所示的旋轉閥。在此實施例中，旋轉閥 350被定位成控制空氣進入及流體流動。這樣的定位可驅動在均質化腔室 321的均質化、過濾及收集濾液( F)、樣本洗滌(如，洗滌1( W1)及洗滌2( W2))、以及廢料收集(在圖8A中)。在圖8B的步驟1中，旋轉閥 350處於關閉位置，其中沒有在任何一個腔室之間建立連接。在圖8B的步驟2中，旋轉閥 350將洗滌1腔室 W1連接至反應腔室 331以沖洗反應腔室 331，隨後將洗滌緩衝液推出至廢料腔室 323。在圖8B的步驟3中，旋轉閥 350將均質化腔室 321連接至濾液腔室 F以影響過濾步驟。在圖8B的步驟4中，旋轉閥 350將濾液腔室 F連接至反應腔室 331以將濾液送至反應腔室 331以供反應及分析。在圖8B的步驟5中，旋轉閥 350將洗滌2腔室 W2連接至反應腔室以再次沖洗反應腔室 331。
在一些實施例中，萃取緩衝液可被預儲存在分析匣，如，杯本體 320的均質化腔室 321，例如被儲存在箔片密封的容器，如食物處理容器 801(圖8C)。替代性地，萃取緩衝液可被分開地儲存在杯本體 320的獨立緩衝液容器，一種類似於洗滌緩衝液儲存容器 802(在緩衝劑儲存腔室 324(可選)，如圖8C所示)的容器。樣本均質化之後的萃取緩衝液及洗滌廢料可被儲存在廢料腔室 323的獨立廢料容器 803。廢料腔室 323具有足夠的容積以儲存大於偵測分析期間使用的流體的量。
根據本揭示，均質化轉子 340可經建構成夠小以適合於放入拋棄式試驗杯 300，尤其為放入至均質化腔室 321，均質器在其中處理待試驗的樣本。此外，均質化轉子 340可被最佳化以增加樣本均質化及蛋白質萃取的效率。在一實施例中，均質化轉子 340可在近端包括一或多個葉片或其等同物。在一些範例中，轉子 340可包括一、二、三或更多個葉片。均質化轉子 340經配置以將試驗樣本自食物取芯器 200拉入至均質化腔室 321的底部。
替代性地，均質化轉子 340可進一步包括穿過轉子的中心桿，其透過杯本體 320連接至第二介面嘴口(bit)。中心桿可用作附加的軸承表面，或用於將旋轉運動傳遞至轉子 340。當轉子 340透過杯底的埠(如， 340a)安裝至杯本體時，葉片尖端可在操作期間保持浸沒在萃取緩衝液內。在另一替代性實施例中，均質化轉子 340可具有延伸部以提供穿過杯的底部的通道(pass)；該通道可用作第二軸承支撐件及/或用於動力傳遞的附加位置。在此實施例中，轉子的下部具有錐體以裝配至軸，而形成一件式轉子。根據本揭示，帶有或沒有中心桿的均質化轉子 340的葉片的深度經建構成確保葉片尖端在樣本處理期間處於流體。
與其他均質機(如，美國專利第6,398,402號；藉由引用將其整體併入本文中)相比，本揭示的定制葉片芯旋轉且拉動及迫使食物進入定制罩的齒狀表面。均質機轉子可由任何熱塑性材料製成，包含但不限於聚醯胺(PA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)及乙縮醛(POM)。
拋棄式匣可為任何形狀，例如，圓形、橢圓形、矩形或卵形。這些形狀的任一者可設有指狀切口或凹口。拋棄式匣可為不對稱的或對稱的。
可選擇地，可在杯掀蓋 311的頂部上包含標記或箔片密封件以提供最終的流體密封及對試驗杯 300的識別。例如，花生的名稱指示拋棄式試驗杯 300用於偵測食物樣本的花生過敏原。    偵測裝置
在一些實施例中，偵測裝置 100可經配置以具有：外部殼體 101，為偵測裝置 100的部件提供支撐表面；以及掀蓋 103，打開用於插入拋棄式試驗杯 300的偵測裝置 100並在操作期間覆蓋杯。小掀蓋可位於裝置的一側(如圖1及圖9A所示)，或位於中心(未示出)。在本揭示的一些態樣中，掀蓋可為透明的，允許透過蓋 103可看見所有操作。該裝置亦可包括用於傳遞資料的USB埠 105。
在圖1及圖9A中示出根據本揭示的過敏原偵測裝置 100的一實施例。如圖1所示，偵測裝置 100包括外部殼體 101，其提供用於將偵測裝置 100的各部件保持在一起的支撐件。外部殼體 101可由塑膠或其他合適的支撐材料形成。在其他實施例中，裝置可由鋁製成。裝置亦具有用於對接試驗杯 300的埠或插座 102(圖1及圖9A)。
為執行過敏原偵測試驗，偵測裝置 100設有：用於操作均質化組件的裝置(如，馬達)及將馬達連接至均質化組件的必要的連接器；用於控制旋轉閥的裝置(如，馬達)；用於在過敏原偵測試驗期間驅動及控制經處理的樣本溶液流動的裝置；光學系統；用於對來自試驗樣本的過敏原與偵測劑之間的偵測反應的螢光訊號進行偵測的裝置；用於使偵測訊號目視的裝置，包括對經偵測的訊號進行轉化並數位化；顯示試驗結果的使用者介面；以及電源。
自透明掀蓋 103(圖9A)觀察，裝置 100具有包括用於耦合匣 300(當被插入時)的部件的區的介面以用於操作偵測反應(圖9B)。這些區包含均質化嘴口 910，用於將轉子 340耦合至馬達；真空嘴口 920，用於將杯與真空泵耦合；旋轉閥驅動嘴口 930，用於將旋轉閥 350耦合至閥馬達；以及保護玻璃 940，其透過反應腔室 331的光學窗口與玻璃晶片 333或晶片式通道 710的感測器區 333’對齊。亦包含資料晶片讀取器 950以讀取資料晶片 335。銷 960用於協助杯 300在裝置 100的插座的放置。
在本揭示的一個實施例中，如圖10A所示，偵測裝置 100的部件被整合以提供用於操作偵測反應的所有運動及致動，包含馬達 1010，其可連接至杯本體 320中均質化腔室 321內的均質化轉子 340。馬達 1010可透過多部件耦合組件連接，包含：齒輪組/驅動平台，用於在過敏原偵測試驗中均質化期間驅動轉子；閥馬達 1020，用於驅動旋轉閥 350；光學系統 1030，其連接至拋棄式試驗杯 300內的反應腔室 331(未示出)或晶片式通道 710；真空泵 1040，用於控制及調節空氣及流體流動(未示於圖10A中)；PCB顯示器 1050；以及電源 1060(在圖10B中)。用於保持試驗杯的裝置(即，杯保持器 1070)被包含以用於保持試驗杯 300。將在下文詳細說明各部分。
在本揭示的一實施例中，如圖18A及18B所示，偵測裝置 100可包含整合秤組件 1800作為裝置 100的掀蓋。秤組件可在參與裝置的完整分析前用於判定裝置中待分析的食物樣本的重量、質量或體積。藉由判定食物的重量，使用者可在開始分析前判定是否已捕獲適當的食物量。這防止浪費分析、試劑或莢艙。
整合秤組件 1800可包含框體 1810以供連接所有組件 1800的元件。覆蓋件 1811作為裝置 100的最外側掀蓋以及可用作為將食物樣本放置於其上的秤表面。覆蓋件 1811藉由框體 1810支撐。覆蓋件 1811的底部落於應變計 1820或其他重量或質量感測裝置上。應變計 1820藉由自最初的中立位置偏轉的平行元件來判定食物的重量。元件的偏轉程度允許可測量因子被轉換為重量。此處理可發生於整合於整合秤內的電子元件。掀蓋 1800或殼體 101內的電子元件將類比輸出自應變計 1820轉換成數位輸出，顯示重量。由墊圈 1813及平台 1812支撐的應變計 1820可用於對應變計 1820提供回饋以協助判定樣本的重量。掀蓋 1800可透過與通電的基座 101連接來汲取電力，或掀蓋可透過平台 1812而具有獨立的電力及連接性。如此的掀蓋 1800及部件藉由基座 1815支撐。在此實施例的觀點內，掀蓋 1800包含其他型式的秤或重量感測裝置，諸如彈簧、負載單元、雷射振動測量術(laser vibrometry)、加速器、驅動線圈或其他適當尺寸及經配置的重量測量裝置。在本實施例的範圍內，多個測量裝置可與軟體結合以計算或判定其他樣本的特性，諸如質量、體積、pH值、密度、硬度、含水量、質地或其他可用於分析及偵測的因子。
在操作中，使用者將一部分食物樣本放置於掀蓋 1800的覆蓋件 1811上。食物施加一力至覆蓋件 1811上，而應變計 1820測量位移或食物樣本的重量。在開始偵測分析前，具有整合秤 1800的掀蓋可與裝置 100整合以給予系統回饋。為了防止浪費分析，運行裝置的軟體將鎖定分析的啟動，直到測量到足夠重量的樣本。掀蓋 1800適於安裝於裝置 100，如圖10A所示，並在其他部件之間整合，如圖18B所示。框體 1810包含可安裝於插座 102內的應變計 1820。光學系統 1030及顯示器 1050安裝於掀蓋 1800下方。均質化馬達 1010及閥馬達 1020在整合掀蓋 1800下的裝置具有足夠的空間。 1. 均質化組件
在一實施例中，馬達 1010可透過多部件轉子耦合組件而連接至試驗杯 300內的均質化轉子 340。轉子耦合組件可包括：耦合件，其直接連結至轉子 340的遠端罩；及齒輪頭，其為齒輪組或驅動器(未示出)的一部分，用於連接至馬達 1010。在一些實施例中，耦合件在其各端可具有不同的尺寸，或在耦合件的各端具有相同的尺寸。耦合組件的遠端可透過杯底 330的轉子埠 340a連接至轉子 340。在本揭示的範圍內，用於將馬達連接至均質化轉子 340的其他替代裝置可用於形成功能性均質化組件。
在一些實施例中，馬達 1010可為市售的馬達，例如，Maxon馬達系統：Maxon RE-max及/或Maxon A-max (Maxon Motor ag，美國加州聖馬特奧)。
可選擇地，可提供加熱系統(如，電阻加熱、或帕耳帖(peltier)加熱器)以提高均質化的溫度，因此，增加樣本離解的有效性並縮短處理時間。溫度可升高至60℃至95℃，但低於95℃。升高的溫度亦可促進偵測分子與待偵測的過敏原之間的結合。可選擇地，可提供風扇或帕耳帖冷卻器以在實施試驗後快速降低溫度。
馬達 1010驅動均質化組件以使萃取緩衝液的試驗樣本均質化並離解/萃取過敏原蛋白質。經處理的樣本溶液可透過流動管被泵送或壓至下一個腔室以供分析，例如，進入反應腔室 331，其中將經處理的樣本溶液與預載入的偵測分子(如，適體磁珠共軛物)混合以供偵測試驗。或者，經處理的樣本溶液可在被傳遞至反應腔室 331進行分析之前，首先透過流動管被泵送或壓至過濾器組件 325，且接著送至濾液腔室 322。 2. 過濾
在一些實施例中，在偵測裝置中可包括用於控制經處理的試驗樣本的過濾的裝置。在將萃取溶液遞送至反應腔室 331及/或其他腔室以供進一步處理(如洗滌)之前，食物樣本將被擠壓穿過過濾膜或過濾組件。一範例為過濾膜。膜提供自經處理的蛋白質溶液中特定顆粒的過濾。例如，過濾膜可過濾高達約0.1 μm至約1000 μm、或約1 μm至約600 μm、或約1 μm至約100 μm、或約1 μm至約20 μm的顆粒。在一些範例中，過濾膜可移除高達約20 μm、或約19 μm、或約18 μm、或約17 μm、或約16 μm、或約15 μm、或約14 μm、或約13 μm、或約12 μm、或約11 μm、或約10 μm、或約9 μm、或約8 μm、或約7 μm、或約6 μm、或約5 μm、或約4 μm、或約3 μm、或約2 μm、或約1 μm、或約0.5 μm、或約0.1 μm的顆粒。在一範例中，過濾膜可自處理樣本移除高達約1μm的顆粒。在一些態樣中，過濾膜可組合使用以自用於分析的測定中過濾特定顆粒。過濾膜可包含多級過濾器。過濾膜及/或過濾器組件可為相對於流量閥的任何組態。例如，流量閥可在過濾的任何階段之上、之下或之間。
在一些實施例中，過濾器組件可為如圖4A所示的複雜過濾器組件 325，其中透過粗過濾器 411、深度過濾器 412及膜式過濾器 420依次過濾經處理的樣本。在其他實施例中，過濾器組件 325可為圖6D所示的過濾器堆疊。 3. 泵及流體運動
根據本揭示，提供用於驅動及控制經處理的樣本溶液的流動的裝置。在一些實施例中，該裝置可為真空系統或外部壓力。作為非限制性範例，該裝置可為經配置以多功能的平台(如，焊接的塑膠抓斗機(clamshell))，因為其可支撐齒輪組的軸線並且可提供自泵 1040施加至試驗杯 300的真空的泵送(密封的空氣通道)。泵 1040可透過位於底部的泵埠 920連接至試驗杯 300(圖9B)，當杯被插入至裝置時連接至試驗杯 300的底部 330上的泵介面 380(圖3G)。
泵 1040(諸如壓電微型泵(如，日本名古屋的Takasago Electric股份有限公司)、或蠕動泵(peristaltic pump))可用於控制並自動調節流至目標的流動速率。泵的流動速率可藉由更改驅動器電壓或驅動頻率來調節。作為非限制性範例，泵 1040可為蠕動泵。在另一實施例中，泵 1040可為當前在市場上的壓電泵，其具有指示其可適合於使經過濾的樣本溶液流動至試驗杯 300內不同腔室所需的等分功能的規格。泵 1040可為真空泵或供實驗室使用而建構的另一個小型泵，諸如KBF泵(KNFNeuberger，美國紐澤西特倫頓)。
或者，可使用注射泵、隔膜(diaphragm)及/或微型微蠕動泵來控制在偵測分析及/或支撐流體元件的期間的流體運動。在一範例中，可使用氣控隔膜泵。泵係藉由電子馬達(諸如DC有刷馬達)驅動。 4. 旋轉閥控制
在一些實施例中，用於控制流體流動的旋轉閥 350(如，如圖6F所示)需要處於精確位置。提供控制旋轉閥的裝置且控制機構能夠在兩個方向上旋轉閥並精確地停在期望的位置。在一些實施例中，裝置 100包括閥馬達 1020(在圖10A中所示)。如圖11A所示，閥馬達 1020可為低成本的、具有兩個低成本光學感測器(感測器 1131及 1132)的DC齒輪馬達 1110、以及微控制器。輸出耦合件 1120與旋轉閥 350介接。在一些實施例中，輸出耦合件 1120具有「半月形」支架 1170，如圖11B所示，其以突出的半部中斷輸出光學感測器 1131。輸出光學感測器訊號取決於突出的支架是否中斷感測器，而在高與低之間切換。微控制器(MCU)偵測這些轉變並自此訊號獲得輸出的絕對位置。這些轉變的位置很重要，並且針對特定應用，因為在方向改變期間會使用這些轉變來解決齒輪嚙合間隙(gear backlash)。
