分析测试设备的制作方法
本发明涉及分析测试设备。
背景技术：
可以出于各种原因进行对分析物的存在和/或浓度的生物测试，除了在其它应用中之外，原因尤其包括初步诊断、存在受控物质的样本筛选和长期健康状况的管理。
侧向流设备(也称为“侧向流免疫测定”)是一种生物学测试。侧向流设备可以用于测试液体样本，诸如唾液、血液或尿液，以检测分析物的存在。侧向流设备的示例包括家用妊娠测试、家用排卵测试、其它激素测试、特定病原体测试和特定药物测试。例如，ep0291194a1描述了一种用于执行妊娠测试的侧向流设备。
在典型的侧向流测试条中，液体样本在多孔条的一端处引入，然后通过毛细管作用(或“芯吸(wicking)”)沿着条带被汲取。用标记颗粒预处理侧向流条的一部分，如果分析物存在于样本中，那么结合到分析物的试剂将标记颗粒活化以形成复合物。结合的复合物以及未反应的标记颗粒在到达测试区域之前沿着条带继续传播，测试区域用固定化结合试剂预处理，结合试剂结合标记颗粒和分析物的结合复合物并且不结合未反应的标记颗粒。标记颗粒具有独特的颜色，或其它可检测的光学或非光学特性，并且测试区域中标记颗粒浓度的发展提供了已经检测到分析物的可观察指示。侧向流测试条可以基于例如使用金或乳胶纳米颗粒的比色(colorimetric)标记、荧光标记物分子或磁性标记颗粒。
另一种生物学测试涉及在容器(诸如小瓶、pcr孔/板、比色皿或微流体单元)中保持的液体中进行的测定。可以基于比色法或荧光测量液体测定。一些基于液体的测定的优点是它们可以允许使用非常小(例如，皮升)的体积进行测试。
有时，仅期望确定分析物的存在或不存在，即，定性测试。在其它应用中，可能期望分析物的准确浓度，即，定量测试。例如，wo2008/101732a1描述了一种光学测量仪器和测量设备。光学测量仪器包括用于提供至少一个电磁束以照射样本并与样本内的标本相互作用的至少一个源，用于检测标本和电磁束之间的相互作用的输出的至少一个传感器，用于光学和电子部件的、整体形成的机械台，以及用于保持样本的样本架。至少一个源、至少一个传感器以及机械台集成在一个单片光电模块中，并且样本架可以连接到这个模块。
用于生物测试方法的定量检测器可能需要光学部件，诸如分束器、透镜、单色器、滤波器等。这些部件可能是复杂的、昂贵的和/或庞大的，并且可能具有随光的波长而显著变化的特性。诸如分束器、透镜、单色器、滤波器等的光学部件通常太大而不能集成到一次性使用、自给式(self-contained)侧向流免疫测定测试或自给式微流体测定测试中。
可能含有感兴趣的分析物的生物样本可能是有色的，例如血液或尿液。按照惯例，通过过滤掉有色染料(例如过滤全红血液以获得透明血清)或通过引入洗涤/冲洗步骤来处理有色样本。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供了一种分析测试设备，包括两组或更多组发射器，每组发射器包括一个或多个光发射器，光发射器被配置为在对应波长附近的范围内发射光。每组光发射器被配置为能够独立照射。测试设备还包括一个或多个光电探测器，其布置成使得来自每组发射器的光经由包括样本接收部分的光路到达光电探测器。发射器和光电探测器被配置为使得，在光路的样本接收部分处，由每组发射器生成的归一化的空间强度分布基本上等于由每个其它组发射器生成的归一化的空间强度分布。测试设备还包括液体输送路径，该液体输送路径包括第一端、第二端和液体样本接收区域。液体输送路径被配置为将在液体样本接收区域中接收的液体样本朝着第二端并且通过光路的样本接收部分输送。
可以对使用两组或更多组发射器获得的吸光度测量结果去卷积(去混合)，以量化一种或多种分析物的浓度，同时还补偿由于样本的缺陷或其它不均匀性引起的光学散射。
因此，对于同时测量一种或多种分析物，分析测试设备可以提供改进的信噪比。
因此，分析测试设备可以包括简化的光路，其不需要诸如滤波器或单色器之类的光学部件来执行双波长测量。因此，分析测试设备可以不那么笨重并且制造更简单。
测试设备还可以包括控制器，该控制器被配置为顺序地照射每组发射器并使用光电探测器获得对应测得的吸光度值，使得在任何时间仅照射一组发射器。控制器还可以被配置为使用测得的吸光度值生成吸光度向量。控制器还可以被配置为通过将吸光度向量与去卷积矩阵(也称为去混合矩阵)相乘来确定浓度向量。
每组发射器在与每个其它组发射器不同的波长附近的范围内发射光。
两组或更多组发射器可以包括一组第一光发射器和一组第二光发射器，第一光发射器被配置为在第一波长附近的范围内发射，第二光发射器被配置为在第二波长附近的范围内发射。两组或更多组发射器还可以包括一组第三光发射器，其被配置为在第三波长附近的范围内发射。两组或更多组发射器可以包括一组第四光发射器，其被配置为在第四波长附近的范围内发射。
控制器可以被配置为从在测量波长(例如，第一波长)处获得的信号中减去在参考波长(例如，第二波长)处获得的信号，以便补偿由于保持样本的基板上或介质中的缺陷或其它不均匀性引起的光学散射。
因此，通过使用提供基本相等的归一化的空间强度分布的第一和第二分离的、可交替照射的发射器，可以使用参考波长处的测量来校正吸光度测量。以这种方式，分析测试设备可以提供改进的信噪比。
与每组发射器对应的波长可以与发射器的峰值发射波长对应。每组发射器可以在半高全宽不大于10nm、不大于25nm、不大于50nm、不大于100nm或不大于200nm的范围内发光。
光路可以不包括单色器。光路可以在样本接收部分和光电探测器之间不包括分束器。光路可以在样本接收部分和光电探测器之间不包括光纤耦合器和/或光纤分路器。
归一化的空间强度分布可以在光路的入口处、出口处或垂直于光路的任何平面上以及光路的样本接收部分内基本相等。归一化的空间强度分布可以在光路的整个样本接收部分中基本相等。
如果用于第一波长和第二波长的归一化的强度值在垂直于路径的平面上每个点处在彼此的5％之内、10％之内、15％之内或20％之内，那么归一化的空间强度分布可以认为在那个平面上基本相等。如果用于第一波长和第二波长的归一化的强度值在垂直于路径的平面上每个点处相差小于在第一波长或第二波长(其中具有更大的标准误差的那个)处的归一化的强度的标准误差的两倍、小于其三倍或小于其五倍，那么归一化的空间强度分布可以认为在那个平面上基本相等。
可以取决于一种或多种目标分析物的吸收光谱来选择与每组光发射器对应的波长。可以选择与每组光发射器对应的波长，使得目标分析物在所述波长处具有比在与每个其它组光发射器对应的波长处相对较高的吸光度。目标分析物可以是任何合适的标记分子或颗粒，诸如例如金纳米颗粒。
可以取决于目标分析物的吸收光谱来选择第一波长和第二波长。可以选择第一波长和第二波长，使得目标分析物在第一波长处具有比在第二波长处相对较高的吸光度。目标分析物在第一波长和第二波长处的吸光度的比率可以是至少二，直到包括五，直到包括十或大于十。目标分析物可以是任何合适的标记分子或颗粒，诸如例如金纳米颗粒。
与每组发射器对应的波长可以位于300nm和1500nm之间的范围内，包括端值。与每组发射器对应的波长可以位于400nm和800nm之间的范围内，包括端值。
每组光发射器可以包括无机发光二极管。每组光发射器可以包括有机发光二极管。有机发光二极管可以是经溶液处理的。分析测试设备可以包括被布置成形成阵列的多组发射器。阵列可以在第一方向上比在第二垂直方向上包括更多的发射器。
第一发射器可以是无机发光二极管。第一发射器可以是有机发光二极管。第二发射器可以是无机发光二极管。第二发射器可以是有机发光二极管。分析测试设备可以包括以阵列布置的多个第一发射器和第二发射器。阵列可以在第一方向上比在第二垂直方向上包括更多的发射器。
光电探测器可以采用光电二极管、光敏电阻、光电晶体管、互补金属氧化物半导体(cmos)像素、电荷耦合器件(ccd)像素、光电倍增管或任何其它合适的光电探测器的形式。光电探测器可以采用有机光电二极管的形式。有机光电二极管可以是经溶液处理的。分析测试设备可以包括以阵列布置的多个光电二极管。阵列可以在第一方向上比在第二垂直方向上包括更多的光电二极管。
光路可以被配置为使得光电探测器接收透射通过光路的样本接收部分的光。
光路可以被配置为使得光电探测器接收从光路的样本接收部分反射的光。
光电探测器可以形成图像传感器，该图像传感器被布置成对光路的样本接收部分的全部或一部分成像。
液体输送路径可以采用多孔介质的形式。多孔介质可以包括硝化纤维素或无论是固有地还是在适当的表面处理之后能够通过毛细作用输送含水液体的其它纤维材料。液体输送路径可以包括至少一个微流体通道。微流体通道可以形成微流体设备的一部分。
光路可以包括布置在样本接收部分之前的狭缝，并且每组发射器可以布置成照射该狭缝。
光路可以包括布置在光路上、在样本接收部分之前的狭缝。每个第一发射器和每个第二发射器可以具有圆柱对称角度发射分布，并且每对第一发射器和第二发射器可以布置成使得狭缝垂直地平分该对。
因此，可以使用第一发射器和第二发射器的特别简单和紧凑的布置在样本接收部分处提供第一波长和第二波长处的光的相等的归一化的空间强度分布。
在每组发射器与狭缝之间可以包括漫射器。狭缝可以具有可调节的宽度。狭缝的宽度可以在100μm和1mm之间，包括端值。狭缝的宽度可以在300μm和500μm之间，包括端值。属于每组的光发射器可以具有高斯角度发射分布。第一发射器和第二发射器可以具有高斯角度发射分布。
两组或更多组发射器可以包括一组第二发射器，并且每个第二发射器可以在由每个其它组发射器发射的波长处是基本透明的，并且每个其它发射器可以通过对应的第二发射器将光发射到光路中。
每个第二发射器可以在第一波长处是基本透明的，并且每个第一发射器可以通过对应的第二发射器将光发射到光路上。每个第二发射器在由每个第一发射器和每个第三发射器发射的波长处可以是基本透明的，并且其中每个第一发射器和每个第三发射器可以通过对应的第二发射器将光发射到光路中。
因此，光路可以是第二发射器与光电探测器之间的间隙。以这种方式，可以省略诸如分束器、透镜、滤波器、单色器等的光学部件。
由每个其它组发射器发射的波长处的透明度可以与大于50％、大于75％、大于85％、大于90％或大于95％的透射率对应。第一波长处的透明度可以与大于50％、大于75％、大于85％、大于90％或大于95％的透射率对应。
两组或更多组发射器可以布置成包括多个像素的阵列。每个像素可以包括至少一个子像素，并且每个子像素可以包括与每组发射器对应的光发射器。
多个第一光发射器和多个第二光发射器可以布置成阵列，其中第一光发射器和第二光发射器以棋盘配置交替。
因此，光路可以是光发射器的阵列与光电探测器之间的间隙。以这种方式，可以省略诸如分束器、透镜、滤波器、单色器等的光学部件。
两组或三组发射器可以相互交叉以形成阵列。
液体输送路径可以采用侧向流类型条带的形式。液体输送路径可以采用微流体设备的全部、一部分或至少一个通道的形式。
控制器还可以被配置为在每组发射器的照射中穿插不照射任何组发射器的时段。
