CN108474743B - 流体中的物质的光学探测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光学探测流体(200)中的至少一种物质的系统(1)。该系统(1)包括被布置为分散在所述流体(200)中的颗粒(400、410)，每个颗粒包含磁珠(400)和试剂(410)。所述试剂(410)与所述物质反应，使得它在确定的光学激励或化学反应时产生特定的光学响应。该系统(1)还包括容纳所述流体(200)和颗粒(400、410)的腔室(330)。所述腔室(330)在一侧由对所述光学响应和所述光学激励的波长光学透明的窗口(310)封闭。该系统(1)还包括适于探测所述光学响应的至少部分的光学探测器(100)。该系统(1)还包括磁源(103)，所述磁源被布置为将所述颗粒(400、410)磁性地移动到所述窗口(310)上或靠近所述窗口(310)。所述光学探测器(100)被定位为接收来自位于所述窗口(310)上或靠近所述窗口(310)的至少一种试剂(410)的所述光学响应的至少部分。本发明还涉及一次性装置和方法。

Description

流体中的物质的光学探测

技术领域

本发明涉及允许通过使用试剂，对流体中，特别是对生物流体(例如血液、血清、血浆、唾液、尿液)中的所述物质进行光学探测的感测系统和方法，所述试剂对物质具有反应性使得所述试剂在确定的光学激励或化学反应时给出特定的光学响应的。那些物质的探测可用于不同的目的，例如对流体中的化学物质的测量和/或在那些物质能够与特定疾病或其他问题相关的情况下的医疗保健诊断。这种类型的探测对于识别生物样本中小物质的浓度可以特别有用。

背景技术

从能够探测流体中的颗粒的各种可用技术中，已知在生物样本中使用荧光或化学发光剂，其能够产生或改变荧光或发光响应，这是由于它们与一些存在于样本中的特定物质相互作用。

那些光学响应的探测给出样本中那些物质(例如葡萄糖)的存在或浓度的指示。

由于样本中发射波长的吸收和散射，荧光或发光响应难以在不透明样本中探测到。

为了解决这个问题，已知通过过滤和/或化学处理来处理样本，以获得将会更透明，同时仍然包含待探测物质的所得样本。

测量的可靠性因此增加。

US2014/0057366A1描述了一种用于探测具有接触表面的样本室中的磁性颗粒的传感器装置，其中，确定与磁性颗粒有关但与这些颗粒和接触表面之间的结合过程无关的“辅助参数”。它可能与磁场影响下磁性粒子到达的位置之间的失配程度有关，并且其评估结果可用于验证测量结果。

US2010/0330698A1涉及一种借助于指示剂颗粒来探测样本中的目标组分的系统，其中，指示剂颗粒与接触表面之间的距离在目标组分可以结合到接触表面和/或指示剂颗粒之后被确定，使得可能探测有多少目标组分被结合，而不需要指示剂颗粒和接触表面之间的结合。

US2013/0109030A1涉及一种药筒及其在检查装置中的用途，其中，可将样品引入药筒的入口并通过通道引导至其中进行样本检查的反应室。试剂靠近入口施加到样本上，孵育样品，其中，在检查期间可以考虑药筒的填充过程。

发明内容

本发明的主要目的之一是增强现有测定和/或光学探测系统的灵敏度和可靠性。

本发明的另一目的是探测流体中的一些物质的可能性，即使该流体是光学不透明的。

另一个目的是通过低成本的探测那些物质的系统来满足上述两个目的。

为了解决这些问题和目的，本发明的一方面提出了光学探测系统。该系统的任选特征可以优选实施例中找到。

本发明允许通过试剂溶解或悬浮或稀释或分散在流体中来捕获大量流体中的物质，并因此涉及它们在孵育时间期间与目标物质的相互作用。

使用附着在试剂上的磁珠以及一起使用磁源，允许对磁珠-试剂复合物进行磁性操纵，使得它们被磁性地移动(取决于磁体极性而被吸引或排斥)到用于探测目的的窗口。

此外，该磁源允许在探测期间将磁珠-试剂保持在窗口上或靠近窗口，而不必使用任何其他保持手段。

要注意的是，磁珠可以通过任何附着手段直接或间接地附着到试剂上。例如，附着可以通过化学键(例如共价键)进行，试剂可以是施加到磁珠表面上的涂层，或者试剂可以通过例如目标物质的中间生物材料间接结合或附着于磁珠。

