物质确定装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定流体之内的物质的物质确定装置（19）。位置事件确定单元（34）从通过对感测区域进行感测生成的感测信号确定指示可能已附着于所述物质的粒子位于所述感测区域中的位置事件及所述位置事件的属性。位置事件选择单元（70）选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，并且物质确定单元（40）基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3）之内的所述物质。这样允许将所述流体之内所述物质的确定调整到期望的属性范围，所述范围能够涉及期望种类的结合粒子，由此减小不希望的效应对所述物质的确定的影响，因此改善了确定的准确度。
【专利说明】物质确疋装直
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定流体之内的物质的物质确定装置和物质确定方法。本发明还涉及一种用于彼此合作地确定流体之内的物质的结合设备和分析设备，一种用于确定流体之内物质的分析方法以及一种用于确定流体之内物质的分析计算机程序。
【背景技术】
[0002]W02009/098623A1公开了 一种基于能够利用电磁场致动的磁珠的磁生物传感器。利用能够与样本中的特定分析物分子结合的抗体将磁珠功能化。珠子被吸引到传感器表面，在那里结合珠子的数目与样本中存在的分析物分子的量直接地相关或相反地相关。之后通过基于受抑全内反射（FTIR)的技术检测珠子。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于确定流体之内的物质的物质确定装置和物质确定方法，其能够提高确定物质的准确度。本发明的另一目的是提供一种用于彼此合作地确定流体之内的物质的对应的结合设备和分析设备，一种用于确定流体之内物质的分析方法，以及一种用于确定流体之内物质的分析计算机程序。
[0004]在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定流体之内的物质的物质确定装置，其中所述物质确定装置包括：
[0005]-粒子，其用于附着到所述流体之内的所述物质，
[0006]-结合表面，其用于如果所述粒子已经附着于所述物质，则结合所述粒子，
[0007]-感测单元，其用于感测所述结合表面上的感测区域之内的所述粒子，其中，所述感测单元适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号，
[0008]-位置事件确定单元，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性，
[0009]-位置事件选择单元，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及
[0010]-物质确定单元，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体之内的所述物质。
[0011]在现有技术中，感测结合的粒子，并基于结合的粒子确定流体之内的物质，具体而言，确定流体之内物质的量或浓度。然而，在确定流体之内物质的程序期间，粒子可能会进入感测区域并可能离开感测区域。因此，在这个程序期间，能够确定位置事件的数目远远大于在特定测量时间结合的粒子数目。因此，如果确定是基于位置事件的，确定流体之内的物质能够基于非常大量的数据。这种大量数据能够改善信噪比，因此，提高确定流体之内物质的准确度。此外，由于位置事件选择单元选择位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，所以可以将流体之内物质的确定调整到期望的属性范围，其中，物质确定单元基于位置事件的所选部分确定流体之内的物质，所述期望的属性范围可以涉及期望种类的结合粒子。物质确定单元之后可以基本仅使用具有特定属性的位置事件，基本不使用可能由其他不希望种类的结合粒子、结合表面上的刮擦、结合表面上的灰尘、自由粒子等导致的其他位置事件。这能够导致进一步改善确定流体之内物质的准确度。
[0012]位置事件对应于感测区域中各个粒子的位置，其中，各个粒子能够直接位于结合表面上或接近结合表面。位置事件能够涉及例如结合事件，即涉及结合的粒子，或结合表面上或接近结合表面的自由粒子。
[0013]感测单元可以是使用允许根据感测区域中的粒子生成感测信号的技术的任何单元，其中，感测区域由感测单元界定。例如，如果粒子与渐逝场的相互作用被用于感测粒子，那么由渐逝场界定感测区域。感测区域优选界定了结合表面上和上方的体积，其中，如果粒子位于所述体积之内则感测到所述粒子。
[0014]优选地，所述位置事件确定单元适于确定各个位置事件的以下属性中的至少一个：各个粒子在感测区域中的寿命、开始时刻、结束时刻、尺寸以及位置变化。所述位置事件确定单元能够适于确定各个位置事件的若干属性，其中，所述位置事件选择单元适于选择位置事件中具有在各自属性范围之内的属性的部分。具体而言，位置事件选择单元能够适于选择位置事件中具有全部在相应属性范围之内的属性的部分，所述属性是由位置事件确定单元确定的。优选相对于预定义的参考时间确定开始时刻和/或结束时刻。此外，位置变化能够是例如各个粒子测量的坐标随时间的标准偏差，其中，平均值能够给出中心位置，标准偏差能够界定位置变化。然而，也能够以另一种方式确定位置变化。例如，它能够是与界定中心位置的平均位置的最大偏差。