直驅馬達軸(direct motor shaft) 1140具有槳輪(paddle)，其中斷該直驅軸光學感測器 1132，允許直驅軸光學感測器 1132輸出一串脈衝，每轉的脈衝數由輪 1150上的槳輪數來判定。MCU讀取這串脈衝並判定輸出耦合件的度數移動。解析度取決於直驅軸編碼器輪 1150的漿輪數量及齒輪箱 1160的齒輪減速比。
只要輸出耦合架轉變的位置、直驅編碼器輪 1120上的漿輪數量及齒輪比為已知的，則MCU中斷這兩個光學感測器的輸出，並可將驅動輸出至期望的位置。在方向改變期間，在輸出轉變被看見之前，馬達必須旋轉一固定量，此固定量被選擇以克服齒輪的嚙合間隙。一旦該固定量被克服，在下一個輸出訊號轉變時，MCU可開始對直驅訊號脈衝進行計數，確信這些脈衝對應於位置及移動的精確輸出。 5. 光學系統
在實踐中，經工程加工的分子(即，適體)尋找出蛋白質。分子具有「頭部」，其與感興趣的蛋白質或錨定子結合。當與錨定子結合時，分子能夠發出螢光；螢光為可偵測的。在沒有過敏原存在的情況下，分子與錨定子結合以產生更強的螢光。當過敏原存在時，分子附接至過敏原，阻止分子與錨定子結合。此導致弱或無螢光。接著裝置及偵測單元呈現螢光等級作為過敏原的陽性或陰性。
本揭示的偵測裝置 100包括光學系統，其偵測由樣本的過敏原與偵測劑(如，適體及SPN)之間的交互作用產生的光訊號(如，螢光訊號)。光學系統可包括不同的部件及可變的配置，取決於待偵測的螢光訊號的類型。光學系統靠近偵測匣並與之對齊，例如，如上所討論的試驗杯 300的反應腔室 331的主要光學窗口及可選擇地次要光學窗口。
在一些實施例中，光學系統 1030可包含激發式光學元件 1210及發射式光學元件 1220(圖12A及圖12B)。在一實施例中，如圖12A所示，激發式光學元件 1210可包括：發光二極體(LED) 1211，經配置以將激發光學訊號傳輸至反應腔室 331的感測區(如， 332)；準直透鏡 1212，經配置以將來自光源的光聚焦；過濾器 1213(如，帶通過濾器)；聚焦透鏡 1214；以及可選擇的LED功率監控光電二極體。發射式光學元件 1220可包括：聚焦透鏡 1221，經配置以將取決於過敏原的光學訊號的至少一部分聚焦至偵測器(光電二極體)上；兩個過濾器，包括長通過濾器 1222及帶通過濾器 1223；會聚透鏡 1224，經配置以收集自反應腔室及光圈 1225發出的光。發射式光學元件收集自偵測腔室 331的固體表面(如，DNA晶片 333)發出的光，且訊號被經配置以偵測自感測區 332發出的取決於過敏原的光學訊號的偵測器 1230偵測到。在一些態樣中，激發功率監控可被整合至LED (未示於圖12A中)中。
光源 1211被配置成發送激發波長範圍內的激發光。合適的光源包含(但不限於)雷射、半導體雷射、發光二極體(LED)及有機LED。
光學透鏡 1212可與光源 1211一起使用以將激發源光提供給螢光團。光學透鏡 1214可用於限制激發光波長的範圍。在一些態樣中，過濾器可為帶通過濾器。
針對目標過敏原的螢光團標記的SPN能夠回應於至少一個激發波長範圍內的激發光而在至少一個發射波長範圍中發射取決於過敏原結合的光學訊號(如螢光)。
在一些實施例中，發射式光學元件 1220可操作以在來自反應腔室 331的偵測劑與試驗樣本的目標過敏原之間的交互作用時收集這些發射。可選擇地，可將鏡子插入在發射式光學元件 1220與偵測器 1230之間。鏡子可在一寬角度範圍內(如，自1˚至90˚)旋轉，其可有助於在小型可攜式偵測裝置內部形成緊密的光學單元。
在一些實施例中，在偵測裝置中可包含多於一個發射光學系統 1220。作為非限制性範例，可提供三個光電二極體光學系統以測量來自玻璃晶片上的未知試驗區及兩個對照區的螢光訊號(如，參見圖13B)。在其他態樣中，可在發射式光學元件 1220進一步包含額外的會聚透鏡 1224。此會聚透鏡可經配置以偵測來自晶片 333的數個不同的訊號。例如，當使用DNA玻璃晶片實施偵測分析時，除了用於過敏原偵測的偵測區之外，可在固體表面上建構多於兩個的對照區。當測量過敏原衍生訊號時，可同時偵測來自各對照區的內部控制訊號。在這種情況下，光學系統 1030可包含多於兩個的會聚透鏡 1224，一透鏡 1224用於來自偵測區的訊號，而其餘的會聚透鏡 1224用於來自對照區的訊號。
偵測器(如，光電二極體) 1230被配置成偵測自流體晶片在發射波長範圍內發射的光。適合的偵測器包括(但不限於)光電二極體、互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器、光電倍增管(PMT)、微通道板偵測器、量子點光導體、光電電晶體、光敏電阻、主動像素感測器(APS)、氣態電離偵測器、或電荷耦合裝置(CCD)偵測器。在一些態樣中，可使用單個及/或通用偵測器。
在一些實施例中，偵測器 1230可為影像偵測器，諸如下文所描述的相機。
在一些實施例中，光學系統 1030可經配置以偵測來自固體基材感測器(如，圖13A所示的DNA晶片 333或圖7A至圖7C所示的晶片式通道 710)的螢光訊號。DNA晶片可經配置以含有中央反應面板，其在晶片上被標記為「未知」訊號區(圖13A)以及在晶片的各個位置的至少兩個對照區(圖13A)。在這種情況下，光學系統 1030經配置以同時測量偵測訊號及內部控制訊號(圖13B)。
在一範例中，光學系統 1030包括兩個會聚透鏡 1224及對應的光學部件，諸如用於各透鏡 1224的控制陣列光電二極體。圖12B示出偵測裝置 100內部的圖12A所示的光學系統 1030的側視圖。在此實施例中，光學系統包括兩個會聚透鏡 1224：一個用於收集來自DNA晶片的控制陣列訊號(如，圖13B中所示的兩個訊號 1301及 1302)、以及一個針對來自DNA晶片的未知偵測訊號(如，圖13B所示的偵測訊號 1302)。在其他態樣中，會聚透鏡 1224可經配置以收集來自晶片式通道 710的偵測區 333’的訊號，如，圖13C中所示的來自反應面板 1312的一個訊號及來自對照面板 1313的另一個訊號。對於各光學路徑包括一訊號陣列二極體 1241(如，圖12A中所示的LED二極體 1211)及兩個控制分析光電二極體 1242。此外，兩個稜鏡 1243可被添加至配置以自兩個對照區收集訊號的兩個會聚透鏡( 1224)。稜鏡 1243可使控制陣列光彎曲至光電二極體感測器區。
在一些實施例中，光學系統 1030可經配置以如圖14A所示的直線模式。激發式光學元件 1410經配置以將激發光學訊號傳輸至反應腔室 331的玻璃晶片 333(如，塗覆有DNA的晶片)，其可包括LED 1411、準直(collimation)透鏡 1412、帶通過濾器 1413及柱面透鏡 1414。柱面透鏡 1414可使激發光形成一條線以覆蓋玻璃晶片上的反應面板及對照面板(如，圖13B)。與玻璃晶片 333對齊的發射式光學元件 1420可包括經配置以收集自玻璃晶片 333發射的光的會聚透鏡 1421、帶通過濾器 1422a、長通過濾器 1422b、及經配置以將過敏原依賴性的光學訊號的至少一部分聚焦至晶片讀取器 1430上的聚焦透鏡 1423。晶片讀取器 1430由三個光電二極體透鏡 1431、兩個控制陣列光電二極體 1432、訊號陣列光電二極體 1433及收集PCB 1434(圖14A)組成。在一些實施例中，會聚透鏡 1421可被成形為含有凹形第一表面以最佳化成像並最小化雜散光(stray light)。
作為非限制性範例，激發式光學元件 1410及發射式光學元件 1420可被折疊並經配置至裝置 100的階梯孔 1480(見圖14C)。激發折疊式反射鏡 1440及會聚折疊式反射鏡 1450可經配置以分別最小化來自激發式光學元件 1410及發射式光學元件 1420的光路徑(圖14B中)。經最小化的體積使得雷射可以一頻率調變，使來自環境光源的干擾最小化。光電二極體遮罩件 1460可被添加以覆蓋及保護圖14A所示的晶片讀取器 1430。然後，讀取器 1430被定位成靠近會聚透鏡 1421以最小化散射光。圖14C示出在裝置用於固持發射式光學元件 1420的階梯孔 1480的範例。會聚透鏡 1421的光圈 1470在圖14C中被示出。
LED源(如，LED 1411)可被調變及/或偏極化及定向以最小化來自玻璃晶片的反射。因此，晶片讀取器可被同步以測量經調變的光。
圖15A示出光學系統 1030的另一實施例。在此實施例中，光學系統 1030包括影像偵測器。影像偵測器可為相機 1531，作為訊號讀取器 1530的一部分。相機可捕獲晶片式通道 710的偵測區 333’或感測器DNA晶片 333的反應影像。作為非限制性範例，圖15A中所示的光學系統 1030包括：激發式光學元件 1510，其包括激發過濾器 1513、準直透鏡 1512及雷射二極體 1511；發射式光學元件 1520，其包括會聚透鏡 1521、帶通過濾器 1522a、長通過濾器 1522b(如，彩色玻璃長通過濾器)及聚焦透鏡 1523；以及訊號讀取器 1530，其包括相機 1531。光學系統的每個系統可經配置在光學殼體，如，圖15A的光學殼體 1540，其經配置以用於固持發射式光學元件 1520的部件。
圖15B示出圖15A的光學系統的剖視圖，其經組裝於偵測裝置100內。自該剖開的側視圖觀察，激發式光學元件 1510及發射式光學元件 1520分別被組裝至光學殼體。可添加保護窗口 1501以保護光學部件。可選擇地，可包括雷射調節安裝件 1502來調節激發式光學元件 1510內的雷射二極體 1511。相機 1531捕獲反應影像，且收集並處理原始影像。偵測結果可透過顯示PCB 1050顯示。
上述光學系統 1030為某些實施例的說明性範例。替代性實施例可具有不同的配置及/或不同的部件。
在其他實施例中，可使用電腦或其他數位控制系統來與光過濾器、螢光偵測器、吸收偵測器及散射偵測器通訊。電腦或其他數位控制系統控制濾光器以隨後用複數個波長的每一者照射樣本，同時基於自螢光及吸收偵測器接收的訊號來測量樣本的吸收及螢光。 6. 顯示器
如圖10B的剖開的側視圖所示，印刷電路板(PCB) 1050連接至光學系統 1030。PCB 1050可與偵測裝置 100的尺寸經配置以緊密的，並且同時可提供足夠的空間來顯示試驗結果。
因此，試驗結果可用背光圖示、LED或LCD螢幕、OLED、分段式顯示器或附接的手機應用程式來顯示。使用者可看見一個指示器，其表明樣本正在被處理、樣本已被完全處理(總蛋白質指示器)、以及試驗結果。使用者亦能夠查看電池的狀態及裝置中放置什麼類型的匣(匣或LED組件上的條碼)。例如，試驗結果將顯示為(1)實際數字ppm或mg；或(2)二進位結果是/否；或(3)風險分析--存在高/中/低或高/低風險；或(4) ppm的範圍，小於1/1-10 ppm/大於10 ppm；或(5)mg的範圍，小於1 mg/在1 mg至 10mg之間/大於 10mg。結果亦可顯示為數字、顏色、圖示及/或字母。
根據本揭示，偵測裝置 100進一步可包含其他特徵，諸如用於提供電源的裝置及用於提供程序控制的裝置。在一些實施例中，提供一或多個開關以將馬達、微型泵及/或齒輪組或驅動器連接至電源。這些開關可為簡單的微型開關，其可透過連接及斷開電池來打開及關閉偵測裝置。
電源 1060可為鋰離子AA格式電池，也可為適用於支援小型醫療裝置的任何市售電池，諸如Rhino 610電池、Tumtigy Nanotech高可放電鋰聚合物電池(Li Po battery)、或Pentax D-L163電池。
在本文的描述中，應理解部件之間的所有列舉的連接可為直接操作連接或間接操作連接。其他部件亦可包含於2017年2月21日提出的美國臨時申請案62/461,332中揭示的內容；該內容以引用方式整體併入本文中。
過敏原偵測系統可針對所有利益關係者建立回饋迴圈。利益關係者可包含使用者、使用者的家庭、照護者、健康照護提供方、或對資料存取重要的另一方(諸如研究者)。系統允許使用者輸入個人資料至使用者介面，諸如智慧型手機。接著系統能夠群眾外包(crowdsource)資料，其包含分享資料至感興趣的各方。群眾外包亦可允許消費者應用程式的回饋以便其他使用者得知具有過敏原來源或被認為不含過敏原的餐廳。此存取可協助感興趣的使用者決定哪些食物、食物來源、或餐廳被認為是不受過敏原影響的。
系統可建立使用者回饋及得自特定過敏原測試的神經網路。由使用者的各個n次試驗使得此試驗演算法更加準確。資料的神經網路建立競爭絕緣層(competitive insulation)以在必要時保護個人資料而減輕HIPAA顧慮。群眾外包及資料的神經網路建立良性資料循環的開始，包含1)裝置軟體修飾、2)來自品牌的食物規格、3)使用者食物試驗資料、4)可行動性資訊之利用、及5)演算法改良。 偵測分析
在本揭示的另一態樣，提供使用本揭示的偵測組件及系統、偵測劑及偵測感測器實施的過敏原偵測試驗。
作為非限制性範例，過敏原偵測試驗包括以下步驟：(a)收集一定量的可能含有感興趣的過敏原的試驗樣本，(b)將樣本均質化並使用萃取/均質化緩衝液來萃取過敏原蛋白質，(c)使經處理的樣本與特異性結合目標過敏原的偵測劑進行接觸；(d)使(c)的混合物與偵測感測器接觸，包括印刷有核酸探針的固體基材；(e)測量來自反應的螢光訊號；及(f)處理及數位化所偵測的訊號，並目視偵測劑與過敏原之間的交互作用。
在本揭示的一些態樣中，該方法還包括以下步驟：自偵測感測器上洗滌去未結合的化合物以移除任何非特異性結合交互作用。
在本揭示的一些態樣中，該方法還包括以下步驟：在經處理的樣本與偵測感測器(如，DNA晶片)接觸之前過濾該經處理的樣本。
在一些實施例中，收集適當尺寸的試驗樣本以用於偵測分析以提供來自分析的可靠及靈敏的結果。在一些範例中，使用一種取樣機構，其可有效且無損地收集試驗樣本以快速有效地萃取過敏原蛋白質以供偵測。
可使用例如圖2B所示的食物取芯器 200來收集試驗樣本的設定尺寸的部分。食物取芯器 200收集適當尺寸的樣本，可自其中萃取足夠的蛋白質以供偵測試驗。設定尺寸的部分的質量範圍可為0.1 g至1 g，較佳為0.5 g。此外，食物取芯器 200可藉由切割、研磨、混合、磨削及/或過濾預處理經收集的試驗樣本。經預處理的試驗樣本將被引入至均質化腔室 321以供處理及過敏原蛋白質的萃取。
