模塊化現場護理裝置及其應用的制作方法

專利名稱：模塊化現場護理裝置及其應用的制作方法
模塊化現場護理裝置及其應用交叉參照本申請要求2007年10月2日提交的美國臨時專利申請第60/997，460號的優先 權，其內容通過參照整體結合于此。
背景技術：
大量疾病生物標志的發現以及小型化醫療系統的建立，為在現場護理環境中進行 疾病的預測、診斷和治療監測開辟了新的道路。現場護理系統能夠快速地將測定結果傳遞 給醫務人員、其他醫療專業人員和患者。對疾病或疾病進程的早期診斷能夠讓醫務人員及 時地開始或及時地修改治療。多重的生物標志檢測能夠提供患者狀況的附加信息。例如，當監測藥效時，可以平 行測定3個或更多個的生物標志。典型地，已經在使用微量滴定板和其他類似器具進行多 重基于分離的測定。一個微量滴定板(例如，384孔微量滴定板)能夠平行進行大量測定。在現場護理(POC)裝置中，能夠平行進行的測定的數量通常受到裝置大小和待檢 測樣品體積的限制。在許多POC裝置中，能進行的測定數量是約2到10。需要有一種能對 少量樣品進行多重測定的POC裝置。許多多重POC測定裝置的缺點是裝置組件的制造成本高。如果裝置是一次性的， 組件的高成本會使得制造POC裝置不切實際。此外，對于將所有所需試劑結合在裝置上的 多重POC裝置而言，如果這些試劑中的任何一個顯示出不穩定性，那么即使所有其他試劑 都還是可以使用的，整個制造批號的裝置也都必須丟棄。當客戶有興趣定制針對一套特定分析物的POC裝置時，多重POC測定系統的制造 商通常要需要混合搭配該裝置的測定方案和試劑。適合每個客戶的多重POC測定會是非常 昂貴、難以校準、并且難以維持質量控制的。已經證明POC方法在監測疾病和治療中是非常有價值的(例如，糖尿病治療中的 血糖系統，在采用芐丙酮香豆素的抗凝血治療中的凝血素時間測定)。通過檢測多個標記， 可以對復雜疾病(例如癌癥)和如癌癥的多藥物治療等治療進行更好的監測和控制。

發明內容
因而，對POC裝置替換性設計的需求還沒有得到滿足。理想的設計提供模塊化的 捕獲表面和測定孵育元件。此外，模塊化的捕獲表面和測定孵育元件需要整合到適合于即 時生產(JIT)制造方法的一次性POC中。需要以對用戶和制造商可行的成本提供定制化的 POC裝置。本發明針對的是這些需求并提供相關的優勢。在一個方面，揭示一種用于自動化檢測體液樣品中分析物的檢測盒，包括可尋址 的測定單元的陣列，用于進行能產生指示分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；和可 尋址的試劑單元的陣列，其中陣列中的獨立可尋址的試劑單元編址為與測定單元陣列中的 獨立可尋址的測定單元相對應，且其中各試劑單元設計成在陣列被組裝到檢測盒上之前可 以根據相對應的各測定單元進行校準的。該裝置還可包括用于接收體液樣品的樣品收集單兀。
在另一方面，揭示一種用于自動化檢測體液樣品中的分析物的檢測盒，包括用于 接收體液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列，用于接收來自樣品收集單元的一部分的樣 品、并進行能產生指示樣品中分析物存在的可檢測信號的化學反應；含有用于進行該化學 反應的試劑的試劑單元陣列；其中該測定單元陣列中的各測定單元和該試劑單元陣列的各 試劑單元被設計成能移動進入液體連通，從而使得用于進行化學反應的試劑能與測定單元 中的體液樣品相接觸。各試劑單元設計成可用于接收可移動的測定單元。在一些實施方式中，各測定單 元包含一個測定尖端。在一些實施方式中，各測定單元設計成用于進行免疫測定。 體液樣品可以是血液樣品。在一些實例中，樣品收集單元設計成用于接收約50、 20、10、5或3微升或更少量的體液樣品。在一個實例中，樣品收集單元設計成用于接收相當 于一滴血液的量的體液樣品。本發明所述的裝置包括預處理單元，用于回收一部分的體液樣品，以進行化學反 應來檢測分析物，而該預處理單元設計成用于從接收在樣品收集單元中的全血樣品中回收 血漿。在一個方面，本發明描述一種用于自動化檢測體液樣品中的分析物的系統，包括 如本發明所述的裝置；和用于檢測指示分析物存在與否的可檢測信號的檢測組合件。該系 統還可包括一個可編程的機械裝置，用于將各測定單元從第一位置移動到第二位置。在一 些實例中，該系統包括液體轉移裝置。該液體轉移裝置可以是移液管，并且可以是自動化 的。該系統還可包括用于傳送基于待測分析物的實驗設計的通訊組合件。在一些實例中， 本發明的系統包括設計成接收各測定單元的加熱模塊，并且還可包括磁性模塊，例如能用 于從樣品中分離紅細胞。在另一個方面，揭示一種用于自動化檢測體液中的多個分析物的系統，包括流體 裝置，包括用于容納體液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列，其中所述測定單元陣列中 的各測定單元設計成用于進行能產生指示被檢測的所述多個分析物中的各分析物的信號 的化學反應；和試劑單元陣列，其中所述試劑單元陣列的各試劑單元含有試劑；和包括多 個端頭的液體轉移裝置，其中該多個端頭中的各端頭用于接合各測定單元，且其中所述液 體轉移裝置包含一個可編程處理器，用于引導體液樣品從樣品收集單元以及試劑從各試劑 單元轉移到各測定單元中去的液體轉移。在一些實施方式中，引導液體轉移的處理器設計 成在測定單元陣列中進行一定程度的體液樣品的稀釋作用，使指示被檢測的多個分析物的 信號落在可檢測的范圍內，從而使所述多個分析物在所述系統中可以檢測。在一些實例中，體液樣品包含至少2個分析物，其濃度相差至少2、5、10、15、50或 100個數量級。該一定程度的體液樣品稀釋能使指示該至少2個分析物的信號落在可檢測 的范圍內。本發明所述的系統還包括用于檢測可檢測范圍的檢測信號強度的檢測器。示例性 的檢測器是光電倍增器，而檢測器的可檢測范圍可以是約2千萬到1千萬計數。在一些實施方式中，其中液體轉移裝置的各端頭設計成依附于各測定單元。各測 定單元可以提供免疫測定反應的位點。在一些實例中，各測定單元是移液管尖端。液體轉移 裝置可以是諸如空氣置換式移液管等移液管。液體轉移裝置還可包括與可編程處理器連通 的電動機，其中該電動機能基于來自所述可編程處理器的實驗設計來移動所述多個端頭。
在另一個方面，本發明描述一種用于自動化檢測全血樣品的血漿部分中的多個分 析物的系統，包括用于自動化地接收和處理全血樣品來產生血漿部分的裝置，由此在該裝 置之上生成指示感興趣的分析物存在與否的可檢測信號；和用于檢測指示分析物存在與否 的可檢測信號的檢測組合件。在一個方面，本發明提供一種檢測體液樣品中分析物的方法，包括向如本發明所 述的裝置提供血液樣品；使所述樣品在至少一個測定單元中反應；并檢測從收集在所述體 液樣品中的所述分析物生成的所述可檢測信號。體液樣品可以是血液，方法可以包括從血 液中回收血漿。在一個方面，本發明提供按需組裝用于自動化檢測體液樣品中分析物的檢測盒的 方法，其中所述裝置包括機架，所述機架包含可尋址的測定單元陣列，其中該陣列的各測 定單元設計成用于進行能產生指示分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；和可尋址的 測定單元陣列，其中該陣列的各試劑單元被編址為對應于各測定單元，所述方法包括(i) 根據待測分析物，將可尋址的測定單元陣列放入機架內，陣列中的各測定單元設計成用于 進行檢測所述最終用戶定制的感興趣的分析物的化學反應；(ii)根據待測分析物，將試劑 單元陣列放入機架內，陣列中的各試劑單元對應于個測定單元；和(iii)將⑴和(ii)的 陣列固定在裝置的機架內。該方法可包括選擇待測分析物。在一些實施方式中，該方法包 括將檢測盒密封。在一個實施方式中，該方法包括用表示待測分析物的可讀標簽對檢測盒 進行標記，例如用條形碼或RFID。在一個方面，提供一種用于自動化檢測體液樣品中多個分析物的方法，包括向流 體裝置提供體液樣品，其中該流體裝置包括用于容納體液樣品的樣品收集單元；測定單 元陣列，其中所述測定單元陣列的各測定單元用于進行產生指示被檢測的所述多個分析物 中的各分析物的信號的化學反應；和試劑單元陣列，其中所述試劑單元陣列的各試劑單元 含有試劑；用液體轉移裝置接合(engage)各測定單元；用該液體轉移裝置將體液樣品從樣 品收集單元轉移到各測定單元中；以及將試劑從各試劑單元轉移到各測定單元中，因此使 試劑與體液樣品發生反應，產生指示被檢測的多個分析物中各分析物的信號。在一個實施方式中，液體轉移裝置包含多個端頭，其中所述多個端頭中的各端頭 設計成用于接合各測定單元；且其中所述液體轉移裝置包含一個可編程處理器，用于引導 體液樣品從樣品收集單元、以及試劑從各試劑單元轉移到各測定單元中去的液體轉移。該 方法還可包括向該可編程處理器提供指令，其中所述指令可以引導向各測定單元轉移體液 樣品的步驟。在一個實施方式中，轉移體液樣品的步驟使體液樣品在各測定單元中發生一定程 度的稀釋作用，以使指示被檢測的多個分析物中的各分析物的信號落在可檢測的范圍內。 體液樣品可包含至少2個獨立分析物，其濃度相差至少2、5、10、15、50或100個數量級。在 一些實例中，體液樣品的稀釋度使指示該至少2個獨立分析物的信號落在可檢測的范圍 內。在一個實施方式中，使用光電倍增器時可檢測的范圍為每秒約1000到約100萬次計數在一個實施方式中，各試劑單元中的試劑是用于免疫測定的酶底物，而本發明的 方法還包括在產生指示被檢測的多個分析物中的各分析物的信號的反應完成之后，重復從 各試劑單元中轉移試劑的步驟，由此引起產生指示各分析物的第二信號的第二反應。可以 對指示各分析物的信號強度和第二信號的第二強度求平均值，來計算指示各分析物的信號的最終強度。在一個方面，本發明描述一種用于測定液體樣品體積的方法，包括將液體樣品中 已知量的對照分析物與試劑反應，產生指示對照分析物的可檢測信號；將所述可檢測信號 與一個預期的可檢測信號進行比較，其中該預期的信號指示液體樣品的預期體積，且其中 所述比較提供被檢測的所述液體樣品的所述體積的測定值。在一些實例中，在所述液體樣 品中通常不存在可檢測量的對照分析物。該方法可包括當樣品體積的測定值在液體樣品預 期體積的約50%之內時，校驗所述液體樣品的體積。在一個實施方式中，該方法還包括使 含有目標分析物的體液樣品與試劑進行反應，產生指示目標分析物的可檢測信號；用指示 目標分析物的所述可檢測信號的強度和所述液體樣品的體積的測定值來測定體液樣品中 目標分析物的量。液體樣品和體液樣品可為同一樣品，且對照分析物不與體液樣品中的目 標分析物發生反應。在一些實例中，液體樣品和體液樣品為不同的液體樣品。對照分析物 可以是例如熒光素標記的白蛋白、熒光素標記的IgG、抗-熒光素、抗-地高辛、地高辛標記 的白蛋白、地高辛標記的IgG、生物素化的蛋白、非人IgG。在另一個方面，本發明還提供一種從血液樣品中回收血清的方法，包括在樣品收 集單元在可磁化顆粒的存在下對血液樣品進行混合，其中，可磁化顆粒包含用于結合血液 樣品中非血漿部分的抗體捕獲表面；在血漿收集區域上方向混合后的血液樣品施加一個磁 場，使血液樣品中的非血漿部分懸浮在血漿收集區域頂部。在一些實例中，樣品收集單元是 毛細管。血液樣品可以是少于約20微升，且回收的血漿可以是少于約10微升。在一些實 例中，血液樣品未經稀釋。在一些實例中，混合是在存在沒有結合到固體表面的抗體的情況 下進行的。混合作用可以包括用注射作用進行混合。在又一個方面，本發明提供一種使用自動化免疫測定來檢測全血樣品的血漿部分 中存在的分析物的方法，包括將全血樣品提供給用于在機內自動接收并處理全血樣品來 產生血漿部分的裝置，由此在機內產生指示感興趣的分析物存在與否的可檢測信號；檢測 指示所述體液樣品中分析物存在與否的所述信號；以及將(b)的結果傳送給最終用戶。免 疫測定可以是ELISA。在一些實例中，結果是無線傳送的。在一些實施方式中，本發明所述的方法是在如本發明所述的系統中實施的。引用結合本說明書提及的所有出版物和專利申請通過引用結合到本發明中，等同于指出將 每個獨立出版物或專利申請明確且單獨地通過引用結合到本發明中。附圖簡要說明本發明的許多新穎特征具體地在所附權利要求書中做出了闡述。通過參考以下對 說明性實施方式予以闡述的詳細說明部分以及附圖，就可以更好地理解本發明的特征和優 點，本發明的許多原理在這些實施方式中得到了利用，而附圖之中

圖1是一個本發明的示例性裝置，包括測定單元、試劑單元和該裝置的其他模塊 化部件。圖2是圖1所示的示例性裝置的兩個側剖視圖，包括在該裝置的機架中其形狀適 于容納測定單元、試劑單元和樣品尖端的腔體。圖3A顯示了一個包括小尖端或管狀結構的示例性測定單元。圖3B顯示了如本發明所述的樣品尖端的實施例。
圖4A和4B是包括杯狀物的試劑單元的2個實施例。圖5顯示了包括一個裝置和液體轉移裝置的系統的實施例。圖6是一個本發明的示例性系統，包括用于溫度控制的加熱模塊和檢測器。圖7顯示了一個示例性系統，其中患者將血液放到一個裝置，然后該裝置插入讀 數器。圖8是建立用于評估患者的醫療狀況的流程圖。圖9A-9E顯示了血漿分離方法的實施例，其中，將全血樣品吸入樣品尖端，磁性試 劑與樣品混合并且懸浮，然后對全血樣品和磁性試劑混合物施加一個磁場。然后將分離的 血漿樣品分配到裝置的孔中。圖10顯示了包含已知量的對照分析物的如本發明所述的對照測試的一個示例性方法。圖11是當液體排出并吸入另一種液體時尖端內的一個薄膜，例如污染。圖12是進行VEGFR2測定的測定單元和試劑單元相關的校準曲線。圖13是對于用光度計測得的在系統中進行PlGF測定得到的測定單元和試劑單元 結果做相關性處理的校準曲線。圖14是CRP濃度對測定信號(光子計數)作圖，數據擬合至一個5項多項式函數 從而產生校準函數。圖15顯示了如本發明所述在模型和參數Smax、CO. 5和D值之間實現擬合。圖16顯示了依據使測試尖端中達到終濃度的稀釋作用得到的數據。圖17是歸一化的測定響應(B/Bmax)對相對稀釋作用的歸一化濃度(C/C0. 5)的 對數作圖，稀釋作用為1 1(實線)、5 1(虛線)和25 1(點線)。圖18和19以在不同的歸一化的濃度示出與圖17相似的實施例。圖20顯示了在經過了以下步驟后的對照分析物的測定響應去除探測抗體、洗滌 測定單元、添加底物，用光譜光度計讀數0. 5秒測得。圖21顯示了測定結果，是通過測量在本發明所述的系統中在約10秒內產生的光 子數來評估的。發明的詳細說明在此描述的本發明的各實施方式和各方面涉及用于自動化檢測體液樣品中分析 物的裝置、系統和方法。本發明能夠對與特定的生物學過程、生理狀況、病癥或病癥的階段、 或生物制劑或治療劑的效果相關聯的分析物進行檢測和/或定量。在此描述的本發明的實 施方式和實施例并非意在限制本發明的范圍。驢
在本發明的一個方面，自動化檢測體液樣品中分析物的裝置包括可尋址的測定 單元陣列，用于進行能產生指示分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；以及可尋址的 試劑單元陣列，其中的每一個試劑單元被編址成對應于所述裝置中的一個或多個可尋址的 測定單元，從而在諸陣列被組裝到該裝置上之前，可以參照相對應的測定單元對各個試劑 單元進行校準。在本發明的另一個方面，自動化檢測體液樣品中分析物的裝置包括測定單元陣 列，用于進行能產生指示分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；以及包含用于進行該化學反應的試劑的試劑單元陣列，其中至少一個測定單元和至少一個試劑單元是可以在該 裝置中相對于彼此移動的，從而使進行化學反應的試劑自動地接觸測定單元中的體液樣品 O在本發明裝置的一個實施方式中，可以根據配置的測定單元所要進行的化學反 應，為測定單元或試劑單元陣列編址。在另一個實施方式中，至少一個測定單元和至少一個 試劑單元是可以在裝置中相對于彼此移動的，從而使進行化學反應的試劑自動地接觸測定 單元中的體液樣品。在一個實施方式中，本發明的裝置是自給自足的，并且包含平行進行多個測定所 需的所有試劑，液相和固相試劑。需要時，可以將該裝置設計成能夠進行至少2，3，4，5，6，7， 8，9，10，20，30，40，50，100，200，500，1000或更多測定。如果需要，也可以在裝置中加入一個 或多個對照測定來平行進行。.測定可以是定量免疫測定，并且能夠在短時間內進行。也可以用本發明的裝置執 行其它類型的測定，包括但不限于核酸序列測定、和諸如膽固醇等代謝物測定。在一些實施 方式中，測定在不超過一小時內完成，優選少于30、15、10或5分鐘。在其它實施方式中，測 定在不足5分鐘內完成。測定檢測的持續時間可以根據用本發明的裝置來執行的測定的類 型進行調整。例如，如果需要較高的靈敏度，可以將測定孵育超過一小時或直至超過一天。 在一些實施例中，需要較長持續時間的測定在諸如家庭使用等其它POC應用中要比在臨床 POC背景中更有實行性。任何懷疑含有感興趣的分析物的體液都可以結合本發明的系統或裝置使用。普遍 采用的體液包括但不限于血液、血清、唾液、尿液、胃液和消化液、眼淚、糞便、精液、陰道液、 來源于腫瘤組織的間質液、和腦脊髓液。體液可以用各種方式從患者提取、然后提供給本發明的裝置，包括但不限于切 口、注射、或移液管吸取。如本發明所用，術語“對象”和“患者”可以在此互換使用，指脊椎 動物，優選為哺乳動物，更優選為人。哺乳動物包括但不限于鼠科動物、猿猴、人、家畜、運動 動物和寵物。在一個實施方式中，用柳葉刀切開皮膚，并使用例如重力、毛細作用、吸力或真 空力等提取樣品。柳葉刀可以是本發明裝置的組成部分、或系統的組成部分、或是一個獨立 部件。需要時，可以用各種機械的、電的、電機的、或任何其它已知的激活機制或這些方法的 任意組合來激活柳葉刀。在另一個不需要激活機制的實施方式中，患者可以簡單地向裝置 提供體液，例如對于唾液樣品即是如此。可以將收集的液體放在裝置的樣品收集單元中。在 又一個實施方式中，裝置還包含至少一個刺破皮膚的微針。用于裝置的體液的體積通常小于約500微升，典型地在約1到100微升之間。需 要時，可以采用裝置以1-50微升、1-40微升、1-30微升、1-10微升或甚至1_3微升的樣品進 行分析物的檢測。在一個實施方式中，采用本發明裝置或系統進行分析物檢測的體液量是一滴液 體。例如，從刺破的手指提取的一滴血可以提供用于本發明所述的裝置、系統或方法分析的 待測體液樣品，可以從對象收集體液樣品，并且如下文所述傳遞給本發明的裝置。在一個實施方式中，測定單元和試劑單元陣列被設置成一套可混合裝配的部件。 測定單元可以包括至少一個能與體液樣品中的分析物反應的捕獲表面。測定單元可以是在尖端內帶有捕獲表面的管狀尖端。在此描述了本發明的尖端的實施例。試劑單元通常儲存了進行檢測給定分析物的測定所需的液體或固體試劑。每個測定和試劑單元可以獨立地針 對測定功能進行配置。為了裝配裝置，可以將單元以即用即裝的方式進行裝配，用于集成式 檢測盒中。可以制備液相的和固相的獨立部件，然后進行性能測試，并存儲。在一個實施方式 中，在制造場所以按需方式進行裝置的裝配。裝置可以是模塊化的，并且包括諸如機架等通 用于所有測定的部件；測定單元，比如尖端；和試劑單元，比如裝有液體試劑的各種易碎的 或儀器可操作的容器。在一些實例中，對組裝后的裝置隨后進行測試以驗證校準情況(系 統響應對已知分析物水平的關系)。可以從預制的、校準過的零件庫中按需組裝測定裝置。 在一些實施方式中，裝置中的液體流經途徑可以是簡潔的，排除任何滯留氣泡的機會，提供 在諸如ELISA等試劑過量測定中洗去多余的標記試劑的有效途徑。