TWI772882B - 自動化、基於雲端、定點照護(poc)的病原及抗體陣列檢測系統與方法 - Google Patents

自動化、基於雲端、定點照護(poc)的病原及抗體陣列檢測系統與方法 Download PDF

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Abstract

本發明之所說明實施例包括一種在包括具有最小質量敏感性限制之SAW檢測器之可攜式、手持式微流體讀取器中檢定樣本中病毒及抗體分析物之自動化方法。該自動化方法包括利用具有增強之敏感性之SAW檢測器(如在Optikus I中)自動化進行檢定之步驟，而且包括將樣本之第二部分自動化配置在微陣列上，使用微陣列選擇性自動化探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體，及使用螢光攝影機自動化讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之步驟。

Description

自動化、基於雲端、定點照護(POC)的病原及抗體陣列檢測系統與方法
本發明係關於定點照護(POC)病原領域及複合病原抗體陣列監測平臺與方法，且特定言之關於CPC C40B 60/12。
在過去的幾十年中，越來越多的新興傳染病在全球範圍內造成嚴重的社會及經濟影響。特定言之，農村第三世界社區經歷傳染病之高暴露，但在健康照護可及性(healthcare access)方面亦面臨眾多挑戰。然而，病原不認國界及任何地方的新疾病爆發均會影響任何地方的人們。支持對來自追踪且阻止傳染病大流行之快速傳播之全球互連定點照護網絡之醫學診斷測試結果之解釋的專家策劃之知識、軟體及服務係人類可預期維持蓬勃經濟及高度活動社會之唯一途徑。
所需要的是藉由使用當前COVID-19大流行作為最緊迫目標來解決建立疾病篩檢、解釋及預防目標之一些最緊迫需求之設備與方法。冠狀病毒是廣泛分佈於人類、其他哺乳動物及鳥類中且引起呼吸道、腸道、肝臟及神經疾病之經包膜之正義RNA病毒。儘管已知該病毒有六個已知種類可傳染人類，但僅四種流行且通常會引起感冒類似症狀： 229E、OC43、NL63及HKU1。病毒之其他兩個種類-嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒(SARS-CoV)及中東呼吸道症候群冠狀病毒(MERS-CoV)-是人畜共通病毒且在2002至2003年及2012年引起重大大流行事件。首例病例於2019年底被檢測到並報告的全球冠狀病毒大流行是由於由世界衛生組織(WHO)命名為SARS-CoV-2的引起疾病COVID-19之新型冠狀病毒所致。病毒表面蛋白(刺突(spike)蛋白、包膜蛋白及膜蛋白)經包埋在源自於宿主細胞之脂質雙層包膜中。單股正義病毒RNA與如圖17中所顯示的核殼蛋白相關。
當前POC COVID-19檢測平臺分為四類：1)SARS-CoV-2之檢測方法：2)ELISA，免疫螢光檢定，3)RT-qPCR及4)胸部X射線。胸部X射線對於廣泛POC測試並不實際。
酶聯免疫吸附檢定-ELISA.
血清學測試測定已暴露於病毒的人血液中之抗體。ELISA血液測試檢驗由於過去或近期暴露於冠狀病毒疾病2019(COVID-19)所產生之免疫球蛋白G(IgG)。人體產生IgG抗體作為對病毒之免疫反應之一部分。通常耗費約10至18天以產生足以在血液中檢測到的抗體。另外，ELISA血液測試可尋找免疫球蛋白M(IgM)抗體，其係個體暴露於抗原後出現但一旦抗原不再存在就消失之第一抗體。同時查看IgG及IgM之ELISA可繪製關於患者當前正在對抗之疾病及患者已經患有且患者已發展免疫性之疾病之圖像。
通常使用的樣本為血液樣本，其採集一般比鼻或咽喉拭子樣本(用於上述測試類型2及3中)更可靠。但對於血液樣本，處理、儲存及離心分離血清與血漿係所需之可引入誤差之另外步驟。若在血清學測試樣 本中發現抗體，則進行直接免疫檢定(參見測試類型2)或DNA測試(參見測試類型3)以確定病毒本身是否仍存在於患者體內。
免疫螢光檢定.
此等檢定已被廣泛用於直接檢測多種病毒抗原。免疫螢光使用抗體來檢測組織切片或受感染細胞中之病毒抗原。使用受感染細胞(例如彼等來自上呼吸道黏膜之受感染細胞)或存在於自鼻咽吸出的黏液中之細胞且使用拭子收集。免疫螢光檢定使用結合至抗病毒抗體之螢光標籤(其稱為直接免疫螢光)或結合至抗-抗體之螢光標籤(稱為間接免疫螢光)。抗體與抗原之結合量與螢光產生源的量直接相關。
吾人已介紹一種基於SAW感測器之替代性直接無標籤病毒檢測技術。參見經併入之說明書。感測器利用表面聲波生物感測器(SAW)以進行直接COVID-19檢測。在過去，SKC SAW感測器已成功檢測多種備受矚目之細菌及病毒，包括伊波拉(Ebola)、HIV及炭疽。在過去的兩年中，吾人已顯著改良SAW生物感測器之敏感性及檢測能力。Sars-Cov-2之抗體固定在SAW表面上且評估反應與濃度之函數關係。快速(<12分鐘)定點照護診斷測試用於自鼻拭子樣本檢測COVID-19。
拭子之使用會產生大量偽陰性，此不一定是因為檢測方法不靈敏，而是因為無法自鼻道可複製地收集樣本。收集樣本的從業人員之間存在差異及存在於鼻子中之病毒數量亦存在差異。另一主要缺點是此等測試只有在病毒仍然存在時才會給出陽性結果。該等測試無法識別經過感染、康復且自其體內清除病毒的人士。
即時定量聚合酶鏈反應-RT-qPCR.
基於快速DNA擴增之直接病原檢測。PCR係用於測定樣本 中遺傳物質(DNA或RNA)的數量且涉及使用Taq聚合酶，該聚合酶在溫度循環中擴增模板DNA之短特異性部分。在每個循環中，DNA之許多小特異性切片經加倍，此導致標靶之指數式擴增。PCR實驗之循環數通常在12至45個循環之間。逆轉錄酶PCR(RT-PCR)係用於檢測RNA，因為RNA經逆轉錄成DNA。在RT-qPCR中，進行相同方法，但以下兩個因素除外；i)螢光標記經擴增之DNA及ii)擴增期間釋放的螢光量直接與經擴增之DNA源量相關。一步式RT-qPCR檢測套組可用於使用呼吸道試樣-鼻拭子之體外COVID-19檢測。POC產物之實例包括使用品牌ID NOW之測試儀器之Abbott冠狀病毒測試。
所需要的是一種克服與當前可用COVID-19診斷或測試設備相關之問題之方法。
本發明之所說明實施例係關於一種自動化基於雲端之系統，其中使用能夠針對病毒大流行感染自動進行實驗室級診斷測試之手持式、現場可攜式診斷儀器。採集生物樣本且將其放置在手持式、現場可攜式診斷儀器中後，自動進行樣本製備及測試之所有其他步驟而無需人為干預及相關延遲。在測試的數十分鐘內，在不需要或不延遲人為或進一步醫學干預下，測試樣本，產生結果，藉由傳送至儲存資料庫，傳送至所測試個體及傳送至相關健康照護提供者之人工智慧或專家系統分析。只有如此才可提供數億個體之可靠之大流行病測試及報告，此係意欲牽制或控制全球大流行病情況下之必要能力。
本發明之所說明實施例包括一種在包括具有最小質量敏感性限制之檢測器之可攜式、手持式微流體讀取器中檢定樣本中病毒及抗體 分析物之方法。該方法包括以下步驟：將樣本插入讀取器中；用具有附著於其的DNA標籤之第一抗體及具有附著之磁性奈米粒子(MNP)之第二抗體自樣本之第一部分捕獲分析物，其中形成包括第一及第二抗體、分析物、MNP及DNA標籤之夾層；使用恆溫擴增將DNA標籤複製至足以藉由提供能由檢測器可靠地檢測到的量來克服檢測器之最小質量敏感性限制的預定量之DNA標籤；使用檢測器檢測至少一種所選病毒來測定複製之DNA標籤的數量；將樣本之第二部分配置於微陣列上；使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體；及使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體。
使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟包括以下步驟：將樣本之第二部分在微陣列上培養一段預定時間；配置螢光標記之二級Ab；洗滌微陣列；及乾燥微陣列。使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之步驟藉由產生微陣列之彩色影像來檢測樣本之第二部分中之Ig同型物；該方法進一步包括將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或數據處理之步驟。
在微陣列已經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)之DNA斑點之實施例中，使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟包括以下步驟：使用經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)之DNA斑點及螢光團標記之ACE2及另一螢光團標記之針對人類IgG之二級抗體之微陣列進行中和抗體檢定以檢測RBD抗體；洗滌微陣列；乾燥微陣列。使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之步驟產生具有至少兩種不同顏色之微陣列之彩色影像，一種顏色係 針對存在於樣本之第二部分中之RBD抗體及第二顏色係針對ACE2，利用ACE2螢光檢測到不含中和抗體或RBD抗體之樣本之第二部分，而利用逐漸減少量之ACE2螢光檢測到具有RBD抗體或逐漸增加量之干擾ACE2-RBD結合之中和抗體之樣本。在不存在RBD抗體下，可定量該量之ACE2螢光之相對中和活性。該方法進一步包括將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或資料處理之步驟。
微陣列含有正規化螢光團對照，其將以已知強度發出螢光。三個斑點為100%強度，三個斑點為50%強度，及三個斑點為0%強度。藉由對此9個斑點進行測量，可建立正規化曲線，可將其與其餘測試點進行比較及繪製。
