專利名稱：用于磁致動(dòng)粒子的傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測在樣本腔中的磁性粒子的傳感器裝置和方法，其中所述粒子由磁場引導(dǎo)向接觸表面。
背景技術(shù)：
從W02008/155716A1已知一種生物傳感器，在其中，通過在盒體感測表面處的受抑全內(nèi)反射(FTIR)來檢測由磁珠標(biāo)記的目標(biāo)成分。所描述的生物傳感器是特別設(shè)計(jì)的，并且適于現(xiàn)場即時(shí)檢測應(yīng)用，例如路旁藥物測試。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種背景，本發(fā)明的目的在于提供用于檢測在樣本腔中磁性粒子的器件，其具有提高的檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和/或可靠性。這一目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置以及根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中公開。根據(jù)其第一方面，本發(fā)明涉及一種用于檢測在樣本腔中的磁性粒子的傳感器裝置，其中所述樣本腔具有接觸表面，在所述接觸表面處可以收集磁性粒子。術(shù)語“磁性粒子”應(yīng)該包括永久性磁性粒子以及可磁化粒子兩者，可磁化粒子例如超順磁珠。磁性粒子的尺寸通常在3nm到50 μ m之間的 范圍。此外，磁性粒子可以包括人們實(shí)際感興趣的結(jié)合的目標(biāo)成分(例如，生物分子)。所述“樣本腔”通常是空腔；其可是開放式腔、封閉式腔、或者通過流體連接通道與其他腔連接的腔。所述傳感器裝置包括以下部件:a)用于在所述接觸表面的子區(qū)域(的至少一部分)中檢測磁性粒子的傳感器單元，所述接觸表面的子區(qū)域(的至少一部分)在下文中稱為“目標(biāo)區(qū)域”。另外地或者可選地，所述傳感器單元可以適于在所述接觸表面的至少一個(gè)另外的子區(qū)域中檢測磁性粒子，所述另外的子區(qū)域在下文中稱為“參考區(qū)域”。應(yīng)當(dāng)注意，所述傳感器單元可以包括若干子單元或者可以是唯一的裝置(只要提供對(duì)在目標(biāo)區(qū)域和(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中的磁性粒子的單獨(dú)檢測)。所述傳感器單元可以，例如，生成包括目標(biāo)區(qū)域和(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域兩者的光學(xué)圖像，其中分別處理這種圖像的各單獨(dú)部分。b )用于在所述樣本腔之內(nèi)生成磁場的磁場生成器，其中所述磁場將在其延伸范圍中的磁性粒子引導(dǎo)向所述接觸表面(即，至所述接觸表面的至少一個(gè)子區(qū)域)。所述磁場通常具有允許在磁性(偶極)粒子上施加磁力的非零梯度。c)用于從所述傳感器單元的檢測信號(hào)確定“輔助參數(shù)”的評(píng)估單元，所述“輔助參數(shù)”與磁性粒子和/或它們?cè)谒鰳颖厩恢畠?nèi)的運(yùn)動(dòng)(即，它們穿過在所述樣本腔中的介質(zhì)的運(yùn)動(dòng))相關(guān)，但是與在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面之間的結(jié)合過程無關(guān)。在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的典型結(jié)合過程為，例如，磁性粒子與所述接觸表面的共價(jià)結(jié)合，雖然也包括其他類型的結(jié)合(例如，經(jīng)由氫鍵)。所述評(píng)估單元可在專用電子硬件中、具有相關(guān)軟件的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理硬件中、或者兩者的混合體中實(shí)現(xiàn)。其通常耦合至所述傳感器單元(以及任選地也耦合至所述磁場生成器)以用于從所述傳感器單元接收信號(hào)和/或用于控制所述傳感器單元。本發(fā)明還涉及用于檢測在具有接觸表面的樣本腔中的磁性粒子的相關(guān)方法，在所述接觸表面處能夠收集磁性粒子，其中所述方法包括以下步驟:a)在所述樣本腔之內(nèi)生成磁場，所述磁場將磁性粒子弓I導(dǎo)至所述接觸表面。b) 在所述接觸表面上的目標(biāo)區(qū)域(的至少一部分)中和/或在所述接觸表面上的至少一個(gè)參考區(qū)域中檢測磁性粒子。c)從在步驟b)中針對(duì)參考區(qū)域和/或目標(biāo)區(qū)域獲得的檢測信號(hào)確定輔助參數(shù)，所述輔助參數(shù)與磁性粒子和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面之間的結(jié)合過程無關(guān)。所述方法一般形式上包括能夠通過上文描述的種類的傳感器裝置執(zhí)行的步驟。因此，為了關(guān)于所述方法細(xì)節(jié)的更多信息，參考了所述傳感器裝置的上文描述。上文描述的傳感器裝置和方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn):除了在目標(biāo)區(qū)域中的通常測量之夕卜，它們還提供了“輔助參數(shù)”，所述“輔助參數(shù)”與磁性粒子和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面之間的結(jié)合過程無關(guān)。所述輔助參數(shù)因此能夠提供關(guān)于環(huán)境的有價(jià)值的背景信息，所述環(huán)境可以影響目標(biāo)區(qū)域中“實(shí)際測量”的結(jié)果，即影響嚴(yán)格依賴于在磁性粒子和所述接觸表面之間發(fā)生的過程(如結(jié)合)的測量的結(jié)果。在下文中，將描述涉及上文描述的傳感器裝置和方法兩者的本發(fā)明的多種優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述樣本腔中生成的磁場特異性地將磁性粒子引導(dǎo)至所述目標(biāo)區(qū)域，并且所述輔助參數(shù)與磁性粒子實(shí)際到達(dá)的位置和目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配相關(guān)。由于在樣本中通常具有大量的磁性粒子，并且由于磁場通常不會(huì)限制于所述樣本腔的特定子區(qū)域，因此通?？偸怯幸恍┝Ｗ拥竭_(dá)目標(biāo)區(qū)域并且其他的沒有到達(dá)。所述評(píng)估單元因而可以將所述輔助參數(shù)(即，到達(dá)位置和目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配)量化，例如量化為到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的所有磁致動(dòng)粒子的百分比。此外，所述輔助參數(shù)可以優(yōu)選地從目標(biāo)區(qū)域和至少一個(gè)參考區(qū)域兩者的檢測信號(hào)推導(dǎo)出。借助于前述輔助參數(shù)，如果樣本的磁性粒子由磁場正確引導(dǎo)，所述傳感器裝置和方法允許(自動(dòng))驗(yàn)證。由于以下原因，這是顯著的優(yōu)勢:在目標(biāo)區(qū)域中的檢測結(jié)果通常是人們實(shí)際感興趣的信號(hào)，所述信號(hào)提供了，例如，關(guān)于樣本之內(nèi)特定目標(biāo)成分的存在和/或量的信息(所述目標(biāo)成分可以，例如，是由磁性珠子標(biāo)記的分子)。如果，無論出于何種原因，在磁場和目標(biāo)區(qū)域之間存在未對(duì)準(zhǔn)，更少的磁性粒子將到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，導(dǎo)致對(duì)樣本中磁性粒子量的低估?？梢酝ㄟ^所描述的傳感器裝置和方法來防止測量結(jié)果的這種缺損，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S驗(yàn)證磁性粒子在目標(biāo)區(qū)域中的正確到達(dá)。根據(jù)前述實(shí)施例的另一發(fā)展，至少一個(gè)參考區(qū)域被設(shè)置在目標(biāo)區(qū)域外部的位置處。在適當(dāng)粒子引導(dǎo)的情況下，針對(duì)這種參考區(qū)域的檢測信號(hào)應(yīng)當(dāng)是零或者至少低于給定閾值。在另一實(shí)施例中，具有至少一個(gè)參考區(qū)域(部分或者完全)與目標(biāo)區(qū)域交疊。適當(dāng)引導(dǎo)的磁性粒子到達(dá)這種參考區(qū)域。針對(duì)這種參考區(qū)域的為零的或者太低的檢測信號(hào)因此指示錯(cuò)誤的粒子引導(dǎo)。