本發明裝置的機架可以用聚苯乙烯或其它可模塑的或可機械加工的塑料制成，并 且具有確定的位置來放置測定單元和試劑單元。在一個實施方式中，機架帶有能去除多余 液體來吸干尖端或測定單元的手段。這種吸干手段可以是多孔膜，例如醋酸纖維素，或者是 一片吸水材料，例如濾紙。在一些實施方式中，裝置的至少一個部件是由聚合材料構成的。聚合材料的非 限制性例子包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、聚氯乙烯 (PVC)、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和玻璃。裝置或裝置的次級部件可以用各種方法制造，包括但不限于沖壓、注模、軋花、澆 鑄、吹塑、機械加工、焊接、超聲焊接、和熱融合。在一個實施方式中，裝置是由注模、熱融合 和超聲焊接的方式制造的。裝置的次級部件可以通過下列方式相互固定熱融合、超聲焊 接、摩擦擬合(壓力擬合)、粘合，或者對于諸如玻璃、或半剛性和非剛性聚合基材等特定基 材而言，以兩個部件之間的天然粘附。在圖1中示出了一個本發明的示例性裝置。裝置100有時候在本發明中也可以稱 為檢測盒100。裝置100包括機架130，該機架有容納測定單元121和試劑單元103、122、 124、125的位置。在圖1的示例性實施方式中，測定單元121占據裝置100的機架130的中 心行。測定單元121可任選地包括至少一個校準單元126。在一個實施例中，測定單元121 類似于移液管尖端，被稱為測定尖端121，校準單元126在本發明中被稱為校準尖端126，然 而，測定單元121可以為能被本發明所述的裝置100廣泛容納的任何形狀和大小。測定單 元121和校準單元126是示例性的測定單元121，在此有更為詳細的描述。圖1中的測定單 元121可以包含捕獲表面，并且能夠進行諸如核酸測定和免疫測定等化學反應。測定單元 121可以根據指令或使用者想要對樣品進行的測定裝配到機架上。如圖1所示，裝置100的機架可以包含用于容納樣品的樣品收集單元110。諸如血 液樣品等樣品能夠放入樣品收集單元110中。樣品尖端111 (例如連接至在此更詳盡描述 的液體轉移裝置的移液尖端)能夠占據機架130的另一個部分。當要進行測試時，樣品尖 端111能夠將樣品分配到預處理試劑單元或預處理單元103、104、105、106、107或測定單元 121中。示例性的預處理單元103、104、105、106、107包括但不限于混合單元107，稀釋劑 或稀釋單元103、104，以及——如果樣品是血液樣品——血漿去除或回收單元105、106。預 處理單元103、104、105、106、107可以是同一類型的單元或不同類型的單元。進行化學反應所需的其它預處理單元103、104、105、106、107可以整合到裝置100中，這對于具有本發明 領域的的知識的技術人員而言是顯而易見的。諸單元103、104、105、106、107可以含有各種 量的試劑或稀釋劑，易適應于任何在現有檢測盒100上進行測定的需要。通常，測定單元121可以與機架130分開制造，然后用拾放法插入到機架130中。 測定單元121可與機架130緊密配合或與機架130松散配合。在一些實施方式中，機架130 制造成能在例如運輸和操作檢測盒的過程中將試劑單元103、122、124、125和/或測定單元 121緊密夾持定位。圖1中顯示的試劑單元103、122、124、125包含共軛試劑122 (例如，用 于免疫測定)、洗滌試劑125 (例如，從捕獲表面洗去所述共軛物)、和底物124 (例如，酶底 物)。在此描述裝置100的其它實施方式和圖1實施例中的部件。試劑單元103、122、124、 125可以與機架130分開制造并充填，然后安裝到機架130上。以這種方式，可以模塊化的 形式構建檢測盒100，從而提高檢測盒100用于各種測定的靈活性。可以根據要進行的測 定，選擇試劑單元103、122、124、125中的試劑。在此描述示例性的試劑和測試。例如圖1所示的實施例，裝置還包括進行化學反應可能需要的其它特征。例如，如 果測定單元121是在此描述的測試尖端121，則裝置還包括尖端除余墊112，用于在用例如 本發明所述的裝置進行液體轉移后從測定尖端121或樣品尖端111去除多余樣品或試劑。 機架130還可在裝置100內包含放置使用過的尖端或單元的單元或區域101、102，例如，以 便避免樣品尖端111或測定單元121的交叉污染。在圖1中，裝置100包括用于在裝置100 的單元之間轉移樣品的樣品尖端111。如圖1所示，裝置100還包括預處理尖端113，用于 將已經在裝置100的一個單元中經過預處理的樣品轉移到裝置100的其它單元中進行化學 反應。例如，樣品尖端111可用于從樣品收集單元110中移出血液樣品并將血液樣品轉移 到所述的預處理單元103、104、105、106、107中。在預處理單元103、104、105、106、107中可 以去除血液樣品中的紅細胞，然后可以用預處理尖端113從預處理單元103、104、105、106、 107中收集血漿，并將血漿轉移到另一個預處理單元(例如，稀釋劑單元)103、104、105、 106、107和/或至少一個測定單元121。在一個實施方式中，樣品尖端111為樣品收集單元 110。在另一個實施方式中，樣品收集單元110類似于孔，并用于容納使用者接收到的樣品。如圖1所示，測定單元121和試劑單元103、122、124、125能夠編址，來指示單元在 檢測盒100上的位置。例如，如圖1所示，檢測盒100的一個列能容納一個進行用于檢測C 反應蛋白的測定的測定單元121，且該列可以在同一列中包含用于該項測定的相應試劑單 元103、122、124、125，其中諸單元可以編址為相互對應。例如，各個地址可以輸入并存儲在 計算機系統中，并且可以給檢測盒100加一個標簽，比如條形碼。當掃描使用檢測盒100的 條形碼時，如本發明所述，計算機系統可以把單元的地址輸送給在此所描述的系統，根據輸 入計算機的地址轉移液體并進行反應。地址可以是傳送用于對系統進行操作的協議的一部 分。地址可以采用任意配置，并且在需要改變進行測定的協議時加以改變，而這又向檢測盒 的使用者提供了一種測定協議或步驟的改變，這是本領域以前的POC裝置中通常沒有的。 在一些實施方式中，機架130和各單元構建成如圖1所示的6X8的單元陣列。單元的分布 可以是任何格式的，例如長方形陣列或隨機分布。檢測盒100可包含任意數量的單元，例如 在1到約500個之間。在一些實施方式中，檢測盒100有5-100個單元。如圖1所示的實 施例中，檢測盒100有48個單元。在圖2A和2B是圖1中示例性裝置200的兩個側剖視圖。在裝置的機架220中形
14成腔體，以縱向(機架橫向)容納測定單元(例如測試尖端)201，使其凸起部朝向裝置200 頂部。如圖2所示，還可以形成腔體以容納試劑單元210、212或樣品收集單元或尖端202。 在機架220中可以有精確捕獲單元并將它們安全夾持的特征。此類特征還可以設計成用移 動尖端的機構操作，例如尖端的提取和放落。在另一個實施方式中，樣品收集單元包括可彎 曲或遮斷的零件，用于在運輸過程中保護小收集管以及在毛細管內保持活塞裝置定位。在 圖2A中還顯示了如本發明所述的試劑單元210、212的兩個示例性的實施方式。機架220的 底部可用于收集廢液，例如通過機架220上的一個洞轉移到底部的使用后的洗滌試劑。機 架220可包含用于收集廢液的吸收墊。測定單元201和樣品單元202可以定位成配合穿過 裝置200的機架220的腔體并延伸越過內部支撐結構。如圖2所示，試劑單元210、212緊 密地安裝到機架上，且不延伸到越過內部支撐結構。機架220和將測定單元201和試劑單 元210、212保持并定位于其中的區域可以適應各種模式。在一些實施方式中，每個尖端提供給單個測定，并能與適當的試劑配對或相對應， 例如進行指定的測定所需的試劑。一些尖端提供給對照測定單元，且具有已知量的分析物 或是在制造過程中或是在測定進行的過程中結合在其捕獲表面上。對于對照測定單元而 言，單元設計成用于進行用作比較的對照測定。對照測定單元可以包括例如捕獲表面和處 于固態或液態的分析物。在許多實施方式中，裝置包含有測定所需的所有試劑和液體。例如，對于發光 ELISA測定，裝置內的試劑可以包括樣品稀釋劑、檢測共軛物(例如，3個酶標記的抗體)、洗 滌溶液、和酶底物。其它試劑可以根據需要提供。在一些實施方式中，可以在裝置中引入試劑以提供樣品預處理。預處理試劑的例 子包括但不限于白細胞裂解試劑、從樣品中的結合因子上釋放分析物的試劑、酶和去垢 劑。預處理試劑還可以加到裝置中所包含的稀釋劑中。各試劑單元可設計用于接受可移動的測定單元。在一些實施方式中，各測定單元 包括一個包含捕獲表面的末端開放的中空圓柱元件和一個反應管。圓柱形測定單元在本發 明中可稱為測試尖端。在一些實施方式中，各測定單元用于進行免疫測定。圖3A顯示了包 括小尖端或管狀構造的測定單元301。在一些實例中，尖端301設計成提供內部圓柱形捕獲 表面311和能夠與裝置的機架相接合的凸起部321。在一些實例中，凸起部321和尖端301 設計成接合移動尖端301的機構，例如如本發明所述的系統或例如液體轉移裝置。如圖3A 所示的測試尖端301可包括在尖端的底部的開口 331。開口 331可用于從測定單元301和 向其轉移液體或試劑。在一個實施方式中，所述的測定單元301是或類似于移液尖端，其改 進之處在于測定單元301包括用于檢測樣品中分析物的捕獲表面311。尖端301可以用注塑法制造。在一個實施方式中，用于化學發光測定的尖端301 是用透明的聚苯乙烯制成的。如圖3A所示，示例性的尖端301包含一個凸起部(示為尖端 301較大的上半部分)，其能與機架相接合、并且能與例如液體轉移裝置和/或移液器裝置 的錐形元件相接合，以便形成氣密性密封。同樣如圖3A所示，示例性尖端301包括一個較小 的圓柱形部分。在許多實施方式中，測定捕獲表面被包含在這個較小的圓柱形部分內。測 定捕獲表面可以是在尖端301內或尖端301外側的任意位置。尖端301的表面可以是許多 種幾何形狀的，包括但不限于管狀、立方體、金字塔形。在以化學發光和熒光為基礎的測定 中，尖端301可用作將測定產品遞呈給測定光學器件的便利方式。
圖3B顯示了包括樣品尖端302的示例性樣品收集單元302。如圖3B所示的樣品 尖端302也可以從樣品收集單元302分離，并用于將樣品從樣品收集單元轉移到如本發明 所述裝置的其它單元中。如圖3B所示的樣品尖端302包括在此描述的凸起部322，用于將 尖端302與裝置的機架和液體轉移裝置連接。樣品尖端302還包含開口 332，用于使液體或 樣品可以轉移進出樣品尖端。在一些實施方式中，樣品尖端302與測試尖端301的形狀相 同。在其它實施方式中(例如如圖3A和3B所示的實施方式)，樣品尖端302與測試尖端 301的形狀不同。在一個實施方式中，尖端的一個功能是可以使樣品和液體試劑與測定單元的捕獲 表面相接觸。這種運動可以用各種方式進行，包括但不限于，毛細管作用、吸取和受控的泵 吸。尖端的尺寸小使得可以對化學反應所需的溫度進行迅速控制。熱傳遞和/或保溫可以 簡單地通過將尖端放在一個溫度控制模塊中來實施。在一些實施方式中，尖端能容納約1-40微升的液體。在另一個實施方式中，尖端 能容納約5-25微升的液體。在一個實施方式中，尖端容納20微升液體。在一些實例中，尖 端能容納1微升或更少的液體。在其它實例中，尖端能容納最多100微升。如需要，在引入下一個測定組分之前，為了避免小量樣品和/或試劑的污染，可以 在吸附材料上(例如組合進一次性檢測盒中)吸干尖端的末端。由于物理作用力，吸入尖 端中的任何液體可以保持在任何需要的位置而液體流出的危險極小，即使是保持在直立方 向。測定單元(例如測定尖端)可以在使用前用測試捕獲試劑包被，采用與測定中相 似的流體力學技術(例如，受控的毛細或機械吸取)。捕獲表面(本發明中也可稱為反應位點)可以由通過共價鍵或通過吸附結合在測 定單元上的結合抗體或其它捕獲試劑形成。然后，對表面進行干燥并且在用于測試之前保 持干燥。在一個實施方式中，每個待測分析物都有一個反應位點。在一個實施方式中，可以移動測定單元使試劑單元和/或樣品收集單元進入流體 連通，從而使試劑或樣品能與反應位點相互作用，其中所結合的探針能檢測體液樣品中感 興趣的分析物。然后，反應位點提供指示感興趣的分析物存在或濃度的信號，所述信號能被 本發明所述的探測裝置檢測到。在一些實施方式中，反應位點的位置和構造是測定裝置的一個重要因素。大多數 的，如果不是所有的，一次性免疫測定裝置都將捕獲表面設計成裝置的一體化組成部分。在一個實施方式中，模制的塑料測定單元可以是商品化的或者可以是用注模法制 成精確的形狀和大小。例如，基準尺寸可以是直徑0. 05-3毫米或可以是長度3-30毫米。這 些單元可以用捕獲試劑進行包被，采用的方法類似于用于包被微量滴定板的方法，但具有 能夠大批處理的優點將它們放在一個大容器中，加入包被試劑，并且用濾篩、支架等進行 處理，以回收各個單元并根據需要進行洗滌 。測定單元可以提供一個能夠在其上固定化反應物的剛性支持物。還可以選擇測定 單元以提供適當的與光相互作用的特性。例如，測定單元可以由下列材料制成例如功能化 玻璃，Si，Ge, GaAs, GaP, SiO2, SiN4,改性硅，各種凝膠或聚合物(例如聚四氟乙烯、聚偏氟 乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、PMMA、ABS或其混合物)中的任何一種。在一個實施方 式中，測定單元包含聚苯乙烯。可以依照本發明使用其它合適材料。透明的反應位點是有優越性的。此外，在有可透光的窗能讓光線達到光學檢測器的情形中，所述表面可以有利地 是不透光的和/或優選是光散射的。固定化在捕獲表面上的反應物可以是用于檢測體液樣品中感興趣的分析物的任 何物質。例如，反應物包括但不限于，核酸探針、抗體、細胞膜受體、能與特定分析物反應的 單克隆抗體和抗血清。可以使用各種商品化的反應物，例如許多特別針對特定分析物開發 的多克隆和單克隆抗體。—個本領域的技術人員將會意識到，有很多種方法將各種反應物固定化到發生反 應的支持物上，固定化可以是共價的或非共價的、經由一個連接部分(linker moiety)的、 或是將它們束縛在一個固定化的部分上。可以將核酸或諸如抗體等蛋白質分子連接到固體 支持物上的結合部分的非限制性例子包括鏈霉親和素或抗生物素蛋白/生物素鍵、氨基 甲酸酯鍵、酯鍵、酰胺、硫羥酸酯鍵、N-官能基-硫脲、官能基順丁烯二酰亞胺、氨基、二硫化 物、酰氨、腙鍵及其他。此外，可以用本領域已知的方法將甲硅烷基部分連接到直接連接在 如玻璃等底物的核酸上。表面固定化可以經由聚L-賴氨酸鏈來實現，其為表面提供了一個 電荷-電荷耦合。在結合捕獲表面的最后一個步驟之后，可以將測定單元進行干燥。例如，可以通過 被動暴露于干燥空氣或通過使用真空歧管和/或通過歧管應用潔凈的干燥空氣來實現干 燥處理。在很多實施方式中，測定單元被設計成能用大量、快速制造過程進行制造的單元。 例如，尖端可以安裝成大規模陣列，以便在尖端內或尖端上進行捕獲表面的批量包被。在另 一個實施例中，尖端可以放在傳送帶或旋轉臺上進行連續加工。在又一個實施例中，一個大 陣列的尖端可以與真空和/或壓力歧管相連接，以簡化加工。在一個實施方式中，測定單元可以可操作性地與液體轉移裝置相連接。液體轉移 裝置可以在沒有人工干預的自動控制下操作。在包含尖端的測定單元中，對一次性液體尖 端的安裝高度的控制依賴于尖端在液體分配器上的錐形干涉連接。液體轉移裝置可以與尖 端接合。在一些實例中，尖端在待轉移的液體中的浸沒長度必須使沒有受到控制的尖端外 部與液體的接觸最小化。為了將尖端連接或粘附到液體轉移裝置上，可以在與分配器的噴 嘴接合的錐形連接器的底部模制一個堅固的限制器。氣密性密封條可以通過處于錐形的半 腰或噴嘴的平坦底部的0型環制成。通過分離尖端的密封功能和尖端的高度控制，二者可 以分開調節。模塊化的裝置和液體轉移裝置使得平行進行多個測試成為可能。裝置的試劑單元可以存儲進行用于檢測特定感興趣的分析物的特定化學反應所 需的試劑。液體試劑可以分入小盒中，小盒可以用各種材料制成，包括但不限于如聚苯乙 烯、聚乙烯或聚丙烯等塑料。在一些實施方式中，試劑單元是圓柱形杯。在圖4A和4B中顯 示了包含杯的試劑單元401、402的兩個實施例。需要時，單元401、402緊密安裝在裝置機架 內的空腔中。單元401、402可以在開放表面上密封，以防止所攜試劑411、412溢出。在一些 實施方式中，密封件是鍍鋁塑料并且能通過熱粘合封到杯上。單元可以是容納試劑所需的 任何形狀。例如，在圖4A中顯示了圓柱形的試劑單元401，且試劑單元含有液體試劑411。 在圖4B中顯示了不同形狀的試劑單元402，也含有液體試劑412。示例性試劑單元401、402 都在頂部表面包括有可任選的細微改變，使得單元401、402緊密的安裝到在此描述的裝置 的機架中。