所收集的試驗樣本在萃取/均質化緩衝液處理。在一些態樣中，萃取緩衝液被儲存在均質化腔室 321，且可藉由均質化轉子 340與試驗樣本混合。在其他態樣中，萃取緩衝液可自另一獨立儲存腔室被釋出至均質化腔室 321。試驗樣本及萃取緩衝液將藉由均質化轉子 340及被均質化的樣本混合在一起。在一些實施例中，萃取緩衝液預載有偵測劑(如，SPN)，藉以允許自試驗樣本萃取感興趣的分子以與偵測劑交互作用。
萃取緩衝液可為通用目標萃取緩衝液，其可自任何試驗樣本回收足夠的目標蛋白質，並進行最佳化以使蛋白質萃取最大化。在一些實施例中，通用蛋白質萃取緩衝液的製劑可在室溫下並且在最短的時間內(小於1分鐘)萃取蛋白質。在食物取樣、均質化及過濾期間可使用相同的緩衝液。萃取緩衝液可為含有10%、20%或40%乙醇的基於PBS的緩衝液、或基於三羥甲基氨基甲烷(Tris)的緩衝液(其包含pH8.0的Tris基、5mM MEDTA及20%乙醇)、或經修飾的PBS或Tris緩衝液。在一些範例中，緩衝液可為基於HEPES的緩衝液。經修飾的PBS緩衝液的一些範例可包含：P+緩衝液及K緩衝液。基於Tris的緩衝液之一些範例可包含緩衝液A+、緩衝液A、B、C、D、E、及緩衝液T。作為非限制性範例，萃取緩衝液可包含20mM EPPS、2% PEG 8000、2% F-127(Pluronic)、0.2% Brij-58 (pH8.4)。在一些實施例中，可最佳化萃取緩衝液以增加蛋白質萃取。在PCT專利申請案第PCT/US2014/062656號中揭示各經修飾的緩衝液的詳細描述；其內容透過引用其整體而併入本文。
根據本揭示，在樣本被均質化之後添加MgCl 2。在一些實施例中，在樣本均質化之後，MgCl 2溶液(如30µL的1M MgCl 2溶液)被添加至均質化腔室(如，圖3F的 321)。
在其他實施例中，可使用固體MgCl 2製劑來取替反應期間添加的MgCl 2溶液。固體製劑可被提供為均質化腔室(如，圖3F的 321)的MgCl 2冷凍乾燥的顆粒，其在過濾後被均質物溶解，或在過濾器(如，圖4A的過濾膜 420及圖4A及圖6D的過濾器組件 325)沉積或分層的過濾器部件(在過濾期間被均質物溶解)，或沉積在均質化腔室 321內表面的MgCl 2薄膜，或含有在濾液腔室(如，濾液腔室 322)儲存或在獨立支撐件上的冷凍乾燥珠的MgCl 2。在過濾器組件 325的情況，深度過濾器的棉層過濾器(如， 412)可以MgCl 2製劑浸漬。不論製劑，MgCl 2都會在不到1分鐘，較佳在不到30秒內溶解以與經處理的樣本均質物接觸。MgCl 2可在約10秒、或約15秒、或約20秒、或約25秒、或約30秒內溶解。固體製劑將在這短時間內釋放MgCl 2以達至30mM的最終濃度。在一些態樣中，固體MgCl 2製劑可能不會分解成粉末。
萃取緩衝液的體積可為0.5 mL至3.0 mL。在一些實施例中，萃取緩衝液的體積可為0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL或3.0 mL。體積已確定為隨時間推移且在不同食物基質中為有效且可重複的。
根據本揭示，使用均質化組件對試驗樣本進行均質化及處理，其已經以高速均質化進行最佳化以最大程度地處理試驗樣本。
在本揭示的一些態樣中，過濾機構可被連接至均質機。接著驅動經均質化的樣本溶液以流經過程的過濾器以進一步萃取過敏原蛋白質並移除可能在試驗期間干擾流動及光學測量的顆粒，降低自試驗樣本萃取的其他分子的量。過濾步驟可進一步達成樣本的均勻黏度以在分析期間控制流體。在將DNA玻璃晶片用作偵測感測器的情況下，過濾可移除可能黏附在晶片上並在試驗期間干擾光學測量的脂肪及乳化劑。在一些實施例中，可將過濾膜(諸如來自CORNING (CORNING，美國紐約)或類似的定制實施例)的細胞過濾器(cell strainer)連接至均質機。過濾過程可為自第一過濾器至第二、或至第三之具有不同孔尺寸的多級配置。可根據待試驗的食物基質來調整及最佳化過濾過程。作為非限制性範例，具有小的孔尺寸的過濾器組件可用於在處理乾食物時捕獲顆粒並吸收大量液體，因此，在過濾期間會使用較長的時間及較高的壓力。在另一範例中，當處理脂肪類食物時，塊狀過濾可被實施以吸收脂肪及乳化劑。過濾可進一步促進自螢光食物移除螢光霧或顆粒(其將干擾光學測量)。
過濾器可為簡單的膜式過濾器，或為由過濾材料(諸如PET、棉及砂等)的組合組成的組件。在一些實施例中，經均質化的樣本可透過過濾膜或過濾器組件(如圖4A的過濾器組件 325)過濾。
在本揭示的一些態樣中，取樣程式可在不到1分鐘的時間內達到有效的蛋白質萃取。在一態樣中，消化速度可小於2分鐘，包括食物拾取、消化及讀出。該程式大約可持續15秒、30秒、45秒、50秒、55秒、1分鐘或2分鐘。
經萃取的過敏原蛋白質可與針對一種或多種感興趣的過敏原的一種或多種偵測劑混合。過敏原蛋白質萃取物與偵測劑之間的交互作用將產生可偵測訊號，其指示試驗樣本中一種或多種過敏原的存在或不存在。如本文中所使用，術語「偵測劑」或「過敏原偵測劑」意指能夠以允許偵測樣本的此過敏原的方式與一或多種過敏原交互作用及/或與一或多種過敏原結合的任何分子。偵測劑可為基於蛋白質的試劑(諸如抗體)、基於核酸的試劑、或小分子。
在一些實施例中，偵測劑為基於核酸分子的傳訊多核苷酸(SPN)。SPN包括以高特異性及親合力結合目標過敏原蛋白質的核心核酸序列。SPN可源自由SELEX法選擇的適體。如本文中所使用，術語「適體」意指核酸種類，其透過重覆的體外選擇或等效地SELEX (指數增強的配體的系統進化)工程加工，用以結合各種分子目標，諸如小分子、蛋白質、核酸、甚至細胞、組織及器官。與目標分子的結合特異性及高親合力、在週遭溫度下的靈敏度及複製性、相對較低的生產成本、以及開發能夠識別任何蛋白質的適體核心序列的可能性，確保有效但簡單的偵測分析。
根據本揭示，可用作偵測劑的SPN可為針對常見過敏原(諸如花生、樹堅果、魚、麩質、牛奶及雞蛋)的適體。例如，偵測劑可為申請人相關的PCT申請公開案第WO2015066027號、第WO2016176203號、第WO2017160616號及第WO2018089391號；及2018年8月3日所提交的美國臨時申請案第62/714,102號中所述的適體或SPN；該各內容以引用方式整體併入本文中。
在一些實施例中，偵測劑(如，SPN)可用螢光標記來標記。螢光標記、螢光團可合適地具有在200至700 nm範圍內的激發最大值，同時發射最大值可在300至800 nm的範圍內。螢光團可進一步具有在1至7奈秒、較佳地3至5奈秒的範圍內的螢光鬆弛時間(fluorescence relaxation time)。作為非限制性範例，可在SPN的一末端處接上探針的螢光團可包括硼二吡咯甲烷(BODIPY，如，BODIPY TMR染料；BODIPY FL染料)、螢光素及其衍生物、羅丹明(rhodamine)及其衍生物、丹磺醯基(dansyl)及其衍生物(如丹磺醯氯(dansyl cadaverine))、德州紅、伊紅(eosin)、花青染料、吲哚花青(indocarbocyanine)、氧卡巴花菁(oxacarbocyanine)、硫碳菁(thiacarbocyanine)、部花青素(merocyanine)、方酸(squaraine)及其衍生物噻咜(derivatives seta)、噻陶(setau)、方形染料、萘及其衍生物、香豆素及其衍生物、吡啶基噁唑(pyridyloxazole)、硝基苯并二唑(nitrobenzoxadiazole)、苯并
Figure 110137981-1
二唑(benzoxadiazole)、蒽醌、芘(pyrene)及其衍生物、噁嗪(oxazine)及其衍生物、尼祿紅、尼祿藍、藍膽紫(cresyl violet)、噁嗪170、原黃素(proflavin)、吖啶橙、吖啶黃、金胺(auramine)、結晶紫、孔雀綠、卟吩(porphin)、酞青素(phthalocyanine)、膽紅素、四甲基羅丹明(tetramethylrhodamine)、羥基香豆素、氨基香豆素(aminocoumarin)、甲氧基香豆素(methoxycoumarin)、級聯藍(cascade blue)、太平洋藍、太平洋橙、NBD、r-藻紅素(PE)、紅色613；perCP、trured；fluorX、Cy2、Cy3、Cy5及Cy7、TRITC、X-羅丹明、麗絲胺(lissamine)羅丹明B、別藻藍蛋白(APC)及Alexa螢光染料(如Alexa Fluo 488、Alexa Fluo 500、Alexa Fluo 514、Alexa Fluo 532、Alexa Fluo 546、AlexaFluo 555、Alexa Fluo 568、Alexa Fluo 594、Alexa Fluo 610、Alexa Fluo 633、AlexaFluo 637、Alexa Fluo 647、Alexa Fluo 660、Alexa Fluo 680及Alexa Fluo 700)。
在一範例中，SPN在SPN序列的5’端標記有Cy5。在另一範例中，SPN在SPN序列的一端標記有Alexa Fluo 647。
在一些實施例中，針對感興趣的過敏原的SPN被預儲存在均質化腔室 321的萃取/均質化緩衝液(圖3B及圖3F)。萃取的過敏原蛋白質(若存在於試驗樣本中)將與SPN結合，形成蛋白質：SPN複合物。此蛋白質：SPN複合物可在試驗進行期間藉由偵測感測器被偵測。
在一些實施例中，可提供八種主要食物過敏原(即，小麥、雞蛋、牛奶、花生、樹堅果、魚類、貝類及大豆)的偵測劑作為拋棄式用品。在一態樣中，偵測劑的建構體可與MgCl 2儲存，或者與KCl緩衝摻雜。MgCl 2使建構體保持緊密關閉，而KCl稍微將其打開以供結合。
在一些實施例中，偵測感測器為印有核酸的固體基材。如本文中所使用，術語「偵測感測器」意指可捕獲反應訊號(即，自過敏原蛋白質及偵測劑的結合延伸得到的反應訊號)、測量目標的數量及/或品質並將測量值轉換為可數位地測量的訊號之儀器。
在一些實施例中，偵測感測器為塗覆有核酸分子(如本文中稱為核酸晶片或DNA晶片)的固體基材(諸如玻璃晶片)。例如，偵測感測器可為插入至本揭示的反應腔室 331、或試驗杯 300(圖7A)的晶片式通道 710的玻璃晶片 333。偵測感測器也可為獨立玻璃晶片，例如，由玻璃晶圓及鈉玻璃、或微孔、或丙烯酸玻璃、或微晶片、或由COC(環烯烴共聚物)及COP(環烯烴聚合物)製成的塑膠晶片、或膜類基材(如，硝化纖維素)製備，其表面塗覆有核酸分子。
在一些實施例中，塗覆有核酸的晶片可包括至少一個反應面板及至少兩個對照面板。反應面板印有與SPN雜合的核酸探針。如本文中所使用，術語「核酸探針」意指短寡核苷酸，其包括與SPN的核酸序列互補的核酸序列。探針的短互補序列可與游離的SPN雜合。當SPN未與目標過敏原結合時，SPN可透過雜合作用被錨定至探針上。當SPN與目標過敏原結合而形成蛋白質：SPN複合物時，蛋白質：SPN複合物阻止SPN及其核酸探針之間的雜合。
在一些範例中，探針包括與SPN的3’端序列(特異性結合目標過敏原蛋白質)互補的短核酸序列。在此情況下，在萃取/均質化緩衝液提供針對目標過敏原蛋白質的SPN。當樣本在均質化腔室 321被處理時，目標過敏原(若存在於試驗樣本中)將結合至SPN，並形成蛋白質：SPN複合物。當樣本溶液流至偵測感測器時，如，反應腔室 331(圖3B)的DNA晶片 333或晶片式通道 710(圖7A)，結合的過敏原蛋白質阻止SPN與晶片表面上的互補SPN探針雜合。蛋白質：SPN複合物被洗滌掉，並且沒有偵測到螢光訊號。在試驗樣本中不存在目標過敏原蛋白質時，游離的SPN將與晶片表面上的互補SPN探針結合。螢光訊號將自反應面板被偵測(如圖13A及圖13B所示)。
在一些實施例中，偵測感測器(如，印有核酸的晶片)進一步包括至少兩個對照面板。對照面板印有不與SPN或蛋白質結合的核酸分子(本文稱為「對照核酸分子」)。在一些範例中，對照核酸分子用螢光標記來標記。
在一些實施例中，核酸探針可被印刷至玻璃晶片的中央的反應面板(「未知」)，並且對照核酸分子可被印刷至玻璃晶片上的反應面板的各側處的兩個對照面板，如圖13A所示。
在一些實施例中，核酸晶片(DNA晶片)可藉由本領域已知的任何已知的DNA印刷技術來製備。在一些實施例中，可藉由使用單點移液(spot pipetting)將核酸溶液移液至玻璃晶片上，或者藉由以包含核酸探針溶液的濕PDMS模印，然後將模印抵靠在玻璃載片(glass slide)上壓印，或者藉由與微流體培養腔室的流動來製備DNA晶片。
作為非限制性範例，玻璃晶圓可被雷射切割以產生10×10 mm的玻璃「晶片」。每個晶片包含三個面板：一個反應面板(即，圖13A中所示的晶片的「未知」區)，其被兩個對照面板(圖13A)包夾。反應面板含有與針對過敏原蛋白質的SPN結合的共價結合的短互補核酸探針。SPN由適體衍生並經修飾以含有CY5螢光團。在沒有目標過敏原蛋白質時，SPN可自由地與反應面板的探針結合，產生高螢光訊號。在目標過敏原蛋白質存在時，SPN：探針雜合介面被目標蛋白質與SPN的結合所阻塞，藉以導致反應面板上螢光訊號的降低。在偵測分析中，晶片的反應面板面向小的反應腔室(如反應腔室 331)，其被匣(如，杯 300)的入口及出口通道(如，圖3H的 336)包夾。在食物均質化期間，萃取緩衝液的SPN會與目標過敏原(若其存在與該樣本的話)結合，形成蛋白質：SPN複合物。包含蛋白質：SPN複合物之經處理的樣本溶液經由入口、透過由真空泵驅動的流體運動而進入反應腔室 331。該溶液藉著經由出口通道離開而進入至廢料腔室 323。在暴露於樣本之後，反應面板接著被洗滌，露出強度與目標過敏原濃度相關的螢光訊號。