分析测试设备还可以包括至少一个输出设备。
该至少一个输出设备可以采用一个或多个发光二极管的形式，并且控制器可以被配置为响应于浓度向量的对应值超过预定阈值而照射每个发光二极管。
至少一个输出设备可以采用显示元件的形式，并且控制器可以被配置为响应于确定浓度向量而使显示元件显示一个或多个输出。控制器可以被配置为响应于浓度向量的值超过预定阈值而使显示元件显示对应的一个或多个符号。控制器可以被配置为使显示元件显示浓度向量的一个或多个值。
至少一个输出设备可以采用用于连接到数据处理装置的有线或无线通信接口的形式，并且控制器可以被配置为经由有线或无线通信接口将浓度向量输出到数据处理装置。
控制器可以被配置为相对于参考校准吸光度值对吸光度值进行归一化。
控制器可以被配置为照射第一发射器并使用光电探测器获得第一组测量结果，照射第二发射器并使用光电探测器获得第二组测量结果，并从第一组测量结果中减去第二组测量结果。
控制器可以被配置为在从第一组测量结果中减去第二组测量结果之前将第二组测量结果乘以加权因子。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作分析测试设备的方法。该方法包括将液体样本施加到分析测试设备的液体样本接收区域。
根据本发明的第三方面，提供了一种确定去卷积矩阵的方法。该方法包括提供包括样本接收部分的光路。该方法还包括提供n组发射器，每组发射器包括一个或多个光发射器，光发射器被配置为将在对应波长附近的范围内的光发射到光路中。在样本接收部分处，由给定组的发射器生成的归一化的空间强度分布基本上等于由每个其它组的发射器生成的归一化的空间强度分布。该方法还包括提供n个校准样本。每个校准样本包括已知浓度的n种不同分析物。该方法还包括，对于每个校准样本，将校准样本全部或部分地布置在光路的样本接收部分内。该方法还包括，对于每个校准样本，顺序地照射每组发射器并使用光电探测器获得对应测得的吸光度值，其中在任何时间仅照射一组发射器。该方法还包括，对于每个校准样本，使用n个测得的吸光度值生成吸光度向量。该方法还包括，对于每个校准样本，使用分析物的n个已知浓度生成浓度向量。该方法还包括通过将每列或每行的值设置为等于对应校准样本的吸光度向量的值来生成第一n×n矩阵。该方法还包括对第一矩阵求逆。该方法还包括通过将每列或每行的值设置为等于对应校准样本的浓度向量的值来生成第二n×n矩阵。该方法还包括通过将第二矩阵乘以第一矩阵的逆来确定去卷积矩阵。
可以相对于参考校准吸光度值来归一化吸光度和浓度值。
根据确定去卷积矩阵的方法确定的去卷积矩阵可以由分析测试设备的控制器使用。
确定去卷积矩阵的方法可以使用分析测试设备来执行。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的某些实施例，其中：
图1是包括第一光发射器和第二光发射器的分析测试设备的示意概述图；
图2和图3例示了确定与第一发射器和第二发射器对应的第一光束分布和第二光束分布；
图4例示了由分析测试设备的第一发射器和第二发射器生成的归一化的空间强度分布；
图5示意性地例示了侧向流测试条；
图6例示了构成侧向流测试条的多孔条的纤维；
图7例示了用于侧向流测试条的标记颗粒的紫外(uv)-可见吸收光谱。
图8和图9例示了在第一波长和第二波长处获得的、依据位置变化的侧向流测试条的吸光度；
图10例示了通过从在第一波长处进行的测量结果减去在第二波长处的测量结果而执行的校正；
图11是使用分析测试设备进行的双波长测量的处理流程图；
图12和图13例示了分析测试设备的第一发射器和第二发射器的照射定时；
图14例示了用于透射测量的分析测试设备；
图15例示了用于反射率测量的分析测试设备；
图16例示了使用分析测试设备获得图像数据；
图17和图18例示了与分析测试设备的光路相交的液体输送路径；
图19例示了用于将第一波长和第二波长的光耦合到分析测试设备的光路中的第一布置；
图20和图21例示了由分析测试设备的第一发射器和第二发射器生成的归一化的空间强度分布；
图22例示了用于将第一波长和第二波长的光耦合到分析测试设备的光路中的第二布置；
图23例示了使用细长的发光二极管阵列扫描侧向流测试条；
图24例示了用于将第一波长和第二波长的光耦合到分析测试设备的光路中的第三布置；
图25例示了用于分析测试设备的第一发光二极管阵列的一部分；
图26例示了分析测试设备的第二发射器的紫外-可见吸收光谱；
图27例示了用于分析测试设备的第二发光二极管阵列的一部分；
图28是集成到侧向流测试设备中的分析测试设备的示意性截面图；
图29示出了使用具有不同溶液光学浓度的金纳米颗粒油墨在硝化纤维素条上沉积多条测试线而产生的样本；
图30示出了在绿色和近红外波长处测得的空白硝化纤维素条的吸光度变化；
图31例示了沉积在硝化纤维素条上的一组测试线的经校正的吸光度测量；
图32和图33将分析测试设备与先前的测试设备进行比较；
图34针对读取肌钙蛋白侧向流测定将分析测试设备与先前的测试设备比较；
图35示出了例示光束分布差异的影响的实验和建模数据；
图36a例示了用于分析测试设备的第三发光二极管阵列的一部分；
图36b例示了用于分析测试设备的第四发光二极管阵列的一部分；
图37例示了典型的有机光电探测器灵敏度分布以及典型的有机发光二极管的绿色、红色和近红外光发射分布；
图38例示了金纳米颗粒、蓝色染料和硝化纤维素纤维的典型吸光度分布；
图39例示了形成多孔条的金纳米颗粒、蓝色染料和硝化纤维素纤维的假设浓度分布；
图40例示了基于图37至图39中所示数据获得的模拟的有机光电探测器信号；
图41例示了对与绿色有机发光二极管对应的模拟的有机光电探测器信号滤波；
图42例示了对与近红外有机发光二极管对应的模拟的有机光电探测器信号滤波；
图43和图44例示了将归一化的透射值转换成吸光度值；
图45和图46例示了估计与金纳米颗粒和硝化纤维素纤维对应的吸光度指纹值；
图47例示了使用第一波长和第二波长分析三分量模拟系统；
图48例示了使用第一、第二和第三波长分析三分量模拟系统；
图49例示了用于分析测试设备的第三发光二极管阵列的一部分；以及
图50例示了用于分析测试设备的第四发光二极管阵列的一部分。
具体实施方式
如果可以减少定量检测器中光学部件的数量和复杂性，那么可以减小检测器的尺寸和成本。这对于手持式或便携式测试设备以及对于一次性使用家用测试套件尤其有利。
如果能够改善测量的信噪比，那么能够改善用于检测分析物的最小阈值。此外，信噪比的改善还能够允许以改进的分辨率确定分析物浓度。
参考图1，分析测试设备1包括一个或多个第一光发射器2、一个或多个第二光发射器3和一个或多个光电探测器4。
每个第一光发射器被配置为发射在第一波长λ1周围的范围内的光5，并且每个第二光发射器被配置为发射在第二波长λ2周围的范围内的光6。(一个或多个)第一光发射器2可以采用例如有机或无机发光二极管的形式。类似地，(一个或多个)第二光发射器3可以采用例如有机或无机发光二极管的形式。有机发光二极管可以是经溶液处理的。如果(一个或多个)第一光发射器2采用有机发光二极管的形式，那么(一个或多个)第二光发射器不需要采用有机发光二极管的形式，反之亦然。分析测试设备可以包括以阵列布置的多个第一光发射器2和第二光发射器3。阵列可以在第一方向上比在第二垂直方向上包括更多的光发射器2、3。
(一个或多个)光电探测器在包括至少第一波长λ1和第二波长λ2的宽波长范围内是敏感的。(一个或多个)光电探测器4可以采用例如光电二极管、光敏电阻、光电晶体管、互补金属氧化物半导体(cmos)像素、电荷耦合器件(ccd)像素、光电倍增管或任何其它合适的光电探测器的形式。光电二极管可以是有机的或无机的。有机光电二极管可以是经溶液处理的。分析测试设备1可以包括以阵列布置的多个光电探测器4。阵列可以在第一方向y上比在第二垂直方向x上包括更多的光电探测器。
第一光发射器2和第二光发射器3各自耦合到光路7，光5、6沿着光路7行进以到达(一个或多个)光电探测器4。光路7包括样本接收部分8。分析测试设备1布置成接收样本9。当样本9被接收到分析测试设备1中时，样本或样本9的至少一部分与光路7的样本接收部分8相交。
光路7的样本接收部分8可以被配置为接收处于侧向流测试条18(图5)或微流体设备的形式的样本9。当分析测试设备1集成到侧向流或微流体测试中时，样本9可以在测定开始之前已经定位在光路7的样本接收部分内。
(一个或多个)第一光发射器2和(一个或多个)第二光发射器3可交替地照射。第一光发射器2和第二光发射器3的照射可以穿插有第一光发射器2和第二光发射器3都不照射的周期。关闭(一个或多个)第一光发射器2和照射(一个或多个)第二光发射器3之间的时段可以用于检测由来自(一个或多个)第一光发射器2的光5激发的荧光。类似地，可以在关闭(一个或多个)第二光发射器之后并且在开启(一个或多个)第一光发射器2之前的时段期间检测由来自(一个或多个)第二光发射器3的光6激发的荧光。
分析测试设备1还包括控制器27。控制器27被配置为顺序地照射第一发射器2和第二发射器3并使用光电探测器4获得对应的测得的吸光度值。任何时候只照射一组发射器2、3。控制器27还被配置为使用测得的吸光度值生成吸光度向量，并通过将吸光度向量与去卷积矩阵相乘来确定浓度向量，如下文所述。控制器能够可选地被配置为在每组发射器的照射中穿插没有照射任何组发射器的时段。控制器27可以被配置为相对于参考校准吸光度值归一化吸光度值。
在第一发射器2和第二发射器3的特定情况下，控制器27可以被配置为照射第一发射器2并使用光电探测器4获得第一组测量结果，照射第二发射器3并使用光电探测器4获得第二组测量结果，并从第一组测量结果中减去第二组测量结果，如下文进一步描述的。控制器可以被配置为在从第一组测量结果中减去第二组测量结果之前将第二组测量结果乘以加权因子。以下描述由控制器27执行的方法、处理和计算的进一步细节。
分析测试设备1还包括至少一个输出设备28。例如，输出设备28可以采用一个或多个发光二极管的形式，发光二极管被布置用于由分析测试设备1的用户查看。控制器27可以被配置为响应于特定分析物向量的浓度超过预定阈值而照射每个发光二极管。
在另一个示例中，输出设备28可以采用显示元件的形式。控制器可以被配置为响应于确定一种或多种分析物的浓度而使显示元件显示一个或多个输出。控制器可以被配置为响应于确定的分析物浓度超过预定阈值而使显示元件显示对应的一个或多个符号。控制器可以被配置为使显示元件显示确定的一种或多种分析物的浓度。
在另一个示例中，至少一个输出设备28可以采用有线或无线通信接口的形式，以连接到数据处理装置(未示出)。数据处理装置可以采用例如移动电话、平板计算机、笔记本计算机、台式机或服务器的形式。控制器可以被配置为经由有线或无线通信接口将测得的一种或多种分析物的浓度输出到数据处理装置(未示出)。
还参考图2至图4，第一光发射器2、第二光发射器3和光路7被布置成使得来自第一发射器2的光5的归一化的光束分布10基本上等于来自第二发射器3的光6的归一化的光束分布11。