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在本發明的許多實施方式中，試劑單元是模塊化的。試劑單元可以設計成能用大 量、快速制造過程進行制造的單元。例如，許多試劑單元可以在大規模加工過程中同時填充 并密封。可以根據擬用裝置進行的測定的類型，對試劑單元進行填充。例如，如果一個用戶 需要進行與另一個用戶不同的測定，則可以根據每個用戶的偏好來制造測定單元，而不需 要制造整個裝置。在另一個實施例中，試劑單元可以放在傳送帶或旋轉臺上進行連續加工。在另一個實施方式中，試劑單元直接容納在裝置機架的腔體中。在該實施方式中， 密封可以制作在圍繞著單元的機架區域上。本發明的試劑包括但不限于洗滌緩沖液、酶底物、稀釋緩沖液、共軛物、酶標共軛 物、DNA擴增劑、樣品稀釋劑、洗滌溶液、包括添加劑如去垢劑、聚合物、螯合劑、白蛋白結合 試劑、酶抑制劑、酶、抗凝血劑、紅細胞凝集劑、抗體在內的樣品預處理試劑、或在裝置上進 行測試所需的其他材料。酶標共軛物可以是酶標記的多克隆抗體或單克隆抗體，其中的酶 在與合適的底物反應后要能夠產生可檢測信號。這些酶的非限制性的例子是堿性磷酸酶和 辣根過氧化物酶。在一些實施方式中，試劑包含免疫測定試劑。通常，試劑，尤其是那些與 液體混合時相對不穩定的試劑，被分別約束在裝置內的限定區域(例如，試劑單元)內。在一些實施方式中，試劑單元含有約5微升到約1毫升液體。在一些實施方式中， 單元可以含有約20-200微升液體。在又一個實施方式中，試劑單元含有100微升液體。在 一個實施方式中，試劑單元含有約40微升液體。試劑單元中液體的體積可以根據所進行的 測定類型或所提供的體液樣品而不同。在一個實施方式中，試劑的體積不必是預先確定的， 但必須是大于已知的最小量。在一些實施方式中，試劑最初是干燥保存的，并在裝置中一開 始進行測試時溶解。在一個實施方式中，試劑單元可以用虹吸管、漏斗、移液管、注射器、針或其組合進 行填充。試劑單元可以通過填充通道和真空抽吸通道進行液體填充。試劑單元可以個別填 充或作為大量制造過程的一部分進行填充。在一個實施方式中，各試劑單元包含不同試劑作為使試劑彼此分離的手段。試劑 單元還可以用于容納洗滌溶液或底物。此外，試劑單元可用于容納發光底物。在另一個實 施方式中，在一個試劑單元中可以含有多種試劑。在一些實例中，裝置的設置使得能夠在組裝一次性裝置前對測定單元和試劑單元 進行預校準。在一個方面，本發明的系統包括一個包含測定單元和試劑單元的裝置，其中的試 劑單元包含試劑(液相和固相試劑)。在一些實施方式中，整個裝置、測定單元、試劑單元、 或其組合中的至少一個為一次性的。在本發明的一個系統中，用裝置檢驗分析物是由一個 儀器執行的。在大多數實施方式中，儀器、裝置和方法提供一個自動化檢測系統。自動化檢 測系統可以是基于已定義的協議或者是由用戶提供給系統的協議來實現自動化的。在一個方面，用于自動化檢測體液樣品中分析物的系統包含一個裝置或檢測盒以 及一個用于檢測指示該分析物存在與否的可檢測信號的檢測組合件或檢測器。在一個實施方式中，用戶向裝置施加一個樣品(例如，檢測的或未檢測的血液樣 品)并且將裝置插入儀器中。所有的后續步驟是自動化的，由裝置(硬接線的)、用戶、遠程 用戶或系統、或根據標識符(例如裝置上的條形碼或RFID)對儀器操作的修改等來設定程序。用本發明的系統可以執行的不同功能的例子包括但不限于稀釋樣品，去除樣品 的組成部分(例如，紅細胞(RBC))，使測定單元中的樣品發生反應，向樣品和測定單元中添 加液體試劑，從樣品和測定單元中洗掉試劑，和在裝置使用過程中和使用后容納液體。試劑 可以是在試劑單元中或是在將要組裝到裝置上的試劑單元中進入裝置的。自動化系統可以通過酶聯免疫吸附測定(ELISA)檢測生物樣品(例如血液)中的 特定分析物。系統能夠進行多重測試，尤其適于檢測小量全血樣品(例如20微升或更少) 中的感興趣的分析物。需要時，系統還可以用單個樣品不同稀釋度檢測分析物，使得在同一 裝置上可以測試不同的靈敏度。所有的試劑、補給和廢物可以容納在系統的裝置上。使用時，將來自對象的樣品被施用到組裝好的裝置上，并且將裝置插入到儀器中。 在一個實施方式中，儀器可以通過下列步驟的組合來開始加工樣品去除紅細胞(血液樣 品)、稀釋樣品、和將樣品移到測定單元中。在一個多重測定實施方式中，使用了多個測定單 元，且依次或并行地將樣品的一部分移入各測定單元中。然后可以通過次序受控的孵育和 將試劑施用到捕獲表面上來進行測定。示例性的液體轉移裝置包含進行和/或讀取測定所需的任何部件。部件的例子包 括但不限于，將已知量的液體精確地從裝置的孔或單元中吸取和射出的泵，改善系統內移 動精度和準確性的至少一個平移平臺，檢測測定單元中分析物的檢測器，提供用于進行測 定孵育的受調控的溫度環境的溫度調節模塊。在本發明的一個實施方式中，儀器控制裝置 的溫度。在另一個實施方式中，溫度在約30-40攝氏度的范圍內。在一些實施方式中，系統 的溫度控制可包括主動冷卻。在一些實例中，溫度的范圍是約0-100攝氏度。例如，對于核 酸測定，溫度可以最高達到100攝氏度。在一個實施方式中，溫度范圍為約15-50攝氏度。 系統的溫度控制單元可包含熱電裝置，例如珀耳帖裝置。本發明的檢測盒、裝置和系統可以提供現有POC系統或集成分析系統不具備的許 多特性。例如，許多POC檢測盒依賴于封閉的流體系統或環路方可有效地操作小量液體。 本發明的檢測盒和流體裝置可以在檢測盒單元之間有開放的液體流動。例如，試劑可以儲 存在一個單元中，樣品儲存在樣品收集單元中，稀釋劑儲存在稀釋劑單元中，而捕獲表面可 以是在測定單元中，其中在檢測盒的一個狀態中，沒有任何一個單元與其他任何單元流體 連通。使用如本發明的液體轉移裝置或系統，在某一狀態中，各單元不必處于彼此流體連通 中。各單元可以彼此相對移動，從而使一些單元進入流體連通狀態。例如，液體轉移裝置可 包含一個接合測定單元、并將該測定單元移動使之與試劑單元進入流體連通的頭部。本發明的裝置和系統可以提供對來自對象的體液中存在的分析物進行高通量實 時檢測的有效方式。這些檢測方法可以在許許多多情況下使用，包括鑒定和定量分析與特 定生物學過程、生理狀態、病癥或病癥階段相關聯的分析物。同樣地，系統的使用范圍很廣， 例如藥物篩選、疾病診斷、系譜分類、親子和法醫鑒定、疾病發作和復發、對于基于人群的治 療的個體反應、以及治療的監測。本裝置和系統對于下列方面也很有用推動療法開發的臨 床前和臨床階段、改善患者的順應性、監測與處方藥有關的不良藥物反應(ADR)、開發個性 化藥物、將血液測試從中心實驗室外放到家庭或根據處方使用，用于制藥公司在監管機構 批準后監測治療藥物。本發明的裝置和系統可提供一個針對個性化藥物的靈活系統。采用 同一系統，裝置可以隨協議或給系統的可編程處理器的指令改變或交換，以便進行所描述的各種測定。本發明的系統和裝置以桌面或較小尺寸的自動化儀器的提供了許多實驗室設 備的特性。在一些實施方式中，可以向患者提供用于檢測各種分析物的多個裝置。例如，對象 可以在一周內的不同日子使用不同的流體裝置。例如，在一些實施方式中，外部裝置上將標 識符與協議相關聯的軟件可以包括一個將當前日子與基于臨床試驗要使用流體裝置的那 個日子進行比較的進程。在另一個實施方式中，向患者提供能互換安裝到裝置機架上的不 同試劑單元和測定單元。在又一個實施方式中，所述患者不需要每個測試日使用新裝置，相 反可以從諸如服務器等外部裝置下載新的指令對系統進行編程或重新編程。例如，如果兩 個星期幾是不相同的，則外部裝置可以采用本發明的或本領域已知的任何方式將通知無線 傳遞給對象，通知正確的裝置和/或給系統的正確指令。這個例子只是說明性的，可以很方 便地擴展為例如通知對象流體裝置沒有使用在正確的鐘點。例如，如圖1所示的檢測盒包括多種測定單元和試劑單元。測定單元可保護依據 待測分析物的捕獲表面。測定單元以即用即裝的方式與裝置的其他部分組裝起來。在許多 現有技術POC裝置中，捕獲表面與裝置是一體的，而且如果捕獲表面不正確或是形成不當， 整個裝置都作廢。采用本發明的裝置，捕獲表面和/或測定單元可以是獨立質量控制的且 獨立于試劑單元和裝置機架來定制。試劑單元可以用類似的即用即裝的方式填充各種試劑。這就提供了裝置可由客戶 定制的靈活性。此外，可以用不同量的試劑來填充試劑單元，而不影響裝置的穩定性或裝置 中將要進行的化學反應。結合帶液體轉移裝置的系統，本發明的裝置和單元在進行測定的 方法和協議方面提供了靈活性。例如，一批含有同樣試劑的相似裝置可以提供給一個患者 群來進行臨床試驗。在臨床試驗的中途，用戶意識到可以通過改變樣品的稀釋度以及提供 給測定單元的試劑量來優化測定。如本發明所提供，可以通過僅僅改變給液體轉移裝置的 可編程處理器的指令來改變或優化測定。例如，用于患者群的這批檢測盒上載有過量的稀 釋劑。新的協議需要原協議4倍的稀釋劑。根據本發明提供的方法和系統，可以在中央服 務器更改協議，并且傳遞給所有的系統，通過不分明裝置執行這些方法，而不必向患者群提 供新的裝置。換言之，本發明的POC裝置和系統提供了許多通常帶有過量的試劑以及過量 的樣品的標準實驗室操作所具有的靈活性。在一些實例中，其中檢測盒的各單元是分離的，裝置和系統提供了構建本發明所 述系統的靈活性。例如，檢測盒可以設計成用測定單元陣列和試劑單元陣列進行8個測定。 由于本發明所述的檢測盒的特征，同一機架或同一設計的機架可用于制造一個帶有多達8 個不同于先前檢測盒的測定的檢測盒。在許多現有的POC裝置設計中難以達到這種靈活 性，因為系統和液體通道是封閉的，所以裝置不可以模塊化或不像本發明一樣易于組裝。目前，需要在各分析物存在的濃度范圍差異比較大時能夠檢測一個以上分析物， 例如，一個分析物的濃度范圍是pg/ml，而另一個分析物的濃度范圍是μ g/ml。本發明的系 統能夠同時測定在同一樣品中以寬濃度范圍存在的各分析物。能夠檢測以寬濃度范圍存在 的不同分析物濃度的另一個優點是，可以將分析物的濃度比例與對患者施用的多個藥物的 安全性和效用聯系起來。例如，意外的藥物-藥物相互作用是藥物不良反應的常見原因。檢 測不同分析物的實時協同檢測技術將有助于避免藥物-藥物不良相互作用所引起的潛在 的災難性后果。
能夠監測一個對象在一段時間內的分析物濃度和/或PD或PK標記物濃度的變化 速度，或進行濃度或PD或PK標記物的趨勢分析，不論它們是藥物還是其代謝物的濃度，能 夠有助于避免潛在的危險情況。例如，如果葡萄糖是感興趣的分析物，在給定時間的樣品中 葡萄糖濃度以及在給定時間段內葡萄糖濃度的變化速度，對于預測和避免如低血糖事件非 常有用。這樣的趨勢分析在藥物給藥方案方面提供廣泛有利的信息。當涉及多個藥物及其 代謝物時，發現趨勢并采取主動措施的能力通常是夢寐以求的。因此，采用本流體裝置和系統所產生的數據可用于進行對象中分析物濃度的趨勢 分析。通常，同一檢測盒中的8個測定可能需要不同的稀釋作用或預處理。在兩個測定 之間，稀釋的范圍可以是相當大的。許多現有POC裝置提供有限的稀釋范圍，因此POC裝置 只可能執行數量有限的測定。然而，由于能夠對樣品進行連續稀釋，本發明的系統和/或檢 測盒能提供一個大的稀釋范圍。因此，可以在一個檢測盒或多個檢測盒上進行大量的潛在 的測定，而不需要改造測定的檢測器或讀取儀器。在一個實施例中，如本發明提供的系統用于進行多個(例如5個或更多)不同目 標分析物檢測試驗。為了能將預期分析物的濃度落在本發明的和POC領域常用的免疫測定 的檢測范圍內，樣品必須稀釋，例如3 1、8 UlO UlOO 1和2200 1來進行5個 測定中的每一個測定。因為液體轉移裝置能夠在裝置內保持并移動液體，可以用本發明的 系統來進行連續稀釋，以達到這5個不同的稀釋度，并且檢測所有5個不同的目標分析物。 如上所述，還能夠調整執行測定的協議，而不需要對裝置和系統進行改造。在一個使用傳統移液器的實驗室背景中，通常要比POC設備使用更大體積的樣 品。例如，實驗室可以分析從患者手臂抽取的毫升級體積的血液樣品。在POC背景中，很多 裝置和用戶要求過程是快速、簡便和/或侵入性最小的，因此通常用POC裝置分析的是小量 樣品(類似于微升級的體積)，例如從手指穿刺取得的少量樣品。由于樣品的差異，在進行 實驗室背景得以實現的測定方面，現有POC裝置失去了靈活性。例如，為了對樣品進行多個 測試，每一個測定需要有特定最小的體積，從而能夠對分析物進行精確檢測，因此對POC背 景中的裝置加上了一些限制。在另一個實施例中，本發明的系統和/或液體轉移裝置提供了很大的靈活性。例 如，液體轉移裝置可以自動化地移動測定單元、測定尖端、或將一個空的移液管從裝置的一 個單元移動到裝置的一個分開的相互之間非流體連通的單元。在一些實例中，這可以避免 在裝置的單元之間的交叉污染。在其他實例中，這樣可以根據協議或指令在本發明的裝置 中靈活移動數種液體使其相互接觸。例如，在8個不同試劑單元中包含8種不同試劑的檢 測盒可以根據協議的指令以任何順序或組合來編址并通過液體轉移裝置來接合。因此，在 裝置上進行的任何化學反應可以用許多不同的次序進行。不改變檢測盒中試劑的體積或檢 測盒中試劑的類型，測定協議可以是不同的或在不需要第二檢測盒或第二系統的情況下加 以改變。例如，用戶訂購的是一個有特定類型捕獲表面和特定試劑的檢測盒，用于進行檢 測樣品中分析物(例如，C-反應蛋白(CRP))的測定。用戶原計劃的協議需要2個洗滌步 驟和3個稀釋步驟。在用戶收到裝置和系統之后，用戶決定協議實際上應該有5個洗滌步 驟和僅1個稀釋步驟。本發明的裝置和系統能夠靈活改變協議而不需要改裝裝置或系統。在這個實施例中，只需要把一個新協議或一套新指令傳送給系統或液體轉移裝置的可編程 處理器。在另一個實施例中，本發明的系統用于進行5個不同目標分析物的檢測試驗，其 中每個試驗需要在不同的溫度進行孵育。在許多現有技術POC裝置中，在不同溫度孵育多 個試驗是一項困難的任務，因為這多個試驗不是模塊化的，且捕獲表面不能相對于加熱裝 置進行移動。在本發明的系統中，其中各測定單元被設計成用于進行化學反應，各測定單元 可以放置在獨立加熱單元上。在一些實施方式中，系統包含多個加熱單元。在一些實例中， 系統包含至少與測定單元一樣多的加熱單元。因此，多個測定可以在多個溫度下進行。本發明的系統和裝置還能提供許多現有技術的POC裝置所不具備的各種質量控 制措施。例如，因為裝置的模塊性，測定單元和試劑單元可以彼此分開、和/或與機架分開、 和/或與系統或液體轉移裝置分開進行質量控制的。本文描述由本發明的系統和裝置提供 的質量控制的示例性方法和系統。不管檢測的是體液樣品中的何種分析物，本發明的系統能進行各種測定。取決于 裝置身份的協議可以從儲存響應的外部裝置傳遞到閱讀器組合件，使得閱讀器組合件能在 裝置上執行特定的協議。在一些實施方式中，裝置帶有可被本發明的標識符檢測器檢測或 讀取的標識符(ID)。標識符檢測器可以經由將標識符傳送給外部設備的控制器與通信組合 件相互通信。需要時，該外部設備基于標識符將一個存儲在外部設備中的協議傳送給通信 組合件。即將在系統中運行的協議包含給系統控制器的執行協議的指令，包括但不限于待 進行的特定試驗和待執行的檢測方法。一旦用系統執行了這項試驗，即生成一個指示體液 中分析物的信號并被系統的檢測組合件檢測到。被檢測到的信號然后傳送到通信組合件， 在那里信號傳輸到外部設備進行加工，包括但不限于計算樣品內分析物的濃度。在一些實施方式中，標識符可以是眾所周知的帶有一系列黑白線條的條形碼標識 符，能被諸如條形碼讀取器等標識符檢測器所讀取。其他標識符可以是一系列的字母數字 的值、色彩、凹凸塊、或任何其他能定位在裝置上并被標識符檢測器檢測到或讀取的標識 符。標識符檢測器還可以是發光的LED，其發出的光與反射光的標識符相互作用并且被標 識符檢測器檢測到，以確定裝置的身份。在一些實施方式中，標識符可以包括存儲或記憶裝 置，并且能將信息傳送給識別檢測器。在一些實施方式中，可以使用各種技術的組合。在一 些實施方式中，使用諸如LED等光源對檢測器進行校準。在一個實施例中，體液樣品可以提供給一個裝置，而該裝置能插入到系統中。在一 些實施方式中，裝置是部分地手動插入，然后讀取組合件中的機械開關自動地將裝置正確 地放置到系統內。可以使用本領域已知的用于將盤或檢測盒插入系統的任何其他機構。在 一些實施方式中，可能需要手工插入。在一些實施方式中，自動化地選擇在系統上要進行的協議的方法包括提供一個 帶有標識符檢測器的裝置和一個標識符；檢測該標識符；將所述標識符傳送給外部裝置； 以及從所述外部裝置上與所述標識符相關聯的多個協議中選擇要在系統上運行的協議。在一方面，揭示一個自動化檢測體液樣品中多個分析物的系統，包括流體裝置 (比如本發明的)，其包括有用于容納體液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列，其中所述 測定單元陣列的各測定單元設計成用于進行能產生指示所檢測的多個分析物中各分析物 的信號的化學反應；和試劑單元陣列，其中所述試劑單元陣列的各試劑單元含有試劑。該
22系統還包括有多個頭的液體轉移裝置，其中這多個頭中的各個頭設計成用于接合各測定單 元，并且其中所述液體轉移裝置包括可編程處理器，用于引導體液樣品從樣品收集單元和 試劑從獨立試劑單元轉移到各測定單元的液體轉移。例如，一個測定單元包含試劑并可用 于與該試劑進行化學反應。在一些實例中，處理器引導液體轉移的配置可以在測定單元陣列中引起一定程度 的體液樣品的稀釋作用，使指示被檢測的多個分析物的信號落在可檢測的范圍內，從而使 所述多個分析物可以用所述系統進行檢測。在一個實施例中，體液樣品包含至少2個分析 物，其濃度相差至少2、5、10、15、50或100個數量級。在一個實施例中，體液樣品是一滴血 液。在一個實施方式中，樣品中的至少兩個分析物的濃度相差達10個數量級(例如，第一 分析物為0. lpg/mL，第二分析物為500μ g/mL)。在另一個實施例中，一些蛋白分析物的濃 度大于100mg/mL，能將感興趣的范圍擴展到約12個數量級。體液樣品的稀釋程度能使指示該至少兩個分析物的信號落在可檢測的范圍內。在 許多實例中，系統還包括檢測器，例如光電倍增器(PMT)。例如，用光電倍增器，檢測器的可 檢測范圍可為每秒約10到1千萬次計數。每計數對應于一個光子。在一些實例中，PMT不 是100%有效的，觀察到的計數率會略低于、但仍接近于每單位時間到達檢測器的光子實際 數量。在一些實例中，在約10個約一秒鐘的時間間隔內檢測計數，并對結果進行平均。在一 些實施方式中，當使用PMT作為檢測器時，測定的范圍為每秒1000-1000000次計數。在一 些實例中，低至每秒100次的計數率和高至每秒10000000次的計數率都可測。PMT的線性 響應范圍(例如，計數率與每單位時間的光子數量成正比的范圍)可為約1000-3，000，000 次/秒。在一個實施例中，測定的可檢測信號在低端為約200-1000次/秒而在高端為 10000-2000000次/秒。在一些蛋白生物標志的實例中，計數率與結合在捕獲表面上的堿性 磷酸酶成正比，并且也與分析物濃度成正比。其他示例性的檢測器包括雪崩光電二極管、雪 崩光電二極管陣列、CCD陣列和冷光源CCD陣列。許多其他檢測器帶有數字輸出并通常與 到達探測器的光子成正比。示例性檢測器的可檢測范圍與所使用的探測器相適應。液體轉移裝置的各個頭可設計成附接在各個測定單元上。液體轉移裝置可以是移 液管，例如空氣置換移液管。液體轉移裝置可為自動化的。例如，液體轉移裝置還可包括與 可編程處理器通信的電動機，并且電動機可以基于來自可編程處理器的協議來移動這多個 頭。如本發明所述，各測定單元可以是移液尖端，例如帶有捕獲表面或反應位點的移液尖 端。 通常在POC裝置中，例如本發明的系統和裝置，必須估算稀釋倍數并且盡量精確。 例如，在非專業用戶操作系統的情況下，需要有確保樣品稀釋的方法。如本發明所述，液體轉移裝置可以影響樣品的稀釋度，來提供準確的測定結果。例 如，可編程的液體轉移裝置可以是多頭的，用于稀釋或連續稀釋樣品并提供樣品的混合作 用和稀釋劑。液體轉移裝置還可以在POC裝置內提供液體的移動。如本發明所述，本發明的系統和裝置能夠在POC環境中實現實驗室環境才具有的 許多靈活性特征。例如，可用桌面大小或較小的裝置或系統來自動化地收集并操作樣品。 POC裝置的一個普遍問題是在執行多個測定時實現不同的稀釋度范圍，其中各測定的靈敏 度或特異性或有顯著差異。例如，在樣品中有2個分析物，但一個分析物在樣品中的濃度 高，且另一個分析物的 度非常低。為了能檢測兩個分析物，本發明的裝置和系統將樣品稀釋到顯著不同的水平。例如，如果分析物為高濃度，將樣品連續稀釋到合適的檢測范圍并提 供給捕獲表面用于檢測。在同一系統或裝置中，有低濃度分析物的樣品可以不需要被稀釋。 這樣，本發明所提供的POC裝置和系統的測定范圍能比許多現有POC裝置擴大。液體轉移裝置可以是作為臺式儀器的系統的一個組成部分。液體轉移裝置可包含 多個頭。本發明的液體轉移裝置可以具有用于檢測樣品中多個分析物所需的任何數量的 頭。在一個實施例中，液體轉移裝置有約8個頭，這些頭成一直線安裝并且相互間分開一段 距離。在一個實施方式中，各個頭帶有錐形噴嘴，所述噴嘴與各種尖端通過壓力安裝接合， 比如本發明的測定單元或樣品收集單元。尖端可以有一個特征，使得尖端被儀器自動地去 除，并在使用后將尖端放置到所述裝置的機架內。在一個實施方式中，測定尖端是清澈、透 明的，并可類似于在其中進行測定的比色皿，能用諸如光電倍增管等光學檢測器檢測。在一個實施例中，系統的可編程處理器可包含指令或命令，并能根據指令操作液 體轉移裝置，通過將活塞收回(為了將液體吸入)或伸出(為了排出液體)進入一個封閉 的空氣空間來轉移液體樣品。移動的空氣體積和移動的速度都能被精確控制，例如由可編 程處理器控制。通過將待混合的組分吸入一個共用管中，然后反復地在尖端內將合并的液體的一 大部分吸上吸下，實現樣品(或試劑)與稀釋劑(或其他試劑)的混合。可用相似的方式 完成溶解進入管內的干試劑。可以通過將適當的液體吸入尖端中，并在那里保持一段預先 確定的時間，來實現液體樣品和具有其上結合了捕獲試劑(例如抗體)的捕獲表面的試劑 一起孵育。可通過將液體排入本發明的裝置內的儲槽或吸墊上，來實現樣品和試劑的除去。 然后，可根據來自可編程處理器的指令或協議將另一種試劑吸入尖端中。在如圖11所顯示的實施例中，原來尖端1101中的液體1111在排出時會在尖端 1101中留下薄膜1113。因此，系統用下一個液體1112的前導(例如最上層)部分的作用 從尖端1101上沖刷掉原來存在的液體1111。受到原來存在的液體1113污染的后續液體 的這個部分被保持在尖端1101的頂部，它不會繼續與捕獲表面1102相互作用。捕獲表面 1102可以是在尖端1101的規定區域內，這樣原有液體1111不與捕獲表面1102反應，例如 如圖11所示，捕獲表面1102占據尖端1101的圓柱部分的規定部分，并沒有一直延伸到尖 端的凸起部。在許多實例中，孵育時間短暫(例如10分鐘)，而液體污染區域的分隔是相對 較大的(> 1mm)，所以在孵育過程中液體1113的污染部分的活性組分的擴散不會快到足以 與捕獲表面1102反應。對于許多高靈敏度測試，需要除去一個試劑，或洗滌捕獲表面(例 如，用測試信號發生因子標記的探測抗體)。在一個實施例中，本發明的液體轉移裝置可通 過增加進一步的液體轉移的去除和吸取循環來提供洗滌，例如使用洗滌試劑。在一個實施 例中，4個洗滌步驟表明，與捕獲表面相接觸的未結合檢測抗體減少了 IO6倍以上。(非常 不需要的)非特異性地結合到捕獲表面上的任何檢測抗體也可在該洗滌過程中被去除。通過稀釋樣品，可以實現擴大試驗的范圍。在使用含有稀釋劑的一次性檢測盒的 POC測定系統中，通常對稀釋的程度有一個實用性限制。例如，如果通過刺破手指獲得的少 量血液樣品(例如約20微升)要被稀釋，放在管中的稀釋劑的最大體積為250微升，稀釋 整個樣品的實用性限制為約10倍。在一個本發明的實施例中，系統可以吸入較小體積的樣 品(例如約2微升)，使得最大稀釋倍數為約100倍。對許多測定，這樣的稀釋倍數是可以 接受的，但對于諸如CRP等測定(如本發明的實施例所述)需要更加地稀釋樣品。基于分離19/44 頁