结果，可以通过透明窗口在腔室(以下也称为流体容器)的一侧上执行光学探测，使介质与光学系统(即，探测器和任选源)之间的流体量最小化。

此外，将复合物磁性颗粒/试剂拖到窗口上会显着降低可能存在于大量流体中的背景光学噪声或信号。

灵敏度和可靠性因此得到改善。

并且流体不透明的问题因此被消除。

并且流体不需要被预处理(过滤和/或化学处理)用于探测目的。因此，本发明的系统显着降低了光学探测的成本。特别地，用于本发明系统中的一次性装置(其一次性装置包括所述腔室、试剂和珠)的设计和功能可以大大简化并且其成本大大降低。

通过任选地进一步配置磁源以产生旋转磁场，以便增强流体中试剂的混合，并因此增加它们与物质相互作用的可能性，可以进一步改善探测的灵敏度和快速性。

本发明的试剂被布置用于与目标物质(或分析物)直接或间接相互作用或反应。这种相互作用或反应可以是化学和/或物理和/或静电类型。该试剂还被布置为提供光学响应，或者直接或间接地由于该相互作用或反应而导致的光学响应变化。这种试剂可以是具有报道元素(或报道分子)的蛋白质，当与目标物质或分析物相互作用时，其导致所述光学响应的变化，这在本领域中是已知的。

典型地，这些试剂或者在与目标物质相互作用时是可光活化的，或者是与目标物质或分析物发生化学反应时是光子源。在第一种情况下，所述光学响应例如是荧光信号或响应、比色信号或响应，或者能够由电磁激励能激活的发光信号或响应。在第二种情况下，那些试剂可能具有化学发光性质，如果与目标物质发生化学反应，则其会产生电磁能或光学响应。

可以使用的试剂的范例是在生命科学中使用的离子选择性荧光报道蛋白，例如，用于细胞内成像，例如“Molecular Probes Handbook”给出了良好的概述，并且可以作为参考(具体地，第19章和第21章)。

可结合到分析物(此处为葡萄糖)并在结合时经历荧光变化的蛋白质(“试剂”)的结构是试剂的另一范例(US6277627，或“Structure-based design of robust glucosebiosensors using a Thermotoga maritima periplasmic glucose-binding protein”，来自Yaji Tian等人，Cold Spring Harbor Laboratory Press，2008年5月30日)。

文献中可以找到其他类型的这样的试剂。

本发明还涉及使用磁珠。这种磁珠通常可以包括超顺磁性，使得它们可以被产生的外部磁场激活和移动。例如，可以使用由Ademtech公司制造的磁珠。

所述试剂可以通过例如EDC交联剂与磁珠偶联，所述EDC交联剂激活羧基以与伯胺或蛋白质或半胱氨酸残基自发反应(本领域中众所周知的)。

任选地，可以将试剂涂覆在磁珠的表面上。

任选地，所述(一种或多种)试剂可以初始提供在系统中并且与磁珠分开地提供在流体中(即不相互附接)，并且它们仅通过分析物(或目标物质)或另一种中间组分或物质彼此结合。最终的复合物包含试剂、磁珠和分析物(或中间组分)，后者夹在磁珠和试剂之间。在该备选实施例中，试剂仍可在分析物的相互作用位点处与分析物(或中间组分)相互作用(如在两个先前的备选实施例中一样，如果激励则产生光学响应)，并且磁珠被提供有与分析物(或中间组分)的结合位点特异性结合的生物材料(例如蛋白质、抗体、核酸)。如果希望首先与磁珠和分析物接触，然后将分析物(与磁珠结合)与试剂接触，则该实施例可以是特别有用的。或者反过来：首先将试剂和分析物接触，然后将分析物(与试剂结合)与磁珠接触。例如，两个步骤可以通过一些适当的流体处理或两个步骤之间的流体引导来分开。这两个步骤可以在平台的两个各自不同的腔室中实施。这在流体处理通常需要几个步骤的分子诊断应用中可能特别有利。