當(dāng)然，能夠使用提到的參考區(qū)域布置的任何組合，包括一些參考區(qū)域與適當(dāng)引導(dǎo)的磁性粒子到達(dá)的區(qū)域交疊，而其他參考區(qū)域區(qū)別于該適當(dāng)引導(dǎo)的磁性粒子到達(dá)的區(qū)域。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，參考區(qū)域可以至少部分圍繞目標(biāo)區(qū)域。在上述的適當(dāng)引導(dǎo)的磁性粒子將到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的情況中，在這種參考區(qū)域中的檢測信號(hào)通常為零。然而能夠檢測在參考區(qū)域方向上磁性粒子的移位(于此并且在下文中，“磁性粒子的移位”是“致動(dòng)的磁性粒子所到達(dá)位置的移位”這一更加精確表達(dá)的簡述)。如果參考區(qū)域完全圍繞目標(biāo)區(qū)域，能夠檢測到在任意方向上的移位。在其中提供具有磁性粒子的樣本的樣本腔可以位于可更換的盒體中，即，在與所述傳感器裝置分離的獨(dú)立部件中。由于其因樣本的污染，這種盒體通常是一次性物品，通過注模由，例如，塑料制造。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，具有設(shè)置在目標(biāo)區(qū)域不同側(cè)處的至少兩個(gè)參考區(qū)域。優(yōu)選地，多個(gè)參考區(qū)域以這樣的方式圍繞目標(biāo)區(qū)域分布，從而由于磁性粒子將到達(dá)至少一個(gè)參考區(qū)域，因此能夠發(fā)現(xiàn)磁性粒子和目標(biāo)區(qū)域之間的任何未對(duì)準(zhǔn)。在具有若干參考區(qū)域的該實(shí)施例的另一發(fā)展中，單獨(dú)地評(píng)估來自不同參考區(qū)域的檢測信號(hào)。這種單獨(dú)評(píng)估允許，例如，確定磁性粒子相對(duì)于目標(biāo)區(qū)域在哪個(gè)方向上移位。能夠，例如，采用這種信息來調(diào)整設(shè)置。對(duì)來自不同參考區(qū)域的檢測信號(hào)的單獨(dú)評(píng)估還可以用于確定與磁性粒子的可能群集相關(guān)的輔助參數(shù)。群集產(chǎn)生了在磁場線方向上的磁性粒子鏈，這通常造成磁性粒子分布中的各向異性。能夠借助于若干參考區(qū)域來檢測這種各向異性。在實(shí)際的重要情況中，目標(biāo)區(qū)域可以包括具有結(jié)合部位的結(jié)合(子)區(qū)域，磁性粒子可以特異性地結(jié)合至所述結(jié)合部位。所述結(jié)合部位可以，例如，是特異性地結(jié)合至磁性粒子(例如，結(jié)合至 磁性粒子所包含的抗體)的分子(例如，抗原)。磁性粒子與結(jié)合部位的特異性結(jié)合是輔助參數(shù)與其無關(guān)的典型例子。優(yōu)選地，在結(jié)合區(qū)域和(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域之間不具有交疊(否則結(jié)合過程可能對(duì)參考區(qū)域中的檢測信號(hào)具有影響；如果輔助參數(shù)測量了磁性粒子的正確引導(dǎo)，那么具有結(jié)合部位的參考區(qū)域可以，例如，顯示出不指示粒子到目標(biāo)區(qū)域的正確弓I導(dǎo)的磁性粒子的濃度增長)。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述輔助參數(shù)與在所述樣本腔中的磁性粒子量相關(guān)(無論它們是否鏈接于目標(biāo)成分)。這種輔助參數(shù)可以具體地表達(dá)為磁性粒子的濃度，即，每單位體積的量。在用于檢測樣本中目標(biāo)成分的典型測定中，樣本腔中所有磁性粒子的濃度以及目標(biāo)成分的濃度一起確定了首先與目標(biāo)成分結(jié)合然后與結(jié)合區(qū)域結(jié)合(經(jīng)由所述目標(biāo)成分)的磁性粒子的量。所述樣本腔中的磁性粒子總量因而對(duì)于這種測定的結(jié)果而言具有與目標(biāo)成分本身濃度相同的重要性。因而試圖總是將公知的恒定量的磁性粒子引入測定。確定對(duì)應(yīng)于磁性粒子量的輔助參數(shù)允許驗(yàn)證實(shí)際上是否滿足了這種重要前提。在另一重要實(shí)施例中，所確定的輔助參數(shù)與磁性粒子的可能群集相關(guān)。磁性粒子的群集通常由磁場誘導(dǎo)，這使得粒子沿著磁場線排列成鏈。這種群集有時(shí)甚至在已經(jīng)關(guān)閉磁場之后仍可以持續(xù)。出于多種原因，磁性粒子的這種(不可逆)群集能夠影響目標(biāo)區(qū)域中的測量結(jié)果。經(jīng)由確定的輔助參數(shù)的群集檢測因此能夠幫助改進(jìn)測量結(jié)果。根據(jù)另一實(shí)施例，所確定的輔助參數(shù)可以包括所述樣本腔中的介質(zhì)的粘度，S卩，磁性粒子必須穿過其向所述接觸表面遷移的介質(zhì)的粘度。出于效率原因，測定所需的時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡可能短。為了獲取正確的測量數(shù)據(jù)，足夠的磁性粒子無論如何必須在可利用的時(shí)間內(nèi)到達(dá)所述樣本腔的接觸表面。由于這種需求此外還通過磁性粒子的遷移速度來確定，這繼而依賴于周圍介質(zhì)的粘度，因此粘度知識(shí)可以提供關(guān)于測定可靠性的有價(jià)值信息。在另一實(shí)施例中，所確定的輔助參數(shù)可與在所述樣本腔之內(nèi)生成并且將磁性粒子引導(dǎo)至所述接觸表面的磁場相關(guān)。具體而言，該輔助參數(shù)可以代表磁場的強(qiáng)度、均勻性、和/或與目標(biāo)區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。以這種方式可以驗(yàn)證對(duì)目標(biāo)區(qū)域中的檢測結(jié)果有關(guān)鍵影響的另一參數(shù)。在另一實(shí)施例中，所確定的輔助參數(shù)可以代表磁性粒子的再分散狀況。磁性粒子的再分散可以，例如，在測定的開始，當(dāng)(樣本)液體接觸干燥磁性粒子供給時(shí)發(fā)生。再分散還可以在測定過程中當(dāng)磁性粒子群集溶解時(shí)發(fā)生。所述輔助參數(shù)可以，例如，指示已經(jīng)從先前的干燥狀態(tài)溶入液體中的磁性粒子的百分比。在另一實(shí)施例中，所確定的輔助參數(shù)可以與磁性粒子的空間分布相關(guān)。這種參數(shù)可以，例如，代表在所述樣本腔之內(nèi)，或在所述樣本腔一部分之內(nèi)的磁性粒子的濃度。當(dāng)然，也可以在相同的測定之內(nèi)確定所有以上提及的輔助參數(shù)的組合和/或另外的輔助參數(shù)。