使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟進一步包括使用往復作用將樣本之第二部分微混合之步驟，其中首先作用於液體元件上之離心加速度產生且儲存氣動能量，然後藉由降低離心加速度釋放該氣動能量，導致液體流動方向反轉，且對樣本之第二部分施加高及低離心加速度之交替序列以使培養/雜交期間抗體與抗原大分子之間的培養/雜交效率最大化。
所說明的實施例亦包括用於分析樣本中之分析物之可攜式、手持式微流體讀取器。該讀取器具有可旋轉微流體碟或轉子且包括：限定在樣本插入的碟中之樣本入口；限定在碟中且選擇性地連通至樣本入口並提供有用於捕獲附著有DNA標籤之分析物之第一抗體之混合腔室；限定在碟中的選擇性地連通至經提供有用於捕獲附著於表面之分析物或附著有磁性奈米粒子(MNP)之第二抗體之混合腔室之擴增腔室，其中在擴增腔室中形成包括表面或MNP、第一及第二抗體、分析物及DNA標籤之夾 層；及使用恆溫擴增來複製DNA標籤以產生預定量之DNA標籤；選擇性地連通至擴增腔室且提供在碟中以測定複製的DNA標籤的量之檢測器；用於接收樣本之第二部分之反應腔室；配置在反應腔室中的用於使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之微陣列；及用於讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之螢光攝影機。
檢測器包括用於激發碟CD-1上微陣列上的螢光團以進行測量之LED且包括用於捕獲由經激發之螢光團發射的光子之CMOS攝影機。裝置亦包括兩個具有獨特波長帶之濾光片，一個在螢光團與微陣列之間(750nm)，及一個在微陣列與CMOS攝影機之間(790nm)。兩個濾光片之波段是分開的且在電磁波譜中不共有任何重疊，因此防止來自發射LED之任何散射光影響藉由CMOS攝影機進行的測量。
檢測器包括與CD-2一起使用的表面聲波(SAW)檢測器。檢測器含有所有必需的RF信號發生器及中介體，其等連接裝置及碟，以便可在SAW感測器上進行RF測量。
碟CD-3實現揭示於併入的說明書中之LAMP恆溫PCR檢測方法，其中流體樣本基於初始樣本中DNA的量而改變顏色。在所說明的實施例中，沒有碟具有超過一種類型之檢測器，但本發明之範疇延伸至可提供具有不同類型之檢測器之組合之碟之可能性。
在樣本為血液樣本且讀取器進一步包括血漿-血液分離腔室之實施例中，該血漿-血液分離腔室具有連通至樣本入口之入口及用於將包括分析物之血漿自樣本之第一部分連通至混合腔室及自樣本之第二部分連通至反應腔室之出口。
檢測器包括條碼讀取器，用於掃描印刷在丟棄式碟包裝上 之條碼以收集關於正在進行的特定測試類型之資訊。另外，條碼讀取器可讀取在智慧型裝置螢幕或患者腕帶上之條碼以識別及記錄對應於特定患者之結果。
檢測器包括用於將藉由檢測器收集的資訊無線傳輸至雲端基礎設施，及用於接收藉由雲端基礎設施傳輸之資訊(諸如患者資訊)、結果分析及軟體更新之TCP/IP Wi-Fi模組。
檢測器包括用於數據傳輸及遠程控制以進行結果之無線傳輸及檢測器之無線操作之藍牙模組。
檢測器包括用於與檢測器進行互動且用於為使用者展現測試結果之電容式觸控螢幕。檢測器螢幕含有圖形使用者介面，其包括指導使用者完成收集樣本，將微流體插入裝置中，及展現最終測試結果之過程之必要步驟。
檢測器包括與微流體碟對接以維持熱平衡之Peltier溫度控制元件。
再概括而言，本發明之所說明實施例包括一種在可攜式手持式儀器中診斷性地現場測試自個體中採集之樣本以確定病毒抗原及/或其抗體之存在之方法，該方法包括以下步驟：將樣本配置於儀器中可旋轉碟中之接收腔室中；使用儀器根據樣本之性質及儀器中檢測接受診斷性檢測之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本；使用儀器中之相應檢測構件檢測樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量；產生所檢測到的對應於個體的樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量之資料輸出；將對應於個體之資料輸出傳送至基於雲端之資料庫；在基於雲端之生態系統中比較分析對應於個體之相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或 抗體之所傳送資料輸出以診斷個體最有可能攜帶或先前已攜帶的病毒感染類型(如果有的話)；及將比較分析之結果自基於雲端之生態系統傳送至個體。
檢測構件包括抗原及/或抗體螢光斑點之微陣列。使用儀器中相應檢測構件來檢測樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量之步驟包括產生抗原及/或抗體螢光斑點之微陣列之彩色影像之影像檔案之步驟。
在另一個實施例中，檢測構件包括功能化表面聲波檢測器(SAW)。使用儀器中的相應檢測構件來檢測樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量之步驟包括回應於藉由對應於病毒抗原及/或抗體之功能化表面聲波檢測器(SAW)定量直接由功能化表面聲波檢測器(SAW)捕獲之病毒抗原及/或抗體或間接捕獲之聚合酶鏈反應(PCR)複製DNA標籤產生RF相位延遲檢測信號。
使用儀器根據樣本之性質及儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本之步驟包括進行免疫球蛋白G(IgG)及免疫球蛋白M(IgM)抗體之ELISA血液測試檢查之步驟。
在另一個實施例中，使用儀器根據樣本之性質及儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本之步驟包括使用結合螢光標記藉由直接或間接免疫螢光進行免疫螢光檢定之步驟，其中抗體結合至抗原的量與螢光產生源的量直接相關。
在又另一個實施例中，使用儀器根據樣本之性質及儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本之步驟包括使用PCR藉由快速DNA擴增及使用Taq聚合酶進行 即時定量聚合酶鏈反應(RT-qPCR)以測定樣本中遺傳物質(DNA或RNA)的量之步驟。
使用儀器根據樣本之性質及儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本之步驟包括以下步驟：捕獲來自包括附著有DNA標籤之第一抗體及包括具有附著之磁性奈米粒子(MNP)之第二抗體之樣本之第一部分之分析物，其中形成夾層，其包括第一及第二抗體、分析物、MNP及DNA標籤；及使用恆溫擴增複製DNA標籤至足以藉由提供能由檢測器可靠地檢測到的量來克服檢測器之最小質量敏感性限制之預定量之DNA標籤；將樣本之第二部分配置於微陣列上；使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體；及使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體。
在又另一個實施例中，使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟包括以下步驟：將樣本之第二部分在微陣列上培養一段預定時間；配置螢光標記之二級Ab；洗滌微陣列；及乾燥微陣列。使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之步驟包括以下步驟：藉由產生微陣列之彩色影像來檢測樣本之第二部分中之Ig同型物；及將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或數據處理。
在一個實施例中，微陣列已經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)之DNA斑點，及使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟包括以下步驟：使用經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)之DNA斑點及螢光團標記之ACE2及另一螢光團標記之針對人類IgG之二極抗體之微陣列進行中和抗體檢定以檢測RBD抗體；洗滌 微陣列；及乾燥微陣列。使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之步驟包括以下步驟：產生具有至少兩種不同顏色之微陣列之彩色影像，一種顏色針對存在於樣本之第二部分中之RBD抗體及第二顏色針對ACE2，利用ACE2螢光檢測到不含中和抗體或RBD抗體之樣本之第二部分，同時利用遞減量之ACE2螢光檢測到具有RBD抗體或遞增量之干擾ACE2-RBD結合之中和抗體之樣本，其中在不存在RBD抗體下，可針對相對中和活性定量ACE2螢光之量；及將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或數據處理。
使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之步驟進一步包括使用往復作用將樣本之第二部分微混合之步驟，其中首先作用於液體元件上之離心加速度產生且儲存氣動能量，然後藉由降低離心加速度釋放該氣動能量，導致液體流動方向反轉，且對樣本之第二部分施加高及低離心加速度之交替序列以使培養/雜交期間抗體與抗原大分子之間的培養/雜交效率最大化。
在基於雲端之生態系統中比較分析對應於個體之相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或抗體之所傳送資料輸出以診斷個體最有可能攜帶或先前已攜帶的病毒感染類型(如果有的話)之步驟包括以下步驟：針對Covid-19抗原及/或抗體之陽性及/或陰性指示分析微陣列之所傳送資料輸出；比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與用於共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出；及確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，使得偽陽性及/或偽陰性實質上減少。