[0015]位置事件的寿命优选是粒子在感测区域之内的时间。因此也能够将寿命视为停留时间。
[0016]物质确定装置优选是磁生物传感器，其中，粒子是磁珠，即纳米粒子，其标记物质。优选利用附着元件将磁珠功能化，所述附着元件能够附着于作为例如特定分析物分子的物质。附着元件例如是抗体、蛋白质、DNA、适体等。物质确定装置优选适于执行夹心免疫测定。
[0017]优选地，感测单元适于使得所生成的感测信号指示位置事件的开始时刻和结束时亥|J，其中，位置事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定位置事件的开始时刻和结束时刻来确定位置事件的寿命。优选地由粒子进入感测区域的时间定义开始时刻，并且优选地由已进入感测区域的粒子离开感测区域的时间定义结束时刻。如果在测量感测信号结束时在感测区域之内有粒子，能够将结束时刻定义为停止测量感测信号的时间。在实施例中，感测单元适于使得所生成的感测信号指示单一位置事件的开始时刻和结束时刻，其中，位置事件确定单元适于通过从所生成的感测信号确定单一位置事件的开始时刻和结束时刻来确定所述位置事件的寿命。具体而言，感测单元能够适于生成结合表面在不同时间的图像作为感测信号，其中，图像示出了粒子在某一时间位于感测区域中的哪些位置，其中，位置事件确定单元适于通过比较时间上连续的图像来确定开始时刻和结束时刻。这样允许通过简单比较时间上连续的图像，以低的计算工作量来确定位置事件和所述位置事件的寿命。位置优选为感测区域之内存在的粒子的平面内位置，为即由结合表面界定的或平行于结合表面的平面之内的粒子位置。
[0018]能够相对于一系列连续的图像定义开始和结束时刻。例如，第i个图像能够定义开始时刻，第j个图像能够定义结束时刻，其中，j大于i，且其中能够由该系列的第一幅图像定义参考时间。可以通过跟踪时间上连续的图像中的各个粒子来确定感测区域中的位置变化。
[0019]位置事件确定单元能够适于确定各个图像中各个位置的尺寸作为各个位置事件的属性。
[0020]物质确定单元优选适于确定流体之内粒子的量或浓度。
[0021]进一步优选地，感测单元适于生成结合表面在不同时间的图像作为感测信号，其中，图像示出了在某一时间粒子位于结合表面上的哪些位置，其中，物质确定单元适于基于位置事件确定流体之内的物质，所述位置事件在结合表面上具有预定义尺寸的相同区域中彼此相继，其持续时间小于预定义的持续时间阈值，且其寿命小于寿命阈值。
[0022]因此，物质确定单元能够适于基于这些寿命和预定义寿命范围之内的寿命确定流体之内的物质。
[0023]通常，将不仅检测结合到结合表面的粒子，而且也检测非常接近结合表面的粒子。基本上，当粒子存在于结合表面上的感测区域中时，粒子是可见的，例如，在基于对渐逝场影响(像渐逝场之内的FTIR或散射)的感测的情况下，在入射光束的渐逝场中。这些粒子没有结合到表面的分子键，但密切接近表面运动。可以将它们称为“自由”粒子。由于它们进出感测区域的运动，它们对应于寿命非常短的粒子。实质上，这不是真实分子键的寿命，而是感测区域中的寿命。由于粒子在运动，所以它们显现出连续不同的位置。通过从信号中过滤这些短寿命，能够消除或至少减小这些自由粒子对信号的贡献。这样能够改善确定流体之内物质的质量。
[0024]如果感测单元适于通过使用光感测粒子，则位置事件确定单元能够适于在各个粒子位于感测区域中的同时确定散射光的强度，以作为各个位置事件的属性。而且，结合的粒子有可能因为有限的键长而在短距离上移动。这样能够导致感测信号的连续变化。由于强度波动，强度稍高于背景信号的小粒子能够出现并消失，从而表现出与自由粒子类似的行为。然而，有一种大的差异：结合的粒子将在大致相同的位置，即在具有预定义尺寸的相同区域之内出现并消失，而自由粒子将在不同位置，即不在具有预定义尺寸的相同区域之内出现并消失。能够通过例如校准测量来确定所述相同区域的尺寸，从而使得结合的粒子在相同区域之内出现并消失，而自由粒子在具有预定义尺寸的相同区域之内和外部出现并消失。
[0025]因此，如果物质确定单元适于基于位置事件确定流体之内的物质，那么就能够将结合的波动粒子与自由的波动粒子区分开，所述位置事件在结合表面上的相同区域中彼此相继，其持续时间小于预定义的持续时间阈值，其寿命小于寿命阈值。因此，这种措施能够进一步改善感测信号的质量。
[0026]还优选地，感测单元包括光源和光检测器，光源用于生成辐射，所述辐射被引导到结合表面，以生成渐逝场，所述渐逝场界定了感测区域，所述光检测器用于检测来自结合表面的光，其中，位于结合表面上的粒子通过影响渐逝场来影响所检测的光，且其中，图像是从所检测的受影响的光生成的。光源优选包括发光二极管或激光器，以激励渐逝场。感测单元优选包括物镜，以收集感测区域中的粒子散射的渐逝场的光，其中，由类似成像透镜的成像单元将收集的散射光成像到类似CCD或CMOS照相机的二维光检测器上。这样允许使用暗视场显微镜（DFM)来生成感测信号。