在本文件的下部分中，“颗粒”是指磁珠与试剂的组件，其直接或间接地相互附接。“间接”组合可包括上述分析物或任何其他中间组分夹在试剂和磁珠之间的情况。

应该注意的是，颗粒的初始表面提供有或没有提供有任何其他生物材料，例如抗体或核酸片段(提供有与流体的某些分析物(例如蛋白质、核酸、小分子-即具有小于1000道尔顿的重量、肽、离子)特异性结合的表位或序列)。

由窗口和流体容器之间的界面限定的表面(也称之为“传感器表面”)可以优选地不通过与目标分析物或流体中目标分析物的类似物的特定结合来功能化。该具体实施例连同颗粒的功能化可导致夹层或颗粒与传感器表面之间的竞争性测定，这在本领域中是公知的，这不是本发明的主要目的。要注意的是，只有磁源允许颗粒保持在该界面上或附近，并且不需要额外的手段来将流体容器中的颗粒保持在与窗口的界面上或附近。

因此，本发明的系统不需要用生物材料对传感器表面的任何制备，因此将进一步降低制造该传感器表面的一些成本，特别是用于该系统中的一次性装置的成本。

可用于潜在激励试剂的光源可以是任何类型的电磁源，例如LED或激光源。

光学探测器可以是例如光电倍增管(PMT)、光分光探测器、相机(例如2D或3D相机，例如CMOS相机、CCD相机)、多光谱相机和/或光电二极管。

例如，PMT或多光谱相机可适合于探测荧光或发光，并且光分光探测器可适合于探测比色法。

在本发明的具体实施例中，光学系统包括全内反射器(“TIR”)系统。尤其是：

窗口材料的折射率高于待提供的流体的折射率，从而相应地限定窗口和流体容器之间的界面的法线的光学临界角，使得在窗口中传播并且以大于临界光学角度的角度入射到该界面的电磁波全部反射到该界面上，

光源被定位为使得在该界面上发生全反射。

TIR的效果是在流体中在流体与接收入射光波的窗口部分之间的界面上产生通常为几十到几百纳米厚的渐逝波。如果它们与目标分析物已经相互作用或与目标分析物正在相互作用，则这种渐逝波照射或激励产生特定光学响应的颗粒(如前所述)。与其不与物质相互作用的情况相比，该光学响应可能与散射强度的增加有关。该光学响应可以与特定于其光学特征(例如荧光)的确定波长的发射有关。该光学响应可以与特定于其光学特征(例如颜色)的确定波长的吸收有关。应该注意的是，磁珠(附着到试剂上)可以进一步散射和/或吸收，如果它也存在于渐逝波中，从而带来关于窗口上或附近的颗粒存在的进一步信息，在数据检索过程中必须考虑到这一点。

该光散射和/或光吸收和/或光发射可以由所述探测器直接或间接探测。

例如，光谱测定探测器、相机(例如CCD或CMOS相机)、光电二极管和/或显微镜可以位于窗口上方以直接探测在(一个或多个)发射波长和/或(一个或多个)散射波长处的(一个或多个)峰值强度和/或在(一个或多个)吸收波长处没有强度。这种直接探测具有利用用于优化目的或探测的潜在其他光学器件提供大数值孔径的优点。

或者，由于颗粒存在于渐逝场中，在散射和/或吸收和/或发射的(一个或多个)波长周围，反射到传感器表面上的光的削弱也可以通过定位为接收这种反射光的适应的探测器来探测，这种FTIR探测器也用于本发明的框架中。这种探测到的削弱全内反射(“FTIR”)信号在接收信号中包含较低强度，这是由于渐逝波中存在颗粒。值得注意的是，这种FTIR系统可以被视为特别轻便的系统，因为它仅位于窗口的一侧，并且具有典型的倾斜角度，其特别有利于集成在探测设备的壳体中，探测设备也可以称为“读取器”或“分析器”。此外，本发明的磁源可以位于FTIR系统的源和探测器之间，增强了手持设备的集成能力。