確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指 示Covid-19而不是共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之步驟包括確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出之相應Z分數是否指示Covid-19而不是共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之Z分數之步驟。
比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與用於共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出之步驟包括比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與用於複數種選自包括SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、普通感冒冠狀病毒(HKU1、OC43、NL63、229E)及流行性感冒之多種子型、腺病毒、間質肺炎病毒、副流行性感冒及/或呼吸道融合病毒之群之急性呼吸道感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出之步驟。
確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，使得偽陽性及/或偽陰性實質上減少之步驟包括使用測定其曲線下面積(AUC)以確定用於診斷Covid-19之高性能抗原之接收者操作特徵(ROC)曲線評估抗原以跨越一範圍之檢定截止值區別陽性抗原組之輸出資料與陰性抗原組之步驟。
確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少某些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，使得偽陽性及/或偽陰性實質上減少之步驟包括基於針對複數種高性能抗原之組合計算得的相應Youden指數確定自複數種高性能抗原之組合之對Covid-19之最佳敏感性及特異性之步驟。
本發明之所說明實施例之範疇亦延伸至用於檢定樣本中之 分析物之可攜式、手持式微流體讀取器，該讀取器具有可旋轉微流體碟。該讀取器包括：限定在樣本配置在其中的碟中之樣本入口；限定在碟中且選擇性地連通至樣本入口並提供有用於捕獲附著有DNA標籤之分析物之第一抗體之混合腔室；限定在碟中的選擇性連通至經提供有用於捕獲附著於表面之分析物或附著有磁性奈米粒子(MNP)之第二抗體之混合腔室之擴增腔室，其中在擴增腔室中形成包括表面或MNP、第一及第二抗體、分析物及DNA標籤之夾層；及使用恆溫擴增來複製DNA標籤以產生預定量之DNA標籤；選擇性地連通至擴增腔室且提供在碟中用來測定複製的DNA標籤的量之檢測器；用於接收樣本之第二部分之反應腔室；配置在反應腔室中用於使用微陣列選擇性地探測樣本之第二部分之對應於至少一種所選病毒之抗體之微陣列；及用於讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體之螢光攝影機。
在一個實施例中，檢測器為表面聲波(SAW)檢測器。
在一個實施例中，樣本為血液樣本且讀取器包括血漿-血液分離腔室，該血漿-血液分離腔室具有連通至樣本入口之入口及用於將包括分析物之血漿自樣本之第一部分傳送至混合腔室及自樣本之第二部分傳送至反應腔室之出口。
所說明實施例亦可表徵為用於檢定樣本中之分析物且用於在雲端生態系統中操作之可攜式、手持式微流體讀取器。讀取器具有可旋轉微流體碟且包括：碟中之流體迴路，樣本經配置在該流體迴路中及經處理；微陣列，其具有配置在流體迴路中之複數個螢光標籤化抗原及/或抗原探針以選擇性探測樣本之對應於至少一種所選病毒之抗體及/或抗原；用於成像微陣列以識別樣本中之抗體及/或抗原之螢光彩色攝影機；及用 於產生對應於微陣列之影像之輸出資料以定量樣本中所探測及所檢測抗原及/或抗體的量及將輸出資料傳送至雲端生態系統之電路。
可攜式、手持式微流體讀取器進一步包括基於雲端之資料庫及處理器之組合，用於接收來自讀取器之輸出資料且自樣本中所探測及所檢測的抗原及/或抗體統計診斷目前病毒感染或過去病毒感染之證據。
儘管設備及方法已經或將為了語法流動性與功能性說明起見進行描述，但應明確明瞭，除非依據35 USC 112明確闡述，否則不應將申請專利範圍解釋為必定以任何方式受「構件」或「步驟」限制之建構限制，而係應符合依據司法均等論由申請專利範圍提供的定義之含義及等效物之全部範疇，及在依據35 USC 112明確闡述申請專利範圍之情況下應符合依據35 USC 112之全部法定等效物。現轉向以下附圖可更佳地可視化本揭示內容，附圖中相似元件以相似數字指示。
10:Optikus儀器
10:Optikus II讀取器
11:微流體碟介面
12:微陣列
13:Z級運動平臺
14:微陣列印刷步驟
15:SAW RF屏蔽
16:探測步驟
17:多功能按鈕
18:成像步驟
19:USB埠
20:分析步驟
21:揚聲器及麥克風
22:蛋白質抗原斑點
23:觸控顯示器
24:抗體
25:抗原
26:碟
27:特異性螢光標籤
28:結果
29:碟
31:碟
32:步驟
33:狀態LEDs
34:步驟
35:SD卡
36:步驟
37:微毛細管
38:步驟
39:血液液滴
40:步驟
41:激發光譜
42:步驟
43:發射光譜
44:步驟
45:洗滌儲槽
46:步驟
47:步驟
48:步驟
49:血漿廢液腔室
50:步驟
52:流體系統
53:標靶
54:抗體捕獲物
55:腔室
56:反應腔室
57:步驟
58:裝載腔室
59:混合腔室
60:上部腔室
61:血液血清分離步驟
62:虹吸管
63:血液-血清分離腔室
64:廢液腔室
65:步驟
66:管道
67:樣本腔室
68:蓋
70:樣本裝載腔室
71:腔體
72:血液-血漿分離腔室
74:虹吸管
76:反應檢測腔室
77:步驟
78:腔室
79:擴增緩衝液腔室
80:腔室
81:PCR步驟
82:腔室
83:陷波濾光片
84:濾光片
85:硝基纖維素膜
86:CD轉子
87:成像腔室
88:微量比色池
89:攝影機
90:SAW檢測器
91:雷射；LED
92:試劑袋
92:緩衝液袋
93:試劑或緩衝液
94:拭子軸
95:拭子尖端
96:刀片
97:管道
98:裂解珠
99:箭頭
100:裝置
101:毛紐扣連接器
102:拭子腔室
103:步驟
104:密封蓋
105:步驟
106:雲端服務
107:廢液腔室
108:裝置API
110:患者
112:醫院
114:醫生
116:Oracle資料庫
118:分散式分類帳技術
120:步驟
122:步驟
124:步驟
126:步驟
127:血清學微流體控制器
128:步驟
129:讀取器
130:步驟
131:攝影機
132:步驟
133:微流體控制器
135:SAW讀取器
136:微流體組件托架
137:感測器介面
138:雷射
140:SAW RF中介體
142:Peltier元件
154:磁碟主軸馬達
174:手機
176:雲端生態系統
176:Oracle資料管理系統(DMS)
178:雲端生態系統
180:雲端生態系統
182:登錄模組
184:模組
186:資料庫
188:模組
190:模組
194:步驟
196:步驟
198:步驟
200:步驟
202:資料庫
204:步驟
206:步驟
208:物件儲存
210:結果入口
212:健康照護夥伴(HCP)手機
214:模組
216:模組
專利或申請案檔案含有至少一張彩色附圖。具有彩色附圖之本專利或專利申請公開案之副本將由專利局(the Office)根據要求及支付必要費用而提供。
圖1A及1B為顯示藉助於冠狀病毒抗原微陣列上的血清樣本之螢光強度測量的IgG血清反應性相對頻率的圖。該陣列嵌入在Optikus平臺之碟CD-1中。圖1A為並排顯示的對應於複數種病毒之螢光攝譜圖片段。圖1B為光譜之Covid 19、SARS-Cov及MERS-Covid部分的放大圖。
圖2A及2B為冠狀病毒抗原微陣列的熱圖。熱圖顯示圖2A之IgG及圖2B之IgA，反應性以四次重複之平均螢光強度來測量，針對微陣列中機體化成行之藉由病毒編碼顏色之各DNA點，針對機體化成列之 歸類為陽性或紅色(來自PCR陽性個體之恢復期)或陰性或藍色(大流行之前來自未感染個體)之血清。反應性在熱圖下方用顏色表示(白色=低，黑色=中，紅色=高)。
圖3為陽性及陰性血清於冠狀病毒抗原微陣列上之正規化IgG反應性的圖。該圖表顯示針對各抗原之IgG反應性，以來自PCR陽性個體之恢復期血清(陽性，紅色)及大流行之前來自未感染個體之血清(陰性，藍色)之全範圍(條形)及四分位數範圍(框)之平均螢光強度(MFI)測量。在圖表下方，熱圖顯示各組之平均反應性(白色=低，黑色=中，紅色=高)。抗原標記為針對呼吸道病毒組編碼之顏色。
圖4為Optikus II之部分透視圖，該Optikus II處理病毒樣本以定量感染後誘導之抗原特異性抗體反應。樣本製備步驟(取決於檢定)包括：樣本進入，血液-血漿分離，血漿分離，擴增或培養洗滌，及測量(針對病毒之SAW感測及針對抗體之螢光強度檢測)。
圖5為說明如在實驗室工作臺上實施的微陣列中之檢定程序的圖。
圖6為說明使用抗原陣列在血液中檢測抗病毒Ab或在抗體陣列上在鼻分泌物中檢測病毒抗原之方法的圖。
圖7為使用利用RBD抗原陣列之抗體中和檢定之方法的圖。
圖8A為碟CD-1中之流體系統的示意圖。圖8B為在各陣列元件處捕獲抗體的示意圖。反應腔室固持斑點狀蛋白質陣列。
圖9為實驗結果的圖，其比較使用往復流動系統以不同培養時間開發之IgG微陣列之強度與使用人工方法以1h之培養時間開發之 IgG微陣列之強度。
圖10A至10C的圖比較於所說明實施例中用於培養之往復流動相對於單一流動及被動擴散之特性。