[0027]在优选实施例中，感测单元包括施力单元,所述施力单元用于向粒子施加力，以将粒子和结合表面之间的结合置于应力之下，同时感测粒子。
[0028]施力单元优选是磁单元，其用于向结合到结合表面的粒子施加磁力。粒子优选是能够被磁场施力的粒子。磁单元能够适于使得能够将粒子吸引至结合表面或从结合表面拉开。
[0029]物质确定装置优选适于提供结合相位和冲洗相位。在结合相位中，施力单元以交替的方式向粒子施加朝向结合表面的力，以便允许粒子结合到结合表面，并优选使未结合粒子离开结合表面，即，在结合相位中，施力单元优选交替地向粒子施加朝向结合表面和离开结合表面的力。在结合相位中，粒子能够结合到结合表面，并且结合能够被破坏。在后继的冲洗相位中，施力单元向粒子施加力，该力仅推动粒子远离结合表面，由此将未结合的粒子冲洗离开结合表面，并将结合的粒子和结合表面之间的结合置于应力之下。在冲洗阶段中，优选不生成新的结合，并且还从结合表面释放结合的粒子。感测单元能够适于在结合相位期间和/或冲洗相位期间感测结合表面上的粒子，其中，位置事件确定单元能够适于从结合相位和/或冲洗相位中生成的感测信号确定位置事件的寿命，尤其是结合事件的寿命O
[0030]进一步优选地，位置事件确定单元适于
[0031]-从感测信号确定指示感测区域中粒子数目的粒子信号，
[0032]-对所述粒子信号求微分，并且
[0033]-从经微分的粒子信号根据位置事件在感测区域中的寿命确定所述位置事件的分布，
[0034]其中，位置选择单元适于选择具有位置事件中在预定义寿命范围之内的寿命的部分，所述预定义寿命范围是基于所确定的位置事件的分布的预定义属性范围。
[0035]粒子信号能够直接是感测信号或处理后的感测信号。此外，根据位置事件的寿命的位置事件分布能够直接是经微分的粒子信号或处理的经微分的粒子信号。
[0036]粒子信号优选对应于冲洗相位，并能够指示感测区域中粒子的总数，而不包括个体粒子信息，其中，粒子信号和感测信号例如是FTIR信号。这样允许以技术上相对简单的方式提供位置事件寿命的直方图。具体而言，在该实施例中，不必使用能够识别单一位置事件的感测单元。如果位置事件确定单元通过根据位置事件的寿命确定所述位置事件的分布，而不确定单一位置事件和单一位置事件的寿命来确定指示粒子位于结合表面上的感测区域中的位置事件以及其在感测区域中的寿命，则还能够基于位置事件的所选部分确定流体之内的物质。
[0037]预定义属性范围优选被预定义从而使得品质因数在所述预定义属性范围之内具有最优值，所述品质因数指示作为结合事件的特异性位置事件的属性的特异性直方图与非特异性位置事件的属性的非特异性直方图的比例，特异性位置事件涉及已附着于所述物质的粒子的结合，所述非特异性位置事件涉及其他位置事件。品质因数例如直接为所提到的比例。与其他位置事件相关的位置事件例如是涉及粒子的非特异性结合、自由粒子、类似刮擦的表面伪影等的位置事件。在实施例中，基于感测信号确定属性的特异性直方图，感测信号是在流体之内有物质的同时生成的,并且基于流体之内没有物质时生成的感测信号确定属性的非特异性直方图。能够预定义所述预定义的属性范围从而使得这两个直方图的比例在预定义属性范围之内具有最大值。为了确定属性的特异性直方图，流体包括浓度在例如IfM到IOpM范围中的物质。然而，浓度也能够更低或更高。能够预定义所述预定义的属性范围从而使得与未结合粒子、结合表面上的其他元素和伪影中的至少一个相关的位置事件的属性不在所述预定义属性范围之内的概率大于与未结合粒子、结合表面上的其他元素和伪影中的至少一个相关的位置事件的属性在所述预定义属性范围之内的概率。具体而言，优选地预定义所述预定义属性范围从而使得与未结合粒子、结合表面上的元素和伪影中的至少一个相关的位置事件的属性基本不在预定义属性范围之内。
[0038]物质确定装置优选包括结合设备和分析设备，结合设备具体而言为筒管，其包括粒子和结合表面，并适于接收流体，并且分析设备能够被视为读取器，其包括感测单元、位置事件确定单元、位置事件选择单元和物质确定单元。
[0039]结合设备优选为一次性设备，分析设备优选为可重复使用的设备。因此，通过在结合设备和分析设备上分布功能，能够将物质确定装置的一部分用作一次性设备，并能够将其他部分用作可重复使用的设备。由于优选为类似血液、唾液或尿液的体液样本的流体被引入结合设备，并且由于结合设备是一次性设备，所以在丢弃之前仅能够使用结合设备一次，即确定流体之内的物质不受先前测量杂质的影响。
[0040]在本发明的另一方面中，提供了 一种用于与分析设备合作以确定流体之内的物质的结合设备，其中，所述结合设备包括:
[0041]-粒子，其用于附着到所述流体之内的所述物质，
[0042]-结合表面，其用于如果所述粒子已经附着于所述物质，则结合所述粒子，
[0043]所述分析设备包括:
[0044]-感测单元，其用于感测所述结合表面上的感测区域之内的所述粒子，其中，所述感测单元适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号，
[0045]-位置事件确定单元，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性，
[0046]-位置事件选择单元，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及