在另一个实施例中，可以一起使用这两种类型的探测，以增强探测的灵敏度、可靠性和鲁棒性。两个探测器也可以互补。例如，第一探测器可以探测由与分析物的相互作用可激活的试剂发射的荧光或发光，而第二探测器探测渐逝场中磁珠的光散射。

在具体的实施例中，试剂是化学发光的，并且由试剂发射的光子可以由光学探测器直接探测，而不必使用光源。例如，可以将光谱测定探测器、相机(例如CCD或CMOS相机)、光电二极管和/或显微镜放置在窗口上方以直接探测来自化学发光剂的(一个或多个)发射波长处的(一个或多个)峰强度。这种直接探测具有利用用于优化目的的潜在其他光学器件提供大数值孔径的优点。如前所述，对于非化学发光剂，将这些化学发光剂磁性定位在窗口附近可以明显增强系统的灵敏度和鲁棒性，因为流体不会如此干扰，并且大量流体中的任何其他光学背景或信号可以很容易被撤回。

本发明的(一个或多个)探测器可以被进一步优化，以在探测到的光中更好地识别待探测的(一个或多个)试剂的(一个或多个)光学响应。例如，探测器可以已经被配置或调整成在(一个或多个)期望的光学响应的(一个或多个)波长周围呈现更高的分辨率。在具体的实施例中，本发明的探测系统具有存储在其存储器中的(一个或多个)试剂一旦被激励或照射或与目标分析物化学反应后的(一个或多个)光学响应值((一个或多个)频率或(一个或多个)波长)的先验知识，其可以用于帮助识别探测到的信号中的(一个或多个)光学响应。

在该光学系统的任选实施例中，探测系统被布置为执行探测到的波的谱分析。这对于探测由光学探测器接收的波中的荧光、发光和/或颜色响应可能非常有用。

该探测系统尤其可以包括位于探测器本身下游的硬件和/或软件类型的处理器(或处理装置)，以处理和分析由探测器接收的数据，探测器适于从探测到的光谱中检索所述至少一种颗粒的存在。探测到的信号中对来自激活试剂的光学响应的识别尤其允许确定存在于窗口上或附近的颗粒的浓度或计数，特别是通过识别(一个或多个)光学响应的(一个或多个)强度。例如，如果发现激活试剂的强度比单个颗粒可以预期的强度高三倍(绝对值)，则可以推断已经探测到三个颗粒。

从探测器接收的数据中检索由于与目标分析物相互作用引起的颗粒的光学响应的步骤可以通过在光谱中识别对应于接收的强度中的(一个或多个)峰(或(一个或多个)谷)的(一个或多个)波长来执行。该识别也可以基于系统中使用的试剂(其具有与其相关联的一些确定的光学特征)的知识来完成。这种识别可以在绝对基础上或在相对基础上完成。在第二种情况下，处理器可以从接收到的信号中减去背景。备选地或另外地，处理器可以计算那些峰值(或谷值)的强度与参考波长之间的比率，参考波长表示测量的一些特定环境条件。然后可以从该比率评估传感器表面上或附近颗粒的浓度或计数。在分子上，并且在使用发射荧光或化学发光光子的试剂探测分析物的特定情况下，这允许识别分析物结合后荧光光谱的相对偏移。

在磁珠在探测到的波中产生额外响应的情况下，光学响应和由于颗粒的存在而引起的探测到的波中的额外响应的组合可因此显着提高感测系统的灵敏度，因为错过探测到的信号中的一些颗粒的概率较低。

本发明可相应地基于较低量的待探测颗粒或更不透明流体而打开新型信号分析，从而打开新的应用。

此外，本发明涉及探测被布置为溶解(或分散，悬浮)在流体(通常为液体，例如生物样本：血液、唾液等)中的颗粒。这意味着系统储存这些颗粒，使得一旦流体被提供到系统中(例如，从患者收集生物样本)，颗粒可以在大量该流体中移动并因此与流体的一些物质相互作用。样本体积中的这些相互作用当然是本发明非常有利的一个方面，因为它可能导致需要这种相互作用的许多应用。如前所述，通过使用所述磁源可以进一步改善这种混合。