在一些實施例中，洗滌緩衝液被最佳化以改善洗滌效率，增加基線訊號及減少非特異性結合。作為非限制性範例，洗滌緩衝液可為最佳化的PPB緩衝液，其包括普朗尼克(pluronic) F-127 (如2% w/v)、PEG-8000 (2% w/v)、Btij 58(如，0.2%w/v)及EPPS(如，20mM)，pH8.4。
根據本揭示，兩個對照面板為晶片感測器上的恆定亮區，其產生恆定訊號作為背景訊號 1301及 1302(圖13B)。此外，兩個對照面板補償雷射照明及/或拋棄式匣未對齊。若匣完美地對齊，則螢光背景訊號 1301及 1302將會相等(如圖13B所示)。如果所測量的控制訊號不相等，則將使用校正因數的查找表(look-up table)來校正未知訊號作為匣/雷射未對齊的函數。最終測量值為未知試驗區的訊號 1303與對照區的訊號位準的比較。比較位準可為試驗的批次特定參數(lot-specific parameter)之一。
具有來自反應區的高背景螢光測量值的食物樣本可能產生偽陰性結果。可提供一種驗證方法來調整處理。
在與這些對照組進行比較之後，可分析出反應面板的最終螢光測量值及任何批次特定參數，並可提供該結果的報告。
因此，亦可在注入經處理的食物樣本之前及/或之後，在基線位準上測量光吸收及光散射訊號。這些測量值將提供額外的參數以調整偵測分析。例如，此訊號可用於在洗滌後尋找反應腔室 331的殘留食物。
除上文討論的參數之外，亦可測量一或多個其他批次特定參數。參數的最佳化，例如，可使晶片的對照及未知訊號位準之間的差距最小化。
在一些實施例中，監控過程可為自動的，並且由軟體應用程式控制。DNA晶片及試驗樣本的評估、洗滌過程及最終訊號測量可在偵測分析期間被監控。
可使用本文中所述之偵測系統及裝置偵測的過敏原家族，包含來自食物、環境或來自非人類蛋白質(諸如寵物皮屑)的過敏原。食物過敏原包含(但不限於)豆科植物的蛋白質(諸如花生、豌豆、扁豆及豆類)、以及豆科植物相關的植物羽扇豆、樹堅果(諸如杏仁、腰果、核桃、巴西堅果、榛子/榛果、山核桃、開心果、山毛櫸堅果、胡桃、栗子、北美矮栗堅果(chinquapin nut)、椰子、銀杏果、荔枝堅果、澳洲胡桃堅果(macadamia nut)、南蓋果(nangai nut)及松子)、蛋、魚、貝類(諸如螃蟹、小龍蝦、龍蝦、蝦子及明蝦)、軟體動物(如蛤蚌、牡蠣、淡菜及扇貝)、牛奶、大豆、小麥、麩質、玉米、肉(諸如牛肉、豬肉、羊肉及雞肉)、明膠、亞硫酸鹽、種子(諸如芝麻、葵花籽及罌粟種子)、以及香料(諸如香菜、大蒜及芥末)、水果、蔬菜(諸如芹菜)、及米。過敏原可存在於麵粉或膳食中，或以任何形式的產品存在。例如，來自植物(諸如羽扇豆、向日葵或罌粟)的種子可用於諸如帶籽麵包的食物中，或者可被研磨以製成用於製作麵包或糕點的麵粉。
在其他實施例中，可使用本系統偵測臨床目標。如本文中所使用，術語「臨床目標」意指臨床上相關之感興趣的分子，如，疾病的診斷標記、治療的指標、預後研判指標等。樣本可為生物樣本，諸如唾液、血液、血清、血漿、尿液及糞便。樣本可為細胞培養基。 應用
本文中所述之偵測系統、裝置及方法預期使用基於核酸的偵測劑分子(諸如適體)來偵測食物樣本的過敏原。可攜式裝置允許使用者試驗食物樣本的一種或多種過敏原的存在或不存在。可使用本文中所述之裝置進行偵測的過敏原家族包含來自豆科植物(諸如花生)、樹堅果、雞蛋、牛奶、大豆、香料、種子、魚、貝類、小麥麩質、米、水果及蔬菜的過敏原。過敏原可能存在於麵粉或膳食中。裝置能夠確認這些過敏原的存在或不存在以及量化這些過敏原的量。
花生過敏影響大部分的人口，且多數致命的食物反應發生在住家之外。最近的流行病學研究指出高達2.2%的人口對花生過敏，且絕大多數致命的食物反應發生在住家外食用食物時。本分析將使消費者在食用前輕易地且快速地得知食物中花生過敏原的存在，有助於避免且減輕與意外接觸相關的焦慮、相關健康風險及成本、以及環境負擔。此類型的技術具有改善生活並降低孩童及家庭風險的潛力。基於新型適體的蛋白質偵測法在廣泛的食物基質都具有穩健性，且對花生濃度的靈敏度可低至50 ppm (百萬分之50，或mg/L的花生粉或約12.5 ppm花生蛋白質)。
如範例3所示，系統準確地偵測原料成分的花生。美國農業部(USDA)、美國農業化學家協會(AOAC)、食物過敏研究及資源計劃(Food Allergy Research and Resource Program，FARRP)、及整體食物鏈監測及品質保證國際協會(International Association for Monitoring and Quality Assurance in the Total Food Chain，MoniQA)已制定評定過敏原偵測的標準。如下表4所示的系統已顯示在廣泛的組分中偵測花生的準確率。此系統的結果顯著地超過45種食物及14種類別的所示之市場標準：烘焙產品(餅乾、穀物麵包、能量棒、蛋糕、杯子蛋糕、配類及餡料)、巧克力、冰淇淋、沙拉醬、醬料、麵及義大利麵、香料、湯及辣椒、麥片及格蘭諾拉麥片(granola)、亞洲食物、蜂密、非巧克力糖果、點心及其他。
系統包含具有內建精確度及靈敏度控制件的科學及技術控制，分析及任何硬體回饋兩者對使用者及消費者接觸點反饋。應用程式或其他軟體控制(諸如在智慧型手機上)提供系統使用的詳細教學，並結合引導及網站說明消費者使用建議。消費者支持確保產品及使用者的支持。系統遵循來自AOAC及與過敏有關的其他管理機構以及公開的獨立實驗室認證的所有性能試驗法與建議。系統可包含用以裝納裝置、額外的匣或莢艙以及其他相關裝置(諸如腎上腺素、苯海拉明錠、或其他急救藥品)的攜行袋。此應用可幫助降低遇到過敏原的風險。此應用可提醒使用者「溝通」並提醒使用者詢問餐廳服務生有關食物的過敏原。此應用可「提醒」使用者觀察並提醒使用者仔細閱讀成分表並目視觀察食物。此應用可提醒使用者「再次詢問」，並在上餐時詢問服務生有關食物的過敏原。此應用可提醒使用者「檢視」，並確認使用者了解過敏原試驗且將試驗設置於12.5ppm的等級。此應用可提醒使用者準備「急救藥品」以防萬一。
此系統作為一個整體具有確保使用者成功的簡單功能。使用者首先收集食物樣本並在如以上討論的偵測裝置之掀蓋的整合秤上秤量樣本。系統可警示使用者是否需要額外的食物，並指示應將莢艙移開且添加更多食物。系統亦將指示加入莢艙的食物是否過多，並指示應使用新的莢艙。一旦添加並處理夠多的食物，系統確保所得的影像為可分析的。在產生影像分析之後，系統判定影像是否符合驗收準則。在此之後，系統將提供結果－－是否有偵測到過敏原(花生等)。系統的控制面板(即，在智慧型手機上)指示食物如何影響分析而不管花生的存在，並且可用於校正試驗面板系統。除了反應時間、背景值、及壓力曲線，系統的演算法結合試驗及控制面板的強度以產生最準確的輸出。演算法利用嚴格的懲罰函數(penalty function)以使輸出偏離偽陰性。
系統的演算法如圖32所呈現。莢艙安裝於裝置並經監控以供光學及流體連接。在食物咀嚼作用及處理期間監控轉子或均質機速度。經由機上壓力傳感器(on-board pressure transducer)監測混合步驟期間的流動。在結果報告前評估最低成像標準。
在廣義上，本文中所述之偵測系統、裝置及方法可在除食物安全以外的各種應用用於偵測樣本的任何蛋白質含量，諸如，在平民及戰場環境之疾病醫學診斷、環境監控/控制以及偵測生化武器的軍事用途等。在更廣泛的應用中，本揭示的偵測系統、裝置及方法可用於偵測基於核酸的偵測分子所結合的任何生物分子。作為一些非限制性範例，偵測系統、裝置及方法可用於癌症標記的當場(on the spot)偵測、現場(in-field)診斷(暴露化學試劑、創傷性頭部損傷等)、第三世界應用(TB、HIV試驗等)、急救護理(中風標記、頭部損傷等)及許多其他者。
作為另一非限制性範例，本揭示的偵測系統、裝置及方法可偵測及識別樣本的致病性的微生物。可被偵測的病原體包含細菌、酵母、真菌、病毒及類病毒有機體。病原體引起動物及植物的疾病；汙染食物、水、土壤或其他資源；或在軍事領域用作生物製劑。裝置能夠偵測及識別病原體。
另一重要的應用包含將本揭示的偵測系統、裝置及方法用於醫療護理，例如，用於診斷疾病、對疾病進展設定階段並監控對某種治療的反應。作為非限制性範例，本揭示的偵測裝置可用於試驗與疾病(如癌症)相關的生物標記的存在、或不存在、或量以預測疾病或疾病的進展。本揭示的偵測系統、裝置及方法經建構成分析小量的試驗樣本，並且可由使用者實施而無需大量實驗室的培訓。
食物安全領域以外的其他擴充應用包含軍事組織的現場使用、抗生素及生物藥劑的試驗、諸如農藥及肥料之製品的環境試驗、膳食補充劑及各種食物成分及大量製備的添加劑(諸如咖啡因及尼古丁)的試驗、以及臨床樣本(諸如唾液、皮膚及血液)的試驗以判定個體是否已暴露於顯著水準的個體過敏原。 等同物及範圍
本領域技術人員將能了解到或者能夠使用不超過慣例實驗確定根據本文中所述之本揭示的具體實施方案的許多等同物。本揭示的範圍不旨在限於以上描述，而是由所附申請專利範圍來界定。
在本說明書的過程期間引入許多可替代的特徵。應理解根據本領域技術人員的知識及判斷，可以各種組合來代替此替代特徵以達到本揭示的不同實施例。
被描述為在本文中藉由引用所併入的全部或部分的任何專利案、公開案、網路位址或其他揭示材料只包含不與現有定義、聲明或其他本揭示中闡述的揭示材料相衝突的程度之併入材料被併入本文中。這樣，必要時，本文明確闡述的揭示內容取代藉由引用而併入本文的任何衝突的材料。被描述為在本文中藉由引用併入但與本文中所闡述的現有定義、聲明或其他揭示材料相衝突的任何材料或其部分，將只以在該併入的材料與現有揭示材料之間不發生衝突的程度下被併入。
在申請專利範圍中，諸如「一」、及「該」之文章可意指一個或超過一個，除非指出與上下文相反的或是另有說明。若群組成員的一個、超過一個或所有者存在於、使用於或以其他方式相關於給定之產物或程序，則滿足在群組之一或超過一個成員之間包含「或」的申請專利範圍或發明詳細說明，除非指出與上下文相反或是另有說明。本揭示包含其中群組之恰好一成員存在於、使用於或以其他方式相關於給定的產物或程序之實施例。本揭示包含其中超過一個、或整個群組成員存在於、使用於或以其他方式相關於給定的產物或程序之實施例。
應注意術語「包括」有意為開放的且允許但非必要包含額外元素或步驟。當在本文中使用術語「包括」時，也因此包含且揭露術語「由…組成」。
當給定範圍時，包含端點。此外，應理解的是除非另有說明或本領域之一般技術人員者自上下文和其理解中顯而易見，在本揭示之不同實施例中表示為範圍的值可以在所述範圍內假定任何特定的值或子範圍，除非上下文明確規定，否則披露至範圍下限單位的十分之一。
另外，應理解落於先前技術內的本揭示之任何特定實施例可明確地自任何一或多項申請專利範圍中排除。由於此等實施例被認為是本領域普通技術人員已知的，因此即使在本文中未明確闡述排除也可排除它們。本揭示的組成物的任何特定實施例(例如，任何抗生素、治療或活性成分；任何生產方法；任何使用方法；等等)可出於任何原因自任何一或多個申請專利範圍中排除，不論是否與先前技術的存在有關。
應理解所使用的文字為描述性文字而非限制性，並且可在所附的申請專利範圍的範圍內進行改變而不脫離本揭示本廣泛態樣的真實範圍與精神。
雖然已相對於數種所述實施例以某些長度及某些特定性來描述本揭示，但不意欲將本揭示限制於任何此種特定細節或實施例或任何特定實施例，而是參考所附之申請專利範圍來解釋以便鑑於先前技術提供此種申請專利範圍盡可能最廣泛的解釋，且因此有效率的含括本揭示所意圖的範圍。 範例 範例 1 ：試驗過濾材料及過濾效率
試驗各種過濾材料及其組合的過濾效率以及對訊號測量的影響，例如，偵測劑(SPN)的損失。試驗市售的過濾材料，諸如膜(PES、玻璃纖維、PET、PVDF等)、棉、砂、網及二氧化矽。
組裝包括不同過濾材料的組合的過濾器。在一範例中，過濾器組件由棉及孔尺寸為1µm的玻璃過濾器組成。棉深度過濾器及紙過濾器經建構以依次過濾樣本。過濾器組件被試驗以用於過濾不同的食物基質。在過濾處理期間測量蛋白質及SPN的回收率。各種棉體積被用於建構深度過濾器，並且棉深度過濾器與膜式過濾器組合。這些過濾器組件被試驗以用於過濾效率及SPN回收。在一研究中，收集0.5g食物樣本，並在5ml的EPPS緩衝液(pH 8.4) (Tween 0.1%)中被均質化，然後經均質化的食物樣本與5nM SPN (傳訊多核苷酸)一起培育，SPN標記有針對過敏原蛋白質的Cy5。在培育之後，一部分混合物流經過濾器組件，並測量蛋白質及SPN的回收率，並將其與過濾前的測量進行比較。
過濾器被進一步試驗及最佳化以確保過濾的效率並避免顯著的SPN損失。除試驗不同的過濾材料及其組合之外，亦可針對各種食物基質測試及最佳化其他參數(諸如孔尺寸)、過濾面積(如，深度過濾器的表面積/直徑、高度)、驅動過濾處理所需的過濾體積、過濾時間及壓力等。
在一研究中，使用漂白棉球來組裝具有不同過濾體積的深度過濾器。建構具有不同的寬度(即直徑)及高度比的棉過濾器；每個模型的寬度及高度比在約1:30至約1:5的範圍內。接著試驗棉深度過濾器在不同食物團及緩衝液體積的過濾效率。在另一項研究中，這些模型棉過濾器與1 µm孔尺寸及約20 mm²過濾面積的PET膜式過濾器組裝在一起。均質化各種食物樣本被並使用不同體積的緩衝液透過各個過濾器組件進行過濾。收集濾液並在各條件下比較回收百分比。
在另一研究中，食物樣本中摻入或沒有摻入50 ppm花生。例如，使用轉子 340(如，圖3B及圖3C所示)將摻入的樣本均質化，並且將萃取物和與花生過敏原特異性結合的SPN混合。SPN在序列的5’端含有Cy5標記。混合物透過深度過濾器(如，由棉製成的深度過濾器)及膜式過濾器(孔尺寸：1 µm)過濾。測量螢光訊號並與預過濾的混合物的測量值進行比較。
在獨立研究中，試驗及測量各過濾器組件的數個參數，其包含過濾所需的壓力及時間、蛋白質及核酸結合、洗滌效率以及分析的相容性及靈敏度。測量分析相容性作為基線強度。 範例2：MgCl 2製劑