如從本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述中將顯而易見的，也可以從目標(biāo)區(qū)域和/或(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域的一個(gè)和相同的測量中推導(dǎo)出多個(gè)不同的輔助參數(shù)，因而從單一的測量得到多種見解?？蓛?yōu)選地調(diào)制，例如脈沖調(diào)制(S卩，以重復(fù)方式開啟和關(guān)閉)將磁性粒子引導(dǎo)至所述接觸表面的磁場。在脈沖磁場的情況下，磁場的重復(fù)關(guān)閉頻率優(yōu)選在大約IOHz到大約0.1Hz之間的范圍(其中，這種切換期被定義為兩個(gè)相繼開啟事件之間的時(shí)間)。磁場的重復(fù)關(guān)閉的占空比優(yōu)選在大約5%到大約90%之間的范圍，其中，所述占空比被定義為相對(duì)于整個(gè)切換期(包括“開啟”和“關(guān)閉”區(qū)間兩者)的“開啟”區(qū)間的持續(xù)時(shí)間。經(jīng)由占空比，能夠控制磁性粒子必須不受磁場影響地自由遷移的時(shí)間。提到的磁場調(diào)制通常 誘導(dǎo)目標(biāo)區(qū)域和/或(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中獲得的檢測信號(hào)的分別調(diào)制。結(jié)果證明這些調(diào)制的檢測信號(hào)可以具有一些提供另外信息的特性。因此可任選地從在調(diào)制的磁場的作用過程中記錄的檢測信號(hào)來確定所述輔助參數(shù)。在前述方法的第一具體例子中，從在記錄的檢測信號(hào)中出現(xiàn)的局部幅度，即，在參考區(qū)域或者目標(biāo)區(qū)域中獲得的檢測信號(hào)的局部最大值和鄰近局部最小值之間的差，來確定輔助參數(shù)。檢測信號(hào)的所述局部最大值和最小值通常與磁場的脈動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)。作為例子，可從這種局部幅度推斷出在所述樣本腔中的磁性粒子(總)量。在第二具體例子中，從(目標(biāo)區(qū)域和/或(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中的)記錄的信號(hào)的脈沖形狀來確定所述輔助參數(shù)。實(shí)驗(yàn)示出由調(diào)制的磁場誘導(dǎo)的信號(hào)脈沖的形狀對(duì)于磁性粒子的群集是特別敏感的。更一般的，調(diào)制的磁場針對(duì)參考區(qū)域生成調(diào)制的檢測結(jié)果，該調(diào)制的檢測結(jié)果在(不可逆)粒子群集的情況下，在幅度、變化率，和/或相位上有區(qū)分。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，從(目標(biāo)區(qū)域和/或(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中的)記錄的信號(hào)的變化率(或者斜率)來確定所述輔助參數(shù)。這種變化率可以確定為特定時(shí)期過程中(例如，在脈沖磁場開啟的時(shí)期過程中)的平均值，或者確定為在測定的具體相位過程中的變化率，例如在磁場開啟的第一時(shí)期過程中。結(jié)果證明這種輔助參數(shù)能夠具體地提供關(guān)于樣本粘度的信息。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通過目標(biāo)區(qū)域和(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中的檢測信號(hào)的比較推導(dǎo)出所述輔助參數(shù)。如果目標(biāo)區(qū)域和參考區(qū)域兩者都在生成的磁場的范圍之內(nèi)，相關(guān)聯(lián)檢測信號(hào)之間的比較可以，例如，產(chǎn)生與所述場的均勻性相關(guān)的輔助參數(shù)。如果至少一個(gè)參考區(qū)域在磁場的預(yù)期范圍外部，所述比較可以產(chǎn)生關(guān)于磁場與所述接觸表面上多種區(qū)域之間的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)的信息。如果所述樣本腔被設(shè)置在可更換盒體中，這種關(guān)于磁場適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)的信息是尤其重要的?？梢杂貌煌绞絹砝猛ㄟ^對(duì)檢測信號(hào)的評(píng)估而獲得的輔助參數(shù)。根據(jù)一種可能性，如果所述輔助參數(shù)碰巧落在被認(rèn)為是“正常的”指定范圍之外，則生成(光學(xué)、聲音等)警報(bào)信號(hào)。作為例子，所述輔助參數(shù)可以，例如，測量磁性粒子所到達(dá)位置和目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配。如果說少于90% (或者少于60%，或50%)的磁性粒子到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，這可以認(rèn)為是(顯著的)不匹配，從而證明應(yīng)當(dāng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。當(dāng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)時(shí)，用戶可以決定如何反應(yīng)，例如通過放棄整個(gè)測量結(jié)果、通過調(diào)整設(shè)置(例如，改進(jìn)磁性粒子和目標(biāo)區(qū)域之間的對(duì)準(zhǔn))、通過做出控制測量，等。在另一實(shí)施例中，根據(jù)所確定的輔助參數(shù)來校正代表目標(biāo)區(qū)域中磁性粒子(量)的檢測結(jié)果。這種方法需要已知所述輔助參數(shù)和目標(biāo)區(qū)域中測量結(jié)果之間的一些關(guān)系(“校準(zhǔn)”)，然后可利用所述一些關(guān)系(“校準(zhǔn)”)來校正測量。作為例子，所述輔助參數(shù)可以，例如，測量磁性粒子所到達(dá)位置和目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配程度(“不匹配程度”被表達(dá)為例如沒有到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的磁性粒子的百分比；該參數(shù)應(yīng)當(dāng)是標(biāo)量而不僅僅是二元值(“不匹配/非不匹配”))。如果之后，例如只有x%的磁性粒子到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，不匹配和檢測結(jié)果之間的線性關(guān)系將暗示檢測結(jié)果僅是其適當(dāng)值的X%。因而應(yīng)當(dāng)通過100/X因子來校正測量結(jié)果。對(duì)目標(biāo)區(qū)域和/或(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域中的磁性粒子的檢測可以任選地通過光學(xué)的、磁性的、機(jī)械的、聲學(xué)的、熱的和/或電學(xué)的傳感器元件來實(shí)現(xiàn)。磁性傳感器元件具體可以包括線圈、霍爾傳感器、平面霍爾傳感器、磁通門傳感器、SQUID (超導(dǎo)量子干涉裝置)、磁共振傳感器、磁約束傳感器，或者在W02005/010543A1或W02005/010542A2中描述的種類的磁阻傳感器，尤其是GMR (巨磁阻)、TMR (隧道磁阻)，或者AMR (各向異性磁阻)。光學(xué)傳感器元件可以具體適于檢測在由受抑全內(nèi)反射產(chǎn)生的輸出光束中由于在感測表面處的磁性粒子導(dǎo)致的變化。在另一實(shí)施例中，所述光學(xué)傳感器元件可以適于直接檢測由磁性粒子散射的光。本發(fā)明還涉及以上描述的傳感器裝置在分子診斷學(xué)、生物樣本分析、化學(xué)樣本分析、食物分析、和/或法醫(yī)分析中的用途。分子診斷學(xué)可以，例如，借助于直接或者間接附著于目標(biāo)分子的磁珠或者熒光粒子來實(shí)現(xiàn)。


