包括使用比色条形码用于检测分析物的设备和方法
【专利说明】包括使用比色条形码用于检测分析物的设备和方法
[0001 ] 关于联邦政府资助的研究或发展的声明
[0002] 本发明在某种程度上是在由海军工程后勤部授予的N41756-11-C-3876政府扶持 下作出的。政府对本发明具有某些权利。 发明领域
[0003] 在这里描述的实施方案通常涉及用于收集和/或测定分析物的设备和方法，分析 物包括化学和生物战剂、药物、毒性工业化学品和金属、射击残留物、军事和自制爆炸物、其 它的管制物质及其前体。
[0004] 发明背景
[0005] 自制爆炸物的快速检测和鉴定在军事、本国安全、人道主义和环境应用中是极其 重要的。比色方法由于其相对低的成本、卓越的灵敏度、快速、便携性以及简单的操作要求 (例如，无额外的电源、设备或必要的培训，使在边远地区能够快速展开）是颇有价值的。尽 管存在用于爆炸物检测的可从市场上购买的基于气溶胶或液体的比色试剂盒，但许多试剂 盒将使用者暴露于有毒性的试剂和/或是倾向于假阳性的。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及用于测定分析物的各种设备、试剂盒和方法。
[0007] 在一些实施方案中，所述方法包括提供样品分析设备，所述样品分析设备包括至 少5个通道，所述通道被构造并被设置成接收被怀疑含有分析物的样品，每个通道包括不 同的化学试剂；并且将所述样品同时引入所述至少5个通道内，从而如果存在分析物的话， 所述分析物与一种或多种所述的化学试剂发生相互作用，以产生可测定的信号。
[0008] 在一些实施方案中，所述方法包括提供样品分析设备，所述样品分析设备包括多 个通道，所述通道被构造并被设置成接收被怀疑含有分析物的样品，每个通道包括不同的 化学试剂，每种化学试剂能够产生发光或比色信号；并且将所述样品同时引入多个通道内， 从而如果存在分析物的话，所述分析物与一种或多种所述化学试剂发生相互作用，以产生 多个发光或比色信号，从而测定所述分析物，其中所述分析物的存在和/或性质被测定，无 需样品的非发光或非比色分析。
[0009] 在一些实施方案中，所述方法包括提供样品收集设备，所述样品收集设备包括滚 动基片，所述滚动基片具有表面；将所述滚动基片的表面经由滚动或轻敲运动接触被怀疑 含有分析物的物品，从而被怀疑含有分析物的样品被收集在所述滚动基片的表面上；将所 述滚动基片的表面与流体载体进行接触，以便将至少部分所述样品转移到所述流体载体， 从而产生被怀疑含有分析物的流体样品；将被怀疑含有分析物的所述流体样品引入包括多 个通道的样品分析设备中，所述通道被构造并被设置成接收所述流体样品，其中部分所述 流体样品被同时地引入一组多个通道中的每一个中，所述的一组通道中的每一个包括不同 的化学试剂，当与特定的分析物发生相互作用时，能够产生发光和/或比色信号，其中，如 果分析物存在于所述流体样品中的话，所述分析物与一种或多种所述化学试剂发生相互作 用，以便在所述的一组通道的至少一些通道中产生多个发光和/或比色信号；并且基于所 述多个发光和/或比色信号测定所述分析物的存在和/或性质。
[0010] 也提供了用于测定分析物的设备。在一些实施方案中，所述设备包括样品收集部， 所述样品收集部被设置在所述设备的第一区域上并且包括样品收集孔；样品收集基片，所 述样品收集基片被可拆卸地连接到所述设备，并且能够被插入所述样品收集孔内；以及样 品分析部，所述样品分析部被设置在所述设备的第二区域上并且与所述样品收集部流体连 通，所述样品分析部包括：至少一个含有流体载体的流体容器，至少一个包括能够产生发光 或比色信号的化学试剂的通道，以及与所述至少一个流体容器、所述至少一个通道和所述 样品收集基片流体连通的混合室，其中所述样品收集部和所述样品分析部被整体地相互连 接。
[0011] 在一些实施方案中，提供了用于测定分析物的样品分析设备。在一些实施方案中， 所述样品分析设备包括样品入口，所述样品入口被构造并被设置成接收被怀疑含有分析物 的样品；以及至少5个通道，所述通道与所述样品入口流体连通，并且被构造和设置成用于 基本上同时地分析被怀疑存在于引入所述入口中的样品内的分析物，每个通道包括处于基 本固体形式的不同化学试剂，其中，如果存在分析物的话，所述分析物与一种或多种所述化 学试剂发生相互作用，以产生可测定的信号。