的ELISA測定在捕獲表面結合分析物的能力上有與生俱來的局限性(例如對于典型的蛋白 分析物約幾百納克/毫升)。一些分析物在血液中以幾百微克/毫升存在。即使稀釋100 倍，分析物濃度仍可能在校準范圍之外。在本發明的系統、裝置和液體轉移裝置的一個示例 性實施方式中，可以通過向各測定單元或樣品收集單元中進行多次稀釋劑的液體轉移，實 現多重稀釋。例如，如果如上文所述，樣品中分析物的濃度非常高，可以將樣品稀釋多次，直 到分析物的濃度落在可接受的檢測范圍內。本發明的系統和方法能準確測定或估算稀釋作 用，從而計算分析物的原始濃度。在一個實施方式中，本發明的系統能移動液體樣品和移動測定單元。系統包含加 熱模塊和檢測器。為了移動液體樣品，系統可提供吸取式、注射式或移液式動作。在一個示 例性實施方式中，用于移動液體樣品的液體轉移裝置是移液管和移液端頭系統。系統所需 的移液裝置數量可根據待測分析物的類型和所進行的試驗數量進行調整。由移液系統執行 的動作可以是自動化的或由用戶手動操作。圖5顯示了本發明的液體轉移裝置520和系統500的實施例。液體轉移裝置能用 8個不同的頭522同時移動8個不同或相同體積的液體。例如，檢測盒(或在此所述的裝 置)510包含8個測定單元501。各個測定單元501是根據單元501中將要進行的試驗類型 來設計的。各測定單元501可能需要一定體積的樣品。可用一個頭522將正確量的樣品分 配到各測定單元501中。在這個實施例中，每個頭522對應于一個設定了地址的測定單元 501。液體轉移裝置機構520還可用于從試劑單元分配試劑。不同類型的試劑包括共軛 物溶液、洗滌溶液和底物溶液。在一個自動化系統中，可以移動一個安裝了裝置510的平臺 530，以相對于測定單元510和頭522的定位并且根據完成如圖5所示的測試所需的步驟來 移動裝置510。或者，可以相對于裝置510的位置移動頭522和尖端501或液體轉移裝置 520。在一些實施方式中，以干燥形式提供試劑，在試驗過程中重新水化和/或溶解試 劑。干燥形式包括凍干的物質和包被在表面上的膜。系統可包含用于移動測定單元或尖端的固定器或銜接器。銜接器可包含真空組件 或用于緊密配合測定單元尖端的凸起部的組件。例如，移動尖端的手段可以是以類似于移 動液體轉移裝置端頭的方式來移動的。還可根據銜接器或固定器的位置在平臺上移動本發 明的裝置。在一個實施方式中，用于移動尖端的儀器是與移動一定量樣品的儀器一樣的，例 如本發明的液體轉移裝置。例如，利用收集尖端上的凸起部可以將樣品收集尖端安裝到移 液端頭上。然后可用收集尖端在整個裝置和系統中分配液體。在分配液體之后，可丟棄收 集尖端，并且利用測定單元上的凸起部將移液端頭安裝到測定單元上。然后可將測定單元 尖端從一個試劑單元移動到另一個試劑單元，并且采用移液端頭提供的吸取或移液式動作 將試劑分配到測定單元中。移液端頭還可通過吸取或注射式動作在收集尖端、測定單元或 試劑單元中進行混合處理。系統可包含加熱模塊，用于加熱試驗或測定單元和/或控制試驗溫度。熱量可以 用在測定反應的孵育步驟中來促進反應并縮短孵育步驟所需的持續時間。系統可包含用于 接受本發明的測定單元的加熱模塊。加熱模塊可設計成接受來自于本發明裝置的多個測定
25單元。例如，如果在裝置上需要進行8個試驗，加熱模塊可設計成接受8個測定單元。在一 些實施方式中，使用移動測定單元的手段使用移動測定單元與加熱模塊進行熱交換。可以 用本領域已知的加熱方式來進行加熱。在圖6中顯示了本發明的示例性系統600。系統600包括平動平臺630，其上手動 地或自動地或兩者兼有地放有將裝置610 (或本實施例中的檢測盒)。系統600還包括與裝 置610的測定單元611對齊的加熱模塊640。如圖6所示，裝置610包括一系列8個測定單 元611和多個相對應的試劑單元612，并且加熱模塊640還包含一個區域641以便同時加熱 至少8個單元。根據所進行的試驗的類型或所檢測的分析物的類型，每個加熱區域641能 給每個測定單元611提供相同的或不同的溫度。系統600還包含一個檢測器(例如光電倍 增管)650，用于檢測來自測定單元611的代表樣品中分析物檢測的信號。在一個實施方式中，提供了傳感器，在對試驗進行檢測時，相對于檢測器定位測定 單元。在一個實施方式中，檢測器是裝有檢測組件的閱讀器組合件，用于對裝置上至少 一個試驗所產生的信號進行檢測。根據所進行的試驗的類型和所采用的檢測機制，檢測組 件可以在裝置的上方或相對于裝置處于不同的取向。可以移動檢測組件使其與測定單元彼 此連通，或移動測定單元使其與檢測組件彼此連通。在許多實例中，提供了光學檢測器，并用作檢測裝置。非限制性的例子包括光電二 極管、光電倍增管(PMT)、光子計數檢測器、雪崩光電二極管、或電荷耦合器件(CCD)。在一 些實施方式中，可以使用插腳二極管。在一些實施方式中，插腳二極管可連接在放大器上， 從而產生靈敏度比得上PMT的腳測裝置。一些試驗可以如本發明所述產生發光。在一些實 施方式中，檢測的是化學發光。在一些實施方式中，檢測組件可包括連接到C⑶檢測器或 PMT陣列上的多個光纖電纜束。光纖束可以由分散的光纖或融合在一起的許多小光纖形成 一個實心束而構成的。這樣的實心束是商品化的，并且可方便地與CXD檢測器相接。檢測器還可包含光源、例如燈泡或發光二極管(LED)。為了檢測結果，光源可以照 亮試驗。例如，試驗可以是熒光測定或吸光度測定，如核酸測定中通常使用的。檢測器還可 包含向試驗傳送光源的光學器件，例如透鏡或光纖。在一些實施方式中，檢測系統包含非光學檢測器或傳感器，用于檢測對象的特定 參數。這樣的傳感器包括溫度、傳導率、氧化的或還原的化合物的電勢信號和電流信號，例 如O2、H2O2和I2或可氧化/可還原的有機化合物。在制造后，裝置和系統可以一起或單獨地運送給最終用戶。本發明的裝置或系統 可與用戶手冊或使用說明書包裝在一起。在一個實施方式中，本發明的系統對于在不同裝 置上進行的測試類型具有通用性。因為裝置的部件是模塊化的，在現場護理環境中，用戶只 需要一個系統和各種裝置或測定單元或試劑單元來進行多個試驗。在這個情境下，系統可 以反復地用于多個裝置，在裝置和系統上都需要有傳感器，來檢測例如運送過程中的這種 變化。在運送過程中，壓力或溫度的變化會影響本系統多個部件的性能，如此，在裝置或系 統上安裝的傳感器可以將這些變化傳送給例如外部設備，這樣可以在校準過程中或外部設 備進行數據處理過程中進行調整。例如，如果在運輸過程中流體裝置的溫度改變達到一定 的水平，裝在裝置上的傳感器能檢測到這種變化，并且在用戶將裝置插入系統時，將這些信 息傳遞給系統。系統中還可以有附加檢測裝置來執行這些任務，或這樣的裝置可以結合在另一個系統部件中。在一些實施方式中，信息可以是無線傳送給系統或外部裝置的，比如個 人電腦或電視。同樣地，系統內的傳感器可以檢測類似的變化。在一些實施方式中，在運輸 包裝中也需要有一個傳感器，或是替代系統部件中的或是額外增加一個。例如，能被感測到 的會使試驗檢測盒或系統無效的不利條件包括暴露于高于最大可容忍的溫度，或破壞檢測 盒的完整性發生潮氣滲透。在一個實施方式中，系統包含能向外部裝置無線傳送并從其接受信息的通訊組 件。這樣的無線通訊可以是藍牙或RTM技術。可以使用各種通訊方法，例如用調制解調器的 撥號有線連接，直接連接如Tl、ISDN或電纜線等。在一些實施方式中，無線連接的建立，采 用的示例性無線網絡包括蜂窩式、衛星、或尋呼網絡、GPRS、或局域數據傳送系統如局部區 域網絡上的以太網或令牌網。在一些實施方式中，信息在傳送到無線網絡之前是經過加密 處理的。在一些實施方式中，通訊組件包含用于傳送和接受信息的無線紅外通訊部件。系 統包括集成的顯卡來幫助顯示信息。在一些實施方式中，通信組件具有記憶或存儲裝置，例如局部RAM，其中可以存儲 收集的信息。如果由于如暫時不能無線連接網絡而無法在給定時間內傳送信息，就需要一 個存儲裝置。信息可以與存儲裝置內的裝置標識符相關聯。在一些實施方式中，通信組件 將在一定時間后重新嘗試傳送存儲的信息。在一些實施方式中，外部裝置與閱讀器組件內的通信組件進行通訊。外部裝置可 以無線地或物理性地與系統連通，但也可以與第三方通信，包括但不限于患者、醫護人員、 臨床醫生、實驗室人員、或衛生保健業中的其他人員。圖7中顯示了一個示例性的方法和系統。在圖7的實施例中，患者將血液樣品傳 遞給本發明的裝置，然后將裝置插入一個閱讀器中，其中閱讀器是能讀取血液樣品中分析 物的桌面系統。閱讀器可以是本發明的系統。閱讀器可為臺式或桌面系統，并能讀取多個 本發明的不同裝置。閱讀器或系統能執行化學反應并檢測或讀取化學反應的結果。在圖7 的實施例中，閱讀器是根據自外部裝置(例如帶有用戶界面的服務器)發送的協議自動操 作的。閱讀器還能將化學反應的檢測結果傳送給服務器或用戶界面。在一個示例性系統中， 用戶(例如，醫護人員如內科醫生或研究人員)能察看和分析結果，并決定或開發出用于自 動化操作該系統的協議。結果可以本地存儲(在閱讀器上)或存儲在服務器系統上。服務 器還能存儲患者的記錄、患者日志和患者群數據庫。圖8顯示了構建用于評估對象病情的系統的操作流程。患者將個人數據和/或來 自本發明的裝置、閱讀器和/或系統的測量數據輸入或存在于所述服務器上的數據庫。系 統能在病人站顯示器(patient station display)上顯示個人數據。在一些實施方式中， 病人站顯示器是互動式的，病人能夠修改輸入的數據。同一個或不同的數據庫包含來自病 情相似的其他對象的數據。來自其他對象的數據可以是來自于公共或私人研究所的歷史數 據。來自其他對象的數據也可以是來自于臨床研究的內部數據。圖8還顯示了數據的流動，從包括來自對象的數據在內的閱讀器收集數據傳遞給 連接到公共網絡上的服務器。服務器可對數據進行操作，或僅僅將數據提供給用戶站。病 人數據可以獨立于存儲在數據庫中的與病情相關的數據輸入到服務器中。圖8還顯示了用 戶終端顯示器以及向醫護人員或用戶的信息流。例如，采用圖8的示例性操作流程，在家的 病人可以將體液樣品輸入本發明的檢測盒中，并將其放入本發明的系統或閱讀器中。病人能夠從病人站顯示器察看來自系統的數據、和/或修改或輸入新的數據給操作流程。然后， 來自病人的數據以加密的形式通過諸如因特網等公共網絡傳送給帶有網絡界面和處理器 的服務器，其中服務器位于中央計算中樞或臨床測試中心。服務器可以使用病情數據，處理 并理解來自用戶的數據，然后將結果經所述公共網絡傳給用戶站。用戶站可以在醫務辦公 室或實驗室，并具有能顯示測定結果和患者數據處理給醫務人員的用戶站顯示器。在這個 實施例中，醫護人員可以檢索對病人在諸如家中等其他地方進行的檢驗所得到的樣品測試 的結果和分析，。在此描述了系統和系統部件的其他實施方式和實施例。在一些實施方式中，外部裝置可以是計算機系統、服務器、或能存儲信息或處理信 息的其他電子設備。在一些實施方式中，外部裝置包括一個或一個以上計算機系統、服務 器、或能存儲信息或處理信息的其他電子設備。在一些實施方式中，外部裝置包括患者信息 數據庫，例如但不限于，醫療記錄或患者病史、臨床試驗記錄、或臨床前實驗記錄。外部裝置 能存儲將在系統上運行的協議，當接收到指示哪個裝置已經被插入系統的標識符時，能將 這些協議傳送給系統的通訊組件。在一些實施方式中，協議是依賴于裝置的標識符的。在 一些實施方式中，外部裝置為每一個裝置存儲了一個以上的協議。在其他實施方式中，外部 裝置上的病人信息包括一個以上的協議。在一些實例中，外部服務器存儲了數學算法，用以 處理從通訊組件傳來的光子計數，并且在一些實施方式中用以計算體液樣品中分析物的濃 度。在一些實施方式中，外部裝置包括一個或多個本領域所熟知且商品化的服務器。 此類服務器能夠提供負載平衡、任務管理、以及如果一個或多個服務器或外部設備的其他 組件發生故障時的備份能力，以便改善服務器的可用性。如本領域所知，服務器也可以實現 在存儲和處理器單元的分布式網絡上，其中本發明的數據處理在諸如計算機等工作站上進 行，從而排除對服務器的需求。服務器包括數據庫和系統進程。數據庫可以駐留在服務器內，或駐留在能夠被該 服務器存取的另一個服務器系統上。由于數據庫內的信息可能包含敏感信息，可以實現一 個安全系統以防止未授權的用戶進入數據庫。一些本發明的特性的一個優點是信息可以從外部裝置不僅僅傳送回閱讀器組合 件，而且還傳送給其他部件或其他外部設備，非限制性的例子是PDA或手機。這樣的通信可 以通過本發明所揭示的無線網絡來實現。在一些實施方式中，計算出的分析物濃度或其他 病人信息可以傳遞給例如但不限于醫務人員或病人。因此，使用本裝置和系統產生的數據可用于完成對象中分析物濃度的趨勢分析。本發明的另一個優點在于試驗結果基本上能夠立刻傳達給任何能從結果中受益 的第三方。例如，一旦外部設備上確定了分析物的濃度，就將它傳送給病人或可能需要采取 進一步行動的醫務人員。向第三方的通信步驟可以如本發明所述以無線方式進行，并且通 過將數據傳送給第三方的手持設備，實際上能夠在任何時間任何地點將試驗結果通報給第 三方。因此，在時間敏感性場景中，如果需要緊急醫療措施，可以在任何地方立即聯絡病人在將流體裝置插入系統之后，通過基于與該流體裝置相關聯的標識符來檢測裝 置，系統允許從外部裝置下載并運行流體裝置特異性的協議。在一些實施方式中，外部裝置 能存儲與系統相關聯的、或與特定患者或患者群相關的多個協議。例如，當標識符傳送到外 部裝置時，外部裝置上的軟件可以獲取標識符。一旦獲取，諸如數據庫等外部裝置上的軟件能用該標識符來識別存儲在數據庫內的與該標識符相關聯的協議。例如，如果只有一個協 議與標識符相關聯，數據庫可以選擇該協議，然后外部裝置上的軟件能將該協議傳送給系 統的通信組件。使用與裝置特異性地相關聯的協議的能力，使得本發明裝置的任何部件能 夠在單個系統中使用，從而事實上能在單個系統中檢測任何感興趣的分析物。在一些實施方式中，多個協議可以與單個標識符相關聯。例如，如果有益的是從同 一患者身身每周一次檢測一種分析物，而每周2次檢測另一種分析物，則外部裝置上與標 識符相關聯的各協議也可各自與一周的不同日子相關聯，這樣當檢測到該標識符時，外部 裝置上的軟件可以選擇與一周中這個日子相關聯的特定協議。在一些實施方式中，可以向病人提供多個裝置，用于檢測多種分析物。例如，對象 可在一周的不同日子使用不同的裝置。在一些實施方式中，裝置上將標識符和協議聯系起 來的軟件，可以包括一個例如基于臨床測試將當前日子與一周中使用這個裝置的日子進行 比較的進程。例如，如果這兩個一周中的日子不是相同的，外部設備可以通過本發明的或本 領域已知的任何方式向對象以無線方式發送通知，通知他們系統中的裝置不正確并通知其 那一天所應該使用的正確裝置。該實施例只是說明性的，并切能夠擴展為例如通知對象裝 置沒有在正確的鐘點使用。系統還可使用網絡方法評估對象病情。傳達信息的系統可以包括或不包括用于讀 取對象數據的閱讀器。例如，如果生物標志數據是從微流體現場護理裝置獲得的，賦予不同 生物標志的值可以由裝置本身讀取或由分開的裝置讀取。閱讀器的另一個示例是掃描對 象數據的條形碼系統，所述對象數據為已經輸入電子醫療記錄或內科醫生圖表中的對象數 據。閱讀器的另一個示例包含一個電子病人記錄數據庫，從中可以經由通信網絡直接獲取 對象數據。這樣，可以實時顯示特定藥物的功效，從而證明療法的效果。不順從包括臨床試驗在內的醫學治療，會嚴重破壞治療或試驗的功效。同樣地，在 一些實施方式中，使用本發明的系統來監測病人的順從性，并且將這些非順從性通知病人 或其他醫務人員。例如，服用藥物制劑作為醫學治療計劃一部分的病人，可以提取體液樣 品，進行如本發明所述的測定，但是，例如系統檢測到的代謝物濃度相對于已知圖譜處于較 高水平，則表明已經服用了多個劑量的藥物制劑。可以通過本發明的任何無線方式將這樣 的非順從性經通知病人或醫務人員，包括但不限于通過如PDA或手機等手持設備通知。此 類已知圖譜可定位或存儲在本發明的外部裝置上。在一個實施方式中，可用系統來識別從治療中受益或受害的患者亞群。這樣，本來 會被從市場清除出去的具有不同毒性的藥物，可以保留下來只分配給能從中受益的病人。方法 本發明的裝置和方法提供一種實時檢測來自對象的體液中存在的分析物的有效 手段。檢測方法可在各種情況下使用，包括對與特定生物過程、生理狀態、病癥、病癥階段或 治療階段相關聯的分析物進行鑒別和定量。同樣地，裝置和方法可以廣泛應用于如藥物篩 選、疾病診斷、系譜分類、親子和法醫鑒定、疾病發作和復發、對于基于人群的治療的個體響 應、以及療法的監測。本發明的裝置和方法對于下列方面也特別有用推動療法的臨床前和 臨床階段、改善患者的順從性、監測與處方藥有關的ADR、個性化藥物、將血液測試從中心實 驗室外放到患者的住所。可根據處方使用裝置，制藥公司用于在監管機構批準后監測治療 藥物，或付款人用于將血液測試從中央實驗室外包出去。