[0047]-物质确定单元，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体之内的所述物质。
[0048]在本发明的另一方面中，提出了 一种用于与结合设备合作以确定流体之内的物质的分析设备，其中结合设备包括:
[0049]-粒子，其用于附着到所述流体之内的所述物质，
[0050]-结合表面，其用于如果所述粒子已经附着于所述物质，则结合所述粒子，
[0051]所述分析设备包括:
[0052]-感测单元，其用于感测所述结合表面上的感测区域之内的所述粒子，其中，所述感测单元适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号，
[0053]-位置事件确定单元，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性，
[0054]-位置事件选择单元，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及
[0055]-物质确定单元，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体之内的所述物质。
[0056]在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定流体之内的物质的物质确定方法，其中，所述物质确定方法包括以下步骤:
[0057]-将粒子附着到所述流体之内的所述物质，
[0058]-如果所述粒子已经附着于所述物质，则将所述粒子结合到结合表面，
[0059]-由感测单元感测所述结合表面上的感测区域之内的所述粒子，其中，根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号，
[0060]-由位置事件确定单元从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性，
[0061]-由位置事件选择单元选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，
[0062]-由物质确定单元基于所述位置事件的所选部分确定所述流体(3)之内的所述物质。
[0063]在本发明的另一方面中，提出了 一种用于与结合方法合作以确定流体之内的物质的分析方法，其中，所述结合方法包括以下步骤:
[0064]-将粒子附着到所述流体之内的所述物质，
[0065]-如果所述粒子已经附着于所述物质，则将所述粒子结合到结合表面，
[0066]所述分析方法包括以下步骤:
[0067]-由感测单元感测所述结合表面上的感测区域之内的所述粒子，其中，根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号，
[0068]-由位置事件确定单元从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性，
[0069]-由位置事件选择单元选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，
[0070]-由物质确定单元基于所述位置事件的所选部分确定所述流体(3)之内的所述物质。
[0071]在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定流体之内的物质的分析计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的分析设备的计算机上运行时，令所述分析设备执行根据权利要求14所述的分析方法的步骤。
[0072]应当理解，权利要求1所述的物质确定装置、权利要求11所述的结合设备、权利要求12所述的分析设备、权利要求13所述的物质确定方法、权利要求14所述的分析方法以及权利要求15所述的分析计算机程序具有具体而言，在从属权利要求中定义的类似和/或相同的优选实施例。
[0073]应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各自独立权利要求的任
意组合。
[0074]本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并将参考下文描述的实施例进行阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0075]在以下附图中:
[0076]图1示意性和示范性示出了结合设备的截面，
[0077]图2示意性和示范性示出了结合设备的毛细结构，
[0078]图3示意性和示范性示出了结合设备的顶视图，
[0079]图4示意性和示范性示出了包括结合设备和分析设备的物质确定装置，
[0080]图5示意性和示范性示出了与结合表面的不同种类的结合，
[0081]图6示意性和示范性示出了位置事件寿命的直方图，
[0082]图7示意性和示范性示出了位置事件寿命的两个直方图的比例，
[0083]图8示意性和示范性示出了被引入分析设备中的结合设备，并且
[0084]图9示出了流程图，其示范性图示了用于确定流体中物质的物质确定方法的实施例。
【具体实施方式】