[0012] 在一些实施方案中，所述样品分析设备包括样品入口，所述样品入口被构造并被 设置成接收被怀疑含有分析物的样品；以及与所述样品入口流体连通的多个通道，每个通 道包括不同的化学试剂，每种化学试剂能够产生发光或比色信号，其中，如果存在分析物的 话，所述分析物与一种或多种所述化学试剂发生相互作用，以产生多个发光或比色信号，其 中所述设备不包括结晶剂。
[0013] 在一些实施方案中，提供了用于测定分析物的试剂盒。在一些实施方案中，所述试 剂盒包括样品收集设备和样品分析设备，所述样品收集设备包括：第一区域，包括含有流体 载体的流体容器；第二区域，包括表面，所述表面被构造并被设置成接触被怀疑含有分析物 的物品并且接收来自所述流体容器的流体；与所述第一和第二区域流体连通的样品出口； 以及含有所述第一区域、所述第二区域以及所述样品出口的壳体；所述样品分析设备包括： 至少一个样品入口，所述样品入口被构造并被设置成接收来自所述样品收集发光设备的样 品出口的被怀疑含有分析物的样品；以及与所述样品入口流体连通的通道，所述通道包括 能够产生发光或比色信号的化学试剂。
【附图说明】
[0014] 图1示出了根据一种实施方案的用于测定分析物的方法。
[0015] 图2示出了用于测定分析物的方法，包括（a)样品收集和（b)样品分析。
[0016] 图3示出了用在测定分析物中的各种比色化学反应，包括（a)Meisenheimer络合 物形成法，（b)Greiss反应，（c)[Pt(typ)Cl]PFf^氯酸盐测试，（d)水解硼去保护，以及（e) 硝酸脲与P-DMC的络合。
[0017] 图4示出了对于利用Nomex或带擦拭（右栏）或滚动（左栏）接触（a)RDX，（b) TNT，（c)硝酸盐，和（d)高氯酸盐的样品收集效率的比较。
[0018] 图5示出了如在这里描述的设备的取样器子组件的模型和示意图。
[0019] 图6示出了如在这里描述的设备的分析子组件的照片。
[0020] 图7示出了设备的比色响应照片，当暴露于（a)含硝基的芳香经，（b)硝酸盐，（C) 钱，和（d)酸和喊时。
[0021] 图8示出了当暴露于硝酸酯和硝胺时设备的比色响应照片。
[0022] 图9示出了当暴露于金属时设备的比色响应照片。
[0023] 图10示出了用于分析物检测的各种步骤的示意图，利用了这里描述的方法。
[0024] 图11示出了根据一种实施方案的用于测定分析物的设备模型。
[0025] 图12示出了用于测定分析物的设备的各种区域，包括（a)设备的第一侧面上的样 品分析部，（b)设备的第二相反侧面上的样品收集部，（C)样品收集部的（i)三维和（ii)二 维图，（d) -种示例性的样品收集基片，以及（e)样品分析部的视图（i)无分析盖和（ii)有 分析盖。
[0026] 图13示出了一种示例性的微流体通道的视图，含有急剧地并且重复地改变x、y和 z方向以减小或防止层流的路径。
[0027] 当结合附图考虑时，通过下面的详细描述，本发明的其它方面、实施方案和特征将 会变得明显。附图是示意性的，并非意指是按比例绘制的。为了清楚的目的，并非每个组件 均被标记在每幅图中，而且并非本发明的每个实施方案的每个组件被示出，在那里插图对 于允许本领域普通技术人员理解本发明不是必要的。对于通过参照而被并入这里的所有专 利申请和专利，其全部内容通过参照被包含。在有冲突的情况下，包括定义的本说明书将起 控制作用。
[0028] 详细说明
[0029] 这里描述的实施方案涉及用于收集和/或测定诸如违法物质的分析物的设备、试 剂盒和方法，所述违法物质包括军用爆炸物、自制爆炸物、药物、化学战剂和生物战剂、毒性 工业化学品药品和金属、射击残渣、其它的管制物质以及其前体。在一些情况下，这里描述 的设备、试剂盒和方法在包括自制爆炸物组分的简易爆炸物设备（IH))的检测以及本国安 全操作中可以是有用的。这种设备可以以用户友好的形式提供增强的自制爆炸物前体检测 能力，具有低假阳性率。在一些情况下，所述设备是可丢弃的。在一些实施方案中，可以进行 多种比色检测化学（例如，同时地）并且因而发生的颜色变化阵列（例如，颜色变化的"条 形码"）能够用于肯定地鉴别分析物的存在和/或性质。