圖11為下方具有CMOS雷射/二極體晶片以在碟CD-1中進行信號讀取之蛋白質陣列之所說明實施例之螢光生物感測器的圖。
圖12為說明將血液樣本抽入其中的微量刺血針(microlancet)及300μL微量比色池的圖。
圖13A至13F為可接受鼻拭子，切開，用緩衝液及裂解珠再懸浮，釋放試劑，進行細胞裂解，及將樣本排空至碟上之錐體的橫截面視圖。
圖14為碟CD-2中包括兩個SAW檢測器、相應流體迴路及RF中介體之CD轉子的圖。
圖15為Optikus II雲端基礎設施的圖。
圖16為說明使用雲端基礎設施使用Optikus II之方法的圖。
圖17為新型冠狀病毒之結構的圖。
圖18A至18D為在樣本中使用微陣列檢測IgG及IgM之個別患者的螢光分數及相應Z分數統計的圖。紅線為用於評估一測量是否為陽性之平均陽性結果。藍線為陰性結果之平均。紅色對應於經由PCR另外確認的平均血清陽性結果。藍線對應於經由PCR確認的平均血清陰性結果。若患者的IgG條形圖看起來像紅線，則其測試為陽性，若其看起來像藍線，則其測試為陰性。
圖18A為幾種病毒(亦即SARS-CoV2、SARS、MERS、普 通CoV、流行性感冒、ADV、MPV、PIV及RSV)之IgG之螢光分數與微陣列上之DNA點(如圖18C中x軸上所列看到的)之函數關係的圖。
圖18B為幾種病毒(亦即SARS-CoV2、SARS、MERS、普通CoV、流行性感冒、ADV、MPV、PIV及RSV)之IgM之螢光分數與微陣列上之DNA點(如圖18D中x軸上所列看到的)之函數關係的圖。
圖18C為幾種病毒(亦即SARS-CoV2、SARS、MERS、普通CoV、流行性感冒、ADV、MPV、PIV及RSV)之IgG讀數之Z分數統計與微陣列上之DNA點(如x軸上所列)之函數關係的條形圖。
圖18D為幾種病毒(亦即SARS-CoV2、SARS、MERS、普通CoV、流行性感冒、ADV、MPV、PIV及RSV)之IgM讀數之Z分數統計與微陣列上之DNA點(如x軸上所列)之函數關係的條形圖。
圖19為微流體托架(bay)經暴露之Optikus讀取器之頂部透視圖。
圖20A為藉由CMOS攝影機進行微陣列檢定及檢測之LED激發的側視圖。圖20B為樣本之激發光譜及發射光譜之傳輸攝譜圖，其中LED發射濾光片及攝影機陷波濾光片(notch filter)光譜重疊。
圖21為Optikus中用於微陣列測量之電子組件的方塊圖。
圖22為使用雲端生態系統以與裝置對接，接收資料，計算結果，及將結果返送至裝置之一個實例的方塊圖。
圖23為具有SAW感測器作為檢測器之儀器的方塊圖。
圖24為具有光學感測器作為檢測器之儀器的方塊圖。
圖25為用於免疫PCR之碟CD-3的圖，其說明在碟上實施的步驟之順序。
現可藉由轉向較佳實施例之以下詳細描述更好地瞭解本揭示內容及其各種實施例，該等較佳實施例係作為申請專利範圍中所定義的實施例之所說明實例呈現。應明確瞭解，如藉由申請專利範圍所定義的實施例可比下文描述的所說明實施例更寬廣。
本申請案係部分接續申請案且主張以下申請案之優先權及以下申請案之較早申請日期的權益：美國專利申請案，標題為APPARATUS AND METHOD FOR OVERCOMING MINIMAL MASS SENSITIVITY LIMITATIONS IN A SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE BIOSENSOR，申請於2019年12月13日，序號16/714,421，依照35 USC 120，該案之全部內容係以引用之方式併入本文中(後文定義為「併入之說明書」)。
在過去的幾十年中，越來越多的新興傳染病在全球範圍內造成嚴重的社會及經濟影響。特定言之，農村第三世界社區經歷傳染病之高暴露，但在健康照護可及性方面亦面臨眾多挑戰。然而，病原不認國界及任何地方的新疾病爆發均會影響任何地方的人們。支持對來自追踪且阻止傳染病大流行之快速傳播之全球互連定點照護(POC)網絡之醫學診斷測試結果之解釋的專家策劃之知識、軟體及服務係人類可預期維持蓬勃經濟及高度活動社會之唯一途徑。
藉由首先直接測量病原及病原抗體二者，所說明實施例之所揭示方法克服與當前可用COVID-19診斷性設備相關之問題。SKC-Optikus-2020執行以上所列的所有三種測量類型。不同類型之測試需要不同類型之呈緊湊型或微流體碟(CD)形狀之可丟棄匣，亦即用於ELISA之 碟29(CD-1)、用於免疫螢光或SAW檢測之碟31(CD-2)或用於RT-qPCR之碟26(CD-3)。碟29 CD-1上的蛋白質陣列可在少於10分鐘內進行。碟31(CD-2)上之直接病毒測試耗時少於12分鐘。首先實施碟29 CD-1上之抗體測試且然後在發現病原抗體時進行相關病原測試(使用碟31 CD-2或碟26 CD-3)。
碟29 CD-1中的「複合抗體陣列」提供個體的病毒「暴露指紋」，「傳統抗體譜」反映過去的暴露及疫苗接種歷史。該陣列分析方法與目前用於測量抗病毒之抗體之側向流動檢定相比富含顯著更多資料(例如每個陣列在4次重複下有67個抗原)且係更定量的。為明瞭該點，轉向圖1，其中吾人顯示於來自COVID-19華盛頓州2020爆發之血液樣本上獲得的陽性及陰性2019 nCOV陣列敏感性IgG結果。
其次，結合圖13A至13F描述的樣本收集裝置100經直接耦合至可丟棄光碟中。樣本製備步驟經整合在流體碟上且基於雲端之資料處理如結合圖15所描述來實施。
先前已開發高通量選殖及建構微陣列12，其含有具有來自超過35種醫學上重要病原(包括細菌、寄生蟲、真菌及病毒，諸如牛痘病毒、猴痘、皰疹1及2、水痘帶狀皰疹、HPV、HIV、登革熱(Dengue)、流行性感冒、西尼羅河(West Nile)、屈公(Chikungunya)、腺病毒及冠狀病毒)之抗原之人類及動物抗體。DNA微陣列12(通常亦稱為DNA晶片或生物晶片)係附著至固體表面之微觀DNA斑點之集合。DNA微陣列12用於同時測量大數目基因之表現程度或基因分型基因組之多個區域。各DNA斑點含有皮莫耳(10-12莫耳)之特定DNA序列(稱為探針(或報導子或寡聚物))。此等特定DNA序列可係基因或其他DNA元件之一小段，其用於在 高嚴格條件下雜交cDNA或cRNA(亦稱為反義RNA)、樣本(稱為標靶)。探針-標靶雜交通常藉由檢測螢光團-、銀-或化學發光-標記之標靶來檢測及定量以確定標靶中核酸序列之相對豐度。最初核酸陣列為約9cm×12cm之宏觀陣列及第一份基於電腦化影像之分析於1981年公開。吾人已自感染病原之人類及動物探查超過25,000個樣本，且識別針對此等病原之超過1000種免疫優勢及候選疫苗抗原。吾人已顯示，印刷在此等陣列12上之個別蛋白質/抗體自受感染的個體捕獲存在於血清中之抗體及/或抗原及可使用螢光二級抗體定量所捕獲抗體的量。
依此方式，可確定感染或暴露後產生的抗體之綜合譜，其係感染類型及疾病階段之特徵。可大量產生及探測(每天>500個血清或血漿樣本)陣列12同時各樣本之消耗小於2μl。該微陣列方法使得研究人員可評估其他技術無法實現的大量樣本中之抗體庫。
冠狀病毒抗原微陣列12(COVAM)經建構成含有67種抗原，該等抗原係急性呼吸道感染之原因。印刷在該陣列12上之病毒抗原係來自流行性冠狀病毒，包括SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、普通感冒冠狀病毒(HKU1、OC43、NL63、229E)及流行性感冒之多種子型、腺病毒、間質肺炎病毒、副流行性感冒及呼吸道融合病毒。該陣列12上的SARS-CoV-2抗原包括棘蛋白(S)、受體結合(RBD)、S1及S2域、完整蛋白(S1+S2)及核殼蛋白(NP)，如圖3的圖中所顯示。在陣列上呈現來自SARS-CoV、MERS-CoV及四種普通感冒冠狀病毒之一組相似抗原。
為確定SARS-CoV-2感染之抗體譜，評估來自PCR陽性個體(陽性組)之SARS-CoV-2康復期血液樣本及在COVID-19大流行之前自未感染個體(陰性對照組)收集的血清之對此等抗原之差異反應性。如圖2A 及2B之熱圖中所顯示，陽性組針對SARS-CoV-2抗原具有高反應性。此點就IgG而言比就IgA而言更明顯。陰性對照儘管對普通感冒冠狀病毒抗原顯示高反應性，但對SARS-CoV-2、SARS-CoV或MERS-CoV抗原不反應。陽性組對SARS-CoV-2 NP、S2及S1+S2抗原展現高IgG反應性且對SARS-CoV-2 S1展現較低程度，顯示於圖2A及2B中。陽性組亦展示針對SARS-CoV NP、MERS-CoV S2及S1+S2抗原之高IgG交叉反應性，同時陰性組展示對來自SARS-CoV-2及MERS-CoV之S1+S2及S2抗原之低交叉反應性及針對其他SARS-CoV-2抗原沒有交叉反應性。
表1含有顯示於圖18A中之IgG之螢光強度結果、圖18C中之螢光結果之Z分數統計、顯示於圖18B中之IgM之螢光強度結果及圖18D之螢光結果之Z分數統計。Z分數顯示已確認的陽性IgG或IgM樣本之高於或低於平均陰性結果的標準偏差量。統計上顯著之z分數(5或更大)具有陰影數字。
然後使用接收者操作特徵(ROC)曲線(自該曲線測定曲線下面積(AUC))評估抗原以在整個檢定截止值範圍內區分陽性組與陰性組。如表1中所顯示，以ROC AUC>0.85定義用於IgG之檢測之高性能抗原。四種抗原被列為高性能抗原：SARS-CoV-2 NP、SARS-CoV NP、SARS-CoV-2S1+S2及SARS-CoV-2_S2。另外的高性能抗原包括SARS-CoV-2 S1(具有小鼠Fc標籤)及RBD、及MERS-CoV S2。亦基於Youden指數估算七種高性能抗原之最佳敏感性及特異性。Youden氏J統計(亦稱為Youden氏指數)係捕獲二分類診斷性測試之性能之單一統計。信息性(Informedness)係其對多類情況之概括且估計知情決策之可能性。看到SARS-CoV-2 S1之敏感性最低，此與陽性組中對該抗原之相對較低反應 性相關。看到對SARS-CoV-2 S2之最低特異性，此與於陰性組之子組中看到之對該抗原之交叉反應性相關。為估計藉由組合抗原之性能之提升，對七種高性能抗原中至多四種之所有可能組合進行針對性能的電腦模擬測試以區分陽性及陰性組。針對各組合，計算ROC曲線之AUC、敏感性及特異性。藉由組合兩種或三種抗原，性能明顯提升。對於IgG，利用SARS-CoV-2S2及SARS-CoV NP之兩種抗原組合達成最佳區分，在添加具有小鼠Fc標籤之SARS-CoV-2S1後具有相似性能(AUC=0.994，特異性=1，敏感性=0.944)。第四種抗原之添加降低性能。