[0085]图1示意性和示范性示出了用于结合流体3之内待被确定的物质的结合设备I。结合设备I包括用于过滤流体3的过滤器元件2以及用于生成毛细力的毛细结构5。优选使用粘合剂将毛细结构5附着于过滤元件2。在该实施例中，毛细结构5是由两侧都有粘性的双面胶带制作的。
[0086]结合设备I包括过滤器2所处的过滤位置6以及可以检测到流体3之内物质的感测位置7，其中，形成毛细结构5，从而通过毛细力从过滤位置6向感测位置7引导经过滤的流体3。
[0087]毛细结构5包括将过滤位置6与感测位置7连接的连接通道8以及位于过滤位置6的引导通道9，其中，引导通道9从连接通道8的末端延伸。在该实施例中，引导通道9沿径向从连接通道8的末端延伸。在图2中更详细地示意性和示范性示出了毛细结构5。图3示意性和示范性示出了在图1中以截面图示出的结合设备I的顶视图。
[0088]结合设备I包括位于感测位置7处的感测腔14，并且在感测腔14中流体3的物质是可检测的。这一感测腔14由结合设备I的第一部分15和第二部分16与毛细结构5 —同形成。此外，第一部分15和第二部分16与毛细结构5—起形成连接通道8。第一部分15和第二部分16优选经由粘合剂，具体而言，经由形成毛细结构5的双面胶带彼此附着。第一部分15和第二部分16是注射模塑的塑料基板，并优选对可见光透明。能够将第一部分15视为上基板、闭合元件或盖元件，并且能够将第二部分16视为结合设备I的下基板或基础元件。第一部分15包括排气孔39，以允许气体离开毛细结构5。
[0089]在该实施例中，过滤元件2是血液分离过滤器，结合设备I形成优选为一次性的筒管。结合设备I优选用于护理点诊断中。结合设备I优选适于检测全血样本中的，具体而言，例如25 Ul的扎指样本中的低浓度生物标志物。感测位置7优选包括免疫测定。具体而言，感测位置7包括用于附着于流体3之内物质的粒子的组17，其中，该粒子的组与流体3混合，并且如果流体3位于感测位置7处，则粒子附着于流体3之内的物质。该粒子的组17也能够位于感测位置7和过滤位置6之间。
[0090]图4示意性和示范性示出了包括结合设备I和分析设备18的物质确定装置19。结合设备I已经被插入分析设备18中。分析设备18包括感测单元33，感测单元33用于感测结合表面30上的感测区域之内的粒子17，其中，感测单元33适于根据感测区域中的粒子生成感测信号。分析设备18还包括位置事件确定34，位置事件确定34用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于感测区域中的位置事件和它们在感测区域中的寿命。此外，分析设备18包括用于选择位置事件中具有在预定义寿命范围之内的寿命的部分的位置事件选择单元70，以及用于基于位置事件的所选部分确定流体3之内的物质的物质确定单元40。优选地，物质确定单元40适于基于所确定的位置事件确定流体之内的物质的量和/或浓度。
[0091]物质确定装置19是磁生物传感器，其中粒子为磁珠，即纳米粒子，其通过附着于物质而对物质做标记。为了附着于物质，利用附着元件将磁珠功能化，所述附着元件能够将附着于例如为特定的分析物分子的物质。在该实施例中，附着元件为抗体。然而，附着元件也能够是蛋白质、DNA、适体等。
[0092]感测单元33包括磁单元23、24，其用于向结合表面30吸引磁性粒子并从结合表面30拉开磁性粒子。磁单元包括马蹄形磁体23，如果结合设备被插入分析设备中，则该马蹄形磁体23优选在结合设备I的一侧处于平面布置中，以及第二磁体24，如果结合设备被插入分析设备中，则该第二磁体被布置于结合设备I的相对侧。磁单元23、24是施力单元，其用于向结合到结合表面30的粒子施加力。
[0093]感测单元33优选适于使得所生成的感测信号指示单一结合事件的开始时刻和结束时刻。具体而言，感测单元33适于在与感测信号不同的时间生成结合表面30的图像，其中，图像示出了在某一时间粒子结合在结合表面30上的哪些位置。
[0094]在该实施例中，感测单元33包括光源20，光源20例如为发光二极管或激光器，其用于生成辐射28，辐射28用于被引导到结合表面30，以在结合表面30上生成渐逝场。结合表面30上界定感测区域的渐逝场受到位于感测区域中的粒子的影响，由此影响包括作为在筒管表面处的全内反射的光的反射光束31，并影响包括由结合表面30上的感测区域中的粒子散射的渐逝场的光的散射光束29。由物镜25将反射光31成像到优选为CCD照相机的第一光检测器21上。散射辐射被显微镜物镜32收集并由成像透镜26在第二检测器27上成像。第二检测器27也优选为CXD照像机。第一检测器21和第二检测器27生成感测信号，所述感测信号被提供给位置事件确定单元34，以确定指示粒子位于感测区域中的位置事件并从所生成的感测信号确定位置事件的寿命。第一检测器21的感测信号基于FTIR，第二检测器27生成的感测信号基于DFM。
[0095]第一检测器21和第二检测器27的感测信号中的至少一个形成结合表面在不同时间的图像，所述图像示出了在不同时间，在结合表面上或与结合表面平行的平面中的哪些位置处，粒子位于感测区域中。感测单元能够包括用于检测仅第一检测器或第二检测器的感测信号的元件，即，能够省去用于检测FTIR感测信号的检测系统或用于检测DFM感测信号的检测系统。在优选实施例中，感测单元仅包括基于由位于感测区域中的粒子散射的渐逝场的光生成DFM感测信号的检测系统。