例如，特别参考图2，引入光路7的光5、6在第一方向x上在第一位置xa和第二位置xb之间与样本表面12相交。同样，引入光路7的光5、6在第二垂直方向y上在第一位置ya和第二位置yb之间与样本表面12相交。例如，样本表面12可以是侧向流测试条的表面或包含/限定微流体通道的基底的表面。光路7与样本表面12的法线13形成角度θ。位置xa、xb、ya、yb界定样本接收部分8的假想表面14，其大致与使用中的样本表面12对应。当分析测试设备1集成到侧向流或微流体测试中时，假想表面14可以与侧向流测试条的表面或包含/限定微流体通道的基板的表面重合。角度θ大于或等于0度且小于90度。法线13平均而言相对于样本表面12是定向的，而不是由于表面粗糙度和/或局部不均匀性而在点与点之间显著变化的局部法线。光路7可以是会聚或发散的，即，光5、6可以形成会聚或发散光束，在这种情况下，θ是光路7的中心光线/中心与法线13之间的角度。
特别参考图3，可以使用光束分析仪(beamprofiler)15获得来自第一发射器2和第二发射器3的光5、6的归一化的光束分布。光束分析仪15布置成在没有样本9的情况下与光路7相交。光束分析仪15布置在光路7的与光路7的样本接收部分8的假想表面14相交的位置处。光束分析仪15布置成使得光束分析仪15的中心在实践中尽可能接近地对应光路7的中心。光束分析仪15布置有检测表面16，该检测表面16垂直于光路7定向，或者至少垂直于光路7的中心定向。换句话说，与样本接收部分8的假想表面14相比，光束分析仪15旋转角度θ。以这种方式，光束分析仪15测量横穿光路7(或其中心)的测量平面17中的光束分布强度10、11。光路7、样本接收部分8的假想表面14和测量平面17之间的共同交叉线限定了测量位置。当样本9被接收到样本接收部分8中时，共同交叉线将近似地与样本表面12对应，其偏差取决于样本9的规律性和放置样本9的准确性。
光束分析仪15对测量平面17中的光5、6强度进行测量，该测量平面17相对于假想表面14关于第二方向y旋转角度θ。在假想表面14上的位置，例如样本接收部分8的假想表面14的边界xa、xb、ya、yb，根据xa'＝xa/sinθ、xb'＝xb/sinθ、ya'＝ya和yb'＝yb被投影到测量平面17上的位置xa'、xb'、ya'、yb'上。优选地，光束分析仪15检测表面16的光敏区域足够大以涵盖假想表面14的投影边界xa'、xb'、ya'、yb'。
特别参考图4，来自(一个或多个)第一光发射器2的光的强度在x'-y'测量平面17上被表示为i1(x’,y’)。由(一个或多个)第一光发射器2生成的归一化的空间强度分布10(本文也称为第一光束分布10)可以被定义为来自(一个或多个)第一光发射器2的光的强度除以由光束分析仪15检测到的总强度i1sum的比率，即，i1(x’,y’)/i1sum。由(一个或多个)第二光发射器3生成的归一化的空间强度分布11(本文也称为第二光束分布11)以相同的方式定义为i2(x’,y’)/i2sum。
第一光束分布10和第二光束分布11优选地在测量平面17上(即，在进入样本接收部分8时)基本相等。优选地，归一化的空间强度分布10、11在光路7的整个样本接收部分8中基本相等。但是，整个样本接收部分8的均匀性不是必需的，因为在使用中，来自样本9的散射将比发散光束分布10、11的影响更显著。
可以使用多种差异度量来量化第一光束分布10和第二光束分布11之间的差异程度。例如，可以根据下式定义最大光束分布差δmax：
类似地，可以根据下式定义平均光束分布差δavg：
如果光束分析仪15的输出是与位置x'，y'的阵列对应的强度的阵列，那么可以容易地将等式2中定义的积分转换为和，以便确定平均光束分布差δavg。
可替代地，可以根据下式定义均方根(rms)差δrms：
如果光束分析仪15的输出是与位置x'、y'的阵列对应的强度的阵列，那么可以将等式3中定义的积分转换为和，以确定平均光束分布差δavg。差异度量不限于最大光束分布差δmax、平均光束分布差δmean和/或rms光束分布差δrms，并且可以定义替代差异度量以量化第一光束分布10和第二光束分布11之间的差异程度。
第一发射器2、第二发射器3以及光路7布置成使得第一光束分布10和第二光束分布11在测量平面17上基本相等。以下描述将参考其中来自第一发射器2的光5用于量化样本9，而来自第二发射器3的光6用作参考的示例(如下文所解释的)。但是，如果来自第二发射器3的光6用于量化样本9，而来自第一发射器2的光5用作参考，那么相同的原理是适用的。
当最大差δmax、平均差δavg或rms差δrms小于或等于由先前实验确定的绝对阈值时，可以认为光束分布10、11基本相等。优选地，可以通过将最大差δmax、平均差δavg或rms差δrms与从光束分布10、11本身确定的相对阈值进行比较来评估光束分布10、11是否可以被认为是基本相等的。
例如，第一阈值可以基于来自第一发射器2的光5的最大归一化强度(即，i1max＝max(i1(x’,y’)))的一小部分。如果最大差δmax、平均差δavg或rms差δrms小于或等于0.05×i1max(≤5％)、小于或等于0.1×i1max(≤10％)、小于或等于0.2×i1max(≤20％)或者小于或等于0.5×i1max(≤50％)，那么可以认为第一光束分布10和第二光束分布11基本相等。
在理想情况下，第一光束分布和第二光束分布在每个点处彼此相等，即，对于由光束分析仪15测得的所有x'，y'。在实践中，可以使用以下不等式来执行对第一光束分布与第二光束分布是否足够相似以被视为基本相等的替代确定：
其中0≤f≤0.5是分数(fraction)。例如，f＝0.1的值与测试第一光束分布10和第二光束分布11之间的差是否小于或等于第一光束分布10的10％对应。在一个示例中，如果对于所有xa'≤x'≤xb'和所有ya'≤y'≤yb'都满足等式(4)的不等式，那么可以认为第一光束分布10和第二光束分布11基本相等。可替代地，如果对于由光束分析仪15测得的区域的阈值百分比满足等式(4)的不等式，例如，如果对于测得的区域的大于或等于90％、大于或等于75％或者大于或等于50％满足等式(4)的不等式，那么第一光束分布10和第二光束分布11可以被认为基本相等。
光束分析仪15可以是任何合适形式的光束分析仪，诸如例如基于相机的光束分析仪、平移狭缝光束分析仪、平移步进光束分析仪等。光束分析仪15对不同波长的相对灵敏度在第一波长λ1和第二波长λ2处不需要相同，因为任何差异都应当通过使用相对空间强度来补偿。由于第一发射器2和第二发射器3可独立地照射，因此不需要滤波器来确定光束分布10、11。
可以从使用(一个或多个)第一发射器获得的信号中减去使用(一个或多个)第二光发射器获得的信号，以便补偿由于形成样本9的一部分的基板或者介质中的缺陷或其它不均匀性引起的光学散射。减法由控制器27执行。
还参考图5，侧向流测试条18是样本9的示例，其可以使用分析测试设备1测量。
侧向流测试条18(也称为“侧向流免疫测定”)是各种生物测试试剂盒(biologicaltestingkit)。侧向流测试条18可以用于测试液体样本，诸如唾液、血液或尿液，以检测分析物的存在。侧向流设备的示例包括家用妊娠测试、家用排卵测试、针对其它激素的测试、针对特定病原体的测试以及针对特定药物的测试。
在典型的侧向流测试条18中，在多孔条19的一端处引入液体样本，然后通过毛细管作用(或“芯吸”)沿着侧向流测试条18汲取液体样本。侧向流条18的一部分用标记颗粒21(图6)预处理，如果分析物存在于液体样本中，那么标记颗粒21由结合到分析物以形成复合物的试剂活化。结合的复合物以及未反应的标记颗粒21(图6)在到达测试区域20之前沿着侧向流测试条18继续传播，测试区域20用固定化结合试剂预处理，结合试剂结合与标记颗粒21(图6)结合的分析物的复合物并且不结合未反应的标记颗粒21(图6)。标记颗粒21(图6)具有独特的颜色，或者以其它方式吸收一个或多个范围的紫外或可见光。可以使用分析测试设备1测量和量化测试区域20中标记颗粒21(图6)的浓度的发展，例如通过测量标记颗粒21(图6)的光学浓度。分析测试设备1可以对显影的侧向流测试条18进行测量，即，液体样本已经放置预定时间段以沿着测试条18被汲取。可替代地，分析测试设备1可以执行标记颗粒21(图6)的光学浓度的动力学(即，动态)时间分辨测量。
还参考图6，多孔条19通常由纤维22(例如硝化纤维素纤维)的垫(mat)形成。在测试区域20内，固定化结合试剂结合分析物和标记颗粒21的复合物。
纤维22以大致相似的方式在波长的宽范围内散射和/或吸收光。例如，来自(一个或多个)第一光发射器2的光5的由纤维22散射的比例与来自(一个或多个)第二光发射器3的光6的比例大致相同。但是，纤维状多孔条19不均匀，并且纤维22的密度可以沿着多孔条19从一点到另一个点变化。如下文进一步解释的，由于多孔条19的不均匀性引起的吸光度的这种背景变化会限制测量的灵敏度，即，标记颗粒21的最小可检测浓度。
还参考图7，如果为用于侧向流测试条18的标记颗粒21适当地选择第一波长λ1和第二波长λ2，则分析测试设备1可以补偿这种由于多孔条19的不均匀性引起的吸光度的背景变化。例如，可以获得标记颗粒21的紫外-可见光谱23，以确定标记颗粒21的吸光度如何随波长/频率变化。第一波长λ1被选择为处于或接近标记颗粒21的峰值吸光度的波长。第二波长λ2被选择为基本上远离标记颗粒21的峰值吸光度的波长。换句话说，选择第一波长λ1和第二波长λ2，使得标记颗粒在第一波长λ1处具有比在第二波长λ2处相对更高的吸光度。第一波长λ1和第二波长λ2之间的吸光度的比率可以是例如至少二，直至并包括五，直至并包括十或大于十的因子。
第一波长λ1和第二波长λ2可以位于在300nm和1500nm之间的范围内，包括端值。第一波长λ1和第二波长λ2可以位于在400nm和800nm之间的范围内，包括端值。
特别参考图6，来自(一个或多个)第一光发射器2的具有在第一波长λ1附近的波长的光5被标记颗粒21吸收，此外还被纤维22散射和/或吸收。相反，来自(一个或多个)第二光发射器3的具有在第二波长λ2附近的波长的光6仅由标记颗粒21弱吸收或根本不吸收。
还参考图8至图10，可以使侧向流测试条18穿过光路7的样本接收部分8，并且测量依据沿着侧向流测试设备18的多孔条19的位置x变化的吸光度值a(x)。吸光度值a(x)基于样本9占据样本接收部分8时与参考条件(例如，不存在样本9)下的透射率或反射率的差异来确定。
第一波长λ1处的吸光度a1(x)和第二波长λ2处的吸光度a2(x)具有来自多孔条19的纤维22的散射和/或吸收的基本相等的贡献。由于纤维22密度的不均匀性，吸光度的背景水平随着沿着多孔条19的位置x而变化。由标记颗粒21产生的吸光度信号不能被可靠地检测，除非它们至少大于由多孔条19的不均匀性引起的背景变化。这限制了标记颗粒浓度的能够使用侧向流测试条18检测的下限。相同的背景变化也限制了标记颗粒21浓度/光学浓度的定量测量的分辨率。
