TWI774693B - 偵測分析物之方法、組合物及系統 - Google Patents

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Abstract

本申請案大體上係關於用於感測及/或鑑別病原體、基因組材料、蛋白質及/或其他小分子或生物標記之診斷學的系統、方法及器件。在一些實施中，佔據面積小成本低的器件提供快速及穩定之感測及鑑別。此類器件可利用微流體、生物化學及電子器件以現場同時偵測一或多個目標且更接近護理點或位於護理點。

Description

偵測分析物之方法、組合物及系統
本申請案大體上係關於用於感測及/或鑑別病原體、基因組材料、蛋白質及/或其他小分子或生物標記之診斷學的系統、方法及器件。在一些實施中，佔據面積小成本低的器件提供快速及穩定之感測及鑑別。此類器件可利用微流體、生物化學及電子器件以現場同時偵測一或多個目標且更接近護理點或位於護理點。
可藉由偵測特異性基因組材料(DNA或RNA)來鑑別樣品中之病原體。除病原體偵測以外，許多其他生物標記可供用於測試，包括可提供癌症之早期偵測、重要產前資訊或對患者之微生物群落更多理解之分子。在習知核酸測試(「NAT」)中，可首先使用稱為聚合酶鏈反應(「PCR」)之分子擴增過程以指數方式複製樣品中之基因組材料，直至DNA之數量大到足以可量測。在RNA(許多病毒之基因組材料)之情況下，可包括額外步驟以在藉由PCR進行擴增之前首先將RNA轉錄成DNA。
一些實施例包括用於偵測目標試劑之系統，該系統包含：分析盒，其包括含有激勵電極及感測電極之測試孔，其中測試孔經組態以含有包含正在經歷擴增過程之目標試劑之樣品；及讀取器器件，其包括：經組態以 容納分析盒之區域、經安置以在凹穴內加熱所使用之分析盒之加熱器、至少儲存電腦可讀儲存指令之記憶體及處理器，其由該等指令組態以至少：引起加熱器將分析盒加熱至預定溫度以用於在測試孔內進行擴增過程；在至少一部分擴增過程持續時間內向激勵電極提供激勵電流、接收來自感測電極之信號(該信號代表在至少由測試孔內之樣品弱化之後的激勵電流)、將信號分解成阻抗分量及電抗分量、分析電抗分量以測定是否在至少部分擴增過程持續時間期間出現指示包括目標試劑之陽性樣品的信號落差，及回應於測定出現信號落差，輸出陽性測試結果，或回應於測定不存在信號落差，輸出陰性測試結果。
在一些實施例中，分析盒進一步包含：經組態以容納樣品之樣品引入區；及使樣品引入區與測試孔流體耦合之流體路徑。
在一些實施例中，分析盒亦包括含有擴增過程之液體成分之密封室，密封室安置於分析盒之具有引導進入流體路徑的孔口之區域中，其中樣品引入區沿流體路徑安置於孔口與測試孔之間；及使氣動界面與分析盒區流體耦合之氣動流體路徑，其中向測試孔提供擴增過程之乾燥成分。
在一些實施例中，讀取器器件包括經組態以經由氣動界面施加壓力之氣動系統，處理器由指令進一步經組態以至少：啟動與啟動器耦合之馬達，該啟動器經安置以使密封室破裂且引起液體成分流入分析盒區；激活氣動系統以使得液體成分流入流體路徑且將在樣品引入區接收之樣品運載至測試孔。
在一些實施例中，分析盒進一步包含沿流體路徑安置於樣品引入區與測試孔之間的混合室，該混合室經組態以將液體成分及樣品混合成實質上均勻的混合測試流體。
在一些實施例中，分析盒包含第一電極界面，其包括引向激勵電極之第一接觸墊及引向感測電極之第二接觸墊。
在一些實施例中，讀取器器件包含第二電極界面，其經組態以使第一電極界面與在讀取器器件區中容納之分析盒耦合。
在一些實施例中，讀取器器件進一步包含電壓源，其經組態以產生激勵電流，且其中第二電極界面包括：經安置以與第一接觸墊耦合之第三接觸墊，該第三接觸墊與電壓源耦合；及經組態以與第二接觸墊耦合之第四接觸墊，該第四接觸墊與記憶體耦合。
在一些實施例中，為將信號分解成阻抗分量與電抗分量，處理器由指令進一步經組態以至少：比信號之奈奎斯頻率(Nyquist frequency)更快地對信號進行取樣，該信號表示樣品之阻抗；將信號分解成同相分量及異相分量；及基於同相分量計算阻抗分量且基於異相分量計算電抗組分。
在一些實施例中，為了分析電抗組分，處理器由指令進一步經組態以至少存取來自記憶體之信號落差之預定預期特徵。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括預測存在信號落差之擴增過程持續時間期間的時間窗口。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括電抗分量值中之臨界值變化。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括電抗分量曲線之臨界值斜率，電抗分量曲線表示在至少一部分擴增過程持續時間內取樣之電抗分量之值。
在一些實施例中，擴增過程包含使處理樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋 白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，可偵測核酸為經擴增的。
在一些實施例中，擴增過程包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增過程包含選自由以下組成之群的等溫擴增反應：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及多重交叉位移擴增(MCDA)。在一些實施例中，擴增過程包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。
在一些實施例中，用於在測試孔內進行擴增過程之預定溫度超過30℃。在一些實施例中，用於在測試孔內進行擴增過程之預定溫度超過37℃。在一些實施例中，用於在測試孔內進行擴增過程之預定溫度超過60℃。在一些實施例中，用於在測試孔內進行擴增過程之預定溫度在60℃至70℃範圍內。
在一些實施例中，擴增過程之液體成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
在一些實施例中，擴增過程之乾燥成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
一些實施例包括用於針對目標試劑測試樣品之器件，該器件包含： 經組態以接收包含目標試劑之樣品的樣品引入區；含有激勵電極及感測電極之測試孔，其中測試孔經組態以：在擴增過程期間容納樣品、使用激勵電極在擴增過程期間向樣品施加電流及使用感測電極感測信號，信號表示在至少由測試孔內之樣品弱化之後的電流；及使樣品引入區與測試孔流體耦合之流體路徑。
一些實施例亦包括含有擴增過程之液體成分之密封室，該密封室安置於器件之具有引向流體路徑之孔口的區域中，其中樣品引入區沿流體路徑安置於孔口與測試孔之間；及提供於測試孔內之擴增過程乾燥成分。
一些實施例亦包括尖銳物，其經組態以使密封室破裂及引起液體成分流入該區域中；及氣動流體路徑，其使氣動界面與器件區域流體耦合，氣動流體路徑經組態以向該區域施加壓力，以使得液體成分流入流體路徑及將在樣品引入區接收之樣品運載至測試孔。
一些實施例亦包括沿流體路徑安置於樣品引入區與測試孔之間的混合室，該混合室經組態以將液體成分及樣品混合成實質上均勻的混合測試流體。
在一些實施例中，分析盒包含第一電極界面，其包括引向激勵電極之第一接觸墊及引向感測電極之第二接觸墊。
一些實施例亦包括電路板，其包括激勵電極及感測電極，其中樣品引入區及至少一部分流體路徑係在單片液體不可滲透材料中形成，且其中電路板黏附至一部分液體不可滲透材料。
一些實施例亦包括安置於液體不可滲透材料及電路板上方之保護層，該保護層包含安置於樣品引入區上方之孔口及經組態以可移除方式密封孔口之覆蓋層。
在一些實施例中，測試孔之側邊由液體不可滲透材料形成為圓形孔口，且其中測試孔之底部由電路板形成。
在一些實施例中，激勵電極及感測電極位於測試孔之底部上且遠離測試孔之側邊。
在一些實施例中，激勵電極及感測電極經組態以實質上與電路板之底層齊平。
一些實施例亦包括經組態以自測試孔釋放氣體之通風口，其中通風口由液體不可滲透、氣體可滲透之過濾器覆蓋。
在一些實施例中，激勵電極包含安置於孔中心內之圓形電極，且其中感測電極包含圍繞激勵電極同軸安置之環狀電極。
在一些實施例中，環狀電極與圓形電極間隔與環狀電極之半徑大致相等之間隙。
在一些實施例中，環狀電極與圓形電極間隔至少與環狀電極之半徑之兩倍一樣大的間隙。
在一些實施例中，激勵電極包含第一半圓形電極，且其中感測電極包含與第一半圓形電極間隔一個間隙之第二半圓形電極，其中第一及第二半圓形電極之豎直部分跨越間隙彼此面對。
在一些實施例中，激勵電極包含第一線形電極，且其中感測電極包含與第一線形電極間隔一個間隙之第二線形電極。
在一些實施例中，激勵電極包含第一正方形電極，且其中感測電極包含與第一線形電極間隔一個間隙之第二正方形電極。
在一些實施例中，擴增過程包含使處理樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋 白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，可偵測核酸為經擴增的。
在一些實施例中，擴增過程包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增過程包含選自由以下組成之群的等溫擴增反應：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及多重交叉位移擴增(MCDA)。在一些實施例中，擴增過程包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。
在一些實施例中，測試孔經組態以將樣品加熱至超過30℃之溫度。在一些實施例中，測試孔經組態以將樣品加熱至超過37℃之溫度。在一些實施例中，測試孔經組態以將樣品加熱至超過60℃之溫度。在一些實施例中，測試孔經組態以將樣品加熱至60℃至70℃範圍內之溫度。
在一些實施例中，擴增過程之液體成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
在一些實施例中，擴增過程之乾燥成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
一些實施例包括儲存之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在由經組態以接收含有包含目標試劑之樣品及測試孔之分析盒之讀取器器件執行 時，引起讀取器器件進行包含以下之操作：在測試孔內發生之擴增過程之至少一部分持續時間內向安置於測試孔內的激勵電極提供激勵電流；接收來自安置於測試孔內之感測電極之信號，該信號表示在至少由在測試孔內進行擴增之樣品弱化之後的激勵電流；將信號分解成阻抗分量及電抗分量；分析電抗分量以測定在至少一部分擴增過程之持續時間期間是否出現指示包括目標試劑之陽性樣品之信號落差；及回應於測定出現信號落差，輸出陽性測試結果，或回應於測定不存在信號落差，輸出陰性測試結果。
在一些實施例中，操作進一步包含引起加熱器將分析盒加熱至預定溫度以進行擴增過程。
在一些實施例中，操作進一步包含經由網路傳遞陽性測試結果或陰性測試結果。
在一些實施例中，用於分解之操作進一步包含：比信號之奈奎斯頻率更快地對其進行取樣，信號表示樣品之阻抗；將信號分解成同相分量及異相分量；及基於同相分量計算阻抗組分且基於異相分量計算電抗組分。
在一些實施例中，用於分析電抗分量之操作進一步包含存取來自記憶體之信號落差之預定預期特徵。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括預測存在信號落差之擴增過程持續時間期間的時間窗口。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括電抗分量值中之臨界值變化。
在一些實施例中，儲存於記憶體中之信號落差之預定預期特徵包括電抗分量曲線之臨界值斜率，電抗分量曲線表示在至少一部分擴增過程持續時間內取樣之電抗分量之值。
在一些實施例中，該等操作進一步包含激活氣動系統以向分析盒之流體路徑施加壓力，以使得樣品與分析盒中提供之擴增過程之成分混合且流入測試孔。
在一些實施例中，該等操作進一步包含啟動馬達以將啟動器推入分析盒之泡殼封裝，以使得擴增過程之液體成分釋放至流體路徑中。
在一些實施例中，擴增過程包含使處理樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，可偵測核酸為經擴增的。
在一些實施例中，擴增過程包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增過程包含選自由以下組成之群的等溫擴增反應：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及多重交叉位移擴增(MCDA)。在一些實施例中，擴增過程包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。
在一些實施例中，用於進行擴增過程之預定溫度超過30℃。在一些實施例中，用於進行擴增過程之預定溫度超過37℃。在一些實施例中，用於進行擴增過程之預定溫度超過60℃。在一些實施例中，用於進行擴增過程之預定溫度在60℃至70℃範圍內。
在一些實施例中，擴增過程之液體成分包含選自由以下組成之群的 組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
在一些實施例中，擴增過程進一步包含選自由以下組成之群的乾燥成分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
一些實施例包括偵測目標試劑之方法，該方法包含：提供包含測試孔之盒，該測試孔包括激勵電極及感測器電極；將包含目標試劑之樣品引入盒；將盒插入讀取器器件；在測試孔內進行包含於樣品中之目標試劑之擴增；將來自讀取器器件之激勵信號施加至激勵電極；使用激勵電極感測來自測試孔之信號，該信號表示進行擴增之樣品之阻抗；將信號傳遞至讀取器器件；及基於分析阻抗之電抗部分之讀取器器件偵測目標試劑。
一些實施例亦包括在盒之樣品引入區施用樣品；使盒內之密封室破裂以將擴增過程之液體成分釋放至盒之流體路徑中；及引起液體成分及樣品沿流體路徑流至測試孔中，藉此將液體成分及樣品混合成測試流體。
一些實施例亦包括使在測試孔內提供之擴增過程之乾燥組分與測試流體水合。
一些實施例亦包括經由與測試孔流體連通之通風口將測試流體中捕捉之氣體推出。
一些實施例亦包括分析信號之電抗部分以鑑別指示陽性測試結果之信號落差。
一些實施例亦包括基於一部分曲線鑑別信號落差，該曲線係基於電抗部分產生，該電抗部分具有超過值之臨界值變化及擴增過程之預定時間窗口內瞬時位置中之一者或兩者。
在一些實施例中，擴增過程包含使處理樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，可偵測核酸為經擴增的。
在一些實施例中，擴增包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增包含選自由以下組成之群的等溫擴增反應：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及多重交叉位移擴增(MCDA)。在一些實施例中，擴增包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。
在一些實施例中，進行目標試劑之擴增包含將樣品加熱至超過30℃之溫度。在一些實施例中，進行目標試劑之擴增包含將樣品加熱至超過37℃之溫度。在一些實施例中，進行目標試劑之擴增包含將樣品加熱至超過60℃之溫度。在一些實施例中，進行目標試劑之擴增包含將樣品加熱至60℃至70℃範圍內之溫度。
在一些實施例中，擴增過程之液體成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及酶(諸如聚合酶)。
在一些實施例中，擴增過程之乾燥成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體、核酸(諸如引子)、緩衝液及 酶(諸如聚合酶)。
一些實施例包括偵測目標試劑之方法，該方法包含：提供包含激勵電極及感測器電極之器件；將包含目標試劑之樣品引入器件；在器件內處理樣品；及藉由量測經處理之樣品之電學特性來偵測目標。
在一些實施例中，電學特性選自由以下組成之群：複數導納、阻抗、傳導性、電阻率、電阻及介電常數。
在一些實施例中，電學特性為複數導納。
在一些實施例中，偵測包含向激勵電極施加激勵信號。
在一些實施例中，激勵信號包含交流電。
在一些實施例中，激勵信號包含直流電。
在一些實施例中，激勵信號包含掃頻電壓及頻率。
在一些實施例中，偵測包含量測感測器電極處之感應電流。
在一些實施例中，電學特性係在一段時間內量測。
在一些實施例中，至少一個電極經鈍化。
在一些實施例中，電極經介電材料鈍化。
在一些實施例中，電極經氧化鈦鈍化。
在一些實施例中，偵測包含使經處理之樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針包含磁性珠粒。
在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，偵測包含擴增可偵測核酸。
在一些實施例中，擴增包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。在一些實施例中，經處理之樣品包含低離 子性溶液。
在一些實施例中，經處理之樣品不含硫酸銨。
在一些實施例中，偵測包含使樣品與試劑接觸以增強包含樣品之溶液的傳導性之變化。在一些實施例中，試劑結合於無機焦磷酸鹽。在一些實施例中，試劑係選自由以下組成之群：Cd2+-大環多胺-香豆素；具有雙(2-吡啶基甲基)胺(DPA)單元之Zn2+錯合物；DPA-2Zn2+-苯氧化物；吖啶-DPA-Zn2+；DPA-Zn2+-芘；及氮雜冠醚-Cu2+錯合物。在一些實施例中，試劑包含2-胺基-6-巰基-7-甲基嘌呤核苷。
一些實施例包括使用頻率依賴性電容耦合式非接觸式傳導性偵測器件偵測目標試劑之方法，該方法包含：將包含目標試劑之樣品引入器件；在器件內處理樣品；及藉由分析樣品之頻率依賴性電容耦合式非接觸式傳導性來偵測目標。
在一些實施例中，處理包含選自由以下組成之群的步驟：針對目標試劑富集樣品、自樣品移除非目標試劑材料、裂解細胞、沈澱蛋白質及添加防腐劑。
在一些實施例中，偵測包含使經處理之樣品與捕捉探針接觸。在一些實施例中，捕捉探針選自由以下組成之群：抗體或其抗原結合片段、蛋白質受體及核酸。在一些實施例中，捕捉探針包含可偵測核酸。在一些實施例中，偵測包含擴增可偵測核酸。
在一些實施例中，擴增包含等溫擴增。在一些實施例中，擴增包含選自由以下組成之群的等溫擴增反應：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導 之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及多重交叉位移擴增(MCDA)。在一些實施例中，擴增包含迴路介導之等溫擴增(LAMP)。
在一些實施例中，偵測包含使樣品與試劑接觸以增強包含樣品之溶液的傳導性之變化。在一些實施例中，試劑結合於無機焦磷酸鹽。在一些實施例中，試劑係選自由以下組成之群：Cd2+-大環多胺-香豆素；具有雙(2-吡啶基甲基)胺(DPA)單元之Zn2+錯合物；DPA-2Zn2+-苯氧化物；吖啶-DPA-Zn2+；DPA-Zn2+-芘；及氮雜冠醚-Cu2+錯合物。在一些實施例中，試劑包含2-胺基-6-巰基-7-甲基嘌呤核苷。
在一些實施例中，偵測利用交流電。
在一些實施例中，偵測利用高頻交流電。
在一些實施例中，偵測利用直流電。
一些實施例包括用於偵測樣品中之目標試劑之器件，其包含：能夠容納液體樣品之腔室；具有至少一個側壁之通道，該通道與腔室流體連通且包括一或多種用於核酸擴增之試劑；能夠加熱通道之加熱器；與側壁接觸之第一電極；與側壁接觸且沿通道與第一電極隔開之第二電極；及電連接至第一電極及第二電極之電路，該電路能夠向第一電極施加電流且偵測由第二電極接收之指示目標試劑之電流信號。
在一些實施例中，電流為直流電。
在一些實施例中，電流為交流電。
在一些實施例中，加熱器能夠將液體樣品加熱至至少30℃。在一些 實施例中，加熱器能夠將液體樣品加熱至至少37℃。在一些實施例中，加熱器能夠將液體樣品加熱至至少60℃。在一些實施例中，加熱器能夠將液體樣品加熱至60℃至70℃範圍內。
在一些實施例中，在介電基板中形成通道且加熱器與通道相鄰安置。
在一些實施例中，器件經組態以電子方式及機械方式與伴隨器件耦合。
在一些實施例中，伴隨器件為消費型產品，其包含處理器、記憶體、圖形使用者顯示器。
在一些實施例中，伴隨器件係選自由以下組成之群：智能手機、平板電腦、膝上型電腦及智慧型手錶。
在一些實施例中，一或多種用於核酸擴增之試劑包含引子及聚合酶。
在一些實施例中，一或多種用於核酸擴增之試劑包含用於增強包含樣品之溶液之傳導性的變化之試劑。在一些實施例中，試劑結合於無機焦磷酸鹽。在一些實施例中，試劑係選自由以下組成之群：Cd2+-大環多胺-香豆素；具有雙(2-吡啶基甲基)胺(DPA)單元之Zn2+錯合物；DPA-2Zn2+-苯氧化物；吖啶-DPA-Zn2+；DPA-Zn2+-芘；及氮雜冠醚-Cu2+錯合物。在一些實施例中，試劑包含2-胺基-6-巰基-7-甲基嘌呤核苷。
一些前述實施例包括器件、非暫時性電腦可讀媒體或其中目標試劑係選自由以下組成之群的方法：病毒性核酸、病毒性衣殼蛋白質、病毒性結構蛋白、病毒性醣蛋白、病毒性膜融合蛋白、病毒性蛋白酶及病毒性聚合酶。
在一些實施例中，病毒包含目標試劑。
在一些實施例中，病毒係選自由以下組成之群：雙股DNA病毒、單股DNA病毒、雙股RNA病毒、單股(+)RNA病毒、單股(-)RNA病毒、單股逆轉錄RNA病毒及雙股逆轉錄DNA病毒。
在一些實施例中，病毒係選自由以下組成之群：腺相關病毒、愛知病毒(Aichi virus)、澳大利亞蝙蝠狂犬病毒(Australian bat lyssavirus)、BK多瘤病毒、班納病毒(Banna virus)、巴馬森林病毒(Barmah forest virus)、布尼安維拉病毒(Bunyamwera virus)、拉克羅斯布尼亞病毒(Bunyavirus La Crosse)、白靴兔布尼亞病毒(Bunyavirus snowshoe hare)、獼猴疱疹病毒(Cercopithecine herpesvirus)、金迪普拉病毒(Chandipura virus)、基孔肯雅病毒(Chikungunya virus)、科薩病毒A(Cosavirus A)、牛痘病毒(Cowpox virus)、柯薩奇病毒(Coxsackievirus)、克里米亞-剛果出血熱病毒(Crimean-Congo hemorrhagic fever virus)、登革熱病毒(Dengue virus)、多理病毒(Dhori virus)、達格畢病毒(Dugbe virus)、杜文海格病毒(Duvenhage virus)、東部馬腦炎病毒(Eastern equine encephalitis virus)、埃博拉病毒(Ebolavirus)、埃可病毒(Echovirus)、腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus)、埃-巴二氏病毒(Epstein-Barr virus)、歐洲蝙蝠狂犬病毒(European bat lyssavirus)、C型GB病毒(GB virus C)/G型肝炎病毒、漢坦病毒(Hantaan virus)、亨德拉病毒(Hendra virus)、A型肝炎病毒、B型肝炎病毒、C型肝炎病毒、E型肝炎病毒、δ型肝炎病毒、馬痘病毒(Horsepox virus)、人類腺病毒、人類星狀病毒(Human astrovirus)、人類冠狀病毒(Human coronavirus)、人類巨細胞病毒 (Human cytomegalovirus)、人類腸病毒68(Human enterovirus 68)、70、人類疱疹病毒1(Human herpesvirus 1)、人類疱疹病毒2、人類疱疹病毒6、人類疱疹病毒7、人類疱疹病毒8、人類免疫缺乏病毒(Human immunodeficiency virus)、人類乳突狀瘤病毒1(Human papillomavirus 1)、人類乳突狀瘤病毒2、人類乳突狀瘤病毒16、18、人類副流感(Human parainfluenza)、人類小病毒B19(Human parvovirus B19)、人類呼吸道合胞病毒(Human respiratory syncytial virus)、人類鼻病毒(Human rhinovirus)、人類SARS冠狀病毒(Human SARS coronavirus)、人類泡沫病毒(Human spumaretrovirus)、人類T-嗜淋巴細胞病毒(Human T-lymphotropic virus)、人類環曲病毒(Human torovirus)、A型流感病毒(Influenza A virus)、B型流感病毒、C型流感病毒、伊斯法罕病毒(Isfahan virus)、JC多瘤病毒(JC polyomavirus)、日本腦炎病毒(Japanese encephalitis virus)、胡甯沙狀病毒(Junin arenavirus)、KI多瘤病毒(KI Polyomavirus)、庫京病毒(Kunjin virus)、拉各斯蝙蝠病毒(Lagos bat virus)、維多利亞湖馬堡病毒(Lake Victoria marburgvirus)、蘭加特病毒(Langat virus)、拉沙病毒(Lassa virus)、洛茲達雷病毒(Lordsdale virus)、跳躍病病毒(Louping ill virus)、淋巴球性脈絡叢腦膜炎病毒(Lymphocytic choriomeningitis virus)、馬丘波病毒(Machupo virus)、馬雅羅病毒(Mayaro virus)、MERS冠狀病毒、麻疹病毒(Measles virus)、門戈腦心肌炎病毒(Mengo encephalomyocarditis virus)、梅克爾細胞多瘤病毒(Merkel cell polyomavirus)、莫科拉病毒(Mokola virus)、傳染性軟疣病毒(Molluscum contagiosum virus)、猴痘病毒(Monkeypox virus)、腮腺炎病毒(Mumps virus)、莫雷谷腦炎病毒(Murray valley encephalitis virus)、紐約病毒(New York virus)、尼帕病毒(Nipah virus)、諾沃克病毒(Norwalk virus)、奧尼永-尼永病毒(O'nyong-nyong virus)、口瘡病毒(Orf virus)、奧羅普切病毒(Oropouche virus)、皮欽德病毒(Pichinde virus)、脊髓灰白質炎病毒(Poliovirus)、布塔托羅白蛉熱病毒(Punta toro phlebovirus)、撲嗎拉病毒(Puumala virus)、狂犬病病毒(Rabies virus)、東非瑞夫特河谷羊熱病病毒(Rift valley fever virus)、A型羅沙病毒(Rosavirus A)、羅斯河病毒(Ross river virus)、A型輪狀病毒(Rotavirus A)、B型輪狀病毒、C型輪狀病毒、風疹病毒(Rubella virus)、鷺山病毒(Sagiyama virus)、A型薩利病毒(Salivirus A)、西西里白蛉熱病毒(Sandfly fever sicilian virus)、箚幌病毒(Sapporo virus)、勝利基森林病毒(Semliki forest virus)、首爾病毒(Seoul virus)、猴多泡病毒(Simian foamy virus)、猴病毒5(Simian virus 5)、辛德比病毒(Sindbis virus)、南安普敦病毒(Southampton virus)、聖路易斯腦炎病毒(St.louis encephalitis virus)、蜱傳播波瓦生病毒(Tick-borne powassan virus)、輸血傳播病毒(Torque teno virus)、托斯卡納病毒(Toscana virus)、尤尤庫尼米病毒(Uukuniemi virus)、痘瘡病毒(Vaccinia virus)、水痘-帶狀疱疹病毒(Varicella-zoster virus)、痘瘡病毒(Variola virus)、委內瑞拉馬腦炎病毒(Venezuelan equine encephalitis virus)、水泡性口炎病毒(Vesicular stomatitis virus)、西部馬腦炎病毒(Western equine encephalitis virus)、WU多瘤病毒(WU polyomavirus)、西尼羅河病毒(West Nile virus)、亞巴猴腫瘤病毒(Yaba monkey tumor virus)、亞巴樣疾病病毒(Yaba-like disease virus)、黃熱病病毒(Yellow fever virus)及茲卡病毒(Zika virus)。