[0096]在下文中，将更详细地描述感测信号的生成。如果在折射率较高的介质，例如第二部分16，和折射率较低的介质，例如流体之间的界面处一束光发生反射，将有一个特定的临界入射角，大于这个角，会有全内反射(TIR)的情况。图4中所示的(关于折射率和入射角的)检测配置，使得会有入射射束的全内反射。尽管在这样的情况下光被完全反射，但在折射率低的极薄层的介质中仍然有光穿透。这被称为渐逝场，其强度在低折射率介质中呈指数衰减，其特征穿透深度大约为光的波长。在实践中，穿透深度优选小于0.5微米。如果磁性粒子在渐逝场之内，即在感测区域之内，例如，如果磁性粒子被结合到结合表面30，那么会改变优选大约0.5微米的极薄第一流体层的光学属性，从而导致反射光束的强度减小。这是由于瞬逝光(FTIR;受抑全内反射)的吸收和散射造成的。结果是，检测器21处的光强及信号减小，而检测器27处的光强及信号增大。
[0097]位置事件确定单元34优选适于通过从生成的感测信号确定感测区域中不同位置处单一位置事件的开始时刻和结束时刻来确定位置事件的寿命。具体而言，位置事件确定单元34适于通过比较第一检测器21或第二检测器27在不同时间生成的结合表面的时间上连续的图像，来确定开始时刻和结束时刻。寿命一般依赖于结合的种类，例如依赖特异性或非特异性结合。寿命还能够依赖于各个位置事件是由自由粒子生成还是由结合粒子生成，所述结合粒子由于有限的结合长度可能发生波动。也能够由结合表面上类似刮擦或灰尘那样的伪影生成位置事件，那么预计该位置事件的寿命将较长。
[0098]图5示意性和示范性示出了结合表面30上不同种类的结合。在图5中，虚线35示意性和示范性地指示渐逝场的高度，即感测区域的高度，所述高度能够被定义为渐逝场的衰减长度A指示的粒子经由附着元件49、物质36和结合元件38特异性结合到结合表面30。粒子B不会形成类似粒子A那样的正常夹心结构，但经由附着元件49和结合元件38，即在没有夹在中间的物质的情况下，结合到结合表面30。
[0099]粒子C经由附着元件49、并非为待确定的物质(即并非为分析物)的元件37、以及结合元件38结合到结合表面30。粒子D经由附着元件49直接结合到结合表面30的暴露区域。这意味着，结合表面30包括结合元件38，以形成图5针对粒子A所示的正常夹心结构。这些结合元件38在图5所示的范例中还结合粒子B、C和E。然而，粒子D经由附着元件49直接结合到结合表面30。
[0100]粒子E的暴露区域经由结合元件38直接结合到结合表面30，即该粒子包括用于附着物质的附着元件49，其中，粒子A、B、C、D经由各个粒子的附着元件49结合到结合表面30。然而，粒子E不经由附着元件49结合到结合表面30，而是粒子E的暴露区域经由结合元件38附着于结合表面30。
[0101]在图5中，仅有粒子A形成正常夹心结构。因此粒子A特异性地结合到结合表面30。其他粒子B、C、D、E不形成正常的夹心结构，因此非特异性结合到结合表面30。
[0102]这些不同种类的结合通常与不同寿命相关。因此，通过仅选择具有在对应于期望结合种类(具体而言是特异性结合)的预定义寿命范围之内的寿命的位置事件，能够基于这种特异性结合确定流体之内物质的量或浓度，其中，确定量或浓度的准确度能够受到类似非特异性结合的其他种类结合的较少影响。
[0103]非特异性位置事件优选为不依赖于物质存在，即不依赖于样本流体中待检测的具体分析物存在的任何位置事件。具体而言，非特异性结合优选为不依赖于物质存在的任何结合。图5示出了用于夹心法免疫测定的特异性和非特异性结合之间的差异。然而，其他种类的测定也能够包括特异性和非特异性结合，并且如果选择另一种测定来确定流体中的物质，也能够使用物质确定装置确定特异性结合的粒子。
[0104]调节感测单元33，从而能够使用显微镜物镜32收集并由成像透镜26成像到第二光检测器27上的散射光29区分由单一粒子导致的感测信号，即信号变化。第二光检测器27包括二维检测表面30，以生成结合表面在不同时间的图像。如果在图像中的特定位置检测到粒子，并且如果在这个位置，在时间上先前的图像中未检测到粒子，那么就检测到位置事件的开始时刻，并且如果在这个位置在后面的图像中粒子消失，就能够确定这一位置事件的结束时刻。结束时刻和开始时刻之间的差异定义了各个位置事件的寿命。由于在一定时间内在结合表面间确定这些位置事件和对应的寿命，所以能够由位置事件确定单元34确定大量的位置事件和对应的寿命。
[0105]物质确定装置19优选适于提供结合相位和冲洗相位。在结合相位中，施力单元以交替的方式向粒子施加朝向结合表面的力，以便允许粒子结合到结合表面，并施加离开结合表面的力，以移除未结合的粒子。在后继的冲洗相位中，施力单元向粒子施加力，该力仅推动粒子远离结合表面，由此将未结合的粒子冲洗离开结合表面，并将已结合的粒子和结合表面之间的结合置于应力之下。应力能够导致甚至是结合的粒子被释放。能够在结合相位或冲洗相位中确定位置事件的分布及其寿命，具体而言，确定对应的寿命直方图。如果应当在结合相位中确定直方图，则由第二检测器至少在未结合粒子已经在结合相位中被拉离结合表面的时间提供结合表面的图像。优选地，比较在结合相位中将未结合粒子拉离结合表面的同时生成的连续图像，以确定位置事件的寿命。如果在第一图像中的特定位置可以看到粒子，并在先前图像中的相同位置看不到，则能够检测开始时刻的时间。如果在第二图像之内的特定位置可以看到粒子，并如果在后续图像中的相同特定位置看不到粒子，则能够确定结束时刻的时间。能够使用所确定的开始和结束时间来确定单一位置事件的寿命，其中，能够形成这些寿命的直方图。因此，通过使用这种单一位置事件检测，能够在结合相位和/或冲洗相位期间获得寿命分布。