在这些颗粒在流体中充分孵育之后，探测它们在窗口上或附近的存在。“附近”意味着离窗口不够远，使得流体不会基于预定的容许光学干扰显着干扰测量。在使用基于渐逝波的光学技术的情况下，“附近”意味着更特别是距窗口不太远，以便至少部分地包含在渐逝波中。

颗粒通过所述磁源产生的磁场而移动。

在特定实施例中，所述磁源可以定位在光源(如果有的话)和光学探测器之间，以便于将整个系统(包括电路)集成到探测设备的外壳中，同时保持这种光学设备的合理的尺寸，适用于手持式应用。而且，这种探测设备的总体布置可以是紧凑的，从而导致组件更鲁棒并且在该设备的不同部件之间提供适当的保护元件。任选地，磁源可以以朝向窗口吸引颗粒的第一模式操作并且以远离窗口排斥颗粒的第二模式操作。此外，它可以被配置(归功于例如确定的方案)以混合大量流体中的颗粒。

在另一个任选实施例中，流体的(内部中空的)腔室或容器在第二侧通过第二窗口封闭，该第二窗口对(一种或多种)颗粒的(一个或多个)光学响应的波长以及(一种或多种)颗粒的(一个或多个)潜在光学激励是光学透明的。该第二窗口例如可以定位为面向第一窗口。通过这种方式，这种流体容器可以以两种不同的方式用于不同的目的。对分析物的快速探测尤其有意义，特别是由于测量的自我参考性质。

作为范例，本发明的系统和方法所针对的物质(或分析物)可以没有任何限制地为这些物质中的若干种中的一种，例如，白蛋白、碱性磷酸酶、丙氨酸氨基转移酶、淀粉酶、天冬氨酸氨基转移酶、尿素氮、钙、氯化物、肌酸磷酸激酶、肌酸酐、直接胆红素、γ-谷氨酰转肽酶、葡萄糖、高密度脂蛋白、乳酸脱氢酶、脂肪酶、钾、钠、磷、总胆红素、总胆固醇、甘油三酯、总蛋白、尿酸、总二氧化碳(TCO2)、阴离子间隙、抗体、蛋白质、核酸、相对重量小于1000道尔顿的分子。

作为一种选择，本发明进一步被布置为使得在将流体提供给系统之前，将所述至少一种颗粒(即，试剂+磁珠)储存在干燥测定装置中。该储存可以位于流体容器的内部或外部。颗粒在干燥的测定装置中的储存允许平台被储存，与嵌入的颗粒一起出售，随时可以使用。

作为替代或组合选项，这些颗粒可以储存在一次性装置的测定区域中，这样的一次性装置还包括所述流体容器。该一次性装置可以进一步包括具有外部入口并且穿过所述测定区域和流体容器的流体路径。该流体路径可以是微流体路径，利用主动和/或被动泵送或抽吸或毛细抽吸来驱动流体的流动，其中，微元件(例如阀、止挡件等)在不同的处理步骤中处理流体。

作为本发明的另一选择，窗口材料可以被布置为对于围绕所述至少一个光学响应的由光源发射的入射波的窄带是透明的。任选地或组合地，探测器和/或处理器可以提供在所述至少一个光学响应周围的(一个或多个)窄带滤波器。该实施例允许系统仅保留在光学响应周围的探测到的信号的部分。对于改善来自光学探测信号的剩余部分的光学响应的信噪比可能特别有利。它也可以用于只关注(一个或多个)光学响应，同时过滤掉(一个或多个)该光学响应之外的任何不想要的信息。