因此，在一個實施方式中，本發明提供一種檢測體液樣品中分析物的方法，包括 向本發明的裝置或系統提供血液樣品，使樣品在裝置的至少一個測定單元中發生反應，以 及檢測血液樣品中分析物產生的可檢測信號。圖1顯示了本發明的裝置的一個示例性的實施方式，包括至少一個測定單元和至 少一個試劑單元。測定單元(例如設計成圖1中的樣品尖端和校準尖端)可含有捕獲表 面，試劑單元可含有諸如共軛物、洗滌劑或底物等。圖1中所例證的裝置還可包含全血樣品 收集尖端、血漿樣品收集尖端、血液輸入孔、磁珠孔或血漿分離孔、尖端擦除或吸水墊、稀釋 孔、稀釋的血漿樣品孔或血漿稀釋劑孔、收集尖端的丟棄區。在一個實施方式中，方法包括進行酶聯免疫吸附測定(ELISA)。在如本段所描述的 一個實施例中，將樣品提供給本發明裝置的樣品收集單元。然后將裝置插入系統中，其中系 統檢測所插入的檢測盒或裝置的類型。然后系統與外部裝置相互通訊，接受一套指令或協 議，使系統進行所需的檢測盒測定。協議可以傳送給系統的液體轉移裝置的可編程處理器。 在一個實施例中，液體轉移裝置接合檢測盒的一個樣品尖端，從樣品收集單元中取得一定 量的樣品，并將它移動到預處理單元，在那里去除血紅細胞。然后根據協議通過液體轉移裝 置將樣品的血漿吸入到血漿尖端或任何測試尖端中。然后含有血漿的尖端可吸取稀釋劑， 根據待進行的測定的需要來稀釋樣品。通過使用樣品連續稀釋，可以進行許多不同的稀釋 作用。例如，每一測定尖端或測定單元可含有不同稀釋度的樣品。在用液體轉移裝置將樣 品吸入測定單元后，將測定單元與樣品一起孵育，使存在的任何目標分析物皆連接到捕獲 表面上。如本實施例所述的孵育可以在系統或室溫下孵育任何時間長度，例如10分鐘，或 可在本發明的系統的加熱裝置上進行。測定單元可以接合一個設定地址的試劑單元，該試 劑單元含有與每個帶有用于測試的捕獲表面的測定單元中將要進行的測試相對應的試劑。 在這個實施例中，第一試劑是ELISA的檢測溶液，例如，包含諸如標記有與捕獲表面不同的 抗蛋白抗體等探測抗體。然后將檢測溶液從測定單元中吸出，然后將洗滌溶液吸入測定單 元中，去除任何多余的檢測溶液。可以使用多個洗滌步驟。最后加入的試劑是酶底物，酶底 物會使結合的檢測溶液化學發光。然后將酶底物從測定單元中排出，用系統的檢測器讀取 測試的結果。在所述的每一步，可以如本發明所述根據需要進行孵育。在這個實施例中，在 將試劑盒放入系統之后，整個過程都是自動化的，并且根據給可編程系統的協議和一套指 令來執行。一個示例性的方法進行至將血液樣品送入血液輸入孔。再由收集尖端吸取樣品， 并插入到血漿分離孔中。或者，血液可以直接放到含有血液分離劑的孔中。例如，可以用 如本發明所述的各種方式進行血漿分離。在這個實施例中，采用可磁化珠和抗體來進行血 漿分離，去除血液的非血漿組分。然后，為了不讓全血收集尖端污染樣品，使用血漿收集尖 端運送血漿。在這個實施例中，血漿收集尖端能吸取預定量的稀釋劑，并稀釋血漿樣品。然 后，將稀釋的血漿樣品分配到測定單元(樣品尖端)中，使之結合到捕獲表面上。可以孵育 測定單元，使捕獲反應得以進行。然后可用測定單元收集測定單元中與反應結合的共軛物。 共軛物可包含能用諸如光學檢測器等檢測器來檢測感興趣的分析物的實體。一旦共軛物已 經加入到測定單元中，可以對反應進行孵育。在一個采用圖1示例性裝置的示例性方法中， 隨后測定單元(樣品尖端)可以接觸含有共軛物洗滌液的試劑單元，去除會干擾任何分析 物檢測的任何過量的共軛物。在洗掉過量共軛物后，可以向測定單元中加入底物進行檢測。此外，在圖1和本方法的實施例中，可以用校準尖端測定單元來進行除了收集和分配樣品 之外的在本段描述的所有方法。使用校準測定單元進行的檢測和測定可用于校準樣品的分 析物的檢測和測定。下文中描述與本實施例中所用相似的其他過程和方法。任何可能含有感興趣的分析物的體液，可以使用本發明的系統或裝置。例如，圖1 的實施例中的輸入孔或樣品收集單元可收集或容納任何類型的常用體液，包括但不限于血 液、血清、唾液、尿液、胃液和消化液、眼淚、糞便、精液、陰道液、從組織樣品提取的源于腫瘤 組織液的間質液、以及腦脊髓液。在一個實施方式中，體液樣品為血液，并且通過刺破手指 獲取。在一個實施方式中，體液樣品為血漿樣品。體液可以取自病人，然后用各種方式提供給裝置，包括但不限于切口、注射、或移 液管吸取。在一個實施方式中，用柳葉刀切開皮膚，用例如重力、毛細作用、吸力或真空力等 遞送樣品。柳葉刀可以是在裝置機內的、或者是閱讀器組件的一個部分、或是獨立部件。需 要時，可以用各種機械的、電的、電機的、或任何其它已知激活機制或這些方式的任意組合 來啟動柳葉刀。在另一個不需要激活機制的實施方式中，患者可以簡單地向裝置提供體液， 例如對唾液樣品而言。可以將收集的液體放在裝置的收集孔或單元中。在一些實施方式中， 裝置內有用戶啟動的柳葉刀和樣品收集毛細管。本發明所述的方法或裝置使用的體液體積通常少于約500微升，還可為約1-100 微升之間。需要時，可以采用本流體裝置，用1-50微升、1-40微升、1-30微升、1-10微升或 甚至1-3微升樣品來檢測分析物。在一個實施方式中，樣品為20微升。在一個實施方式中，使用本發明裝置、系統或方法來檢測分析物所用的體液體積 為一滴液體。例如，從刺破的手指取得的一滴血液能夠提供待分析的體液樣品給本發明的 裝置、系統或方法。在一些實施方式中，體液樣品不再進一步加工而直接用于檢測體液樣品中存在的 分析物。然而，需要時，可以在用裝置進行分析前，對體液樣品進行預處理。預處理的選擇 取決于所用體液的類型和/或所研究分析物的特性。例如，當體液樣品中分析物處于低水 平時，可以通過任何富集分析物的常規方式來對樣品進行濃縮。濃縮分析物的方法包括但 不限于干燥、蒸發、離心、沉降、沉淀和擴增。當分析物為核酸時，可以根據制造商提供的使 用說明用各種裂解酶或化學溶液或是用核酸結合樹脂來提取。當分析物為細胞上或細胞內 存在的分子時，可以用裂解試劑進行提取，包括但不限于抗凝血劑如EDTA或肝素、變性去 垢劑如SDS、或非變性去垢劑如Thesit、脫氧化鈉、Triton X-100和吐溫-20在一個實施方式中，對象用注射器收集體液樣品。樣品通過毛細管進入到注射器 內。在一個檢測血液樣品中分析物的實施方式中，對象進行手指穿刺，并用玻璃毛細管的末 端外緣接觸血液，使得血液被毛細作用吸取并充滿毛細管一定體積。在一些實例中，樣品體 積是已知的。在一些實施方式中，樣品體積在約5-20微升的范圍內或在如本發明所述的其 他體積范圍內。在另一個實施方式中，提供一種從血液樣品獲取基本不含紅細胞的血漿樣品的方 法和系統。當進行測定時，分析物通常含在血漿中，而紅細胞會干擾反應。通常，當檢測血液樣品時，感興趣的分析物在血清或血漿中。出于臨床目的，多個 血液測試最終報告的濃度通常需要與稀釋的樣品中血清或血漿的濃度有關。在許多情況 下，血清或血漿是實驗室選擇的測試介質。在進行測試前可能需要2個操作，即稀釋和去除紅細胞。紅細胞所占的樣品體積比例(血細胞比容變化為約20-60% )在血液樣品中差異 顯著。此外，在由非專業人士操作測定系統的現場護理環境中，獲取的樣品的體積可能并不 是所要求的體積。如果沒有意識到體積變化，這就會導致報告的分析物濃度產生偏差。在一個相關但分開的實施方式中，本發明提供一種從血液樣品中回收血漿的方 法，包括在樣品收集單元中將血液樣品在可磁化顆粒存在下混合，其中可磁化顆粒包含有 用于與血液樣品中非血漿組分結合的抗體捕獲表面，以及在血漿收集區域上方對混合的血 液樣品施加一個磁場，使血液樣品非血漿組分懸浮于血漿收集區域頂部，從而從血液樣品 中回收血漿。為了處理血液樣品，本發明的裝置或系統可包括磁性試劑或物體，這種磁性試劑 或物體能結合到紅細胞上并實現從血漿中磁性去除紅細胞。試劑可以用凍干形式提供，還 可以是液態分散體的形式。由可磁化顆粒(例如，尺寸約1微米)組成的試劑可包被針對 紅細胞抗原或一些連接分子的抗體。在一些實施方式中，試劑還包含未結合到紅細胞表面 抗原的抗體，所述抗體可以是未標記的或標記有連接部分(例如生物素、地高辛或熒光素) 的。在一個分析血液樣品的實施方式中，稀釋的樣品中的紅細胞在溶液相抗體的幫助下與 可磁化顆粒共凝集。或者，可以使用識別紅細胞表面糖類的凝集素作為共凝集試劑。有時 候，使用紅細胞凝集試劑的組合。或者，本發明的裝置可包含諸如玻璃纖維墊等血液過濾 器，幫助從樣品中分離紅細胞。當血液與磁性試劑混合時，會發生共凝集，其中大量的(如果不是全部的)紅細胞 與可磁化顆粒形成混合凝集物。通過用本發明的尖端或收集尖端或類似移液管的尖端進行 反復吸取，來進行試劑的溶解和混合。當可磁化聚集物形成后，通過使用磁體可以從血漿中 分離磁性聚集物，作法是允許血漿離開尖端時而將所述磁性聚集物保持定位。在一個實施 方式中，血漿通過重力作用從垂直方向離開尖端，而磁體將磁性聚集物保持定位。在另一個 實施方式中，血漿通過真空或壓力方式離開尖端，而聚集物被留在了尖端內。血漿可以放入 孔中、另一個收集尖端或本發明的測定單元中。在圖9A-9E中顯示了本發明的血漿分離方法的一個實施例。在圖9A中，全血樣品 901已經被吸入了本發明的樣品尖端910中，例如，量為約20微升。然后將全血樣品901放 到實施例裝置的分離孔920 (例如，一個含有磁珠或磁性顆粒的孔)中。圖9B顯示了在分 離孔里的全血樣品902中懸浮和混合磁性試劑(例如，磁珠顆粒和游離結合分子)。圖9C 顯示了能用于防止尖端910的損失的10微升氣塞930。混合的全血樣品和磁性試劑902 — 起孵育數秒(例如60-180秒)，使凝集反應發生。圖9D顯示了施加一個磁場940給全血細胞和磁性試劑混合物902。可以通過與系 統結合的磁性線圈942或本領域已知的任何磁裝置施加磁場940。磁場940吸引已經附接 到磁性試劑上的任何顆粒。這樣一來，沒有附接到磁性試劑上的血漿903能與全血樣品中 的非血漿組分分離開來。圖9E顯示將通過在此所述的磁性試劑分離了的血漿樣品903分配進入本發明的 裝置的孔或單元950中。血漿樣品903還可分配進入收集尖端或測定單元，以及本領域技 術人員所熟知的任何其他類型的測定裝置。在圖9E中，顯示磁場940與分配血漿樣品903 的尖端910—起移動。在這個實施例中，從20微升全血樣品中去除5-8微升血漿。1-99% 的全血樣品可以是用本發明的方法分離的血漿。在一個實施方式中，25-60%體積的全血樣品為可被分離的血漿。可以完成所述方法的其他示例性步驟。為了將血漿樣品移動到另一個孔或單元 中，毛細管血漿收集尖端(可以用機器人系統或本發明的任何其他系統進行操作)通過毛 細作用和吸力收集血漿樣品。另一個步驟包括將血漿樣品分配給稀釋劑，然后用稀釋劑來 稀釋樣品。接著用收集尖端收集預定量的稀釋血漿樣品。然后混合稀釋的血漿樣品，并分 配到裝置的一個孔或單元中，或分配到本發明的裝置的一個或多個測定單元中。樣品還可 分配進入本領域技術人員所熟知的任何其他類型的裝置里，例如微量滴定板。除了本發明所公開的裝置和系統，圖9A-9E顯示的實施例過程可使用其他裝置和 系統。例如，液體轉移尖端可含有凝集的物質，且血漿可以放入微量滴定板中。可以使用本 領域技術人員所熟知的其他裝置和系統，進行本發明所的血漿分離實施例。體液樣品還可用各種其他方式進行稀釋，例如使用能進行稀釋作用的樣品收集裝 置。樣品收集裝置的機架可以包括一個管子。在管子中，兩個可移動的密封件可以容納一 定體積的稀釋劑。在一個優選實施方式中，稀釋劑的體積是預先確定的，例如在約50微升 到1毫升的范圍內，優選在約100微升到500微升的范圍內。在一個方面，提供一種自動化檢測體液樣品中多個分析物的方法，包括向流體裝 置提供體液樣品，其中流體裝置包括用于容納體液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列， 其中所述測定單元陣列的各測定單元設計成用于進行產生指示被檢測的所述多個分析物 中各分析物的信號的化學反應；和試劑單元陣列，其中所述試劑單元陣列的各試劑單元含 有試劑。該方法還可包括用液體轉移裝置接合各測定單元。其后，可以用液體轉移裝置將體 液樣品從樣品收集單元轉移到各測定單元，并且將試劑從各試劑單元轉移到各測定單元， 從而試劑與體液樣品發生反應，產生指示被檢測的多個分析物中各分析物的信號。在一些 實施方式中，液體轉移裝置包括多個頭，其中多個頭中的各個頭用于接合各測定單元；且其 中所述液體轉移裝置帶有可編程處理器，該處理器用于引導體液樣品從樣品收集單元和試 劑從試劑單元轉移進入測定單元的液體轉移。在一些實例中，例如通過用戶、對象或制造商將指令提供給可編程處理器。指令可 由外部裝置提供，例如個人電子設備或服務器。這些指令可以引導體液樣品轉移給測定單 元的步驟。例如，轉移體液樣品的步驟可以在測定單元中啟動一定程度的體液樣品稀釋作 用，使指示被檢測的多個分析物中各分析物的信號落在可檢測的范圍內。在一些實施例中， 如本發明所述，這種程度的體液樣品的稀釋將指示至少2個獨立分析物的信號落在可檢測 的范圍內。可以使用模式識別技術來確定用本發明的方法檢測的一個分析物或多個分析物 是落在一定范圍內還是落在一定范圍之外。例如，在可報告范圍之外的可檢測信號可被棄 去。該一定范圍可以是在校準流體裝置的試劑和測定單元的過程中確定的。例如，當按即 用即裝的方式組裝裝置時，確定這個范圍。在一些實例中，當用較低稀釋系數或稀釋度檢測到的分析物的可檢測信號超過了 較高稀釋系數的信號，則較低稀釋的結果作為無效的結果被棄去。在多數實例中，樣品中分 析物的濃度以及源于不同稀釋度的樣品的信號隨著稀釋度變大而降低。如果發生了這樣的 情況，可以確認測試結果。本發明的系統、裝置和方法提供了質量控制規則的靈活性，這是 許多POC裝置無法提供的。本發明系統、裝置和方法提供了許多在實驗室環境中所期待的
33質量控制特征。在一個實施方式中，按照一個既滿足高靈敏度又滿足低靈敏度測定的比例來稀釋 樣品。例如，樣品與稀釋劑的稀釋比例可在約1 10000-1 1的范圍內。裝置可以將樣 品稀釋到分開的位置或程度。裝置還可對樣品進行連續稀釋。在另一些實例中，裝置或系 統內的連續稀釋可以將樣品稀釋直至10，000，000，000 1。在實施方式中，通過吸取式、注射式或移液式作用將含有要檢測的分析物的樣品 從第一位置移動到第二位置。通過毛細作用或減少氣壓，將樣品吸入到反應尖端中。在一 些實施方式中，樣品可以移動到多個位置，包括本發明的裝置的測定單元陣列和本發明裝 置的機架的不同孔中。如本發明所述，移動樣品的過程可以由本發明的系統自動化進行。帶有樣品的測定單元和/或收集尖端也可從第一位置移動到第二位置。移動測定 單元或收集尖端的過程可以是自動化的，并按用戶定義的協議來執行。在一個實施方式中，移動測定單元來從本發明的試劑單元收集試劑。在許多實施 方式中，測定單元的移動是自動化的。吸取式、注射式或移液式作用可用于將試劑從試劑單 元收集到測定單元中。一旦將樣品添加到包含捕獲表面的測定單元中，可將整個單元孵育一段時間，使 樣品和測定單元的捕獲表面進行反應。孵育反應所需的時間通常取決于所進行測定的類 型。這個過程可以是由本發明的裝置自動化進行的。在一個實施方式中，孵育時間為30秒 到60分鐘之間。在另一個實施方式中，孵育時間為10分鐘。測定單元還可在升高的溫度下進行孵育。在一個實施方式中，測定單元在約20-70 攝氏度的溫度范圍內進行孵育。可將測定單元插入到加熱模塊上，提高測定單元和/或測 定單元內容物的溫度。在本發明方法的一個實施方式中，在將樣品加入單元后，向測定單元中加入共軛 物。共軛物可含有用于對被測定單元內的捕獲表面所捕獲的分析物進行標記的分子。在下 文中描述了共軛物和捕獲表面的實施例。共軛物可以通過吸取式、注射式或移液式作用分 配到測定單元中，一旦共軛物已經分配到一個測定單元中，可以對測定單元進行孵育，使共 軛物在測定單元中與分析物發生反應。孵育時間可由測定的類型或待測的分析物來確定。 孵育溫度可以是適合反應的任何溫度。在一個方面，提供一種校準用于自動化檢測體液樣品中分析物的裝置的方法。裝 置包括可編址的測定單元陣列，所述測定單元用于進行產生指示分析物存在與否的可檢測 信號的化學反應；和可編的試劑單元陣列，每個試劑單元被編址為對應于所述裝置中一個 或多個可編址的測定單元，從而在將諸陣列組裝到裝置上之前可以根據相對應的測定單元 對試劑單元進行校準。在將它們組裝到裝置上之前，通過校準測定單元和試劑單元，對裝置 進行校準。然后用校準過的部件組裝裝置，使裝置以及使用裝置的方法和系統成為模塊化 部件。在將測定單元和試劑單元組裝到本發明的裝置上之前，通過測定如共軛物等測定 試劑的性能，預先進行校準。校準信息和算法可以存儲在與測定系統無線連接的服務器上。 校準可以提前進行，或通過在分離的位置上在復本系統中進行的測定以回溯方式進行，或 通過運用測定系統在使用時所獲得的信息進行。在一個方面，在裝置或系統中使用對照物質，來測定或驗證體液樣品的稀釋程度。例如，諸如ELISA等基于固相的試驗的另一個問題是，試驗使用固相試劑，難以在不破壞其 功能的情況下進行質量控制。本發明的系統和方法提供了一種方法，來確定使用帶有自動 化混合和/或稀釋的一次性裝置的POC系統內達到的稀釋作用。在一個實施方式中，本發明方法提供回溯式分析，例如在報告結果前通過實時使 用服務器分析數據。例如，可以進行測定，且平行地進行一個對照測定。對照測定提供對樣 品預期稀釋的測量。在一些實施例中，對照測定可以驗證樣品的稀釋作用，因此，系統內進 行的一個或多個測定的樣品的稀釋可以被認為是準確的。測量液體樣品體積的方法包括將液體樣品中已知量的對照分析物與試劑反應， 產生指示對照分析物的可檢測信號；以及將所述可檢測信號強度與所述可檢測信號的預期 強度相比較，其中所述信號的預期強度指示所述液體樣品的預期體積，其中所述比較提供 了被檢測的所述液體樣品的體積的一種測定值。在一些實例中，在所述液體樣品中不存在 可檢測量的對照分析物。在一個實施方式中，方法還可包括當樣品體積的測定值在液體樣品的預期體積約 50 %之內時，驗證所述液體樣品的體積。例如，使用本發明的裝置或系統的方法還包括使含有目標分析物的體液樣品與 試劑反應，產生指示目標分析物的可檢測信號；以及采用指示目標分析物的所述可檢測信 號的強度和所述液體樣品的體積測定值，來測量體液樣品中目標分析物的量。液體樣品和 體液樣品可以是同樣的樣品。在一些實施方式中，對照分析物不與體液中的目標分析物反 應，所以不會對目標分析物的檢測造成干擾。在一些實例中，液體樣品和體液樣品是不同液體樣品。例如，對照液體如水，和血 液樣品。或在另一個實施例中，是唾液樣品和血液樣品。對照分析物可以是但不限于熒光素標記白蛋白、熒光素標記IgG、抗-熒光素、 抗-地高辛、地高辛標記的白蛋白、地高辛標記的IgG、生物素化蛋白、非人IgG。其他示例 性的對照分析物對本領域的技術人員而言是顯而易見的。在一個實施方式中，對照分析物 在人體液樣品中不存在。在本發明的用于檢測樣品中多個分析物的POC系統中，系統可具有稀釋和混合液 體的能力。在許多實例中，自動化系統或用戶可使用對照測試來測量實際上達到的稀釋并 將其用作系統校準的稀釋系數。例如，對照分析物不會在感興趣的樣品中發現，并且干燥地 進入試劑單元中。干燥的對照分析物的量可為已知的，并與試劑單元中的樣品相混合。可 以測量分析物的濃度來指示樣品的體積以及對樣品進行的任何稀釋作用。免疫測定的對照分析物的例子包括但不限于熒光素標記的蛋白、生物素化的蛋 白、熒光素標記的、Axlexa 標記的、若丹明標記的、得克薩斯紅標記的免疫球蛋白。例如，標 記可以通過在每一個蛋白質分子連上至少兩個半抗原來實現。在一些實施方式中，在每個 蛋白分子上連上1-20個半抗原。在另一個實施方式中，在每個蛋白分子上連上4-10個半 抗原。很多蛋白質帶有大量的可以連接半抗原的游離氨基基團。在許多實例中，半抗原修 飾的蛋白是穩定的和可溶的。同樣，諸如熒光素和得克薩斯紅等半抗原足夠大和堅固，可用 于制造高親和力的抗體(例如，半抗原大到足以填充抗體結合位點)。在一些實施方式中， 使用試劑將半抗原連接到蛋白上，比如異硫氯酸熒光素、和熒光素羧酸NHS酯，以產生對照 分析物，在對照分析物中能被測定系統識別的部分是半抗原。