[0106]也能够通过使用检测器21检测的FTIR信号基于系综信息获得寿命分布。在下文中将更详细地示范性描述这种情况。
[0107]一旦粒子已经结合到结合表面，它将不会永远保持在结合状态。由于存在力和热振动，分子键始终处于应力之下，从而导致键被连续破坏。键的这种破坏是一种统计学过程，这能够通过泊松分布描述。假设某种分子键的平均寿命为〈T >，在一定时间t之后仍然结合到表面的粒子比例由下式给出:
[0108]f=e_t/< 1 > (I)
[0109]其被视为泊松分布，平均值X=〈t>。
[0110]如果假设N (0)是t=0时结合到表面的粒子数目，对于t>0，没有新粒子将结合到表面，在时间t之后表面上存在的粒子数由下式给出:
[0111]N(t)=N(0).e-t/<T>。 (2)
[0112]使用这个方程，能够计算分子键的寿命分布。在t和t+ A t之间(从而具有寿命t)离开表面的粒子数AN等于AN=N (t)-N (t+At)。那么能够由下式描述寿命的分布AN⑴:
【权利要求】
1.一种用于确定流体（3)之内的物质的物质确定装置，所述物质确定装置（19)包括： -粒子（17 )，其用于附着到所述流体（3 )之内的所述物质， -结合表面（30)，其用于如果所述粒子（17)已经附着于所述物质，则结合所述粒子(17)， -感测单元（33)，其用于感测所述结合表面（30)上的感测区域之内的所述粒子（17)，其中，所述感测单元（33)适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号， -位置事件确定单元（34)，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性， -位置事件选择单元（70)，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及 -物质确定单元（40)，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3)之内的所述物质。
2.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，所述位置事件确定单元（34)适于确定各个位置事件的以下至少一个属性：各个粒子在所述感测区域中的寿命、开始时刻、结束时亥IJ、尺寸以及位置变化。
3.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，所述位置事件确定单元（34)适于确定各个位置事件的若干属性，且其中，所述位置事件选择单元适于选择所述位置事件中具有在各自属性范围之内的属性的部分。
4.根据权利要求2所述的物质确定装置，其中，所述感测单元（33)适于使得所生成的感测信号指示位置事件的开始时刻和结束时刻，且其中，所述位置事件确定单元（34)适于通过从所生成的感测信号确定所述位置事件的所述开始时刻和所述结束时刻来确定所述位置事件的寿命。
5.根据权利要求2所述的物质确定装置，其中，所述感测单元（33)适于生成所述结合表面（30)在不同时间的图像作为感测信号，其中，图像示出了粒子在某一时间位于所述结合表面（30)上的哪些位置，其中，所述位置事件确定单元（34)适于确定各个位置事件的以下至少一个属性： 通过比较时间上连续的图像确定的所述开始时刻， 通过比较时间上连续的图像确定的所述结束时刻， 各个位置事件在各个图像中的尺寸，以及 通过在时间上连续的图像中跟踪各个粒子确定的各个粒子在所述感测区域中的位置变化。
6.根据权利要求5所述的物质确定装置，其中，所述感测单元（33)包括光源（20)和光检测器（21、27)，所述光源用于生成辐射（28)，所述辐射用于被引导所述结合表面（30)，以生成界定所述感测区域的渐逝场，所述光检测器（21、27)用于检测来自所述结合表面（30)的光（29、31)，其中，所检测的光已经受到位于所述结合表面（30)上的所述粒子通过影响所述渐逝场的影响，且其中，从所检测的受影响的光生成所述图像。
7.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，所述感测单元（33)包括施力单元（23、24)，所述施力单元用于在感测所述粒子的同时，向所述粒子施加力，以将所述粒子和所述结合表面之间的结合置于应力之下。
8.根据权利要求7所述的物质确定装置，其中，所述位置事件确定单元（34)适于 -从所述感测信号确定指示所述感测区域中粒子数目的粒子信号， -对所述粒子信号求微分，并且 -从经微分的粒子信号，根据位置事件在所述感测区域中的寿命，确定所述位置事件分布， 其中，所述位置选择单元（70)适于基于所确定的位置事件分布选择所述位置事件中具有在预定义寿命范围之内的寿命的部分，所述预定义寿命范围是所述预定义属性范围。