但是，由于纤维22以大致相同的方式在第一波长λ1和第二波长λ2处散射光，因此可以从在第一波长λ1处的吸光度值a1(x)中减去在第二波长λ2处的吸光度值a2(x)值，以减少或消除由多孔条中的纤维22的不均匀分布引起的背景吸光度变化的影响。
虽然，在实践中，当获得差异a1(x)-a2(x)时，将保留一定量的吸光度背景变化，但是在一些情况下，可以相对于背景变化大幅增加特定于标记颗粒21的信号的相对大小。以这种方式，可以降低标记颗粒21浓度/光学浓度的能够检测的下限。类似地，可以增加标记颗粒21浓度/光学浓度的定量测量的分辨率。
虽然归一化的空间强度分布(即，由(一个或多个)第一和第二光发射器生成的第一光束分布10和第二光束分布11)优选地基本相等，以使校正有效(如上所述)，但是绝对空间强度分布(未示出)不必相等。
当来自第一光发射器2和第二光发射器3的光5、光6的绝对强度不相等时，第一光发射器2和第二光发射器3的强度比α可以在不存在样本9的情况下测量并且用于执行加权校正，即，a1(x)-αa2(x)。可替代地，加权因子α可以解释(一个或多个)光电探测器4在第一波长λ1和第二波长λ2处的不同灵敏度。
通过交替地照射第一发射器2和第二发射器3，分析测试设备1可以包括相对简单的光路7，其不需要诸如分束器、滤波器或单色器之类的光学部件来执行双波长测量。因此，分析测试设备1可以不那么庞大，更简单并且制造更便宜。此外，诸如分束器之类的许多光学部件具有波长相关特性，这会限制波长λ1、λ2的选择。通过减少光路7中的光学部件的数量，或者在一些示例中完全消除对中间光学部件的需要，用于双波长测量的波长λ1、λ2可以受到较少的约束。
还参考图11至图13，将描述获得和校正吸光度测量结果的处理。参考图11至图13描述的处理可以由分析测试设备1的控制器27执行。
放置样本9，使得样本9上的感兴趣区域与光路7的样本接收部分8重合(步骤s1)。当分析测试设备1集成在包括侧向流条或微流体设备的自给式测定中时，可以省略这个阶段。(一个或多个)第一光发射器2接通持续时间δt1的时段，并且(一个或多个)光电探测器4测量透射通过路径的样本接收部分8(或从路径的样本接收部分8反射)的光5(步骤s2)。可选地，(一个或多个)第一光发射器2可以关断持续时间δt0的时段，使得(一个或多个)光电探测器4还可以测量由来自(一个或多个)第一光发射器2的光5激发的荧光(步骤s3)。
(一个或多个)第二光发射器3接通持续时间δt2的时段，并且(一个或多个)光电探测器4测量透射通过路径的样本接收部分8(或从路径的样本接收部分8反射)的光6(步骤s4)。可选地，(一个或多个)第二光发射器3可以关断δt0的时段，使得(一个或多个)光电探测器4还可以测量由来自(一个或多个)第二光发射器2的光6激发的荧光(步骤s5)。
根据a1(x)-αa2(x)，使用(一个或多个)第二光发射器3确定的吸光度值a2(x)被减去以校正使用(一个或多个)第一光发射器2确定的吸光度值a1(x)，其中α是加权因子，用于解释第一波长λ1与第二波长λ2之间的绝对照射强度的差异和/或(一个或多个)光电探测器4在第一波长λ1与第二波长λ2处的不同灵敏度(步骤s6)。
可替代地，对于透射中的测量，可以通过将来自第一发射器2的光5的透射除以来自第二发射器3的光6的透射来执行简单的计算。
如果要测量另外的样本9，那么可以放置下一个样本9(步骤s7)。可替代地，如果在相同的样本9上存在附加的感兴趣区域，例如如果样本9是具有多于一个测试区域20的侧向流测试条18，那么样本9可以重新定位成下一个感兴趣区域在样本接收部分8内。
时段δt1和δt2可以位于例如10ms和500ms之间的范围内，包括端值。
测量几何学
分析测试设备1可以被配置为使用一系列发射器2、3和光电探测器4几何结构。
还参考图14，光路7可以被配置为使得(一个或多个)光电探测器4接收透射通过光路7的样本接收部分8的光5、6。对于透射中的测量，(一个或多个)光发射器2、3和(一个或多个)光电二极管4可以简单地间隔开与光路7对应的间隙。然后，光路7的样本接收部分8与当样本9被接收到分析测试设备1中时由样本9占据的间隙的部分对应。
例如，如果使用侧向流测试条18形式的样本9，那么侧向流测试条18可以布置有位于(一个或多个)光发射器2、3和(一个或多个)光电二极管4之间的测试区域20。路径7的样本接收部分8对应于与光路7相交的侧向流测试条18的厚度。
附加的光学部件可以包括在光路7中。例如，从光发射器2、3进入光路7的光和/或从光路7到(一个或多个)光电二极管4的光可以被狭缝或其它小孔限制。可选地，漫射器、一个或多个透镜和/或其它光学部件也可以包括在光路7中。
还参考图15，可以替代地配置分析测试设备1，使得(一个或多个)光电探测器4接收从光路7的样本接收部分8反射的光。例如，当分析测试设备1布置成接收侧向流测试条18形式的样本时，光发射器2、3可以布置成以第一角度θ1照射被接收到测试设备1中的侧向流测试条18的感兴趣区域，并且(一个或多个)光电二极管4可以布置成接收从侧向流测试条18反射的光。由于纤维22的大部分随机的朝向，从侧向测试条18的多孔条19反射的光一般将被散射成宽范围的不同角度。因此，光路7的在样本接收区域8和(一个或多个)光电探测器4之间的部分能够以第二角度θ2定向，第二角度θ2不需要等于第一角度θ1。在一些示例中，第一角度θ1和第二角度θ2可以相等。在一些示例中，光发射器2、3和(一个或多个)光电探测器4能够以共焦配置进行布置。从样本9反射的光可以源自样本表面12或源自样本9内的深度。
附加的光学部件可以包括在光路7中。例如，从光发射器2、3进入光路7的光和/或从光路7到(一个或多个)光电二极管4的光可以被狭缝或其它小孔限制。可选地，漫射器、一个或多个透镜和/或其它光学部件也可以包括在光路7中。
还参考图16，分析测试设备1可以包括以阵列布置的多个光电探测器4，以形成图像传感器24。例如，图像传感器24可以形成相机的一部分。图像传感器24可以被布置成对光路7的样本接收部分8的全部或一部分成像。例如，当侧向流测试条18被接收到分析测试设备1中时，图像传感器24可以被布置成对多孔条19的一个或多个测试区域20和周围区域成像。侧向流测试条18可以包括一对或多对25，每对25包括测试区域20和控制区域26，并且图像传感器24可以被布置成同时对一对或多对25成像。可以从使用第一测量波长λ1捕获的图像中减去使用第二参考波长λ2捕获的图像，以便补偿由于构成多孔条19的纤维22的不均匀性引起的背景变化。当来自第一发射器2和第二发射器3的照射的绝对强度基本不相等时和/或当图像传感器24的灵敏度在第一波长λ1和第二波长λ2之间不同时，可以使用加权因子α对减法进行加权。
图像传感器24可以用于对透射或反射的光成像。附加的光学部件可以包括在光路7中。例如，从光发射器2、3进入光路7的光和/或从光路7到(一个或多个)光电二极管4的光可以被狭缝或其它小孔限制。可选地，光路7中还可以包括漫射器或更多透镜和/或其它光学部件。
还参考图17和图18，分析测试设备1还可以包括液体输送路径41，用于将在液体输送路径41的第一端43附近的液体样本接收区域42中接收的液体样本朝着液体输送路径41的第二端44输送。液体输送路径41与光路7的样本接收部分8相交。
液体输送路径41可以采用多孔介质的形式，例如侧向流测试条18的多孔条19。多孔条19可以包括硝化纤维素或能够通过毛细管作用输送含水液体的其它纤维材料。多孔条19可以固有地能够通过毛细管作用沿着液体输送路径41汲取液体。取决于所使用的纤维，可以执行表面处理，以允许或增强沿着液体输送路径41的液体输送。当液体输送路径41采用多孔条19的形式时，多孔条的干燥和湿润部分被沿着液体输送路径41传播的流前部45分开。即使流前部45曾经到达第二端44，如果第二端44与储存器或芯吸垫66(图28)接触，那么液体可以继续沿着液体输送路径41流动。
液体输送路径41与光路7的样本接收部分8相交，并且可以监视随着时间变化的样本接收部分中的多孔条19的光学吸光度。这种测量有时可以被称为“动态”或“动力学”测量。例如，如果侧向流测试条18在样本接收部分8内布置有测试区域20，那么可以通过测量测试区域20随着时间变化在第一波长λ1和第二波长λ2处的吸光度来跟踪标记颗粒21的浓度随着时间变化的发展。如果侧向流测试条18包括附加的感兴趣区域，例如控制区域26或另外的测试区域20，那么分析测试设备1可以设置有附加对的发射器2、3和(一个或多个)光电探测器4。
液体输送路径41不必是侧向流测试条18的多孔条19。可替代地，液体输送路径42可以采用微流体设备的一个或多个通道的形式。
以这种方式，可以获得关于测定的发展的动态信息。动态信息可以是有用的，例如，对于检查测定是否如预期那样或者在可接受的界限内表现以使结果被认为是可靠的。与测定发展的时间尺度相比，间隔δt1、δt2(以及如果使用的话，δt0)应当相对短。
将第一发射器和第二发射器耦合到光路
有几种不同的方式将光5、6从第一发射器2和第二发射器3引入到光路7上，使得对应的归一化的空间强度分布10、11在光路7的样本接收部分8中基本相等。
例如，还参见图19，来自第一发射器2和第二发射器3的光5、6可以通过由被间隙分开的一对狭缝构件47限定的狭缝46引入到光路7上。狭缝构件47可以是例如刀刃构件。第一发射器2和第二发射器3在距离狭缝46入口距离d处紧密布置在一起。第一发射器2和第二发射器3可以基本上彼此平行地定向，例如垂直于限定狭缝46的狭缝构件47。可替代地，第一发射器2和第二发射器3可以定向成会聚在狭缝46上。
每对第一发射器2和第二发射器3可以布置成使得当沿着垂直于限定狭缝46的狭缝构件47的方向观察该布置时，狭缝46垂直地平分一对发射器2、3。例如，如果狭缝构件47参考一组笛卡尔轴在x-y平面中限定狭缝，那么当沿着z轴观察时，狭缝46应当垂直地平分每对发射器2、3。
可选地，漫射器48可以布置在狭缝46和发射器2、3之间的点处。还可以包括一个或多个透镜(未示出)以从光发射器2、3收集和/或聚焦光5、6。
还参考图20和图21，第一发射器2和第二发射器3中的每一个可以具有基本相似的、圆柱对称角度发射分布。例如，第一发射器2和第二发射器3可以具有高斯角度发射分布。沿着垂直平分圆形对称的归一化的强度分布10、11的中心点的线，每个归一化的强度分布10、11的值将基本相等，即，沿着垂直平分线i1(x,y)＝i2(x,y)。以这种方式，使用相对简单和紧凑的光学布置，第一归一化的强度分布(光束分布)10和第二归一化的强度分布(光束分布)11可以沿着狭缝46的长度基本相等。
狭缝46应当相对窄，以提供精细的空间分辨率并确保归一化的强度分布10、11在狭缝41的宽度t上基本相等。狭缝的宽度可以在100μm和1mm之间，包括端值。优选地，狭缝的宽度在300μm和500μm之间，包括端值。