在一些實施方式中，方法使用干燥的對照分析物。在一些實施例中，干燥的對照分 析物避免了對樣品的稀釋，并使對照分析物更加穩定。干燥的對照分析物可以經過配制，使 它在與液體樣品接觸后快速并完全溶解。在一些實施方式中，對照分析物可為對抗體高親 和力的分析物。在一些實例中，對照分析物可為不與任何內源樣品組分交叉反應的分析物。 此外，例如，分析物可以是不昂貴的和/或易于制造的。在一些實施方式中，對照分析物在 本發明的裝置或系統的使用期限內是穩定的。用于產生共價鍵連接半抗原的分析物的示例 性載體包括但不限于以下蛋白質例如白蛋白、IgG和酪蛋白。用于產生與半抗原共價連接 的新分析物的示例性的聚合物載體包括但不限于右旋糖苷、聚乙烯吡咯烷酮。用于配制并 穩定化對照分析物的示例性的賦形劑包括但不限于蔗糖、鹽類和緩沖液(例如磷酸鈉和 三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽)。如本發明所述的對照分析物和方法可以多種方式使用，包括如本發明實施例所述 的方式。例如，方法能測量樣品的體積。在一些實施方式中，方法測量樣品的稀釋或稀釋系 數或稀釋度。在一些實例中，方法提供樣品中對照分析物的濃度。在檢測多個分析物的系 統或裝置中，使用對照分析物用本發明的方法進行的測定值，來驗證或描述目標分析物的 測量。例如，可以使用帶有多個頭的液體轉移裝置將液體分配到多個測定單元中，包括對照 單元在內。在一些實例中，假設分配到多個單元中的液體量，在各個單元之間是相同的或相 似的。在一些實施方式中，使用對照分析物的本發明所述的方法，可以驗證在裝置或系統內 已經收集或使用了正確量的樣品。在另一個實施方式中，方法驗證已經向樣品提供了正確 量的稀釋劑。而且，也可驗證稀釋系數和稀釋度。在又一個實施方式中，用對照分析物的方 法驗證已經向多個單元分配了正確量的稀釋樣品。圖10顯示了包含已知量的對照分析物的本發明的對照測試的示例性方法。在安 裝到檢測盒之前，用包含已知量對照分析物1002的溶液1001充填單元1010。溶液的液體 可以除去，并對單元1010進行干燥，使對照分析物1002留在單元1010中。然后可將單元 1010插入到裝置中并運送供使用。當使用單元1010并接收樣品或稀釋劑1003時，傳送的 可以是預期體積的樣品1003，并在單元1010中與干燥的對照分析物1002混合，產生預期 濃度的對照溶液1004。可任選地稀釋對照溶液1004。在一個實施方式中，可以在裝置中 用與目標分析物相同的方式檢測對照分析物1002。測量對照溶液1004中對照分析物的濃 度。可使用這個濃度測定值來計算產生對照溶液1004所加入的樣品1003的體積。以這種 方式，用戶可以將測得的樣品1003的體積與樣品1003的預期體積進行比較。在一個實施例中，可從血液樣品中去除紅細胞。然而，如果留有一些紅細胞，或紅 細胞沒有從血液樣品中被除去，用對照分析物的方法可以用來修正血液樣品中紅細胞的影 響。因為血細胞比容可能差異顯著(例如樣品總體積的20-60%)，固定或預期體積(ν)的 血液中分析物的量可能隨血細胞比容而變(H在這里以十進制小數表示)。例如，血漿中濃 度為C的分析物的量為C*v* (I-H)。因此，血細胞比容為0. 3的樣品的量，是血細胞比容為 0.5的樣品的1.4倍。在一個示例性的實施方式中，可將未稀釋的血液分配進所述裝置中， 并且可將紅細胞去除。然后可以測定血漿部分中對照分析物的濃度，來估算樣品血漿的體 積和確定血細胞比容。在一些實施方式中，需要從反應位點洗掉未結合的共軛物，來防止未結合的共軛 物產生不正確的檢測結果。許多免疫測定的限制性步驟是洗滌步驟。最小殘留和高靈敏度之間的妥協，取決于洗滌去除未結合的共軛物。由于難以從孔中去除洗滌液體(例如用自 動化方式)，在微量滴定板的形式下洗滌步驟受到嚴重的局限。在處理液體的方式上，本發 明的測定單元裝置和系統具有很多的優點。一個優點是能改善測試的信噪比。如果共軛物粘到裝置的測定單元的邊緣，會難以去除共軛物，例如如果沒有過量 的洗滌溶液。洗滌共軛物可以通過從上方給洗滌溶液施壓或將洗滌溶液吸起并且排出液體，類 似于裝載樣品。可以按需要反復多次洗滌。當在試驗中使用洗滌緩沖液時，裝置可以在試劑單元中存儲洗滌緩沖液，并使測 定單元與洗滌液進入流體連通。在一個實施方式中，洗滌試劑能夠通過洗滌從測定單元中 去除約99%、99. 9%或99. 999 %的未結合試劑。一般而言，優選能大大減少不需要的背景 信號的高效率洗滌。洗滌效率一般定義為來自給定試驗的信號和由沒有洗滌步驟的試驗產 生的信號總量之間的比率，并可由常規實驗方便地測得。通常優選增加洗滌溶液的體積和 孵育的時間，但不犧牲來自給定試驗的信號。在一些實施方式中，用約50μ L到5000 μ L洗 滌緩沖液進行洗滌約10到300秒，優選為約50 μ L到500 μ L洗滌緩沖液。另外，優選重復使用若干個少量的洗滌溶液循環，其間間隔一段不使用洗滌溶液 的時間。這個順序產生擴散洗滌，一段時間后標記的抗體從測定單元受保護的部件擴散進 入到大量洗滌溶液中，所比如從標記的抗體松散地結合的邊緣和表面，當從反應位點移走 洗滌溶液時可以去除這些抗體。在許多實施方式中，最后一步是分配酶的底物，通過光的或電的方式來檢測共軛 物。底物的例子在下文中描述。例如，本發明裝置的試劑單元中的試劑可以是免疫測定用的酶底物。在另一個實 施方式中，在捕獲位點的反應發生之后，可以重復從試劑單元轉移底物試劑的步驟。例如， 將酶底物轉移到反應位點并進行孵育。測定了產生的試驗信號后，去除用過的底物，用新鮮 底物進行替換，并且重新測定試驗信號。可以用本發明所述的系統在第一次和第二次施用 底物后檢測指示所測分析物的信號。第二底物通常與原始底物相同。在一個實施方式中，第 二底物是從本發明裝置的第二試劑單元轉移到反應位點的。在另一個實施方式中，第二底 物是從與原始底物同一個試劑單元轉移到反應位點的。轉移第二底物即產生第二反應，第 二反應能產生指示分析物的第二信號。可以比較原始信號的強度和第二信號的第二強度， 計算分析物指示信號的最終強度，以及試驗是否正確進行。在一個實施方式中，多個信號的強度用于試驗的質量控制。例如，如果信號相差 20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100% 或更多，試驗結果可被拋棄。在一個實施方式中，本發明的方法包括重新裝載樣品和/或檢測劑_共軛物(酶 標抗體)和/或酶底物和樣品，來矯正或確認試驗信號或用作內部對照。例如，可以重新使 用測定尖端或單元用于驗證功能和/或添加另一個樣品或對照材料以獲得第二信號。在一些實例中，向酶單元中重新裝載底物的方法是通過本發明的系統自動化地將 液體樣品和試劑轉入測定單元中而實現的。一些試驗不要求系統立即或按時傳送結果，因 此，對照方法提供了可能提高結果可靠性的機會。在重復加入酶底物后觀察到的響應，能夠 用來驗證初始響應或計算回收峰值(spike recovery)。實驗表明，通過向測定單元中添加第二酶底物，可以保持結果的再現性。在一些實施方式中，對照方法提供了采用測定單元給出了顯著低于預期的響應時的副本分析。采用本發明的任何對照方法，可以從執行對照方法解釋或假定許多可能的誤差。 示例性的試驗誤差包括但不限于測定單元或裝置制造不當，樣品和/或一種或多種試劑的 吸取不當，在檢測中測定單元沒有相對于光電倍增器正確放置，裝置或系統中缺失測定單元。在一些實施方式中，本發明提供一種使用流體裝置或系統獲得用于評估藥物制劑 對測試動物的效用和/或毒性的藥理學數據的方法。在藥物制劑的臨床前試驗中使用實驗動物時，通常需要殺死實驗對象來取得足夠 的血液進行檢測感興趣的分析物的測試。這牽涉到財政和倫理問題，因此，優選能從測試動 物提取一定量的血而不用殺死測試動物。此外，也可以對同一測試動物在幾個不同的時間 點進行測試，從而能更有效的評估一個藥物在單個動物上的作用。平均而言，例如，一個小 鼠的血液總量為每100克體重6-8mL血液。本發明的好處在于只需要非常小體積的血液就 能在小鼠或其他小型實驗動物上進行臨床前測試。在一些實施方式中，提取了約1微升到 50微升。在一個實施方式中，提取了約1微升到10微升。在優選實施方式中，提取了約5 微升血液。另一個使測試動物活著的優點在臨床前時間過程研究中是明顯的。例如，當使用 多個小鼠監測隨著時間推移在測試對象體液中的分析物水平，在測試引入了使用多個對象 的額外變數。然而，當使用單個測試動物作為其自己在一段時間內的對照時，可以完成更為 精確和有利的臨床前試驗。在一些實施方式中，提供一種采用本發明裝置或系統自動化監測患者對藥物治療 順應性的方法。該方法包括使體液樣品與測定試劑在裝置中反應，產生指示樣品中分析物 存在的可檢測信號；用所述裝置檢測所述信號；將所述信號與所述醫學治療相關聯的已知 圖譜比較，確定所述患者是否順應所述藥物治療；以及將所述順應性或非順應性通報給患
者ο在另一個實施方式中，本發明的系統和方法提供一種發現新的生物標志和/或將 這些標志的趨勢與疾病和治療結果相關聯進行驗證的手段。在另一個實施方式中，本發明的系統和方法可以識別生物標志水平的趨勢和在一 段時間內日常的患者日志信息，這種信息可用于針對特定的患者將藥品劑量調節到最佳水 平(例如，適應的劑量范圍修正)。在一些實施方式中，非順應性包括服用非正確劑量的藥品，包括但不限于多劑量 或無劑量；或可包括不正確地混用藥品。在優選實施方式中，在信號與已知圖譜進行比較 后，實際上即時通報患者。臨床試驗的患者或對象可能忘記提取用于本發明所述分析的體液樣品。在一些實 施方式中，采用本發明的裝置提醒患者測試體液樣品的方法，包括提供在所述裝置上運行 的協議，所述協議位于外部裝置上、與所述患者相關聯，且包含測試所述體液樣品的時間和 日期；如果樣品還未測試，則通報患者在所述日期和時間測試所述體液。在一些實施方式 中，可以無線方式通報患者。通過在顯示器上提示并獲得患者的響應(例如，通過觸摸屏 幕)，可以改善治療方案的順應性。獲得藥物處方時，可用任何常見方式向患者提供裝置，例如在藥房。同樣地，當開始臨床測試時，可以向臨床測試對象提供這樣的裝置。可以在此時將患者或對象的聯系信 息輸入外部裝置，并在一個數據庫中與患者或對象相關聯，聯系信息包括但不限于移動電 話、電子郵件地址、文字短信地址、或無線通信的其它方式。外部裝置上的軟件包括當從檢 測裝置產生的信號還未傳送到外部裝置時(例如在給定時間)能夠作出檢測的腳本或其它 程序，然后該外部裝置發送一個通知患者提取體液樣品的警報。在一個實施方式中，系統直接提供給消費者，用在生活方式和/或運動管理中。可 以輸入相關的生活方式和鍛煉數據，并且測量指示肌肉損傷、無氧代謝(例如，乳酸)的參 數。在一些實施方式中，系統可以足夠小到便于攜帶。在另一個實施方式中，系統特別適于檢測諸如大鼠和小鼠等常用于臨床前工作的 小動物血液中標志的檢測。這些動物只有少量體積的血液，要求非常小量樣品的試驗系統 特別有用，尤其是在需要從一個動物迅速連續提取多個樣品進行縱向研究時。當需要平行 檢測數個分析物時，這些考慮是特別重要的。在一個實施方式中，系統包括一種為了以安全方式運送而將多個復合試驗所需的 數個零件進行包裝的便利方式。例如，試驗零件卡配(click fit)到機架上。T^可以在本發明的流體裝置上執行各種試驗來檢測樣品中感興趣的分析物。本領域 存在多種多樣的標記，能用于進行本發明的試驗。在一些實施方式中，標記可以通過分光光 譜、光化學、生物化學、電化學、免疫化學或其它化學方式檢測。例如，有用的核酸標記包括 放射性同位素32P、35S、熒光染料、電子致密試劑、酶。多種適于標記生物組分的標記是已 知的，并且在科學文獻和專利文獻中都詳盡報道，并且通常都可以應用于本發明進行生物 組分的標記。合適的標記包括放射性核苷酸、酶、底物、輔助因子、抑制因子、熒光部分、化學 發光部分、生物發光標記、或比色標記。決定試驗特異性的試劑可任選地包括例如單克隆抗 體、多克隆抗體、蛋白質、核酸探針或其它聚合物如親和基質、碳水化合物或脂類。可以通過 各種已知方法中的任一種進行檢測，包括分光光度或光學示蹤放射性的、熒光的、或發光的 標志，或根據大小、電荷和親和力追蹤分子的其它方法。可檢測部分可以是有可檢測的物理 或化學特性的任何材料。這樣的可檢測標記在凝膠電泳、柱層析、固體基質、光譜技術等領 域已成熟開發，并且通常用于這些方法的標記可以應用于本發明中。因此，標記包括但不限 于可以用光譜、光化學、生物化學、免疫化學、基于核酸探針、電、光、熱和其它化學方式檢測 的任何成分。在一些實施方式中，根據本領域熟知的方法，將標記直接或間接地連接到如產物、 底物或酶等待測分子上。如上所述，根據所需的靈敏度、化合物結合的方便性、穩定性的需 求、可用的儀器和處置規定來選擇標記，使用了很多種標記。非放射性的標記通常用間接方 式連接。通常，分析物特異性受體是連接到信號發生部分上的。有時，分析物受體是連接到 接頭分子(如生物素或抗生物素蛋白)上，而測定試劑組包括結合到接頭上并結合到分析 物上的結合部分(例如生物素化的試劑或抗生物素蛋白)。分析物結合到反應位點上的特 異性受體。標記的試劑可以形成一個分析物位于中間的三明治型復合物。試劑也可以與分 析物競爭反應位點上的受體，或結合到反應位點上未被分析物占據的空受體上。標記可以 是本來就可檢測的或者是結合到信號系統上，例如可檢測的酶、熒光化合物、化學發光化合 物、或化學發光實體如帶有發光底物的酶。可以使用許多配體或配體抗體。當配體具有天
39然配體抗體時，例如生物素、甲狀腺素、地高辛和氫化可的松，它可以與標記的配體抗體協 同使用。或者，任何半抗原或抗原化合物可以與抗體聯合使用。在一些實施方式中，標記也可以是直接連接到信號產生化合物上，例如通過連接 酶或熒光團。作為標記的感興趣的酶主要是水解酶，尤其是磷酸酶、酯酶和糖苷酶、或氧化 還原酶，尤其是過氧化物酶。熒光化合物包括熒光素及其衍生物、若丹明及其衍生物、丹酰 基團和7-羥基香豆素、化學發光化合物包括二氧雜環丁烷、吖啶酯、蟲熒光素和2，3-二氫 二氮雜萘二酮，例如發光氨。檢測標記的方法是本領域技術人員所熟知的。因此，例如，當標記是放射性的，檢 測方式包括閃爍計數或放射自顯影的照相膠片。當標記是熒光的，檢測熒光可以通過用合 適波長的光激發熒光物，并且檢測獲得的熒光，可通過例如顯微鏡、目測、經由照相膠片、使 用電子探測器例如數碼相機、電荷藕合器件(CCD)或光電倍增器和光電器、或其它探測裝 置。同樣地，通過提供酶的合適底物并且檢測獲得的反應產物，來檢測酶標記。最后，通過 觀察與標記相關的顏色，通常可以容易地檢測簡單的比色標記。例如，結合金通常表現為粉 紅色，而各種的結合珠呈現珠子的顏色。在一些實施方式中，可以通過發光源提供可檢測信號。術語“發光”通常用于指因 除了溫度上升之外的任何原因從物質上發射光。一般而言，原子或分子從一個激發態移動 到一個能量較低的狀態(通常為基態)時發射出電磁能量(如光)的光子。如果激發原因 是光子，發光過程稱為光致發光。如果激發原因是電子，發光過程稱為電致發光。更具體地， 電致發光緣于直接注入或去除電子形成電子空穴對、然后重新組合該電子空穴對發射出光 子。由化學反應產生的發光通常稱為化學發光。由活生物體產生的發光通常稱為生物發 光。如果光致發光是自旋允許躍遷(如單重態-單重態躍遷、三重態-三重態躍遷)的結 果，光致發光過程通常稱為熒光。典型地，在去除激發原因之后熒光發射不會持續，因為短 壽命的激發態會通過這樣的自旋允許躍遷很快釋放。如果光致發光是自旋禁阻躍遷(如三 重態-單重態躍遷)的結果，光致發光過程通常稱為磷光。典型地，在去除激發原因之后磷 光發射會長時間持續，因為長壽命的激發態只能通過這樣的自旋禁阻躍遷來釋放。發光標 記可具有上述特性中的任何一種。合適的化學發光源包括能被化學反應電激發、然后發射出能作為可檢測信號或 提供給熒光接受器能量的光的化合物。已經發現多種化合物家族能在各種條件下提供 化學發光。一族化合物是2，3_ 二氫-1，4-酞嗪二酮類。常用的化合物是發光氨，一個 5_氨基化合物。該家族的其他成員包括5-氨基-6，7，8-三甲氧基-和二甲氨基[ca]苯 (dimethylamino[ca]benz)同系物。這些化學物可以用堿性過氧化氫或次氯酸鈣和堿反應， 產生冷光。另一個化合物家族是2，4，5_三苯基咪唑類，其母體的通用名為洛粉堿。化學發 光同系物包括對二甲基氨基_和-甲氧基取代基。化學發光也可以用草酸鹽/酯(通常是 乙二酰活性酯，例如對硝基苯基)和諸如過氧化氫等過氧化物在堿性條件下反應獲得。其 他已知的有用化學發光化合物包括N-烷基-吖啶酯和二氧雜環丁烷類。或者，可以用蟲熒 光素與蟲熒光素酶或光澤精聯用，提供生物發光。本發明所用術語“分析物”包括但不限于藥物、前藥、藥物制劑、藥物代謝物、諸如 表達的蛋白和細胞標志等生物標志、抗體、血清蛋白、膽固醇和其他代謝物、多糖、核酸、生 物分析物、生物標志、基因、蛋白質、或激素、或上述物質的組合。分析物可以是多肽、糖蛋白、多糖、脂類和核酸的組合。尤其感興趣的生物標志與特定疾病或疾病的特定階段相關。此類分析物包括但不 限于與下列疾病相關的分析物自身免疫性疾病、肥胖、高血壓、糖尿病、神經和/或肌肉退 行性疾病、心臟病、內分泌紊亂、代謝紊亂、炎癥、心血管病、膿血癥、血管生成、癌癥、阿爾茲 海默氏癥、運動并發癥及其組合。同樣感興趣的生物標志在一種或多種身體組織中以差異性豐度存在，包括心、肝、 前列腺、肺、腎、骨髓、血液、皮膚、膀胱、腦、肌肉、神經和受到各種疾病影響的選定組織，比 如各種癌癥(惡性的或非轉移性的)、自身免疫性疾病、炎性或退行性疾病。感興趣的還有能指示微生物、病毒或衣原體的分析物。示例性的微生物包括但不 限于細菌、病毒、真菌和原生生物。能用本發明方法檢測的分析物還包括血液中原來就有的 病原體，選自以下但不非限制性組上皮葡萄球菌、大腸桿菌、甲氧苯青霉素抗性的金黃色 葡萄球菌(MSRA)、金黃色葡萄球菌、人葡萄球菌、糞腸球菌、綠膿桿菌、頭狀葡萄球菌、沃氏 葡萄球菌、克雷伯氏肺炎桿菌、流感嗜血桿菌、模仿葡萄球菌、肺炎鏈球菌和白色念珠菌。能被本發明方法檢測的分析物還包括選自下列的各種性傳播疾病淋病(奈瑟淋 病)、梅毒(梅毒螺旋體)、衣原體(Clamyda tracomitis)、非淋菌性尿道炎(解脲支原體)、 酵母感染(白色念珠菌)、軟性下疳(杜克雷嗜血桿菌)、滴蟲病(陰道鞭毛滴蟲)、生殖器 皰疹(I和II型HSV)、HIV I, HIV II和甲、乙、丙、庚型肝炎，以及由TVV引起的肝炎。能被本發明方法檢測的其他分析物包括多種呼吸道病原體，包括但不限于，綠膿 桿菌、甲氧苯青霉素抗性的金黃色葡萄球菌(MSRA)、克雷伯氏肺炎桿菌、流感嗜血桿菌、金 黃色葡萄球菌、嗜麥芽寡養單胞菌、副流感嗜血桿菌、大腸桿菌、糞腸球菌、粘質沙雷氏菌、 副溶血嗜血桿菌、陰溝腸球菌、白色念珠菌、粘膜炎莫拉氏菌、肺炎鏈球菌、弗氏擰檬酸桿 菌、糞腸球菌、產酸克雷伯氏菌、熒光假單胞菌、腦膜炎奈瑟菌、產膿鏈球菌、卡氏肺孢子菌、 克雷伯氏肺炎桿菌、嗜肺軍團菌、肺炎微漿菌和結核桿菌。下面列出了本發明的其他示例性標志茶堿、CRP、CKMB, PSA、肌球素、CA125、黃體 酮、TxB2、6_酮-前列腺素Fl α、和茶堿、雌二醇、黃體生成素、甘油三酯、類胰蛋白酶、低密 度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇、膽固醇、IGFR。示例性的肝標志包括但不限于LDH、(LD5)、(ALT)、精氨酸酶1 (肝型)、甲胎蛋白 (AFP)、堿性磷酸酶、丙氨酸氨基轉移酶、乳酸脫氫酶和膽紅素。示例性的腎標志包括但不限于TNF-a受體、胱抑素C、脂籠蛋白型前列腺素D合 成酶(LPGDS)、肝細胞生長因子受體、多囊蛋白2、多囊蛋白1、纖囊素、尿調素、丙氨酸、氨基 肽酶、N-乙酰- β -D-氨基葡萄糖苷酶、白蛋白和視黃醇結合蛋白(RBP)。示例性的心臟標志包括但不限于肌鈣蛋白I (TnI)、肌鈣蛋白T(TnT)、CK、CKMB、 肌球素、脂肪酸結合蛋白(FABP)、CRP、D- 二聚體、S-100蛋白、BNP、NT-proBNP、PAPP-A、髓 過氧化酶(MPO)、糖原磷酸化酶同工酶BB(GPBB)、凝血酶激活的纖溶抑制因子(TAFI)、纖維 蛋白原、缺血修飾白蛋白(IMA)、心肌營養素-1和MLC-I (肌球蛋白輕鏈-I)。示例性的胰腺標志包括但不限于淀粉酶、胰腺炎相關蛋白(PAP-I)和再生基因蛋 白(REG)。示例性的肌肉組織標志包括但不限于肌肉生長抑制素。示例性的血液標志包括但不限于紅細胞生成素(EPO)。