[0030] 这里描述的一些实施方案提供了将高效率的样品收集与基于微流体的化学分析 组合起来的试剂盒、设备和方法，导致未知物的快速检测和鉴定。例如，试剂盒可以包括样 品收集设备和样品分析设备。在一些实施方案中，所述样品收集设备和所述样品分析设备 可以作为两个物理分离的组件提供，在操作期间的各个步骤中，所述部件可以可拆卸地彼 此连接。当一个物体以这样一种方式被连接到另一个物体时，该方式使得所述物体可以被 操作员物理地分离，并且如果需要的话被物理地再次连接，无需拆散各个物体和/或无需 使用任何工具，则这两个物体是"可拆卸地连接"。在一些实施方案中，所述样品收集设备和 所述样品分析设备可以以组装的形式提供，但在操作期间可以被物理地分离为两个不同的 组件。在一些情况下，所述样品收集设备和所述样品分析设备可以在设备操作期间的各个 点处被可拆卸地连接和/或物理地分离，以测定分析物。在另一组实施方案中，样品收集部 和样品分析部可以被整体地连接在单个设备内。典型地，利用所述样品收集设备或者样品 收集部收集被怀疑含有分析物的样品，并且所述样品随后被传递到用于测定分析物的样品 分析设备或样品分析部。
[0031]图1示出了一种例证性的实施方案，其中（1)将样品接触样品收集设备的表面； (2)样品收集设备中的内部流体容器被挤压，以释放流体载体，并且所述样品收集设备被摇 晃，以便将流体载体和样品结合；(3)所述样品收集设备可以随后被连接到所述样品分析 设备，将所述样品和所述流体载体释放入所述样品分析设备内。毛细管作用可以将所述样 品和流体载体芯吸入所述样品分析设备的反应区内（例如，预装入各种检测化学），以及 (4)在相当短的时帧（例如，-1分钟）内可以观察到指示阳性或阴性结果的作为结果的颜 色变化阵列，以测定存在的任何分析物。
[0032] 在一组实施方案中，所述设备包括可用于接触被怀疑与目标分析物相关联（例 如，含有）的物品的表面以收集样品的样品收集设备或样品收集部。在一些情况下，可以通 过直接取样分析物或者通过取样被怀疑含有分析物的物品而测定所述分析物。例如，所述 分析物可以被隐藏在容器内，并且所述容器的表面可以被所述样品收集设备或样品收集部 取样。在一些实施方案中，所述分析物或物品的表面可以被所述样品收集设备或样品收集 部物理地接触或者擦拭。所述样品可以处于基本固态的形式（例如，处于颗粒形式），或者 可以处于液体形式，诸如溶液、悬浮液、分散液或其它的混合物。在一些情况下，所述样品可 以是汽相的样品。被收集的样品可以随后与流体载体结合并且可以被分析，如这里描述的。
[0033] 所述样品收集设备或样品收集部可以包括一种或多种样品收集基片。在一些情况 下，所述样品收集设备或样品收集部可以包括用于收集多个样品的多个样品收集基片。例 如，如果用于一种测试的分析条件（例如，溶剂）和用于另一种测试的分析条件不可兼容 时，可以收集多个样品。多个收集的样品可以随意地被同时或顺序地分析。在一些情况下， 所述样品收集设备或样品收集部可以包括第一样品收集基片，样品在那里被收集并且随后 被处理，以用于分析，并且任选地包括第二样品收集基片，样品在那里可以被储存，以用于 随后的证实测试。所述样品收集基片可以和样品收集孔联合设置在设备上，从而在操作中， 所述样品收集基片可以在样品收集孔内与流体载体（例如，溶剂）结合。在一些实施方案 中，所述样品收集孔可被设置在可以被可拆卸地连接到所述设备的另一组件（例如，样品 盖）上，从而当被连接到所述设备时，所述组件和设备可以形成一个封闭的区域，样品收集 基片可以与流体载体在其中结合。
[0034]在一些实施方案中，所述样品收集基片可以被可拆卸地连接到所述设备。例如，所 述样品收集基片可以被设置成连接到所述设备（例如，连接到所述设备的样品收集部）。操 作中，所述样品收集基片可以被使用者从设备脱离，并接触被怀疑含有分析物的样品（例 如，固态样品、液体样品、蒸汽样品等），并且随后被重新连接到所述设备，以用于样品分析。 在一些实施方案中，含有所述样品的所述样品收集基片可以被重新连接到所述设备，从而 所述样品收集基片被定位在所述样品收集孔内。来自所述设备的另一区域的流体载体可以 被输送到所述样品收集孔，例如，在所述样品收集基片上溶解被收集的样品或者另外与之 混合。
[0035]在一些情况下，所述样品收集基片包括一个基本平面的表面，可接触被怀疑含有 分析物的物品，例如经由擦拭运动。作为一种例证性的实施方案，所述样品收集基片部可 以包括一个基本平面的基片，诸如硼硅酸盐材料。可预期的是，在一些情况下，将基片设置 与过滤材料诸如可透气的过滤器（例如，聚四氟乙烯或PTFE)结合。本领域普通技术人员 将能够选择一种基本平面的样品收集基片，具有适当的材料、尺寸、表面形态学等，以适合