在萃取緩衝液均質化樣本之後，試驗數種固體MgCl 2製劑以替代MgCl 2溶液的添加。評估所試驗的每種製劑的以下特徵：(1)溶解時間；(2)溶解的MgCl 2的最終濃度；(3)製劑中添加劑對偵測分析的影響；(4)溶解無需攪拌；及(5)沒有碎成粉末且不阻塞均質化腔室的出口。 冷凍乾燥的 MgCl 2 製劑
34種MgCl 2製劑在1.5mL微量離心管(Eppendorf tube)被冷凍乾燥並試驗其溶解時間、機械穩定性、在沒有攪拌的情況下暴露於萃取緩衝液10秒、及其他特徵。2種製劑迅速溶解且不形成粉末。數種MgCl 2製劑在沒有攪拌的情況下暴露於萃取緩衝液10秒並藉由BioVision鎂分析及本文中所述之分析判定回收緩衝液的鎂含量。分析結果指示包括麥芽糊精及羥乙基纖維素(HEC)的冷凍乾燥MgCl 2製劑(表1)得出緩衝液SPN的最高強度，如圖16A所示。 MgCl 2 作為過濾成分
MgCl 2製劑(表1)沉積在棉過濾器上，並以60℃乾燥。萃取緩衝液以1 psi真空度被拉過棉過濾器。藉由BioVision比色法鎂分析來測量濾液回收的鎂的百分比。包括麥芽糊精及羥乙基纖維素(HEC)的MgCl 2製劑(表1)與在MgCl 2溶液所回收及在過濾器上的MgCl 2進行比較(圖16B)。 MgCl 2 作為薄膜
將10種不同的MgCl 2製劑沉積在聚苯乙烯支撐件上並固化。測量溶解時間，並且所有製劑在10秒內被溶解。結果指示沒有一種製劑對聚苯乙烯支撐件具有強黏附力。
Figure 02_image001
根據試驗結果，選擇數種快速溶解的固體MgCl 2製劑(如表2所示)。過濾器沉積的溶解時間取決於流速。當試驗最快的流速時，固體製劑在10秒內被溶解(如表2所示)。
Figure 02_image003
範例3：分析驗證
如本文中所討論，揭示描述在消費者裝置中成功的使用適體技術以供偵測食物的花生抗原。選擇花生蛋白質的偵測是由於大量人口對花生(Arachis hypogaea)過敏。本方法藉由設計經螢光團標記之基於適體的分析以用於偵測過敏性花生蛋白質而解決針對簡易、迅速抗原偵測的需求，並將其併入適用於消費者使用的本揭示之易於使用的定點照護裝置。分析對花生的濃度靈敏度可低至50 ppm (百萬分之50，或mg/L的花生粉或約12.5 ppm花生蛋白質)。基於新型適體的蛋白質偵測法在廣泛的食物基質都具有穩健性。
擴展此迅速且簡易的試驗法至偵測麩質以證實其強度與適應性。其他的資料證實此方法適用於其他過敏性抗原(諸如麩質)的潛力，甚至用於分子診斷之目的。 結果 適體選擇
基於花生靶向的SELEX池選擇最初的五種適體(P1-16、P1-10、PT-31、P2-8及P2-18)，並使用吉布斯自由能(Gibbs free energy)的預測變化進行序列修飾以改善三級結構的形成。為了開發具有光學讀數的基於適體的分析，將所有五種適體與德克薩斯紅(Texas Red，TR)螢光團共軛接合於5’端。
為了判定各個最佳化適體對Ara h 1 (主要的花生過敏原及花生中最豐富的過敏原(總蛋白質含量的12至16%)16、17)的親合力，將增量之經純化未標記的Ara h 1與各個適體培養，並以螢光偏極化(fluorescence polarization，FP)來篩選結合親合力(圖19A)。經TR標記的P1-16適體對Ara h 1蛋白質產生最高的親合力(Kd ~ 54±5.5 nM，表3)接著是P2-18，而P2-18的親合力略低。圖19A至C示出針對五種花生適體及目標之解離常數(Kd)的判定。將五種適體與增加濃度的目標純化AraH1蛋白質一起培養以藉由螢光偏極化判定Kd。(A)經純化的AraH1、(B)花生醬、(C)花生粉。試驗五次獨立的重覆，並在表3中示出結合等溫產量Kd值的擬合。誤差棒代表平均值的標準偏差。
Figure 02_image005
為了判定適體是否能夠偵測加工花生中Ara h 1的存在，將適體與市售花生粉或花生醬一起培養並測量FP。如觀察經純化的Ara h 1蛋白質，當與其他四種適體比較時，TR標記的P1-16在花生醬及花生粉的複雜基質中對Ara h 1產生較高的親合力(Kd分別為約141±21.9 ppm及144±31.4 ppm) (圖25B至C)。 分析設計
挑選食物以將試驗資料集設定增加至維持99%的靈敏度並將特異性降低至93%以將分析朝偽陽性偏移動。雖然FP為研究交互作用的一種靈敏方法，其也對黏度、溫度及運動效應起反應，且會被試驗基質的自體螢光影響。研究中所使用的基質(血液、食物、細胞等)可增加黏度並影響溶液中分子的翻滾，藉以造成FP兩分子不結合的可能性增加的發生。由於染料、生物分子等之內在螢光，基質亦對整體螢光強度有影響；此可造成靈敏度下降。為了克服這些限制，吾人利用短互補序列(「錨定子」)設計一強健的分析，其附接於固體支撐件(圖20)。在此分析中，經螢光標記的適體與待試驗的食物樣本培養，且接著與經固定的錨定子序列培養。若適體與花生抗原結合，則其無法與錨定子結合，並在後續的洗滌步驟期間被移除。因此在支撐件表面偵測強螢光顯示花生抗原不存在(經標記的適體與錨定子結合)，而低螢光則發生於當花生抗原存在時(經標記的適體與錨定子不結合)。
為了選擇最佳錨定子序列以供應用，將與所述適體各區互補的40種短DNA序列(錨定子)共價地附接至光學透明玻璃表面。其不同之處在於寡核苷酸序列、長度、或連接子的組成/長度(碳原子或多腺苷酸尾部)。為了減少由於基質自體螢光干擾的機率，將適體與花青素5 (Cy5)共軛而非TR。將經Cy5標記的適體與均質化花生粉培養後，將花生粉-適體混合物添加至含有40種固定於玻璃的互補性錨定子的孔(well)。在培養與洗滌後，吾人偵測到錨定子與P1-16適體互補相關的Cy5螢光降低。稀釋實驗顯示訊號取決於低至50 ppm的靈敏度之花生粉濃度(圖25A至C)。有趣的是，利用無多腺苷酸尾部之經固定的錨定子序列導致較低靈敏度且降低基線訊號。當以額外的六個碳延伸錨定子時，這些結果被重覆，猜想錨定子相對於玻璃表面的定位為影響適體結合的關鍵。圖25A至C繪示CY5-GN5適體以濃度依賴性方式在多種食物基質中與麩質結合。將GN5適體與添加濃度漸升的麩質的緩衝液一起培養。圖25B中顯示將市售食物(麩質對無麩質)均質化、過濾、然後與GN5培養。如針對P1-16適體所述，將樣本與帶有GN5序列互補的10個寡核苷酸錨定子的小晶片培養。每個樣本試驗四重覆。誤差棒代表平均值的標準偏差。
藉由判定P1-16適體與各種Ara h蛋白質的特異性來證實分析的功能性。圖23A至D繪示特異性。(A)經Alexa Fluor 647標定的P1-16適體結合與AraH1及AraH3結合。藉由培養經純化的AraH蛋白質(AraH1、AraH2、AraH3、AraH6及AraH8)與AF647-P1-16適體及以實驗臺分析測試評估結合特異性。使用非線性迴歸分析進行曲線擬合。每個濃度試驗四重覆，誤差棒代表平均值的標準偏差。(B)P1-16適體與花生蛋白質(較佳地與樹堅果結合)結合。P1-16以濃度依賴性的方式對樹堅果敏感。P1-16適體在澄清、混合在分析緩衝液的花生或樹堅果粉培養。(C)將0.1%乳品添加至緩衝液。(D)將P1-16適體與澄清樹堅果均質物於50 ppm (或對照緩衝液)下培養，並加入0或50 ppm的花生粉。每個濃度試驗四或五重覆。與FP資料一致，P1-16的螢光強度隨著Ara h 1蛋白質及Ara h 3的增加而降低，而非Ara h 2、Ara h 6、或Ara h 8蛋白質(圖21A)。P1-16與Ara h 1和Ara h 3兩者的結合並不意外，因為這兩種蛋白質為cupin超級家族的成員，當其結晶構造對齊時平方根偏差(r.m.s.d)為2.4Å。Cupin超級家族的蛋白質含有保留性β桶模體且包含其他樹堅果過敏原，諸如在核桃(如，Jug r 2蛋白質)及榛果(如，Cor a 9蛋白質)中所發現。
為了將此分析轉變為消費者友好工具以幫助過敏個體管理其食物消費選擇，吾人將分析整合至小型一次性反應膠囊，其運行於圖26A之耐用儀器上。圖26A至B繪示經整合的分析試驗莢艙及儀器。藉由耐用儀器(左)驅動一次性試驗莢艙。莢艙(右)的剖視圖顯示食物樣本被均質化及含有表面接合的錨定子序列之反應腔室的區域。吾人了解要使此分析具有商業用途的可能性，其需要是快速、易於使用、與固體食物基質相容、在不同樣本類型間的靈敏度、並展現清晰、穩定的訊號。因此，裝置被設計為在含有P1-16與均質化緩衝液的膠囊接收小食物樣本(0.1 g) (參見方法)。接著透過小混合器，膠囊將樣本均質化，並將均質物送過聚對苯二甲酸乙二酯(PET)網狀過濾器以移除大顆粒。接著使用專用流體序列將「乾淨的」均質物流過反應腔室(圖26B)，其中結合有錨定子序列。在快速培養後(1至5分鐘，依樣本變化)，含有適體的均質物被洗滌，並藉由儀器上的相機對空的反應腔室進行成像。專用演算法偵測並解釋來自剩餘結合適體的螢光，並產生「偵測到花生蛋白質」或「未偵測到花生蛋白質」的結果。
為改善分析的穩健性，吾人設計並試驗將螢光訊號正規為內部對照的方法。首先，吾人搜尋控制與P1-16適體的第二區互補的錨定子序列，其結合將對花生濃度不敏感。為此，吾人重新訪問我們最初篩選的四十個序列(圖25)。與共價錨定子互補或接近共價錨定子或對花生敏感的序列被消除。額外的錨定子序列被設計以使對照錨定子序列偏離錨定子-P1-16結合位點。在花生存在時多數錨定子展現螢光強度上的降低；然而當引入高達200 ppm的花生粉時，只有一個錨定子序列在強度上展現適當的不顯著降低。此結果認定此序列可作用為基質條件對照(圖22A)。圖22A至B繪示AF647-P1-16適體與對照錨定子結合。(A)P-16適體結合至相同表面上的兩種不同錨定子(試驗組及對照組)之比較係藉由將P1-16適體與濃度漸增的澄清花生粉均質物培養來評估。每個花生粉濃度試驗五重覆。誤差棒代表平均值的標準偏差。(B) Alexa Fluor 647-P1-16適體與試驗點(左上角交替)及對照對兩者的代表性影像。左及右側較亮的點代表光學效能的對齊標記。吾人將不敏感的「對照」錨定子及花生敏感的「試驗」錨定子的點以棋盤圖樣(圖22B)固定於反應膠囊的固體表面上以補償反應腔室的殘渣或不均勻流動及/或照明(圖27)，並調整偵測演算法以儘在對照點上達到最小螢光後成像。圖27繪示較差的影像的範例，其中由於較差的反應流(影像底部的殘餘流體)及食物殘渣的顆粒(亮斑)而無法使用的數個點。較差的點無法用於最終分析。接著各別地對試驗及對照點的螢光強度進行平均，且對照及試驗之間的強度差異接著被正規(1 - 試驗的強度/對照的強度)以產生可在各種食物基質間比較的單一值。
作為達成較亮的訊號及改良的影像分析的最終步驟，吾人將螢光團自Cy5轉變成Alexa Fluor 647 (AF647)。適體的一個重要顧慮為三維構形隨著時間經過及高溫兩者的穩定性。AF647經修飾的P1-16適體在37℃之加速老化研究(圖28)顯示在至少三年(實際時間68週)期間該適體能保持其功能。圖28繪示在3年的加速老化中AF647-P1-16保持其對花生的靈敏度。X軸的時間以月為單位(m)。為判定當曝露於長時間熔化溫度時P1-16是否能夠保有功能，吾人將AF647經修飾的P1-16適體在高於其預定熔化溫度(Tm約75℃)的熱循環儀(thermocycler)中培養，並證實其功能被保持(圖29)。圖29繪示AF647-P1-16在曝露於高溫之後保有與花生結合的能力。將AF647-P1-16於60℃、72℃、98℃培養10分鐘，接著以2度/秒的速率冷卻至4℃。藉由將AF647-P1-16適體與50 ppm澄清花生粉均質物培養來評估靈敏度。對照樣本及各溫度試驗四重覆。誤差棒代表平均值的標準偏差。 分析效能
由於此分析用於偵測花生蛋白質，吾人藉由試驗P1-16適體對多種類型的樹堅果的分析以衡量對含有cupin超級家族的蛋白質之食物的反應來挑戰此分析。以0 ppm及50 ppm試驗市售杏仁(Prunis dulcis)、腰果(Anacardium occidentale)、榛果(Corylus avellana)、山核桃(Carya illinoinensis)、開心果(Pistacia vera)、葵花籽(Helianthus annuus)、及核桃(Juglans regia)粉，並與花生粉比較。將介於試驗組及對照組之間的正規差異(normalized difference)在50 ppm被試驗的樹堅果之存在下降低(圖21B)，其可指示顯著的交叉反應。為試驗相較於其他cupin家族蛋白質，AF647-P1-16對Ara h 1/Ara h 3的特異性是否較大，吾人添加0.1%無脂乾燥牛奶至分析作為非特異性蛋白質食物基質。當相較於以0.1%牛奶的存在下試驗樹堅果時，在花生存在下試驗面板相較於對照面板的降低顯著地更大(圖21C)。吾人藉由以相同濃度的樹堅果粉摻入花生粉進行競爭實驗以衡量花生蛋白質能夠與樹堅果蛋白質競爭P1-16的結合來進一步挑戰此概念(圖21D)。含有花生及不含花生者之間的正規差異的明顯區別被認為是P1-16在樹堅果的存在下對花生蛋白質有反應。
無論所分析的基質，穩健的分析皆保有靈敏度，但無法試驗每一個可能的食物。因此，吾人進行保護研究以探討潛在的高風險食物成分及添加物之影響(如，脂肪、酸)以USDA所提出之食物中常見的最高水準在存在與不存在50 ppm的花生粉下進行試驗(表4)。
Figure 02_image007
如23A所示，分析效能不受多種經測試的成分影響，包含常見甜味劑、不溶性纖維、脂肪、食用色素、鹽、及單寧。在酸及藻酸鹽(常見的增稠劑)的存在下偵測到可變的影響。高酸度(如，純白醋)抑制P1-16與對照面板的結合，使得自未達到最小有效訊號的程度。在高於0.1%的濃度下，藻酸鈉藉由未知機制減少本分析對花生的靈敏度。當稀釋至較低濃度時，這些基質的問題得以解決，且問題範圍的食物量很少。