示例性的骨標志包括但不限于，骨I型膠原交聯氨基末端肽(NTx)、骨膠原羧基端 交聯末端肽、賴氨酰吡啶啉(脫氧吡啶啉)、吡啶啉、抗酒石酸酸性磷酸酶、I型前膠原C前 肽、I型前膠原N前肽、骨鈣素(骨谷氨酸蛋白)、堿性磷酸酶、組織蛋白酶K、COMP (軟骨寡 聚基質蛋白)、骨素、護骨素(OPG)、RANKL、sRANK、TRAP 5 (TRACP 5)、成骨細胞特異性因子 1 (0SF-1，多效生長因子)、可溶性細胞黏附分子、sTfR、s⑶4、s⑶8、s⑶44和成骨細胞特異 性因子(0SF-2，骨膜素)。在一些實施方式中，本發明的標志是疾病特異性的。示例性的癌癥標志包括但 不限于，PSA(總前列腺特異性抗原)、肌氨酸酐、前列腺酸性磷酸酶、PSA復合物、前列腺 特異性基因-I、CA 12-5、癌胚抗原(CEA)、甲胎蛋白(AFP)、hCG(人絨毛膜促性腺激素)、 抑制素、卵巢 CAA C1824、CA27. 29、CA 15-3、乳房 CAA C1924、Her_2、胰腺、CA 19-9、癌 胚抗原、胰腺CAA、神經元特異性烯醇化酶、血管生長抑素DcR3(可溶性誘餌受體3)、內 皮抑素、Ep-CAM(MK-I)、游離的免疫球蛋白輕鏈κ、游離的免疫球蛋白輕鏈λ、赫斯達汀 (Herstatin)、嗜鉻粒蛋白Α、腎上腺髓質素、整合素、表皮生長因子受體、表皮生長因子受 體-酪氨酸激酶、腎上腺髓質素前體氨基端20肽、血管內皮生長因子、血管內皮生長因子受 體、干細胞因子受體、c-kit/KDR、KDR和中期因子。示例性的傳染病病癥包括但不限于病毒血癥、菌血癥、膿血癥。示例性的標志包 括但不限于PMN彈性蛋白酶、PMN彈性蛋白酶/α I-PI復合物、表面活性蛋白-D (SP-D)、 HBV核心抗原、HBV表面抗原、HBV核心抗體、HIV抗體、抑制性T細胞抗原、T細胞抗原比例、 輔助性T細胞抗原、HCV抗體、熱原、ρ24抗原、胞壁酰二肽。示例性的糖尿病標志包括但不限于，C-肽、血紅蛋白Ale、糖化白蛋白、晚期糖基 化終產物(AGE)、1，5-脫水山梨醇、抑胃肽、葡萄糖、血紅蛋白、ANGPTL3和4。示例性的炎癥標志包括但不限于類風濕因子(RF)、抗核抗體(ANA)、C-反應蛋白 (CRP)、克拉拉細胞蛋白(子宮珠蛋白)。示例性變態反應標志包括但不限于總IgE和特異性IgE。示例性的自閉癥標志包括但不限于血漿銅藍蛋白、金屬硫蛋白、鋅、銅、B6、B12、谷 胱甘肽、堿性磷酸酶和脫輔基_堿性磷酸酶(apo-alkalin印hosphatase)的活化。示例性的凝血功能紊亂的標志包括但不限于b_血小板球蛋白、血小板因子4、血 管假性血友病因子。在一些實施方式中，標志可以是治療特異性的。COX抑制劑包括但不限于 TxB2 (Cox-I)、6_ 酮-前列腺素 Fl α (Cox 2)、11-去氫血栓素-Ia(Cox-I)。本發明的其它標志包括但不限于，瘦素、瘦素受體、和前降鈣素原、腦SlOO蛋白、P 物質、8-異前列腺素F2a。示例性的衰老標志包括但不限于，神經元特異性烯醇酶、GFAP和S100B。營養狀態的示例性標志包括但不限于，前白蛋白、白蛋白、視黃醇結合蛋白(RBP)、 轉鐵蛋白、酰化刺激蛋白(ASP)、脂聯素、刺鼠色蛋白相關蛋白(AgRP)、血管生成素樣蛋白 4 (ANGPTL4, FIAF)、C-肽、AFABP (脂肪細胞脂肪酸結合蛋白，FABP4)、酰化刺激蛋白(ASP)、 EFABP(表皮脂肪酸結合蛋白，FABP5)、腸高血糖素、胰高血糖素、胰高血糖素樣肽-1、胰高 血糖素樣肽-2、生長激素釋放肽、胰島素、瘦素、瘦素受體、PYY、抵抗素樣分子(RELM)、抵抗 素、和sTfR(可溶性轉鐵蛋白受體)。
脂類代謝的示例性標志包括但不限于，載脂蛋白(數種)，Apo-Al、Apo-B、 Apo-C-CII、Apo-D、Apo-E。示例性的凝血狀態標志包括但不限于，因子I 纖維蛋白原，因子II 凝血素，因子 III 組織因子，因子IV 鈣，因子V 促凝血球蛋白原，因子VI，因子VII 血清凝血酶原轉變 加速因子前體，因子VIII 抗溶血因子，因子IX 克里斯馬斯因子，因子X 斯圖亞特因子， 因子XI 血漿凝血激酶前質，因子XII 哈格曼因子，因子XIII 纖維蛋白穩定因子、前激肽 釋放酶、高分子量激肽原、蛋白C、蛋白S、D-二聚體、組織型血纖維蛋白溶酶原激活因子、血 纖維蛋白溶酶原、a2-纖溶酶原抑制物、血纖維蛋白溶酶原激活因子抑制劑1 (PAH)。示例性單克隆抗體包括EGFR、ErbB2和IGFlR的單克隆抗體。示例性的酪氨酸激酶抑制劑包括但不限于，Abl、Kit、PDGFR、Src、ErbB2、ErbB4、 EGFR、EphB, VEGFR1-4、PDGFRb, FLt3、FGFR、PKC, Met、Tie2、RAF 和 TrkA。示例性的絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制劑包括但不限于，AKT、極光激酶A/B/B、⑶K、 CDK (pan)、CDK1-2, VEGFR2、PDGFRb、CDK4/6、MEK1-2、mTOR 和 PKC- β。GPCR靶包括但不限于，組胺受體、五羥色胺受體、血管緊縮素受體、腎上腺素受體、 毒蕈堿型乙酰膽堿受體、GnRH受體、多巴胺受體、前列腺素受體和ADP受體。在另一個實施方式中，提供一種監測一個以上用于評估治療劑的功效和/或毒性 的藥理學參數的方法。例如，治療劑可以包括具有治療效用和/或潛力的任何物質。這些 物質包括但不限于生物或化學化合物，比如簡單的或復合的有機或無機分子、肽類、蛋白質 類(如抗體)或多聚核苷酸類(如反義核酸)。一大批化合物可以合成，例如多聚體，例如 多肽和多聚核苷酸，以及基于各種核心結構的合成有機化合物，并且這些也可以包含在治 療劑內。此外，各種天然來源可以提供化合物進行篩選，例如植物或動物提取物等等。應該 理解，盡管沒有總是明確指出試劑是單獨使用的或與另一個試劑聯用的，而這另一個試劑 是與本發明篩選識別的試劑具有相同或不同的生物學活性。試劑和方法還可用于與其他治 療聯用。例如，小分子藥物通常用質譜進行檢測，質譜可能不精確。ELISA(基于抗體)測定 可以更為精確和準確。本發明的生理參數包括但不限于下列參數，例如溫度、心率/脈搏、血壓和呼吸速 度。藥效參數包括諸如蛋白質、核酸、細胞和細胞標志等生物標志的濃度。生物標志可以 指示疾病或藥物作用的結果。本發明的藥物動力學(PK)參數包括但不限于藥物和藥物代 謝物濃度。為了藥品的適當安全性和功效，非常需要對樣品體積的PK參數進行實時鑒定和 定量。如果藥物和代謝物的濃度落在了所需范圍之外，和/或由于藥物的非預期的反應產 生了非預期的代謝物，則需要立即行動來確保患者的安全。同樣地，如果在治療方案中藥效 (PD)參數落到了預期的范圍之外，也需要采取立即行動。能夠監測單個對象在一段時間內的分析物濃度或PD或PK參數的變化速率，或對 濃度、PD或PK參數進行趨勢分析，不論參數是藥物或它們代謝物的濃度，都能夠幫助避免 潛在的危險情況。例如，如果葡萄糖是感興趣的分析物，在給定時間在樣品中的葡萄糖濃度 以及在一段給定時間內葡萄糖濃度的變化率，在預測和避免諸如低血糖等事件中將會是非 常有用的。這樣的趨勢分析在藥物給藥方案中具有廣泛的益處。當涉及多個藥物和它們的 代謝物時，通常需要能對趨勢作圖并進行主動測定。在一些實施方式中，本發明提供幫助臨床醫生提供個性化醫學治療的商業方法。商業方法可包括通過監測生物標志隨時間變化的趨勢，在處方后對藥物治療進行監測。該 商業方法包括從接受藥物治療的個體收集至少一個藥理學參數，所述收集步驟通過將體液 樣品交給流體裝置中所含的反應物來進行，提供給所述個體是為了產生指示所述至少一個 藥理參數的可檢測信號；在所述個體的計算機醫療記錄的幫助下交叉參照所述個體的至少 一個藥理學參數，由此幫助所述臨床醫生提供個性化醫學治療。本發明的裝置、系統和方法可以對患者的藥理學參數進行自動化定量，并自動化 地將參數與包括被監測的參數歷史的患者醫療記錄、或與另一個對象組的醫療記錄進行比 較。用外部裝置實時監測分析物，該外部裝置存儲數據并進行各種類型的數據處理或算法， 例如，提供典型患者看護幫助的裝置，包括例如將當前患者數據與過去患者數據進行比較。 所以，本發明還提供了能有效進行至少一部分目前由醫務人員進行的患者監測的商業方 法。實施例1在本實施例中，采用本發明的裝置、方法和系統進行人VEGFR2的測定。本實施例 顯示了能在現場護理進行的一種測定。根據測定，本實施例中即VEGFR2測定，可以將測定 單元的捕獲表面包被在測定單元上。通過吸入和氣壓排出，使測定單元(用與圖3A的實施 例相似的注模聚苯乙烯制成)的內表面與一連串的包被試劑相接觸。向測定單元中吸入20 微升每一種包被試劑，并且在室溫孵育10分鐘。以連續使用的方式，本實施例中所用的包 被試劑是溶于碳酸鹽-碳酸氫鹽緩沖液(PH9)中的中性鏈親和素(NeutravidinJOyg/ mL)、溶于Tris緩沖鹽水(pH8)中的生物素化的“捕獲抗體”(針對VEGFR2的單克隆抗體， 20μ g/mL)、和溶于Tris緩沖鹽水中的含有3%牛血清白蛋白的“固定”試劑。在這一系列 的包被作用后，將測定單元暴露于干燥空氣中進行干燥，并且干燥保存。然后將用于分析的樣品分入測定單元中，用含有牛血清白蛋白和等壓蔗糖的50mM Tris緩沖液(pH8)溶液稀釋20分鐘。在含有共軛物的試劑單元中，向測定單元提供溶于 (畢爾斯戴博公司(Biostab)出品的)穩定劑中的含有250ng/mL(牛腸)堿性磷酸酶標記 的針對VEGFR2的單克隆抗體(與捕獲表面的抗體的特定表位相結合)的溶液10分鐘。當 共軛物與結合在捕獲表面上的分析物復合物結合之后，用試劑單元中的溶液(測定設計公 司(AssayDesigns)的商品化的洗滌緩沖液)洗滌測定單元。洗滌測定單元5次。然后移 動測定單元，收集并混合不同試劑單元中的另一個試劑，堿性磷酸酶的商品化的發光底物 (KPL Phosphaglo出品)溶液，并且孵育10分鐘。然后用本發明的檢測器組件檢測在測定 單元中進行測定反應。圖12顯示了用本實施例的方法得到的VEGFR2測定響應。X軸是VEGFR2濃度(pg/ mL)，y軸是相對發光(計數)。該曲線用于校準模塊化測定單元和試劑單元。實施例2用本發明的測定單元和試劑單元進行人PlGF的測定，用商品化的儀器讀取。平行 地，用同樣的試劑在原型閱讀器中在一次性檢測盒內進行試驗(如下所述)。分析物濃度分 別為0、4、80和400pg/mL。用如圖13所示的檢測來校準進行人PlGF測定所需的測定單元 和試劑單元。實施例3磁珠是邦氏實驗室公司(Bangs Laboratories)的直徑1. 3 μ m的BioMag磁性顆粒。磁珠(由廠商)用抗兔IgG包被。磁珠以14mg/mL分散在含有3%牛血清白蛋白和> =1. 15mg/mL的兔抗人紅血細胞IgG(賽達蘭公司CedarLane出品)的Tris緩沖蔗糖(或 Tris緩沖鹽水)中。等分試樣(IOyL該分散體)分配到錐形管中，并且凍干(在液氮中 冷凍且在_70°C凍干約24小時)，然后插入到檢測盒機架的槽中。兔抗體與紅細胞和抗兔 IgG包被的磁珠都結合，并形成共凝集的磁珠和紅細胞。加入20 μ L全血重新懸浮凍干的磁珠小球，然后在錐形管內吸_排分散至少8次 (約1. 5分鐘)。通過將尖端放入一個水平取向的強磁場中，分離血液。典型地，從20 μ L血樣中回 收SyL基本不含紅細胞、看不到溶血的血漿(70%產率)。與不接受磁場分離的血漿相比， C蛋白、VEGF, P1GF、胰島素、GIP和GIP-I等分析物的回收率接近100%。實施例4可以在本發明的系統中進行分析物的待分析樣品的連續稀釋。C-反應蛋白(CRP) 是一個急性期標志。正常水平是在上限的ng/ml水平到下限的yg/ml水平的范圍內。在 任何急性疾病過程中，人肝臟產生CRP，血液中的水平升高至數百微克/毫升。由于待測分 析物的變動范圍大(> IO5倍)，用現有技術POC分析系統檢測CRP存在問題。開發出本發明的系統，本發明系統包括液體轉移裝置和具有測定單元和試劑單元 陣列的檢測盒或裝置。將有單克隆抗-CRP抗體結合在其內表面上的測定尖端安到檢測盒 上，同時還有檢測抗體溶液(堿性磷酸酶標記的單克隆抗-CRP抗體，與尖端中的抗體具有 不同的表位特異性)、洗滌溶液和KPL公司出品的化學發光堿性磷酸酶底物。為了測定CRP，對預先稀釋的CRP溶液不再進一步稀釋，裝載到檢測盒上。用系統 處理檢測盒。將CRP溶液(ΙΟμυ、探測抗體(12μυ依次吸入到尖端中，34°C孵育10分鐘， 然后棄去。通過四次吸入20 μ L洗滌液清洗尖端，然后將15 μ L底物吸入到尖端中。37°C 處理10分鐘后，用儀器測量5秒鐘的光發射。如圖14所示，CRP濃度對測定信號(光子計 數)作圖，數據符合其下所示的5項多項式函數，形成如圖14所示的校準函數。實施例5在本發明的系統和裝置中，用含有高度濃縮的分析物的樣品的連續稀釋進行實 驗，以獲得明確的測定響應。在檢測盒中裝載20μ L的CRP溶液，用儀器進行連續稀釋(分 別為1 50、250、750和1500倍稀釋)。然后向實施例4那樣處理稀釋后的溶液。當稀釋 后的CRP濃度超出測定的校準范圍(300ng/mL)時，看到的是下降的響應(示于下方，數據 來自兩臺儀器)。可以用Scathard結合等溫線的變型(S/Smax = C/(C+C0. 5)作為圖15所示響應 的模型。該變型假定，測定響應與檢測抗體的濃度成線性正比關系，就像本實施例的情況 (結果未顯示)一樣。稀釋的樣品中的任何CRP遺留物在轉入到下一個試劑(檢測抗體) 中時，都會迅速地與試劑發生反應，使之無法再與結合在固相抗體上的抗原相結合。有效濃 度的下降與CRP遺留物成正比下降，并且可以用系數(D-C*f)/D解決。因此，S= Smax*(C/(C+C0. 5))*(D_C*f)/D，其中 S 是測定信號，Smax 為信號最大 值(對應于無遺留物的情況)，c為分析物的濃度，CO. 5為最大信號(無遺留物)一半時的 濃度，D為檢測抗體的濃度，f是遺留物分數。用于擬合數據的值，來源于通過將數據與模型之擬合的最小平方差的最小化技術
45對下列四個參數的優化。可以從圖15看出，獲得了極佳的擬合，且參數Smax、CO. 5和D的 值(參見表2)接近于根據達到的最大信號、測得的CO. 5和已知的檢測抗體的濃度能夠估 算出來的值。該模型估算的遺留物限度為0.034% (十進制3. 83E-04)。表1 描述兩相CRP測定響應的模型的最佳擬合參數 隨后根據每個測定尖端中達到最終濃度所用的稀釋情況查看數據，對于每一個稀 釋水平，響應擬合相同的響應，如圖16所示，表明稀釋是準確的和精確的。在此描述的模型能用來計算任何給定稀釋的響應并建立算法，以確保在任何尖端 中的分析物濃度都在可以校準的范圍內。圖17顯示了代表數據的圖形，其中，針對稀釋度 1 1(實線)、5 1(劃線)和25 1(點線)，用歸一化的測定響應(B/Bmax)對歸一化 的濃度(C/C0. 5)的對數作圖。圖18和19顯示了在不同的歸一化濃度時與圖17相似的實 施例。可以用簡單的模式識別算法來鑒別對于高濃度樣品有效的數據。例如，對于大多數 劑量-響應而言，信號隨著稀釋而降低。當任何稀釋度的信號等于或超過下一個更高稀釋 度的信號時，較低稀釋度的結果被棄去。在另一個實施例中，使用如實施例4所示的校準函 數推導出的濃度，應當在系統不精確度的范圍之內對應于已知稀釋度。如果為低稀釋度計 算出的濃度低于對應于較高稀釋度計算得到的濃度，則較低稀釋度的結果被棄去。當測定的劑量-響應接近最高值時，濃度對信號的斜率(AC/Δ S)增大。對于信 號的相對偏差(AS/S)基本恒定的試驗(例如所述系統的一些實施例)而言，這就等于在 較高濃度下計算得到的濃度結果產生了較大的偏差。在本發明中，稀釋或連續稀釋能夠提 供一種濃度精確性，就如同免疫測定在顯著地高于(例如> 10倍)空白(無分析物)的信 號、但又不接近于最大信號(例如<0.3*最大信號)的信號水平上所實現的那樣。連續稀 釋能夠使測試信號落在這個范圍之內。通過從不同的稀釋度對分析物濃度進行幾次估算，可以得到一個平均值。也可以 通過對一個稀釋水平進行重復測定來獲得平均值。在一些實例中，本發明的方法、系統和 裝置提供的連續稀釋方法，通常能夠消除由于稀釋作用的非線性所導致的誤差，因為有了 (例如)樣品的矩陣效應。實施例6熒光素是一種廣為人知的化學品，已知有對該分子有特異性的高親和力抗體。通 過將若干個熒光素部分連接到諸如白蛋白等蛋白質上，就創造了一種能用ELISA檢測的人 造分析物。這個實施例是建立在微量滴定板上的，以便顯示這種測定的可行性，并且可以很方便的轉化成本發明的裝置或系統。在384孔微量滴定板的孔上連接抗熒光素單克隆抗體，形成捕獲表面。通過向孔 中添加一系列的溶液，然后在必要時在每個階段于室溫下孵育10分鐘，來完成測定。向孔 中加入30 μ L已知濃度的商品化的比例為每個分子合5個熒光素的熒光素標記牛白蛋白 (樣品)制劑。在機械移除樣品后，加入30μ L濃度為lOOng/mL的堿性磷酸酶標記的抗-熒 光素(檢測抗體)。在移除檢測抗體后，各個孔用40 μ L洗滌溶液(“洗滌緩沖液”目錄號 #80-1351 [測定設計公司(Assay Designs)，地址密歇根周安阿伯市]，使用前1 20稀 釋)清洗3次。然后加入PhoSphaGL0TM(40 μ L)底物，在M5分光照度計中讀取測定響應0. 5 秒鐘。測定響應顯示在圖20中。熒光素標記白蛋白(5 4 1^，各種濃度，最高801^/1^)溶解在含有31^/1^牛白蛋白 的Tris-緩沖鹽水(緩沖液)中，放入聚丙烯管中，并且通過暴露于低濕度空氣中過夜進行 干燥。確認是否已經完全干燥，方法是通過在干燥前后稱量多個管子的重量，驗證合適的重 量損失，并且實現幾乎恒定的最終重量。通過加入5 μ L 7jc、20 μ L人血清和180 μ L緩沖液 并且混合，對分析物進行回收。通過將分析物溶液的5 μ L等分試樣與20 μ L血清和180 μ L 緩沖液混合，來進行對照實驗。用在此描述的試驗對分析物回收液進行檢測。如下所示，測定信號(和分析物)的 回收在所有的濃度都基本上是定量的。需要能有較好的回收率(> 90% )，而且是精確的 (回收的CV < 2% )。在某些實例中，因分析物的濃度低而試劑過量時，試驗的劑量-響應 在感興趣的范圍內是線性的。例如，當捕獲表面具有足夠的抗原結合能力以致于即使分析 物在最高濃度時，在結合反應的終點也只有中等比例(例如，<30%)的位點被占據，就可 以獲得線性的試驗劑量-響應。在本發明中，ng/mL級的分析物以及孵育時間較短(例如 <30分鐘)的測定，可以通過前述的對捕獲表面的包被來達到這樣的條件。在另一個實施 例中，檢測抗體的濃度足夠高以致于在檢測抗體的孵育過程中濃度并沒有明顯的耗盡(例 如，在最高抗原水平下，< 30%的試劑結合到表面上)，可以使用濃度為約5-lOOng/mL的盡 測抗體來滿足這樣的條件。在又一個實施例中，可以通過形成小于盡測抗體線性響應范圍 的信號(例如采用高達約400萬光子/秒的PMT)，來獲得線性的試驗劑量_響應。