一些前述實施例包括器件、非暫時性電腦可讀媒體或其中目標試劑係選自由以下組成之群的方法：細菌性核酸、細菌性蛋白質及細菌性毒素。
在一些實施例中，細菌包含目標試劑。
在一些實施例中，細菌係選自由以下組成之群：革蘭氏陽性細菌(gram-positive bacterium)或革蘭氏陰性細菌(gram-negative bacterium)。
在一些實施例中，細菌係選自由以下組成之群：綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)、螢光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)、食酸假單胞菌(Pseudomonas acidovorans)、產鹼假單胞菌(Pseudomonas alcaligenes)、惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)、洋蔥伯克霍爾德氏菌(Burkholderia cepacia)、親水性氣單胞菌(Aeromonas hydrophilia)、大腸桿菌(Escherichia coli)、弗氏檸檬酸桿菌(Citrobacter freundii)、鼠傷寒沙門桿菌(Salmonella typhimurium)、傷寒沙門氏菌(Salmonella typhi)、副傷寒沙門氏菌(Salmonella paratyphi)、腸炎沙門氏菌(Salmonella enteritidis)、痢疾志賀菌(Shigella dysenteriae)、弗氏志賀菌(Shigella flexneri)、索氏志賀菌(Shigella sonnei)、陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)、產氣腸桿菌(Enterobacter aerogenes)、肺炎克雷伯氏桿菌(Klebsiella pneumoniae)、產酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)、黏質沙雷氏菌(Serratia marcescens)、土拉熱弗朗西絲菌(Francisella tularensis)、摩根氏菌(Morganella morganii)、奇異變形桿菌(Proteus mirabilis)、普通變形桿菌(Proteus vulgaris)、產鹼普羅威登斯菌(Providencia alcalifaciens)、雷氏普羅威登斯菌(Providencia rettgeri)、 斯氏普羅威登斯菌(Providencia stuartii)、鮑氏不動桿菌(Acinetobacter baumannii)、乙酸鈣不動桿菌(Acinetobacter calcoaceticus)、溶血不動桿菌(Acinetobacter haemolyticus)、小腸結腸炎耶爾森氏菌(Yersinia enterocolitica)、鼠疫耶爾森菌(Yersinia pestis)、假結核耶爾森菌(Yersinia pseudotuberculosis)、中間耶爾森菌(Yersinia intermedia)、百日咳博特氏菌(Bordetella pertussis)、副百日咳博德特氏菌(Bordetella parapertussis)、支氣管敗血性博德氏桿菌(Bordetella bronchiseptica)、流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)、副流感嗜血桿菌(Haemophilus parainfluenzae)、溶血嗜血桿菌(Haemophilus haemolyticus)、副溶血嗜血桿菌(Haemophilus parahaemolyticus)、杜氏嗜血桿菌(Haemophilus ducreyi)、多殺巴斯德菌(Pasteurella multocida)、溶血巴斯德菌(Pasteurella haemolytica)、卡他布蘭漢菌(Branhamella catarrhalis)、幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori)、胚胎彎曲桿菌(Campylobacter fetus)、空腸彎曲桿菌(Campylobacter jejuni)、大腸彎曲桿菌(Campylobacter coli)、伯氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)、霍亂弧菌(Vibrio cholerae)、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、嗜肺性退伍軍人桿菌(Legionella pneumophila)、單核球增多性李氏菌(Listeria monocytogenes)、淋病奈瑟氏菌(Neisseria gonorrhoeae)、奈瑟氏腦膜炎菌(Neisseria meningitidis)、金氏菌(Kingella)、莫拉菌(Moraxella)、陰道加德納菌(Gardnerella vaginalis)、脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)、狄氏擬桿菌(Bacteroides distasonis)、擬桿菌3452A同源群(Bacteroides 3452A homology group)、普通擬桿菌(Bacteroides vulgatus)、卵形擬桿菌(Bacteroides ovalus)、多形擬桿菌(Bacteroides thetaiotaomicron)、單 形擬桿菌(Bacteroides uniformis)、埃氏擬桿菌(Bacteroides eggerthii)、內臟擬桿菌(Bacteroides splanchnicus)、艱難梭菌(Clostridium difficile)、結核分支桿菌(Mycobacterium tuberculosis)、鳥分枝桿菌(Mycobacterium avium)、細胞內分枝桿菌(Mycobacterium intracellulare)、麻風分支桿菌(Mycobacterium leprae)、白喉棒狀桿菌(Corynebacterium diphtheriae)、潰瘍棒狀桿菌(Corynebacterium ulcerans)、肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)、無乳鏈球菌(Streptococcus agalactiae)、化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)、糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、屎腸球菌(Enterococcus faecium)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、腐生葡萄球菌(Staphylococcus saprophyticus)、中間葡萄球菌(Staphylococcus intermedius)、豬葡萄球菌亞屬(Staphylococcus hyicus subsp.hyicus)、溶血葡萄球菌(Staphylococcus haemolyticus)、人葡萄球菌(Staphylococcus hominis)及解糖葡萄球菌(Staphylococcus saccharolyticus)。
一些前述實施例包括器件、非暫時性電腦可讀媒體或其中目標試劑係選自由以下組成之群的方法：蛋白質、多肽、核酸、小分子、醫藥學化合物。
一些前述實施例包括器件、非暫時性電腦可讀媒體或其中寄生蟲包含目標試劑之方法。
在一些實施例中，寄生蟲係選自由以下組成之群：內部寄生蟲及外部寄生蟲。
在一些實施例中，寄生蟲係選自由以下組成之群：原蟲、蠕蟲、吸 蟲及蛔蟲。
在一些實施例中，內部寄生蟲係選自由以下組成之群：棘阿米巴蟲屬(Acanthamoeba spp.)、巴倍蟲屬(Babesia spp.)、分歧焦蟲(B.divergens)、牛雙芽巴貝斯蟲(B.bigemina)、馬巴貝斯蟲(B.equi)、巴貝西蟲(B.microfti)、鄧氏蟲(B.duncani)、狒狒巴拉姆希阿米巴(Balamuthia mandrillaris)、大腸纖毛蟲(Balantidium coli)、囊原蟲屬(Blastocystis spp.)、隱孢子蟲屬(Cryptosporidium spp.)、圓孢子蟲(Cyclospora cayetanensis)、脆雙核阿米巴蟲(Dientamoeba fragilis)、溶組織內阿米巴蟲(Entamoeba histolytica)、梨形鞭毛蟲(Giardia lamblia)、貝氏等孢子球蟲(Isospora belli)、利什曼原蟲屬(Leishmania spp.)、福勒氏耐格里阿米巴蟲(Naegleria fowleri)、惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)、間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)、庫氏卵形瘧原蟲(Plasmodium ovale curtisi)、瓦氏卵形瘧原蟲(Plasmodium ovale wallikeri)、三日瘧原蟲(Plasmodium malariae)、諾氏瘧原蟲(Plasmodium knowlesi)、西伯鼻孢子蟲(Rhinosporidium seeberi)、牛人肉孢子蟲(Sarcocystis bovihominis)、豬人肉孢子蟲(Sarcocystis suihominis)、剛地弓形蟲(Toxoplasma gondii)、陰道毛滴蟲(Trichomonas vaginalis)、布氏錐蟲(Trypanosoma brucei)、克氏錐蟲(Trypanosoma cruzi)、古巴伯特絛蟲(Bertiella mucronata)、薩氏絛蟲(Bertiella studeri)、絛蟲(Cestoda)、多頭絛蟲(Taenia multiceps)、闊節裂頭絛蟲(Diphyllobothrium latum)、細粒棘球絛蟲(Echinococcus granulosus)、多房棘球絛蟲(Echinococcus multilocularis)、沃氏棘球絛蟲(E.vogeli)、少節棘球絛蟲(E.oligarthrus)、微小膜殼絛蟲 (Hymenolepis nana)、長膜殼絛蟲(Hymenolepis diminuta)、刺蝟絛蟲(Spirometra erinaceieuropaei)、牛肉絛蟲(Taenia saginata)、有鉤絛蟲(Taenia solium)、華支睾吸蟲(Clonorchis sinensis)；文宰吸蟲(Clonorchis viverrini)、支雙腔吸蟲(Dicrocoelium dendriticum)、多刺棘口吸蟲(Echinostoma echinatum)、肝片吸蟲(Fasciola hepatica)、巨大肝蛭(Fasciola gigantica)、布氏薑片蟲(Fasciolopsis buski)、棘顎口線蟲(Gnathostoma spinigerum)、剛棘顎口線蟲(Gnathostoma hispidum)、橫川後殖吸蟲(Metagonimus yokogawai)、東方次睾吸蟲(Metorchis conjunctus)、泰國肝吸蟲(Opisthorchis viverrini)、貓後睾吸蟲(Opisthorchis felineus)、華支睾吸蟲(Clonorchis sinensis)、衛氏並殖吸蟲(Paragonimus westermani)、非洲並殖吸蟲屬(Paragonimus africanus)、曼谷並殖吸蟲(Paragonimus caliensis)、貓肺並殖吸蟲(Paragonimus kellicotti)、斯氏並殖吸蟲(Paragonimus skrjabini)；雙側宮並殖吸蟲(Paragonimus uterobilateralis)、埃及血吸蟲(Schistosoma haematobium)、日本血吸蟲(Schistosoma japonicum)、曼森氏裂體吸蟲(Schistosoma mansoni)及剛果裂體吸蟲(Schistosoma intercalatum)、湄公河裂體吸蟲(Schistosoma mekongi)、住血吸蟲屬(Schistosoma sp)、里氏毛畢吸蟲(Trichobilharzia regenti)、血吸蟲科(Schistosomatidae)、十二指腸鉤蟲(Ancylostoma duodenale)、美洲鉤蟲(Necator americanus)、哥斯達管圓線蟲(Angiostrongylus costaricensis)、異尖線蟲(Anisakis)、蛔蟲屬似蚓蛔線蟲(Ascaris sp.Ascaris lumbricoides)、普氏貝利蛔線蟲(Baylisascaris procyonis)、馬來血絲蟲(Brugia malayi)、帝汶布魯絲蟲(Brugia timori)、腎膨結線蟲(Dioctophyme renale)、麥地那龍線蟲 (Dracunculus medinensis)、蟯蟲(Enterobius vermicularis)、格雷氏蟯蟲(Enterobius gregorii)、金氏線蟲(Halicephalobus gingivalis)、羅阿絲狀蟲(Loa loa filaria)、鏈尾曼森線蟲(Mansonella streptocerca)、人蟠尾絲蟲(Onchocerca volvulus)、腸類圓線蟲(Strongyloides stercoralis)、加利福尼亞吸吮線蟲(Thelazia californiensis)、結膜吸吮線蟲(Thelazia callipaeda)、犬蛔蟲(Toxocara canis)、貓蛔蟲(Toxocara cati)、旋毛蟲(Trichinella spiralis)、布氏旋毛蟲(Trichinella britovi)、納氏旋毛蟲(Trichinella nelsoni)、本地毛形線蟲(Trichinella nativa)、毛首鞭形線蟲(Trichuris trichiura)、狐毛尾線蟲(Trichuris vulpis)、潘氏絲狀蟲(Wuchereria bancrofti)、棘頭蟲(Archiacanthocephala)、念珠棘蟲(Moniliformis moniliformis)、鋸齒狀舌形蟲(Linguatula serrata)、狂蠅科(Oestroidea)、麗蠅科(Calliphoridae)、海南麻蠅科(Sarcophagidae)、螺旋蠅(Cochliomyia hominivorax)(麗蠅科(family Calliphoridae))、穿皮潛蚤(Tunga penetrans)、臭蟲科(Cimicidae)、溫帶臭蟲(Cimex lectularius)及人膚皮蠅(Dermatobia hominis)。
在一些實施例中，寄生蟲為選自由以下組成之群的外部寄生蟲：人虱(Pediculus humanus)、人體虱(Pediculus humanus corporis)、陰虱(Pthirus pubis)、毛囊蠕形蟎(Demodex folliculorum)、皮脂蠕形蟎(Demodex brevis)、犬蠕形蟎(Demodex canis)、疥蟎(Sarcoptes scabiei)、恙蟎科(Trombiculidae)、人蚤(Pulex irritans)、硬蜱科(Ixodidae)及軟蜱科(Argasidae)。
一些前述實施例包括其中微RNA包含目標試劑之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
在一些實施例中，微RNA為哺乳動物。在一些實施例中，微RNA為人類。
在一些實施例中，微RNA係選自由以下組成之群：hsa-miR-1、hsa-miR-1-2、hsa-miR-100、hsa-miR-100-1、hsa-miR-100-2、hsa-miR-101、hsa-miR-101-1、hsa-miR-101a、hsa-miR-101b-2、hsa-miR-102、hsa-miR-103、hsa-miR-103-1、hsa-miR-103-2、hsa-miR-104、hsa-miR-105、hsa-miR-106a、hsa-miR-106a-1、hsa-miR-106b、hsa-miR-106b-1、hsa-miR-107、hsa-miR-10a、hsa-miR-10b、hsa-miR-122、hsa-miR-122a、hsa-miR-123、hsa-miR-124a、hsa-miR-124a-1、hsa-miR-124a-2、hsa-miR-124a-3、hsa-miR-125a、hsa-miR-125a-5p、hsa-miR-125b、hsa-miR-125b-1、hsa-miR-125b-2、hsa-miR-126、hsa-miR-126-5p、hsa-miR-127、hsa-miR-128a、hsa-miR-128b、hsa-miR-129、hsa-miR-129-1、hsa-miR-129-2、hsa-miR-130、hsa-miR-130a、hsa-miR-130a-1、hsa-miR-130b、hsa-miR-130b-1、hsa-miR-132、hsa-miR-133a、hsa-miR-133b、hsa-miR-134、hsa-miR-135a、hsa-miR-135b、hsa-miR-136、hsa-miR-137、hsa-miR-138、hsa-miR-138-1、hsa-miR-138-2、hsa-miR-139、hsa-miR-139-5p、hsa-miR-140、hsa-miR-140-3p、hsa-miR-141、hsa-miR-142-3p、hsa-miR-142-5p、hsa-miR-143、hsa-miR-144、hsa-miR-145、hsa-miR-146a、hsa-miR-146b、hsa-miR-147、hsa-miR-148a、hsa-miR-148b、hsa-miR-149、hsa-miR-15、hsa-miR-150、hsa-miR-151、hsa-miR-151-5p、hsa-miR-152、hsa-miR-153、hsa-miR-154、hsa-miR-155、hsa-miR-15a、hsa-miR-15a-2、hsa-miR-15b、hsa-miR-16、hsa-miR-16-1、hsa-miR-16-2、hsa-miR-16a、 hsa-miR-164、hsa-miR-170、hsa-miR-172a-2、hsa-miR-17、hsa-miR-17-3p、hsa-miR-17-5p、hsa-miR-17-92、hsa-miR-18、hsa-miR-18a、hsa-miR-18b、hsa-miR-181a、hsa-miR-181a-1、hsa-miR-181a-2、hsa-miR-181b、hsa-miR-181b-1、hsa-miR-181b-2、hsa-miR-181c、hsa-miR-181d、hsa-miR-182、hsa-miR-183、hsa-miR-184、hsa-miR-185、hsa-miR-186、hsa-miR-187、hsa-miR-188、hsa-miR-189、hsa-miR-190、hsa-miR-191、hsa-miR-192、hsa-miR-192-1、hsa-miR-192-2、hsa-miR-192-3、hsa-miR-193a、hsa-miR-193b、hsa-miR-194、hsa-miR-195、hsa-miR-196a、hsa-miR-196a-2、hsa-miR-196b、hsa-miR-197、hsa-miR-198、hsa-miR-199a、hsa-miR-199a-1、hsa-miR-199a-1-5p、hsa-miR-199a-2、hsa-miR-199a-2-5p、hsa-miR-199a-3p、hsa-miR-199b、hsa-miR-199b-5p、hsa-miR-19a、hsa-miR-19b、hsa-miR-19b-1、hsa-miR-19b-2、hsa-miR-200a、hsa-miR-200b、hsa-miR-200c、hsa-miR-202、hsa-miR-203、hsa-miR-204、hsa-miR-205、hsa-miR-206、hsa-miR-207、hsa-miR-208、hsa-miR-208a、hsa-miR-20a、hsa-miR-20b、hsa-miR-21、hsa-miR-22、hsa-miR-210、hsa-miR-211、hsa-miR-212、hsa-miR-213、hsa-miR-214、hsa-miR-215、hsa-miR-216、hsa-miR-217、hsa-miR-218、hsa-miR-218-2、hsa-miR-219、hsa-miR-219-1、hsa-miR-22、hsa-miR-220、hsa-miR-221、hsa-miR-222、hsa-miR-223、hsa-miR-224、hsa-miR-23a、hsa-miR-23b、hsa-miR-24、hsa-miR-24-1、hsa-miR-24-2、hsa-miR-25、hsa-miR-26a、hsa-miR-26a-1、hsa-miR-26a-2、hsa-miR-26b、hsa-miR-27a、hsa-miR-27b、hsa-miR-28、hsa-miR-296、hsa-miR-298、hsa-miR-299-3p、hsa-miR- 299-5p、hsa-miR-29a、hsa-miR-29a-2、hsa-miR-29b、hsa-miR-29b-1、hsa-miR-29b-2、hsa-miR-29c、hsa-miR-301、hsa-miR-302、hsa-miR-302a、hsa-miR-302b、hsa-miR-302c、hsa-miR-302c、hsa-miR-302d、hsa-miR-30a、hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-30a-5p、hsa-miR-30b、hsa-miR-30c、hsa-miR-30c-1、hsa-miR-30d、hsa-miR-30e、hsa-miR-30e、hsa-miR-30e-5p、hsa-miR-31、hsa-miR-31a、hsa-miR-32、hsa-miR-32、hsa-miR-320、hsa-miR-320-2、hsa-miR-320a、hsa-miR-322、hsa-miR-323、hsa-miR-324-3p、hsa-miR-324-5p、hsa-miR-325、hsa-miR-326、hsa-miR-328、hsa-miR-328-1、hsa-miR-33、hsa-miR-330、hsa-miR-331、hsa-miR-335、hsa-miR-337、hsa-miR-337-3p、hsa-miR-338、hsa-miR-338-5p、hsa-miR-339、hsa-miR-339-5p、hsa-miR-34a、hsa-miR-340、hsa-miR-340、hsa-miR-341、hsa-miR-342、hsa-miR-342-3p、hsa-miR-345、hsa-miR-346、hsa-miR-347、hsa-miR-34a、hsa-miR-34b、hsa-miR-34c、hsa-miR-351、hsa-miR-352、hsa-miR-361、hsa-miR-362、hsa-miR-363、hsa-miR-355、hsa-miR-365、hsa-miR-367、hsa-miR-368、hsa-miR-369-5p、hsa-miR-370、hsa-miR-371、hsa-miR-372、hsa-miR-373、hsa-miR-374、hsa-miR-375、hsa-miR-376a、hsa-miR-376b、hsa-miR-377、hsa-miR-378、hsa-miR-378、hsa-miR-379、hsa-miR-381、hsa-miR-382、hsa-miR-383、hsa-miR-409-3p、hsa-miR-419、hsa-miR-422a、hsa-miR-422b、hsa-miR-423、hsa-miR-424、hsa-miR-429、hsa-miR-431、hsa-miR-432、hsa-miR-433、hsa-miR-449a、hsa-miR-451、hsa-miR-452、hsa-miR-451、hsa-miR-452、hsa-miR-452、hsa-miR-483、hsa-miR-483-3p、hsa-miR- 484、hsa-miR-485-5p、hsa-miR-485-3p、hsa-miR-486、hsa-miR-487b、hsa-miR-489、hsa-miR-491、hsa-miR-491-5p、hsa-miR-492、hsa-miR-493-3p、hsa-miR-493-5p、hsa-miR-494、hsa-miR-495、hsa-miR-497、hsa-miR-498、hsa-miR-499、hsa-miR-5、hsa-miR-500、hsa-miR-501、hsa-miR-503、hsa-miR-508、hsa-miR-509、hsa-miR-510、hsa-miR-511、hsa-miR-512-5p、hsa-miR-513、hsa-miR-513-1、hsa-miR-513-2、hsa-miR-515-3p、hsa-miR-516-5p、hsa-miR-516-3p、hsa-miR-518b、hsa-miR-519a、hsa-miR-519d、hsa-miR-520a、hsa-miR-520c、hsa-miR-521、hsa-miR-532-5p、hsa-miR-539、hsa-miR-542-3p、hsa-miR-542-5p、hsa-miR-550、hsa-miR-551a、hsa-miR-561、hsa-miR-563、hsa-miR-565、hsa-miR-572、hsa-miR-582、hsa-miR-584、hsa-miR-594、hsa-miR-595、hsa-miR-598、hsa-miR-599、hsa-miR-600、hsa-miR-601、hsa-miR-602、hsa-miR-605、hsa-miR-608、hsa-miR-611、hsa-miR-612、hsa-miR-614、hsa-miR-615、hsa-miR-615-3p、hsa-miR-622、hsa-miR-627、hsa-miR-628、hsa-miR-635、hsa-miR-637、hsa-miR-638、hsa-miR-642、hsa-miR-648、hsa-miR-652、hsa-miR-654、hsa-miR-657、hsa-miR-658、hsa-miR-659、hsa-miR-661、hsa-miR-662、hsa-miR-663、hsa-miR-664、hsa-miR-7、hsa-miR-7-1、hsa-miR-7-2、hsa-miR-7-3、hsa-miR-708、hsa-miR-765、hsa-miR-769-3p、hsa-miR-802、hsa-miR-885-3p、hsa-miR-9、hsa-miR-9-1、hsa-miR-9-3、hsa-miR-9-3p、hsa-miR-92、hsa-miR-92-1、hsa-miR-92-2、hsa-miR-9-2、hsa-miR-92、hsa-miR-92a、hsa-miR-93、hsa-miR-95、hsa-miR-96、hsa-miR-98、hsa-miR-99a及/或hsa- miR-99b。