表2顯示高性能抗原之組合之性能資料。針對經分級之各個抗原得出基於Youden指數之用於區分陽性及陰性血清之ROC、AUC值及敏感性及特異性，及在線上方指示具有ROC AUC>0.86之高性能抗原。
圖18A至D顯示單個確認的陽性患者結果之一個實例。圖18A顯示血清中各種IgG抗體之正規化螢光強度，其中兩條線顯示確認的陽性(頂部)及確認的陰性(底部)之平均結果。圖18B顯示血清中各種IgM抗體之正規化螢光強度，其中兩條線顯示確認的陽性(頂部)及確認的陰性(底部)之平均結果。圖18C顯示陽性及陰性結果之間的IgG抗體之繪製Z分數，其中三個虛線代表輕度、中度及顯著反應之各種Z分數閾值。圖18D顯示陽性及陰性結果之間的IgM抗體之繪製Z分數，其中三個虛線代表輕度、中度及顯著反應之各種Z分數閾值。
吾人藉由使用當前COVID-19大流行作為最緊迫標靶來解決建立疾病篩檢、解釋及預防目標之一些最迫切要求。當前POC COVID-19檢測平臺分為三類：1)酶聯免疫吸附檢定(ELISA)，免疫螢光檢定，2) 即時定量聚合酶鏈反應(RT-qPCR)，及3)胸部X射線。由於定點照護方法及裝置係本揭示內容之焦點，因此在此不討論胸部X射線。
Optikus II
吾人已開發一種快速、可攜式診斷性篩檢裝置，該裝置在手持式儀器10中使用光碟(CD)微流體器件來自動化採樣至引入匣(微血管或拭子)，樣本製備(例如計量，稀釋，血液血漿分離及細胞裂解)，試劑儲存及使用SAW感測器90(用於直接病毒測量)及螢光攝影機89(用於大量不同檢定標靶之蛋白質陣列測量)進行定量測量，如顯示於圖4之透視圖中之儀器10所表示。圖4中亦顯示微流體碟介面11，包括更佳描述於所併入的說明書中之Z級運動平臺13及碟主軸馬達154、SAW RF屏蔽15、多功能按鈕17、SD卡35、USB埠19、揚聲器及麥克風21、觸控顯示器23及狀態LEDs 33。
Optikus儀器10亦含有顯示於圖19中之碟CD-1中之熱電加熱及冷卻或Peltier元件142、及碟CD-1中之用於直接在微流體碟26(CD-3)上使用熱循環或恆溫擴增進行RNA及DNA擴增之溫度控制機制(未顯示)。Optikus平臺之獨特處在於其可藉由改變微流體碟設計及檢定組件來快速適應新穎測試。例如，Optikus II利用如併入的說明書中所描述的碟29(CD-1)(用於利用SAW之Elisa檢測)及碟31(CD-2)(用於免疫螢光檢測)來進行兩個COVID-19測試組。如併入的說明書中所描述，第三匣(CD-3，用於RT-qPCR)之開發亦係在本發明之所欲範疇內。本說明書主要關於經配置成使用碟31(CD-2)中之微陣列12進行免疫螢光檢測之儀器10之揭示內容。圖19中之儀器10具有必要電路及檢測器以適應或操作用於利用SAW之Elisa檢測、免疫螢光檢測及RT-qPCR之所有三種類型之碟 26、29及31。
Optikus II讀取器10含有用於利用各種類型之生物感測器及微流體CD進行測量之各種另外組件。圖19顯示Optikus II讀取器10之頂部透視圖，其中微流體組件托架136經打開，其包括用於燒蝕微流體CD 26、29、31中之各種微閥之雷射138、用於使用SAW檢測器90進行RF測量之SAW RF中介體140、用於調節碟上溫度之各種Peltier元件142及用於進行各種螢光成像測量之CMOS攝影機89。
圖23為儀器10之高階方塊圖，其中SAW讀取器135耦合至感測器介面137且提供RF激發信號至SAW 90。讀取器135包括USB介面、電源、串列資料介面、顯示控制及無線傳送。讀取器135透過微流體控制器133控制碟CD-2上的微流體器件之控制，該微流體控制器133包括對雷射及碟馬達之處理器控制。圖23之儀器10之詳細操作陳述在所併入的說明書中。
圖24為儀器10之高階方塊圖，其中血清學PCR讀取器129耦合至攝影機131。該高階方塊圖說明具有攝影機131之讀取器129如何既用作針對於血清學溶液之攝影機，又用作針對於化學發光PCR溶液之讀取器。讀取器129可進行PCR及血清學。所說明實施例中之讀取器129係基於Raspberry PI單板電腦且包括USB介面、電源、串列資料介面、顯示控制及無線傳送。讀取器129透過血清學微流體控制器127來控制碟26(CD-3)上的微流體器件之控制，該血清學微流體控制器127包括雷射、碟馬達之處理器控制及Peltier元件142之熱電(TEC)加熱及冷卻控制。圖24之儀器10之詳細操作陳述在所併入的說明書中。
圖25為碟26(CD-3)及在其上自動實施的免疫PCR步驟之 說明。所併入的說明書中詳細描述類似步驟。將在步驟65藉由手指刺取獲得的血液樣本放入樣本腔室67中。在血液血清分離步驟61，在血液-血清分離腔室63中自動分離血液及血清。在步驟57，將血清轉移至混合腔室59且與標靶53(抗體DNA複合物)混合並結合。將經結合之標靶53轉移至混合及複製腔室55，在此其與如所併入的說明書中更充分描述的具有DNA標籤之抗體-磁性奈米粒子(MNP)複合物混合並結合。在步驟47，藉由轉移至血漿廢液腔室49除去血漿。在步驟46，自洗滌儲槽45穿過腔室59傳遞至腔室55之緩衝液移除未結合之DNA。在步驟77，使經結合之抗體-標靶複合物再懸浮於自擴增緩衝液腔室79提供至腔室55之擴增緩衝液中。然後在複製或PCR步驟81期間在腔室55中進行恆溫擴增。然後在步驟103將經複製之DNA標籤轉移至成像腔室87並結合。若需要，可進行可選洗滌及旋轉乾燥步驟105，將未結合的DNA標籤移除至廢液腔室107中，以改良成像結果。在所併入的說明書中提供關於圖25中所說明方法之另外的支援詳細內容。
圖21為在Optikus儀器10之微陣列讀取器中用於讀取碟29(CD-1)之電路的方塊圖。在所併入的說明書中詳細論述採用SAW 90作為檢測器之讀取器所用電路的類似方塊圖。碟29經圖解顯示為包括裝載腔室70，樣本自該裝載腔室70轉移至血液-血漿分離腔室72。經磁性標記之元件經磁體/腔體作用且藉由透過耦合至微處理器148之磁性及光學指數驅動器157控制之光及磁場感測。磁體用作索引子，藉此每當碟29中之磁體經過磁感測器(未顯示)上方時，碟29之位置即可由讀取器檢查。然後將碟位置與馬達154上的索引進行比較且若需要則進行校正。因此，可利用光學感測器及碟29上之反射性貼籤或磁體及磁場感測器來實現馬達外索引子。
隨著所分離的血漿自腔室72轉移，血漿藉由耦合至LED驅動器73之光電檢測電路71測量及返回的信號藉由運算放大器75放大，該兩個電路73及75均耦合至微處理器148且藉由微處理器148控制。透過雷射驅動器139及運算放大器141(二者均藉由微處理器148控制)來控制用於選擇性打開碟29中之閥之雷射138。將經處理之樣本轉移至碟29中之反應檢測腔室76，在此其與微陣列12上的DNA點反應。攝影機164拍攝微陣列12之彩色照片且該影像經由影像信號處理器166傳送至微處理器146。在儲存在RAM記憶體147及快閃記憶體中之程式控制下之時脈處理器146格式化微陣列資料且如結合圖22所進一步描述透過無線模組168將其傳送至雲端服務106。
讀取器藉由兩個微處理器146、148控制，一個處理器146位於主現貨(OTS)板150上及一個處理器148位於微流體板152上。位於微流體板152上之微處理器148控制透過馬達驅動器155之具有編碼器之主軸馬達154、藉由馬達驅動器159驅動之具有編碼器之齒輪馬達156及透過低通濾光片161耦合之極限開關158，該馬達156使碟29旋轉且使其放置在所選或受控制之角度位置以進行測量。微流體板152透過LED驅動器162控制IR LED 160以激發螢光團。CMOS攝影機89藉由主板OTS 150透過影像信號處理器166控制。主板OTS 150控制Wi-Fi模組168、藍牙模組(未顯示)、數位顯示器170及電源介面172。在儲存在記憶體151中之程式控制下運行之微處理器148使用溫度及濕度感測器145來調整碟29內之環境依賴性操作。
與碟26(CD-3)及碟31(CD-2)一起使用的類似電路圖包括在附錄中且在此不再進一步論述。
檢定-蛋白質陣列
蛋白質微陣列12利用Optikus II儀器10之探針且分析標靶以定量自任何微生物感染後誘導之抗原特異性抗體反應。在陣列12中，已使用印刷在蛋白質微陣列12上之DNA斑點探測及分析來自35種傳染媒介物(infectious agents)之約70,000種蛋白質。已利用來自傳染病病例之數千個血清樣品及對照探測陣列12以識別感染後誘導抗體之特異性抗原。由於迫切需要瞭解吾人環境中何人已暴露於病毒，預測何人易罹患重度、輕度及無症狀感染，識別何人已經暴露且具有保護性Abs，及何人無知覺地將感染傳播至密切接觸者，因此該陣列12在當前與冠狀病毒爆發特別相關。該種血清監測資料可定位傳染媒介物存在於當地人口中之「熱點」及應集中進行公共衛生緩解及封鎖措施。
當前開放式臺式工作流程繪示於圖5中，分為四個步驟：1)微陣列印刷步驟14，2)探測步驟16，3)成像步驟18，及4)分析步驟20。微陣列12用於定量及識別感染後誘導之Ab反應。目前，圖5中識別的每個步驟之容量如下。印刷步驟14使用習知蛋白質微陣列印刷設施，其每天可將一百四十萬個蛋白質抗原斑點22印刷至4,800個微陣列上。探測步驟16係一種臺式探測方法，其每天可藉由將特異性螢光標籤27結合至相應抗體24來在微陣列12上探測5萬份血清樣本。定量或成像步驟18使用機器人雷射掃描儀來定量結合至印刷於陣列12上的抗原25之Abs濃度。分析步驟20使用軟體來組織及幫助解釋陣列12之測試之結果28(參見圖1A及1B中之實例)。
在CD上使用之檢定修改步驟