将来自第一发射器2和第二发射器3的光5、6通过狭缝46耦合到光路7中可以用于透射或反射中的测量。
还参考图22，在分析测试设备1的一些示例中，光路7不需要包括任何常规的光学部件。例如，发光二极管阵列60可以简单地布置在简单的光路7的相对于光电探测器4的另一端处，即，光路7仅包括样本接收部分8。发光二极管阵列60包括至少两个发光二极管，即，一个第一光发射器2和一个第二光发射器3。发光二极管阵列60可以由多个发光二极管像素构成，这些发光二极管像素的尺寸与用于计算机、电视等的发光二极管显示设备中的发光二极管像素的尺寸相似。发光二极管阵列60可以包括第一发射器2和第二发射器3的混合。
在样本9包括多个感兴趣区域的情况下，样本9可以在发光二极管阵列60的前面移动以扫描样本9。可替代地，可以移动发光二极管阵列60和对应的光电探测器4以扫描样本9。可替代地，可以与样本9的每个感兴趣区域对应地布置发光二极管阵列60和一个或多个光电探测器4，使得能够同时测量每个区域。
发光二极管阵列60可以用于反射或透射中的测量。
还参考图23，发光二极管阵列60可以在一个方向上延伸，或者可以是线性发光二极管阵列60。
例如，当样本是在第一方向x上纵向延伸、在第二方向y上横向延伸并且在第三方向z上具有厚度的侧向流测试条18的形式时，发光二极管阵列60可以延伸：在横向y方向上基本上侧向流测试条18的宽度和在纵向x方向上相对较短的距离。如果侧向流测试条18安装在包括用于透射测量的窗口的样本安装台29中，那么发光二极管阵列60可以延伸基本上侧向流测试条18的宽度。可替代地，可以相对于分析测试设备1固定地安装侧向流测试条18，并且可以与每个测试区域20和/或控制区域26对应地设置一对led阵列60和光电探测器4。
还参考图24，虽然使用发光二极管阵列不需要附加的光学部件，但是来自形成发光二极管阵列60的第一光发射器2和第二光发射器3的光5、6在进入光路7之前通过由狭缝构件47限定的狭缝46会是有利的。以这种方式，可以改善使用发光二极管阵列60进行的测量的空间分辨率。
可选地，漫射器48可以布置在发光二极管阵列60和光路7的样本接收部分8之间。还可以包括一个或多个透镜(未示出)以从发光二极管阵列60收集和/或聚焦光5、6。
还参考图25和图26，实现发光二极管阵列60的一种方式是将第一发射器2和第二发射器3堆叠在彼此之上。每个第一光发射器2采用在第一波长λ1处具有峰值发射的发光二极管的形式，并且对应的第二光发射器3采用在第二波长λ2处具有峰值发射的发光二极管的形式。第一光发射器2和第二光发射器3可以被分开处理，以允许交替照射。
可以使用在第一波长λ1处透明或基本透明的材料来制造第二光发射器3。例如，第二光发射器3在第一波长λ1处的吸光度61可以相对较低。如果吸光度小于50％、小于25％、小于15％、小于10％或小于5％(即，透射率大于50％、大于75％、大于85％、大于90％或大于95％)，那么可认为吸光度相对低。以这种方式，提供第二光发射器3的发光二极管可以沉积在提供第一光发射器2的发光二极管的顶部，并且第一发射器2可以通过第二光发射器2将光5发射到光路7上。
这种布置对于透射测量而言可以特别紧凑，但也可以用于反射测量。
还参考图27，发光二极管阵列60的另一个选择是将多个第一光发射器2和第二光发射器3布置成阵列，其中第一光发射器2和第二光发射器3在“棋盘”图案中交替。当发光二极管阵列60的各个光发射器2、3或像素被制造得小时，例如与发光二极管显示器或电视的像素相比，由第一光发射器2和第二光发射器3生成的归一化的空间强度分布10、11可以是基本均匀的并且在距离大于典型像素尺寸几倍的位置处彼此相等。例如，发光二极管阵列60的像素间距可以在5μm至300μm的范围内，包括端值。通过在“棋盘”发光二极管阵列60和光路7的样本接收部分8之间布置漫射器48，可以进一步减小归一化的空间强度分布10、11之间的差异。第一光发射器2和第二光发射器3可单独处理以允许交替照射。
这种布置对于透射测量而言可以特别紧凑，但也可以用于反射测量。
还参考图28，分析测试设备1可以集成到自给式一次性使用侧向流测试设备62中。
侧向流测试设备62包括多孔条19，其被分成样本接收部分63、缀合物(conjugate)部分64、测试部分65和芯吸部分66。多孔条19被接纳到基部67中。盖子68附连到基部67，以固定多孔条19并覆盖多孔条19的不需要暴露的部分。盖子68包括样本接收窗口69，其暴露样本接收部分63的一部分以限定液体样本接收区域42。盖子和基部67、68由聚合物制成，诸如例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯或类似材料。
基部57包括凹槽70，一对发光二极管阵列60被接纳在凹槽70中。每个发光二极管阵列60可以如上所述地配置。盖子68包括凹槽71，一对光电探测器4被接纳在凹槽71中。光电探测器4可以采用光电二极管的形式。一对发光二极管阵列60和光电二极管4布置在多孔条19的测试区域20的相对侧上。第二对发光二极管阵列60和光电二极管布置在多孔条19的控制区域26的相对侧上。狭缝构件47将发光二极管阵列60与多孔条19分开，以限定宽度在300μm至500μm范围内(包括端值)的窄狭缝46。狭缝构件47限定狭缝46，狭缝46横向延伸穿过多孔条19的宽度。例如，如果多孔条19在第一方向x上延伸并且在第三方向z上具有厚度，那么狭缝46在第二方向y上延伸。另外的狭缝构件47限定狭缝46，狭缝46将光电二极管4与多孔条19分开。狭缝46可以由薄的透明材料层覆盖，以防止水分进入凹槽70、71。如果材料在特定波长λ处透射大于75％、大于85％、大于90％或大于95％的光，那么可以认为该材料对该波长λ是透明的。漫射器48可以可选地包括在每个发光二极管阵列60和对应的狭缝46之间。
使用例如滴管73或类似工具将液体样本72通过样本接收窗口69引入样本接收部分63。液体样本72通过多孔条63、64、65、66的孔(porosity)的毛细管作用或芯吸作用沿着液体输送路径41朝着第二端44输送。多孔条18的样本接收部分63通常由纤维状纤维素过滤材料制成。
缀合物部分64已经用至少一种颗粒标记的结合试剂预处理，用于结合正在测试的分析物，以形成标记的颗粒-分析物复合物(未示出)。颗粒标记的结合试剂通常是例如纳米或微米尺寸的标记颗粒21，其已被敏化以特定地结合分析物。颗粒提供可检测的响应，通常是可见的光学响应，诸如特定的颜色，但可以采用其它形式。例如，可以使用在红外线中可见的、在紫外光下发荧光的、或者是磁性的颗粒。通常，缀合物部分64将用一种类型的颗粒标记的结合试剂处理，以测试液体样本72中一种类型的分析物的存在。但是，可以生产同时使用两种或更多种颗粒标记的结合试剂测试两种或更多种分析物的侧向流设备62。缀合物部分64通常由纤维玻璃、纤维素或表面改性的聚酯材料制成。
随着流前部45移动到测试部分65中，标记的颗粒-分析物复合物和未结合的标记颗粒被带向第二端44。测试部分65包括一个或多个测试区域20和控制区域26，它们由对应的发光二极管阵列60和光电二极管4对监视。用固定化结合试剂预处理测试区域20，该固定化结合试剂特定地结合标记颗粒-目标复合物并且不结合未反应的标记颗粒。当标记的颗粒-分析物复合物结合在测试区域20中时，测试区域20中标记颗粒21的浓度增加。可以通过使用对应的发光二极管阵列60和光电二极管4测量测试区域20的吸光度来监视浓度增加。由于添加了液体样本72，因此，一旦设定的持续时间到期，则可以测量测试区域20的吸光度。可替代地，随着侧向流条的发展，可以连续地或以规则的间隔测量测试区域20的吸光度。
为了区分负测试(negativetest)和仅仅不正确运行的测试，常常在测试区域20和第二端44之间设置控制区域26。控制区域26用第二固定化结合试剂预处理，该第二固定化结合试剂特定地结合未结合的标记颗粒并且不结合标记的颗粒-分析物复合物。以这种方式，如果侧向流测试设备62已正确地运行并且液体样本72已经通过缀合物部分64和测试部分65，那么控制区域26将表现出吸光度的增加。控制区域26的吸光度能够以与测试区域20相同的方式由第二对发光二极管阵列60和光电二极管4测量。测试部分65通常由纤维状硝化纤维素、聚偏二氟乙烯、聚醚砜(pes)或电荷改性的尼龙材料制成。所有这些材料都是纤维状的，因此可以通过减去使用第二波长λ2获得的测量结果来改善吸光度测量的灵敏度，以校正多孔条19材料的不均匀性。
靠近第二端44设置的芯吸部分66吸收已经通过测试部分65的液体样本72，并有助于维持液体样本72的通流。芯吸部分66通常由纤维状纤维素过滤材料制成。
虽然未在图28中示出，但是自给式侧向流测试设备62还包括控制器27，其安装在基部67或盖子68中。侧向流测试设备62还可以包括集成到基部67或盖子68中的一个或多个输出设备28，使得用户可以看到使用中的(一个或多个)输出设备28。
示例性实验数据
参考示例性实验数据可以更好地理解前面的讨论。本文描述的分析测试设备1不限于用于获得示例性实验数据的特定条件和样本。
参考图1、图5和图29，通过将金纳米颗粒油墨的测试线75沉积到由硝化纤维素制成的空白多孔条19上来制备测试样本。金纳米颗粒是在侧向流测试条18中使用的一种类型的标记颗粒21。使用不同溶液光学浓度的金纳米颗粒油墨沉积每条测试线75。金纳米颗粒油墨的溶液光学浓度od可以被认为是对应测试线75中金纳米颗粒浓度的量度。例如，图29中所示的测试样本包括使用溶液od分别为15、100、25、7、5、2、0.8和0.1的金纳米颗粒油墨沉积的八条测试线75a、...、75h。每条测试线75a、...、75h的宽度为1.0±0.5mm，测试线75a、...、75h的中心-中心间距为2.0±0.5mm。
还参考图30，对空白硝化纤维素多孔条19进行吸光度测量，并且光学浓度的变化δod被示为依据沿着空白多孔条19的位置x变化。在这个示例中，使用积分球(未示出)提供基本相等的光束分布10、11，并且处于发光二极管的形式的第一发射器2和第二发射器3耦合到积分球的第一端口，光从积分球的第二端口照射空白条带。光电探测器4部署在空白多孔条19的另一侧上，并且在透射中测量光学浓度(吸光度)。第一发光二极管2发射绿光5(虚线)，第二发光二极管3发射近红外(nir)波长处的光6(点线)。由于积分球(未示出)内的多次反射，光束分布10、11基本上是均匀的并且基本相等。
通过将空白硝化纤维素多孔条19移动通过光电二极管4和发光二极管2、3之间的间隙并记录依据距离变化的光电二极管4的输出信号来获得测量结果。使用步进马达来移动空白硝化纤维素多孔条19。