一些前述實施例包括其中農業分析物包含目標試劑之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
在一些實施例中，農業分析物指示食物產品之來源。在一些實施例中，農業分析物指示食物產品之動物來源。在一些實施例中，農業分析物指示動物來源之屬。在一些實施例中，農業分析物指示食物產品之植物來源。在一些實施例中，農業分析物指示植物來源之屬。
在一些實施例中，農業分析物為農藥。在一些實施例中，農業分析物為選自由以下組成之群的農藥：除草劑、殺昆蟲劑及殺真菌劑。在一些實施例中，農業分析物為選自由以下組成之群的除草劑：2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)、莠去津(atrazine)、草甘膦(glyphosate)、2-甲-4-氯丙酸(mecoprop)、麥草畏(dicamba)、巴拉刈(paraquat)、草銨膦(glufosinate)、威百畝-鈉(metam-sodium)、棉隆(dazomet)、汰硫草(dithopyr)、二甲戊樂靈(pendimethalin)、EPTC、氟樂靈(trifluralin)、嘧啶磺隆(flazasulfuron)、甲基甲磺隆(metsulfuron-methyl)、達有龍(diuron)、除草醚(nitrofen)、硝氟草醚(nitrofluorfen)、三氟羧草醚(acifluorfen)、甲基磺草酮(mesotrione)、磺草酮(sulcotrione)及尼替西農(nitisinone)。在一些實施例中，農業分析物為選自由以下組成之群的殺昆蟲劑：有機氯化物、有機磷酸酯、胺基甲酸酯、合成除蟲菊酯、新菸鹼及瑞諾烷(ryanoid)。在一些實施例中，農業分析物為選自由以下組成之群的殺真菌劑：貝芬替(carbendazim)、乙黴威(diethofencarb)、亞托敏(azoxystrobin)、滅達樂(metalaxyl)、滅達樂-m(metalaxyl-m)、鏈黴素(streptomycin)、土黴素(oxytetracycline)、四氯異苯腈、得克利 (tebuconazole)、鋅乃浦(zineb)、鋅錳乃浦(mancozeb)、得克利、邁克尼(myclobutanil)、三泰芬(triadimefon)、芬克座(fenbuconazole)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol)及鋅錳乃浦。
一些前述實施例包括其中病症之生物標記包含目標試劑之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。在一些實施例中，病症為癌症。在一些實施例中，癌症選自乳癌、結腸直腸癌、胃癌、胃腸道基質腫瘤、白血病及淋巴瘤、肺癌、黑素瘤、腦癌及胰臟癌。在一些實施例中，生物標記選自包括雌激素受體、孕酮受體、HER-2/neu、EGFR、KRAS、UGT1A1、c-KIT、CD20、CD30、FIP1L1-PDGFRα、PDGFR、費城染色體(BCR/ABL)、PML/RAR-α、TPMT、UGT1A1、EML4/ALK、BRAF及升高含量之某些胺基酸，諸如白胺酸、異白胺酸及纈胺酸。
一些前述實施例包括其中樣品為禽類之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
一些前述實施例包括其中樣品為哺乳動物之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
一些前述實施例包括其中樣品為人類之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
一些前述實施例包括其中樣品係選自由以下組成之群的器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法：血液、血清、血漿、尿液、唾液、腹水液、脊髓液、精液、肺灌洗液、唾液、痰、黏液、包含細胞或核酸之液體培養基、包含細胞或核酸及組織之固體培養基。
一些前述實施例包括其中樣品係藉由進行選自以下之步驟而獲得的器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法：手指針刺、足跟針刺、靜脈穿刺、 成年人鼻抽吸、兒童鼻抽吸、鼻咽洗滌、鼻咽抽吸、拭抹、杯中之主體收集、組織活檢及灌洗。
一些前述實施例包括其中樣品為植物之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
一些前述實施例包括其中樣品為環境樣品之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
一些前述實施例包括其中樣品為土壤樣品或水樣品之器件、非暫時性電腦可讀媒體或方法。
1:步驟
2:步驟
3:步驟
4:步驟
5:步驟
6:步驟
7:步驟
8:步驟
9:步驟
10:步驟
11:步驟
12:步驟
13:步驟
14:步驟
100:盒
105:覆蓋層
110:蓋子
111:圓柱形突起
112:鉸鏈
113:離型突出部
115:孔口
120:樣品引入區
125:底座
126:底座之上覆區域
130:凹口
135:電極界面
140:泡殼封裝
141:孔口
150:流體路徑
151:流體路徑之第一區段
152:流體路徑之第二片段
153:混合室/流體路徑之第三區段
154:流體路徑之第四區段
155:流體路徑之第五區段
156:流體路徑之第六區段
160:氣動界面
161:氣動流體路徑
170A:測試區域
170B:測試區域
171A:電極
171B:電極
171C:環狀電極
171D:環狀電極
172:導體
172A:導體
172B:導體
173:接觸襯墊
173A:接觸襯墊
173B:接觸襯墊
174:閥門
175:測試孔
176:測試孔入口路徑
177:測試孔出口路徑
178:出口孔口
179:電路板
180:流體
200:盒
205:印刷電路板層
210:丙烯酸層
220:電極
215A:測試孔
215B:溫度監測孔
225:熱敏電阻
230:導線
300:盒
305:樣品引入區
310:中心通道
315:中心通道之支路
320:測試孔
330:電極界面
325A:電極
325B:電極
400A:電極配置
400B:電極配置
400C:電極配置
400D:電極配置
400E:電極配置
400F:電極配置
400G:電極配置
405A:第一電極
405B:第二電極
410A:第一電極
410B:第二電極
415A:第一電極
415B:第二電極
420A:第一電極
420B:第二電極
425A:第一電極
425B:第二電極
430A:第一電極
430B:第二電極
435A:第一電極
435B:第二電極
500:流體盒
505:測試孔
510A:激勵電極
510B:感測電極
515:激勵電壓
520:未經處理之信號
525:曲線
530:阻抗信號
535:區域
540A:電阻
540B:電抗分量
541:電阻及電抗分量之曲線
545:信號落差
550A:電阻之曲線
550B:電抗之曲線
550C:電阻之曲線
550D:電抗之曲線
551:電阻及電抗分量之曲線
560A:電阻
560B:電抗分量
561:電阻及電抗分量之曲線
565:信號落差
600:讀取器器件
605:記憶體
610:處理器
615:通信模組
620:使用者介面
625:加熱器
630:電極界面
635:電壓源
640:壓縮空氣儲存器
645:通道
650:馬達
655:啟動器
660:凹穴
700:過程
705:區塊
710:區塊
715:區塊
720:區塊
725:區塊
730:區塊
735:區塊
740:區塊
745:區塊
750:過程
755:區塊
760:區塊
765:區塊
770:區塊
775:區塊
780:區塊
785:區塊
900:處理器
906:C4D感測
907:信號發生器
909:多工器
911:後置放大器
913:解多工器
915:前置放大器
917:類比至數位轉換器
920:加熱元件
925:樣品及/或通道之溫度
930:加熱設定點
940:使用者輸入
950:輸出
951:記錄
952:儲存系統
953:使用者
1104:通道
1116:第一電極
1400:激勵電壓
1410:感應電流
1700:器件
1702:處理器
1702':處理器
1704:核心
1704':核心
1706:記憶體
1708:多點觸控式介面
1710:指標器件
1712:網路介面
1714:虛擬機
1716:操作系統
1718:可視顯示器件
1720:使用者介面
1722:網路器件
1724:儲存器
2100:偵測系統
2102:基板
2104:通道
2106:通道之內表面
2108:內部空間
2110:輸入埠
2112:輸出埠
2114:蓋玻片
2116:電極
2118:電極
2120:電源供應器/電壓源
2122:核酸偵測電路
2123:量測電路
2124:平衡電路
2126:比較電路
2128:輸出端
2130:處理器
2132:非暫時性儲存器件/記憶體
2134:可見顯示器件
2500:盒
2501:PCB/PWB層
2505:電極
2506:入口點
2510:襯墊層
2513:斷流器
2514:切口
2520:剛性基板層
2522:入口埠
2530:剛性層
2550:通道
R:測試孔之電阻
X:測試孔之電抗
CWALL:耦合電容
RLAMP:溶液電阻
TW:時間窗口
△R:電抗之變化
圖1A-1D描繪用於偵測目標之實例盒。
圖2描繪用於偵測目標之另一實例盒。
圖3A及3B描繪用於偵測目標之另一實例盒。
圖4A-4G描繪可使用於測試圖1A-3B之盒之孔或測試如本文中所描述之另一種適合的目標偵測盒之孔或通道的電極之各種實例。
圖5A描繪在圖1A-3B之盒之測試孔或如本文中所描述之另一種適合的目標偵測盒之測試孔或通道內可彼此隔開的第一電極或激勵電極及第二電極或信號電極。
圖5B描繪可自圖5A之信號電極提取之實例信號。
圖5C描繪自基於實例陽性測試產生之如圖5B中所示之信號提取的電阻及電抗分量。
圖5D描繪自來自陽性及陰性對照之實例測試之如圖5B中所示的信號提取之電阻及電抗分量。
圖5E描繪自基於另一實例陽性測試產生之如圖5B中所示的信號提取 之電阻及電抗分量。
圖6描繪可與本文中所描述之盒一起使用之實例讀取器器件之示意性方塊圖。
圖7A描繪用於在如本文中所描述之測試期間操作讀取器器件的實例過程之流程圖。
圖7B描繪用於分析測試資料以偵測如本文中所描述之目標的實例過程之流程圖。
圖8描繪擴增免疫分析流程。
圖9描繪基於珠粒之擴增免疫分析流程。
圖10描繪基於磁性珠粒之擴增免疫分析流程。
圖11描繪可沿通道彼此隔開之第一電極或激勵電極及第二電極或信號電極。
圖12為展示在通道中發生LAMP反應之後，信號之阻抗取決於激勵頻率及變化之圖，其中左側不等式可定義頻率區域。
圖13為展示在兩個極值區域中，阻抗為電容器樣且與激勵電壓為異相(接近90°)之圖。
圖14為描繪相對於激勵頻率量測之樣品晶片之阻抗的圖。
圖15為描繪相對於無量綱傳導性標繪之同步偵測器回應之圖。
圖16為描繪模型之結果的圖，其顯示與關於廣泛範圍之傳導性及既定頻率步驟的偵測器輸出端之一致性。
圖17A及圖17B描繪可用於偵測樣品中存在或不存在特定核酸及/或特定核苷酸的偵測系統之實施例。圖17A為系統之俯視圖，而圖17B為系統之截面側視圖。
圖18為說明用於偵測目標之器件的實施方案之過程流程圖。
圖19為說明用於偵測目標之器件的實施方案之過程流程圖。
圖20描繪實例流體盒。
圖21為圖20之實例流體盒之平面圖。
圖22描繪電極之實例配置。
圖23描繪實例通道。
圖24為描繪擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖25為描繪關於0%全血之擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖26為描繪關於1%全血之擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖27為描繪關於5%全血之擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖28為描繪未經過濾之樣品之0%全血的擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖29為描繪經過濾之樣品之0%全血的擴增前(-對照)及擴增後(+對照)之隨時間推移的感測器電壓之圖。
圖30描繪目標負載之隨時間推移之圖，其中誤差柱展示標準差。
圖31描繪來自擴增前小瓶(-對照)及擴增後小瓶(+對照)之多種樣品的傳導性之圖。
圖32描繪用於偵測HBsAg之基於磁性珠粒之擴增免疫分析流程。
圖33描繪說明偵測HBsAg之圖。
圖34描繪說明用低離子性緩衝液(T10)偵測HBsAg之圖。
圖35描繪說明流體盒之阻抗特徵之圖。
圖36A描繪在65℃下，在盒上進行之LAMP的異相信號之圖。
圖36B描繪在65℃下，在盒上進行之LAMP的同相信號之圖。
圖36C描繪在67℃下，在盒上進行之LAMP的異相信號之圖。
圖36D描繪在67℃下，在盒上進行之LAMP的同相信號之圖。
圖36E描繪在67℃下，在盒上進行之LAMP的異相信號之圖。
圖36F描繪在67℃下，在盒上進行之LAMP的同相信號之圖。
相關申請案
本申請案主張2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING VIRAL TARGETS」之美國臨時申請案第62/398,959號、2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING BACTERIAL TARGETS」之美國臨時申請案第62/399,047號、2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING ANTIGENS」之美國臨時申請案第62/398,925號、2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING PARASITES」之美國臨時申請案第62/398,913號、2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING MICRORNA TARGETS」之美國臨時申請案第62/398,955號及2016年9月23日申請之題為「METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING AGRICULTURAL ANALYTES」之美國臨時申請案第62/398,965號之權利，其中每一者以全文引用之方式併 入本文中。
參考序列表
本申請案與電子格式之序列表一起提交。序列表以2017年9月13日創建之題為ALVEO010WOSEQ之文件形式提供，其尺寸為約4Kb。電子格式之序列表中之資訊以全文引用之方式併入本文中。
本發明之態樣係關於使用擴增及非接觸式電感測偵測樣品中是否存在目標。此類診斷平台可用常用電子組件置換用於光學偵測之複雜的光學系統及昂貴的螢光標記以及現有電化學及FET技術中使用之電極及電活性試劑。在一些態樣中，擴增可為等溫的。與傳統診斷系統相比，本文中所描述之平台為便宜、穩定、可攜帶及能耗較低的。在一些態樣中，診斷平台足夠小以適合消費者之手掌且能夠現場運行，例如在醫生辦公室、家庭、遠離醫學設施之位置處進行診斷。
許多市售核酸偵測平台利用傳統PCR，藉此需要溫度循環、螢光標記及光學偵測儀器。此等因素引起昂貴的、基於實驗室的儀器使用，其使用精密、振動敏感性偵測器、昂貴的螢光標記物且具有大佔據面積。設備需要由經專業訓練之人員進行操作及頻繁校準。
此等大型、笨重的平台使得習知NAT之常規使用在臨床使用中具有挑戰性，極少在家中使用。NAT需要與集中式實驗室機構緊密相關之昂貴及緩慢策略。相比之下，本發明之技術避免此等挑戰。
護理點(「POC」)測試之一項障礙為在粗、未經處理之臨床樣品(諸如全血或黏液)中遇到的由干擾物引起之潛在擴增抑制。擴增抑制劑之緩和可挑戰自臨床相關生物樣品直接偵測目標核酸。
傳統偵測策略通常依賴於螢光偵測技術。此類技術可為複雜的、更 昂貴且需要精確光學系統。然而，本發明通常依賴於電偵測系統。此類電偵測系統可利用消耗相對低能量之微電子且由於高量製造而可以降低之成本製造。因此，基因組材料之電偵測可使電腦工業之發展轉移至生物分析感測。
用於監測擴增之現有電子方法可能需要電化學活性標記之結合或擴增材料與表面之選擇性結合。然而，當用於真實世界臨床應用中時，此等技術通常具有反應時間慢、引起不良訊雜比之電極或結合表面之生物積垢以及器件之使用壽命及可靠性有限等問題。儘管可能實現較大敏感性，但使用電化學或場效電晶體「FET」偵測使偵測增加一層複雜度。與POC及典型指示之其他使用者應用相比，此可引起更昂貴及不太穩定的策略。因此，顯示需要其他診斷器件。
本文所揭示之平台依賴於在核酸擴增期間發生的導電性變化之量測值。總而言之，在由核苷酸三磷酸酯生物化學合成DNA期間，帶電分子之數目及遷移率改變。此又引起溶液傳導性隨著擴增進行而變化。溶液導電性之此變化可使用頻率依賴性電容耦合式非接觸式傳導性偵測(「fC4D」)來感測。
在一些實施中，fC4D使用與安置於擴增室中之流體非常接近(但不接觸)的一對電極量測溶液之電特性。在無直接接觸情況下以此方式量測溶液特性之能力可避免在其他電量測方法中常見的表面積垢問題。
在一些實施中，利用fC4D，將高頻交流電(「AC」)信號施加至激勵電極。此信號經由溶液電容耦合，其在信號電極處被偵測。藉由比較激勵信號與信號電極處之信號，可測定溶液之傳導性。
由高解析度有限元件模型及經驗研究得知，基於fC4D之特異性公差 之技術可實現特定平台實施方案之最佳偵測敏感性及動態感測範圍。微流尺寸、電容耦合特徵及應用頻率之此類計算及憑經驗測定之參數可實現用於偵測溶液傳導性變化的有效參數之測定。在一些實施例中，對應於最佳偵測之參數可為相互依賴性變數。根據以下方程式，所量測之阻抗為溶液電阻、電容及施加頻率之函數：Z=R-(1/pi×f×C)×j
隨著電極鈍化層之厚度增加，由此層引起之寄生電容相應增加。因此可相對於鈍化層之電容選擇用於藉由fC4D量測溶液傳導性之最佳AC頻率。
實例盒、讀取器及信號處理之概述
在一些態樣中，用於偵測樣品中之目標之系統包括可與伴隨讀取器器件耦合之可拆卸式流體盒。使用者可將樣品施用於盒且接著將盒插入讀取器器件。讀取器器件經組態以使用盒進行測試程序且分析測試資料以測定樣品中存在、不存在目標或目標之數量。舉例而言，可向盒提供使樣品中最初存在之目標擴增的用於擴增過程之所需試劑、蛋白質或其他化學物質。特定言之，可向一些盒提供所需化學物質以用於核酸測試，其中使用分子擴增過程以指數方式複製樣品中之基因組材料，如本文中所描述。盒亦可包括用於含有擴增過程之測試孔，其中測試孔指經組態以含有(或實質上含有)擴增過程之測試流體及成分之孔、腔室、通道或其他幾何結構。讀取器器件可針對盒保持所需溫度或其他測試環境參數以促進擴增過程，且可在一些或全部擴增過程中以電子方式監測盒之測試孔。因此，讀取器器件可收集表示在擴增過程期間，隨時間推移的測試孔之阻抗之信號資料，且可如本文中所描述分析阻抗以確定樣品中存在、不存在目標或目 標之數量。作為實例，擴增過程可在五分鐘至六十分鐘範圍內，在一些實例中，在十分鐘至三十分鐘範圍內。較佳地，在一些實施例中，在懸浮於孔內之流體中時偵測到擴增產物，使得擴增產物不連接或螯合至孔或固定或結合於探針(其結合於孔)。在其他實施例中，在擴增產物連接或螯合至孔(例如固定或結合於探針，該等探針結合於孔)時偵測到擴增產物。
此類系統可有利地提供可在臨床環境或甚至使用者家中進行的目標偵測，而不需要將樣品遞送至實驗室進行擴增及分析。在臨床環境中，此可避免習知核酸測試之延遲，藉此使臨床醫師能夠在患者之診所訪問之典型時間框內確定診斷。同樣，所揭示之系統使臨床醫師能夠在患者之初始診所訪問期間制定治療計劃，而不需要臨床醫師等待數小時或甚至數天以接收自實驗室發回的測試結果。舉例而言，當患者訪問診所時，護士或其他醫療從業者可自患者收集樣品且使用所描述之系統開始測試。系統可在患者與其醫生或臨床醫師協商時提供測試結果以確定治療計劃。尤其在用於診斷快速發展之病變時，所揭示之系統可避免與實驗室測試相關的可不利地影響患者之治療及結果之延遲。
作為另一益處，所揭示之系統可在臨床環境外部(例如現場、在不便於到達現有醫療診所之鄉村環境中)使用以偵測健康狀況，諸如傳染性疾病(例如埃博拉(ebola))，因此使得適合的人員能夠立即行動以預防或緩解傳染性疾病之傳播。類似地，所揭示之系統可現場或在懷疑危害污染物(例如煤質)之位點使用以快速測定樣品是否含有有害污染物，由此使得適合的人員能夠立即行動以防止或減少人類暴露於污染物。此外，所揭示之系統可用於偵測血液或血漿供應源或食物工業中之污染物。應瞭解，所揭示之系統可在其中目標之即時偵測與經由將樣品遞送至器件外實驗室進行 之延遲偵測相比，可更有效起作用的其他情形中提供類似優勢。
此類系統之另一益處為其使用成本低、拋棄式單次使用盒及可與不同盒一起多次使用及/或用於不同目標之測試的可重複使用之讀取器器件。
圖1A-1D描繪經組態以用於偵測目標之實例盒100。如本文中所描述，目標可為病毒目標、細菌目標、抗原目標、寄生蟲目標、微RNA目標或農業分析物。盒100之一些實施例可經組態以用於測試單個目標，而盒100之一些實施例可經組態以用於測試多個目標。
圖1A描繪盒100，其具有在其底座125上提供之覆蓋層105。在使用時，覆蓋層105可操作以密封盒100內所提供之樣品，藉此防止測試操作員暴露於樣品及防止任何液體洩露至相關讀取器器件之電子器件中。覆蓋層105可持久性黏附至底座125，或在某些實施例中可為可拆卸式的。覆蓋層105可由適合的材料(諸如塑膠)形成，且可不透光(如所描繪)，或在其他實例中可為半透明或透明的。
覆蓋層105包括安置在底座125之樣品引入區120上方之孔口115。如此處所使用，上方係指當與包括孔口115之保護層105之平面表面透視正交地自上而下觀察盒100時，孔口115位於樣品引入區120上。覆蓋層105亦包括蓋子110，其經組態以在經由孔口115提供樣品之前及之後流體密封孔口115。蓋子110包括圓柱形突起111，其在蓋子110密封孔口115時堵塞孔口115；離型突出部113，其經組態以幫助使用者在蓋子110密封孔口115時將蓋子110拉出孔口115；及鉸鏈112，其經組態以使得蓋子110能夠自孔口115移開且移出樣品提供路徑，同時保持蓋子110緊固至覆蓋層105。應瞭解，可類似地使用蓋子110之形狀之其他變化以實現孔口115之 密封，且在一些實施例中，可改變或忽略鉸鏈112及/或離型突出部113。在所說明之實施例中，覆蓋層105及蓋子110一體地形成為單片材料，然而，在其他實施例中，蓋子110可為與覆蓋層105獨立的結構。
在使用時，使用者打開蓋子110且將可能含有目標之樣品經由覆蓋層中之孔口115施用至底座125之樣品引入區120中。舉例而言，使用者可戳手指且將全血樣品施用至樣品引入區120，例如經由毛細管。盒100可經組態以接收液體、半固體及固體樣品中之一或多種。在施用樣品之後，使用者可關閉蓋子110以密封孔口115。有利地，密封底座125之流體路徑之入口使得樣品(及其他液體)經由底座125之流體路徑移動至測試孔。舉例而言，使用者可將含有樣品之密封的盒100插入如本文中所描述之讀取器器件，且讀取器器件可啟動視情況選用之氣動界面以使樣品移動至測試孔。關於圖1B及1C更詳細地描述流體路徑及測試孔，且關於圖6描述實例讀取器器件。
覆蓋層105亦包括下文中更詳細描述之用於暴露底座125之電極界面135之凹口130。在一些實施例中，覆蓋層105可包括用於在使用之前保護電極界面135之可移動式蓋片或可拆卸式外鞘。
圖1B描繪圖1A之盒100，其中移除覆蓋層以暴露底座125之特徵。底座125可由流體不可滲透的材料形成，例如射出成形或經研磨之丙烯酸或塑膠。底座125包括樣品引入區120、泡殼封裝140、氣動界面160、包括測試孔175之測試區170A及流體路徑150，其經組態以用於混合所施用之樣品與泡殼封裝140中所含的液體及用於將此混合液體運送至測試孔175。應瞭解，在其他實施例中，此等特徵之特定幾何配置或相對配置可變化。
泡殼封裝140包括薄膜，例如熱成型塑膠，形成含有用於與所施用之樣品混合的液體之密封室。此等液體可包括擴增劑、緩衝溶液、水或測試過程所需之其他液體成分。此等液體之特定選擇及化學性質可針對盒100經設計以測試之特定目標定製。泡殼封裝140之一些實施例可額外包括溶解或懸浮於密封液體中之非液體化合物。泡殼封裝140可緊固至底座125，例如在具有引導入腔室之氣動流體路徑161及引導出腔室進入流體路徑150之孔口141的不透流體腔室內。舉例而言，沿泡殼封裝140之一個或兩個表面之外邊緣安置的壓敏黏合劑之環可用於在適當位置緊固泡殼封裝140。
在使用時，使用者或讀取器器件可機械啟動尖銳物(例如針或其他具有尖銳點之主體)以將泡殼封裝140打孔，且經由孔口141釋放其液體內含物且進入流體路徑150之第一區段151。尖銳物可併入盒100中，例如位於含有泡殼封裝140之腔室中，該腔室與流體路徑之第一區段151流體連通。如本文中所使用，流體連通係指能夠轉移流體(例如液體氣體氣體)。在另一實施例中，使用者或讀取器器件可在泡殼封裝140之下表面上按壓(儘管未說明，但下表面與圖1B中可見之表面對置)以將其推向尖銳物且將泡殼封裝140打孔。在其他實施例中，可省略尖銳物，且可由使用者或讀取器器件壓縮泡殼封裝140直至其液體內含物之壓力引起泡殼封裝140破裂。儘管描述為可破裂的泡殼封裝，但其他實施例可實施機械可打開腔室，其經組態以類似地將密封液體釋放至流體路徑150之第一區段151。
如上文所描述，在施用樣品之後，使用者密封覆蓋層之孔口115，藉此密封盒100內之流體路徑150。氣動界面160經組態以經由泡殼封裝腔室將流體(諸如空氣)提供至密封流體路徑150中，以促進流體沿流體路徑150 以所需方向流動至測試孔175中。氣動界面160可為引導入氣動流體路徑161且與其流體連通之孔口，氣動流體路徑161又引導入泡殼封裝140或含有泡殼封裝140之腔室且與其流體連通。在一些實施例中，氣動界面160可為可壓縮單向閥門，其在壓縮時迫使環境空氣進入氣動流體路徑161且在其減壓時自其環境吸收環境空氣。在此類實施例中，氣動界面160之重複壓縮可迫使盒中之流體沿流體路徑流動。
流體路徑150包括區段151、152、153、154、155及156以及樣品引入區120、測試孔175、測試孔入口路徑176及測試孔出口路徑177。流體路徑150之第一區段151自泡殼封裝140引導至樣品引入區120。流體路徑150之第二片段152自樣品引入區120引導至混合室153。混合室153為流體路徑150之第三區段且相對於第二區段152及第四區段154加寬。流體路徑150之第四區段154自混合室153引導至流體路徑之第五區段155。流體路徑150之第五區段155在測試區域170A中形成。流體路徑150之第五區段155引導至第一測試孔入口路徑176及流體路徑150之第六區段156中。流體路徑150之第六區段156各自形成相鄰測試孔之間流體路徑150之延續部分，直至最後一個測試孔入口176。測試孔入口路徑176將測試孔175流體連接至流體路徑150，且可由閥門174封閉，例如以防止測試孔之間的交叉擴增。測試孔出口路徑177自測試孔175引導至出口孔口178，使得氣體自測試孔175逃逸且逸出盒100。
在一些實施例中，來自泡殼封裝140之液體與所施用之樣品之平均或均勻混合可產生更精確的測試結果。同樣，混合室153經組態以促進來自泡殼封裝140之液體與所施用之樣品之平均混合；例如藉由包括彎曲區域及/或橫截面形狀，其促進混合室153內液體之擾流而非層流。擾流為流體 動力學中之流態，其由流體之混亂的壓力及流速變化表徵。擾流與層流相反，其在流體平行於層流動時產生，且此等層之前不存在破壞。
流體路徑150之區段151、152、153、154可完全包覆於底座125之材料內，或可具有三個由底座125之材料形成之表面，其中覆蓋層105形成密封此等通道之上表面。流體路徑150之區段155、156及測試孔入口路徑176及測試孔出口路徑177可完全包覆於底座125之材料內，可具有三個由底座125之材料形成之表面，其中覆蓋層105形成密封此等特徵之上表面，或可具有兩個由底座125之材料形成之表面，其中電路板179形成此等特徵之下表面且覆蓋層105形成此等特徵之上表面。
