片上磁粒子检测的数字控制制造技术

公开一种用于在化学测试领域中使用的检测系统和方法。检测系统可以用于过滤用于在包含数字控制功能的集成电路上测试的全血。

Digital control of magnetic particle detection on chip

A detection system and method for use in the field of chemical testing are disclosed. The detection system can be used for filtering whole blood tested on integrated circuits containing digital control functions.

【技术实现步骤摘要】
片上磁粒子检测的数字控制本申请是申请日为2014年4月10日申请号为201480040078.4专利技术名称为“片上磁粒子检测的数字控制”的申请的分案申请。有关申请的交叉引用本申请要求对均通过完全引用而结合于此、提交于2013年5月20日的第61/825,464号美国临时申请；以及提交于2013年10月15日的第61/891,319号美国临时申请的优先权。
公开了一种用于在化学测试领域中使用的检测系统和方法。更具体地，检测系统可以用于过滤用于在包含数字控制功能的集成电路上测试的全血。
技术介绍
护理点(POC)诊断医疗设备有助于早期检测疾病、实现更个人化定制的疗法和允许医生更容易地跟进患者以查看处方的治疗是否起作用。为了保证广泛采用，这些工具必须准确、易于被未受训练的个人使用并且生产和分发价格低廉。免疫检测(IA)应用特别适合用于POC，因为可以从可溶蛋白质生物标记符标识从心血管疾病到癌症以至到可传染感染的广泛病症。从原始样品如全血对这些生物标记的检测和定量经常包括使用荧光或磷光分子、酶、量子点、金属粒子或者磁粒子来标记目标蛋白。对于高灵敏度应用，必须区分特异性结合到目标分析物的标签与对背景噪声有贡献的未特异性结合的标签。通过在低成本、易于使用的格式中组合标签分离和检测，免疫-色谱测试(ICT)实现单独操作、即有能力执行检测而无需电子读取器或者外部样品预备系统。单独操作是经常被忽视的属性、但是一个对于尽管有其它缺陷、如低生化灵敏度、用户解释、不准确定量、时序要求和笨拙多路而仍然实现的ICT流行而言关键的属性。使用磁粒子标记对于POC应用而言是理想的；可以个别地检测磁粒子，因此可以实现亚皮摩尔灵敏度而无需如在酶标记的情况下那样花费多达一小时的信号放大步骤。且通过将所述粒子结合到其上的检测区域(sensingarea)微阵列化(micro-arraying)，也可以低成本实现多路操作。使用磁粒子可以减少培养时间，因为它们由于它们的高表面积与体积之比率而可以用液相动力学结合到目标分析物。另外，有能力从溶液用磁力和重力拉出磁粒子克服困扰多数高灵敏度方案的缓慢扩散过程。来自磁粒子的信号可以随时间稳定、对温度或者化学物改变不敏感并且在不透明或者半透明溶液如全血或者血浆中被检测到。生物磁背景信号可能低，因此可以用最少样品制剂实现高检测灵敏度。更重要的是，使用磁粒子作为检测标签可以允许单独设备操作，因为可以电磁地既操纵又检测这些粒子。“磁粒子”是显示磁性、反磁性、铁磁性、亚铁磁性、顺磁性、超顺磁性或者反铁磁性行为的纳米或者微米大小的粒子。“磁粒子”可以是指个别粒子或者更大粒子聚合体，如磁珠。磁粒子传感器是在集成电路中嵌入的可以检测磁粒子的传感器。例子包括光传感器、磁传感器、电容传感器、电感传感器、压力传感器。其中使用磁粒子作为检测标签的ICT是对常规ICT的改进，因为对粒子的检测不限于条带的表面、但是可以遍及条带的体积来执行从而产生更高灵敏度和提高的定量准确度。然而，不能在单独设备中容易地集成对磁粒子的体积检测，因此这些实现方式需要额外设备以测量条带中的体积磁化。一种用于集成到单独检测系统中的备选方式是使用在经由重力或者磁力沉淀到其中可以检测特异性结合的粒子的检测区域之前结合到溶液中的目标分析物的磁粒子。生物功能化的IC可以用来检测特异性结合的粒子。然而，迄今报道的多数基于IC的免疫检测实现方式不能单独操作，因为它们需要用于粒子检测的片外部件或者用于粒子操纵和样品预备的微流体致动。其它实现方式完全不能达到有必要在当前市场中竞争的成本结构。对于POC应用，希望样品预备迅速，因为检测限于10-15分钟。此外，为了回避需要制冷设备以及有助于存储和分发，希望干样品预备系统。也希望具有从患者接收小的未处理的样品的样品预备系统。来自手指刺入的平均悬滴血产生大约15μl流体。对于更多流体，复杂化的静脉刺破可能是必需的。另外，样品预备系统必需低成本，因为生物污染顾虑规定丢弃与生物样品接触的所有材料。也希望样品预备系统能适用于多路操作。
技术实现思路
公开一种可以满足以上描述的对于速度、成本和性能的要求的样品预备系统。有孔材料如膜过滤器可以回避对于离心或者复杂化的微流体样品预备的需要。由于膜过滤器紧凑和低廉，所以减少系统成本从而实现单独POC操作。另外，膜可以无需在附加支持下30秒之内从全血细胞分离血浆。用功能化的磁粒子培养滤液可以实现用于用亚皮摩尔灵敏度的迅速操作的液相动力学。使用IC以执行对磁粒子的检测实现低成本、单独操作。因此，过滤器、毛细管、磁粒子和IC的组合可以产生有拇指驱动的构成因素的单独、准确、多路平台。除了电池和显示器的整个系统的大小可以减少至1cm3以下。检测系统可以用于免疫检测。检测系统可以用于核酸、小分子和无机分子测试或者其组合。公开一种样品预备系统，该样品预备系统包括膜过滤器和配置为向操纵和检测磁粒子的集成电路(IC)的暴露的表面递送粒子的毛细管通道。可以在膜上面或者膜中俘获样品中的大粒状物，如全血细胞，而包含目标分析物的含水样品跨越膜进入毛细管的入口中，其中磁粒子可被重新悬置并且结合到滤液中的目标分析物。有重新悬置的磁粒子的滤液可以由于毛细管作用而流过毛细管和流到IC的表面上的检测区域上。结合到目标分析物的磁粒子可以通过特异性化学相互作用强烈地结合到IC的表面上的功能化的检测区域。特异性结合到IC的表面的磁粒子的数目是代表生物样品中呈现的目标分析物的浓度。IC的表面可以包含一个或者多个检测区域。检测区域对应于芯片的表面上的区域，其中粒子传感器可以在这些区域中检测到特异性结合的粒子。可以在IC中嵌入粒子传感器。为了磁粒子的总数的准确计数，粒子传感器可以被放置在检测区域以外以检测从检测区域去除的非特异性结合的粒子。IC可以包含一个或者多个磁力生成器以操纵检测区域上的非特异性结合的磁粒子。这些磁力可以用来将磁珠吸引到检测区域并且从检测区域去除非特异性结合的磁粒子。系统可以具有两个或者更多毛细管，例如其中递送毛细管的入口被放置在过滤器正下方并且将滤液递送到沉淀毛细管中，其被放置在检测区域正上方。干燥的磁粒子可以被放置在沉淀毛细管的顶部。从沉淀毛细管的顶部，干燥的磁粒子一旦滤液到达它们就可以沉淀到检测区域。检测的时间长度可以由沉淀毛细管的高度确定。检测系统可以被配置为取得全血或者预先过滤的血液、尿液、泪液、唾液、排泄物、口腔、鼻腔样品或者其它生物或者非生物含水样品。化学物，例如但不限于：核酸适体、寡核苷酸、蛋白质、用于防止凝结的制剂、用于内部校准曲线的目标分析物、结合催化制剂、磁粒子或者其组合，可以在膜过滤器组件中沿着毛细管的轴或者在IC的表面上被干燥并且可以被血浆重新溶解、但是保持结合到它们在其上被干燥的表面。检测系统可以包含用户界面控件以简化用户。全干检测系统可以校准背景信号和原生目标信号。如果未满足某些使用情况条件，则检测系统可以使结果无效。检测系统可以向用于存储和分析的辅助移动设备发送结果。附图说明图1是包括样品预备和递送模块(SPDM)8、光源2、集成电路12(IC)、印刷电路板(PCB)9、显示器1和外壳11的检测系统10的变化的横截面侧视图。图2是在含水样品5通过递送毛细管14被过滤和经由毛细管作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从单独医疗设备向辅助移动设备发送信息的方法，其包括：将信息以加密或未加密的格式显示在封装在所述单独医疗设备中的数字显示器上；使用辅助移动设备记录所述数字显示器的相片和/或视频；处理所述数字显示器的相片和/或视频以取回信息，其中所述处理由所述辅助移动设备上的医疗软件应用执行；以及提示用户以获取患者ID或从登录信息取回患者ID，其中所述提示由所述医疗软件应用执行；其中信息以安全方式绑定到患者ID。