可以观察到，空白硝化纤维素条19的透射率的不均匀性在宽波长范围内是可再现的，因为在绿色和近红外波长处的测量结果基本上相似。减去在第二波长处进行的测量可以基本上校正多孔条19的背景不均匀性。例如，对于仅用绿色发光二极管获得的吸光度测量结果a1(x)，δod的范围大于0.008，而差值a1(x)-a2(x)(实线)的δod的范围≈0.001。这表示背景信号的显著减小，因此标记颗粒21的较低光学浓度能够是可分辨的。
已知用于测试线75的金纳米颗粒(通常用作侧向流测试条18中的标记颗粒21)在绿色中强烈吸收但在红外线中仅相对弱地吸收。因此，如本文所述的分析测试设备的一个示例可以比较使用绿色和近红外有机发光二极管获得的信号的差异。相同的方法也可以与成像相机方法一起使用。
还参考图31，使用绿光(虚线)和nir光(点线)测量包括测试线75的测试样本。使用的测试样本包括使用具有0.006、0.01、0.03、0.06和0.1的溶液光学浓度的油墨沉积的测试线75。通过从绿色信号中减去nir信号而获得的经校正的信号(实线)显示出减小的背景变化性，这允许分辨由测试线75产生的信号。观察到：仅使用绿光将实际上不能分辨使用具有0.006、0.01、0.03、0.06和0.1的溶液光学浓度的油墨沉积的测试线75，但可以使用经校正的信号容易地区分这些测试线75。
还参考图32，示出了使用绿色和nir波长处的吸光度δod之间的差异(实线)、仅使用绿光测得的吸光度δod(虚线)和使用市售手持式侧向流设备读取器测得的吸光度δod(链式线)的测量结果之间的比较。市售的手持读取器是optricon(trm)立方体读取器(rtm)。不同的测量系列在y轴方向上移位以改善图形的可读性。可以观察到，经校正的双波长测量结果允许分辨与具有od＝0.1和更低的溶液光学浓度的油墨对应的较暗线。
还参考图33，使用测试线75确定针对以下几种情况的极限光学浓度(lod)，即，依据金纳米颗粒浓度变化的吸光度的最小可分辨变化：绿色和nir波长处的吸光度δod之间的差异(实线)、仅使用绿光测得的吸光度δod(虚线)、使用市售台式侧向流设备读取器测得的吸光度δod(链式线)以及使用手持侧向流设备读取器测得的吸光度δod(链式线)。市售的台式读取器是qiagen(rtm)esequant(rtm)侧向流读取器。用市售的读取器观察到的～0.01到0.02(dod)的lod或单波长吸光度测量受到硝化纤维素多孔条19的不均匀性的限制，其遮盖印刷在多孔条19上的测试线75。对于双波长(实线)测量，硝化纤维素厚度变化的影响可以通过使用两个led降低到～1.4×10-3的lod，或者通过使用积分球照射测试线75降低到～5×10-4的lod。
还参考图34，针对市售的手持式读取器(链式线)、市售的台式读取器(点线)、使用与光电二极管相对布置的绿色发光二极管的简单的透射读取器(虚线)，以及分析测试设备1的示例(实线)，示出了通过扫描侧向流测试条18以执行肌钙蛋白测定而获得的实验数据。在这种情况下使用的分析测试设备1以透射模式操作，第一发射器2是绿色发光二极管，并且第二发射器3是近红外发光二极管。不同的测量系列在y轴方向上移位，以改善图形的可读性。
可以观察到，与单波长有机发光二极管/有机光电二极管对相比，使用示例分析测试设备1获得的测量结果具有显著降低的背景噪声。虽然在这个示例性数据中很好地分辨了测试区域20和控制区域26，但是降低的背景噪声可以允许分析测试设备1与单波长(仅绿色)设备相比检测更低的浓度。
还参考图35，示出了空白硝化纤维素多孔条19的吸光度变化δod的测量和建模结果。y轴(δod)是沿着多孔带19的光学浓度变化，即，多孔带19的δod的最大值-最小值。增加的x轴方向与第一光束分布10和第二光束分布11的增加相似性对应。
示出了与三个实验测量对应的数据(三角形、实线是拟合线)。最左边或最不相等的点与在没有使用第二发射器(即nir波长)的校正的情况下测得的δod对应。最右边或最相等的点与使用积分球(未示出)测得的δod对应。第三(中间)实验点与使用分别发射绿光和nir光的简单(并排)无机led对测得的δod对应。使用一对发光二极管测得的δod值比使用积分球(未示出)测得的δod高三倍，这可以归因于第一光束分布10和第二光束分布11之间的差异程度。但是，使用这对发光二极管的测量结果也比仅用绿色波长测得的δod低约4.5倍。
还示出了与第一(绿色)发射器2和第二(nir)发射器3的不同光束分布可实现的δod的建模结果对应的数据(空心圆、虚线是拟合线)。通过对实验测得的、与空白多孔条19对应的δod数据进行卷积来执行建模，其具有图35中示意性示出的不同光束分布a、b、c和d。第一组光束分布a与单波长测量(即，不存在nir照射分布)对应，并且表示最小均匀性(或最大差异)。一组光束分布d与完全相同的第一光束分布10和第二光束分布11对应，并且表示最大均匀性。光束分布b和c表示第一光束分布10和第二光束分布11表现出差异的中间情况。
与积分球(未示出)对应的测得数据大于零的建模值。这可以归因于光束分布不完全相同，或者可能归因于与简单硝化纤维素厚度变化模型的偏差，该模型用于通过减去使用第二颜色测得的吸光度值进行校正。但是，与单波长值δod>0.06相比，针对积分球(未示出)测量的δod～5e-4的值显著减小。
修改
将认识到的是，可以对上文描述的实施例进行许多修改。这些修改可以涉及在分析测试设备的设计、制造和使用中已知的、并且可以代替或补充本文已经描述的特征使用的等效和其它特征。一个实施例的特征可以由另一个实施例的特征替换或补充。
虽然已经主要描述了与利用lfd的吸光度测量相关的应用，但是也可以使用与上文所述相同的方法和与上文所述的获得和校正吸光度测量结果的处理类似的测量处理进行荧光测量(参见图11)。
例如，如上所述，(一个或多个)第一光发射器2可以关断持续时间δt0的时段，使得(一个或多个)光电探测器4可以测量由来自(一个或多个)第一光发射器2的光5激发的荧光(步骤s3)。以类似的方式，(一个或多个)第二光发射器3可以关断δt0的时段，使得(一个或多个)光电探测器4可以测量由来自(一个或多个)第二光发射器2的光6激发的荧光(步骤s5)。这种方法可以用于使用第一波长λ1的光5激发第一荧光标记，并使用第二波长λ2的光6激发第二荧光标记。
第一波长λ1处的光5的一部分将被纤维22散射，因此不能用于激发荧光。类似地，第二波长λ2处的光6的一部分将被纤维22散射，因此不能用于激发荧光。但是，如上所述，纤维22以大致相同的方式散射第一波长λ1和第二波长λ2处的光。因此，多孔条19的不均匀性对在第一波长λ1和第二波长λ2处激发的荧光测量的影响可以基本相同。这可以提高基于两种(或更多种)荧光标记物的相对浓度的测定的准确性。
可替代地，第一发射器2可以用于测量由第一波长λ1激发的荧光，并且第二发射器3可以用于执行校正。
再次参考图13，可以照射第一发射器2持续时间δt1，接着不照射第一发射器2和第二发射器3二者持续时间δt0，随后照射第二发射器3持续时间δt2。在第一发射器2的照射时段δt1期间，荧光标记被激发，并且在未照射时段δt0期间检测荧光。在第二发射器3的照射时段δt2期间，使用没有样本9时的光路7作为参考水平(即，零的吸光度)来确定光6在第二波长λ2处的吸光度(以反射率或透射率)。如上面所解释的，可归因于纤维22的散射的多孔条19的吸光度预期在第一波长λ1和第二波长λ2之间共同变化。以这种方式，可用于激发荧光的第一波长λ1的光5的量可以预期与(1-a2(x))成比例地变化，其中a2(x)表示在第二波长λ2处确定的吸光度。通过将测得的荧光值除以(1-a2(x))，可以校正测得的由第一波长λ1处的光5激发的荧光以减少或去除多孔条19的不均匀性的影响。这可以改善侧向流荧光测定的检测极限。
虽然已经关于侧向流测试条18描述了示例，但是本方法和装置也可以与其它类型的样本9一起使用而具有最小的修改。
例如，分析测试设备1可以包括光路7，其具有适于接收垂直于光路7的一个或多个微流体通道(未示出)的样本接收部分8。(一个或多个)微流体通道(未示出)可以是加工成聚合物材料的一个或多个通道或一段或多段管道的形式。(一个或多个)微流体通道(未示出)的尺寸可以被设计为使得能够毛细管输送液体样本。第二波长λ2处的测量可以用于补偿由于(一个或多个)微流体通道(未示出)的壁上的缺陷或污染引起的散射或吸收。
扩展到多于一种分析物
对于一些测试，可能期望同时检测和量化在相同样本中的两种或更多种分析物的浓度。附加地或可替代地，可以含有一种或多种感兴趣的分析物的许多样本可以是有色的，例如血液。其它样本可以取决于例如尿液或其它生物衍生物质或副产物的浓度而显示一系列颜色。
上文描述的方法和装置可以适于检测单个样本中的两种或更多种分析物，无论样本是有色的还是基本透明的。
一般而言，通过使用n个不同波长来顺序地照射样本接收部分8，可以在校正多孔条19或其它这种背景散射源的不均匀性的同时确定n-1种不同分析物的浓度。n个波长中的每一个可以由对应的一组一个或多个光发射器提供。控制器27可以根据顺序来照射n组一个或多个光发射器中的每一组，使得在任何给定时间仅一组发射器在发射光。n-1种分析物中的一些可以不是直接感兴趣的，例如，n-1种分析物中的一些可以是提供样本着色的物质或组合物。但是，考虑提供样本着色的分析物可以允许样本中包含的感兴趣的分析物的更准确的检测和量化。
还参考图36a和图36b，使用led阵列60将光耦合到光路7中的第二布置或第三布置(图25、图27)可以容易地适用于两组以上的光发射器。
特别参考图36a，led阵列60可以包括多个像素99，每个像素99包括led子像素形式的第一发射器2、第二发射器3和第三发射器98。
特别参考图36b，led阵列60可以包括多个像素100，每个像素100包括led子像素形式的第一发射器2、第二发射器3、第三发射器98和第四发射器101。
图14中所示的透射几何结构或图15中所示的反射几何结构可以用于由多于两组发射器发射的光的顺序照射。可以使用图像传感器24(图16)形式的光电探测器4对光路7的样本接收部分8进行成像。
提取分析物浓度的方法
样本一般可以包括n-1种分析物。提取n-1种分析物的浓度的方法包括使用从n组一个或多个光发射器发射的光进行顺序照射。每组光发射器发射以不同波长附近为中心的光。分析物的数量n-1比发射器组的数量n小一，以允许校正来自多孔条19、(一个或多个)微流体通道或任何类似背景散射源的背景不均匀性的散射。分析物中的一些可以是引起样本着色的物质或组合物。对引起样本着色的物质或组合物进行量化可能不是直接感兴趣的，但是，它能够允许诸如尿液、血液、葡萄酒、食用油等有色样本中包含的一种或多种感兴趣的分析物的更灵敏检测和/或更准确量化。
对于n-1个波长中的第n波长λn的光，通过样本接收部分8的吸光度表示为a(λn)。一般而言，吸光度a(λn)与跨越第n波长λn的波长范围对应。例如，可以基于跨波长范围的强度的积分来计算a(λn)。
总吸光度a(λn)可以被视为总和：