為使關於圖5所描述的微陣列檢定適應儀器10之基於CD之 流體平臺，製備含有來自或抵抗以下病毒之抗原或抗體之迷你型抗原及抗體陣列12：SARS-CoV-2、SARS-CoV-1、MERS、流行性感冒、腺病毒、副流行性感冒、間質肺炎病毒及呼吸道融合病毒。整個探測過程耗時約15分鐘。簡言之，在圖6中之步驟32將用於檢測抗原陣列12上之抗體之10μl血漿或用於檢測抗體陣列12上之病毒抗原之鼻拭子樣本直接放在乾燥預阻隔(preblocked)陣列12上。培養5分鐘後，加入步驟34之10μl螢光標記之二級Ab同時將樣本推出陣列腔室。在步驟36洗滌陣列12，在步驟38離心至乾燥，且然後準備在步驟40基於多至三種顏色使用螢光攝影機捕獲來自血漿樣本之不同Ig同型物之影像。然後將影像發送至雲端進行分析。
圖20A為說明利用CMOS螢光攝影機89在碟29中進行的微陣列12之螢光測量的圖。LED 91發射螢光激發光子，該螢光激發光子穿過具有750nm之帶通峰之初步發射濾光片84。經過濾之激發光子與經安裝在攜帶螢光團微量檢定(microassay)12之硝基纖維素膜85上之微陣列12相互作用。樣本與反應腔室56內的微陣列12相互作用。經激發或誘導之發射螢光光子然後穿過以790nm為中心之攝影機陷波濾光片83，其然後藉由CMOS彩色攝影機89收集且發送至微陣列讀取器以進行處理及傳送至雲端服務106。
圖20B顯示螢光團之吸收或激發光譜41及螢光團之發射或發射光譜43的光譜圖。LED發射濾光片84及陷波濾光片83之帶通疊加在激發光譜41及發射光譜43上。濾光片84將來自LED 91之激發光限制至與微陣列12上的DNA斑點22之螢光團激發光譜之下半部分重疊之波長範圍。陷波濾光片83將藉由攝影機89接收的波長限制至發射光譜43之更大 域，同時與濾光片84之帶通完全不重疊。因此，藉由攝影機89產生的彩色影像僅是微陣列12之DNA斑點22中的激發螢光團之彩色影像而不是來自雷射91之任何激發光之彩色影像。
另外，該圖指示兩個截止濾光片之存在，其限定LED激發相對CMOS攝影機檢測之邊界。
或者，陣列12亦可經調適用於發展中和抗體檢定，如圖7中所繪示。在步驟42利用來自患者之血漿樣本及螢光團標記之ACE2(例如Alexa Fluor 488)探測以棘蛋白之受體結合域(RBD)斑點化之陣列12，在步驟44加入另一抗人類IgG之螢光團(例如Alexa Fluor 647)標記之二級抗體(用於檢測樣本中之RBD抗體)，同時將樣本推出陣列腔室。然後在步驟46洗滌陣列12，在步驟48離心至乾燥，且準備在步驟50基於兩種顏色分別捕獲存在於患者樣本及ACE2中之RBD抗體之影像。不含中和抗體或RBD抗體之樣本利用ACE2螢光進行檢測，而含有RBD抗體或遞增量之干擾ACE2-RBD結合之中和抗體之樣本利用遞減量之ACE2螢光進行檢測。在不存在來自血漿樣本之RBD抗體下，可定量該量之ACE2螢光之相對中和活性。血清樣本可直接施加於CD平臺上且經處理以用於影像擷取。此簡化流體系統之設計。
蛋白質陣列檢定適應CD-1中之部署
儘管繪示於圖5至7中之方法在實驗室背景環境中工作良好，但其具有妨礙其之更寬泛現場部署之幾種限制。例如，使用開放阱在POC背景環境中顯然是不可能的且在此種背景環境中雷射掃描儀之成本亦超限。替代地，吾人已開發每個可丟棄流體碟CD-1匣具有一個封閉陣列之10分鐘自動化POC冠狀病毒抗原微陣列。關於定量，使用數位螢光顯微 鏡。為實施該情境，蛋白質陣列印刷保持與以上所揭示者相同，只是吾人現必須將方法應用於大型商業規模生產。
陣列切割
儘管通常以批式製程在基材上製造多個陣列12，但每個附接至相應硝基纖維素膜滑塊(slide)之匣(碟CD-1)均使用單個陣列12。用於併入碟CD-1中之陣列12同時探測來自12種已知冠狀病毒之60種抗原，以及幾種類型之腺病毒、RSV、間質肺炎病毒、副流行性感冒病毒及流行性感冒病毒。該測試可顯示對不同病毒之IgG、IgA及IgM血清反應性且可用於確定SARS-CoV-2之血清陽性率(seroprevalence)。
CD流體器件
圖8A及8B顯示用於低成本及高通量自動化免疫檢定處理之CD系統。丟棄式免疫檢定碟設計包括流體結構，其能夠基於往復機制進行極有效微混合，在該機制中，作用在液體元件上之離心加速度首先產生且儲存氣動能量，該氣動能量隨後藉由降低離心加速度釋放，導致液體流動方向反轉。透過高及低離心加速度之交替順序，系統使碟內的液體流動往復以在檢定之培養/雜交階段期間最大化抗體與抗原大分子之間的培養/雜交效率。在每個陣列元件處的流體系統52及抗體捕獲物54的示意圖顯示於圖8A中。圖8A中之反應腔室56容納斑點狀蛋白質陣列12。將樣本裝載於CD之裝載腔室58中且透過離心力轉移至上部腔室60。其亦經由管道66轉移至反應腔室56，在此其藉由陣列12探測。將過量樣本轉移至虹吸管62且丟棄於廢液腔室64中。
為證明概念，吾人藉由製備伯克氏菌(Burkholderia)抗原之陣列且用受感染之血清及未感染血清探測其來設置免疫篩檢實驗。在溶 液中為無色之樣本之特徵性酵素經由二級及初級Ab結合至捕獲於陣列12上之抗原。產物發螢光為深藍色沉澱物。伯克氏菌是侵襲人類呼吸系統且引起類鼻疽之細菌性病原。症狀可包括胸部、骨骼或關節之疼痛、咳嗽、皮膚感染、肺結節。
驅動免疫檢定之小型化及自動化之主要考量是試劑(諸如抗體及抗原)之高成本、合格勞動力之高成本及所涉及的長檢定時間。基於概念驗證結果，吾人已證實，藉由使用所述往復流體系統，吾人能夠以試劑消耗減少~75%及檢定時間縮短~85%進行免疫檢定。參見圖9。
在碟CD-1中實施之系統經簡化，因為：(1)可使用血液樣本，(2)使用螢光代替吸收測量從而無需計時，及(3)使用廉價數位螢光顯微鏡進行定量。
圖10A至10C為顯示模擬結果的圖。圖10A比較三種培養模式：人類IgG抗原與山羊抗人類IgG抗體之間的單一流通、往復流動及被動擴散。圖10B顯示抗體濃度對複合物形成速率之影響。隨著分析物之初始濃度降低，抗原-抗體複合物之形成減少且在更長時間內達成平衡狀態。圖10C顯示流動雷諾數(flow Reynolds number)對複合物形成速率之影響。隨著流動速度增加，抗原-抗體複合物之形成增加且更早地達成平衡狀態。對於初始濃度較小之抗體，該差異更明顯。
除了往復作用之外，吾人在碟CD-1上實施的其他流體功能為：1)樣本計量，2)血液血漿分離及3)螢光檢測。在圖11中，利用蛋白質陣列12及包括在CD下方用於信號讀取之雷射二極體及CCD檢測器之CMOS晶片說明此等功能。將樣本裝載於CD之樣本裝載腔室70中且藉由離心力轉移至血液-血漿分離腔室72。帶有標靶之血漿經由虹吸管74轉移 於反應檢測腔室76中，該反應檢測腔室76可選擇性地視需要與來自腔室78之閥控洗滌緩衝液相通，且視需要與來自腔室80用於質量增強之金奈米粒子及與腔室82之用於往復之氣袋結合。藉由使用經引導至腔室76中之陣列12上之650nm二極體雷射來實現檢測，該二極體雷射藉由位於CD下方的Si-CCD陣列讀取。
在圖12中，吾人顯示如何藉由手指刺取獲得血液樣本且收集在300μL微量比色池88(CB 300)中。藉由手指刺取藉由套筒式微毛細管37抽出血液液滴39且抽入腔體71中。將微毛細管37套筒式抽入腔體71中且用蓋68密封微量比色池88。當意欲將樣本傳遞至碟26、29或31時，微毛細管37經套筒式延伸且來自腔體71之血液藉由毛細作用經由微毛細管37轉移於CD轉子86之樣本裝載腔室70中，其中第一步驟涉及如以上所述的樣本體積計量及血液血漿分離。
直接COVID-19檢定適應CD-2中之部署
若碟29 CD-1上之結果對於病毒抗體之存在而言為陽性，則將CD-2碟31用於快速(<12分鐘)、定點照護診斷性測試以直接檢測來自鼻拭子樣本之COVID-19。CD-2利用表面聲波生物感測器90(SAW)來進行直接COVID-19檢測。過去，SKC SAW感測器90已成功檢測多種備受矚目之細菌及病毒，包括伊波拉(Ebola)及炭疽。在過去的兩年中，吾人已顯著改良SAW生物感測器90之敏感性及檢測能力。將樣本自拭子尖端95引入於CD 31中顯示於圖13A至13F中及安裝於SKC碟31中之SAW感測器90顯示於圖14中。在圖14之實施例中，碟31包括兩個具有毛紐扣(fuzz button)連接器101之SAW感測器90。
圖13A至13B為錐形裝置100之截面圖視圖，該錐形裝置係 在將碟31裝載於儀器10中之前被插入碟31中。錐形裝置接收鼻拭子94，將其切割，利用緩衝液及裂解珠98再懸浮，釋放試劑93，進行細胞裂解，且將樣本排空至碟31上。試劑袋92為用於容納用於處理來自拭子94之樣本之所選試劑之腔室。如圖13A中所顯示，帶有標靶樣本之拭子尖端95完全插入於拭子腔室102中，滑過向下傾斜的刀片96而沒有被切割。向上拉拭子軸94迫使軸94進入向下傾斜的刀片96中，刀片96抵靠拭子軸94將其切割且允許拭子94之遠端保留在裝置100之底部中，如圖13B中在自裝置100移除拭子軸94時所顯示。如圖13C中所顯示，將密封蓋104向下推，使緩衝液袋92爆開且使試劑或緩衝液93穿過管道97流至拭子腔室102並接觸經切斷的拭子尖端95。如圖13D中所顯示，將密封蓋104完全向下推以密封裝置102之入口。如圖13E中所顯示，將裝置100手動角度振盪，以引起樣本標靶之裂解。存在拭子腔室102中之游離金屬珠98且在攪動期間幫助裂解。然後手動旋轉裝置100以穿過如藉由箭頭99所指示的周邊開口排空拭子腔室102且轉移出經裂解之標靶樣本，如圖13F中所顯示。
SKC Optikus雲端基礎設施
作為物聯網(IoT)裝置，Optikus II儀器10提供對於病患及疾病之診斷至關重要的資料。Optikus II測量使用如圖15中所顯示的裝置API 108經加密的安全HTTPS連結傳輸至雲端服務106，該裝置API 108為本地Optikus雲端。雲端服務106為使用針對安全性、彈性及可靠性之當前最佳實踐之微服務API平臺。此允許許可訪問來自醫院112、醫生114及患者110本身的測試結果。測試結果儲存在用於深度學習分析之Oracle資料庫116中且儲存在分散式分類帳技術(distributed ledger technology)118(DLT)或區塊鏈資料庫中，確保資料之透明性、高可用性及不可變性。