该系统可以进一步包含第二类型的一种或多种其他试剂(与所述“至少一种颗粒”相比)，其被布置为也溶解或悬浮在流体中，与另一种类型的物质发生化学反应，使得它在确定的第二光学激励时给出特定的第二光学响应，所述第二光学响应与第一类型的试剂的第一光学响应不同。这两种类型的试剂之间的光学响应的差异可以是由于使用不同的材料用于与对应的物质反应时具有不同光学特性并因此产生不同的光学响应的试剂。任选地，第二类型的试剂也附着在磁珠上。该选项对于复用不同种类物质的系统特别有利。该实施例可以由相同的初始波或者由随时间分开发射的不同入射波来实施。

本发明的其他方面还涉及一次性装置以及相应的方法。

附图说明

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。在以下图中：

图1示出了光学系统的示意性侧视图。

图2示出了探测前的流体容器的示意性侧视图。

图3示出了探测期间流体容器的示意性侧视图。

具体实施方式

图1示出了包括读取系统100和平台300的TIR系统1的示意图。平台300嵌入有颗粒400并具有在透明窗口340和流体容器330之间延伸的传感器表面350。平台300和读取系统100被布置为彼此紧密操作，使得读取系统100可以向平台300的传感器表面350发射光(和/或其他电磁波)并从平台300的传感器表面350接收光(和/或其他电磁波)。

特别地，读取系统100包括：

光发射器101，例如，至少一个发光二极管(LED)或激光器，以将光束或波10发射到平台300上；

用于接收传感器平台300的布置(在图1中未被参照)，使得传感器表面350可以接收从光发射器101发射的光；

光探测器102，例如，2D相机，例如CMOS或CCD相机、显微镜，其被定位为探测来自照射到传感器窗口350上或附近的颗粒400的一些光子。备选地或组合地，光探测器可包括FTIR探测器102'，其接收已经被平台300反射的反射光20的至少部分。可以使用允许探测系统的优化的任何光学器件，例如透镜或棱镜104或本领域技术人员已知的任何其他合适的光学元件；一般而言，光发射器101、所述布置和光探测器102被配置和彼此相对定位为，使得由光发射器101发射的光10能够被位于该布置中的传感器平台300接收，并且来自照射的传感器表面350的光被光探测器102或102'接收；任选地，该光探测器102'和/或102和/或光学器件104被布置为探测包括靠近传感器表面350的颗粒400的期望光学响应的波长的光谱；

位于探测器102和/或102'下游的处理器(未示出)，其被布置为基于从接收到的光中检索到的并且与由于颗粒400的存在导致的全内反射波的削弱有关的信息来确定所述颗粒400的存在，该检索的信息包括存在于传感器表面350上或附近的颗粒400的(一个或多个)特定光学响应；处理器有利地被布置为确定和分析探测到的光的光谱的至少部分；处理器可以与发光器101、光探测器102或102'以及磁源103-103'(之后描述)一起提供在读取器100的单个外壳(未示出)中，和/或提供在对接站或本地计算机(未示出)中，对接站或本地计算机在近处与读取器通信和/或在远程位置与读取器100通过通信网络进行通信。

(一个或多个)磁源103，其在流体200中产生磁场或强度以对溶解或悬浮颗粒400施加力，并且其控制允许操纵流体200内部的颗粒400，朝向传感器表面350和/或远离传感器表面350和/或通过更复杂的运动。如本领域已知的，该磁源103可以布置在马蹄形布置中。

平台300可以是一次性的，任选地主要由聚合物材料或任何类型的受限于实施本发明所需的光学特性的材料制成。

在图1的具体实施例中，平台300包括：

基部310，其被提供有窗口材料，该窗口材料对于入射光10的至少特定波长是透明的，基部310从传感器表面350延伸并位于其下方；

盖320，例如层压箔，其定位在基部310上。

基部310和/或盖320可以被配置为在它们之间限定微流体部件，例如探测腔室330、测微通道、其他腔室等，以在探测腔室330的上游和下游处理流体200(未示出)。在流体200被提供用于探测目的之前，基部310和/或盖320的表面部分可以被使用并且被配置为以干燥状态储存一些颗粒400，优选地在上游或在探测室330中。