其中s(λn)是由于多孔条19或其它背景散射源的背景不均匀性引起的第n波长λn处的吸光度，ci是n-1种分析物中的第i种分析物的浓度并且εi(λn)是在第n波长λn处将浓度ci与n-1种分析物中的第i种分析物的吸光度相关联的系数。浓度ci以与参考波长(例如，第一波长λ1)对应的吸光度(光学浓度)为单位表述。因此，系数εi(λn)各自是第i种分析物的吸光度在第1波长λ1与第n波长λn之间的比率。
吸光度的测量可以是直接的，例如，在透射几何结构中，通过在样本接收部分8内存在和不存在样本9的情况下获得测量结果。
可替代地，当样本9是侧向流测试条18时，吸光度值a(λn)可以从覆盖测试区域20和未处理多孔条19的周围区域的图像或扫描获得。可替代地，吸光度值a(λn)可以通过参考在将液体样本引入侧向流测试条之前获得的透射/反射的测量结果来获得。
还参考图37至图48，参考理论建模的有机光电探测器(opd)信号，解释获得吸光度值a(λn)的方法，该吸光度值也被称为来自侧向流条20的吸光度“指纹”。
特别参考图37，用于产生理论opd信号的模型基于依据波长λ变化的代表性的opd吸收分布101，结合各自依据波长λ变化的代表性的led发射分布102、103、104。第一led发射分布102与典型的绿色oled对应，第二led发射分布103与典型的红色oled对应，并且第三led发射分布104与典型的近红外(nir)oled对应。
特别参考图38，用于生成理论opd信号的模型的进一步输入包括分别针对金纳米颗粒、蓝色染料和硝化纤维素纤维22的代表性吸收分布105、106、107。第一吸收分布105是与金纳米颗粒的吸光度对应的波长λ依赖函数。第二吸收分布106是与蓝色染料的吸光度对应的波长λ依赖函数。第三吸收分布107是与形成多孔条19的硝化纤维素纤维22的吸光度对应的波长λ依赖函数。
特别参考图39，用于生成理论opd信号的模型的进一步输入包括分别针对金纳米颗粒、蓝色染料和硝化纤维素纤维的假设浓度分布108、109、110。在该模型中，假设侧向流测试条18被背向照射并且使用形成图像传感器24的多个opd对透过侧向流测试条18的光进行成像。图39的x轴是以图像传感器24的像素为单位的距离。可以通过沿着侧向流测试条18的长度扫描单个opd来建模或测量等效信息(在这种情况下，距离单位将是例如mm而不是像素)。相对于主y轴(范围0至1.2)绘制的第一假设浓度分布108与金纳米颗粒的位置依赖浓度对应。相对于主y轴(范围0至1.2)绘制的第二假设浓度分布109与蓝色染料的位置依赖浓度对应。相对于次y轴(范围0.9至1.02)绘制的第三假设浓度分布110与硝化纤维素纤维22的位置依赖浓度对应。第三假设浓度分布110包括硝化纤维素纤维22浓度(意指浓度，例如纤维体积分数)随着沿多孔条19的位置的波动。图39中还指示了照射分布111，其表示在沿着侧向流测试条18长度的不同位置处的、变化的照射强度。假设照射分布111对于建模的绿色、红色和niroled是相同的。
特别参考图40，分别与绿色、红色和niroled对应的模拟opd信号112、113、114可以基于发射分布102、103、104，照射分布111，浓度分布108、109、110和吸光度曲线105、106、107来估计。基于伪随机数生成的噪声被添加到模拟的opd信号112、113、114以模拟opd噪声。
特别参考图41，示出了模拟的绿色opd信号112b，它是针对蓝色染料浓度分布109在任何地方都为零的情况计算的。
作为提取绿色吸光度值的第一步，将相对于主y轴(范围0至4500)绘制的缓慢变化的背景分布115拟合到相对于主y轴(范围0至4500)绘制的模拟的绿色opd信号112b。背景分布115表示由多孔条19的硝化纤维素纤维22透射的平均强度t0的近似。模拟的绿色opd信号112b表示通过多孔条19和金纳米颗粒的透射强度t。归一化的绿色透射分布116被计算为相对于次y轴(范围0到1.2)绘制的t/t0。可以观察到，归一化的绿色透射分布116保留了由硝化纤维素22的浓度分布110中的点到点波动引起的波动。
特别参考图42，示出了模拟的niropd信号114b，它是针对蓝色染料浓度分布109在任何地方为零的情况计算的。
作为提取ir吸光度值的第一步，将相对于主y轴(范围0至4500)绘制的缓慢变化的背景分布115拟合到相对于主y轴(范围0至4500)绘制的模拟的niropd信号114b。考虑当前的建模假设，背景分布115对于绿色和nir数据是相同的，但是，在实践中，背景分布115可以针对不同的光发射器2、3、98而变化。归一化的nir透射分布117被计算为相对于次y轴(范围0至1.2)绘制的t/t0。
特别参考图43和图44，归一化的透射分布116、117根据公式a＝-log10(t/t0)转换成吸光度值。获得与绿色oled对应并且包括在像素位置x处的绿色吸光度值ag(x)的第一模拟吸光度分布118。获得与niroled对应的、包括nir吸光度值anir(x)的第二模拟吸光度分布119。以这种方式计算的吸光度值被更严格地视为相对于具有与多孔条19的平均浓度(浓度/纤维体积分数)相同的浓度(浓度/纤维体积分数)的完全均匀的硝化纤维素条带的吸光度的变化。这种值也可以称为增量光学浓度或δod值。虽然已经参考透射几何结构概述了计算，但是也可以对反射几何结构执行类似的计算。
特别参考图45和图46，例示了吸光度指纹值的估计值。图45和图46都是相对于x轴绘制的绿色模拟吸光度分布118和相对于y轴的nir模拟吸光度分布119的散点图。每个数据点120表示在模拟的侧向流设备18的特定位置x处的一对绿色吸光度值ag(x)和nir吸光度值anir(x)。
在图45和图46中可以观察到具有不同斜率的两种不同的相关。第一相关最容易在图46中看到，并且具有近似单一的斜率。这与硝化纤维素纤维对应，其与绿色和nir波长的相互作用在模型中基本相同，并且在实践中也相同。通过检查第一相关的极值数据点121，可归因于硝化纤维素纤维22浓度分布110的波动的一对吸光度值(也称为硝化纤维素纤维22的吸光度“指纹”)可以被估计为anc(λg)≈0.01、anc(λnir)≈0.01，或者可替换地使用向量符号的anc≈(0.01,0.01)。
第二相关性最容易在图45中看到，并且具有更浅的斜率，这表示，与nir光对金纳米颗粒的相对弱的响应相比，绿光对金纳米颗粒的相对强的响应。以与第一相关类似的方式，对于第二相关，基于极值点122并减去由于硝化纤维素纤维22浓度分布110的变化引起的信号，与金纳米颗粒对应的吸光度“指纹”可以被估计为anc(λg)≈1、anc(λnir)≈0.02，或者使用向量符号的aau≈(1,0.02)。这种估计吸光度指纹的方法可以被扩展到三个或更多个波长带，例如，通过使用3d图或n维分析方法。
参考所模拟的opd信号112、113、114描述的获得吸光度值的方法预期同样适用于无论是在透射还是反射几何结构中获得的测得的数据。
可以使用获得吸光度值的其它方法。根据任何合适的方法测得的吸光度值可以根据下文所述的等式(6)至等式(13)、等式(10b)至等式(13b)和/或等式(10c)进行分析。
在一般情况下，对于n-1个波长中的第n波长λn的光，通过样本接收部分8的吸光度(不管是如何测得的)表示为a(λn)。如果在每个波长λn处测得吸光度a(λn)，那么吸光度列向量可以被定义为：
例如，吸光度值a(λn)可以是如上文参考图45和图46描述的获得的吸光度指纹值。
类似地，浓度列向量可以被定义为：
其中与背景吸光度s(λn)对应的浓度cs是被设置为参考波长处的背景吸光度(例如第一波长λ1处的s(λ1))的虚设浓度。使用与分析物浓度ci等效单位的虚设浓度在整个下文描述的计算中维持测得的吸光度值的适当缩放。在实践中，如下文所解释的，该方法的校准通常包括在没有任何分析物的情况下获得背景散射的测量结果，因此获得虚设浓度cs的合适值不是问题。吸光度向量a可以使用矩阵等式用系数εi(λn)、背景吸光度s(λn)和浓度向量c表示：
其中m是具有系数mij＝εj(λi)的方阵，其中1≤j≤n-1且min＝s(λi)。通过对矩阵m求逆，可以从测得的每个波长λn处的吸光度值a(λn)确定分析物ci的未知浓度：
c＝m-1a(9)
为了应用等式(9)，有必要知道矩阵m的系数mij，从而可以计算逆m-1。当评估等式(9)时，与背景散射“浓度”对应计算的值将理想地等于虚设浓度cs。在实际情况下，与背景散射“浓度”对应计算的值可以偏离虚设浓度cs。偏差的大小可以提供不同多孔条19、微流体通道等之间的变化的指示。大的偏差可以提供关于特定样本或关于矩阵m系数mij的校准的可能问题的指示。
可以从使用具有每种分析物的已知浓度ci的样本的实验测量结果来预先确定矩阵m的系数mij。测得的一组吸光度值a1(λn)，其中第一校准样本由参考吸光度向量a1表示，对应的浓度ci1由校准浓度向量c1表示。一般而言，对于n个波长λ1、...、λn，需要n个校准样本和测量。通过将每个参考吸光度向量a1、...、an的系数设置为指纹矩阵f的对应列的系数，使用该组参考吸光度向量a1、...、an来定义指纹矩阵f：
指纹矩阵f的条目(entry)可以构成如关于图45和图46所描述的、估计的吸光度指纹值。但是，条目不必是吸光度指纹值，并且一般而言指纹矩阵f的条目可以是根据任何合适的方法测量或获得的吸光度值。对应的校准浓度向量c1、...、cn可以被设置为校准矩阵c的列：
并且指纹矩阵f和校准矩阵c根据下式相关：
f＝mc(12)
然后可以将矩阵m的系数mij计算为m＝fc-1，并且可以将逆矩阵m-1的系数计算为m-1＝cf-1。因此，对于由吸光度向量a表示的测得的吸光度值a(λn)，可以根据下式使用cf-1作为去卷积矩阵(也称为去混合矩阵)来恢复由浓度向量c表示的一组未知浓度ci，：
c＝cf-1a(13)
以这种方式，n-1种分析物的一组未知浓度c1、...、cn-1可以通过测量从对应的n组光发射器发射的n个波长，λ1、...、λn处的吸光度值a(λ1)、...、a(λn)来重建。吸光度值a(λ1)、...、a(λn)可以是如关于图45和图46描述的获得的吸光度指纹值的形式，或者可以是使用任何其它合适的方法获得或估计的吸光度值。
可以利用通过样本接收部分8的路径长度和第i种分析物在参考波长(例如，第一波长λ1)处的衰减系数使用beer-lambert定律从重建的浓度c1、...、cn-1(即，参考波长处的吸光度值)估计每种分析物的实际物理浓度或数量浓度，例如以数量.cm-3为单位。如果不知道第i种分析物在参考波长处的衰减系数，那么系数mij＝εj(λi)(通过对去卷积(去混合)矩阵求逆以获得m＝fc-1来计算)可以用于将参考波长处的浓度(吸光度)ci转换成衰减系数已知的波长处的吸光度。
等效地，由于at＝ctmt，可以通过将每个参考吸光度向量a1、...、an的系数设置为替代指纹矩阵g的对应行的系数来定义替代指纹矩阵g：
并且对应的校准浓度向量c1、...、cn可以被设置为替代校准矩阵d的行：
并且替代指纹矩阵g和替代校准矩阵d根据下式相关：