圖1C說明沿流體路徑150之流動方向，其中展示環繞數作為沿流體路徑之某些點的標記。環繞數在下文論述為流體180在其經由盒100內之流體路徑150行進時進程之實例步驟，其中各步驟包括展示流體在該步驟之行進方向的方向箭頭。
在步驟(1)之前，使用者在樣品引入區120處施用樣品。為了圖1C之清楚及簡單性起見，圖1B中用參考數字標記之組分在圖1C中未標記。亦在步驟(1)之前，泡殼封裝140破裂使得其液體內含物自其先前密封之腔室釋放。
在步驟(1)處，自氣動界面160流動之空氣或其他流體以所說明之方向沿氣動流體路徑161朝向破裂的泡殼封裝140行進。
在步驟(2)處，自破裂的泡殼封裝140釋放之液體(本文中稱為「主混合物」)以所說明之方向經由孔口141行進且進入流體路徑150之第一區段151。主混合物沿第一區段151持續流動直至步驟(3)，此時其進入樣品引入區120且開始運載樣品及其自身進一步沿流體路徑流動。
在步驟(4)處，主混合物及樣品離開樣品引入區120且以所說明之方向沿流體路徑150之第二區段152流動。可預先選擇主混合物之體積以自樣品引入區120完全或實質上完全清除所施用之樣品及/或至少填充測試孔175及其各別入口路徑176。
在步驟(5)處，主混合物及樣品以所說明之方向流動至入口中以拓寬流體路徑150之第三片段153，且在步驟(6)處，主混合物及樣品混合成均勻溶液，其中樣品遍及主混合物均勻分佈。如上文所描述，第三片段153包括彎曲區段及平面混合室，其經組態以促進主混合物與樣品之混合。在一些實施例中，可選擇由氣動界面160提供之流體之速率以進一步促進此混合。
在步驟(7)處，經混合之主混合物及樣品(稱為「測試流體」)離開混合室153且進入流體路徑150之第四區段154，其引導至測試區域170A中。
在步驟(8)處，測試流體以所說明之方向，經由測試區域170A沿流體路徑150之第五區段155朝向測試孔175行進。
在步驟(9)處，測試流體到達第一測試孔入口路徑176且其流動沿展示為自步驟(9)之流體路徑之箭頭分成三叉之三個可能路徑定向。
步驟(10)之路徑展示測試流體進一步沿流體路徑150之區段156流動至後續測試孔入口路徑176。視情況地，可封閉測試孔入口路徑176處之閥門174，防止測試流體流動至步驟(10)。
步驟(11)之路徑展示測試流體之氣體部分經由閥門174之視情況存在之流動。在一些實施例中，閥門174可包括液體不可滲透、氣體可滲透過濾器，以允許測試流體中之任何氣體在進入測試孔175之前經由閥門174 排出。在一些實施例中，閥門174可未經組態以排出氣體。
步驟(12)之路徑展示測試流體流入測試孔175之方向。在一些實施例中，當發生預定觸發時，可封閉閥門174以密封測試孔175。觸發可在對應於至少測試孔175(及額外地，入口及出口路徑176、177)之體積的預定體積之液體沿步驟(12)之路徑流動之後發生。閥門封閉觸發之另一實例可在已過去對應於預期用於此體積之液體沿步驟(12)之路徑流動之時間的預定時間量之後發生。在另一實施例中，觸發可為氣動界面160之去活化，此時流體可開始沿所說明之路徑反向流動，引起在不同測試孔中發生之擴增過程之交叉污染。在一些實施例中，所描繪之閥門174之位置可實際為任選地覆蓋有液體不可滲透、氣體可滲透過濾器之氣體出口孔口，且所描述之閥門可沿測試孔入口路徑176或沿流體路徑區段156定位。
步驟(13)之路徑展示測試流體或其氣體組分經由出口路徑177流出測試孔175之方向。出口路徑177可為引導出測試孔175之通道，且測試流體可由氣動界面160提供之壓力推入出口路徑177。在一些實施例中，可在測試孔175及出口路徑177之界面處提供液體不可滲透、氣體可滲透過濾器，使得僅測試流體之氣體組分流動通過出口路徑177。
在步驟(14)處，來自測試流體之氣體自盒100經由出口孔口178排放。出口孔口178可由液體不可滲透、氣體可滲透過濾器覆蓋，以允許氣體逃逸且防止液體逃出盒100。有利地，允許及促進氣體自測試流體之排放可最小化留存於測試孔中之氣體之量，最大化測試孔中液體之量。如下所述，最小化在電極之間的路徑中形成氣泡之可能性可有利地產生更可靠的信號及更精確的測試結果。
返回圖1B，測試區域170A包括路徑150之區段155、156、測試孔 175、測試孔入口路徑176、測試孔出口路徑177、孔口/閥門176、178以及電路板179。電路板179包括測試孔之電極171A、171B、用於運載電流或其他電信號之導體172及電極界面135。電極界面135包括接觸襯墊173；半個接觸襯墊173經組態以使測試孔之激勵電極與讀取器器件之電壓或電流源耦合且另一半接觸襯墊173經組態以使測試孔之信號電極與測試器件之信號讀取導體電耦合。為了圖1B之清楚起見，僅用參考數字標記測試區域170A之某些重複特徵。
電路板179可為印刷電路板，例如具有多個層之絲網印製或絲網印刷電路板。電路板179可印刷至可撓性塑膠基板或半導體基板上。可至少部分地由與底座125獨立的材料形成電路板179且緊固至底座125之下側，其中底座125之上覆區域126包括流體路徑150之區段155、156、測試孔175、測試孔入口176、測試孔出口178及孔口/閥門176、178。舉例而言，電路板179可為黏附、附著或層合至上覆區域126之丙烯酸的多層印刷電路板。電極界面135延伸超過上覆區域126之邊緣。測試孔175可形成為上覆區域126之材料中之開口，使得在孔175內暴露電路板179之電極171A、171B。因此，電極171A、171B可與流動至孔175中之流體直接接觸。電路板179可藉由在其上表面上具有樹脂而塗有油脂，以產生用於測試孔之底部的光滑、平坦表面。
可提供具有用於測試過程之固體乾燥成分(例如引子及蛋白質)之測試孔175。此乾燥成分之特定選擇及化學性質可針對盒100經設計以測試之特定目標定製。可向測試孔175提供相同或不同乾燥成分。此等乾燥成分可與流入測試孔之液體(例如與所施用之樣品混合之來自泡殼封裝140之液體)水合且因此經活化以用於測試程序。有利的是，提供與測試孔175中之 乾燥固體成分分開地泡殼封裝140中之液體成分使得在使用之前儲存之盒100含有擴增過程所需之組分，同時亦延遲擴增之起始直至已施用樣品。
測試孔175描繪為自電極界面135以交錯距離、以兩個行配置之圓形孔。測試孔175通常可為圓柱形，例如形成為上覆區域126之材料中之圓形開口且由其上部(例如覆蓋層105或一部分上覆區域126)及下(例如電路板179)側處之平坦表面界定。各測試孔175含有兩個電極171A、171B，其中一個電極為經組態以向測試孔175中之樣品施加電流之激勵電極，且另一個電極為經組態以經由液體樣品偵測自激勵電極流動之電流的信號電極。在一些實施例中，可向一或多個測試孔提供熱敏電阻代替電極，以提供盒100內流體之溫度之監測。
可獨立於其他測試孔監測各測試孔，且因此各測試孔可組成不同測試。各測試孔內所描繪之電極171A、171B為彼此平行安置之線形電極。所描繪之測試孔175之配置提供緊湊測試區170A，其中自流體路徑150連接至各測試孔175。一些實施例可包括僅單個測試孔，且多種實施例可包括兩個或更多個以其他配置來排列之測試孔。此外，在其他實施例中，測試孔之形狀可變化，且電極形狀可為圖4A-4G中展示之電極中之任一者。
在一些實施例中，測試孔175內之氣泡，尤其若沿電極171A、171B之間的電流路徑安置，可在由信號電極收集之信號中產生雜訊。此雜訊可降低基於來自信號電極之信號測定之測試結果之精確性。當沿電流路徑僅存在液體或當沿電流路徑存在最少氣泡時可獲得所需高品質信號。如上文所描述，可將任何最初存在於沿流體路徑150流動之流體中的空氣經由出口孔口178推出。此外，電極171A、171B及/或測試孔175可經成形以緩解或防止液體樣品之成核，其中空氣或氣泡在液體樣品中形成且沿電極收 集。
舉例而言，電極171A、171B位於測試孔175之底部。此可允許任何空氣或氣體上升至測試孔中流體之頂部且離開電極之間的路徑。如本文中所使用，測試孔之底部係指測試孔中較重液體由於重力而沈降之部分，且測試孔之頂部係指測試孔中較輕氣體上升超過較重液體之部分。此外，電極171A、171B遠離位於氣泡成核通常發生位置之測試孔175之周邊或邊緣安置。
此外，電極171A、171B可由薄、扁平材料層形成，其相對於形成測試孔之底部的下伏電路板層具有最小高度。在一些實施例中，電極171A、171B可使用電沈積形成且圖案化以形成薄金屬膜層，例如約300nm高度。此最小高度可幫助防止或緩解沿電極與底層之間的界面捕捉氣泡。在一些實施例中，導電材料層可沈積於各電極之頂部上，以產生電極邊緣與測試孔底部之間的更光滑過渡。舉例而言，較薄聚醯胺層(例如周圍5微米高度)可沈積於電極之頂部上或電路板可塗有油脂。或者或另外，電極可安置於底層中之凹槽中，其中凹槽具有與電極之高度大致相等之深度。此等及其他適合的方法可實大致約扁平或與孔之底部表面齊平之電極。
有利地，上述特徵可幫助保持電極171A、171B由液體包圍且防止或減少氣泡沿在電極171A、171B之間的電流路徑安置。
圖1D為描繪盒100之測試區域170B之頂部平面圖之線圖。在圖1B中，為圖1D之繪製及清晰簡單起見，在僅一個位置用參考數字標記某些重複特徵。
測試區域170B為測試區域170A之替代性實施例，其中兩個實施例之 間的差異為測試孔175內之不同電極配置。在測試區域170B之實施例中，測試孔提供有環狀電極171C及171D。在測試區域170A之線形電極171A、171B中，任一個電極可為激勵電極或信號電極。在測試區域170B之實施例中，內部電極171D為激勵電極且外部電極171C為信號電極。
內部電極171D可為與電流提供導體172B耦合之碟形或圓形電極，該電流提供導體又與電極界面135之電流提供襯墊173耦合，該電極界面將電流(例如指定頻率之AC電流)自讀取器器件傳輸至內部電極171D。內部電極171D可安置於測試孔175之中心中。外部電極171C為圍繞內部電極171D同軸形成之半圓形電極且藉由間隙與內部電極171D隔開。在連接內部電極171D與電流提供導體172B之導電引線處，外部電極171C之半圓產生破裂。外部電極171C與電流感測導體172B耦合，該電流感測導體又與將感測電流傳輸至讀取器器件之電極界面135之電流感測襯墊173耦合。
圖1A-1D之盒100提供用於進行基於擴增之目標測試的自含式、易於使用的器件，例如其中使用分子擴增過程以指數方式複製樣品中之基因組材料之核酸測試。有利地，在一些實施例中，使用者僅需施用樣品及將盒100插入讀取器器件以確定測試結果，因為擴增過程之液體及固體成分預先提供於盒內且與樣品自動混合。在一些實施例中，盒或讀取器中之一者或兩者可包括加熱器及控制器，其經組態以操作加熱器以使盒保持擴增所需之溫度。在一些實施例中，盒或讀取器中之一者或兩者可包括馬達以賦予盒振動或以其他方式攪拌盒，以使得任何捕捉之氣體上升至液體之頂部且自測試孔排出。
圖2描繪經組態以用於偵測目標之另一實例盒200之照片。使用盒200產生本文中所描述之一些測試資料，且表示關於盒100描述之一些組分之 替代性配置。
盒200包括印刷電路板層205及使用壓敏黏合劑上覆且黏附至一部分印刷電路板層205之丙烯酸層210。丙烯酸層210包括許多測試孔215A及形成為延伸穿過丙烯酸層210之高度的圓形孔口之許多溫度監測孔215B。印刷電路板層205可與上述電路板179類似地形成，且包括安置在各測試孔215A內之一對電極220及安置在各溫度監測孔215B內之熱敏電阻225。電極220及熱敏電阻225各自與在印刷電路板之許多導線230處封端之導體耦合。如所說明，對於信號電極，六條導線標記為後接數字1-6之「SIG」，對於激勵電極，六條導線標記為後接數字1-6之「EXC」，且對於熱敏電阻，兩條導線標記為RT1及RT2。
在一些本文中所描述之測試期間，遵循以下實例方案。首先，使用者用測試流體填充孔215A且用礦物油封端流體。考慮到不存在引子以引起擴增之決定性陰性對照，測試流體可具有無引子對照物。
接著，使用者將盒200加熱至攝氏65度保持十分鐘，以使測試流體中任何捕捉之空氣膨脹且引起其以氣泡形式上升至液體之頂部。在此初始加熱期間，孔215A中形成氣泡。
在下一步驟中，使用者使用滴管或其他工具自孔215A中液體之表面刮去氣泡。如上文所描述，消除氣泡可有助於更精確的測試結果。
在消除氣泡之後，使用者使盒200冷卻至室溫。接著，使用者將迴路介導之等溫擴增(LAMP)陽性對照物(PC)注射至各測試孔215A之底部，將盒200置放於熱區塊上且開始進行LAMP測試。如本文中所描述分析自信號電極偵測之信號以鑑別正信號落差。
圖3A及3B描繪經組態以用於偵測目標之另一實例盒300。圖3A描繪 盒300之頂部、正面及左側透視圖且圖3B描繪展示盒300之孔320之輪廓之透視剖視圖。盒300表示關於盒100描述之一些組分之替代性配置。
盒300包括樣品引入區305、中心通道310、測試孔320、使測試孔320流體連接至中心通道310之支路315、安置在各測試孔320內之電極325A、325B及電極界面330，其包括與導體耦合之接觸襯墊，該等導體又與電極325A、325B中之各別一者耦合且經組態以自讀取器器件接收信號或發送信號至讀取器器件。如圖3B中所示，孔320可具有彎曲底部表面使得各孔大體上為半球面。盒300出於揭示其內部組分之目的描繪為具有開放頂部，然而在使用時，可提供覆蓋層或其他上部層以密封盒300之流體路徑。覆蓋層可包括出口以允許氣體自盒300逃逸，例如提供有液體不可滲透、氣體可滲透過濾器，如上文關於圖1A-1D所描述。
在樣品引入區305處施用之流體樣品鄉下流入中心通道310，例如回應於來自將樣品經由在樣品引入區305上耦合之埠注射至盒300之讀取器器件的壓力。在一些實施例中，此類讀取器器件可提供有一組盒，例如以堆疊形式安置，且可向各盒提供相同或不同樣品。流體樣品可主要為具有溶解或捕捉之氣體(例如氣泡)之液體。流體可自中心通道310經由分支通道315流入測試孔320。分支通道315可為進入孔之頂部之入口且可為扭曲的(例如包括許多具有小型半徑之轉彎)，以防止或緩解可引起多種孔之間擴增過程之交叉污染的流體之回流。
圖4A-4G描繪可用於如本文中所描述之測試圖1A-3B之盒之測試孔中或另一種適合的目標偵測盒之測試孔或通道中的電極配置之各種實例。圖4A-4G中展示之測試孔描繪為圓形，然而，在其他實例中，測試孔中可使用其他幾何形狀之電極。除非另外指出，否則圖4A-4G中之實心圓表示所 揭示之電極與引導至電極或自電極引導之導體之間的接觸。如下文中使用，「寬度」係指沿圖4A-4G之頁面之水平方向的維度，且如下文中使用，「高度」係指沿圖4A-4G之頁面之垂直方向的維度。儘管以特定定向描繪，但在其他實施方案中，圖4A-4G之所說明之電極可旋轉。此外，所揭示之實例尺寸表示電極配置400A-400G之某些潛在實施方案，且變化可具有遵循所提供之實例尺寸之間的相同比率之不同尺寸。圖4A-4G中展示之電極可由適合的材料製成，包括鉑、金、鋼或錫。在實驗測試中，錫及鉑類似地運行且適用於某些測試設置及測試目標。
圖4A描繪第一電極配置400A，其中第一及第二電極405A、405B各自形成為半圓形周邊。第一電極405A之豎直邊緣與第二電極405B之豎直邊緣相鄰定位，且沿配置400A之寬度由間隙隔開。間隙大於電極之半圓之半徑。因此，第一及第二電極405A、405B安置為成鏡像的半圓形周邊。在第一電極配置400A之一個實例中，第一及第二電極405A、405B之最接近部分之間的間隙跨距約26.369mm，電極405A、405B中之每一者之高度(沿豎直邊緣)為約25.399mm，且電極405A、405B中之每一者之半圓之半徑為約12.703mm。
圖4B描繪第二電極配置400B。與第一電極配置400A類似，第二電極配置400B之第一及第二電極410A、410B各自形成為半圓形周邊且安置為鏡像半圓，其中其豎直邊緣彼此面對。第二電極配置400B之第一及第二電極410A、410B可與第一配置400A之第一及第二電極405A、405B具有相同尺寸。在第二電極配置400B中，沿第一及第二電極410A、410B之間的配置400B之寬度的間隙小於第一配置400A，且間隙小於電極410A、410B之半圓之半徑。在第二電極配置400B之一個實例中，第一及第二電 極410A、410B之最接近部分之間的間隙跨距約10.158mm，電極410A、410B中之每一者之高度(沿豎直邊緣)為約25.399mm，且電極410A、410B中之每一者之半圓之半徑為約12.703mm。
圖4C描繪第三電極配置400C，其具有由沿配置400C之寬度的間隙隔開之第一及第二線形電極415A、415B，其中間隙與電極415A、415B之高度大致相等。電極415A、415B之寬度為電極高度之約二分之一至三分之一。在第三電極配置400C之一個實例中，第一及第二電極415A、415B之最接近部分之間的間隙跨距約25.399mm，電極415A、415B中之每一者之高度亦為約25.399mm，且電極415A、415B中之每一者之寬度為約10.158mm。第一及第二電極415A、415B之末端可為圓角，例如具有約5.078mm之半徑。
圖4D描繪第四電極配置400D，其具有由沿配置400D之寬度的間隙隔開之第一及第二矩形電極420A、420B，其中間隙與電極420A、420B之寬度大致相等。在第四電極配置400D之一個實例中，第一及第二電極420A、420B之最接近部分之間的間隙跨距約20.325mm，電極420A、420B中之每一者之高度亦為約23.496mm，且電極420A、420B中之每一者之寬度為約17.777mm。
圖4E描繪第五電極配置400E，其具有由沿配置400E之寬度的間隙隔開之第一及第二線形電極425A、425B，其中間隙與電極425A、425B之高度大致相等。第五電極配置400E與第三電極配置400C類似，其中電極425A、425B之寬度降低至電極415A、415B之寬度之約二分之一至三分之二，同時具有相同高度。在第五電極配置400E之一個實例中，第一及第二電極425A、425B之最接近部分之間的間隙跨距約25.399mm，電極 425A、425B中之每一者之高度亦為約25.399mm，且電極425A、425B中之每一者之寬度為約5.078mm。第一及第二電極425A、425B之末端可為圓角，例如具有約2.542mm之半徑。
圖4F描繪第六電極配置400F，其具有同心環狀電極430A、430B。第六電極配置400F為圖1D之測試孔175中展示之配置。內部電極430B可為碟形或圓形電極且可安置於測試孔之中心中。外部電極430A可為圍繞內部電極430B同軸形成之半圓形電極且由間隙與內部電極430B隔開。在第六電極配置400F中，間隙與內部電極430B之半徑大致相等。在連接內部電極430B與電流提供導體之導電引線處，外部電極430A之半圓產生破裂。在第六電極配置400F之一個實例中，環狀第一電極430A之內部邊緣與圓形第二電極430B之外部周邊之間的間隙跨距約11.430mm，圓形第二電極430B之半徑為約17.777mm，且環狀第一電極430A之環之厚度為約5.080mm。第一電極430A之末端可為圓角，例如具有約2.555mm之半徑，且第一電極435A之環之開口端之間的間隙可為約28.886mm(頂點至頂點)。
圖4G描繪第七電極配置400G，其具有同心環狀電極435A、435B。與圖4F之實施例類似，內部電極435B可為碟形或圓形電極，且具有與內部電極430B相同之半徑且可安置於測試孔之中心中。外部電極435A可為圍繞內部電極435A同軸形成之半圓形電極且由間隙與內部電極435A隔開。在第七電極配置400G中，間隙超過內部電極435B之半徑，例如大兩至三倍。相應地，外部電極435B與外部電極430B相比具有較大半徑。在第七電極配置400G之一個實例中，環狀第一電極435A之內部邊緣與圓形第二電極435B之外部周邊之間的間隙跨距約24.131mm，圓形第二電極 435B之半徑為約17.777mm，且環狀第一電極435A之環之厚度為約5.080mm。第一電極435A之末端可為圓角，例如具有約2.555mm之半徑，且第一電極435A之環之開口端之間的間隙可為約46.846mm(頂點至頂點)。
在圖4A-4E之實施例中，任一個電極可用作激勵電極且另一個電極可用作信號電極。在圖4F及4G之實施例中，內部電極430B、435B經組態以用作激勵電極(例如與電流源耦合)，且外部電極430A、435A經組態以用作信號電極(例如將其信號提供至記憶體或處理器)。在一些實例測試中，第六電極配置400F呈現圖4A-4G中展示之配置之最佳效能。
圖5A描繪在圖1A-3B之盒之測試孔或如本文中所描述之另一種適合的目標偵測盒之測試孔或通道內可彼此隔開的第一電極或激勵電極及第二電極或信號電極。
聚集物、核酸複合物或聚合物之形成(例如在圖1A-3B之盒之測試孔中之擴增過程期間)可影響經由通道發送之一或多個電信號之波形特徵。如圖5A中所示，第一電極或激勵電極510A與測試孔505內之第二電極或感測電極510B隔開。測試孔505可含有正在經歷擴增過程之測試溶液。在所有過程之一部分期間，可向激勵電極510A提供激勵電壓515，激勵電壓515可自激勵電極傳輸至孔505內之流體(較佳所有或實質上所有液體)。
在傳遞通過且由液體樣品(由電阻R及電抗X示意性表示)減弱之後，在感測電極510B處感測或偵測減弱之激勵電壓。流體充當與激勵電極510A及感測電極510B串聯之電阻器R。流體亦充當串聯電容器，由電抗X展示。在一些或全部測試持續時間期間，未經處理之所感測的信號可隨時間推移表示為具有不同幅度之正弦曲線，與曲線520中所展示類似。
激勵電壓515可為具有預定驅動頻率之交流電。所選擇之特定頻率可取決於例如設法偵測之特定目標、測試樣品之介質、擴增過程成分之化學組成、擴增過程之溫度及/或激勵電壓。在圖1A-3B之盒之一些實施例中，在激勵電壓儘可能低之情況下，激勵驅動頻率可在1kHz與10kHz之間。作為一個實例，在用於鑑別摻入5%全血之流感桿菌(H.Influienza)(106個複本/反應)之目標之測試中，激勵感測器驅動頻率在0.15伏特下在100Hz至100,000Hz之間變化。此等測試揭示所需「信號落差」，下文中更詳細地描述之指示陽性測試樣品之信號部分之假影，變得再低於100Hz下更易於可偵測且在1KHz與10kHz之間最易於可偵測。此外，在1kHz與10kHz之間的範圍內的頻率下，可有利地在測試時間結束之前12分鐘鑑別信號落差。有利地，信號落差之更快鑑別可引起較短測試時間，又引起更快地提供測試結果及每天進行更多測試之能力。在低於1kHz之頻率下，信號之電抗組分(其中可在陽性樣品中發現信號落差)單調降低。可針對其他測試類似地微調感測器驅動頻率以最佳化效能，亦即，最佳化信號落差之可偵測性。信號落差之可偵測性係指持續區分陽性樣品與陰性樣品之能力。
圖5B描繪實例曲線525，其展示自由感測電極510B提供之未經處理之信號520提取的阻抗信號530。阻抗信號530表示隨時間推移之測試孔之電阻抗Z。阻抗Z可由如下笛卡爾複數方程式(Cartesian complex number equation)表示：Z=R+jX
其中R表示測試孔之電阻且為以上方程式之實部，且X表示測試孔之電抗且為以上方程式之虛部(由j指示)。因此，測試孔之阻抗可解析成兩個 分量，電阻R及電抗X。
首先，可藉由在擴增過程開始之前或開始時獲取測試孔之基線量測值來測定電阻R之值。儘管測試流體之電阻在整個測試持續時間內可自此基線值偏移，但由感測電極510B歸因於測試流體之電阻感測之電流可與經由激勵電極510A提供之信號同相。因此，可隨時間推移藉由信號520之同相分量之值鑑別電阻之變化或偏移。電抗可由測試流體中之電感、測試流體中之電容或其兩者之作用引起；此作用可引起流體暫時保留電流(例如由激勵電極510A提供之電子)。在一定時間之後，此保留之電流流出測試流體，進入感測電極510B。歸因於此延遲，感測電極510B由於測試流體之電抗而感測的電流可與由測試流體之電阻感測的電流異相。因此，可隨時間推移藉由信號520之異相分量之值鑑別測試流體之電抗值。電抗可在整個測試持續時間內基於測試流體之化學成分之歸因於擴增過程的變化而變動。信號落差(例如電抗上升或下降達到或超過臨界比率或量值及/或在預定時間窗口期間)指示可在電抗X中發現陽性樣品。
在測試期間，激勵電極510A可在某一幅度及電壓下正弦激勵。激勵電極510A與孔中之測試液體串聯，該測試液體可視為電阻器R。電阻器(例如測試流體)及電極形成分壓器，其具有由電阻器與電極化學物質/阻抗之比率決定之電壓。在感測電極510B處感測之所得電壓波形表示複合物阻抗信號530。在一些實施例中，可不產生諸如阻抗信號530之曲線，而可如本文中所描述將未經處理之所感測之信號520解析成其電阻及電抗分量。提供阻抗信號530作為表示隨時間推移之測試流體之電阻及測試流體之電抗的組合曲線之實例表示。複合物阻抗信號530可解譯為正交調變波形(例如由測試流體之電阻產生之同相波形與由測試流體之電抗產生之異 相波形之組合)，其中同相及異相分量在時間標度上之變化遠超過調變頻率。同相波形與複合物阻抗之複合波形同相。一些實施方案可使用同步偵測器，例如具有以場可程式化閘陣列(FPGA)形式實施之乘法器及低通濾波器，以自未經處理之信號520提取同相及異相分量且計算其幅度及相位。
為了將阻抗信號530(或未經處理之所感測之信號520)解析成其成分電阻及電抗分量，感測電極510B處之電壓波形520以比其奈奎斯頻率更快的方式取樣(例如激勵電壓之最高頻率之兩倍)，且接著分解成同相分量(電阻)及異相分量(電抗)。可使用已知的串聯電阻(例如R之值)計算同相及異相電壓分量，以計算阻抗之實部分量(電阻)及阻抗之虛部分量(電抗)。
圖5C描繪自基於實例陽性測試產生之未經處理之信號520提取的隨時間推移(t=3分鐘至t=45分鐘)之電阻540A及電抗分量540B之曲線541。如所說明，信號落差545表示在特定時間窗口TW期間電抗540B之變化△R。信號落差545指示陽性樣品。在信號落差545之前的時間，電抗曲線540B相對平坦或穩定，且在信號落差545之後，電抗曲線540B又相對平坦或穩定。因此，在此實施例中，由曲線541表示之特定測試參數之信號落差545以預期區域535中△R之下降形式產生。
對應於陽性樣品信號落差545之電抗之變化△R之量值，以及預期信號落差545存在之特定時間窗口TW之位置及/或持續時間可取決於許多測試參數而變化。此等參數包括特定測試目標(例如可實現目標擴增之比率)、激勵電壓之頻率、激勵及感測器電極之配置(例如其個別形狀及尺寸、間隔電極之間隙及電極之材料)、取樣速率、在測試開始時提供之擴增劑之數量、擴增過程之溫度及樣品中存在之目標之量。在一些實施例中，陽性 樣品之信號落差之預期特徵(例如經由實驗預定)可用於區分陽性樣品與陰性樣品。在一些實施例中，信號落差之預期特徵可用於測定醫學病狀之嚴重度或進程，例如經由特定信號落差特徵與樣品中目標之特定初始量之間的相關性。預定預期特徵可提供至經組態以接收來自測試盒之感測電極之信號的讀取器器件、由其儲存且接著在測試結果測定期間存取。
對於既定測試，可基於監測及分析由陽性對照樣品(及視情況選用之陰性對照樣品)產生之電抗曲線，以實驗方式測定陽性樣品之電抗中變化△R之預期量值及信號落差545之預期時間窗口TW。在一些實施例中，可改變及微調影響信號落差之測試參數以鑑別對應於可精確識別之信號落差之參數。如本文中所描述之讀取器及盒可經組態以匹配所測試之配置且提供有用於該測試之預期信號落差特徵。
舉例而言，在一組關於流感桿菌之實驗測試中，測試流體最初包括擴增引子及1,000,000個所添加之目標複本，激勵電壓為200mV P2P，測試參數包括用於激勵電流之頻率之10kHz掃描開始及10MHz掃描結束，且近端及遠端電極間隔經組態分別為2.55mm及5mm。擴增溫度設定成攝氏65.5度，且兩個電極設置(一個用於近端及遠端間隔中之每一者)包括鉑電極。在低頻率(10kHz-100kHz)下，使用5mm間隙電極配置在約23分鐘進入擴增(約10kHz)時開始及在約30分鐘時(約100kHz)鑑別可偵測信號落差，其中電抗變化之量值在10kHz下為約3.5-4歐姆且在100kHz下降低至約3.25-3.5歐姆。在低頻率(10kHz-100kHz)下，使用2.5mm間隙電極配置，在約25分鐘進入擴增(約10kHz)時開始及在約30分鐘(約100kHz)時鑑別可偵測信號落差，其中電抗變化之量值為約3.5-4歐姆。在較高頻率下，信號落差之電抗之下降降低，且鑑別此等較小信號羅刹之時間 偏移至擴增過程中之稍晚時間。因此，在此實例中，測試盒中之測試孔可組態有5mm間隙電極且讀取器器件可經組態以在擴增期間向測試盒提供10kHz激勵電流。可向讀取器器件提供指令以提供此電流且在整個監測期間或在預期信號落差時間(此處，23分鐘)周圍之時間窗口內(例如在20與35分鐘之間)監測測試孔之所得電抗。亦可向讀取器器件提供指令以基於在約23分鐘進入擴增時或在預期信號落差時間周圍之時間窗口內，在約3.5-4Ohm下呈現之電抗鑑別陽性樣品。