為證實吾人之整合裝置的準確率，吾人試驗一套三十種潛在高風險食物基質，其可能負面影響P1-16適體與試驗錨定子或對照錨定子之間的雜合。對於各食物，進行不含花生(0 ppm)的四重覆及摻入花生粉(50 ppm)的四重覆。此外，吾人試驗已知含有花生的二十種市售食物。對於各試驗正規差異(1 - 試驗/對照)被圖示於圖23B (亦可參見表5及6)中。
以AF647-P1-16適體試驗三十種摻有0 ppm或50 ppm花生粉的市售食物。所有食物進行八重覆(4重覆摻有花生而4重覆不含花生)。以平均相對螢光單位表達試驗組及對照組的強度。比率經表達為正規差異(1 - 試驗組/對照組)。具有0 ppm花生粉的所有食物顯示百分比下降小於-50%，而具有50 ppm花生粉的所有食物顯示百分比下降大於-50%。
Figure 02_image009
以AF647-P1-16適體試驗含有花生的二十種市售食物。所有食物進行四重覆。以平均相對螢光單位表達試驗組及對照組的強度。比率經表達為正規差異(1 - 試驗組/對照組) (表6)。
Figure 02_image011
圖23A至B繪示分析驗證。(A)可在主要食物成分及常見食物添加物中偵測到花生。使用多種食物成分及添加物進行分析，兩者皆具有或不具50 ppm的花生粉。每個花生粉濃度試驗四或五重覆。(B)可藉由比較試驗組對對照組的強度來區分具有或不具花生蛋白質的食物樣本。以AF647-P1-16適體試驗三十種摻有0 ppm或50 ppm花生粉的市售食物，每種約5重覆。所有樣本相對於正規差異((1 - 試驗組/對照組)被繪製在一起，並僅標記花生蛋白質含量。可看到在兩群體間的明顯區別以-50%處的虛線來表示。如由圖中虛線所指示，在這些含有花生及不含者的樣本之間有明顯分別，認定本分析成功地識別受花生汙染的食物樣本。 適應性
本分析經設計以延伸至可被適體識別的任何蛋白質目標。與本觀點一致，吾人已對額外的過敏目標(麩質)執行初步的工作。簡而言之，藉由SELEX選擇靶定麩質的適體並篩選以與錨定子序列雜合，如以P1-16適體篩選所述。經選擇的適體(GN5)對麩質展現高度靈敏度，如劑量依賴性曲線所示(圖24A)，其證實在0.2 ppm麩質的存在下螢光強度顯著降低。吾人亦對市售食物挑戰GN5適體。如圖24B所示，吾人可偵測常見食用食物中麩質的存在。圖24A至C繪示未來的工作及CY5-GN5適體以濃度依賴性方式在多種食物基質中與麩質結合。將GN5適體與添加濃度漸升的麩質的緩衝液一起培養。圖24B中顯示將市售食物(麩質對無麩質)均質化、過濾、然後與GN5培養。如針對P1-16適體所述，將樣本與帶有GN5序列互補的10個寡核苷酸錨定子的小晶片培養。每個樣本試驗四重覆。誤差棒代表平均值的標準偏差。圖24C提供僅螢光標示(上圖)之代表性影像顯示低螢光，而螢光標示與病毒RNA片段(下圖)顯示增強的螢光。如P1-16適體所述，持續工作以設計對照錨定子，確保不論食物基質都可偵測到麩質。
在此工作中，吾人設計一基於適體的分析，其能夠偵測存在於各種基質的目標。藉由利用花生蛋白質結合適體的兩個同區域，吾人證實吾等能夠1)競爭適體上的花生蛋白質結合位點及2)無論花生是否存在，與適體的不同區雜合。
對食物試驗的詳細研究(表5)顯示內部對照在正確識別未知食物樣本中花生的存在或不存在之重要性。例如，考慮到來自不含花生的列表之兩種食物；白巧克力的相對螢光單位之非正規試驗強度值為106，及杯子蛋糕的相對螢光單位的試驗強度值為71。因為杯子蛋糕的試驗強度比白巧克力低33%，甚至在不存在花生中其暗淡的螢光可能被視為「偽陽性」，而錯誤地識別含有花生的樣本。然而，杯子蛋糕的對照強度(41相對螢光單位)亦顯著地比白巧克力(51相對螢光單位)低。藉由對每個樣本的內部對照進行正規，花生的存在或不存在可在各種食物中被正確地識別。分析來自30種食物的資料認定若吾人為正規差異建立-50%的臨界值，則花生可在「未知」中被偵測。大於-50%之經正規差異的樣本含有至少50 ppm的花生粉，低於此臨界者則否。對含有花生的食物應用相同的臨界，吾人發現吾人可萃取及偵測經重度加工的花生蛋白質。持續進行研究以擴大食物模版。
總結來說，吾人偵測食物的50 ppm花生粉(等同約12.5 ppm的花生蛋白質)，包含複合基質的該些者，如，高蛋白、高鹽或酸度。持續進行工作以產生穩健的分析以偵測其他蛋白質及病毒目標，並最佳化麩質結合適體。整體來說，這些資料證實新穎的抗原偵測系統具有極強適應性，且適用於快速過渡至額外的食物過敏原以及體外診斷應用，諸如定點照護試驗。
平台(使用適體、錨定子、對照序列的獨特組合)能夠結合並以高親合力及特異性偵測廣泛的目標。這些試劑的產生是基於傳統SELEX法，但由於本文中所述之進步可強調本設計之額外靈敏度及選擇性及靈活性。相較於抗體，所提出的方法具有數個實際優點，包含試劑(1)在快速、可重製、可擴展的製程中經合成及化學性的修飾；(2)體積小且產生成本低，具有可重製生產的特性；及(3)在一定範圍內的溫度及pH值穩定。這些特徵確保裝置在極端環境(如炎熱的車中)穩定，且可使用於複雜的食物基質。一體成型的偵測平台亦表示端對端溶液，涉及(1)樣本收集、(2)經驗證的均質化及過濾法，包含可對食物以及其他基質(痰、唾液等)應用通用萃取步驟、及(3)具有內建控制件的精確光學感測器及演算法。
透過與用於食物中過敏原偵測的競爭市售裝置比較，可最佳地例示所提出的方法之優點。首先，目前市面上許多市售過敏原偵測套組依賴聚合酶鏈反應(PCR)、抗體、或基於質譜的技術。這些不同技術各具有其獨特的限制。PCR分析的限制尤為重要。廣泛使用基於PCR過敏原或病毒偵測的主要障礙為進行分析所需的實驗室規模的設備及受過訓練的專業人士。這些限制不但影響產量且提高花費，也引來相當大的操作者間及實驗室間差異性。這些相同的限制也適用於基於抗體及基於質譜的試驗。基於抗體的偵測法亦受到限制，尤其是高度交叉反應，受限的可擴展性、及高溫下的不穩定性。 適體 /SELEX 的選擇 / 描述
隨機76聚體庫(由23個核苷酸引子區包夾30個核苷酸的隨機區)受到帶有漸降的麩質(Sigma-Aldrich)濃度10輪正向SELEX，接著對蛋白質混合物進行7輪反向SELEX，其包含常見小麥替代品。池為獨立的，且在每一輪結束時被擴增。在17輪結束時，將富集的池送去定序。合成並評估最高命的十二個，選擇GN5以得到最佳靈敏度及特異性。 親合力測量
使用螢光偏極化(FP)來判定PT-31、P1-10、P1-16、P2-8及P2-18與可能目標的交互作用之解離常數(Kd)。適體合成自Integrated DNA Technologies，其5’端附接有德克薩斯紅螢光團以測量螢光偏極化的變化。在設置為5個動力循環的TECAN Spark 10M微量盤讀取器(激發570 nm/發射625 nm)上進行各實驗。以FP緩衝液(50 mM Tris-HCl、0.1% Tween-20、pH 9)的製備50 uL樣本，其含有5 nM適體及範圍自0至50 uM的濃度漸增的經純化AraH1 (Indoor Biotechnologies)或花生基質(Teddie牌無鹽花生醬或Protein Plus牌天然烘烤花生粉)，並在螢光分光計上讀取前培養10分鐘。藉由在FP緩衝液以百萬分之100,000份的儲料(stock)濃度均質化樣本，並以5,000 x g離心三分鐘使其澄清以製備花生基質。使用非線性迴歸來判定Kd (Prism 8, GraphPad)。 錨定子篩選
在Integrated DNA Technologies合成CY5-標記的適體及具有與適體互補的寡核苷酸序列的40條短DNA錨定子。半數錨定子序列含有多腺苷酸尾而所有錨定子序列於寡核苷酸的5’端處皆含有胺連接子。在Applied Microarrays(坦佩，亞歷桑納州)以各種濃度(1-40 uM)將各錨定子置於經環氧化矽烷處理的玻片上。以於HEPES的1%牛血清白蛋白將各玻片在與CY5-適體/花生粉混合物培養前預阻斷(pre-block)兩分鐘。將適體與不同濃度的花生粉混合，並在載入至孔之前允許在結合緩衝液培養。在迴轉式振盪機(orbital rotator)上以緩和搖晃的方式培養兩分鐘後，將玻片以結合緩衝液洗滌並掃描其螢光CY5訊號。在選擇5’-(胺-6C)-錨定子後以六個額外的碳原子延長連接子並以5 uM濃度印於經環氧矽烷處理的玻片上以供鑑定。 分析細節
將COP晶片放置於帶有連接至容器的流體通道之氣密腔室，洗滌溶液或經過濾的食物均質物可經由泵系統自容器抽取。首先，將100 uL的洗滌溶液(20 mM Trizma鹼、0.2% Brij-L4、0.2% Capstone FS-31, 0.25mM MgCl2)遞送至腔室，接著以些許空氣沖吹。接著以1000 uL/min的速率將100 uL的試驗樣本(含有均質化緩衝液(20mM EPPS、0.2% Brij-58、2% PEG 8000、2% Pluronic F-127、pH 8.4)、15 nM AF647-P1-16、及30 mM MgCl2)遞送至腔室。清潔腔室、拍攝影像、並評估對照點的強度。若小於30 rfu，則遞送另一等份100uL的試驗樣本。重覆此程序直到對照點的強度大於30 rfu。接著以200 uL的洗滌溶液洗滌腔室並成像。 保護帶研究
針對基質干擾研究，短暫地將15nM AF647-P1-16與所列之添加物及成分在均質化緩衝液(20 mM EPPS、2% Pluronic F-127、2% PEG 8000、0.2% Brij-58、pH 8.4)中培養。百分比表示食物樣本的量，意指100%的值，將0.1g的成分添加至3mL的分析緩衝液。接著將花生粉添加至50 ppm樣本，並如上所述進行分析。 特異性研究
將AF647-P1-16適體(20 nM)與濃度漸增之經純化的AraH蛋白質(Indoor Biotechnologies，AraH1，#NA-AH1-1；AraH2，#NA-AH2-1；AraH3，#NA-AH3-1；AraH6，#NA-AH6-1；AraH8，#RP-AH8-1)在分析緩衝液及30 mM MgCl2中培養。將市售堅果粉(山核桃、核桃、開心果、榛果、杏仁、葵花籽及腰果)以分析緩衝液均質化並藉由5,000 x g離心三分鐘使其澄清。為研究當樹堅果存在時P1-16適體的特異性，將0或50 ppm花生粉摻入含有50 ppm樹堅果粉的澄清分析緩衝液或0.1%無脂牛奶(乾燥粉末，American Bio)中。如所述對樣本進行保護帶研究分析。 用於驗證分析的基質試驗
晶片印有12.5 uM P1-16錨定子及7 uM對照錨定子兩者。食物取樣0.1g並在具有15nM P1-16的3mL分析緩衝液均質化45s。針對含有花生的樣本，亦添加30uL的5000 ppm花生均質物。最後，將30mM MgCl2添加至所有樣本。透過60 um PET篩網過濾食物均質物。如上所述進行分析。待試驗食物為：香草冰淇淋(Edy’s)、無糖香草鬆餅(Voortman Bakery)、Milky Way (Mars)、香草藍莓冰淇淋(Talenti)、牛奶巧克力(Hershey’s)、薄荷巧克力片冰淇淋(Friendly’s)、玉米脆片起司醬(Tostitos Salsa con Queso Medium)、義大利麵醬(Stop & Shop)、Fruity Pebbles水果穀片(Post)、加泰里納沙拉醬(Kraft)、蘑菇濃湯(康寶濃縮、依指示製備)、Trix cereal穀麥片(General Mills)、白巧克力(Ghiradelli)、蘋果醬(Motts Unsweetened Apple)、Cheerios全穀燕麥圈(General Mills)、雞骨肉汁(McCormick)、海鮮醬(House of Tsang)、Little Bites杯子蛋糕(Entenmann’s)、米粉(A Taste of Thai，煮至軟嫰)、美式香草爆米香(Made Good)、藍起司醬(Ken’s Steak House藍起司搭配哥岡卓拉醬)、白醬(Classico Creamy)、糖霜(Betty Crocker Frosty White Whipped Topping)、粉紅夏威夷鬆餅(Spaans Cookie Company)、fluff棉花糖(Durkee-Mower)、Lucky Charms棉花糖全穀麥片(General Mills)、德式酸菜(Stop & Shop)、Gatorade飲料(PepsiCo)、DOTS軟糖(Tootsie水果調味)、及炒蛋(一般、煮至凝固)。 麩質分析
將GN5適體與濃度漸增的麩質培養於麩質分析緩衝液(GAB、15.4 mM MES緩衝液、0.08% Tween-20、30%乙醇、及1 mM MgCl2, pH 5)中。在GAB萃取麩質(小麥來源，Sigma Life Science)並在GAB以20 nM GB1稀釋。對於食物試驗，將市售的食物與最匹配的無麩質對照物配對：圓型餅乾：Ritz牌(小麥)對上Glutino牌無麩質圓型餅乾(玉米澱粉及米粉)；Kellog牌(小麥)糖霜藍莓吐司餅乾對上Glutino牌無麩質糖霜藍莓吐司餅乾(米粉)；Snyder’s牌椒鹽餅棒(小麥)對上Snyder’s牌無麩質椒鹽餅棒(玉米及馬鈴薯澱粉)；Arnold牌鄉村白麵包(小麥)對上Udi’s無麩質白麵包(豌豆、木薯粉及米澱粉)；Mondelēz International牌動物餅乾(小麥)對上Kinnikkinnick kinniKritters動物餅乾(豌豆及馬鈴薯澱粉)以GN5進行試驗。如基質試驗說明中所述製備各食物，然而在過濾後，食物濾液額外利用GAB以1:10進行稀釋。對於兩種分析，將250 uL的GAB遞送至腔室，接著以些許空氣沖吹。接著，將500 uL的試驗樣本(GAB及20 nM GN5，含有或不含麩質)以1000 uL/min的速率遞送至腔室。接著以具有10 mM MgCl2的525 uL的GAB用相同流速洗滌腔室。接著使晶片空氣乾燥並成像。 基於溫度的穩定性實驗