【技术特征摘要】
2013.05.20 US 61/825,464;2013.10.15 US 61/891,3191.一种从单独医疗设备向辅助移动设备发送信息的方法，其包括：将信息以加密或未加密的格式显示在封装在所述单独医疗设备中的数字显示器上；使用辅助移动设备记录所述数字显示器的相片和/或视频；处理所述数字显示器的相片和/或视频以取回信息，其中所述处理由所述辅助移动设备上的医疗软件应用执行；以及提示用户以获取患者ID或从登录信息取回患者ID，其中所述提示由所述医疗软件应用执行；其中信息以安全方式绑定到患者ID。2.如权利要求1的方法，进一步包括由所述单独医疗设备对含水样品执行生物或化学检测，并其中所述单独医疗设备包括检测系统。3.如权利要求2的方法，其中检测所述含水样品中目标分析物的存在和/或量化所述目标分析物的浓度。4.如权利要求3的方法，其中特异性结合到IC的表面的磁粒子的数目是代表生物样品中呈现的目标分析物的浓度。5.如权利要求1的方法，其中所述数字显示器显示以一维条形码或2维QR码或者其他机器可读格式的信息的部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：屋大维弗洛雷斯库，黄清华，特蕾西马丁，杜安山崎，里米克罗默，
申请(专利权)人：硅生物装置有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US