參照下文描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的并且得到闡述。將以舉例方式借助于附圖來描述這些實(shí)施例，在附圖中:圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的第一傳感器裝置的側(cè)視圖，其中通過受抑全內(nèi)反射(FTIR)來檢測盒體中的磁性粒子，并且其中檢測磁性粒子所到達(dá)的位置和目標(biāo)區(qū)域之間的未對(duì)準(zhǔn)；圖2示出了在 圖1樣本腔的接觸表面之上的視圖，圖示了磁性粒子和目標(biāo)區(qū)域的Ca)完全未對(duì)準(zhǔn)，(b)部分未對(duì)準(zhǔn)，以及(C)完美對(duì)準(zhǔn)；
圖3圖示了針對(duì)圖4和5中示出的測量結(jié)果的參考區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域的相對(duì)布置；圖4示出了在調(diào)制的磁場和單分散樣本情況下，在圖3的四個(gè)參考區(qū)域中的檢測結(jié)果;圖5示出了在群集樣本的情況下圖4的檢測結(jié)果是如何變化的；圖6示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的第二傳感器裝置的側(cè)視圖，其中通過受抑全內(nèi)反射(FTIR)來檢測盒體中的磁性粒子，并且其中針對(duì)都在磁場范圍中的目標(biāo)區(qū)域和至少一個(gè)參考區(qū)域來獲得檢測結(jié)果；圖7示意性示出了通過圖6的傳感器裝置在目標(biāo)區(qū)域中記錄的典型的FTIR檢測信號(hào)R ；圖8的圖表示出了針對(duì)使用不同磁珠量M檢測IOOpM cTnl的在目標(biāo)區(qū)域中獲得的FTIR信號(hào)變化S ；圖9圖示了在使用IOOOng磁珠檢測IOOpM cTnl過程中在目標(biāo)區(qū)域和參考區(qū)域中記錄的FTIR檢測信號(hào)R ;圖10圖示了在使用3000ng磁珠檢測IOOpM cTnl過程中在目標(biāo)區(qū)域和參考區(qū)域中記錄的FTIR檢測信號(hào)R ;圖11示出了如在圖9和10所示的針對(duì)不同數(shù)量M的磁性粒子的測定的3分鐘和4分鐘之間測量的平均信號(hào)幅度A ；圖12示出了針對(duì)在測定中使用不同粒子量M的IOOpM cTnl確定的在目標(biāo)區(qū)域中觀察到的FTIR信號(hào)變化S和信 號(hào)幅度A之間的相關(guān)性；圖13示出了使用不同粒子量M的IOOpM cTnl測量的FTIR信號(hào)變化S，既有未校正的(左條帶)又有使用幅度校正的(右條帶)；圖14示出了在呈現(xiàn)不同群集程度BP的樣本中針對(duì)250pM cTnl檢測而獲得的FTIR信號(hào)變化S ；圖15示出了在呈現(xiàn)不同群集程度的樣本中針對(duì)250pM cTnl檢測而獲得的信號(hào)幅度A;圖16示出了在呈現(xiàn)具有高群集程度的血漿(左圖表)樣本和呈現(xiàn)無群集血漿(右圖表)樣本中獲得的FTIR檢測信號(hào)形狀；圖17示出了在檢查區(qū)域的三個(gè)平行排中獲得的FTIR檢測信號(hào)S。相似的附圖標(biāo)記或者相差100的整倍數(shù)的標(biāo)記在圖中指代相同或者類似的部件。
具體實(shí)施例方式在下文中將參照生物傳感器中磁性粒子的光學(xué)檢測來描述本發(fā)明，雖然其他檢測原理和/或應(yīng)用也是可行的。本發(fā)明所描述的實(shí)施例的共同之處在于它們包括(i)用于檢測在樣本腔接觸表面上的目標(biāo)區(qū)域和/或至少一個(gè)參考區(qū)域中的磁性粒子的器件(傳感器單元)，以及(ii)用于生成將磁性粒子引導(dǎo)至所述接觸表面的磁場的磁場生成器。借助于這些部件，確定“輔助參數(shù)”，所述“輔助參數(shù)”與磁性粒子和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面之間的結(jié)合過程無關(guān)。將更加詳細(xì)地描述應(yīng)用前述原理的兩個(gè)具體方法，第一種方法參照?qǐng)D1至5，并且第二種方法參照?qǐng)D6至17。圖1示出了根據(jù)第一種方法的示范性傳感器裝置100。傳感器裝置100包括用于發(fā)射“輸入光束” LI的光源120，用于檢測和測量“輸出光束” L2的光檢測器130，以及耦合到所述光檢測器(并且任選地也耦合到傳感器裝置的其他部件)并且從其接收檢測信號(hào)R(t)的評(píng)估單元150。將輸入光束LI發(fā)射進(jìn)(一次性的)載體或者盒體110中，載體或者盒體110可以，例如，由玻璃或者類似聚苯乙烯的透明塑料制成。盒體110包括樣本腔2，在樣本腔2中能夠提供具 有待檢測目標(biāo)成分(例如，藥物、抗體、DNA,等)的樣本流體。所述樣本還包括磁性粒子1，例如超順磁珠，其中，這些粒子I通常作為標(biāo)記結(jié)合至前述的目標(biāo)成分(為了簡化，僅示出了磁性粒子I)。在盒體材料與樣本腔2之間的(底部)界面由“接觸表面” 111形成。這種接觸表面111在至少一個(gè)結(jié)合區(qū)域BR中優(yōu)選地由捕獲元素,例如抗體涂覆,所述捕獲元素能夠?qū)⒛繕?biāo)成分特異地結(jié)合在磁性粒子I上。傳感器裝置100還包括磁場生成器，所述磁場生成器，例如，包括具有線圈和磁心的電磁體140 (并且在圖中未示出另外的磁體)，所述磁場生成器用于在接觸表面111處以及在樣本腔2的鄰近空間中可控地生成磁場B。借助于這種磁場B，能夠操控磁性粒子1，即，能夠磁化并且具體而言移動(dòng)磁性粒子I (如果使用具有梯度的磁場)。因此尤其能夠?qū)⒋判粤Ｗ覫吸引至接觸表面111上的“目標(biāo)區(qū)域” TR。光源120可以包括LED，例如紅色的650nm LED，其生成發(fā)射至盒體110中的輸入光束LI。輸入光束LI以大于全內(nèi)反射(TIR)的臨界角的角度到達(dá)接觸表面111，并且因此被全內(nèi)反射為輸出光束L2。由輸入光束LI覆蓋的范圍包括目標(biāo)區(qū)域TR以及也包括將在下文中更加詳細(xì)說明的鄰近“參考區(qū)域”RR。輸出光束L2經(jīng)過另一表面離開盒體110并且由光檢測器檢測,例如通過照相機(jī)130的光敏感像素。雖然在圖1中繪制的磁場B僅在目標(biāo)區(qū)域TR之內(nèi)，但是應(yīng)當(dāng)注意，其范圍通常不具有清晰邊界，即，該場也(以更低的場強(qiáng))存在于鄰近的參考區(qū)域RR中。事實(shí)上，在微型盒體110中實(shí)際上具有十分有限的完全沒有磁場的空間。所描述的傳感器裝置100應(yīng)用了用于檢測磁性粒子I和人們實(shí)際上感興趣的目標(biāo)成分的光學(xué)器件。為了消除或者至少最小化背景(例如，樣本流體，如唾液、血液，等)的影響，檢測技術(shù)應(yīng)當(dāng)是表面特異性的。如上文指出的，這通過使用受抑全內(nèi)反射原理來實(shí)現(xiàn)。這種原理基于這樣的事實(shí):當(dāng)入射光束LI被全內(nèi)反射時(shí)，漸逝波(指數(shù)下降地)傳播至樣本2中。如果這種漸逝波之后與具有不同于水的折射率的另一介質(zhì)如磁性粒子I相互作用，則部分入射光將耦合于樣本流體(這被稱為“受抑全內(nèi)反射”)，并且反射強(qiáng)度會(huì)降低(而對(duì)于清潔界面和無相互作用，反射強(qiáng)度將是100%)。