在鑑別後，可將△R及TW之值提供至讀取器器件以用於區分該特定測試之陽性及陰性樣品。在一些實例中，此類器件可測定電抗曲線540B在所鑑別之時間窗口TW處是否具有對應於信號落差所需的值及/或斜率。在其他實施例中，讀取器器件可隨時間推移分析電抗曲線之形狀，以測定其是否含有信號落差。在一些實施例中，讀取器可基於所鑑別之預期存在信號落差545之時間窗口TW修改其測試程序，例如藉由僅提供激勵電壓且監測此窗口內之所得信號，與在整個測試時間期間連續監測相比有利地節約功率及處理資源。
圖5D描繪在陽性及陰性對照之實例測試期間，自感測電極510B之未經處理之感測器資料提取的電阻及電抗分量之曲線551。特定言之，曲線551展示在35分鐘測試持續時間內陽性樣品之電阻之曲線550A、陽性樣品之電抗之曲線550B、陽性樣品之電阻之曲線550C及陽性樣品之電抗之曲線550D。如圖5D所示，陽性樣品信號落差在測試中約17分鐘時產生，其中相對扁平及穩定的電抗曲線550B引起信號落差。相比之下，在此相同時間，陰性樣品電抗曲線550D不呈現信號落差，而自約t=8分鐘保持二次曲率直至測試結束。
圖5E描繪隨時間推移，自基於實例陽性測試產生之未經處理之信號520提取的電阻560A及電抗分量560B(自擴增開始，t=0分鐘至t=60分鐘)之曲線561。如所說明，信號落差565表示在特定時間窗口TW期間電抗560B之變化△R。信號落差565指示陽性樣品。在信號落差565出現之前的時間，電抗曲線560B相對平坦或穩定，且在信號落差565之後，電抗曲線560B又相對平坦或穩定，其中具有微小凹陷。由曲線561表示之特定測試參數之信號落差565在預期區域535中以峰、尖峰或鐘狀曲線形式出現，在此期間，電抗值以大致拋物曲線形式上升及下降達到△R值。如本文中所描述，某些測試參數(例如測試孔配置、擴增成分之化學物質及初始數量、目標及激勵電流特徵)之變化可改變由陽性樣品產生之信號落差之幾何形狀。因此，在一些實施例中，電抗值與時間曲線中「信號落差」之幾何形狀在各測試中可變化，儘管對於特定測試，曲線幾何形狀及/或時序信號落差在跨越該測試之陽性樣品之電抗變化及/或時序參數內保持恆定。
圖6描繪可與本文中所描述之盒(例如盒100或300)一起使用之實例讀取器器件600之示意性方塊圖。讀取器器件600包括記憶體605、處理器610、通信模組615、使用者介面620、加熱器625、電極界面630、電壓源635、壓縮空氣儲存器640、馬達650及凹穴660，其中可插入盒。
當測試盒100插入讀取器器件中時，盒之電極界面135與讀取器器件600之電極界面630耦合。此可允許讀取器器件600偵測到插入盒，例如藉由測試是否建立通信路徑。此外，此類通信可使得讀取器器件600能夠鑑別特定插入之測試盒100及存取相應測試方案。測試方案可包括測試持續時間、測試溫度、陽性樣品阻抗曲線之特徵及基於各種測定之測試結果輸 出至使用者之資訊。在其他實施例中，讀取器器件600可經由插入盒之使用者介面620接收指示(例如由使用者輸入「開始測試」指令及視情況選用之測試盒標識符)。
記憶體605包括經組態以用於儲存電腦可執行指令之一或多個物理電子儲存器器件，該等電腦可執行指令用於控制讀取器器件600之操作及在讀取器器件600使用期間產生之資料。舉例而言，記憶體605可接收及儲存來自與電極界面630耦合之感測電極之資料。
處理器610包括一或多個硬體處理器，其執行電腦可執行指令以在測試期間控制讀取器器件600之操作，例如藉由管理使用者介面620、控制加熱器625、控制通信模組615及啟動電壓源635、壓縮空氣640及馬達650。關於以下圖7A描述測試操作之一個實例。處理器610亦可由指令組態以基於自插入之測試盒之激勵電極接收的資料測定測試結果，例如藉由進行下文所描述之圖7B之過程。處理器610可經組態以基於自單個盒之不同測試孔接收之信號鑑別相同測試樣品中之不同目標，或可基於來自不同測試孔之信號之個體或聚集物分析來鑑別單一目標。
可視情況在讀取器器件600中提供通信模組615且包括具有網路功能之硬體組件，例如有線或無線網路連接組件，以用於提供讀取器器件600與遠端計算器件之間的網路化通信。適合的網路連接組件包括WiFi、藍牙(Bluetooth)、蜂窩式調制解調器、乙太網埠、USB埠及其類似物。有利地，網路連接功能可使讀取器器件600能夠經由網路向鑑別之遠端計算器件(例如醫院資訊系統及/或實驗室資訊系統，其儲存電子醫療記錄、國內健康機構資料庫及臨床醫師或其他指定人員之計算器件)發送測試結果及其他測試資料。舉例而言，醫生可在其移動器件、膝上型電腦或辦公室桌 上型電腦上接收特定患者之測試結果，因為測試結果係由讀取器器件測定，使其能夠提供更快的用於診斷及治療計劃之迴轉時間。此外，網路連接功能可使得讀取器器件600能夠經由網路自遠端計算器件接收資訊，例如現有測試之經更新的信號落差參數、新測試之新信號落差參數及經更新的或新的測試方案。
使用者介面620可包括用於向使用者呈現測試結果及其他測試資訊之顯示器，以及允許使用者向讀取器器件600輸入命令或測試資料之使用者輸入器件(例如按鈕、觸敏式顯示器)。
加熱器625可與凹穴660相鄰定位以用於將插入之盒加熱至用於擴增過程所需的溫度。儘管在凹穴660之單側上描繪，但在一些實施例中，加熱器625可包圍凹穴。
如本文中所描述，電壓源635可以預定電壓及頻率向插入之測試盒之各激勵電極提供激勵信號。壓縮空氣儲存器640可用於經由通道645向測試盒100之氣動界面160提供氣動壓力，以促進測試盒內液體之流動。壓縮空氣儲存器640可預先儲存壓縮空氣或按讀取器器件600需要而產生壓縮空氣。在其他實施例中，可使用其他適合的氣動泵及壓力提供機制替代儲存或產生之壓縮空氣。可操作馬達650以使啟動器655朝向或遠離插入之盒之泡殼封裝140移動，以使如上文所描述之泡殼封裝破裂。
圖7A描繪用於在如本文中所描述之測試期間操作讀取器器件的實例過程700之流程圖。可由上述讀取器器件600執行過程700。
在區塊705處，讀取器器件600可偵測到已插入分析盒100、200、300，例如回應於使用者輸入或回應於用插入之盒建立信號路徑。在一些實施例中，盒100、200、300可包括針對讀取器器件600鑑別待進行之特 定測試之資訊元件且視情況包括測試方案資訊。
在區塊710處，讀取器器件600可將盒100、200、300加熱至指定溫度以用於擴增。舉例而言，可藉由儲存於盒100、200、300上或回應於鑑別盒100、200、300在讀取器器件600之內部記憶體存取之資訊提供溫度。
在區塊715處，讀取器器件600可啟動泡殼封裝打孔機制，例如馬達650及啟動器655。將泡殼封裝刺穿可引起其液體內含物(包括用於促進擴增之化學成分)自其預先密封之腔室釋放。
在區塊720處，讀取器器件600可啟動氣動泵以使樣品及液體自泡殼封裝經由盒之流體路徑朝向測試孔移動。如上文所描述，測試孔可包括使得能夠經由盒之流體路徑推送液體且亦允許任何捕捉之空氣逃逸之出口。氣動泵送可包括壓縮空氣640或壓力之另一適合的來源，且可與氣動界面160流體連通。
在區塊725處，讀取器器件600可自測試孔釋放任何捕捉之空氣，例如藉由經由盒之流體路徑推送流體直至感測到某一阻力(例如與通風口之液體不可滲透、氣體可滲透過濾器相抵地推送流體路徑之液體)。區塊725可視情況包括攪拌插入之盒以促進任何捕捉之空氣之移動，或氣體鼓泡通過液體且經由出口離開。此外，在區塊725處，讀取器器件600視情況可向盒提供信號，該等信號引起安置於測試孔之間的閥門密封以避免擴增過程之混合。
在決定區塊730處，讀取器器件600可判定測試是否仍屬於其指定測試持續時間內。舉例而言，當已知陽性樣品中應呈現信號落差之預期時間窗口時，測試持續時間可在窗口結束時結束或在窗口結束之後的某一預定 時間段結束。若如此，過程700過渡至視情況選用之決定區塊735，或在實施例中，省略區塊735，到達區塊740。
在視情況選用之決定區塊735處，讀取器器件600藉由登入來自測試孔感測電極之資料來測定是否監測測試孔擴增。舉例而言，可向讀取器600提供指令以在特定窗口或測試窗口期間僅監測測試孔之阻抗。若讀取器器件600決定不監測測試孔擴增，則過程700迴路返回決定區塊730。
若讀取器器件600決定監測測試孔擴增，則過程700過渡至區塊740。在區塊740處，讀取器器件600向插入之盒之測試孔之激勵電極提供激勵信號。如上文所描述，此可為具有特定頻率及電壓之交流電。
在區塊745處，讀取器器件600偵測及記錄來自插入之盒之測試孔之感測電極的資料。在一些實施例中，此資料可儲存以用於稍後分析，例如在完成測試之後。在一些實施例中，讀取器器件600可即時分析此資料(例如在測試仍在進行時)，且可在鑑別陽性樣品信號落差後停止測試。
當讀取器器件600決定在區塊730處，測試仍不屬於其指定持續時間內時，過程700移動至區塊750以分析測試資料及輸出測試結果。測試結果可包括樣品關於目標測試呈陽性或陰性之指示，或可更特定地指示測試樣品中目標之所評估的數量。
圖7B描繪如本文中所描述之用於分析測試資料以偵測目標的實例過程之流程圖，其可由讀取器器件600進行，如圖7A之區塊750。
在區塊755處，讀取器器件600可存取自孔之電極接收之記錄的信號資料。即使盒具有多個孔，仍可個別地分析來自各孔之資料。可隨後在聚集物中分析來自孔之測試結果以基於在盒內進行之所有測試測定單個目標之單一測試結果，或測定多個目標之多個測試結果。
在區塊760處，讀取器器件600可跨越測試之一些或全部不同時間點將信號分解成電阻及電抗分量。舉例而言，如上文所描述，在各時間點時，讀取器器件600可測定未經處理之取樣電壓波形之同相及異相分量，且可接著使用電極電路之已知串聯電阻將此等分量解卷積以計算測試孔之阻抗之同相(電阻)及異相(電抗)部分。
在區塊765處，讀取器器件600可隨時間推移產生電抗值之曲線。又在區塊765處，讀取器器件600可視情況隨時間推移產生電阻值之曲線。
在區塊770處，讀取器器件600可分析電抗曲線以鑑別陽性測試之信號變化指示。如上文關於圖5C之信號落差所描述，讀取器器件600可在電抗中尋找超過臨界值變化、可在預定時間窗口內尋找此類變化、可在預定時間分析電抗曲線之斜率或可分析電抗曲線之總體形狀以測定是否存在信號落差(例如在相對更穩定值之前及之後信號的上升或下降)。
在決定區塊775處，基於在區塊770處進行之分析，讀取器器件600可測定是否在電抗曲線中鑑別搜尋後信號變化。若如此，則過程750過渡至區塊780以向使用者輸出陽性測試結果之指示。若非如此，過程750過渡至區塊785以向使用者輸出陰性測試結果之指示。可局部輸出結果，例如在器件之顯示器上，或經由網路輸出至指定遠端計算器件。
實例器件之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括器件，其包含激勵電極及感測器電極。在一些實施例中，激勵電極及感測器電極量測樣品之電特性。在一些實施例中，電特性包含複數導納、阻抗、傳導性、電阻率、電阻及/或介電常數。
在一些實施例中，在具有不在量測期間變化之電特性的樣品上量測 電特性。在一些實施例中，在具有動態電特性之樣品上量測電特性。在一些此類實施例中，即時量測動態電特性。
在一些實施例中，向激勵電極施加激勵信號。激勵信號可包括直流電或電壓，及/或交流電或電壓。在一些實施例中，激勵信號與樣品電容耦合/經由樣品電容耦合。在一些實施例中，激勵電極及/或感測器電極經鈍化以防止樣品與電極之間的直接接觸。
在一些實施例中，參數關於樣品之電特性最佳化。在一些此類實施例中，參數可包括相對於樣品體積尺寸及/或幾何形狀施加的電壓、施加的頻率及/或電極配置。
在一些實施例中，激勵電壓之電壓及頻率在量測期間可固定或變化。舉例而言，量測可涉及在偵測期間掃描電壓及頻率，或選擇可關於各樣品最佳化之特定電壓及頻率。在一些實施例中，激勵電壓誘導信號電極上之電流，其可隨器件之導納及/或樣品特徵而變化。
在一些實施例中，借助於由電極-樣品耦合阻抗、樣品阻抗及電極間寄生阻抗組成之集總參數等效電路，藉由模型化導納、器件及樣品來使偵測參數最佳化。藉由在器件之一個或多個激勵頻率下量測電極-樣品系統之導納來測定集總參數等效電路之參數。在一些實施例中，電極-樣品系統之複數(數字具有實部及虛部分量)導納係使用量值及相位敏感性偵測技術量測。在一些實施例中，藉由量測跨越廣泛範圍的頻率之導納，藉由測定對應於頻率區域之間的過渡之頻率來使偵測參數最佳化。在一些實施例中，藉由自既定集總參數模型之值計算，藉由測定對應於頻率區域之間的過渡之頻率來使偵測參數最佳化。
在一些實施例中，電容耦合之電極-樣品系統之導納包含三個頻率區 域：由電極-樣品耦合阻抗控制之低頻區域、由樣品阻抗控制之中頻區域及由寄生電極間阻抗控制之高頻區域。電極-樣品耦合區域中之導納本質上為電容且由隨頻率線性增加之量值(其相位為九十度)表徵。樣品區域中之導納本質上為導電性且由不相對於頻率顯著變化之導納(其相位為約零度)表徵。導納電極間區域本質上為電容性且由隨頻率線性增加且相位為九十度之量值表徵。
在一些實施例中，吸收電極處之感應電流與激勵電壓及複數導納藉由以下關係相關：電流=(複數導納)×(電壓)
在一些實施例中，器件量測激勵電壓量值及感應電流量值以測定複數導納之量值。在一些實施例中，器件針對已知激勵電壓校準且量測感應電流之量值。為了測定複數導納之相位，器件可量測激勵電壓與感應電流之間的相對相位差。
在一些實施例中，直接量測量值及相位。
在一些實施例中，間接量測量值及相位，例如藉由使用同步及異步偵測。同步偵測器提供感應電流之同相分量。異步偵測器提供感應電流之正交分量。可組合兩種分量以測定複數導納。
在一些實施例中，電極未經鈍化。
在一些實施例中，激勵及/或偵測電極經鈍化。激勵及/或偵測電極可經鈍化以防止例如電極與樣品或其中組分之間的不合需要的黏合、積垢、吸附或其他不利的物理相互作用。在一些實施例中，鈍化層包含介電材料。在一些實施例中，鈍化實現電極與樣品之有效電容耦合。藉由量測電極/樣品系統之特徵來測定耦合功效，例如其可包括：鈍化層之介電特 性、鈍化層之厚度、鈍化/樣品界面之面積、鈍化表面粗糙度、樣品/鈍化界面處之電雙層、溫度、施加的電壓及施加的頻率、樣品之電特性、電極材料之電及/或化學特性。
在一些實施例中，電極配置及製造經最佳化以緩解電極之間的不合需要的寄生耦合。此可經由電場屏蔽、使用不同介電常數電極基板、佈局最佳化及/或接地層實現。
用於偵測生物分子之實例器件之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括用於偵測目標(諸如生物分子)之器件。在一些此類實施例中，使用樣品之電特性之量測值作為用於生物分子分析之偵測策略。
在一些實施例中，目標為核酸、蛋白質、小分子、藥物、代謝物、毒素、寄生蟲、完整病毒、細菌、孢子或任何其他抗原，其可由捕捉及/或偵測探針部分識別及/或結合。
在一些實施例中，目標為核酸。在一些實施例中，方法包含核酸擴增。在一些實施例中，擴增包含等溫擴增。在一些實施例中，藉由量測反應溶液之電特性或其中的變化來定量核酸擴增反應。在一些實施例中，在反應過程期間即時量測擴增反應之電特性，或使用反應之前及之後電特性量測來進行對比量測。
在一些實施例中，經由偵測探針(諸如抗體、適體或其他分子識別及/或結合部分)與抗原之特異性結合來偵測目標抗原。在實例實施例中，偵測抗體連接至核酸序列以形成抗體-核酸嵌合複合物。出於偵測抗原的目的，在分析之前合成嵌合複合物。許多不同核酸可結合至單個抗體，藉此增加用於偵測嵌合複合物與抗原之結合的敏感性。在移除任何未結合於抗 原之過量嵌合複合物之後，使嵌合複合物之核酸部分擴增且如本文中所描述經由反應溶液之電特性之量測值(或其中之變化)定量擴增反應。以此方式，經由嵌合複合物結合於抗原之核酸之擴增程度表示存在目標抗原且允許抗原之定量。使用抗原識別之第二擴增表示與電偵測之組合與其他抗原偵測方法相比實現更大的簡易性、敏感性及動態範圍。
在一些實施例中，捕捉探針(諸如抗體、適體或其他針對抗原之分子識別及/或結合部分)藉由結合或鍵聯結合於表面。捕捉探針固定至表面上可允許經由洗滌移除過量、未結合之試劑及/或抗原。嵌合複合物結合於表面捕捉之抗原，使得能夠藉由洗滌移除未結合之嵌合體複合物。以此方式，僅保留捕捉之抗原以用於藉由嵌合體複合物進行之偵測。實例實施例描繪於圖8中。在一些實施例中，捕捉探針與偵測抗體相同。
在一些實施例中，捕捉探針藉由共價結合、使用抗生蛋白鏈菌素-生物素鍵或熟習此項技術者通常使用及熟悉的其他生物結合及分子固定方法固定至表面上。在一些實施例中，表面為平坦表面、骨架、過濾器、微球體、任何形狀之粒子、奈米粒子或珠粒或其類似物，實例實施例描繪於圖9中。
實例磁性珠粒之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括磁性珠粒或其用途。在一些實施例中，微球體、粒子或珠粒為磁性及/或可磁化。在此類實施例中，使用磁性負載物可有助於洗滌珠粒以自表面移除過量抗原及/或未特異性吸附之嵌合複合物。方法(其包括使用磁性粒子負載物)可包含磁性擴增免疫分析(MAIA)。實例實施例描繪於圖10中。
在一些實施例中，磁性珠粒適用於捕捉目標，且用於純電(MEMS)樣 品處理及/或擴增/偵測盒之情形下的磁泳操作，及降低或消除對流動/壓力驅動之流體學內遷移率之依賴性。在一些實施例中，使用磁性珠粒自樣品提取目標基因組材料及/或濃縮目標基因組材料。參見例如Tekin,HC.等人，Lab Chip DOI：10.1039/c3lc50477h，其以全文引用之方式併入本文中。適用於本發明提供之實施例之自動微流體處理平台描述於Sasso,LA.等人，Microfluid Nanofluidics.13：603-612中，其以全文引用之方式併入本文中。適用於本文中提供之實施例之珠粒之實例包括用於Nucleic Acid IVD之Dynabeads®(ThermoFisher Scientific)，或Dynabeads® SILANE Viral NA套組(ThermoFisher Scientific)。
實例fC 4 D激勵及偵測之概述
在一些實施中，所揭示之器件、系統及/或方法利用基於fC4D之方法以即時監測核酸擴增。因此，一或多個相位敏感性導電性量測值可指示樣品內之一或多個目標。
在一些態樣中，方法包括在特定驅動電壓值下快速掃描頻率，以測定與擴增有關之樣品傳導性最大時的最佳激勵頻率(f opt)。在f opt下，感測器輸出對應於激勵電壓與感應電流之間的相對相位差之最小值，藉此經由傳導性量測實現高敏感性生物分子定量。
在一些實施中，fC4D偵測系統使用至少兩個電極。兩個電極與其中進行核酸擴增之微通道相對緊密鄰近置放。將AC信號施加至兩個電極中之一者。施加信號之電極可經由微通道與兩個電極中之第二者電容耦合。因此，在一些態樣中，第一電極為信號電極且第二電極為信號電極。
通常，在信號電極處偵測之信號與施加至信號電極之AC信號具有相同頻率，但量值較小且具有負相位偏移。接著可使讀取電流擴增。在一些 態樣中，將讀取電流轉化成電壓。在一些態樣中，校正電壓。在一些態樣中，使用低通濾波器將經校正之電壓轉化成DC信號。信號在其發送至DAQ系統之前可偏移至零以用於進一步處理。
上述系統可由一系列電容器及電阻器表示。在通道內核酸擴增期間發生之導電性變化可引起該系之總阻抗降低，且因此引起所產生之讀取信號之位準增加。此類所得輸出信號之位準之變化可呈現為DAQ系統上之一或多個峰。
藉由電路實施信號產生及解調電子器件。舉例而言，使用傳統生產及製造技術製得印刷電路板(「PCB」)、ASIC器件或其他積體電路(「IC」)。在一些態樣中，此類電子器件完全或部分設計為單次使用及/或拋棄式組件。改變此類電路之物理幾何形狀及電特性(鈍化層厚度、電極襯墊面積、通道橫截面積及長度以及介電質強度)以獲得所需結果。
實例核酸偵測系統包括至少一個通道，且沿通道之至少一部分長度偵測一或多種物理性質，諸如pH值、光學特性、電特性及/或特徵，以測定通道是否含有相關特定核酸及/或相關特定核苷酸。
實例偵測系統經組態以包括一或多個用於容納樣品及一或多種感測器化合物(例如一或多個核酸探針)之通道、一或多個用於將樣品及感測器化合物引入通道之輸入埠，及在一些實施例中，一或多個輸出埠，可經由其移除通道之內含物。
可選擇一或多種感測器化合物(例如一或多個核酸探針)，使得相關核酸及/或核苷酸(若樣品中存在)與感測器化合物之粒子中的直接或間接相互相用引起形成可改變通道之至少一部分長度之一或多種物理性質(諸如pH值、光學特性或電特性及/或特徵)之聚集物。
在某些情況下，形成聚集物、核酸複合物或聚合物可抑制或阻斷通道中之流體流動，且因此引起沿通道長度量測之導電性及電流之可量測的降低。類似地，在此等情況下，形成聚集物、核酸複合物或聚合物可引起沿通道長度之電阻率之可量測的增加。在某些其他情況下，聚集物、核酸複合物或聚合物具有導電性，且形成聚集物、核酸複合物或聚合物可增強通道之至少一部分長度之電路徑，藉此引起沿通道長度量測之導電性及電流之可量測的增加。在此等情況下，形成聚集物、核酸複合物或聚合物可引起沿通道長度之電阻率之可量測的降低。
在某些情況下，形成聚集物、核酸複合物或聚合物可影響經由通道發送的一或多個電氣信號之波形特徵。如所示，例如在圖11中，第一電極或激勵電極1116及第二電極(『讀取』或『感測器』電極)118沿通道1104彼此隔開。圖11表示上文關於圖5A-5D所描述之方法的替代性或互補方法。第一電極1116及第二電極1118可不與通道1104內所含之量測溶液接觸。在此意義上，第一電極1116及第二電極1118與通道1104內之溶液電容耦合。電容耦合強度取決於電極幾何形狀、鈍化層厚度及鈍化層材料(特定言之，其相對介電強度)。
在一些態樣中，溶液受通道1104限制。通道可具有微米級橫截面積。因此，溶液表現得像電阻器，其電阻取決於溶液之傳導性及通道1104幾何形狀。
在一些實施中，向激勵電極1116施加交流電流/電壓且在信號電極1118處量測感應電流。感應電流與電極間阻抗成比例，電極間阻抗可隨溶液之傳導性而變化。如所示，向激勵電極1116施加激勵電壓1400且藉由信號電極1118偵測感應電流1410。
在一些實施中，偵測器敏感性至少部分取決於激勵頻率。因此，在一些態樣中，在感應電流之相位之絕對值最小時產生最大敏感性。在此區域中，藉由流體阻抗控制晶片阻抗。流體阻抗為流體傳導性與晶片幾何形狀之函數。複數阻抗資訊對確保最大偵測器敏感性及正確偵測器操作而言係重要的。
對等效電路之集總參數模型之分析表明偵測器敏感性與耦合電容CWALL、溶液電阻RLAMP及寄生電容CX之強度緊密相關。特定言之，電極間阻抗相對於傳導性變化之變化在激勵頻率f滿足以下條件時最大：1/(π RLAMP CWALL)<<f<<1/(π RLAMP CX)
如圖12中所示，信號之阻抗取決於激勵頻率且在通道1104中發生LAMP反應之後改變。亦如圖12中所發現，左側不等式可定義頻率區域，在低於該頻率區域時，耦合阻抗占主導且溶液之阻抗之變化變得幾乎不可見。右側不等式可定義頻率區域，在高於該頻率區域時，寄生作用占主導，且電極1116、1118共同發生分流。
如圖13中所示，在兩個極值區域中，阻抗為電容器樣，且與激勵電壓為異相(接近90°)。在兩個區域之間，阻抗開始達到簡單電阻器之極限，且阻抗與頻率回應之關係曲線變平坦。實際上，最大偵測器敏感性對應於阻抗相位最小值。
為了闡明同步偵測之必要性，可在簡化模型中考慮兩個用於電流之平行路徑：電流經由流體通道通過晶片及寄生或幾何電容。考慮激勵信號V，在既定頻率f下，感應電流I將為：I(t)=(Y-2πfC x j)V(t)
當Y為歸因於與流體路徑之耦合之晶片之導納時，Cx為寄生電容，且 j為虛數單元。乘以j意謂通過寄生路徑之電流與激勵電壓呈90°異相。相對於激勵頻率所量測之樣品晶片之阻抗展示於14圖中。
在同步偵測器中，讀取電流乘以同相方波m，接著經低通過濾。
Figure 106132600-A0305-02-0077-52
直接表明與調節信號呈90°異相之信號的貢獻將為零，因此吾人可忽略此分析中之寄生電容。為了觀測通過流體路徑之電流上之作用同步偵測，吾人可使感應電流(減去寄生貢獻)及調變波倍增
Figure 106132600-A0305-02-0077-2
其中|Y|為導納之量值且φ=arg(Y)，且H.F.T.意謂高頻分量(例如超過f)。在低通濾波之後，可留存同步輸出之DC分量：
Figure 106132600-A0305-02-0077-3
此表達式可藉由以下註釋而簡化：
Figure 106132600-A0305-02-0077-4
產生：
Figure 106132600-A0305-02-0077-5
或者，藉由以下註釋，吾人可藉由阻抗Z表達這一關係
Figure 106132600-A0305-02-0077-6
其中條柱表示複數共軛。因此，同步偵測器輸出變成
Figure 106132600-A0305-02-0077-7
鑒於晶片之簡單電路模型，明確計算阻抗，且預測同步偵測器之輸出。
簡單等效電路模型包含與電阻器R串聯之兩個電容器C。如上文所論述，電阻R主要為微流幾何形狀與溶液電導率之函數。電容主要為電極面積、用於鈍化層之介電質及鈍化層厚度之函數。簡化電路之阻抗Z由以下給出：
Figure 106132600-A0305-02-0078-8
阻抗之量值之平方為：|Z|2=R2+(π f C)-2
且同步偵測器之輸出為：
Figure 106132600-A0305-02-0078-9
 其中分子及分母乘以電導率之平方，G=1/R。
對於傳導性計量器，電池常數k可定義為：
Figure 106132600-A0305-02-0078-10
其中k具有反向長度單位。電池常數k主要取決於電極位置、面積及流體路徑，且可不為簡單線性關係。則同步偵測器輸出為：
Figure 106132600-A0305-02-0078-11
為了幫助分析，可引入無量綱傳導性參數
Figure 106132600-A0305-02-0078-43
，其中：
Figure 106132600-A0305-02-0078-12
使得：
Figure 106132600-A0305-02-0078-13
注意到偵測器輸出對非尺寸傳導性
Figure 106132600-A0305-02-0078-44
之依賴性。
1)對於
Figure 106132600-A0305-02-0078-45
<<1，偵測器回應與
Figure 106132600-A0305-02-0078-46
成漸近比例。
2)在
Figure 106132600-A0305-02-0078-51
下，偵測器回應達到局部最大值s max =|V|fC。
3)對於
Figure 106132600-A0305-02-0079-48
>>1，偵測器回應與1/
Figure 106132600-A0305-02-0079-49
成漸近比例。
鑒於偵測器回應對非尺寸電導率之依賴性，重要的是緊密偶合晶片及偵測器設計。按以下方式根據實際電導率結果轉譯先前陳述之觀點：
1)對於
Figure 106132600-A0305-02-0079-14
，偵測器回應與
Figure 106132600-A0305-02-0079-50
成漸近比例。
2)對於
Figure 106132600-A0305-02-0079-15
，偵測器回應與
Figure 106132600-A0305-02-0079-16
成漸近比例。
3)偵測器回應在σ=πkfC下變成非單調性。
換言之，增加激勵頻率可擴展其中同步偵測器輸出為線性之傳導性範圍。在圖15中，相對於非尺寸傳導性標繪同步偵測器回應。
為了評估集總參數模型之有效性，量測KCl之已知傳導性溶液之偵測器回應。晶片通道為2mm，具有0.01mm2橫截面積。兩個電極各自為9mm2，用10μm SU8光致抗蝕劑層鈍化。評估電池常數及電容且選擇激勵頻率，使得對應於偵測器輸出之非線性部分的傳導性將為約5mS/cm。在10、15及20kHz之激勵頻率下重複實驗。
已量測LAMP之前的化學物質之傳導性為約10mS/cm。以下表1呈現藉由更早發現之約束條件調節之最小偵測器頻率之評估值，亦即：
Figure 106132600-A0305-02-0079-17