窗口340的材料的折射率高于流体200的折射率，从而限定与传感器表面350的法线的光学临界角，使得在该平台材料中传播并且以大于临界光学角度θc的角度入射到传感器表面350的电磁波10被全反射到传感器表面350上。众所周知，该全反射的结果是产生渐逝波30，典型地在传感器表面350上从十分之一到几百纳米的高度。

光发射器101、光探测器102和平台300被配置并相互定位为使得事实上入射光10被全反射到传感器表面350上并且通过光探测器102和/或102'接收来自传感器表面的一些光20。

如上所述，颗粒400可以以干燥状态储存，并且被布置为溶解(或悬浮或稀释)在流体200中(通常为液体，例如生物样本：血液、唾液等)。一旦流体200被提供给系统1(例如，生物样本从患者获取)，颗粒400可以在大量该流体200中移动并因此与流体200的一些物质相互作用。颗粒400包括磁性材料，即具有使得其可以通过磁源103的作用被操纵并移动到传感器表面350的磁性质的材料。该磁性材料可以是例如超顺磁性的。这种磁性材料形成珠粒。这些颗粒400进一步包含结合到珠粒或涂覆到珠粒上的试剂410(如图1所示)。在涂层的情况下，该试剂材料可以作为颗粒400表面上的连续层410提供。该试剂与流体200中可能存在的特定物质发生化学反应，使得其在确定的光学激励10时产生特定的光学响应。对于所考虑的试剂层410(如果试剂涂覆到磁珠上)，颗粒400的尺寸和层410的厚度会影响该光学响应的强度。

要注意的是，颗粒400的表面可能没有提供任何其他生物材料(除了可能的试剂410)，例如抗体或核酸(提供有特异性结合流体200的某些分析物(例如蛋白质，核酸)的表位或序列)。类似地，传感器表面200优选不利用与流体中的目标分析物或目标分析物的类似物的特定结合功能化。该具体实施例连同颗粒400的功能化可以导致本领域公知的夹层或竞争性测定，其不是本发明的目标。应该注意的是，只有磁源103允许颗粒400保持在传感器表面350上或附近。

窗口340的材料可以被布置为仅对围绕颗粒400的所述光学响应的(一个或多个)预期波长的入射波10的光谱的窄带透明。例如，窗口340可以由仅使蓝光经过的材料制成，因为已知颗粒400的光学响应(散射和/或吸收和/或发射)的波长处于蓝色光谱中，这将产生探测器102中的大部分明亮的响应以及FTIR探测器102'中的FTIR接收信号20中的暗响应。这个实施例可能对滤除一些不想要的波长或丢弃其他类型的颗粒400或未与目标物质接触的颗粒(例如，其他类型的一些颗粒400在红色光谱中具有光学响应)的光学响应是有利的。

备选地或组合地，探测器102和/或102'和/或处理器可以被提供有在颗粒400的(一个或多个)预期光学响应周围的窄带滤波器。(一个或多个)该实施例允许系统1保留接收信号20的仅对应于光学响应的波长周围的部分。该实施例对于改善来自接收信号的保留部分的目标光学响应的信噪比可以是有利的。它也可以用于只关注特定的光学响应现象，同时滤除局部共振之外的任何不想要的信息。

如已经指出的那样，该系统可以包括具有不同类型试剂的颗粒400，每种类型都能够实现适当的光学响应，即一旦它们各自的试剂被激励就具有适当的(一个或多个)光学响应波长。这个选项对于复用不同种类的颗粒的系统特别有利。特别地，如果流体200中待探测的每种类型的物质对应于一种特定的所述类型的试剂：通过这种方式，由于本发明，通过在接收到的信号中探测光谱中不同的(一个或多个)对应光学响应并测量它们各自的强度，可以清楚地识别和探测不同类型的物质。该实施例可以由相同的初始波10或者由随时间分开发射的不同入射波10实施。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。例如，本发明的系统不仅可以用于根据本发明的颗粒，而且可以结合本发明的颗粒与其他类型的颗粒一起使用。此外，应该注意的是，本发明可以使用化学发光颗粒，并且本发明的系统或方法不一定使用或包括光源。