圖16說明處理來自與基於雲端之資料處理結合使用的數位、使能螢光成像之Optikus II儀器10之影像資料輸出之步驟。在步驟120中，如以上所述，從現場患者獲得樣本且在儀器10上探測。在步驟122中藉由儀器10獲得微陣列12之影像且在步驟124中上傳至雲端中至雲端伺服器106。在步驟126自經上傳之資料定量所檢測到的抗原或抗體且在步驟128進行進一步資料處理。然後在步驟130使所得資料可用於個別患者及公共衛生資料分析。然後在步驟132使資料及其分析可用於臨床測試，亦即與Oracle雲端網路106整合以編譯所有臨床測試資料，以便使得所分析的資料可立即用於定點照護站點。
圖22更詳細地說明雲端生態系統176、178、180，其將儀器10與使用者手機174互接，接收微陣列資料，計算診斷性結果，且將診斷性分析返送至手機174。在所說明實施例中，尋求進行Covid-19測試的使用者或患者使用其手機174透過登錄模組182利用Oracle資料管理系統(DMS)176上線登錄。使用者識別其自身身份且藉由模組184安排在指定日期、時間及使用者附近的地點進行一或多個指定測試及在資料庫186中為使用者累積所有相關資料。患者測試事件經分配一獨特快速反應(QR)碼且透過模組188作為短訊息服務(SMS)文本發送至使用者手機174。
使用者在排定的約會時到達測試站點180且使用其經分配之QR碼來識別其身份且報到事件藉由模組190處理且累積在資料庫186中之使用者資料記錄中。與QR碼相關之資料藉由儀器10在測試站點180讀取或掃描從而識別患者及欲進行的測試。如以上所述，在步驟194利用儀器10進行測試。採集樣本後，生態系統176、178、180中之所有步驟均係自動的且在軟體控制下按順序進行而無需進一步的人工干預。在一小時或更 短時間內且通常在數十分鐘內，進行檢定，上傳檢定資料，分析，儲存，進行診斷，及將結果報告給患者。在步驟196，將彩色攝影微檢定記錄創建為標籤化影像檔案格式化(TIFF)或其他圖形格式化檔案。在步驟198藉由儀器10將彩色攝影微檢定記錄與QR掃描碼一起封包且發送至測試服務雲端站點178，在此在步驟200將其無線接收且上傳至測試服務雲端站點178之資料庫202中。處理檢定結果且基於在步驟204產生的測試進行診斷並轉換為JavaScript物件表示法(JSON)。JSON是開放標準檔案格式及資料交換格式，其使用人類可讀文本以儲存及傳輸由屬性-值對及陣列資料類型組成之資料物件(或任何其他可串聯化值)。其係極常見的資料格式，具有多種應用範圍，諸如充當AJAX系統中XML之替代。在步驟206經由網際網路傳送所得的JSON及TIFF檔案以存儲在Oracle DMS 176中之物件儲存208中及之後儲存至資料庫186以插入患者記錄中。然後將完成的結果自結果入口210傳送至使用者手機174。整個過程在30至60分鐘或更短時間內自動進行。基準事件在使用者手機174與Oracle DMS 176之間與健康照護夥伴(HCP)手機212自動共享，其然後可根據需要實施或啟動醫學干預)。如果需要進一步的診斷性步驟或需要公共衛生報告及反應，則透過模組214相對於測試雲端服務178且透過模組216藉由Oracle雲端DMS 176獨立地進行將來的處理。
可由熟習一般技術者在不脫離實施例之精神及範疇下做出許多改變及修改。因此，必須明瞭，僅出於實例之目的，已闡述所說明實施例，及不應將其視為對如藉由以下實施例及其各種實施例所定義的實施例之限制。
因此，必須明瞭，僅出於實例之目的，已闡述所說明實施 例，及不應將其視為對如藉由以下申請專利範圍所定義的實施例之限制。例如，儘管以下以特定組合闡述申請專利範圍之要素之事實，但必須明確地瞭解，該等實施例包括更少、更多或不同要素之其他組合，該等要素即使在最初並未以此種組合主張時亦在以上揭示。將兩個要素組合於一主張組合之教示應進一步理解為亦允許其中兩個要素不彼此組合，而係可單獨使用或以其他組合形式組合之一主張組合。刪除實施例之任何所揭示要素經審慎考慮為在實施例之範疇內。
在本說明書中用來描述各種實施例之詞語應不僅在其一般定義含義之意義上理解，而且應藉由本說明書中之特殊定義包括超出一般定義含義之範疇之結構、材料或動作。因此，若一個要素可在本說明書之上下文中理解為包括超過一種含義，則其在申請專利範圍中之使用必須理解為對由說明書及詞語本身所支持的所有可能含義是通用的。
因此，在本說明書中將隨附申請專利範圍之詞語或要素之定義定義為不僅包括字面上闡述的要素之組合，而且包括用於以實質上相同方式執行實質上相同功能以獲得實質上相同結果之所有等效結構、材料或動作。在該種意義上，因此考慮，可對以下申請專利範圍中的任何一個要素進行兩個或更多個要素之等效替換或可將單個要素替換為申請專利範圍中之兩個或更多個要素。儘管以上可將要素描述為以某些組合起作用且甚至最初是如此主張，但應明確瞭解，可在一些情況下將來自一主張組合之一或多個要素自該組合刪除及該主張組合可係關於一子組合或一子組合之變動。
如一般技術者所觀察到的與所主張標的之非實質性改變(現在已知或以後設計的)被明確地考慮為係等效地在申請專利範圍之範疇 內。因此，一般技術者現在或以後已知的明顯替代定義為在所定義要素之範疇內。
因此，申請專利範圍應理解為包括以上具體說明且描述者、概念上等效者、可經明顯替換者亦及本質上併入實施例之基本思想者。
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Figure 109131232-A0305-02-0048-3
Figure 109131232-A0305-02-0049-4
Figure 109131232-A0305-02-0050-5
174:手機
176:雲端生態系統
176:Oracle資料管理系統(DMS)
178:雲端生態系統
180:雲端生態系統
182:登錄模組
184:模組
186:資料庫
188:模組
190:模組
194:步驟
196:步驟
198:步驟
200:步驟
202:資料庫
204:步驟
206:步驟
208:物件儲存
210:結果入口
212:健康照護夥伴(HCP)手機
214:模組
216:模組

Claims (19)

  1. 一種在基於雲端之生態系統中在可攜式手持式儀器中診斷性現場測試自個體採集之樣本以確定病毒抗原及/或其抗體之存在之自動化方法，該方法包括：將該樣本放入該儀器中可旋轉碟中之接收腔室中；使用該儀器根據該樣本之性質及在該可攜式手持式儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件在自動化控制下處理該可旋轉碟中之樣本；使用該可攜式手持式儀器中之相應檢測構件在自動化控制下檢測該樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量；在自動化控制下產生對應於個體之樣本中病毒抗原及/或抗體之所檢測定量測量之資料輸出；在自動化控制下將對應於個體之該資料輸出傳送至基於雲端之資料庫；在自動化控制下在基於雲端之生態系統中比較分析對應於該個體的相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或抗體之所傳送資料輸出以診斷該個體最有可能帶有或先前已帶有之若有的病毒感染類型；及在自動化控制下將該比較分析之結果自該基於雲端之生態系統傳送至該個體，其中在自動化控制下使用儀器根據樣本之性質及在儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本包括在自動化控制下進行ELISA血液測試。
  2. 如請求項1之自動化方法，其中在自動化控制下在基於雲端之生態系統中比較分析對應於個體的相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或抗體之所傳送資料輸出以診斷該個體最有可能帶有或先前已帶有之若有的病毒感染類型包括：在自動化控制下針對Covid-19抗原及/或抗體之陽性及/或陰性指示分析微陣列所傳送的資料輸出；在自動化控制下比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出與針對共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出；及在自動化控制下確定陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上降低偽陽性及/或偽陰性。
  3. 如請求項2之自動化方法，其中在自動化控制下確定陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染包括在自動化控制下確定陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出之相應Z分數是否指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體的複數種病毒感染之Z分數。
  4. 如請求項2之自動化方法，其中在自動化控制下比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出與針對共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送的 資料輸出包括在自動化控制下比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出與針對選自包括下列之群之複數種急性呼吸道感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出：SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、普通感冒冠狀病毒(HKU1、OC43、NL63、229E)、及流行性感冒之多種子型、腺病毒、間質肺炎病毒、副流行性感冒及/或呼吸道融合病毒。