如本發 明所述，系統和方法可以落在這個范圍內。在又一個實施例中，可以通過形成高得足以精確 測定的水平的信號(例如，光子計數度高于約每秒1000次)，來獲得線性試驗劑量_響應。測試尖端(如本發明所述)通過連續吸入下列試劑進行包被20yL溶于pH 9 的碳酸鹽緩沖液中的Syg/mL的兔抗抗-熒光素(分子探針公司(MolecularProbes) A#6413) ,20 μ L溶于ρΗ 8的Tris緩沖鹽水中的3 %牛白蛋白，和20 μ L的2. 5 μ g/mL熒光 素標記的牛白蛋白(西格瑪-奧德里奇公司(Sigma-Aldrich)A9771)，每次加入后孵育10 分鐘再將液體排出。然后通過向尖端中吸入溶于PH 8的Tris緩沖鹽水的牛白蛋白洗滌3 次，再用溶于PH 8的Tris緩沖鹽水中的3%牛白蛋白孵育。然后如在此所述對尖端進行 干燥。用這些尖端對含有羊抗抗-熒光素的測試樣品進行測定，方法是依次用下列試劑的 20 μ L等分試樣進行孵育溶于含3%的BSAWpH 8 Tris緩沖鹽水中的羊抗抗-熒光素 (樣品)，lOOng/mL堿性磷酸酶標記的兔抗羊熒光素的Stabilzyme (商品化的溶劑)溶液， 用洗滌緩沖液洗滌4次，PhosphaGLO 堿性磷酸酶化學發光底物，每次在室溫下孵育10分 鐘。對試驗進行評估，方法是通過將每個尖端放在與微量滴定板平臺相配的客戶改良的框架中，用采用分子設備公司(MolecularDevices)的M5照度計中的光電倍增管的儀器測定 約10秒鐘內產生的光子，結果顯示在圖21中。在本實施例中，圖21顯示了如圖20所示相 類似的線性響應。表2 候選對照分析物的試驗配置 實施例7本實施例顯示了用本發明的測試尖端按照以下方式進行CRP免疫測定時其響應 的可預測性最初添加試劑，除出反應產物，洗滌尖端，然后重新引入一些或所有的測試組 分。試驗的順序是將尖端在原型儀器中在34°C依次用下列試劑孵育10分鐘(1)樣品(CRP0. 3、3、30、150和300 μ g/mL)，用儀器稀釋500然后2000倍；(2)堿性磷酸酶標記的兔抗 羊IgG[“ Dab “ ] (5ng/mL)，然后洗滌3次；(3) PhosphaGLO 堿性磷酸酶化學發光底物[“ 底物"]。在第3步后，用能讀取10秒鐘內光子產生率的若干個儀器來完成實驗。最終的 (尖端內)CRP 濃度為 0. 15,0. 6,1. 5、6、15、60、75、300 和 600ng/mL，而且發光水平從 2000 到600000個/0. 5秒范圍內。在一些實驗中，在測定步驟3后，棄去反應產物，并且重復步 驟3(菱形和實線)、步驟2+3 (方形和劃線)或步驟1+2+3 (三角形和點線)，結果如圖22 所示作為經過再加工的測定信號對原始測定信號的圖。經過再加工的測定信號與原始測定信號線性相關(成正比)。第二底物的添加給 出了比原始信號更高的信號，而其中同時引入Dab和底物的再加工試驗，或者是樣品、Dab 和底物全都重新引入的再加工試驗，給出了比原始信號低的信號。在采用本方法的一個實 施例中，按試驗順序對所有步驟進行審查，進行質量監控，以期了解這些步驟是否根據試驗 步驟的第一和后續反復之間的預期關系依次進行、不出所料。例如，如在此所述，如果一個試驗步驟未能正常進行，那么或者是將試驗結果作為 不正確內容而棄去，或者用后面的重復得到的結果作為正確的試驗響應。在本發明的系統中進行了 C反應蛋白的免疫測定。6個等價的測定尖端依次 用樣品(200ng/mL CRP)、堿性磷酸酶標記的兔抗羊IgG抗體進行孵育且隨后洗滌、用 PhosphaGLO 堿性磷酸酶化學發光底物一起孵育。孵育是在34°C進行10分鐘。用3個儀 器進行實驗，這些儀器還能讀取10秒鐘內光子的產生率。檢測到每0. 5秒的讀取時間內平 均約40000次計數(光子)。在本實施例中，在儀器3中尖端1和2的發光水平給出了如表 3所示的明顯不同的結果。然后用儀器洗滌尖端，并且引入新的PhosphaGLO 底物(吸取 2)。表中的結果用每個尖端的發光率對每個儀器上6個尖端的平均值的比例。在第二次吸 取后，在儀器3中尖端1和2給出了與其他4個尖端相符合的結果，說明無論是什么導致了 尖端1和2信號變低，問題都已經得到了矯正。表3 從故障吸頭恢復合適的信號
權利要求
一種用于自動化檢測體液樣品中分析物的檢測盒，包括可編址的測定單元陣列，用于進行產生指示所述分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；和可編址的試劑單元陣列，其中，所述陣列中的各可編址試劑單元被編址為對應于所述測定單元陣列中的各可編址測定單元，其中，在將諸陣列安裝到檢測盒中之前，所述各試劑單元參照所述對應的各測定單元進行校準。
2.一種用于自動化檢測體液樣品中分析物的檢測盒，包括 用于接收所述體液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列，用于從所述樣品收集單元中接收一部分的樣品、并且進行能夠產生指 示所述樣品中分析物存在的可檢測信號的化學反應；和 試劑單元陣列，含有用于進行所述化學反應的試劑；其中所述測定單元陣列中的各測定單元和所述試劑單元陣列中的各試劑單元被設計 成可移動進入流體連通，從而使進行所述化學反應的試劑能與所述部分的樣品在測定單元 中相接觸。
3.如權利要求1所述的裝置，還包括用于接收體液樣品的樣品收集單元。
4.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述各試劑單元用于接受一個可移動的 測定單元。
5.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述各測定單元包含測定尖端。
6.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述各測定單元用于進行免疫測定。
7.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述體液樣品為血液樣品。
8.如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述樣品收集單元用于接受約20微升 或更少體積的體液樣品。
9.如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述樣品收集單元用于接受一滴血液量 的體液樣品。
10.如權利要求1或2所述的裝置，還包括預處理單元，用于回收所述體液樣品的一部 分來進行檢測分析物的化學反應。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述體液是全血樣品，而所述部分是血漿。
12.一種自動化檢測體液樣品中分析物的系統，包括 a如權利要求1或2所述的裝置；和b用于檢測指示分析物存在與否的可檢測信號的檢測組件。
13.如權利要求12所述的系統，還包括用于將所述各測定單元從第一位置移動到第二 位置的可編程的機械裝置。
14.如權利要求12所述的系統，還包括液體轉移裝置。
15.如權利要求14所述的系統，其特征在于，所述液體轉移裝置是移液管。
16.如權利要求14所述的系統，其特征在于，所述液體轉移裝置是自動化的。
17.如權利要求12所述的系統，還包括用于傳遞基于待測分析物的協議的通信組件。
18.如權利要求12所述的系統，還包括用于接受所述各測定單元的加熱模塊。
19.如權利要求12所述的系統，還包括磁性模塊。
20.一種自動化檢測體液樣品中多個分析物的系統，包括 流體裝置，包括用于容納體所述液樣品的樣品收集單元；測定單元陣列，其中，所述測定單元陣列的各測定單元設計成用于進行產生指示所述 多個被測分析物中各分析物的信號的化學反應；和試劑單元陣列，其中，所述試劑單元陣列中的各試劑單元含有試劑；和 液體轉移裝置，包括多個頭，其中，所述多個頭中的各個頭用于接合所述各測定單元; 且其中所述液體轉移裝置包含可編程的處理器，用于引導體液樣品從樣品收集單元和試劑 從所述各試劑單元轉移到所述各測定單元中去的液體轉移。
21.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述處理器引導液體轉移的設計使所述 體液樣品在所述測定單元陣列中進行一定程度的稀釋作用，使得指示被檢測的多個分析物 的信號落在可檢測的范圍內，從而得以用所述裝置檢測所述多個分析物。
22.如權利要求21所述的系統，其特征在于，所述體液樣品包括至少兩個其濃度相差 至少2個數量級的分析物。
23.如權利要求21所述的系統，其特征在于，所述體液樣品包括至少兩個其濃度相差 至少5個數量級的分析物。
24.如權利要求22所述的系統，其特征在于，所述程度的體液樣品的稀釋作用使得指 示所述至少兩個分析物的信號落在可以檢測的范圍內。
25.如權利要求21所述的系統，還包括用于檢測可檢測范圍內的信號強度的檢測器。
26.如權利要求25所述的系統，其特征在于，所述檢測器是光電倍增器。
27.如權利要求26所述的系統，其特征在于，所述可檢測范圍是每秒約一千到一百萬 次計數。
28.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述體液樣品少于約20微升。
29.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述體液樣品是一滴血液。
30.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述一個頭被設計成附著在所述一個測定單元上。
31.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述一個測定單元提供一個免疫測定反 應位點。
32.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述一個測定單元為移液管尖端。
33.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述液體轉移裝置是移液管。
34.如權利要求33所述的系統，其特征在于，所述移液管是空氣置換式移液管。
35.如權利要求20所述的系統，其特征在于，所述液體轉移裝置還包括一個與可編程 處理器通信的電動機。
36.如權利要求35所述的系統，其特征在于，所述電動機基于來自所述可編程處理器 的協議移動所述多個頭，可任選地，其中所述可編程處理器對從外部裝置傳來的協議作出 響應。
37.一種自動化檢測全血樣品的血漿部分中的分析物的系統，包括a自動接受并處理全血樣品以產生血漿部分的裝置，在該裝置上從所述血漿部分產生 指示感興趣的分析物存在與否的可檢測信號；和b用于檢測所述指示分析物存在與否的可檢測信號的檢測組件。
38.一種檢測體液樣品中分析物的方法，包括 a向如權利要求1或2所述裝置提供血液樣品；b讓所述樣品在至少一個測定單元中發生反應；和 c檢測由所述體液樣品中的所述分析物產生的所述可檢測信號。
39.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述體液樣品是血液，所述方法還包括從 血液中回收血漿。
40.一種按需裝配用于自動化檢測體液樣品中分析物的檢測盒的方法，其中，所述裝置 包括一個機架，所述機架包括可編址的測定單元陣列，其中所述陣列的各測定單元用于進 行能夠產生指示分析物存在與否的可檢測信號的化學反應；和可編址的試劑單元陣列，其 中所述陣列的各試劑單元被編址成對應于各測定單元；所述方法包括(i)根據待測分析物，將可尋址的測定單元陣列放置在機架上，其中，所述陣列的各個 測定單元設計成用于進行檢測感興趣的最終用戶要求的分析物的化學反應；(ii)根據待測分析物，將試劑單元陣列放置在機架上，其中，所述陣列的各個試劑單元 對應于所述各個測定單元；和(iii)在裝置的機架內固定⑴和(ii)的陣列。
41.如權利要求40所述的方法，還包括選擇待測的分析物。
42.如權利要求40所述的方法，還包括密封所述檢測盒。
43.如權利要求40所述的方法，還包括用一個指示待測分析物的可讀標簽來標記所述 檢測盒。
44.如權利要求43所述的方法，其特征在于，所述可讀標簽是條形碼或RFID。
45.一種自動化檢測體液樣品中的多個分析物的方法，包括a向流體裝置提供體液樣品，其中，所述流體裝置包括用于容納體液樣品的樣品收集 單元；測定單元陣列，其中，所述測定單元陣列的各個測定單元設計成用于進行產生指示所 述多個被測分析物中各分析物的信號的化學反應；和試劑單元陣列，其中，所述試劑單元陣 列的各個試劑單元包含試劑；b用液體轉移裝置接合所述各測定單元；c用所述液體轉移裝置將體液樣品從樣品收集單元轉移到所述各測定單元；和 d將所述試劑從所述各試劑單元轉移到所述各測定單元，由此使試劑與體液樣品反應， 產生指示被檢測的多個分析物中各分析物的信號。
46.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述液體轉移裝置包括多個頭，其中所述 多個頭中的各個頭用于接合所述各個測定單元；并且其中所述液體轉移裝置包括可編程處 理器，用于引導體液樣品從樣品收集單元以及試劑從所述各試劑單元轉移到所述各測定單 元中去的液體轉移。
47.如權利要求46所述的方法，還包括向所述可編程處理器提供指令。
48.如權利要求47所述的方法，其特征在于，所述指令引導向所述各測定單元轉移體 液樣品的步驟。
49.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述轉移體液樣品的步驟在所述各測定 單元中引發一定程度的體液樣品的稀釋作用，使得指示被檢測的多個分析物中各分析物的信號落在可檢測的范圍內。
50.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述體液樣品包含至少2個其濃度相差至 少2個數量級的分析物。
51.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述體液樣品包含至少2個其濃度相差至 少5個數量級的獨立分析物。
52.如權利要求50所述的方法，其特征在于，所述程度的體液樣品的稀釋作用使得指 示所述至少2個分析物的信號落在可檢測的范圍內。
53.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述可檢測的范圍是用光電倍增器檢測 的，且為每秒約1000到約1百萬次計數。
54.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述體液樣品少于約20微升。
55.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述體液樣品是一滴血液。
56.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述各試劑單元中的試劑是用于免疫測 定的酶底物。
57.如權利要求56所述的方法，還包含在產生指示被檢測的多個分析物中各分析物的 信號的反應完成之后，重復從所述各試劑單元中轉移試劑的步驟，由此發生產生指示所述 各分析物的第二信號的第二反應。
58.如權利要求57所述的方法，其特征在于，對所述指示所述各分析物的信號強度和 第二信號的第二強度求平均值，以便計算指示所述各分析物的信號的最終強度。
59.一種測定生物液樣品的體積的方法，包括a使所述樣品中已知量的對照分析物與試劑反應，產生指示所述對照分析物的量的可 檢測信號；以及b將所述可檢測信號與預期的可檢測信號相比較，其中所述預期信號指示所述樣品的 預期體積，其中所述比較提供被檢測的所述樣品的體積的量度。
60.如權利要求59所述的方法，其特征在于，通常在所述樣品中不存在可檢測量的所 述對照分析物。
61.如權利要求59所述的方法，還包括當所述樣品體積的測定值在樣品預期體積的約 50 %之內時，驗證所述樣品的體積。
62.如權利要求59所述的方法，還包括a使含有目標分析物的體液樣品與試劑發生反應，產生指示目標分析物的可檢測信號；和b基于指示目標分析物的所述可檢測信號，和所述液體樣品的體積的測定值，測定體液 樣品中目標分析物的量。
63.如權利要求59所述的方法，其特征在于，所述液體樣品和體液樣品是同一樣品。
64.如權利要求59所述的方法，其特征在于，所述對照分析物不與體液樣品中的目標 分析物發生反應。
65.如權利要求59所述的方法，其特征在于，所述液體樣品和體液樣品是不同的液體樣品。
66.如權利要求59所述的方法，其特征在于，對照分析物選自下組白蛋白、熒光素、 IgG、C蛋白、熒光素標記的白蛋白、熒光素標記的IgG、抗-熒光素、抗-地高辛、地高辛標記的白蛋白、地高辛標記的IgG、生物素化的蛋白和非人IgG。
67.如權利要求59所述的方法，其特征在于，所述方法在如權利要求12或19所述的系 統中實施。
68.一種從血液樣品中回收血漿的方法，包括a 在樣品收集單元中將血液樣品在可磁化顆粒存在下混合，其中，所述可磁化顆粒包 括用于結合血液樣品中的非血漿部分的抗體捕獲表面；以及b 在血漿收集區域上方向混合后的血液樣品施加一個磁場，使血液樣品的非血漿部 分的懸浮在血漿收集區域的頂部。
69.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述樣品收集單元是毛細管。
70.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述血液樣品小于約20微升。
71.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所回收的血漿小于約10微升。
72.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述血液樣品未經稀釋。
73.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述混合在存在未結合到固體表面的抗 體的情況下進行。
74.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述混合包括通過注射作用進行混合。
75.如權利要求68所述的方法，其特征在于，所述方法在如權利要求12或19所述的系 統中實施。
76.一種用自動化免疫測定檢測全血樣品的血漿部分中存在的分析物的方法，包括a向設計成在機內自動接收并處理全血樣品以產生血漿部分的裝置提供全血樣品，從 該血漿部分在機內產生指示感興趣的分析物存在與否的可檢測的信號；b檢測所述指示在所述體液樣品中分析物存在與否的信號；和c將(b)的結果傳送給最終用戶。
77.如權利要求76所述的方法，其特征在于，所述免疫測定是ELISA。
78.如權利要求76所述的方法，其特征在于，所述結果是以無線方式傳送的。
全文摘要
本發明提供用于現場護理的裝置和系統。本發明的方法和裝置涉及自動檢測體液中的分析物。裝置組件是模塊化的，可以配合公開的方法靈活且可靠地用于各種醫學應用中。
文檔編號G01N33/48GK101874205SQ200880118646
公開日2010年10月27日 申請日期2008年10月2日 優先權日2007年10月2日
發明者A·J·紐金特, E·A·霍姆斯, G·弗倫澤爾, I·吉本斯, T·伯德 申請人:賽拉諾斯股份有限公司