Figure 106132600-A0305-02-0079-18
模型之結果，圖16中展示，說明在廣泛範圍之傳導率及既定頻率步長下與偵測器輸出之良好一致。值得注意的是，在各頻率下使用相同的兩 個參數k及C。模型預測偵測器回應之定性狀態。亦即，回應之函數形式，產生非線性時關鍵傳導性對激勵頻率之依賴性。對於超過關鍵傳導性之傳導性，模型過高估計頻率依賴性狀態之發散性。
作為用於快速評估電導率及壁電容之工具，可忽略除邊緣場作用以外之表面傳導性及電容作用。可使用幾何形狀特異性有限元件模型進一步改進此粗評估。
電極模型化為具有面積A E (由具有相對介電強度ε r 之介電質分離)及厚度t之平行板極電容器。接著電容粗略估算為：
Figure 106132600-A0305-02-0080-19
其中ε o 為介電常數。
流體可模型化為具有橫截面積A F 、長度l及傳導性σ之簡單電阻器。因此，流體路徑之電導率可粗略估算為
Figure 106132600-A0305-02-0080-20
由此，亦粗略估算電池常數。
在一些態樣中，器件經組態以測定在引入晶片之後的「阻抗譜圖」。器件可包括數位控制型激勵頻率。器件可具有快速頻率掃描能力。器件可包括所誘導之信號之同相及正交分量，可由其測定複數阻抗。至少部分基於曲線擬合或其他啟發測定阻抗譜圖之適合度，以測定適當晶片插入及/或適當樣品引入。在一些態樣中，首先藉由在藉由初始掃掠測定之頻率下激勵來測試器件。在一些實施中，器件包括利用同步偵測之偵測器。以此方式，可即時偵測所量測之可歸因於流體路徑(在相位最小值下)之感應電流。
實例通道之概述
在一些實施例中，通道具有以下尺寸：沿其最長維度(y軸)量測且沿平面延伸至偵測系統之基板之長度；沿垂直於其最長維度之軸(x軸)量測且沿平面延伸至基板之寬度；及沿垂直於與基板平行之平面的軸(z軸)量測之深度。實例通道可具有實質上超過其寬度及其深度之長度。在一些情況下，長度：寬度之間的實例比率可為：2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、11：1、12：1、13：1、14：1、15：1、16：1、17：1、18：1、19：1或20：1，或處於由前述比率中之任兩者界定之範圍內。
在一些實施例中，通道經組態以具有實質上等於或小於聚集物、核酸複合物或聚合物(較佳在懸浮於通道中時)的直徑之深度及/或寬度，該聚集物、核酸複合物或聚合物係由於相關核酸與用於偵測相關核酸之感測器化合物之粒子(例如一或多個核酸探針)之間的相互相用而在通道中形成。
在一些實施例中，通道經組態以具有沿x軸獲得之在約1nm至約50,000nm範圍的寬度，或處於由前述範圍內之任兩個數字界定之範圍內的寬度，但不限於此等實例範圍。實例通道具有沿y軸獲得之災約10nm至約2cm範圍內之長度，或處於由前述範圍內之任兩個數字界定之範圍內之長度，但不限於此等實例範圍。實例通道具有沿z軸獲得之在約1奈米至約1微米範圍內之深度，或處於由前述範圍內之任兩個數字界定之範圍內之深度，但不限於此等實例範圍。
在一些實施例中，通道具有任何適合的橫截面形狀(例如沿x-z平面獲得之橫截面)，包括(但不限於)圓形、橢圓形、矩形、正方形、D形(由於各向同性蝕刻)及其類似形狀。
在一些實施例中，通道具有在10nm至10cm範圍內之長度，諸如至少為或等於10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800 nm、1μm、10μm、50μm、100μm、300μm、600μm、900μm、1cm、3cm、5cm、7cm或10cm，或處於由前述長度中之任兩者界定之範圍內之長度。在一些實施例中，通道具有在1nm至1μm範圍內之深度，諸如至少為或等於1nm、5nm、7nm、10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、500μm或1mm，或處於由前述深度中之任兩者界定之範圍內之深度。在一些實施例中，通道具有在1nm至50μm範圍內之寬度，諸如1nm、5nm、7nm、10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、100μm、500μm或1mm，或處於由前述寬度中之任兩者界定之範圍內之寬度。
在一些實施中，在盒中形成通道，隨後將盒插入器件中。在一些態樣中，盒可為拋棄式盒。在一些態樣中，盒由有成本效益的塑膠材料製成。在一些態樣中，至少一部分盒由紙及基於層合物之用於流體學之材料製成。
用於偵測樣品中存在或不存在特定核酸及/或特定核苷酸之偵測系統2100之實施例說明於圖17A-17B中。圖17A為系統之俯視圖，而圖17B為系統之截面側視圖。偵測系統2100包括基板2102，其實質上沿水平x-y平面擴展。在一些實施例中，基板2102可由介電材料(例如二氧化矽)形成。基板2102之其他實例材料包括(但不限於)玻璃、藍寶石或鑽石。
基板2102支撐或包括通道2104，其至少具有內表面2106及用於容納流體之內部空間2108。在一些情況下，在基板2102之頂部表面中蝕刻通道2104。通道2104之內表面2106之實例材料包括(但不限於)玻璃或二氧 化矽。
在某些實施例中，通道2104及基板2102由玻璃形成。生物學條件表示由於玻璃緩慢溶解於生物流體中及蛋白質及小分子與玻璃表面黏合而阻礙玻璃衍生植入物之使用。在某些非限制性實施例中，使用自組裝單層進行之表面修改提供用於修改玻璃表面以用於核酸偵測及分析之方法。在某些實施例中，通道2104之至少一部分內表面2106經預處理或共價修改以包括或塗有可實現感測器化合物與內表面之特異性共價結合之材料。在某些實施例中，覆蓋通道之蓋玻片2114亦可經材料共價修改。
用於修改通道2104之內表面2106之例示性材料包括(但不限於)矽烷化合物(例如三氯矽烷、烷基矽烷、三乙氧基矽烷、全氟矽烷)、兩性離子型磺內酯、聚(6-9)乙二醇(Peg)、全氟辛基、螢光素、醛或石墨烯化合物。通道之內表面之共價修改可減少某些分子之非特異性吸收。在一個實例中，內表面之共價修改可實現感測器化合物分子與內表面之共價結合，同時防止其他分子非特異性吸附至內表面。舉例而言，使用聚(乙二醇)(Peg)修改通道2104之內表面2106以較少材料對內表面之非特異性吸附。
在一些實施例中，通道2104為奈米或微米構造以具有良好界定及光滑的內表面2106。用於製造通道及修改通道內表面之例示性技術教示於Sumita Pennathur及Pete Crisallai(2014),「Low Temperature Fabrication and Surface Modification Methods for Fused Silica Micro-and Nanochannels」,MRS Proceedings,1659，第15-26頁.doi：l0.1557/opl.2014.32，中，其全部內容以引用之方式明確併入本文中。
通道2104之第一末端部分包括輸入埠2110或與其流體連通，且通道2104之第二末端部分包括輸出埠2112或與其流體連通。在某些非限制性實施例中，在通道2104之末端提供埠2110及2112。
在一些實施例中，具有通道2104及埠2110、2112之基板2102之頂部表面由蓋玻片2114覆蓋及密封。在一些實施例中，用硬質塑膠界定通道，包括頂部，且亦可使用半滲透膜。
第一電極2116在通道2104之第一末端部分電連接，例如在輸入埠2110處或其附近。第二電極2118在通道2104之第二末端部分電連接，例如在輸出埠2112處或其附近。第一電極2116及第二電極2118電連接至電源供應器或電壓源2120，以在第一與第二電極之間施加電位差。亦即，跨越通道之至少一部分長度施加電位差。當通道2104中存在流體且受所施加之電位差影響時，電極2116、2118及流體產生完整電路徑。
電力供應器或電壓源2120經組態以可逆方式施加電場，使得沿通道長度以第一方向(沿y軸)且亦以第二相對方向(沿y軸)施加電位差。在其中電場或電位差方向為第一方向之一個實例中，正電極在通道2104之第一末端部分連接，例如在輸入埠2110處或其附近，且負電極在通道2104之第二末端部分連接，例如在輸出埠2112處或其附近。在其中電場或電位差方向為第二相對方向之另一實例中，負電極在通道2104之第一末端部分連接，例如在輸入埠2110處或其附近，且正電極在通道2104之第二末端部分連接，例如在輸出埠2112處或其附近。
在一些實施例中，電力供應器或電壓源2120經組態以施加AC信號。可動態改變AC信號之頻率。在一些態樣中，電源供應器或電壓源2120經組態以供應具有10-109Hz之間的頻率之電信號。在一些態樣中，電源供 應器或電壓源2120經組態以供應具有105-107Hz之間的頻率之電信號。
通道2104之第一及第二末端部分(例如在輸入埠2110及輸出埠2112處或其附近)電連接至核酸偵測電路2122，其經程式化或經組態以偵測通道2104之一或多個電特性之值，以測定通道2104中存在或不存在特定核酸及/或核苷酸。在單個時段(例如，在將樣品及一或多種感測器化合物引入通道之後的某個時段)或在多個不同時段(例如，在將樣品及一或多種感測器化合物引入通道之前及之後)偵測電特性值。在一些態樣中，自樣品引入至LAMP擴增之設定時段連續偵測電特性值。偵測到之實例電特性包括(但不限於)電流、傳導性電壓、電阻、頻率或波形。某些實例核酸偵測電路2122包括或經組態為處理器或計算器件，例如圖18中所說明之器件1700。某些其他核酸偵測電路2122包括(但不限於)電流錶、電壓錶、歐姆錶或示波器。
在一個實施例中，核酸偵測電路2122包含經程式化或經組態以沿通道2104之至少一部分長度量測一或多種電特性值之量測電路2123。核酸偵測電路2122亦包含平衡電路2124，其經程式化或經組態以在某一時段內週期性或持續監測通道之電特性之一或多個值，及/或在該等值達成平衡(例如停止變化超過偏差或公差之某一臨界值)之後選擇該等值中之單一者。
核酸偵測電路2122亦可包含比較電路2126，其經程式化或經組態以比較通道之兩個或更多個電特性值，例如參考電特性值(例如在其中樣品及所有感測器化合物已引入通道之狀態之前量測)及電特性值(例如在樣品及所有感測器化合物引入通道之後量測)。比較電路2126可使用比較以測定通道中存在或不存在核酸。在一個實施例中，比較電路2126計算所量 測之電特性值與參考電特性值之間的差值，且將該差值與指示通道中存在或不存在核酸之預定值比較且使用此資訊診斷或預測疾病病況或個體中存在或不存在感染。
在某些實施例中，在將樣品及感測器化合物引入通道之後，比較電路2126經程式化或經組態以比較當跨越通道沿通道之長度以第一方向施加電場或電位差時的第一電特性值(例如電流之量值)與當跨越通道沿通道之長度以第二相對方向施加電場或電位差時的第二電特性值(例如電流之量值)。在一個實施例中，比較電路2126計算第一及第二值之量值之間的差值，且將該差值與指示通道中存在或不存在核酸之預定值比較(例如，差值是否實質上為零)。舉例而言，若差值實質上為零，則此指示通道中不存在核酸，其可呈分散、聚合物形式或聚集物形式。若差值實質上不為零，則此指示通道中存在核酸，其可呈分散形式、聚合物形式或聚集物形式。
在某些實施例中，核酸偵測電路2122經程式化或經組態以測定樣品中核酸之絕對濃度，及/或核酸相對於樣品中一或多種其他物質之相對濃度。
在一些實施例中，比較電路2124及平衡電路2126經組態為單獨的電路或模組，而在其他實施例中，其經組態為單個積體電路或模組。
核酸偵測電路2122具有輸出端2128，在一些實施例中，其可連接至一或多個外部器件或模組。舉例而言，核酸偵測電路2122可將參考電特性值及/或一或多個所量測之電特性值傳輸至以下中之一或多者：處理器2130以用於進一步計算、處理及分析；非暫時性儲存器件或記憶體2132以用於儲存該等值及/或可見顯示器件2134以用於向使用者顯示該等值。 在一些實施例中，核酸偵測電路2122產生樣品是否包括核酸之一指示，且其將此指示傳輸至處理器2130、非暫時性儲存器件或記憶體2132及/或可見顯示器件2134。
在使用圖17A及圖17B之系統之實例方法中，將一或多種感測器化合物(例如一或多種核酸探針)及樣品依序或同時引入通道。當流體之流動及/或流體中帶電粒子之流動不受抑制時(例如，歸因於不存在聚集物)，流體中之傳導性粒子或離子沿y軸，沿通道2104之至少一部分長度自輸入埠2110朝向輸出埠2112移動。傳導性粒子或離子之移動引起或產生由核酸偵測電路2122沿通道2104之至少一部分長度偵測之第一或「參考」電特性值或值之範圍(例如電流、傳導性、電阻率或頻率之值)。在一些實施例中，平衡電路2124在某一時段期間週期性或持續監測電特性值直至該等值達到平衡。接著，平衡電路2124選擇該等值中之一者作為參考電特性值，以避免電特性中短暫變化之影響。
如本文中所使用，「參考」電特性值係指在將樣品及所有感測器化合物(例如一或多種核酸探針)引入通道之前，通道之電特性之值或值之範圍。亦即，參考值為表徵樣品中之核酸與所有感測器化合物之間的任何相互相用之前的通道的值。在一些情況下，在將感測器化合物引入通道之後，但在將樣品及其他感測器化合物引入通道之前的時間週期偵測參考值。在一些情況下，在將感測器化合物及樣品引入通道之後，但在將其他感測器化合物引入通道之前的時間週期偵測參考值。在一些情況下，在將樣品或感測器化合物引入通道之前的時間週期偵測參考值。在一些情況下，預先測定參考值且儲存於非暫時性儲存媒體上，可自該非暫時性儲存媒體存取參考值。
在一些情況下，通道中導電聚集物、聚合物、或核酸複合物之形成(例如歸因於樣品中相關核酸與一或多種核酸探針之間的相互作用)可增強沿通道2104之至少一部分長度之電路徑。在此情況下，核酸偵測電路2122沿通道2104之至少一部分長度偵測第二電特性值或值之範圍(例如電流、傳導性、電阻率或頻率之值)。在一些實施例中，核酸偵測電路2122在將樣品及所有感測器化合物引入通道之後且在偵測第二電特性值之前提供等待或調節時段。等待或調節時段允許通道中形成聚集物、聚合物或核酸複合物，較佳在懸浮於通道中時，及允許聚集物、聚合物或核酸複合物形成改變通道電特性，較佳在懸浮於通道中時。
在一些實施例中，平衡電路2124在引入樣品及所有感測器化合物之後的時段期間週期性或持續監測電特性值直至該等值達到平衡。接著，平衡電路2124可選擇該等值中之一者作為第二電特性值，以避免電特性中短暫變化之影響。
比較電路2126比較第二電特性值與參考電特性值。若判定第二值與參考值之間的差值對應於預定電流或傳導性之增加(或電阻率降低)之範圍，則核酸偵測電路2122判定通道中存在聚集物、聚合物或核酸複合物，因此，樣品中存在或偵測到核酸目標。由此，吾人可診斷或鑑別存在或不存在目標及個體中之疾病病況或感染狀態。
在某些其他實施例中，當通道中流體之流動及/或流體中帶電粒子之流動部分或完全阻斷時(例如藉由形成聚集物、聚合物或核酸複合物)，流體中之傳導性粒子或離子不能自由地沿y軸，沿通道2104之至少一部分長度自輸入埠2110朝向輸出埠2112移動。傳導性粒子或離子之受阻或停止移動引起或產生由核酸偵測電路2122沿通道2104之至少一部分長度偵測 之第三電特性值或值之範圍(例如電流或信號、傳導性、電阻率或頻率之值)。除第二電特性值以外或替代第二電特性值，偵測第三電特性值。在一些實施例中，在將樣品及所有感測器化合物引入通道之後且在偵測第三電特性值之前，核酸偵測電路2122可等待一個等待或調節時段。等待或調節時段允許通道中形成聚集物、聚合物或核酸複合物及允許聚集物、聚合物或核酸複合物形成改變通道之電特性。
在一些實施例中，平衡電路2124在引入樣品及所有感測器化合物之後的時段期間週期性或持續監測電特性值直至該等值達到平衡。接著，平衡電路2124選擇該等值中之一者作為第三電特性值，以避免電特性中短暫變化之影響。
比較電路2126比較第三電特性值與參考電特性值。若判定第三值與參考值之間的差值對應於預定電流或傳導性降低(或電阻率增加)之範圍，則核酸偵測電路2122判定通道中存在聚集物、聚合物或核酸複合物，且因此，鑑別樣品中存在目標核酸。
沿通道長度之流體流取決於與通道尺寸相關之聚集物、聚合物或核酸複合物之尺寸，及通道之內表面處電雙層(EDL)之形成。
一般而言，EDL為帶電固體(例如通道之內表面、分析物粒子、聚集物、聚合物或核酸複合物)與含有電解質之溶液(例如通道之流體內含物)之間的淨電荷之區域。EDL在通道之內表面周圍及通道內任何核酸粒子及聚集體、聚合物或核酸複合物周圍存在。來自電解質之相對離子被吸向通道之內表面之電荷，且誘導淨電荷之區域。EDL影響通道內及相關分析物粒子及聚集體、聚合物或核酸複合物周圍之離子流，藉由不允許任何相對離子穿過通道長度來產生二極體樣性質。
為了以數學方式解析EDL之特徵長度，解析柏松-波茲曼(Poisson-Boltzmann；「PB」)方程式及/或柏松-能斯特-普蘭克方程式(Poisson-Nemst-Plank；「PNP」)。將此等解決方案與用於流體流之納維爾-史托克斯(Navier-Stokes；NS)方程式偶合以產生偶合方程式之非線性設定，對其進行分析以理解實例系統之操作。
鑒於通道表面、EDL及聚集體、聚合物或核酸複合物中之尺寸相互作用，組態及構築實例通道，其中小心地選擇尺寸參數以確保在通道中形成某一預定尺寸之聚集物、聚合物或核酸複合物時實質上抑制傳導性離子沿通道長度之流動。在某些情況下，實例通道經組態以具有實質上等於或小於在核酸偵測期間，在通道中形成之聚集物粒子之直徑的深度及/或寬度。在某些實施例中，在選擇通道之尺寸參數時亦考慮EDL之尺寸。在某些情況下，實例通道經組態以具有實質上等於或小於在通道之內表面及通道中聚集物、聚合物或核酸複合物周圍產生之EDL的尺寸之深度及/或寬度。
在某些實施例中，在使用偵測系統之前，通道不含感測器化合物(例如一或多種核酸探針)。亦即，偵測系統之製造商可能未預先處理或修改通道以包括感測器化合物。在此情況下，在使用期間，使用者將一或多種感測器化合物(例如在電解質緩衝液中)引入通道且用感測器化合物偵測通道之參考電特性值(但在不存在樣品之情況下)。
在某些其他實施例中，在使用偵測系統之前，預先處理或修改通道使得通道之至少一部分內表面包括或塗有感測器化合物(例如一或多種核酸捕捉探針)。在一個實例中，製造商偵測經感測器化合物修改之通道之參考電特性值且在使用期間，使用者可使用所儲存之參考電特性值。亦 即，偵測系統之製造商可預先處理或修改通道以包括感測器化合物。在此情況下，使用者將需要將樣品及一或多種其他感測器化合物引入通道。
某些實例偵測系統包括單一通道。某些其他實例偵測系統包括提供於單一基板上之多個通道。此類偵測系統可包括任何適合數目之通道，包括(但不限於)至少或等於2、3、4、5、6、7、8、9或10個，或由任何兩個前述數值界定之範圍內的通道數目。
在一個實施例中，偵測系統包括複數個通道，其中至少兩個通道彼此獨立地操作。在相同基板上再現圖17A-17B之實例通道2104及相關組件以實現此類多通道偵測系統。使用多個通道偵測相同樣品中之相同核酸、相同樣品中之不同核酸、不同樣品中之相同核酸及/或不同樣品中之不同核酸。在另一實施例中，偵測系統包括複數個通道，其中至少兩個通道彼此協同操作。在一些態樣中，通道視設法偵測之目標而不同地成形。
用於護理點用途之實例器件之概述
在一些實施中，器件為可攜式且經組態以偵測樣品中之一或多個目標。如圖19中所示，器件包括處理器900，其經組態以控制fC4D電路905。fC4D電路905包括信號發生器907。信號發生器907經組態以經由如上文所描述通道2104或測試孔供應一或多個信號。信號發生器907與前置放大器915耦合以擴增來自信號發生器907之一或多個信號。一或多個信號通過多工器909且通過通道2104。自通道2104，信號由後置放大器911擴增且由解多工器913解調。類比至數位轉換器917恢復信號且使數位信號前進至處理器900。處理器900包括電路，其經組態以量測、平衡、比較及其類似操作，以判定是否在樣品中偵測到所需目標。在一些實施例中，可首先發生類比至數位轉換。在一些此類實施例中，所誘導之波可整 體取樣，且在軟體中數位解調。
在一些實施例中，處理器900亦與一或多個加熱元件920耦合。一或多個加熱元件920可為電阻式加熱元件。一或多個加熱元件920經組態以加熱通道2104中之樣品及/或溶液。在一些實施例中，將樣品加熱至大於或等於0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃之溫度或任何溫度，或兩個前述數值之間的任何溫度範圍。在一些實施例中，將樣品冷卻至小於或等於40℃、35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃之溫度，或任何溫度或之兩個前述數值之間的任何溫度範圍。鑒於前述內容，處理器900及/或其他電路經組態以讀取樣品及/或通道2104之溫度925，且控制一或多個加熱元件920直至達到所需加熱設定點930。在一些態樣中，整個通道2104經組態以由一或多個加熱元件920加熱。在其他態樣中，僅部分通道2104經組態以由一或多個加熱元件920加熱。
處理器900經組態以接收來自一或多個使用者輸入端(諸如小鍵盤、觸控式螢幕、按鈕、交換器或麥克風)之使用者輸入940。資料經輸出950及記錄951，向使用者953報導，推送至基於雲端之儲存系統952及其類似物。在一些實施例中，資料發送至另一器件以供處理及/或進一步處理。舉例而言，可將fC4D資料推送至雲端且隨後處理以測定樣品存在或不存在目標。
在一些態樣中，器件經組態以消耗相對低功率。舉例而言，器件可 僅需要1-10瓦特之功率。在一些態樣中，器件需要7瓦特或更低之功率。器件經組態以處理資料、與一或多個其他器件無線通信、經由通道發送及偵測信號、加熱樣品/通道及/或偵測且藉由觸控式顯示器顯示輸入/輸出。
在一些實施中，樣品收集器、樣品準備器及流體盒形成為單獨的物理器件。因此，使用第一樣品收集器器件收集樣品。樣品可包含唾液、黏液、血液、血漿、大便或腦脊髓液。接著將樣品轉移至第二樣品準備器件。樣品準備器件包括核酸擴增所需之組分及試劑。在準備樣品之後，將其轉移至包含流體盒之第三器件，在該流體盒中進行擴增及fC4D激勵及量測。在一些實施中，樣品收集及樣品準備由單個器件實現。在一些實施中，樣品製備及流體盒包含於單個器件內。在一些實施中，單個器件經組態以收集樣品、準備樣品、擴增至少一部分樣品及藉由fC4D分析樣品。
實例緊湊型流體盒之概述
在一些態樣中，器件包括可拆卸式流體盒，其可與另一伴隨器件耦合。可拆卸式流體盒經組態為拋棄式單次使用盒。在一些實施例中，盒包括複數個通道。通道可不同地成形。在一些態樣中，使用及重複四種通道形狀以確保精確性。在一些態樣中，使用及重複超過四種通道形狀以確保精確性。在一些態樣中，各通道經組態以偵測一種獨特目標。在其他態樣中，各通道經組態以偵測相同目標。在一些實施中，盒包括一或多個加熱元件。一般而言，流體盒可包括至少一個經組態以用於fC4D分析之通道。
在一些態樣中，盒包括多層層壓結構。在基板中衝壓及/或雷射切割一或多個通道。在一些實施例中，基板包括聚丙烯膜。薄膜之一側或兩側塗有黏合劑。此通道層固定在聚醯胺加熱器線圈上方以加熱所有或一部分通道。通道由親水性PET層至少部分覆蓋。可在PET層下安置印刷電極。 在一些態樣中，每個通道供應至少一個熱敏電阻以用於溫度回饋。
在其他態樣中，盒包括注射之模製塑膠。在注射之模製塑膠內安置一或多個通道。藉由將PET雷射焊接至IM塑膠在所有或部分通道上塗佈PET層或PET膜。射出成形可提供剛性及3D結構之優勢且亦實現諸如閥門及框架之特徵以易於操作。視特定設計而定，盒可包括或可不包括印刷電子器件及/或加熱元件及/或熱敏電阻。
圖20中描繪流體盒500之實例實施例。如所展示，盒2500包括四個層。PCB/PWB層2501具有在其上示蹤之電極2505。電極可使用諸如原子沈積之方法，用30nm二氧化鈦層鈍化。PCB/PWB層可包括用於螺桿或其他固持構件之入口點2506以將四個層固持在一起。電力供應器及偵測電路可與PCB/PWB層耦合。襯墊層2510具有斷流器2513及2514，及入口點2506。襯墊層可由諸如氟矽酮之材料製成。下部剛性基板層2520包括入口點2506，及入口埠2522。上部剛性層2530包括入口點2506，及入口埠2522。下部及上部剛性層可各自由諸如丙烯酸之材料製成。當藉由固定螺桿或其他固持構件經由若干個層之若干個入口點2506將四個層組裝在一起時，形成四個通道。斷流器2513及2514形成通道之側面。切口513形成具有兩個梯形端之通道，且切口2514形成具有實質上直線形側邊之通道。PCB/PWB層2501之包括電極2505之部分形成通道之底部。下部剛性層2520形成通道之頂部，且入口埠2522提供通道之入口及出口埠。上部層之入口埠2522及上部剛性層之入口埠提供用於向各通道提供試劑之手段。在一些實施例中，具有兩個梯形端之通道可具有約30μl至約50μl之體積。在一些實施例中，具有實質上直線形側邊之通道可具有約20μl至約30μl之體積。可藉由改變至少襯墊層之壓縮來調節此類體積。圖21 描繪圖20之流體盒2500之頂部平面圖，且展示螺桿或其他固持構件之入口點506、與通道2550連通之入口埠2522及電極2505。圖22提供兩個電極2505之實例尺寸。圖23提供具有兩個梯形端之通道2550之實例尺寸。在一些實施例中，將通道加熱至60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃或75℃或由任何兩個前述數值界定之範圍內之溫度且加壓。在一些態樣中，可將通道加壓至1、2、3、4、5或6個大氣壓或由任何兩種前述壓力界定之範圍內。
在一些實施例中，流體器件之通道可經調適或經組態以保持大於或等於1μl、2μl、3μl、4μl、5μl、6μl、7μl、8μl、9μl、10μl、20μl、30μl、40μl、50μl、60μl、70μl、80μl、90μl、100μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、900μl或1000μl之樣品體積，或在任何兩種前述體積之間的體積或任何範圍。在一些實施例中，流體器件之通道可經調適以加壓。在一些實施例中，可將通道中之樣品加壓至大於或等於1個大氣壓、2個大氣壓、3個大氣壓、4個大氣壓、5個大氣壓、6個大氣壓、7個大氣壓、8個大氣壓、9個大氣壓、10個大氣壓之壓力或在任何兩種前述壓力之間的任何範圍。在一些實施例中，流體器件之通道可經調適以保持大於或等於-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、85℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃之溫度，或在任何兩種前述溫度之間的任何溫度或任何範 圍。
實例樣品收集之概述
在一些實施中，本文所揭示之方法、系統及器件利用簡化及直接樣品收集過程。以此方式，縮短自樣品收集至分析之步驟數目。換言之，在一些實施中，需要最小化使用者轉移及/或操作樣品之次數以避免樣品之污染。在一些態樣中，本文所揭示之器件經組態以與複數種樣品收集方法相容，以適合所有類型之測試環境。因此，在一些態樣中利用均質的小瓶對晶片界面。藉由調節樣品收集系統，偵測硬體保持相同，與收集及分析之樣品類型無關。
實例分析之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括在單個容器中來自粗樣品之目標之簡單、溶解/擴增/偵測。一些實施例包括用於偵測非核酸目標之基於免疫之擴增。一些實施例包括添加至反應物中之試劑，其引起增加之傳導性變化。一些實施例包括等溫擴增策略，諸如LAMP、SDA及/或RCA。在一些實施例中，偵測目標為生物標記(諸如蛋白質)、小分子(諸如藥劑或麻醉劑)或生物武器(諸如毒素)。此類目標之偵測可藉由結合基於免疫之結合試劑(諸如抗體或適體)與參與等溫擴增反應之核酸來實現。在一些實施例中，擴增反應之添加劑可增加與目標之定量相關之溶液傳導性變化。使用添加劑可提供更大的用於偵測之敏感性及動態範圍。
本文所提供之方法之一些實施例使得樣品收集及處理可具有以下理想特徵中之一或多者：不進行離心；可攜式；便宜；拋棄式；無需壁式電插座；可簡單及直觀地使用；僅需要相對低的使用技能；能夠自小體積樣 品(例如70μL)提取RNA及/或DNA；能夠使RNA及/或DNA穩定直至擴增；可使用熱穩定試劑而無冷鏈儲存要求；可與低含量之細節樣品(例如具有1,000個或更少的複本/毫升之樣品)分析相容及/或具有能夠跨越例如至少4個數量級偵測病毒負載之動態範圍。