這種過程的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可以在W02008/155723A1中發(fā)現(xiàn)，其通過引用被并入本文。目前為止所描述的傳感器裝置100能夠，例如，用于快速、靈敏和使用簡單的分子診斷學(xué)，其被設(shè)計(jì)來檢測由磁性粒子標(biāo)記的生物目標(biāo)。作為例子，傳感器裝置100可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)心肌鈣蛋白I (CTnI)的靈敏的5分鐘現(xiàn)場即時(shí)檢測(POC)測試。這種測試是在固定液中執(zhí)行的一步夾心法免疫測定，在所述固定液中通過使用作用于磁性納米粒子標(biāo)記的磁力來整合所有的測定過程。在測定的第一階段中，高度載有抗體的納米粒子移動(dòng)穿過樣本溶液以用于有效捕獲肌鈣蛋白分子。隨后使用驅(qū)動(dòng)磁體140高速地將粒子移動(dòng)和傳送至傳感器表面111以進(jìn)行結(jié)合。其后，應(yīng)用良好調(diào)諧的磁性脈沖序列以便于包含CTnI分子的納米粒子在結(jié)合區(qū)域BR中的抗體功能化表面處的最佳結(jié)合與混合。當(dāng)粒子在結(jié)合區(qū)域BR中起反應(yīng)之后，用磁性沖洗通過應(yīng)用離開檢測表面定向的磁場來快速地移除自由的和非特異性結(jié)合的粒子。測定步驟的無縫整合便于簡單的單腔室盒體的設(shè)計(jì)，在所述簡單的單腔室盒體中沉積著包括磁性粒子的干燥試劑。所描述類型的測試通常旨在由非技術(shù)人員來使用。期望排除來自由于無論何種原因而未被正確執(zhí)行的測試的測試結(jié)果。此外，如果該測試用于在緊急和危急狀況中做出臨床決策，例如作為用于心臟病發(fā)作診斷的檢測，則故障防護(hù)機(jī)制是尤其重要的。當(dāng)磁性粒子重新分散并且(經(jīng)由磁性吸引)未被最佳地布置在測定發(fā)生的結(jié)合區(qū)域BR之上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生重要的失敗類型。這通常是包含接觸表面111的盒體110相對(duì)于磁體140未對(duì)準(zhǔn)的結(jié)果。磁性粒子因此被所述磁體在所述接觸表面上的非作用區(qū)域上收集。圖2a_c示出了在這一方面中來自圖1的盒體110的接觸表面111的俯視圖。示出了待區(qū)分的四個(gè)不同區(qū)域:1、結(jié)合區(qū)域BR，其包括用于(具有目標(biāo)分子的)磁性粒子的結(jié)合部位，并且其在這一實(shí)施例中是星形。通過相關(guān)的傳感器單元在這一結(jié)合區(qū)域之內(nèi)完成實(shí)際測量。在傳感器裝置100中，這通過在照相機(jī)130生成的圖像中評(píng)估與結(jié)合區(qū)域BR對(duì)應(yīng)的像素來實(shí)現(xiàn)。2、“目標(biāo)區(qū)域”TR，其代表磁體140的吸引力將磁性粒子引導(dǎo)至的期望位置。如該例子中所示，目標(biāo)區(qū)域TR通常覆蓋了結(jié)合區(qū)域BR。3、“參考區(qū)域”RR，在其中可以單獨(dú)檢測磁性粒子。在傳感器裝置100中，這通過在照相機(jī)130生成的圖像中單獨(dú)評(píng)估與參考區(qū)域RR對(duì)應(yīng)的像素來實(shí)現(xiàn)。4、區(qū)域PG，其在磁 體140吸引力作用下由磁性粒子云或者磁性粒子群實(shí)際碰撞。應(yīng)當(dāng)注意，由于磁性粒子云以及磁場通常具有模糊的邊界，因此在實(shí)踐中磁性粒子也將到達(dá)在所示出的區(qū)域PG外部的接觸表面。因而區(qū)域PG可以更適當(dāng)?shù)乇欢x為所述接觸表面的一部分，在該部分中來自該云的磁性粒子濃度在給定百分比(例如，30%)和其最大值100%之間。在圖2a中，示出了盒體110與磁體140嚴(yán)重未對(duì)準(zhǔn)的情況。由磁性粒子實(shí)際碰撞的區(qū)域PG與目標(biāo)區(qū)域TR不重疊，更不用說與結(jié)合區(qū)域BR。圖2b圖示了時(shí)常發(fā)生的輕微未對(duì)準(zhǔn)情況(大約50微米)，從而在目標(biāo)區(qū)域TR上具有磁性粒子，但是粒子的最高濃度不在結(jié)合區(qū)域BR上。這導(dǎo)致比預(yù)期更低的測定信號(hào)結(jié)果?；谶@種信號(hào)，可能從校準(zhǔn)曲線中提取出與實(shí)際濃度不同的分析物濃度，從而給出錯(cuò)誤的結(jié)果。圖2c圖示了正確對(duì)準(zhǔn)的情況，其中所有的磁性粒子被適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)至目標(biāo)區(qū)域TR。為了處理圖2a和2b中示出的未對(duì)準(zhǔn)情況，提出了在磁體140將粒子帶到接觸表面111，并且在結(jié)合區(qū)域BR中使用對(duì)表面處粒子的存在敏感的技術(shù)，優(yōu)選地為受抑全內(nèi)反射(FTIR)，來檢測粒子的同時(shí)，在結(jié)合區(qū)域BR外部的至少一個(gè)“參考區(qū)域”RR中檢測磁性粒子。優(yōu)選地使用若干參考區(qū)域RR的陣列來繪制磁性粒子分組PG相對(duì)于結(jié)合位點(diǎn)BR的精確位置，即，來確定代表磁性粒子到達(dá)位置與目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配的“輔助參數(shù)”。當(dāng)粒子被吸引至表面111時(shí)獲得的參考區(qū)域RR中的測量信號(hào)指示該分組中粒子密度的分布。參考區(qū)域RR能夠具有以下的性質(zhì):
a)所有區(qū)域都在預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的目標(biāo)區(qū)域TR外部。b)所有區(qū)域都在預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的目標(biāo)區(qū)域TR內(nèi)部。c) 一些區(qū)域在預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的目標(biāo)區(qū)域TR內(nèi)部并且一些在外部。應(yīng)當(dāng)注意，“預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的目標(biāo)區(qū)域TR”通常意味著或者需要關(guān)于術(shù)語“預(yù)期”的一些定義，因?yàn)閷?shí)際上磁性粒子所到達(dá)的區(qū)域?qū)⒉痪哂星逦吔?。因而例如可以定義在適當(dāng)引導(dǎo)磁性粒子的情況中，整個(gè)粒子團(tuán)的90%占據(jù)目標(biāo)區(qū)域TR。在圖2所示的第一備選a)中，在預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的區(qū)域外部，即目標(biāo)區(qū)域TR外部測量到所有參考區(qū)域RR。在所有的這些區(qū)域中應(yīng)當(dāng)觀察到微弱信號(hào)，其指示不存在大量的粒子。根據(jù)這些參考區(qū)域RR相對(duì)于結(jié)合位點(diǎn)BR的接近性以及粒子分組PG的范圍,在這些參考區(qū)域RR之一中檢測的顯著信號(hào)能夠指示主要未對(duì)準(zhǔn)(例如，小的粒子分組和遠(yuǎn)離結(jié)合區(qū)域的參考區(qū)域)，或者輕微未對(duì)準(zhǔn)(例如，大的粒子分組和靠近結(jié)合區(qū)域的參考區(qū)域)。在第二備選b)中，在預(yù)期由粒子團(tuán)占據(jù)的區(qū)域內(nèi)部，即目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部測量到所有參考區(qū)域。在所有的這些區(qū)域中應(yīng)當(dāng)觀察到可檢測信號(hào)，其指示到達(dá)所述接觸表面的粒子的量。根據(jù)這些參考區(qū)域相對(duì)于結(jié)合位點(diǎn)的接近性以及粒子分組的范圍，在這些參考區(qū)域之一中的信號(hào)降低至特定閾值以下能夠指示未對(duì)準(zhǔn)?？梢宰⒁獾剑瑘D6示出了這種備選b)的實(shí)施例(假設(shè)指示的目標(biāo)區(qū)域TR擴(kuò)大為也包括鄰近參考區(qū)域RR)。在另一實(shí)施例中，信號(hào)幅度、信號(hào)變化率，和/或不同參考區(qū)域之間的信號(hào)相位差能夠用作與到達(dá)接觸表面111的磁性粒子的單分散性相關(guān)的輔助參數(shù)。如果粒子是單分散性的，那么來自該粒子的信號(hào)跟隨磁場線。如果粒子形成群集(由于來自樣本蛋白質(zhì)、錯(cuò)誤的再分散、試劑的降解等的干擾)，它們?cè)趨⒖紖^(qū)域上生成不同的信號(hào)分布。