g＝dmt(12b)
因此，针对由吸光度向量at表示的测得的吸光度a(λn)，由浓度向量c表示的一组未知浓度ci可以等效地根据下式通过使用g-1d作为去卷积矩阵来恢复：
c＝atg-1d(13b)
每种分析物优选地具有与照射波长λ1、...、λn之一对应的吸光度峰。与n-1种类型的分析物对应的吸光度峰优选地避免显著重叠。如果分析物的吸光度光谱太相似，那么这会导致确定分析物浓度ci时出错。在实践中，分析物的数量可以受光谱的可区分性的限制。
在一些示例中，相对于单个参考校准值(例如，a1(λ1))归一化吸光度值会是方便的。例如，通过相对于a1(λ1)的归一化，归一化的指纹矩阵fn可以表示为：
等式6至等式13和等式10b至等式13b中的每一个能够以这种方式归一化，以允许吸光度和浓度值被表述为相对于参考校准值(例如a1(λ1))的分数。
浓度和校准矩阵值的确定
在具有已知浓度ci的n-1种不同分析物的纯(或基本上纯)样本可以用于参考条件下(例如，支持在多孔条19上)的测试的情况下，校准被简化。校准样本之一应当仅与背景散射s(λn)(例如多孔带19)对应。在这种情况下，简化了校准矩阵的确定，因为可以简化在参考波长处每种分析物的浓度ci的确定。例如，如果第n个校准样本仅包括背景散射，那么使用第一波长λ1作为参考波长，包括纯(或基本上纯)的第i种分析物的第i个校准样本(1≤i≤n-1)的校准浓度ci0可以被近似为：
其中ai(λ1)是在第一波长处测得的第i种分析物的纯或基本上纯的样本的吸光度。校准矩阵c可写为：
其中虚设浓度cs＝an(λ1)。在这种特殊情况下，可以简化去卷积矩阵cf-1的计算。
如果可以在背景散射非常低或可忽略的条件下测试不同分析物的纯(或基本上纯)的样本的吸光度，那么可以进一步简化校准矩阵c和去卷积矩阵cf-1的计算。在这些最佳条件下，校准矩阵是对角线的，并且参考浓度值可以直接被设置为参考波长处的测量吸光度值：
其中虚设浓度cs＝an(λ1)。等式14至等式16中的每一个可以被归一化为参考校准吸光度值，例如a1(λ1)，如上面所解释的。
应用于一种分析物和背景散射
使用n个照射波长提取n-1种分析物的光学浓度的方法可以用于验证针对具有在第一波长λ1和第二波长λ2处的顺序照射的单个分析物的先前应用结果，即，a1(x)-a2(x)。
在蓝色染料浓度分布109在每个位置处都等于零的情况下，使用上文参考图37至图40描述的模型进行模拟。结果得到的模拟opd信号112b、114b和模拟吸光度分布如图41、图42和图44中所示。选择与吸光度指纹值对应的浓度值，并将与绿色oled对应的值作为参考值。与具有od＝1的光学浓度的金纳米颗粒对应的第一模拟校准样本可以在该方法中通过浓度向量caut＝(1,0)表示，并且对应的吸光度向量是aaut＝(1,0.02)。获得相关的吸光度值作为吸光度指纹值，如上文参考图45和图46所描述的。与硝化纤维素条形式的空白多孔条19对应的第二模拟校准样本可以通过吸光度向量anct＝(0.01,0.01)在该方法中表示，使得虚设浓度cs＝0.01并且对应的浓度向量是cnct＝(0,0.01)。获得相关的吸光度值作为吸光度指纹值，如上文参考图45和图46所描述的。因此，以绿色oled波长范围(参见图37)作为参考，根据等式11、12和17的校准矩阵c和指纹矩阵f可以被写为：
可以通过对指纹矩阵f求逆来计算等式14的去卷积(去混合)矩阵cf-1：
并且将去卷积(去混合)矩阵cf-1代入等式14得到：
因此，在这个示例中以od吸光度表述的金纳米颗粒的浓度cau以cau＝1.02(agreen–anir)给出，其基本上与上文所述相同。
应用于具有有色染料的一种分析物以及背景散射
在蓝色染料浓度分布109如图39所示的情况下，还使用上文参考图37至图40描述的模型进行模拟。结果得到的模拟opd信号112、113、114如图40中所示。使用绿色led发射波长作为参考，选择浓度值作为吸光度值。
还参考图47，当仅考虑绿色和nir模拟的opd信号112、114时，将简单的双色方法应用于基于模拟的opd信号112、113、114获得的吸光度值导致在确定吸光度时由于金纳米颗粒引起的不准确性。
总的总和吸光度123由实线表示。估计的金纳米颗粒浓度124由点线表示。来自硝化纤维素条的估计的背景散射125由虚线表示。
特别地，蓝色染料的存在导致估计的金纳米颗粒浓度124的误差。特别地，金纳米颗粒位置周围的基线吸光度被蓝色染料的吸光度扭曲。问题在于浓度值中有三个未知数，即，金纳米颗粒浓度cau、蓝色染料浓度cdye和来自硝化纤维素条的背景散射cnc。使用绿色和近红外oled，只有两个测量。解决方案是将波长范围的数量增加到三个。
如果使用所有三个模拟opd信号112、113、114，那么可以应用去卷积(去混合)矩阵方法。与具有od＝1的光学浓度的金纳米颗粒对应的第一模拟校准样本可以通过浓度向量caut＝(1,0,0)(cau,cdye,cnc)在该方法中表示并且对应的吸光度向量是aaut＝(1,0.17,0.02)(绿色，红色，nir)。根据类似于上文参考图45和图46所述的方法，获得相关的吸光度值作为吸光度指纹值。与蓝色染料对应的第二模拟校准样本可以通过浓度向量cdyet＝(0,0.024,0)在该方法中表示并且对应的吸光度向量是aaut＝(0.024,0.89,0)。根据类似于上文参考图45和图46所述的方法，获得相关的吸光度值作为吸光度指纹值。与空白多孔条对应的第三模拟校准样本具有anct＝(0.01,0.01,0.01)的吸光度向量，因此虚设浓度cs＝0.01并且对应的浓度向量为cnct＝(0,0,0.01)。根据类似于上文参考图45和图46所述的方法，获得相关的吸光度值作为吸光度指纹值。因此，将绿色波长作为参考波长，根据等式11、12和17的校准矩阵c和指纹矩阵f可以写为：
可以通过对指纹矩阵f求逆来计算等式14的去卷积(去混合)矩阵cf-1：
并且将去卷积(去混合)矩阵cf-1代入等式14得到：
因此，在这个示例中以od吸光度表示的金纳米颗粒的浓度cau给出为cau＝1.025agreen–0.028ared–0.997anir)。
还参考图48，总的总和吸光度123由实线表示。估计的金纳米颗粒浓度124由点线表示。来自硝化纤维素条的估计的背景散射125由虚线表示。蓝色染料的估计浓度126由链式线表示。
可以看出的是，在三种不同波长(绿色、红色和nir)处应用顺序测量方法预期允许由于金纳米颗粒、蓝色染料和硝化纤维素条引起的吸光度的清晰分离。特别地，估计的金纳米颗粒浓度124和蓝色染料的估计浓度126预期是可分离的。
上文描述的去卷积(去混合)方法可以由分析测试设备1的控制器27执行。
相互交叉的led阵列
已经描述了led阵列60，其中，例如，第一光发射器2和第二光发射器3堆叠在彼此之上(参见图25和图26)，或者其中，多个第一光发射器2和第二光发射器3布置成阵列，第一光发射器2和第二光发射器3在阵列中以“棋盘”图案交替(图27)。但是，可以使用led阵列60的其它布置。
例如，还参考图49，示出了led阵列60的第三示例。第一光发射器2包括多个突起127，突起127彼此平行布置并与第二光发射器3的多个突起128相互交叉。第一光发射器2的突起127通过主干区段129连接以形成单个光发射器2。类似地，第二光发射器3的突起128通过主干区段130连接以形成单个光发射器3。led阵列60可以包括一对或多对这种相互交叉的第一光发射器2和第二光发射器3。突起127、128的数量不受限制。第一光发射器2的突起127的数量不需要等于第二光发射器3的突起128的数量。led阵列60可以布置成使得仅突起127、128与感兴趣区域重叠，并且使得主干区段129、130不与感兴趣区域重叠。突起127、128不需要从对应的主干区段129、130垂直延伸。
在相互交叉的第一光发射器2和第二光发射器3的替代布置(未示出)中，突起127、128可以从对应的主干区段129、130的两侧延伸。从主干区段129、130的相对侧延伸的突起127、128可以彼此相对地布置，或者不彼此相对地布置。从主干区段129、130的一侧延伸的突起127、128不需要平行于从相同主干区段129、130的相对侧延伸的突起127、128延伸。
双色相互交叉的led阵列对于透射测量而言可以特别紧凑，但也可以用于反射测量。
已经描述了led阵列60，其包括具有第一光发射器2、第二光发射器3和第三光发射器98形式的子像素的像素99(图36a)。
还参考图50，在led阵列60的第四示例中，第一光发射器2、第二光发射器3和第三光发射器98可以相互交叉。
第一光发射器2包括彼此平行布置的多个突起127，并且与第二光发射器3的多个第一突起128a相互交叉。第一光发射器2的突起127通过主干区段129连接以形成单个光发射器2。类似地，第二光发射器3的第一突起128a通过主干区段130连接以形成单个光发射器3。与第一光发射器3不同，第二光发射器3还包括第二突起128b，第二突起128b从主干部分130的相对于第一突起128a的相对边缘延伸，并且与第三光发射器98的多个突起131相互交叉。第三光发射器98的突起131通过主干区段132连接以形成单个光发射器98。第二光发射器3的突起128a、182b的宽度可以相对小于第一光发射器2和第三光发射器98的突起127、131，以便在第一光发射器2、第二光发射器3和第三光发射器98之间维持相似的发射面积。例如，如果突起127、128、131在第一方向x上从相应的主干区段129、130、132延伸，那么第二光发射器3的突起128a、182b在第二方向y上的宽度可以小于第一光发射器2和第三光发射器98的突起127、131在第二方向y上的对应宽度。
第二光发射器3不需要被放置在第一光发射器2和第三光发射器98之间。可替代地，或者第一光发射器2或者第三光发射器98可以被布置成提供三色相互交叉的led阵列60的中心元件。led阵列60可以包括这种相互交叉的第一、第二和第三光发射器2、3的一个或多个三元组。突起127、128、131的数量不受限制。
三色相互交叉的led阵列对于透射测量而言可以特别紧凑，但也可以用于反射测量。
虽然在本申请中已经将权利要求确切地阐述为特征的特定组合，但是应当理解的是，本发明的公开内容的范围还包括本文公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合，无论是明确地还是隐含地或其任何概括，无论它是否与任何权利要求中目前要求保护的相同发明相关，以及无论它是否如本发明那样减轻了任何或所有相同的技术问题。申请人在此通知，在本申请或由此衍生的任何进一步申请的审查期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合制定新的权利要求。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！