將經Alexa Fluor 647標記的P1-16置於熱循環儀並以95℃、72℃、或60℃(以2℃/秒的速率提升至目標溫度)培養10分鐘，接著以2℃/秒的速率冷卻至4℃。接著將各適體以所述分析試驗，並與對照適體樣本比較，其僅曝露於環境溫度。 長期穩定性實驗
在無塵室設施內以無菌、滅菌的環境條件下在經高壓滅菌的均質化緩衝液(20mM EPPS、0.2% Brij-58、2% PEG-8000、2% Pluronic F-127、pH8.4)配製AF647-P1-16 (10nM)。這些樣本的等分試樣在37℃進行加速老化。在每個時間點，對樣本接受各點強度的測量分析，並相對於時期相符的新鮮P1-16進行比較。 範例4：系統精確度
在使用解決消費者感興趣的及AOAC建議的食物類別的45種食物資料組的分析中，本揭示的系統達到99%精確度。結果顯示於表7中，而圖30強調系統的靈敏度。此分析使用349個分析匣或莢艙給45種不同的食物來偵測花生。
Figure 02_image013
在使用解決消費者感興趣的及AOAC建議的化學及機械困難食物類別的70種食物資料組的分析中，本揭示的系統達到96%精確度。結果顯示於表8中，而圖30強調系統的靈敏度。此分析使用620個分析匣或莢艙給70種不同的食物來偵測花生。
Figure 02_image015
根據經試驗的資料，系統在12.5 ppm花生蛋白質的臨界下具有99%精確度。系統可能會被花生過敏消費者食物品牌認定為高度關注以代表AOAC食物類別的最廣泛覆蓋範圍。 範例5：試驗替代性基質
除了食物樣本，使用本偵測系統試驗臨床樣本(包含唾液、尿液、血清及糞便)的蛋白質偵測。使用本系統處理及試驗摻有不同濃度的AraH1蛋白質之1ml尿液樣本(圖1)。在莢艙( 300)處理尿液樣本並流經裝置( 100)以偵測訊號(圖33A至C)。使用本系統處理及試驗摻有不同濃度的AraH1蛋白質之1ml血清樣本(圖1)。在莢艙( 300)處理血清樣本並流經裝置( 100)以偵測訊號(圖34A至C)。
如圖33C及34C所示，本系統的Arah1蛋白質LOD(偵測極限)指示在尿液為0.1 ppm的AraH1蛋白質而在血清為0.3 ppm的AraH1 (平均標準偏差：10%)。偵測結果指示本系統可偵測莢艙( 300)尿液及血清中Arah1蛋白質的濃度為0.08至0.17 ppm，其係相當於食物中AraH1蛋白質的濃度(莢艙中濃度為1.25至1.5 ppm)。
血清及尿液中Arah1蛋白質在3分鐘內濃度低至0.1 ppm之偵測臨界具有臨床相關性。本系統所實現的臨床相關性相當於其他臨床目標的其他診斷分析，如，表9中所示的目標。
Figure 02_image017
100:偵測裝置 101:外部殼體 102:埠或插座 103:掀蓋 104:執行/動作鈕 105:USB埠 200:食物取芯器 210:柱塞 211:取芯器頂部抓握件 212:柱塞擋體 213:密封件 220:手柄 221:扣合部 222:凸緣 230:取芯器 231:刀峰 300:杯 310:杯頂 311:杯頂掀蓋 312:頂部覆蓋件 313:取芯器埠 314:通氣過濾器 315:放卸閥 320:杯本體 320a:上部殼體 320b:外部殼體 321:均質化腔室 322:濾液腔室 323:廢料腔室 324:洗滌緩衝液儲存腔室 325:過濾器組件 326:轉子墊圈 330:杯底 331:反應腔室 332:專用感測器區 333:晶片感測器 333’:感測區 334:墊圈 335:資料晶片 336:流體入口/出口 337:杯底部覆蓋件 340:均質化轉子 340a:轉子埠 350:旋轉閥 350’:旋轉閥 350a:埠/嘴口 351:閥軸 351’:閥軸 352:閥盤 352’:閥盤 353:凸輪 361:引導器面 362:引導器面 363:面 364:面 370:流體路徑 380:鼓起的介面 410:本體過濾器 411:粗過濾器 412:深度過濾器 413:固定環 420:膜式過濾器 431:濾床腔室 432:收集溝 433:濾液收集腔室 501:頂部墊圈 502:中間墊圈 503:中間墊圈 504:閥墊圈 505:O形環 520:歧管 611:通風口 612:墊圈 613:盤狀彈簧 621:過濾器上蓋 622:本體過濾器 623:過濾器墊圈 624:過濾器 631:流體元件面板 632:晶片PSA 701:墊圈 710:晶片式通道 711:埠連接件 712:面密封件 713:包覆成型密封件 721:壓縮螺旋彈簧 722:犧牲焊珠材料 801:食物處理容器 802:洗滌緩衝液儲存容器 803:廢料容器 910:均質化嘴口 920:泵埠 930:旋轉閥驅動嘴口 940:保護玻璃 950:資料晶片讀取器 960:銷 1010:馬達 1020:閥馬達 1030:光學系統 1040:真空泵 1050:PCB顯示器 1060:電源 1070:杯保持器 1110:DC齒輪馬達 1120:輸出耦合件 1131:感測器 1132:感測器 1140:直驅馬達軸 1150:輪 1160:齒輪箱 1170:支架 1210:激發式光學元件 1211:發光二極體 1212:光學透鏡 1213:過濾器 1214:光學透鏡 1220:發射式光學元件 1221:聚焦透鏡 1222:長通過濾器 1223:帶通過濾器 1224:會聚透鏡 1225:光圈 1230:偵測器 1241:訊號陣列二極體 1242:控制分析光電二極體 1243:稜鏡 1301:背景訊號 1302:背景訊號 1303:訊號 1311:基準面板 1312:反應面板 1313:對照面板 1410:激發式光學元件 1411:發光二極體 1412:準直透鏡 1413:帶通過濾器 1414:柱面透鏡 1420:發射式光學元件 1421:透鏡 1422a:過濾器 1422b:過濾器 1423:透鏡 1430:晶片讀取器 1431:光電二極體透鏡 1432:控制陣列光電二極體 1433:訊號陣列光電二極體 1434:收集PCB 1440:激發折疊式反射鏡 1450:會聚折疊式反射鏡 1460:光電二極體遮罩件 1470:光圈 1480:階梯孔 1501:保護窗口 1502:雷射調節安裝件 1510:激發式光學元件 1511:雷射二極體 1512:準直透鏡 1513:激發過濾器 1520:發射式光學元件 1521:會聚透鏡 1522a:帶通過濾器 1522b:長通過濾器 1523:聚焦透鏡 1530:訊號讀取器 1531:相機 1540:光學殼體 1700:可旋轉上蓋 1701:刀片 1702:O型環 1703:珠 1704:埠 1710:掀蓋 1711:順應構件 1712:箔片 1713:埠密封件 1714:溝槽 1715:開口 1716:食物埠 1722:間隔件 1730:試驗杯 1740:轉子基座 1741:轉子刀片 1800:整合秤組件 1810:框體 1811:覆蓋件 1812:平台 1813:墊圈 1815:基座 1820:應變計
[圖1]為根據本揭示的偵測系統的實施例的立體圖，其包括：偵測裝置 100，具有外部殼體 101及經配置以保持拋棄式匣 300的埠或插座 102、作為取樣器的範例之獨立的食物取芯器 200、作為分析匣的範例之拋棄式試驗杯 300。可選擇地，可包括掀蓋(lid) 103、允許使用者執行過敏原偵測試驗的執行/動作鈕 104、及USB埠 105。
[圖2A]為作為取樣器的範例之食物取芯器 200的一實施例的分解立體圖。
[圖2B]為取樣器組件 200的立體圖。
[圖3A]為拋棄式試驗杯 300的實施例的立體圖，其包括杯頂 310、杯本體 320及杯底 330。
[圖3B]為試驗杯 300的剖視圖，其例示杯 300內的特徵。
[圖3C]為拋棄式試驗杯 300的分解圖。
[圖3D]為頂部覆蓋件 312的俯視(左圖)立體圖及仰視(右圖)立體圖。
[圖3E]為杯頂掀蓋 311的分解圖。
[圖3F]為杯本體 320的俯視立體圖(左圖)及仰視立體圖(右圖)。
[圖3G]為圖3C中所示之上部殼體 320a(上圖)底部的仰視立體圖及圖3C中所示之外部殼體 320b(下圖)內部的俯視立體圖。
[圖3H]為杯底部覆蓋件 337的仰視立體圖(左圖)及俯視立體圖(右圖)。
[圖3I]為在組裝底部 330 及杯本體 320後的杯底部表面的仰視立體圖。
[圖4A]為過濾器組件 325的實施例之分解圖。
[圖4B]為濾液腔室 322的一實施例的剖視立體圖，其包括用於放置過濾器組件 325的濾床腔室 431、收集溝(collection gutter) 432和濾液收集腔室 433。
[圖5A]為杯 300的替代性實施例的立體圖。
[圖5B]為圖5A的拋棄式試驗杯 300的分解圖(未示出過濾器 325)。
[圖5C]為圖5A之杯 300的剖視立體圖。
[圖6A]為杯 300的替代性實施例的分解圖。
[圖6B]為圖6A之杯本體 320的俯視立體圖(右圖)及仰視立體圖(左圖)。
[圖6C]為圖6A之杯底部 337及杯本體 320的底部表面的仰視立體圖。
[圖6D]為過濾器組件 325的替代性實施例。
[圖6E]為過濾器罩 621與旋轉閥 350組裝時的剖視圖。
[圖6F]為旋轉閥 350(上圖)的立體圖及旋轉閥 350(下圖)底部的仰視立體圖。
[圖6G]為圖6A所示的杯底部覆蓋件 337的仰視立體圖(上圖)和俯視立體圖(下圖)。
[圖7A]為杯 300的替代性實施例的分解圖；杯 300包括晶片式通道 710。
[圖7B]為圖7A所示的晶片式通道 710的立體圖。
[圖7C]為晶片式通道 710的仰視立體圖。
[圖7D]為晶片式通道 710的替代性實施例的仰視立體圖。
[圖7E]為杯 300的替代性實施例的分解圖。
[圖7F]為杯本體的替代性實施例，其中過濾器墊圈(filter gasket) 623被包覆成型(overmolded)於杯本體。
[圖7G]為圖7E所示的旋轉閥 350的替代性實施例。
[圖7H]為旋轉閥 350’的另一替代性實施例。
[圖7I]為圖7E所示的杯本體 320的剖視圖，其示出將數個部分組成單一部分的包覆成型密封件 713。
[圖7J]為具有壓縮螺旋彈簧 721之杯底部覆蓋件 337的替代性實施例。
[圖7K]為圖7J所示之杯底部覆蓋件 337的立體圖，示出位於底部的壓縮螺旋彈簧 721。
[圖7L]為圖7E所示的杯本體 320底部的犧牲焊珠材料(sacrificial weld bead material) 722的立體圖。
[圖8A]為杯本體 320的俯視立體圖，其示出與均質化、過濾( F)、洗滌( W1及 W2)和廢料相關的特徵。
[圖8B]為示出在樣本製備及樣本洗滌期間旋轉閥 350的位置的示意圖。
[圖8C]為顯示杯 300內流體流動的圖示。
[圖9A]為裝置 100的立體圖。
[圖9B]為在沒有掀蓋 103下的裝置 100的俯視立體圖。
[圖10A]為裝置 100的縱向剖視圖。
[圖10B]為裝置 100的橫向剖視圖。
[圖11A]為用於控制旋轉閥 350的操作之閥馬達 1020及相關的部件。
[圖11B]為與馬達相關的輸出耦合 1020的俯視立體圖。
[圖12A]為光學系統 1030的一實施例之俯視立體圖。
[圖12B]為圖12A的光學系統 1030的側視圖。
[圖13A]為顯示試驗區及控制區的晶片感測器 333的例示。
[圖13B]為光學系統 1030及晶片 333的頂視圖，其示出提供晶片 333之螢光測量的反射。
[圖13C]為晶片式通道 710的晶片感測器 333或感測區 333’的另一實施例的立體圖，其顯示一個反應面板 1312、一個對照面板 1313及兩個基準面板 1311。
[圖13D]示出晶片式通道 710的偵測區 333’的反應面板及對照面板的探針的示例性圖案。
[圖14A]示出直線模式的光學組件 1030。
[圖14B]示出折疊模式的光學組件 1030。
[圖14C]為裝置 100的一端(圖10B的右側)的剖視立體圖，其示出包含位於裝置 100的階梯孔 1480的透鏡 1421、 1423與過濾器 1422a及 1422b的發射式光學元件 1420。
[圖15A]為光學系統 1030的另一實施例的立體圖，其包括激發式光學元件 1510、發射式光學元件 1520和基於相機的偵測器 1530。
[圖15B]為在光學系統被配置於偵測裝置 100的內部時的圖15A的光學部件的剖視圖。
[圖16A]為表示與沒有MgCl 2和MgCl 2溶液的緩衝液相比，MgCl 2冷凍乾燥製劑的SPN強度的直方圖。
[圖16B]示出自沉積在支撐於1 µm篩網(mesh)上的濾棉上的MgCl 2製劑回收的鎂的百分比。
[圖17A]示出可旋轉罩 1700與珠 1703的實施例之分解圖。
[圖17B]示出圖17A中經組裝的實施例之剖面。
[圖17C]為圖17B的剖面的側視圖。
[圖18A]為整合具有一秤的 1800掀蓋的實施例之分解圖。
[圖18B]為圖18A中裝置的側視圖。
[圖19A至C]示出針對AraH1蛋白質(19A)、花生醬(19B)及花生粉(19C)之花生適體的解離常數的判定。
[圖20]描繪螢光標定適體及其與花生蛋白質和印於偵測器晶片上的探針的交互作用。
[圖21A至D]描繪花生特異性適體P1-16的專一性。
[圖22A]描繪過敏原特異性適體與偵測探針及對照探針的交互作用。
[圖22B]示出偵測晶片的代表性影像。
[圖23A至B]示出不同的食物成分及添加物的檢定驗證。
[圖24A至C]示出用於結合麩質的麩質特異性適體。
[圖25A至C]示出與互補性錨定子(即，偵測探針)結合的適體。
[圖26A]為用於檢定之偵測單元(即，儀器)及分析匣(即，試驗莢艙)的實施例示圖。[圖26B]為示出樣本腔室中反應器及均質機(即，攪拌器)的試驗莢艙的示圖。
[圖27]為描繪偽陰性。
[圖28]為加速老化的花生特異性適體P1-16之靈敏性的圖表。
[圖29]為在高溫下的花生特異性適體P1-16之穩定性的圖表。
[圖30及31]為示出45及70種食物試驗的準確性。
[圖32]為針對系統及演算法的操作流程圖。
[圖33A至C]為在1ml尿液樣本檢測AraH1蛋白質(p＜0.05)。