所提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括收集及處理樣品以用於診斷器件，如本文中所描述。所收集之樣品(亦稱為生物樣品)之實例可包括例如植物、血液、血清、血漿、尿液、唾液、腹水液、脊髓液、精液、肺灌洗液、唾液、痰、黏液、包含細胞或核酸之液體培養基、包含細胞或核酸之固體培養基、組織及其類似物。用於獲得樣品之方法可包括使用手指針刺、足跟針刺、靜脈穿刺、成年人鼻抽吸、兒童鼻抽吸、鼻咽洗滌、鼻咽抽吸、拭抹、杯中之主體收集、組織活檢及灌洗樣品。更多實例包括環境樣品，諸如土壤樣品，及水樣品。
實例擴增之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括核酸目標之擴增。核酸擴增之方法為熟知的且包括其中溫度在反應期間變化之方法，諸如PCR。
更多實例包括等溫擴增，其中反應可在實質上恆定溫度下發生。在一些實施例中，核酸目標之等溫擴增引起溶液傳導性之變化。存在若干種等溫核酸擴增方法，諸如基於核酸序列之擴增(NASBA)、鏈置換擴增(SDA)、迴路介導之擴增(LAMP)、入侵式分析、滾環擴增(RCA)、信號介導之RNA擴增技術(SMART)、解螺旋酶依賴性擴增(HDA)、重組酶聚合酶擴增(RPA)、切口核酸內切酶信號擴增(NESA)及切口核酸內切酶輔助之奈米粒子活化(NENNA)、外切核酸酶輔助之目標再循環、接合或Y- 探針、裂解脫氧核酶及去氧核糖核酸酶擴增策略、引起擴增之信號之模板定向化學反應、非共價DNA催化反應、雜交鏈反應(HCR)及經由DNA探針之自組裝進行以得到超分子結構之偵測。參見例如Yan L.等人，Mol.BioSyst.,(2014)10：970-1003，其以全文引用的方式明確併入本文中。
在LAMP之實例中，正向引子組中之兩種引子命名為內部(F1c-F2，用於「互補」之c股)及外部(F3)引子。在60℃下，內部引子之F2區域首先與目標雜合，且由DNA聚合酶延伸。接著，外部引子F3在F3c處結合於相同目標股，且聚合酶延伸F3以置換新近合成之股。經置換之股由於F1c及F1區域之雜交而在5'端形成莖-環結構。在3'端，反向引子組可與此股雜交且由聚合酶產生在兩端具有莖-環結構之新股。啞鈴結構化DNA進入指數擴增循環且可藉由重複延伸部分及鏈置換製得具有目標DNA之若干反向重複之股。在本文所提供之方法之一些實施例中，用於LAMP之組分包括4種引子、DNA聚合酶及dNTP。LAMP之應用之實例包括病毒病原體，包括登革熱(M.Parida等人，J.Clin.Microbiol.,2005,43,2895-2903)、日本腦炎(Japanese encephalitis)(M.M.Parida等人，J.Clin.Microbiol.,2006,44,4172-4178)、切昆貢亞熱(Chikungunya)(M.M.Parida等人，J.Clin.Microbiol.,2007,45,351-357)、西尼羅河病毒(M.Parida等人，J.Clin.Microbiol.,2004,42,257-263)、嚴重急性呼吸道症候群(SARS)(T.C.T.Hong,Q.L.Mai,D.V.Cuong,M.Parida,H.Minekawa,T.Notomi,F.Hasebe及K.Morita,J.Clin.Microbiol.,2004,42,1956-1961)及高病原性禽流感(HPAI)H5N1(M.Imai等人，J.Virol.Methods,2007,141,173-180)，前述參考文獻中之每一者以全文引用之方式明確併入本文中。
在SDA之實例中，探針包括兩個部分：5'端處之Hinc II識別位點及包括與目標互補之序列之另一區段。DNA聚合酶可延伸引子且合併去氧腺苷5'-[α-硫基]三磷酸(dATP[αS])。接著，限制性核酸內切酶Hinc II在Hinc II識別位點處使探針股斷裂，因為核酸內切酶無法使其他包括硫代磷酸修飾之股裂解。核酸內切酶裂解顯露3'-OH，其接著由DNA聚合酶延伸。新近產生股仍含有用於Hinc II之斷裂位點。重複新近合成之雙螺旋之後續斷裂，接著DNA聚合酶介導之延伸若干次且此產生等溫擴增級聯。在本文所提供之方法之一些實施例中，用於SDA之組分包括4種引子、DNA聚合酶、REase HincII、dGTP、dCTP、dTTP及dATPαS。SDA之應用之實例包括結核分支桿菌基因組DNA(M.Vincent等人，EMBO Rep.,2004,5,795-800，其以全文引用之方式明確併入本文中)。
在NASBA之實例中，正向引子1(P1)由兩個部分組成，其中一個與RNA目標之3'端互補且另一個與T7啟動子序列互補。當P1結合於RNA目標(RNA(+))時，逆轉錄酶(RT)使引子延伸成RNA之互補DNA(DNA(+))。接著，RNase H使RNA-DNA(+)雜交物之RNA股降解。接著，反向引子2(P2)結合於DNA(+)，且逆轉錄酶(RT)產生雙股DNA(dsDNA)，其含有T7啟動子序列。在此初始階段之後，系統進入擴增階段。T7 RNA聚合酶基於dsDNA產生許多RNA股(RNA(-))，且反向引子(P2)結合於新近形成之RNA(-)。RT延伸反向引子且RNase H使RNA-cDNA雙螺旋之RNA降解成ssDNA。接著，新近產生之cDNA(DNA(+))變成P1之模板且重複循環。在本文所提供之方法之一些實施例中，用於NASBA之組分包括2種引子、逆轉錄酶、RNase H、RNA聚合酶、dNTP及rNTP。NASBA之應用之實例包括HIV-1基因組RNA(D.G.Murphy等人，J.Clin.Microbiol.,2000, 38,4034-4041)、C型肝炎病毒RNA(M.Damen等人，J.Virol.Methods,1999,82,45-54)、人類巨細胞病毒mRNA(F.Zhang等人，J.Clin.Microbiol.,2000,38,1920-1925)、細菌物種中之16S RNA(S.A.Morre等人，J.Clin.Pathol.：Clin.Mol.Pathol.,1998,51,149-154)及腸病毒基因組RNA(J.D.Fox等人，J.Clin.Virol.,2002,24,117-130)。前述參考文獻中之每一者以全文引用之方式明確併入本文中。
等溫擴增方法之許多實例包括：自持續序列複製反應(3SR)；90-I；BAD Amp；交叉引子擴增(CPA)；等溫指數擴增反應(EXPAR)；等溫嵌合引子起始之核酸擴增(ICAN)；等溫多重位移擴增(IMDA)；接合介導之SDA；多重位移擴增；聚合酶螺旋反應(PSR)；限制級聯指數擴增(RCEA)；智慧型擴增過程(SMAP2)；單引子等溫擴增(SPIA)；基於轉錄之擴增系統(TAS)；轉錄介導之擴增(TMA)；連接酶鏈反應(LCR)；及/或多重交叉位移擴增(MCDA)。
實例免疫-等溫擴增之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括使用免疫-等溫擴增偵測非核酸目標。在一些此類實施例中，適用於等溫擴增方法之引子連接至抗體或其片段，或適體。如本文中所使用，「適體」可包括特異性結合於目標分子之肽或寡核苷酸。在一些實施例中，抗體或適體可經由共價或非共價鍵連接至適用於等溫擴增方法之引子。在一些實施例中，適用於等溫擴增方法之引子可經由生物素及抗生蛋白鏈菌素連接子連接至抗體或適體。在一些實施例中，適用於等溫擴增方法之引子可使用THUNDER-LINK(Innova Biosciences,UK)連接至抗體或適體。
在一些實施例中，目標抗原結合於抗體或適體，且連接至抗體或適 體之引子為用於等溫擴增及/或起始等溫擴增之受質。參見例如Pourhassan-Moghaddam等人，Nanoscale Research letters,8：485-496，其以全文引用之方式明確併入本文中。在一些實施例中，以兩個抗體或適體(Ab)(特異性結合於目標抗原之捕捉抗體及偵測抗體)之間的夾心形式捕捉目標抗原。捕捉Ab(其預先固定於固體載體表面上)捕捉目標Ag，且偵測Ab(其與適用於等溫擴增方法之引子連接)附接至所捕獲之Ag。在洗滌之後，進行等溫擴增，且存在擴增產物間接指示樣品中存在目標Ag。
增強傳導性變化之實例之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括增強由核酸之擴增引起之溶液之傳導性變化。在一些實施例中，由核酸擴增引起之焦磷酸鹽(「PPi」)之螯合可用於隨擴增反應持續而增強溶液之傳導性變化。不希望受任一理論約束，咸信可在核酸擴增期間發生之傳導性變化可基於來自溶液之鎂陽離子及PPi離子之沈澱。本文所提供之方法之一些實施例可包括藉由改變平衡(其以其他方式引起鎂陽離子及PPi離子沈澱)來增加傳導性變化。在一些實施例中，此係藉由添加與鎂陽離子關於PPi競爭之分子來實現。在一些此類實施例中，提供具有高離子遷移率之化合物，其將產生較高的對淨溶液傳導性之貢獻。因此，用PPi藉由化合物之沈澱自溶液移除化合物可產生溶液傳導性之顯著變化。在本文所提供之方法之一些實施例中，化合物/複合物(其可結合PPi且隨擴增持續而引起溶液傳導性之變化及/或增強之變化)包括Cd2+-大環多胺-香豆素；具有雙(2-吡啶基甲基)胺(DPA)單元之Zn2+錯合物；DPA-2Zn2+-苯氧化物；吖啶-DPA-Zn2+；DPA-Zn2+-芘；及氮雜冠醚-Cu2+錯合物。參見例如Kim S.K.等人，(2008)Accounts of Chemical Research 42：23-31；及Lee D-H等人， (2007)Bull.Korean Chem.Soc.29：497-498；Credo G.M.等人，(2011)Analyst 137：1351-1362；及Haldar B.C.(1950)「Pyrophosphato-Complexes of Nickel and Cobalt in Solution」Nature 4226：744-745，其各自以全文引用之方式明確併入本文中。
一些實施例包括化合物，諸如2-胺基-6-巰基-7-甲基嘌呤核苷(MESG)。在套組中使用MESG以偵測焦磷酸鹽，諸如EnzChek® Pyrophosphate分析套組(ThermoFischer Scientific)，其中MESG在無機磷酸存在下由嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)酶轉化成核糖1-磷酸及2-胺基-6-巰基-7-甲基嘌呤。MESG之酶促轉化引起吸光最大值自330nm偏移至360nm。PNP催化焦磷酸鹽轉化成兩當量之磷酸。接著，磷酸由MESG/PNP反應消耗且藉由在360nm下之吸光度增加來偵測。藉由一個焦磷酸鹽分子擴增成兩個磷酸分子來獲得額外敏感性。另一套組包括PIPER Pyrophosphate分析套組(ThermoFischer Scientific)。
在一些實施例中，增強由核酸擴增引起之溶液傳導性之變化包括結合經擴增之DNA之化合物。在一些此類實施例中，隨著擴增持續，攜帶電荷之物質結合於增加量之經擴增之DNA，引起溶液傳導性之淨降低。在一些實施例中，攜帶電荷之物質可包括通常用作DNA/RNA染色劑/染料之帶正電分子，諸如溴化乙錠、結晶紫、SYBR，其經由靜電引力結合於核酸。此等小型帶電分子物質與大型且流動性較差之擴增產物之結合可藉由有效降低染料分子之電荷遷移率而降低溶液之傳導性。應注意，儘管此靜電引力為用於使DNA頻繁染色以用於凝膠電泳之機制，但結合於擴增子之分子無需為傳統上用作DNA染色劑之化合物。因為此等分子係由於其作為電荷載流子(溶液傳導性之貢獻者)之功能以及其結合於擴增子之能 力而被利用，其無需具有任何DNA染色特性。
一些實施例包括使用連接至奈米粒子之抗體或適體。在一些此類實施例中，存在目標抗原可引起抗體聚集及溶液之傳導性變化。不希望受任一理論約束，液體中膠態奈米懸浮液之有效導電性可呈現對電雙層(EDL)特徵、體積分率、離子濃度及其他物理化學特性之複雜依賴性。參見例如Angayarkanni SA.等人，Journal of Nanofluids,3：17-25，其以全文引用之方式明確併入本文中。抗體結合之奈米粒子為此項技術中熟知的。參見例如Arruebo M.等人，Journal of Nanomaterials 2009：Article ID 439389；及Zawrah MF.等人，HBRC Journal 2014.12.001，其各自以全文引用之方式明確併入本文中。適用於本文所提供之方法之奈米粒子之實例包括γ-Al2O3、SiO2、TiO2及α-Al2O3，及金奈米粒子，參見例如Abdelhalim,MAK.等人，International Journal of the Physical Sciences,6：5487-5491，其以全文引用之方式明確併入本文中。經由使用電化學阻抗光譜(EIS)獲得之量測值，使用連接至奈米粒子之抗體亦可增強在表面產生之信號。參見例如Lu J.等人，Anal Chem.84：327-333，其以全文引用之方式併入本文中。
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括使用連接至酶之抗體或適體。在一些實施例中，酶活性引起溶液傳導性之變化。在一些此類實施例中，藉由對與分析組分接觸之受質之電荷轉移來偵測傳導性變化。
實例病毒目標之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些病毒及病毒目標。病毒目標可包括病毒核酸、病毒蛋白質及/或病毒活性之產 物，諸如酶或其活性。由本文中提供之方法及器件偵測之病毒蛋白之實例包括病毒衣殼蛋白質、病毒結構蛋白、病毒醣蛋白、病毒膜融合蛋白、病毒蛋白酶或病毒聚合酶。亦由本文中所描述之方法及器件偵測對應於至少一部分編碼前述病毒蛋白之基因的病毒核酸序列(RNA及/或DNA)。此類目標之核苷酸序列可容易地自公共資料庫獲得。可容易地由所需病毒目標之核酸序列設計適用於等溫擴增之引子。亦可經由商業途徑及/或藉由此項技術中熟知的技術容易地獲得針對此類病毒之蛋白質之抗體及適體。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之病毒之實例包括DNA病毒，諸如雙股DNA病毒及單股病毒；RNA病毒，諸如雙股RNA病毒、單股(+)RNA病毒及單股(-)RNA病毒；及逆轉錄病毒，諸如單股逆轉錄RNA病毒及雙股逆轉錄DNA病毒。利用此技術偵測之病毒包括動物病毒，諸如人類病毒、家畜病毒、牲畜病毒或植物病毒。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之人類病毒之實例包括以下表2中列舉之病毒，其亦提供可用於容易地設計適用於擴增之引子之例示性核苷酸序列。
Figure 106132600-A0305-02-0104-21
Figure 106132600-A0305-02-0105-22
Figure 106132600-A0305-02-0106-23
Figure 106132600-A0305-02-0107-24
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Figure 106132600-A0305-02-0109-26
實例細菌目標之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些細菌及細菌目標。細菌目標包括細菌核酸、細菌蛋白質及/或細菌活性之產物，諸如毒素，及酶活性。指示某些細菌之核苷酸序列可容易地自公共資料庫獲得。可容易地由此類細菌目標之核酸序列設計適用於等溫擴增之引子。亦可經由商業途徑及/或藉由此項技術中熟知的技術容易地獲得針對某些細菌之蛋白質之抗體及適體。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之細菌之實例包括革蘭氏陰性或革蘭氏陽性細菌。由本文中提供之方 法、系統及組合物偵測之細菌之實例包括：綠膿桿菌、螢光假單胞菌、食酸假單胞菌、產鹼假單胞菌、惡臭假單胞菌、嗜麥芽窄食單胞菌、洋蔥伯克霍爾德氏菌、親水性氣單胞菌、大腸桿菌、弗氏檸檬酸桿菌、鼠傷寒沙門桿菌、傷寒沙門氏菌、副傷寒沙門氏菌、腸炎沙門氏菌、痢疾志賀菌、弗氏志賀菌、索氏志賀菌、陰溝腸桿菌、產氣腸桿菌、肺炎克雷伯氏桿菌、產酸克雷伯氏菌、黏質沙雷氏菌、土拉熱弗朗西絲菌、摩根氏菌、奇異變形桿菌、普通變形桿菌、產鹼普羅威登斯菌、雷氏普羅威登斯菌、斯氏普羅威登斯菌、鮑氏不動桿菌、醋酸鈣不動桿菌、溶血不動桿菌、小腸結腸炎耶爾森氏菌、鼠疫耶爾森菌、假結核耶爾森菌、中間耶爾森菌、百日咳博特氏菌、副百日咳博德特氏菌、支氣管敗血性博德氏桿菌、流感嗜血桿菌、副流感嗜血桿菌、溶血嗜血桿菌、副溶血嗜血桿菌、杜氏嗜血桿菌、多殺巴斯德菌、溶血巴斯德菌、卡他布蘭漢菌、幽門螺旋桿菌、胚胎彎曲桿菌、空腸彎曲桿菌、大腸彎曲桿菌、伯氏疏螺旋體、霍亂弧菌、副溶血弧菌、嗜肺性退伍軍人桿菌、單核球增多性李氏菌、淋病奈瑟氏菌、奈瑟氏腦膜炎菌、金氏菌、莫拉菌、陰道加德納菌、脆弱擬桿菌、狄氏擬桿菌、擬桿菌3452A同源群、普通擬桿菌、卵形擬桿菌、多形擬桿菌、單形擬桿菌、埃氏擬桿菌、內臟擬桿菌、艱難梭菌、結核分支桿菌、鳥分枝桿菌、細胞內分枝桿菌、麻風分支桿菌、白喉棒狀桿菌、潰瘍棒狀桿菌、肺炎鏈球菌、無乳鏈球菌、化膿性鏈球菌、糞腸球菌、屎腸球菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、腐生葡萄球菌、中間葡萄球菌、豬葡萄球菌亞屬、溶血葡萄球菌、人葡萄球菌及/或解糖葡萄球菌。更多實例包括炭疽芽孢桿菌、球芽孢桿菌、布魯桿菌、草生歐文氏菌或土拉熱弗朗西絲菌。
實例抗原目標之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些抗原目標。使用連接至引子之抗體、其結合片段或適體偵測抗原，該等引子經組態以用於擴增，諸如等溫擴增。可經由商業途徑及/或藉由此項技術中熟知的技術容易地獲得針對某些抗原之抗體及適體。如本文中所使用，「抗原」包括由抗體、其結合片段或適體特異性結合之化合物或組合物。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之抗原之實例包括蛋白質、多肽、核酸及小分子，諸如醫藥學化合物。分析物之更多實例包括毒素，諸如蓖麻毒素、相思子毒素、肉毒桿菌毒素或葡萄球菌腸毒素B。
實例寄生蟲目標之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些寄生蟲目標。寄生蟲目標包括寄生蟲核酸、寄生蟲蛋白質及/或寄生蟲活性之產物，諸如毒素及/或酶或酶活性。可自公共資料庫容易地獲得指示某些寄生蟲之核苷酸序列。可由此類寄生蟲目標之核酸序列容易地設計適用於等溫擴增之引子。亦可經由商業途徑及/或藉由此項技術中熟知的技術容易地獲得針對某些寄生蟲之蛋白質之抗體及適體。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之寄生蟲之實例包括某些內部寄生蟲，諸如原蟲生物，諸如棘阿米巴蟲屬、巴倍蟲屬、分歧焦蟲、牛雙芽巴貝斯蟲、馬巴貝斯蟲、巴貝西蟲、鄧氏蟲、狒狒巴拉姆希阿米巴、大腸纖毛蟲、囊原蟲屬、隱孢子蟲屬、圓孢子蟲、脆雙核阿米巴蟲、溶組織內阿米巴蟲、梨形鞭毛蟲、貝氏等孢子球蟲、利什曼原蟲屬、福勒氏耐格里阿米巴蟲、惡性瘧原蟲、間日瘧原蟲、庫氏卵形瘧原蟲、瓦氏卵形瘧原蟲、三日瘧原蟲、諾氏瘧原蟲、西伯鼻孢子蟲、牛人肉孢子蟲、豬人肉孢子蟲、剛地弓形蟲、陰道毛滴蟲、布氏錐蟲、克氏錐蟲、古巴伯特絛蟲、薩氏絛蟲、絛蟲、多頭 絛蟲、闊節裂頭絛蟲、細粒棘球絛蟲、多房棘球絛蟲、沃氏棘球絛蟲、少節棘球絛蟲、微小膜殼絛蟲、長膜殼絛蟲、刺蝟絛蟲、牛肉絛蟲、有鉤絛蟲、華支睾吸蟲；文宰吸蟲、支雙腔吸蟲、多刺棘口吸蟲、肝片吸蟲、巨大肝蛭、布氏薑片蟲、棘顎口線蟲、剛棘顎口線蟲、橫川後殖吸蟲、東方次睾吸蟲、泰國肝吸蟲、貓後睾吸蟲、華支睾吸蟲、衛氏並殖吸蟲、非洲並殖吸蟲屬、曼谷並殖吸蟲、貓肺並殖吸蟲、斯氏並殖吸蟲；雙側宮並殖吸蟲、埃及血吸蟲、日本血吸蟲、曼森氏裂體吸蟲及剛果裂體吸蟲、湄公河裂體吸蟲、住血吸蟲屬、里氏毛畢吸蟲、血吸蟲科、十二指腸鉤蟲、美洲鉤蟲、哥斯達管圓線蟲、異尖線蟲、蛔蟲屬似蚓蛔線蟲、普氏貝利蛔線蟲、馬來血絲蟲、帝汶布魯絲蟲、腎膨結線蟲、麥地那龍線蟲、蟯蟲、格雷氏蟯蟲、金氏線蟲、羅阿絲狀蟲、鏈尾曼森線蟲、人蟠尾絲蟲、腸類圓線蟲、加利福尼亞吸吮線蟲、結膜吸吮線蟲、犬蛔蟲、貓蛔蟲、旋毛蟲、布氏旋毛蟲、納氏旋毛蟲、本地毛形線蟲、毛首鞭形線蟲、狐毛尾線蟲、潘氏絲狀蟲、棘頭蟲、念珠棘蟲、鋸齒狀舌形蟲、狂蠅科、麗蠅科、海南麻蠅科、螺旋蠅)、穿皮潛蚤、臭蟲科、溫帶臭蟲及人膚皮蠅。寄生蟲之更多實例包括外部寄生蟲，諸如人虱、人體虱、陰虱、毛囊蠕形蟎、皮脂蠕形蟎、犬蠕形蟎、疥蟎，或蛛形綱，諸如恙蟎科，或人蚤，或蛛形綱，諸如硬蜱科及/或軟蜱科。
實例微RNA目標之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些微RNA(miRNA)目標。miRNA包括小型非編碼RNA分子，其在RNA沉默或基因表現之轉錄後調節中起作用。一些miRNA與由異常表觀遺傳模式(包括異常DNA甲基化及組蛋白修飾模式)引起之各種人類疾病中之失調相關 聯。舉例而言，來自個體之樣品中存在或不存在某種miRNA可指示疾病或疾病病況。可由miRNA之核苷酸序列容易地設計適用於偵測miRNA及適用於等溫擴增之引子。可自公共資料庫容易地獲得miRNA之核苷酸序列。由本文中提供之方法、系統及組合物偵測之miRNA目標之實例包括：hsa-miR-1、hsa-miR-1-2、hsa-miR-100、hsa-miR-100-1、hsa-miR-100-2、hsa-miR-101、hsa-miR-101-1、hsa-miR-101a、hsa-miR-101b-2、hsa-miR-102、hsa-miR-103、hsa-miR-103-1、hsa-miR-103-2、hsa-miR-104、hsa-miR-105、hsa-miR-106a、hsa-miR-106a-1、hsa-miR-106b、hsa-miR-106b-1、hsa-miR-107、hsa-miR-10a、hsa-miR-10b、hsa-miR-122、hsa-miR-122a、hsa-miR-123、hsa-miR-124a、hsa-miR-124a-1、hsa-miR-124a-2、hsa-miR-124a-3、hsa-miR-125a、hsa-miR-125a-5p、hsa-miR-125b、hsa-miR-125b-1、hsa-miR-125b-2、hsa-miR-126、hsa-miR-126-5p、hsa-miR-127、hsa-miR-128a、hsa-miR-128b、hsa-miR-129、hsa-miR-129-1、hsa-miR-129-2、hsa-miR-130、hsa-miR-130a、hsa-miR-130a-1、hsa-miR-130b、hsa-miR-130b-1、hsa-miR-132、hsa-miR-133a、hsa-miR-133b、hsa-miR-134、hsa-miR-135a、hsa-miR-135b、hsa-miR-136、hsa-miR-137、hsa-miR-138、hsa-miR-138-1、hsa-miR-138-2、hsa-miR-139、hsa-miR-139-5p、hsa-miR-140、hsa-miR-140-3p、hsa-miR-141、hsa-miR-142-3p、hsa-miR-142-5p、hsa-miR-143、hsa-miR-144、hsa-miR-145、hsa-miR-146a、hsa-miR-146b、hsa-miR-147、hsa-miR-148a、hsa-miR-148b、hsa-miR-149、hsa-miR-15、hsa-miR-150、hsa-miR-151、hsa-miR-151-5p、hsa-miR-152、hsa-miR-153、hsa-miR-154、hsa-miR-155、hsa-miR-15a、 hsa-miR-15a-2、hsa-miR-15b、hsa-miR-16、hsa-miR-16-1、hsa-miR-16-2、hsa-miR-16a、hsa-miR-164、hsa-miR-170、hsa-miR-172a-2、hsa-miR-17、hsa-miR-17-3p、hsa-miR-17-5p、hsa-miR-17-92、hsa-miR-18、hsa-miR-18a、hsa-miR-18b、hsa-miR-181a、hsa-miR-181a-1、hsa-miR-181a-2、hsa-miR-181b、hsa-miR-181b-1、hsa-miR-181b-2、hsa-miR-181c、hsa-miR-181d、hsa-miR-182、hsa-miR-183、hsa-miR-184、hsa-miR-185、hsa-miR-186、hsa-miR-187、hsa-miR-188、hsa-miR-189、hsa-miR-190、hsa-miR-191、hsa-miR-192、hsa-miR-192-1、hsa-miR-192-2、hsa-miR-192-3、hsa-miR-193a、hsa-miR-193b、hsa-miR-194、hsa-miR-195、hsa-miR-196a、hsa-miR-196a-2、hsa-miR-196b、hsa-miR-197、hsa-miR-198、hsa-miR-199a、hsa-miR-199a-1、hsa-miR-199a-1-5p、hsa-miR-199a-2、hsa-miR-199a-2-5p、hsa-miR-199a-3p、hsa-miR-199b、hsa-miR-199b-5p、hsa-miR-19a、hsa-miR-19b、hsa-miR-19b-1、hsa-miR-19b-2、hsa-miR-200a、hsa-miR-200b、hsa-miR-200c、hsa-miR-202、hsa-miR-203、hsa-miR-204、hsa-miR-205、hsa-miR-206、hsa-miR-207、hsa-miR-208、hsa-miR-208a、hsa-miR-20a、hsa-miR-20b、hsa-miR-21、hsa-miR-22、hsa-miR-210、hsa-miR-211、hsa-miR-212、hsa-miR-213、hsa-miR-214、hsa-miR-215、hsa-miR-216、hsa-miR-217、hsa-miR-218、hsa-miR-218-2、hsa-miR-219、hsa-miR-219-1、hsa-miR-22、hsa-miR-220、hsa-miR-221、hsa-miR-222、hsa-miR-223、hsa-miR-224、hsa-miR-23a、hsa-miR-23b、hsa-miR-24、hsa-miR-24-1、hsa-miR-24-2、hsa-miR-25、hsa-miR-26a、hsa-miR-26a-1、hsa-miR-26a-2、hsa-miR- 