基于無線通信設備的檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開內容涉及信息管理、目標檢測和決定支持領域，更具體的，涉及組合條碼技 術與無線通信設備，例如智能手機、平板電腦、個人設備助手或計算機技術來獲得和分析并 傳輸數據的系統和方法。特別的，本發明將條碼技術與無線通信設備技術進行組合以設計 一種基于芯片的多路檢測系統，來分析和追蹤疾病標志物、病原體、污染物或感興趣的其他 有機或無機目標的存在，并將收集的數據無線傳輸至指定位置或多個位置。
【背景技術】
[0002] 互聯網技術、社交媒體和智能手機已經顯著改變了全世界人群的交流方式。世界 的一部分發生的事件的相關信息可以即刻在全球傳播。然而，這些新興交流策略尚未與檢 測設備充分整合以簡化檢測過程并允許對病原體、疾病標志物、污染物或其他感興趣的有 機或無機目標進行全球監控。在與疾病相關的實例中，由于成本限制、對穩定并復雜的基礎 設施的需求、設備規模和對能夠解讀診斷結果的熟練技術人員的需要，世界上很多人生活 在不能獲得新興的分子檢測系統的資源貧乏的環境中（1-3)。結果，未診斷或誤診斷的 疾病會傳播并變得藥物耐受，導致經濟負擔、發病和死亡。將諸如智能手機一一其購買量在 2011年達到全球59億臺（4) 一一和平板電腦等的無線通信設備與最先進的多路檢測設備 相整合將減輕這些問題，并允許對疾病或污染物傳播的全球監控。
[0003] 至今，"智能"移動設備例如智能手機僅被用于成像側流免疫分析上的測試線、熒 光素標記的細菌和組織染料（5 - 7)。然而，由于差的分析靈敏度，這些成像技術不能檢測感 染或污染早期，也不能以高通量的方式檢測不同菌種或病原體，因為它們不能同時檢測多 個生物標志物。為了克服這些限制，已有人努力將手機技術與例如測流免疫分析和分子病 理學的簡單護理點（point-of-care)設備進行結合（4 - 8)。但是這些技術具有差的分析靈 敏度和受限的多功能。雖然文獻中公開了組合的智能手機和成像技術，但是在將例如智能 手機和平板電腦的無線通信設備技術與能夠增加檢測過程通量并能夠同時檢測例如病原 體或污染物菌種或突變的多個目標的更復雜的目標檢測方案進行偶聯方面仍存在巨大挑 戰。
[0004] 條碼技術的一個例子，量子點（QD)條碼技術，在分子檢測中是通用的，并能夠檢 測多個目標，包括基因組或蛋白質組目標（12 - 14)。由于在例如用于創建條碼的微珠中引 入了不同的發射QD，每個條碼可包括一個獨特的光學特征。然后使該條碼綴合配體，所述配 體能夠特異性結合并鑒別例如分子、病原體標志物、污染物或整個病原體的感興趣的目標。 隨著條碼（初級標簽）鑒定了感興趣的目標，次級標簽在目標上的結合表明通過條碼配體 對目標進行了成功捕捉。包括初級標簽/條碼信號和次級標簽信號的光學特征顯示對樣品 中感興趣的目標的陽性檢測。在點護理檢測中使用這些條碼的一個挑戰是需要熟練技術人 員來運行該檢測，因為微珠數量、孵育時間和微珠穩定性的微小差異可能影響分析結果。將 這些條碼整合至一個芯片上的能力將減輕這些問題。在芯片上整合的微珠目前被用于序列 分析，但是最終芯片的成本很高，因為微珠被整合在光學纖維的末端（15)。因而，目前的熒 光微珠整合技術對于在遠程或資源受限環境下的常規檢測應用而言是不劃算的。
[0005]目前尚沒有能夠有效地同時檢測多個感興趣目標的將無線通信設備和條碼技術 進行組合的系統。特別的，目前尚沒有能夠有效并同時檢測多個污染物或病原體并將污染 物或病原體種類進行區分的將無線通信設備和條碼技術進行組合的系統。因此，本發明的 一個目標是提供一種組合條碼技術和便攜式無線通信設備技術的系統，以同時檢測多個目 標，例如污染物、疾病標志物、病原體、突變、肽、基因組目標、多糖和其它可能感興趣的有機 或無機目標。
[0006] 本發明進一步的一個目標是提供一種組合便攜式無線通信設備技術和條碼技術 的系統和方法，且該系統和方法適于收集來自樣品的信息、分析該信息并使用分析結果來 同時鑒定多個感興趣的目標。