[圖34A至C]為在1ml血清樣本檢測AraH1蛋白質(p＜0.05)。
100:偵測裝置
101:外部殼體
102:埠或插座
103:掀蓋
104:執行/動作鈕
105:USB埠
200:食物取芯器
300:杯

Claims (49)

  1. 一種偵測樣本中感興趣的分子之組件，其包括： 樣本處理匣，其具有均質化腔室，該均質化腔室經配置以接受該樣本並處理該樣本以呈允許該感興趣的分子與偵測劑進行交互作用的狀態；該匣包括： 掀蓋， 可移動性罩，該可移動性罩具有穿刺元件，及 均質化加速器，其被固定於由該罩及該掀蓋上的密封件所界定的袋； 偵測器單元，其經配置在允許由該偵測器單元所容納的偵測機構偵測該感興趣的分子與該偵測劑的交互作用的配置下接受該樣本處理匣，其中該交互作用在該偵測器單元觸發偵測到該感興趣的分子之目視指示；且 其中該目視指示係透過捕獲該感興趣的分子與該偵測劑之該交互作用的處理影像。
  2. 如請求項1之組件，其中該可移動性罩係可旋轉地固定於該掀蓋。
  3. 如請求項1之組件，其中該掀蓋進一步包括開口通往該均質化腔室的至少一孔。
  4. 如請求項3之組件，其中該袋與該至少一孔共置。
  5. 如請求項4之組件，其中該可移動性罩的移動使該穿刺元件刺破該密封件，藉以允許該均質化加速器進入該均質化腔室。
  6. 如請求項3之組件，其中該至少一孔進一步包含開口通往該均質化腔室的第二孔。
  7. 如請求項6之組件，其中該罩進一步包含埠，當該埠位於該罩的第一位置時與該第二孔共置；該第二孔含有面向該均質化腔室的可碎性密封件。
  8. 如請求項7之組件，其中在該罩的第二位置，該第二孔被該罩覆蓋且被可移動性覆蓋件密封。
  9. 如請求項1之組件，其中該感興趣的分子為過敏原或臨床標靶。
  10. 如請求項9之組件，其中該偵測劑為抗體或其變異體、核酸分子或其變異體、或小分子。
  11. 如請求項10之組件，其中該偵測劑為核酸分子或其變異體。
  12. 如請求項11之組件，其中該核酸分子為適體或衍生自該適體的傳訊多核苷酸(SPN)，該適體包括與該感興趣的分子結合的核酸序列。
  13. 如請求項1至12中任一項之組件，其中該樣本處理匣包括： 均質機，其經配置以產生均質化樣本，藉以在該偵測劑的存在下將該感興趣的分子自該樣本的基質釋出至萃取緩衝液； 複數個獨立腔室，其包含該均質化腔室、濾液腔室及偵測腔室； 第一導管，其透過過濾器系統以轉移該均質化樣本及偵測劑以提供含有該感興趣的分子及該偵測劑的濾液；及 第二導管，其轉移該濾液至具有窗口的偵測腔室；其中該偵測器單元的偵測機構透過該窗口分析該偵測腔室以識別在該偵測腔室中該感興趣的分子與該偵測劑的交互作用。
  14. 如請求項13之組件，其中該均質機包括轉子，且其中該轉子由位於該偵測器單元的馬達驅動，其中當該偵測器單元接受該樣本處理匣時，該馬達功能性地與該均質機耦合，且其中該均質化加速器經配置以與該轉子接合以協助均質化。
  15. 如請求項13或14之組件，其中該樣本處理匣進一步包括配置洗滌緩衝液的腔室及廢料腔室，該洗滌緩衝液洗滌該偵測腔室，且該廢料腔室在洗滌後接收該偵測腔室的流出物。
  16. 如請求項15之組件，其中該樣本處理匣進一步包括旋轉閥系統，該旋轉閥系統用於控制該均質化樣本至該過濾器系統之轉移、用於該濾液至該偵測腔室之轉移、用於該洗滌緩衝液至該偵測腔室之轉移及用於該偵測腔室之內容物至該廢料腔室之轉移。
  17. 如請求項16之組件，其中該旋轉閥系統進一步經配置以提供關閉位置，藉以防止流體在該樣本處理匣中移動。
  18. 如請求項13至17中任一項之組件，其中該偵測腔室包含透明基材，該透明基材上固定有偵測探針分子，該偵測探針經配置與該偵測劑進行探針交互作用，其中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用阻止該偵測劑與該偵測探針進行該探針交互作用。
  19. 如請求項18之組件，其中該組件進一步包括能夠測量該樣本的重量、質量或體積的組件掀蓋。
  20. 如請求項19之組件，其中該組件掀蓋進一步包括： 框體， 基座，其附接至該框體，及 覆蓋件，其與該框體連接；其中該覆蓋件包含相鄰於該基座並在該基座上方的測量裝置，使得當該樣本置於該覆蓋件時，該測量裝置能夠偵測並測量該樣本的重量、質量或體積。
  21. 如請求項20之組件，其中該測量裝置係應變計或荷重計。
  22. 如請求項21之組件，其中該透明基材進一步包括與該探針連接的流體面板以轉移含有該感興趣的分子及該偵測劑之濾液以與該偵測探針和對照探針接觸。
  23. 如請求項22之組件，其進一步包括取樣器，該取樣器包括中空管及柱塞，該中空管具有刀鋒以於該中空管內切割來源以產生並保留該樣本，且該柱塞用於將該樣本自該中空管推出而進入該樣本處理匣的埠，該取樣器能夠穿破該第二孔上的該密封件。
  24. 一種偵測樣本中感興趣的分子之分析匣，其包括： 第一間隔，其具有用於接收樣本並處理該樣本的均質機，該均質機經配置以產生均質化樣本，藉以在偵測劑的存在下將該感興趣的分子自該樣本的基質釋出至萃取緩衝液並允許該樣本中該感興趣的分子與該偵測劑進行交互作用； 掀蓋，其覆蓋該匣，其中該掀蓋包括： 至少一孔，其開口通往該第一間隔， 罩，其可旋轉地與該罩連接，其中該罩能夠自第一位置旋轉至第二位置， 密封件，其位於該至少一孔上以在該密封件與該罩之間形成袋， 均質化加速器，其當該罩係位於該第一位置時定位於該袋，且其中當該罩旋轉至該第二位置時該均質化加速器被釋放至該第一間隔； 導管，其透過過濾器系統轉移該均質化樣本及偵測劑以提供含有該感興趣的分子及該偵測劑的濾液； 第二間隔，其使含有該感興趣的分子及該偵測劑的該濾液與偵測探針接觸；該第二間隔包括透明基材，該透明基材包括流體通道及具有偵測探針固定於其上的偵測晶片區，該偵測探針經配置與該偵測劑進行探針交互作用，其中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用阻止該偵測劑與該偵測探針進行該探針交互作用； 旋轉閥系統，其經配置以透過該過濾器系統調節該均質化樣本及偵測劑的轉移、該濾液至該第二間隔的轉移、及洗滌緩衝液至該第二間隔的轉移及自該第二間隔至廢料腔室的流出物的轉移； 間隔，其容納洗滌緩衝液以洗滌該偵測區；及 廢料腔室，其接收該偵測腔室的流出物。
  25. 如請求項24之分析匣，其中該至少一孔進一步包含開口通往該第一間隔的第二孔。
  26. 如請求項25之分析匣，其中該罩進一步包含埠，該埠當該罩位於該第一位置時與該第二孔共置；該第二孔含有面向該第一間隔的可碎性密封件。
  27. 如請求項26之分析匣，其中當該罩位於該第二位置時，該第二孔被該罩覆蓋且被可移動性覆蓋件密封。
  28. 如請求項27之分析匣，其中該第二間隔包括窗口，偵測器單元的偵測機構透過該窗口分析偵測反應以識別在該第二間隔中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用。
  29. 如請求項28之分析匣，其中該透明基材的偵測區進一步包括固定於其上的光學可偵測性對照探針分子以用於正規由該偵測機構測量的訊號輸出。
  30. 如請求項29之分析匣，其中該基材進一步包括固定於其上的兩個不同的光學可偵測性對照探針分子以用於正規由該偵測機構測量的訊號輸出。
  31. 如請求項24之分析匣，其中該偵測劑為核酸分子，該核酸分子包括與該感興趣的分子結合的核酸序列。
  32. 如請求項31之分析匣，其中該以核酸為基礎的偵測劑為衍生自適體的傳訊多核苷酸(SPN)，該適體包括與該感興趣的分子結合的核酸序列。
  33. 如請求項32之分析匣，其中該偵測劑包含光學可偵測性螢光部分，該光學可偵測性螢光部分當進行該探針交互作用時被活化。
  34. 如請求項33之分析匣，其中該匣進一步包括複數個流體流動路徑以轉移該均質化樣本至該過濾器系統、轉移該濾液至該透明基材、轉移該洗滌緩衝液至該偵測間隔及轉移該偵測間隔的內容物至該廢料腔室。
  35. 如請求項33之分析匣，其與偵測裝置組合，該偵測裝置包括： 外部殼體，其經配置以對該偵測裝置的多個部件提供支撐；該多個部件經整合以操作偵測試驗，該多個部件包括： 組件掀蓋，其能夠測量該樣本的重量、質量或體積， 馬達，其用於驅動並控制該樣本均質化， 馬達，其用於控制閥系統， 泵，其用於驅動並控制流體流動， 光學系統，其用於偵測螢光訊號， 設備，其用於轉化並數位化該螢光訊號， 顯示窗口，其用於接收該偵測訊號並指示該過敏原存在及/或不存在於該試驗樣本中，及 電源供應器。
  36. 一種處理樣本以呈允許對該樣本中感興趣的分子進行偵測的狀態之試驗杯組件，其包括： 頂部覆蓋件，其用於密封該試驗杯並提供識別標記，該頂部覆蓋件進一步包括：可移動性罩及均質化加速器，該可移動性罩具有穿刺元件，且該均質化加速器被固定於由該罩和該頂部覆蓋件的密封孔所界定的袋； 本體部分，其用於接收並處理該樣本以呈允許該樣本中該感興趣的分子與偵測劑進行交互作用之狀態，該本體部分包括： 第一間隔，其具有用於均質化該樣本的均質機以使用萃取緩衝液以萃取該感興趣的分子，藉以將該感興趣的分子自該樣本的基質釋出至該萃取緩衝液並與存在於該萃取緩衝液的偵測劑進行該交互作用； 導管，其用於透過過濾器系統轉移含有該感興趣的分子及偵測劑之該均質化樣本以提供含有該感興趣的分子及該偵測劑的濾液； 腔室，其用於容納洗滌緩衝液； 廢料腔室，其用於接收並儲存經洗滌該感興趣的分子及該偵測劑後的流出物；及 旋轉閥系統，其用於控制該試驗杯組件內的該流體移動； 透明基材，其包括複數個流體通道及具有偵測探針固定於其上的偵測區，該偵測探針經配置與該偵測劑進行探針交互作用，其中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用阻止該偵測劑與該偵測探針進行該探針交互作用；及 底部覆蓋件，其用於密封該試驗杯並提供該試驗杯與偵測器單元連接的界面以操作該偵測；該底部覆蓋件包括透明窗口，該透明窗口在組裝該試驗杯時與該透明基材的偵測區對齊。
  37. 如請求項36之試驗杯組件，其中該杯頂覆蓋件包括用於接收該樣本的埠及允許空氣進入的至少一個通氣過濾器。
  38. 如請求項37之試驗杯組件，其中該罩包含食物孔，該食物孔當該罩位於第一位置時對齊該頂部覆蓋件的該埠。
  39. 一種偵測樣本中感興趣的分子存在或不存在之系統，其包括： 取樣器，其用於收集疑似含有該感興趣的分子之樣本； 拋棄式分析匣，其經配置以處理該樣本，藉以允許該樣本中該感興趣的分子與偵測劑進行交互作用；及 偵測裝置，其經配置以測量該樣本、操作偵測試驗及測量並目視來自該偵測劑與存在於該樣本中該感興趣的分子之間的結合交互作用之訊號。
  40. 如請求項39之系統，其中該拋棄式分析匣包括： 掀蓋，其具有殼體及可移動性罩，該可移動性罩具有穿刺元件及均質化加速器，該均質化加速器被固定於由該罩及該掀蓋上的密封件所界定的袋； 樣本處理腔室，其具有經配置在該偵測劑的存在下以萃取緩衝液均質化該樣本的均質機，藉以允許該樣本中該感興趣的過敏原與該偵測劑進行交互作用； 過濾器系統，其經配置以提供含有該感興趣的過敏原及該偵測劑的濾液； 獨立的透明基材，其包括複數個流體通道及具有偵測探針分子固定於其上的偵測區，該偵測探針經配置與該偵測劑進行探針交互作用，其中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用阻止該偵測劑與該偵測探針進行該探針交互作用； 偵測腔室，其具有光學窗口； 腔室，其容納洗滌緩衝液以洗滌該基材及該偵測腔室； 廢料腔室，其用於在洗滌後接受並儲存該偵測腔室的流出物； 旋轉閥系統及導管，其經配置以通過該過濾器系統轉移該均質化樣本及偵測劑、及轉移該濾液至該偵測腔室、及轉移該洗滌緩衝液至該偵測腔室及轉移來自該偵測腔室至該廢料腔室的流出物；及 氣流系統，其經配置以調節該匣的氣壓及流速。
  41. 如請求項1之系統，其中該可移動性罩係可旋轉地固定於該掀蓋，該掀蓋包括開口通往該均質化腔室的孔，該袋與該孔相鄰；其中該可移動性罩自第一位置移動至第二位置致使該穿刺元件刺破該密封件以允許該均質化加速器進入該均質化腔室。
  42. 如請求項39之系統，其中該分析匣進一步包括MgCl 2冷凍乾燥珠。
  43. 如請求項39之系統，其中該偵測裝置包括： 框體，其可與該殼體附接； 基座，其與該框體附接，及 覆蓋件，其與該框體連接；其中該覆蓋件包含相鄰於該基座並在該基座上方的測量裝置，使得當該樣本置於該覆蓋件時，該測量裝置能夠偵測並測量該樣本的重量、質量或體積。
  44. 如請求項41之系統，其中該偵測裝置包括： 框體，其可與該殼體附接； 基座，其與該框體附接，及 覆蓋件，其與該框體連接；其中該覆蓋件包含相鄰於該基座並在該基座上方的測量裝置，使得當該樣本置於該覆蓋件時，該測量裝置能夠偵測並測量該樣本的重量、質量或體積。
  45. 如請求項39之系統，其中該測量裝置係應變計。
  46. 一種偵測樣本中感興趣的分子存在或不存在之方法，其包括： 收集樣本、測量該樣本的重量、以加速器均質化該樣本及在偵測劑的存在下於萃取緩衝液處理該樣本，藉以允許該感興趣的分子與該偵測劑之交互作用； 過濾含有該感興趣的分子及該偵測劑的該經處理之樣本； 使濾液與具有偵測探針固定於其上的基材接觸；該偵測探針經配置與該偵測劑進行探針交互作用，其中該感興趣的分子與該偵測劑的該交互作用阻止該偵測劑與該偵測探針進行該探針交互作用； 以洗滌緩衝液將未結合的化合物自該基材洗滌掉； 測量來自該基材的螢光訊號；及 偵測該樣本中該感興趣的分子存在或不存在。
  47. 如請求項46之方法，其中該感興趣的分子為過敏原或臨床標靶。
  48. 如請求項47之方法，其中該樣本為食物樣本或臨床樣本。
  49. 如請求項48之方法，其中該臨床樣本為尿液、血清、血漿、唾液或糞便。
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