在圖3到5的例子中圖示了前述情形，其中將包含群集的樣本與單分散樣本相比較。圖4和5中的圖表示出了來自磁性粒子(500nm)的信號(hào)的檢測信號(hào)(縱軸:相對(duì)單位的FTIR信號(hào)R(t);橫軸:時(shí)間t)，該磁性粒子通過使用磁場被反復(fù)地帶到接觸表面并且被釋放。如圖3所示，從被定義在目標(biāo)區(qū)域TR外部的四個(gè)參考區(qū)域RR1、RR2、RR3和RR4獲得檢測信號(hào)。對(duì)于單分散樣本(圖4)，在所有四個(gè)參考區(qū)域之上的信號(hào)重疊。然而對(duì)于群集的樣本(圖5)，在水平參考區(qū)域(RR2，RR4)中的信號(hào)在幅度和相位兩者上都大體上不同于垂直區(qū)域(RR1，RR3)。這可能是因?yàn)榫哂性赬和y方向上不同的傳感器平面外分量的場線，從而粒子基于位置而處于與所述接觸表面不同的距離。當(dāng)關(guān)閉磁場時(shí)，粒子均勻地再分散并且向所述表面移動(dòng)。在群集的情況中，群集并不再分散并且對(duì)于遠(yuǎn)離的群集而言需要更多的時(shí)間以到達(dá)所述表面，因而觀察到參考信號(hào)分布的不均勻性。總之，以上參照?qǐng)D1到5描述的第一方法包括魯棒參考測量以在基于親和力的測定中確定溶液中的膠狀磁性粒子團(tuán)相對(duì)于結(jié)合表面的取向。目的是確定膠狀團(tuán)是否處于用于生成強(qiáng)烈測定信號(hào)的最佳位置。所述參考測量將要實(shí)時(shí)執(zhí)行并且與實(shí)際測定在相同條件下同時(shí)進(jìn)行以給出關(guān)于實(shí)際測定的正確運(yùn)作的信息。如果在測定完成過程中的任何階段中發(fā)生最佳取向的偏離，那么分析器能夠被設(shè)計(jì)為拒絕針對(duì)實(shí)際測定給出的結(jié)果并且自動(dòng)指示測試失敗。圖6到17圖示了第二種方法，其中確定根據(jù)本發(fā)明原理的輔助參數(shù)。圖6示出了能夠在第二種方法中使用的示范性傳感器裝置200。由于傳感器裝置200大體上與圖1的傳感器裝置100相同，因此對(duì)于共同的部件如盒體210、光源220、光檢測器230，以及磁體240，參考以上描述。相對(duì)于之前實(shí)施例的主要不同在于作用于樣本腔2中的磁性(納米)粒子或者磁珠I的磁場B現(xiàn)在延伸至目標(biāo)區(qū)域TR和鄰近參考區(qū)域RR (如果存在的話)兩者之上。這意味著磁珠I被吸引至目標(biāo)區(qū)域TR和參考區(qū)域RR兩者。此外，在這一實(shí)施例中目標(biāo)區(qū)域TR與由結(jié)合部位(例如，特異于磁性粒子I上的目標(biāo)成分的抗體)覆蓋的“結(jié)合區(qū)域"BR全等。另外的不同是能夠由評(píng)估單元250來執(zhí)行該過程，如下文說明的。應(yīng)當(dāng)再次注意，在本文的背景中磁場B實(shí)際上不具有清晰邊界。因而磁場“范圍”的適當(dāng)定義需要規(guī)定某閾值(例如，就標(biāo)準(zhǔn)化場強(qiáng)而言)，低于所述閾值的空間中的點(diǎn)被認(rèn)為是無場的。此外，在目標(biāo)區(qū)域TR和參考區(qū)域RR之間和/或之內(nèi)的場強(qiáng)可以變化。例如，通常將大部分的磁性粒子引導(dǎo)至目標(biāo)區(qū)域TR，同時(shí)將少數(shù)引導(dǎo)至參考區(qū)域RR。因而只要在輔助參數(shù)和實(shí)際測量結(jié)果之間具有相關(guān)性，那么就不必要將磁性粒子相等地吸引至目標(biāo)區(qū)域TR和參考區(qū)域RR兩者。當(dāng)使用傳感器裝置200以用于使用磁性粒子的夾心法免疫測定時(shí)，由光檢測器230針對(duì)目標(biāo)區(qū)域TR記錄的信號(hào)R(t)(=反射FTIR光強(qiáng))可能看起來如圖7所顯示的。在這一圖表中可以區(qū)分出以下的階段:a)磁珠再分散和潛伏階段。b)吸引階段，在其過程中通過脈沖磁場B將磁珠吸引至接觸表面211。具有結(jié)合目標(biāo)的磁性粒子在這一階段過程中可以結(jié)合至目標(biāo)/結(jié)合區(qū)域TR中的結(jié)合部位上。c)沖洗階段，在其過程中將未結(jié)合粒子從接觸表面211移除。d)檢測階段， 其中確定“信號(hào)變化” S，其代表與目標(biāo)區(qū)域TR相結(jié)合的磁性粒子的
最終量。如通過(原始)信號(hào)R(t)中的振蕩可以看出的，通常使用電磁體240以脈沖的方式來吸引磁性粒子。這些振蕩主要由進(jìn)入漸逝場中但是未與所述表面結(jié)合的磁性粒子造成；因此當(dāng)將珠子吸引至所述接觸表面的磁體被關(guān)閉，并且任選地引導(dǎo)珠子遠(yuǎn)離所述表面的(頂部)磁體(未示出)被開啟時(shí)，所述進(jìn)入漸逝場中但是未與所述表面結(jié)合的磁性粒子能夠再次離開該漸逝場。如圖7的圖表所指示的，“局部幅度”A(t)能夠被定義為信號(hào)R(t)的最接近考量時(shí)間點(diǎn)t的局部最大值和局部最小值之間的差。在所描述的過程中，除分析物濃度之外，測定的表現(xiàn)還依賴于眾多因素。這些因素包括，例如，致動(dòng)協(xié)議(其反過來受磁體位置、磁場強(qiáng)度等的影響)、在所述樣本腔中可利用的磁性粒子總量、磁性粒子再分散的均勻性、磁性粒子的聚集(群集)狀態(tài)、在粒子上的抗體(示蹤劑抗體)和在傳感器表面上的抗體(捕獲抗體)的量和功能，以及許多其他因素。在測定的發(fā)展中，大量的努力投入于將所有這些因素中的變化最小化，從而從最終的測定結(jié)果S能夠準(zhǔn)確地確定分析物的濃度。然而，當(dāng)任何前述因素與預(yù)期不同時(shí)(例如，如果磁體之一不起作用，如果特定盒體中的磁性粒子量有偏差，或者如果粒子形成群集)，這能夠?qū)е洛e(cuò)誤的測定結(jié)果，這會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此，執(zhí)行測定的傳感器裝置能夠優(yōu)選地借助于需要極少或者不需要額外發(fā)展并且能夠同時(shí)在測定中檢測出很多偏差的控制機(jī)構(gòu)來檢測這種偏差是重要的。在下文中將描述如何能夠從所記錄的信號(hào)提取關(guān)于測定的各種方面的信息的若干提案。這種信息可以被表示為“輔助參數(shù)”并且主要以兩種方式使用:
作為控制:如果測定的一個(gè)方面顯示高于特定閾值的輔助參數(shù)的偏差，那么測量結(jié)果不合格并且所述傳感器裝置返回錯(cuò)誤消息。這對(duì)于排除假陰性是十分重要的。作為校準(zhǔn)器:當(dāng)已知輔助參數(shù)的具體偏差如何導(dǎo)致磁性粒子與所述表面的改變的相互作用(以及因此改變的最終信號(hào)S)時(shí)，可以校正這種影響并且例如，將信號(hào)變化S的結(jié)果乘以取決于偏差量的因子。由于針對(duì)目標(biāo)區(qū)域TR和/或參考區(qū)域RR而獲得的檢測信號(hào)R中的變化/振蕩依賴于進(jìn)入和離開漸逝場的磁性粒子I的量，因此分析這些振蕩可以給出關(guān)于以下的重要信息:-在所述樣本腔中的磁性粒子I的總量；-磁性粒子的聚集狀態(tài)(群集)；-磁性粒子的正確的再分散；-磁場B的強(qiáng)度；-磁場B的均勻性； -在所述樣本腔中液體的粘度。作為第一例子，圖8在圖表中示出了針對(duì)在樣本腔2中使用不同總量M的磁性粒子1(數(shù)量M包括磁性粒子，無論它們是否與目標(biāo)成分相結(jié)合；對(duì)于信號(hào)變化S的定義，見圖7)檢測IOOpM心肌鈣蛋白I (cTnl)而在結(jié)合區(qū)域BR中獲得的信號(hào)變化S。該圖表示出了測定的表現(xiàn)明顯地依賴于在測定中使用的磁珠數(shù)量M。圖9和10額外示出了針對(duì)磁性粒子總量M=IOOOng (圖9)和M=3000ng (圖10)的在目標(biāo)區(qū)域TR和參考區(qū)域RR中記錄的原始信號(hào)R(t)(相對(duì)單位)的兩個(gè)屏幕截圖。圖的右邊部分指示了從其推導(dǎo)出這些信號(hào)的目標(biāo)區(qū)域TR和四個(gè)參考區(qū)域RR的布置(例如，在圖9和10兩者中的最下部的曲線顯示了在結(jié)合位點(diǎn)TR中檢測到的信號(hào)，而其他曲線示出了進(jìn)入緊挨著所述位點(diǎn)的參考區(qū)域RR中的漸逝場的粒子)。這些數(shù)據(jù)也示出了測定中的磁性粒子總量M對(duì)與所述接觸表面相互作用的磁性粒子量具有明顯的影響。例如，在緊挨著所述結(jié)合位點(diǎn)的區(qū)域中所測量到的信號(hào)(局部)幅度A (如圖7中所定義的)對(duì)于較數(shù)量低粒子時(shí)要明顯地更低。圖11圖示了在參考區(qū)域RR中的信號(hào)幅度如何依賴于測定中的磁性粒子總量M。具體而言，該圖表示出了如在圖9和10所示的針對(duì)不同數(shù)量M的磁性粒子獲得的測定的3分鐘和4分鐘之間測量的平均信號(hào)幅度A。此外，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是三次重復(fù)的平均值；誤差條代表標(biāo)準(zhǔn)差。如在圖11中能夠看出的，能夠使用信號(hào)幅度A來準(zhǔn)確地測量出磁性粒子的總量M。信號(hào)幅度A因而能夠用作“輔助參數(shù)”，所述“輔助參數(shù)”與磁性粒子(即它們的總量)相關(guān)，但是與在目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的過程(即結(jié)合)無關(guān)。如果(在參考區(qū)域RR中或者在結(jié)合區(qū)域TR/BR本身中測量的)幅度A與預(yù)期值有偏差，這能夠用于使測量結(jié)果，即在目標(biāo)區(qū)域TR中的最終測量到的信號(hào)變化S不合格。然而，幅度A也能夠用作校準(zhǔn)器以校正獲得的值S。圖12示出了可以組合圖8和11以示出針對(duì)在測定中使用不同量磁性粒子確定IOOpM cTnl而在目標(biāo)區(qū)域TR中測量的信號(hào)變化S和(例如，在(一個(gè)或多個(gè))參考區(qū)域RR中測量的)信號(hào)幅度A之間的關(guān)系。從這樣確定的相關(guān)性，能夠校正測量的信號(hào)變化S。這在圖13中圖示，其示出了使用不同數(shù)量M的磁性粒子的IOOpM cTnl測量的，未校正的(左條帶)和使用了同時(shí)測量的幅度A校正的(右條帶)兩者的信號(hào)變化S。如果期望，能夠例如通過使用不同的信號(hào)處理、使用更多的參考區(qū)域等來進(jìn)一步改進(jìn)校正的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一改進(jìn)可以基于這樣的觀察:在測量(例如，F(xiàn)TIR、單個(gè)珠測量、散射光測量等)中在任何給定時(shí)間點(diǎn)獲得的信號(hào)與在那一時(shí)間與所述表面具有密切相互作用的粒子的量成正比。因此原則上，在測定中獲得的所有信號(hào)的總和與在那一測定過程中與所述表面相互作用的粒子總量成比例。測量結(jié)果的準(zhǔn)確性因此可以通過針對(duì)所觀察的相互作用的總量(累積信號(hào)變化)進(jìn)行校正而得到改進(jìn)。能夠通過傳感器裝置200解決的另一方面是磁性粒子群集的問題。簡而言之，樣本流體如人類血漿似乎包含引起磁性粒子的不可逆聚集(“群集”)的干擾因素，這導(dǎo)致測定表現(xiàn)的降低。這在圖14中圖示，其示出了在呈現(xiàn)(不可逆)群集的不同程度BP的樣本中，針對(duì)250pM cTnl檢測在目標(biāo)區(qū)域中獲得的(終點(diǎn))信號(hào)變化S。所述樣本通過將顯示高群集程度的第一血漿與不顯示群集的第二血漿相混合而獲得，其中值BP代表第一血漿的相對(duì)量。該圖表清楚地示出了信號(hào)變化S隨著群集程度BP的增加而降低。即使采取措施來避免磁性粒子的不可逆群集，但是在最終樣本中可能仍然有一些群集存在，例如由于磁性粒子以干燥形式的延期儲(chǔ)存。因此，準(zhǔn)確確定與磁性粒子測定中群集量相關(guān)的“輔助參數(shù)”的方法是有價(jià)值的。圖15的圖表指示如何能夠獲得前述輔助參數(shù)的方法。所述圖表示出了根據(jù)群集程度BP (如圖14確定的所述程度)的針對(duì)250pM cTnl樣本在參考區(qū)域中測量的信號(hào)幅度A(如上文定義的，參見圖7、9、10)。從這一圖表可以總結(jié)出，原始FTIR信號(hào)R(t)的變化也包含關(guān)于測定中粒子的聚集狀態(tài)的信息。因而信號(hào)幅度A (或者從其推導(dǎo)的值)能夠用作指示群集程度的期望輔助參數(shù)。圖16中圖示了確定與磁性粒子聚集狀態(tài)相關(guān)的輔助參數(shù)的另一方法。在這一圖的左圖表中，以高時(shí)間分辨率示出了在呈現(xiàn)具有高群集程度血漿的樣本中獲得的(原始)信號(hào)R(t)的脈沖。在右圖表中，示出了在無群集的樣本中獲得的相應(yīng)的R(t)的脈沖。這些圖表的比較揭示了:在磁場脈沖的吸引部分和珠子自由擴(kuò)散部分之間的切換過程中的尖銳峰值的存在(右圖表)指示樣本是無群集的并且珠子是單分散的。相反，上面提及的峰值的不存在是珠子群集的標(biāo)志(左圖表)。相關(guān)的“輔助參數(shù)”因此能夠被定義為在測量信號(hào)R(t)的曲線中這樣峰值的表達(dá)程度(能夠，例如，通過適當(dāng)?shù)奶卣鳈z測軟件來自動(dòng)地計(jì)算出這種程度)。圖17的圖表示出了針對(duì)按照?qǐng)D表右側(cè)所指示的來布置的六個(gè)參考區(qū)域RR和三個(gè)目標(biāo)區(qū)域TR的(原始)信號(hào)R(t)隨著時(shí)間t的變化。該例子示出了這樣的情況:在其中，盒體(檢測范圍)以如此方式定位從而實(shí)現(xiàn)珠子在所述表面上的均勻分布。從參考區(qū)域RR的底部和頂部排的相似的信號(hào)，磁場的對(duì)稱性是顯而易見的。雖然來自目標(biāo)區(qū)域TR的中間排的信號(hào)在給定時(shí)刻處不同于底部和頂部排，但是平均起來，對(duì)于所有檢測區(qū)域(針對(duì)所述所有檢測區(qū)域，特別 設(shè)計(jì)致動(dòng)方案)，珠子的相互作用是相同的。根據(jù)這一圖表，從在空間分布的檢測區(qū)域中獲得的信號(hào)R(t)的比較，能夠?qū)崿F(xiàn)與磁場的均勻性/對(duì)稱性相關(guān)的輔助參數(shù)的確定。
返回圖7，將注意力集中在指示在上升濃度階段b)過程中的信號(hào)R(t)的初始斜率的線G。已知，樣本的粘度η通過以下公式來確定