Claims (13)

1.一种用于光学探测流体中的至少一种物质的系统，包括：

至少一种试剂，其被布置为分散在所述流体中，与所述至少一种物质反应，使得所述至少一种试剂在确定的光学激励或化学反应时产生特定的光学响应；

容纳所述流体的腔室，所述腔室在一侧由对所述光学响应的波长并且如果需要可选地对所述光学激励的波长光学透明的窗口封闭；

光学探测器，其适于探测所述光学响应的至少一部分；

其中，所述系统还包括：

磁珠，其附着于或要附着于每种试剂；

磁源，其被布置为在光学探测期间将至少一种复合物磁性地移动到所述窗口上或靠近所述窗口，并且将所述至少一种复合物磁性地保持到所述窗口上或靠近所述窗口，每种复合物包括所述磁珠和所述试剂；并且

其中，在所述至少一种试剂位于所述窗口上或靠近所述窗口的情况下，所述光学探测器被定位为接收来自所述至少一种试剂的所述光学响应的至少一部分，

其中所述窗口与所述腔室之间的界面没有被专门功能化以捕获所述物质或所述物质的任何类似物。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学响应是光学激励时的荧光信号、比色信号或发光信号。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括电磁波的光源，所述电磁波的光谱包括所述光学激励的电磁波长，并且其中，所述光源以及所述窗口与所述腔室之间的界面是TIR系统，使得从所述光源发射的入射电磁波的全反射在所述界面上发生，并且使得在所述界面上的所述流体中相应地形成渐逝光场。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学响应是对化学反应的化学发光响应。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述光学探测器包括光电倍增管和/或光谱测定探测器和/或相机和/或光电二极管和/或FTIR型探测器。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述光学探测器被布置为执行对探测到的电磁波的谱分析。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，待探测的所述至少一种物质包含以下这些物质中的若干种中的一种：碱性磷酸酶、丙氨酸转氨酶、淀粉酶、天冬氨酸氨基转移酶、尿素氮、钙、氯化物、肌酸磷酸激酶、肌酸酐、直接胆红素、γ-谷氨酰转肽酶、葡萄糖、高密度脂蛋白、乳酸脱氢酶、脂肪酶、钾、钠、磷、总胆红素、总胆固醇、甘油三酯、尿酸、总二氧化碳（TCO2）、阴离子间隙、蛋白、核酸、相对重量小于1000道尔顿的分子。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述蛋白包括白蛋白、总蛋白和抗体。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括第二类型的一种或若干种其他试剂，所述第二类型的一种或若干种其他试剂被布置为分散在所述流体中，与第二类型的至少一种物质反应，使得所述第二类型的一种或若干种其他试剂在确定的第二光学激励或第二类型的化学反应时产生特定的第二光学响应，所述第二光学响应与所述光学响应不同。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第二类型的试剂附着于磁珠。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括数据处理器，所述数据处理器被布置为计算光学响应波长与探测到的光谱中的参考波长之间的比率，并且使用该计算的结果来确定物质的浓度。

12.一种光学探测流体中的至少一种物质的方法，包括：

提供包含磁珠和试剂的至少一种颗粒，所述至少一种颗粒被布置为分散在所述流体中，所述试剂与所述至少一种物质反应，使得所述试剂在确定的光学激励或化学反应时产生特定的光学响应；

提供腔室，所述腔室具有对所述光学响应的波长并且如果需要所述光学激励可选地对该激励的波长光学透明的窗口，其中所述窗口与所述腔室之间的界面没有被专门功能化以捕获所述物质或所述物质的任何类似物；

在所述腔室中提供所述至少一种颗粒和所述流体；

将所述至少一种颗粒磁性地移动到所述窗口上或靠近所述窗口；

在以下步骤期间将所述至少一种颗粒磁性地保持到所述窗口上或靠近所述窗口：

探测来自所述至少一种颗粒的所述光学响应的至少部分。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：向所述窗口发射包括所述光学激励的波长的电磁波，使得该波长在所述窗口与所述腔室之间的界面处被全反射。

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