26b、hsa-miR-27a、hsa-miR-27b、hsa-miR-28、hsa-miR-296、hsa-miR-298、hsa-miR-299-3p、hsa-miR-299-5p、hsa-miR-29a、hsa-miR-29a-2、hsa-miR-29b、hsa-miR-29b-1、hsa-miR-29b-2、hsa-miR-29c、hsa-miR-301、hsa-miR-302、hsa-miR-302a、hsa-miR-302b、hsa-miR-302c、hsa-miR-302c、hsa-miR-302d、hsa-miR-30a、hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-30a-5p、hsa-miR-30b、hsa-miR-30c、hsa-miR-30c-1、hsa-miR-30d、hsa-miR-30e、hsa-miR-30e、hsa-miR-30e-5p、hsa-miR-31、hsa-miR-31a、hsa-miR-32、hsa-miR-32、hsa-miR-320、hsa-miR-320-2、hsa-miR-320a、hsa-miR-322、hsa-miR-323、hsa-miR-324-3p、hsa-miR-324-5p、hsa-miR-325、hsa-miR-326、hsa-miR-328、hsa-miR-328-1、hsa-miR-33、hsa-miR-330、hsa-miR-331、hsa-miR-335、hsa-miR-337、hsa-miR-337-3p、hsa-miR-338、hsa-miR-338-5p、hsa-miR-339、hsa-miR-339-5p、hsa-miR-34a、hsa-miR-340、hsa-miR-340、hsa-miR-341、hsa-miR-342、hsa-miR-342-3p、hsa-miR-345、hsa-miR-346、hsa-miR-347、hsa-miR-34a、hsa-miR-34b、hsa-miR-34c、hsa-miR-351、hsa-miR-352、hsa-miR-361、hsa-miR-362、hsa-miR-363、hsa-miR-355、hsa-miR-365、hsa-miR-367、hsa-miR-368、hsa-miR-369-5p、hsa-miR-370、hsa-miR-371、hsa-miR-372、hsa-miR-373、hsa-miR-374、hsa-miR-375、hsa-miR-376a、hsa-miR-376b、hsa-miR-377、hsa-miR-378、hsa-miR-378、hsa-miR-379、hsa-miR-381、hsa-miR-382、hsa-miR-383、hsa-miR-409-3p、hsa-miR-419、hsa-miR-422a、hsa-miR-422b、hsa-miR-423、hsa-miR-424、hsa-miR-429、hsa-miR-431、hsa-miR-432、hsa-miR-433、hsa-miR-449a、hsa-miR-451、 hsa-miR-452、hsa-miR-451、hsa-miR-452、hsa-miR-452、hsa-miR-483、hsa-miR-483-3p、hsa-miR-484、hsa-miR-485-5p、hsa-miR-485-3p、hsa-miR-486、hsa-miR-487b、hsa-miR-489、hsa-miR-491、hsa-miR-491-5p、hsa-miR-492、hsa-miR-493-3p、hsa-miR-493-5p、hsa-miR-494、hsa-miR-495、hsa-miR-497、hsa-miR-498、hsa-miR-499、hsa-miR-5、hsa-miR-500、hsa-miR-501、hsa-miR-503、hsa-miR-508、hsa-miR-509、hsa-miR-510、hsa-miR-511、hsa-miR-512-5p、hsa-miR-513、hsa-miR-513-1、hsa-miR-513-2、hsa-miR-515-3p、hsa-miR-516-5p、hsa-miR-516-3p、hsa-miR-518b、hsa-miR-519a、hsa-miR-519d、hsa-miR-520a、hsa-miR-520c、hsa-miR-521、hsa-miR-532-5p、hsa-miR-539、hsa-miR-542-3p、hsa-miR-542-5p、hsa-miR-550、hsa-miR-551a、hsa-miR-561、hsa-miR-563、hsa-miR-565、hsa-miR-572、hsa-miR-582、hsa-miR-584、hsa-miR-594、hsa-miR-595、hsa-miR-598、hsa-miR-599、hsa-miR-600、hsa-miR-601、hsa-miR-602、hsa-miR-605、hsa-miR-608、hsa-miR-611、hsa-miR-612、hsa-miR-614、hsa-miR-615、hsa-miR-615-3p、hsa-miR-622、hsa-miR-627、hsa-miR-628、hsa-miR-635、hsa-miR-637、hsa-miR-638、hsa-miR-642、hsa-miR-648、hsa-miR-652、hsa-miR-654、hsa-miR-657、hsa-miR-658、hsa-miR-659、hsa-miR-661、hsa-miR-662、hsa-miR-663、hsa-miR-664、hsa-miR-7、hsa-miR-7-1、hsa-miR-7-2、hsa-miR-7-3、hsa-miR-708、hsa-miR-765、hsa-miR-769-3p、hsa-miR-802、hsa-miR-885-3p、hsa-miR-9、hsa-miR-9-1、hsa-miR-9-3、hsa-miR-9-3p、hsa-miR-92、hsa-miR-92-1、hsa-miR-92-2、hsa-miR-9-2、hsa-miR-92、hsa-miR- 92a、hsa-miR-93、hsa-miR-95、hsa-miR-96、hsa-miR-98、hsa-miR-99a及/或hsa-miR-99b。
實例農業分析物之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些農業分析物。農業分析物包括核酸、蛋白質或小分子。可自公共資料庫容易地獲得指示某些農業分析物之核苷酸序列。可由此類農業分析物之核酸序列容易地設計適用於等溫擴增之引子。可經由商業途徑及/或此項技術中熟知的技術容易地獲得針對某些農業分析物之蛋白質之抗體及適體。
使用本文中提供之方法及器件之一些實施例鑑別肉類產品、魚類產品或酵母產品(諸如啤酒、紅酒或麵包)中存在生物體或生物體之產物。在一些實施例中，使用物種特異性抗體或適體或物種特異性引子鑑別食物產品中存在某種生物體。
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測農藥。在一些實施例中，在諸如土壤樣品或食物樣品之樣品中偵測農藥。由本文中所描述之器件及方法偵測之農藥之實例包括除草劑、殺蟲劑或殺真菌劑。除草劑之實例包括2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)、莠去津、草甘膦、2-甲-4-氯丙酸、麥草畏、巴拉刈、草銨膦、威百畝-鈉、棉隆、汰硫草、二甲戊樂靈、EPTC、氟樂靈、嘧啶磺隆、甲基甲磺隆、達有龍、除草醚、硝氟草醚、三氟羧草醚、甲基磺草酮、磺草酮或尼替西農。由本文中所描述之器件及方法偵測之殺蟲劑之實例包括有機氯化物、有機磷酸酯、胺基甲酸酯、合成除蟲菊酯、新菸鹼或瑞諾烷。由本文中所描述之器件及方法偵測之殺真菌劑之實例包括貝芬替、乙黴威、亞托敏、滅達樂、滅達樂-m、鏈黴素、土黴素、四氯異苯腈、得克利、鋅乃浦、鋅錳乃浦、得克 利、邁克尼、三泰芬、芬克座、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及鋅錳乃浦。
實例生物標記之概述
本文中提供之方法、系統及組合物之一些實施例包括偵測某些病症之某些生物標記。生物標記可包括核酸、蛋白質、蛋白質片段及抗原。一些生物標記可包括本文中提供之目標。實例病症包括癌症，諸如乳癌、結腸直腸癌、胃癌、胃腸道基質腫瘤、白血病及淋巴瘤、肺癌、黑素瘤、腦癌及胰臟癌。一些實施例可包括偵測樣品中存在或不存在生物標記或生物標記之含量。生物標記可指示存在、不存在某種病症或其狀態。實例生物標記包括雌激素受體、孕酮受體、HER-2/neu、EGFR、KRAS、UGT1A1、c-KIT、CD20、CD30、FIP1L1-PDGFRα、PDGFR、費城染色體(BCR/ABL)、PML/RAR-α、TPMT、UGT1A1、EML4/ALK、BRAF，及升高含量之某些胺基酸，諸如白胺酸、異白胺酸及纈胺酸。
實例 實例1-在PDMS中fC4D LAMP擴增前/擴增後偵測
使用流感桿菌之基因組之5'非轉譯區域作為目標，根據NEB之標準方案製備LAMP反應混合物。將混合物等分至擴增前小瓶(-對照)及擴增後小瓶(+對照)中。擴增前小瓶在85℃下熱不活化20分鐘以防止擴增。擴增後小瓶在63℃下擴增60分鐘。將來自各小瓶之等分試樣在室溫下依序(在兩個小瓶之間交替)裝載至PDMS/Glass Chip v.1.1上，同時進行即時資料收集。圖24為描繪隨時間推移之感測器電壓之圖。
實例2-在PDMS中使用全血之fC4D擴增前/擴增後偵測
使用流感桿菌之基因組之5'非轉譯區域作為目標，使用0%、1%及5%全血(v/v)製備反應混合物。將混合物等分至擴增前小瓶(-對照)及擴增 後小瓶(+對照)中。擴增前小瓶在85℃下熱不活化20分鐘以防止擴增。擴增後小瓶在63℃下擴增60分鐘。將來自各小瓶之等分試樣在室溫下依序(在兩個小瓶之間交替)裝載至PDMS/Glass Chip v.1.1上，同時進行即時資料收集。圖25、圖26及圖27分別為描繪0%、1%及5%全血之在擴增前(-對照)及擴增後(+對照)隨時間推移的感測器電壓之圖。
實例3-擴增前/擴增後過濾LAMP
如實例1中製備樣品。在量測之前，使用50kD過濾器旋轉過濾所有樣品(減一個作為對照物)。將來自各小瓶之等分試樣在室溫下依序(在兩個小瓶之間交替)裝載至PDMS/Glass Chip v.1.1上，同時進行即時資料收集。過濾改良S/N及傳導性變化。圖28及圖29分別為描繪0%全血、未經過濾之樣品及經過濾之樣品情況下，在擴增前(-對照)及擴增後(+對照)隨時間推移的感測器電壓之圖。
實例4-1k-1M目標複本之傳導性偵測
使用流感桿菌之基因組之5'非轉譯區域作為目標製備反應混合物。使用fC4D儀器進行偵測。資料為3個複本之平均值。圖30描繪目標負載之隨時間推移之圖，其中誤差柱展示標準差。在60分鐘加熱情況下，沒有模板陰性對照物展示無信號。
實例5-在PDMS中使用全血之fC4D擴增前/擴增後偵測
使用流感桿菌之基因組之5'非轉譯區域作為目標，使用0%或1%全血(v/v)製備反應混合物。將混合物等分至擴增前小瓶(-對照)及擴增後小瓶(+對照)中。擴增前小瓶在85℃下熱不活化20分鐘以防止擴增。擴增後小瓶在63℃下擴增60分鐘。將來自各小瓶之等分試樣在室溫下依序(在兩個小瓶之間交替)裝載至PDMS/Glass Chip v.1.1上，同時進行即時資料收 集。圖31描繪來自擴增前小瓶(-對照)及擴增後小瓶(+對照)之多種樣品的傳導性之圖。
實例6-使用MAIA偵測B型肝炎表面抗原
生物素化、多株抗體捕捉探針(抗HBsAg)與抗生蛋白鏈菌素功能化1微米磁性微球體(Dynal T1)結合。藉由使生物素化、多株捕捉探針(抗HBsAg)與抗生蛋白鏈菌素結合及使抗生蛋白鏈菌素-抗體複合物與生物素化DNA目標結合來合成嵌合偵測複合物。抗體功能化珠粒自溶液捕捉HBs抗原。藉由嵌合體Ab-DNA複合物之結合，接著嵌合體複合物之DNA模板部分之擴增來偵測HBs抗原。圖32描繪抗原、與核酸結合之抗體之間的結合。圖33描繪展示B型肝炎表面抗原之偵測之圖。
實例7-用低離子強度緩衝液進行之偵測
分別用表2及表3中列舉之試劑製備市售擴增溶液及T10擴增溶液。市售擴增溶液將通常用於一般擴增反應中。T10擴增溶液具有降低之Tris-HCl含量，且不存在硫酸銨。製備400μL各溶液，且將約15μL各溶液裝載至實驗盒之不同通道中。將溶液加熱至63.0℃。使用資料收集板收集資料。
結果描繪於圖34中。與由市售擴增溶液提供之信號相比，T10擴增緩衝液提供大至少30%的信號。
Figure 106132600-A0305-02-0120-27
Figure 106132600-A0305-02-0121-28
Figure 106132600-A0305-02-0121-29
實例8-流體盒之阻抗特徵
用1288mS/cm參考緩衝液填充圖17A中描繪之流體盒之通道，且自小於約100Hz至高於約1MHz掃描激勵頻率，且量測過頻阻抗(「|Z|」)或arg Z。結果展示於圖35中，其描繪過頻|Z|或arg Z。
實例9-含有HCV序列之核酸之擴增
在各種條件下，在一系列實驗中藉由LAMP擴增含有包含C型肝炎病毒(HCV)序列之核酸之樣品，且測定臨界循環(Ct)值以及標準差(SD)及相對標準差%(RSD)。核酸包括包含HCV序列之合成核酸；包含HCV序列之合成RNA。所有反應物含有5% Tween-20。對於用含有約一百萬個包含HCV序列之合成核酸之複本的反應物進行之實驗，平均Ct為856，其中SD為15，且RSD為1.72%。
在各種條件下，藉由LAMP擴增含有包含HCV序列之合成RNA的血漿之樣品，包括：未經處理、在添加合成RNA之前藉由加熱來處理、在添加合成RNA之後藉由加熱來處理及藉由添加100mM DTT來處理。各反應含有約25k個核酸複本。表4概述結果。
Figure 106132600-A0305-02-0122-30
與未經處理之樣品相比，添加100mM DTT，或在添加合成RNA之前熱處理血漿可改良擴增，如由RSD證實。與未經處理之樣品相比(分別為P=0.03及0.002)，添加DTT，或在添加合成RNA之前熱處理血漿亦產生更快的擴增(快約50秒)。
在各種條件下藉由LAMP擴增含有HCV之血漿之樣品(SeraCare,Milford MA)，包括：熱處理血漿、添加100mM DTT、添加SDS及/或DTT。表5概述結果。
Figure 106132600-A0305-02-0122-31
與未經處理之血漿相比，熱處理血漿或添加DTT可改良擴增結果，如由RSD值證實。與未經處理、經熱處理或添加DTT情況下之血漿相比，添加0.05%或0.1% SDS可降低擴增之再現性及速度。
實例10-含有HCV之臨床樣品之擴增
用多種濃度之DTT，藉由LAMP擴增含有HCV之臨床血漿樣品。使用WarmStart LAMP主混合物(New England Biolabs)一式四份地製備樣品。樣品包括：含有約約20k個HCV複本/反應之5%血漿(SeraCare,Milford MA)、50U/反應鼠類RNase抑制劑及各種濃度之Tween及DTT。用1%及5% Tween測試含有包含HCV序列(1M個複本/rxn)之合成核酸之樣品。亦測試無目標對照物(NTC)。在67℃下進行LAMP，且在Zeus QS3系統上，在1分鐘/循環下經60個循環量測結果，其中自各循環獲得資料，且在LAMP完成之後應用上/下熔融曲線。結果概述於表6中。
Figure 106132600-A0305-02-0123-32
Figure 106132600-A0305-02-0124-33
與含有1% Tween之樣品相比，含有5% Tween之樣品具有經改良之擴增，如由RSD值證實。進行類似研究，進一步改變反應試管中Tween之濃度。結果概述於表7中。
Figure 106132600-A0305-02-0124-34
Figure 106132600-A0305-02-0125-36
對於HCV樣品，具有更大濃度之Tween及DTT之反應體積具有擴增結果之較好再現性，特定言之，在重複擴增之存在極少極端離群值、極少失敗擴增及較低RSD值之重複反應中。在5mM DTT及10mM DTT下，對於任何濃度之Tween，不存在未擴增之複本。類似地，在4%及5% Tween下，除低(1mM及更低)DTT濃度以外，不存在失敗複本或極端離群值。
實例11-用盒進行之目標之擴增
使用與圖2中描繪之盒實質上類似的盒進行一系列三個實驗，該盒具有六個孔，各孔具有環狀電極。各孔與所量測之通道相關聯。樣品包括包含來自流感嗜血桿菌(Hinf)或B型肝炎病毒(HBV)之序列之目標核酸。藉由LAMP擴增樣品，且量測阻抗變化。
藉由以下步驟來準備孔：將盒預先加熱至72℃保持20分鐘，用25μl『無模板及引子對照物』(NTPC)緩衝液填充各孔，用礦物油覆蓋緩衝液，將盒加熱至72℃保持20分鐘，自孔移除氣泡，在室溫下冷卻盒10分鐘。在經預先填充之孔之底部注射樣品，且將盒置放於67℃或76.5℃下以進行LAMP以用於特定實驗。用於Hinf研究之頻率為60kHz。樣品及各盒之相應孔/通道列舉於表8中。目標序列及引子列舉於表9中。反應組分列 舉於表10中。
Figure 106132600-A0305-02-0126-37
Figure 106132600-A0305-02-0126-38
Figure 106132600-A0305-02-0127-39
Figure 106132600-A0305-02-0127-40
Figure 106132600-A0305-02-0128-41
在65℃下，在盒上進行之LAMP之資料展示於圖36A及36B中。圖36A為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之異相部分之圖，其中x軸為時間，且線表示關於NTPC之樣品上之LAMP，且標記Hinf及合成HBV之實例。圖36B為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之同相部分之圖，其中線表示合成HBV(通道1-3)、NTPC(通道4)及Hinf(通道5-6)。在65℃下，含有合成HBV之樣品未在盒上擴增。經標記之Hinf樣品展示指示陽性樣品之實例信號落差。
在67℃下，在盒上進行之LAMP之資料展示於圖36C及36D中。圖36C為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之異相部分之圖，其中x軸為時間，且線表示關於NTPC之樣品之LAMP，且標記Hinf及合成HBV之實例。圖36D為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之同相部分之圖，其中線表示合成HBV(通道1-3)、NTPC(通道4)及Hinf(通道5-6)。含有合成HBV之樣品在67℃下，在盒上擴增約49分鐘。經標記之Hinf樣品展示指示陽性樣品之實例信號落差。
在67℃下，在盒上進行之LAMP之資料展示於圖36E及36F中。圖36E為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之異相部分之圖，其中x軸為時間，且線表示關於NTPC之樣品上之LAMP，且標記Hinf及合成 HBV之實例。圖36F為在圖2之盒之測試孔中感測之衰弱之激勵信號之同相部分之圖，其中線表示合成HBV(通道1-3)、NTPC(通道4)及Hinf(通道5-6)。含有合成HBV之樣品在67℃下，在盒上擴增約46分鐘。
亦在67℃下，使用Applied Biosystems QuantStudioTM 3即時PCR系統藉由quantative PCR測試樣品。對於各相同反應組，使用Thermo Fisher之QS3軟體在100k之臨限值設定及相同值之基線設定下計算臨界值週期(Ct)。表11列舉含有Hinf或合成HBV之樣品之平均Ct值。
Figure 106132600-A0305-02-0129-42
實施系統及術語
本文所揭示之實施方案提供用於偵測目標分析物之存在及/或數量之系統、方法及裝置。熟習此項技術者將認識到，此等實施例可以硬體或硬體與軟體及/或韌體之組合形式實施。
本文中所描述之信號處理及讀取器裝置控制函數可在處理器可讀或電腦可讀媒體上儲存為一或多個指令。術語「電腦可讀媒體」係指可藉由電腦或處理器存取之任何可用的媒體。作為實例而非限制，此類媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存器件或可用以按指令或資料結構之形式儲存所需程式碼且可由電腦存取的任何其他媒體。應注意，電腦可讀媒體可為有形且非暫時性的。術語「電腦程式產品」係指計算器件或處理器與可由計算器件或處理器執行、處理或計算之程式碼或指令(例如「程式」)之組 合。如本文所使用，術語「程式碼」可指可由計算器件或處理器執行之軟體、指令、程式碼或資料。
可藉由機器(諸如通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件)、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能之任何組合來實施或執行結合本文中所揭示之實施例描述之各種說明性邏輯區塊及模組。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為控制器、微控制器、其組合或其類似物。處理器亦可經實施為計算器件之組合，例如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器或任何其他此類組態。本文中主要關於數位技術進行描述，但處理器亦可包括主要類比組件。舉例而言，本文中所描述之信號處理演算法中之任一者可實施於類比電路中。僅舉幾例，計算環境可包括任何類型之電腦系統，包括(但不限於)基於微處理器之電腦系統、大型電腦、數位信號處理器、便攜式計算器件、個人處理器、器件控制器及器具內之計算引擎。
本文中所揭示之方法包含用於實現所描述方法之一或多個步驟或動作。在不偏離申請專利範圍之範疇的情況下，方法步驟及/或動作可彼此互換。換言之，除非對於所描述方法之恰當操作需要步驟或動作之特定次序，否則可修改特定步驟及/或動作之次序及/或使用而不偏離申請專利範圍之範疇。
如本文中所使用之術語「包含」與「包括」、「含有」或「特徵在於」同義，且為包括性的或開放性的且不排除未敍述之額外要素或方法步驟。
以上描述揭示本發明之若干方法及材料。本發明對方法及材料之改變以及製造方法及設備之變化敏感。由本發明或本文中所揭露之本發明之實踐考慮，此類修改將對熟習此項技術者變得顯而易見。因此，並不意欲將本發明限制於本文中所揭示之特定實施例，但其涵蓋在本發明之真實範疇及精神內之所有修改及替代方案。
本文中所引用之所有參考文獻，包括(但不限於)已公開及未公開之申請案、專利及文獻參考，皆以全文引用之方式併入本文中且在此成為本說明書之一部分。當以引用方式併入之公開案及專利或專利申請案與說明書中所含揭示內容衝突時，說明書意欲替代及/或優先於任何此類衝突材料。
Figure 12_A0101_SEQ_0001
Figure 12_A0101_SEQ_0002
Figure 12_A0101_SEQ_0003
126:底座之上覆區域
135:電極界面
155:流體路徑之第五區段
156:流體路徑之第六區段
170B:測試區域
171C:環狀電極
171D:環狀電極
172A:導體
172B:導體
173A:接觸襯墊
173B:接觸襯墊
174:閥門
175:測試孔
176:測試孔入口路徑
177:測試孔出口路徑
178:出口孔口
179:電路板

Claims (24)

  1. 一種用於偵測目標試劑之系統，該系統包含：分析盒，其包括含有激勵電極及感測電極之測試孔，其中該測試孔經配置為含有樣品，該樣品包含行經擴增過程之該目標試劑；及讀取器器件，其包括：一區域，經配置為容納該分析盒，一加熱器，經配置以加熱在該區域內使用之該分析盒，一記憶體，其至少儲存電腦可讀儲存指令，及一處理器，其由該等指令組態以至少：使該加熱器將該分析盒加熱至預定溫度，以用於在該測試孔內進行該擴增過程；在該擴增過程之至少一部分持續時間內向該激勵電極提供激勵電流，接收來自該感測電極之信號，該信號表示該測試孔內在至少由該樣品弱化之後的激勵電流，將該信號分解成電阻分量及電抗分量，分析該電抗分量以測定該電抗分量是否包括相對於時間及在特定頻率下該信號的信號落差，該信號落差指示在該目標試劑之至少一部分該擴增過程持續時間期間中包括該目標試劑之陽性樣品，及回應於測定出現該信號落差，輸出陽性測試結果，或回應於測定不存在該信號落差，輸出陰性測試結果。
  2. 如請求項1之系統，其中該分析盒進一步包含：樣品引入區，其經組態以接收該樣品；及流體路徑，其使該樣品引入區與該測試孔流體耦合。
  3. 如請求項2之系統，其中該分析盒進一步包含：密封室，其含有該擴增過程之液體成分，該密封室安置於該分析盒之具有引入該流體路徑的孔口之區域中，其中該樣品引入區沿該流體路徑安置於該孔口與該測試孔之間；及氣動流體路徑，其使氣動界面與該分析盒之區域流體耦合，其中向該測試孔提供該擴增過程之乾燥成分。
  4. 如請求項3之系統，其中該讀取器器件包括氣動系統，其經組態以經由該氣動界面施加壓力，該處理器由該等指令進一步經組態以至少：啟動與啟動器耦合之馬達及引起該等液體成分流入該分析盒之區域中，其中該啟動器經安置以使該密封室破裂；啟動該氣動系統以使得該等液體成分流入該流體路徑中，及將在該樣品引入區接收之樣品運載至該測試孔。
  5. 如請求項4之系統，其中該分析盒進一步包含沿該流體路徑安置於該樣品引入區與該測試孔之間的混合室，該混合室經組態以將該等液體成分及該樣品混合成實質上均勻的混合測試流體。
  6. 如請求項1至5中任一項之系統，其中該分析盒包含第一電極界面，其包括引導至該激勵電極之第一接觸墊及引導至該感測電極之第二接觸墊。
  7. 如請求項6之系統，其中該讀取器器件包含第二電極界面，其經組態以使該第一電極界面與在該讀取器器件之區域中容納之該分析盒耦合。
  8. 如請求項7之系統，其中該讀取器器件進一步包含電壓源，其經組態以產生該激勵電流，且其中該第二電極界面包括：第三接觸墊，其經安置以與該第一接觸墊耦合，該第三接觸墊與該電壓源耦合；及第四接觸墊，其經安置以與該第二接觸墊耦合，該第四接觸墊與該記憶體耦合。
  9. 如請求項1至5中任一項之系統，其中，為了將該信號分解成該電阻分量及該電抗分量，該處理器由該等指令進一步組態以至少：與該信號之奈奎斯頻率(Nyquist frequency)相比更快地對該信號進行取樣，該信號表示該樣品之阻抗；將該信號分解成同相分量及異相分量；及基於該同相分量計算該電阻分量且基於該異相分量計算該電抗分量。
  10. 如請求項1至5中任一項之系統，其中，為了分析該電抗分量，該處 理器由該等指令進一步組態以至少自該記憶體存取該信號落差之預定預期特徵。
  11. 如請求項10之系統，其中儲存於該記憶體中之該信號落差之預定預期特徵包括預測存在該信號落差之該擴增過程持續時間期間的時間窗口。
  12. 如請求項10之系統，其中儲存於該記憶體中之該信號落差之預定預期特徵包括該電抗分量之值之臨界值變化。
  13. 如請求項10之系統，其中儲存於該記憶體中之該信號落差之預定預期特徵包括該電抗分量之曲線之臨界斜率、表示遍及至少一部分該擴增過程之持續時間取樣的該電抗分量之值的該電抗分量之曲線。
  14. 如請求項1至5中任一項之系統，其中該擴增過程包含使該經處理之樣品與捕捉探針接觸。
  15. 如請求項1至5中任一項之系統，其中該擴增過程包含等溫擴增。
  16. 一種偵測目標試劑之方法，該方法包含：提供盒，其包含測試孔，該測試孔包括激勵電極及感測器電極；將包含該目標試劑之樣品引入該盒；將該盒插入讀取器器件；在該測試孔內進行包含於該樣品中之目標試劑之擴增； 自該讀取器器件向該激勵電極施加激勵信號；使用該激勵電極感測來自該測試孔之信號，該信號表示經歷該擴增之該樣品之阻抗；將該信號傳遞至該讀取器器件；及基於該讀取器器件測定該阻抗之電抗部分包括相對於時間及在特定頻率下該信號的信號落差以偵測該目標試劑，該信號落差指示在該目標試劑之擴增的至少一部分中包括該目標試劑之陽性樣品。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含：在該盒之樣品引入區施用該樣品；使該盒內密封之腔室破裂以使該擴增過程之液體成分釋放至該盒之流體路徑中；及引起該等液體成分及該樣品沿該流體路徑流至該測試孔中，藉此使該等液體成分及該樣品混合成測試流體。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含使提供於該測試孔內之該擴增過程之乾燥組分與測試流體水合。
  19. 如請求項16至18中任一項之方法，其進一步包含將該測試流體中捕捉之氣體經由與該測試孔流體連通之通風口推出。
  20. 如請求項16之方法，進一步包含基於一部分曲線鑑別該信號落差，該曲線係基於該電抗部分產生，該電抗部分具有超過值之臨界值變化及該 擴增過程之預定時間窗口內瞬時位置中之一者或兩者。
  21. 如請求項16至18及20中任一項之方法，其中該擴增過程包含使該經處理之樣品與捕捉探針接觸。
  22. 如請求項16至18及20中任一項之方法，其中該擴增包含等溫擴增。
  23. 如請求項17、18及20中任一項之方法，其中該擴增過程之液體成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段；蛋白質受體；核酸，諸如引子；緩衝液及酶，諸如聚合酶。
  24. 如請求項18或20之方法，其中該擴增過程之乾燥成分包含選自由以下組成之群的組分：抗體或其抗原結合片段；蛋白質受體；核酸，諸如引子；緩衝液及酶，諸如聚合酶。
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