  5. 如請求項2之自動化方法，其中在自動化控制下確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上減少偽陽性及/或偽陰性包括在自動化控制下使用測定其曲線下面積(AUC)以確定用於診斷Covid-19之高性能抗原之接收者操作特徵(ROC)曲線評估抗原以跨越一範圍之檢定截止值區分陽性抗原組與陰性抗原組之輸出資料。
  6. 如請求項2之自動化方法，其中在自動化控制下確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上減少偽陽性及/或偽陰性包括在自動化控制下基於針對複數種高性能抗原之組合計算得的相應Youden指數確定來自複數種高性能抗原之組合之對Covid-19之最佳敏感性及特異性。
  7. 如請求項1之自動化方法，其中該檢測構件包括抗原及/或抗體螢光斑點之微陣列且其中在自動化控制下使用儀器中的相應檢測構件來檢測樣本 中病毒抗原及/或抗體之定量測量包括在自動化控制下產生抗原及/或抗體螢光斑點之微陣列之彩色影像之影像檔案。
  8. 如請求項1之自動化方法，其中該檢測構件包括功能化表面聲波檢測器(SAW)且其中在自動化控制下使用儀器中的相應檢測構件來檢測樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量包括在自動化控制下回應於由功能化表面聲波檢測器(SAW)直接捕獲的病毒抗原及/或抗體或由功能化表面聲波檢測器(SAW)間接捕獲的對應於病毒抗原及/或抗體之聚合酶鏈反應(PCR)複製DNA標籤之定量來產生RF相位延遲檢測信號。
  9. 如請求項1之自動化方法，其中在自動化控制下使用儀器根據樣本之性質及在儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本包括在自動化控制下使用結合螢光標記藉由直接或間接免疫螢光(其中抗體結合至抗原的量與螢光產生源的量直接相關)進行免疫螢光檢定。
  10. 如請求項1之自動化方法，其中在自動化控制下使用儀器根據樣本之性質及在儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本包括在自動化控制下使用PCR藉由快速DNA擴增及使用Taq聚合酶進行即時定量聚合酶鏈反應(RT-qPCR)以測定樣本中遺傳物質(DNA或RNA)的量。
  11. 如請求項1之自動化方法，其中在自動化控制下使用儀器根據樣本之 性質及在儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件選擇性處理可旋轉碟中之樣本包括在自動化控制下自包括附著有DNA標籤之第一抗體及包括附著有磁性奈米粒子(MNP)之第二抗體之樣本之第一部分捕獲分析物，其中形成夾層，其包括該等第一及第二抗體、該分析物、該MNP及該DNA標籤；在自動化控制下使用恆溫擴增複製DNA標籤至足以藉由提供能由檢測器可靠地檢測到的量來克服檢測器之最小質量敏感性限制之預定量之DNA標籤；在自動化控制下將樣本之第二部分配置於微陣列上；在自動化控制下使用微陣列針對對應於至少一種所選病毒之抗體選擇性地探測樣本之第二部分；及在自動化控制下使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體。
  12. 如請求項11之自動化方法，其中在自動化控制下使用微陣列針對對應於至少一種所選病毒之抗體選擇性地探測樣本之第二部分包括：在自動化控制下將樣本之第二部分在微陣列上培養一段預定時間；在自動化控制下配置螢光標記之二級Ab；在自動化控制下洗滌微陣列；及在自動化控制下乾燥微陣列；且其中使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體包括：在自動化控制下藉由產生微陣列之彩色影像來檢測樣本之第二部分 中之Ig同型物；及在自動化控制下將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或資料處理。
  13. 如請求項11之自動化方法，其中該微陣列已經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)之DNA斑點，及其中在自動化控制下使用該微陣列針對對應於至少一種所選病毒之抗體選擇性地探測樣本之第二部分包括：在自動化控制下使用經提供有棘蛋白之受體結合域(RBD)及螢光團標記之ACE2及用於檢測RBD抗體之另一抗人類IgG之螢光團標記之二級抗體之DNA斑點之微陣列進行中和抗體檢定；在自動化控制下洗滌微陣列；及在自動化控制下乾燥微陣列；及其中在自動化控制下使用螢光攝影機讀取微陣列以識別樣本之第二部分中之抗體包括：在自動化控制下產生具有至少兩種不同顏色之微陣列之彩色影像，一種顏色係針對存在於樣本之第二部分中之RBD抗體及第二種顏色係針對ACE2，利用ACE2螢光檢測不含中和抗體或RBD抗體之樣本之第二部分，同時利用遞減量之ACE2螢光檢測具有RBD抗體或遞增量之干擾ACE2-RBD結合之中和抗體之樣本，其中在不存在RBD抗體下，可針對相對中和活性定量ACE2螢光之量；及在自動化控制下將微陣列之彩色影像傳送至雲端以進行分析及/或資料處理。
  14. 如請求項11之自動化方法，其中在自動化控制下使用微陣列針對對應於至少一種所選病毒之抗體選擇性地探測樣本之第二部分進一步包括在自動化控制下使用往復作用將樣本之第二部分微混合，其中作用於液體元件上之離心加速度首先產生且儲存氣動能量，然後藉由降低離心加速度釋放該氣動能量，導致液體流動方向反轉，且對樣本之第二部分施加高及低之交替序列的離心加速度以使培養/雜交期間抗體與抗原大分子之間的培養/雜交效率最大化。
  15. 一種使用自動化可攜式手持式儀器診斷性現場測試自個體採集之樣本以確定病毒抗原及/或其抗體之存在之自動化基於雲端之系統，該系統包括：該儀器中可旋轉碟中之樣本接收腔室；使用該儀器根據該樣本之性質及在該可攜式手持式儀器中檢測接受診斷性測試之病毒抗原及/或抗體之相應構件自動化處理可旋轉碟中之樣本之讀取器；使用該可攜式手持式儀器中之相應檢測構件自動化檢測樣本中病毒抗原及/或抗體之定量測量之檢測器；用於自動化產生對應於個體之樣本中病毒抗原及/或抗體之所檢測到的定量測量之資料輸出電路；用於將對應於個體之資料輸出自動化傳送至基於雲端之資料庫之通訊電路；基於雲端之生態系統，其用於在自動化控制下比較分析對應於個體 之相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或抗體之所傳送資料輸出以診斷個體最有可能帶有或先前已帶有的若有的病毒感染類型，且用於將比較分析之結果自該基於雲端之生態系統自動化傳送至個體，其中該用於在自動化控制下比較分析對應於個體之相對於複數種不同類型之病毒抗原及/或抗體之所傳送資料輸出以診斷個體最有可能帶有或先前已帶有的若有的病毒感染類型之基於雲端之生態系統包括基於雲端之模組，該基於雲端之模組用於針對Covid-19抗原及/或抗體之陽性及/或陰性指示自動化分析微陣列之所傳送資料輸出，用於自動化比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與針對共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出，及用於自動化確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上減少偽陽性及/或偽陰性。
  16. 如請求項15之自動化基於雲端之系統，其中該用於自動化確定陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之基於雲端之模組包括用於在自動化控制下自動化確定陽性及/或陰性指示之所傳送的資料輸出之相應Z分數是否指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之Z分數之基於雲端之模組。
  17. 如請求項15之自動化基於雲端之系統，其中該用於在自動化控制下自動化比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與共有 至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出之基於雲端之模組包括用於自動化比較針對Covid-19之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出與針對選自包括下列之群之複數種急性呼吸道感染之微陣列之陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出之基於雲端之模組：SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、普通感冒冠狀病毒(HKU1、OC43、NL63、229E)、及流行性感冒之多種子型、腺病毒、間質肺炎病毒、副流行性感冒及/或呼吸道融合病毒。
  18. 如請求項15之自動化基於雲端之系統，其中該用於在自動化控制下自動化確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上減少偽陽性及/或偽陰性之基於雲端之模組包括使用測定其曲線下面積(AUC)以確定用於診斷Covid-19之高性能抗原之接收者操作特徵(ROC)曲線自動化評估抗原以跨越一範圍之檢定截止值區分陽性抗原組與陰性抗原組之輸出資料之基於雲端之模組。
  19. 如請求項15之自動化基於雲端之系統，其中該用於自動化確定陽性及/或陰性指示之所傳送資料輸出是否在統計上指示Covid-19而不是共有至少一些Covid-19抗原及/或抗體之複數種病毒感染，以致實質上減少偽陽性及/或偽陰性之基於雲端之模組包括用於在自動化控制下基於針對複數種高性能抗原之組合計算得的相應Youden指數自動化確定自複數種高性能抗原之組合之對Covid-19之最佳敏感性及特異性之基於雲端之模組。
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