[0007] 本發明進一步的一個目標是提供一種組合便攜式無線通信設備技術和條碼技術 的系統和方法，且該系統和方法能夠將收集的信息無線傳輸至遠程站點用于存儲或對信息 進行進一步分析。
[0008] 本發明進一步和其它的目標將從下述發明概述、發明討論和實施方式及其實施例 中實現。
【發明內容】
[0009] 在本發明中提供了系統和方法，其組合了無線通信設備和條碼多路檢測系統，例 如量子點條碼，以能夠同時檢測多個有機和無機的感興趣的目標，包括樣品中的病原體、病 原體標志物、肽、蛋白質組和基因組目標、多糖、有機和無機分子等等。本發明的系統允許使 用具備相機以對來自多路檢測系統的光信號進行成像的便攜式無線通信設備對多個感興 趣的目標進行定量分析。本發明的系統和方法的無線功能允許它們被用于遠程設置，能夠 對收集的數據和結果進行無線傳輸用于存儲和/或在遠程位置的進一步解讀，并允許對目 標進行繪圖和監控。進一步，本發明的系統和方法允許全球實時監控病原體或污染物擴散 和迀移，并能夠潛在地簡化流行病學繪圖。
[0010] 在一個實施方式中，本發明涉及用于同時鑒定多個感興趣的目標的檢測系 統。在一個實施方式中，該系統包括：(a)多路探測器，包括不同的初級和次級標簽群 (population)，每個初級標簽群被結合至特異性針對感興趣的目標的配體，當暴露于激發 源時，每個初級標簽群能夠發射對應于結合的目標特異性配體的第一信號，且當暴露于激 發源時，次級標簽能夠結合至目標特異性配體并發射第二信號，在感興趣的目標的存在下， 一個群的第一和第二信號的組合產生了一個總信號；和（b)便攜式無線通信設備，包括： (i)用于捕捉第一和第二信號的圖像捕捉裝置，和（ii)用于分析所捕捉的信號的處理裝 置，從而當捕捉到對應所述目標的總信號時發生對感興趣的目標的鑒別。
[0011] 在本發明系統的一個實施方式中，初級和次級標簽包括條碼、金屬、半導體或基于 有機物的納米結構或分子、有機染料或其組合。
[0012] 在本發明系統的另一個實施方式中，配體包括基于核苷酸的配體、基于氨基酸的 配體、基于多糖的配體、基于蛋白質的配體、抗原、抗體、和激素或其它有機或無機分子。
[0013] 在本發明系統的另一個實施方式中，第一和第二信號是光信號，且其中系統進一 步包括用于激發初級和次級標簽的激發源，和用于從激發的初級和次級標簽收集發射光信 號的光學裝置。
[0014] 在本發明系統的另一個實施方式中，第一和第二信號是光信號，且其中便攜式無 線通信設備進一步包括用于激發初級和次級標簽的激發源和用于從激發的初級和次級標 簽收集發射光信號的光學裝置。
[0015] 在本發明系統的另一個實施方式中，初級標簽是條碼。
[0016] 在本發明系統的另一個實施方式中，條碼被偶聯至靜態基質或通過動態基質在溶 液中流動。
[0017] 在本發明系統的另一個實施方式中，基質是靜態基質，包括具有（i)能夠接收多 路檢測系統的多個缺口的表面或（ii)其上沉積多路檢測系統的基本上平的表面。
[0018] 在本發明系統的另一個實施方式中，基質是選自玻璃、紙、纖維素或塑料的靜態基 質。
[0019] 在本發明系統的另一個實施方式中，基質是動態基質，該動態基質包括微通道或 毛細管網。
[0020] 在本發明系統的另一個實施方式中，基質包括具有能夠接收條碼和次級標簽群的 多個缺口的表面或其上沉積條碼和次級標簽的基本上平的表面。
[0021] 在本發明系統的另一個實施方式中，第一和第二信號是光信號，且其中該系統進 一步包括物鏡裝置用于收集第一和第二光學信號。
[0022] 在本發明系統的另一個實施方式中，無線通信設備包括通信裝置，用于向遠程 位置（i)通過網絡系統傳輸捕捉的信號、（ii)通過網絡系統傳輸捕捉信號的分析結果或 (iii)通過網絡系統傳輸捕捉信號和捕捉信號的分析結果。
[0023] 在本發明系統的另一個實施方式中，捕捉信號的分析結果包括樣品中多個目標的 定量。
[0024] 在本發明系統的另一個實施方式中，該多個目標包括單細胞和多細胞微生物，無 機分子和有機分子。
[0025] 在本發明系統的另一個實施方式中，有機分子包括肽、蛋白質、寡糖、脂質、基因、 核酸序列、氨基酸序列、RNA序列和DNA序列，且其中無機分子包含金屬原子。