9.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，所述预定义属性范围被预定义从而使得品质因数在所述预定义属性范围之内具有最优值，所述品质因数指示作为结合事件的特异性位置事件的属性的特异性直方图与非特异性位置事件的属性的非特异性直方图的比例，所述特异性位置事件涉及已附着于所述物质的粒子的结合，所述非特异性位置事件涉及其他位置事件。
10.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，所述预定义属性范围被预定义从而使得与所述结合表面上的未结合粒子、其他元素和伪影中的至少一个相关的位置事件的属性不在所述预定义属性范围之内的概率大于与所述结合表面上的未结合粒子、其他元素和伪影中的至少一个相关的位置事件的属性在所述预定义属性范围之内的概率。
11.一种用于与分析设备合作以确定流体之内的物质的结合设备，所述结合设备（I)包括： -粒子，其用于附着到所述流体之内的所述物质， -结合表面，其用于如果所述粒子已经附着于所述物质，则结合所述粒子， 所述分析设备包括： -感测单元（33)，其用于感测所述结合表面（30)上的感测区域之内的所述粒子（17)，其中，所述感测单元（33)适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号， -位置事件确定单元（34)，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性， -位置事件选择单元（70)，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及 -物质确定单元（40)，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3)之内的所述物质。
12.一种用于与结合设备合作以确定流体之内的物质的分析设备，所述结合设备包括： -粒子，其用于附着到所述流体之内的所述物质， -结合表面，其用于如果所述粒子已经附着于所述物质，则结合所述粒子， 所述分析设备包括： -感测单元（33)，其用于感测所述结合表面（30)上的感测区域之内的所述粒子（17)，其中，所述感测单元（33)适于根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号， -位置事件确定单元（34)，其用于从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性， -位置事件选择单元（70)，其用于选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分，以及 -物质确定单元（40)，其用于基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3)之内的所述物质。
13.一种用于确定流体之内的物质的物质确定方法，所述物质确定方法包括以下步骤： -将粒子附着到所述流体之内的所述物质， -如果所述粒子已经附着于所述物质，则将所述粒子结合到结合表面， -由感测单元感测所述结合表面（30)上的感测区域之内的所述粒子（17、28)，其中，根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号， -由位置事件确定单元从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性， -由位置事件选择单元选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分， -由物质确定单元（40)基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3)之内的所述物质。
14.一种用于与结合方法合作以确定流体之内的物质的分析方法，所述结合方法包括以下步骤： -将粒子附着到所述流体之内的所述物质， -如果所述粒子已经附着于所述物质，则将所述粒子结合到结合表面， 所述分析方法包括以下步骤： -由感测单元感测所述结合表面（30)上的感测区域之内的所述粒子（17、28)，其中，根据所述感测区域中的所述粒子生成感测信号， -由位置事件确定单元从所生成的感测信号确定指示粒子位于所述感测区域中的位置事件和所述位置事件的属性， -由位置事件选择单元选择所述位置事件中具有在预定义属性范围之内的属性的部分， -由物质确定单元（40 )基于所述位置事件的所选部分确定所述流体（3 )之内的所述物质。
15.一种用于确定流体之内的物质的分析计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的分析设备的计算机上运行时，令所述分析设备执行根据权利要求14所述的分析方法的步骤。
【文档编号】G01N21/552GK103492859SQ201280020344
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月27日 优先权日:2011年2月28日
【发明者】J·B·A·D·范佐恩, T·H·埃弗斯, R·M·L·范利斯豪特, W·M·哈德曼, D·J·W·克隆德 申请人:皇家飞利浦有限公司