權(quán)利要求
1.一種用于在具有接觸表面(111、211)的樣本腔(2 )中檢測磁性粒子(I)的傳感器裝置(100、200 )，在所述接觸表面(111、211)處能夠收集磁性粒子，所述傳感器裝置包括: a)傳感器單元(120、130、220、230)，其用于在所述接觸表面上的目標(biāo)區(qū)域(TR)中和/或在所述接觸表面上的至少一個(gè)參考區(qū)域(RR、RR1-RR4)中檢測磁性粒子； b)磁場生成器(140、240)，其用于生成會(huì)引導(dǎo)磁性粒子至所述接觸表面(111、211)的磁場(B)； c)評(píng)估單元(50)，其用于從所述傳感器單元的檢測信號(hào)(R(t))中確定輔助參數(shù)，所述輔助參數(shù)與所述磁性粒子和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在所述目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面(111、211)之間的結(jié)合過程無關(guān)。
2.一種用于在具有接觸表面(111、211)的樣本腔(2)中檢測磁性粒子(I)的方法，在所述接觸表面(111、211)處能夠收集磁性粒子，所述方法包括以下步驟: a)生成會(huì)引導(dǎo)磁性粒子至所述接觸表面的磁場(B)； b)在所述接觸表面上的目標(biāo)區(qū)域(TR)中和/或在所述接觸表面上的至少一個(gè)參考區(qū)域(RR、RR1-RR4)中檢測磁性粒子； c)從檢測信號(hào)(R(t))確定輔助參數(shù)，所述輔助參數(shù)與所述磁性粒子和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在所述目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面(111、211)之間的結(jié)合過程無關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的傳感器裝置(100)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，所述磁場(B)會(huì)引導(dǎo)磁性粒子(I)至所述目標(biāo)區(qū)域(TR)，并且所述輔助參數(shù)與所述磁性粒子到達(dá)的位置和所述目標(biāo)區(qū)域之間的不匹配相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置(100)或者方法， 其特征在于，至少一個(gè)參考區(qū)域(RR、RR1-RR4)被設(shè)置在所述目標(biāo)區(qū)域(TR)外部，并且/或者至少一個(gè)參考區(qū)域與所述目標(biāo)區(qū)域(TR)交疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，所述樣本腔(2 )被設(shè)置在可更換的盒體(110、210 )中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，在所述目標(biāo)區(qū)域(TR)的不同側(cè)處設(shè)置有至少兩個(gè)參考區(qū)域(RR、RR1-RR4)，并且單獨(dú)地評(píng)估從這些參考區(qū)域(RR、RR1-RR4)獲得的所述檢測信號(hào)(R(t))，尤其是針對(duì)磁性粒子(I)的可能群集進(jìn)行評(píng)估。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，所述目標(biāo)區(qū)域(TR)包括具有針對(duì)所述磁性粒子(I)的結(jié)合部位的結(jié)合區(qū)域(BR)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，所述輔助參數(shù)與以下有關(guān): a)在所述樣本腔(2)中的磁性粒子(I)的量， b)磁性粒子的群集， c)在所述樣本腔中的介質(zhì)的粘度， d)所生成的磁場(B)， e)磁性粒子的再分散狀況，和/或f)磁性粒子的空間分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，對(duì)引導(dǎo)所述磁性粒子(I)的所述磁場(B)進(jìn)行調(diào)制，尤其是脈沖調(diào)制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器裝置(100、200)或者方法， 其特征在于，從在經(jīng)調(diào)制的磁場(B)的作用過程中記錄的檢測信號(hào)(R(t))來確定所述輔助參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器裝置(200)或者方法， 其特征在于，從所記錄的檢測信號(hào)(R(t))的局部幅度(A)和/或從所記錄的檢測信號(hào)(R(t))的脈沖形狀來確定所述輔助參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，從所記錄的檢測結(jié)果的變化率(G)和/或從在所述目標(biāo)區(qū)域(TR)中與在至少一個(gè)參考區(qū)域(RR)中的檢測結(jié)果的比較來確定所述輔助參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，如果所述輔助參數(shù)在給定范圍之外，則生成警報(bào)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，根據(jù)所述輔助參數(shù)來校正針對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域(TR)的檢測結(jié)果(S)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 傳感器裝置(100、200)或者根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，用光學(xué)的、磁性的、機(jī)械的、聲學(xué)的、熱的或電學(xué)的傳感器元件來檢測所述磁性粒子(I)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測在具有接觸表面(11)的樣本腔(2)中的磁性粒子(1)的傳感器裝置(100)和方法。所述傳感器裝置(100)包括傳感器單元(120、130)，所述傳感器單元(120、130)用于在所述接觸表面上的目標(biāo)區(qū)域(TR)和/或至少一個(gè)參考區(qū)域中檢測磁性粒子(1)。此外，所述傳感器裝置(100)包括磁場生成器(140)，所述磁場生成器(140)用于生成將磁性粒子引導(dǎo)至所述接觸表面的磁場。借助于這些部件，確定了“輔助參數(shù)”，所述“輔助參數(shù)”與所述磁性粒子(1)和/或它們的運(yùn)動(dòng)相關(guān)，但是與在所述目標(biāo)區(qū)域中發(fā)生的磁性粒子和所述接觸表面之間的結(jié)合過程無關(guān)。所述輔助參數(shù)可以，例如，與所述磁性粒子(1)在磁場影響下所到達(dá)的位置與所述目標(biāo)區(qū)域(TR)之間的不匹配程度相關(guān)。評(píng)估結(jié)果能夠用于驗(yàn)證和/或校正在所述目標(biāo)區(qū)域(TR)中獲得的測量結(jié)果。
文檔編號(hào)G01N21/27GK103229056SQ201180057175
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者W·U·迪特默, M·M·奧夫揚(yáng)科, T·H·埃弗斯, J·H·尼烏文赫伊斯, J·B·A·D·范佐恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司