[0026] 在本發明系統的另一個實施方式中，圖像捕捉裝置是能夠對來自初級和次級標簽 的信號成像的相機。
[0027] 在本發明系統的另一個實施方式中，處理器裝置包括在執行的時候進行操作使得 處理裝置區分第一和第二信號的指令，例如用以鑒別樣品中的目標或感興趣的目標并定量 所述目標或多個目標。
[0028] 在本發明系統的另一個實施方式中，條碼包括量子點。
[0029] 在本發明系統的另一個實施方式中，便攜式無線通信設備是智能手機、計算機、平 板電腦或手表。
[0030] 在一個實施方式中，本發明涉及一種用于在樣品中同時檢測多個感興趣的目標存 在的方法，該方法包括：(a)將樣品與多路檢測系統接觸，該多路檢測系統能夠根據與多個 感興趣的目標的相互作用產生不同的信號，每個信號對應于所述多個目標的一個；（b)通 過便攜式無線通信設備收集信號；和（c)使用便攜式無線通信設備分析收集的信號以鑒別 樣品中多個感興趣的目標的存在。
[0031] 在本發明的方法的一個實施方式中，多路檢測系統包括針對多個感興趣的目標的 每一個的不同的初級和次級標簽群，每個初級標簽群被結合至特異性針對多個感興趣的目 標之一的配體，當暴露于激發源時每個初級標簽群能夠發射對應結合的目標特異性配體的 第一信號，且次級標簽能夠結合至目標特異性配體并在暴露于激發源時發射第二信號，在 感興趣的目標的存在下每個群的第一和第二信號的組合產生總信號，且其中在步驟（b)之 前該方法進一步包括將多路檢測系統與樣品暴露于激發源以產生對應感興趣的目標的第 一和第二信號的不同群，從而當對應樣品中一個目標的總信號被收集時鑒別該目標的存 在。
[0032] 在本發明的方法的另一個實施方式中，在暴露于激發源之前所述方法進一步包括 至少一個洗滌步驟以去除未結合的材料。
[0033] 在本發明的方法的另一個實施方式中，步驟（c)的分析包括定量樣品中的多個目 標。
[0034] 在本發明的方法的另一個實施方式中，初級和次級標簽包括條碼、金屬、半導體或 基于有機物的納米結構和分子、有機染料或其組合。
[0035] 在本發明的方法的另一個實施方式中，配體包括基于核苷酸的配體、基于氨基酸 的配體、基于多糖的配體、基于蛋白質的配體、抗原、抗體、和激素和其它有機和無機分子。
[0036] 在本發明的方法的另一個實施方式中，初級標簽是條碼。
[0037] 在本發明的方法的另一個實施方式中，條碼被偶聯至靜態基質或通過動態基質在 溶液中流動。
[0038] 在本發明的方法的另一個實施方式中，基質是靜態基質包括具有（i)能夠接收多 路檢測系統的多個缺口的表面或（ii)其上沉積多路檢測系統的基本上平的表面。
[0039] 在本發明的方法的另一個實施方式中，基質是選自玻璃、紙、纖維素或塑料基質的 靜態基質。
[0040] 在本發明的方法的另一個實施方式中，基質是動態基質，該動態基質包括微通道 或毛細管網。
[0041] 在本發明的方法的另一個實施方式中，步驟（b)包括：（i)在第一終端（end)收集 信號，和（ii)通過網絡系統將信號傳輸至第二終端；且其中步驟（c)包括在所述第一終端、 在所述第二終端或在所述第一和第二終端分析信號。
[0042] 在本發明的方法的另一個實施方式中，第二終端在第一終端的遠程位置。
[0043] 在本發明的方法的另一個實施方式中，第二終端包括第一終端的多個遠程位置。
[0044] 在本發明的方法的另一個實施方式中，多個目標包括單細胞和多細胞微生物，無 機分子和有機分子。
[0045] 在本發明的方法的另一個實施方式中，有機分子包括肽、蛋白質、寡糖、脂質、基 因、核苷酸序列、氨基酸序列、RNA序列和DNA序列且其中無機分子包括金屬離子。
[0046] 在一個實施方式中，本發明涉及用于同時檢測多個感興趣的目標的條碼集 (assembly)，該條碼集包括：(a)具有表面的基質；和（b)偶聯至表面的不同條碼群，每個條 碼群具有特異性針對多個目標之一的配體。
[0047] 在本發明的條碼集的一個實施方式中，該集是便攜式的。
[0048] 在本發明的條碼集的另一個實施方式中，基質的表面包括能夠接收多路檢測