本發(fā)明涉及用于檢測顆粒的檢測裝置、檢測方法和檢測計算機程序。本發(fā)明還涉及包括檢測裝置的生物傳感器系統(tǒng)。

背景技術：

WO 2011/036634 A1公開了一種生物傳感器系統(tǒng)，包括具有傳感器表面的生物傳感器試劑盒以及用于檢測傳感器表面上的顆粒的第一和第二光學檢測系統(tǒng)。第一光學檢測系統(tǒng)適配成通過檢測反射光的強度改變來檢測顆粒，所述反射光已經(jīng)在傳感器表面處被反射，其中強度改變是基于衰減全內(nèi)反射（FTIR）。第二光學檢測系統(tǒng)適配成通過檢測由顆粒散射的光來檢測顆粒。

JP 2008 058249 A公開了一種用于查看光度測定的裝置和方法。裝置包括用于觀察樣品的圖像的觀察系統(tǒng)以及測量來自樣品的光的強力度的光度測定系統(tǒng)。來自燈源的光光照針孔，并且針孔的圖像經(jīng)由光學路徑切換單元而被投影在樣品的底側(cè)上。由樣品反射的光再次進入切換單元。該光的部分穿過切換單元并且在成像表面上被檢測到，并且另外的部分在切換單元中被反射并且聚焦在光電檢測器上。此外，裝置包括用于光照樣品的上側(cè)的另外的光源設備以用于明場觀察。透射樣品的光通過切換單元行進至成像表面。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供用于檢測顆粒的檢測裝置、檢測方法和檢測計算機程序，其在技術上較不復雜。本發(fā)明另外的目的是提供包括檢測裝置的生物傳感器系統(tǒng)。

在本發(fā)明的第一方面中，呈現(xiàn)了一種用于檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒的檢測裝置，其中檢測裝置適配成可操作在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中，并且其中檢測裝置包括：

– 用于生成第一光以用于在第一光學檢測模式中光照顆粒檢測表面的第一光源，

– 用于生成第二光以用于在第二光學檢測模式中光照顆粒檢測表面的第二光源，

– 用于在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面之后檢測第一光和第二光的光檢測系統(tǒng)，

– 用于在遇到顆粒檢測表面之前和/或在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面之后修改第一光和第二光的光學系統(tǒng)，

其中光檢測系統(tǒng)的組件和/或光學系統(tǒng)的組件布置成使用在第一檢測模式中和第二檢測模式中。

由于光檢測系統(tǒng)的組件和/或光學系統(tǒng)的組件布置成使用在第一檢測模式中和第二檢測模式中，所以該組件不需要被提供兩次，即用于使用在第一檢測模式中和用于使用在第二檢測模式中。這可以引起減少數(shù)目的組件并且可以使檢測裝置在技術上較不復雜。

檢測裝置優(yōu)選地適配成檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒，其到顆粒檢測表面的距離足夠小以在光照顆粒檢測表面時影響第一光和第二光。檢測裝置優(yōu)選地還適配成使用顆粒檢測表面上的顆粒的檢測以用于檢測流體內(nèi)的物質(zhì)，其中顆粒檢測表面上的顆粒已經(jīng)附著到（即已經(jīng)捕獲）物質(zhì)，并且其中檢測裝置包括用于基于所檢測到的第一光和/或所檢測到的第二光檢測物質(zhì)的物質(zhì)來檢測單元。物質(zhì)檢測單元優(yōu)選地適配成基于所檢測到的第一光和/或所檢測到的第二光來確定例如流體中的物質(zhì)的濃度。

顆粒優(yōu)選地為磁珠，特別地為磁性納米顆粒，其標記流體中的物質(zhì)，特別地，在比如唾液或血液那樣的體液中。磁珠優(yōu)選地利用附著元素功能化，所述附著元素可以附著到作為例如具體分析物分子的物質(zhì)，從而生成物質(zhì)-磁珠組裝體。附著元素例如為抗體、蛋白質(zhì)、TNA、適體等。顆粒檢測表面可以包括綁定元素，其適配成在物質(zhì)分子已經(jīng)附著到磁珠時綁定物質(zhì)-磁珠組裝體。檢測裝置優(yōu)選地還包括用于將磁珠推動到顆粒檢測表面上的磁體單元，以便允許已經(jīng)捕獲物質(zhì)分子的磁珠被綁定到顆粒檢測表面上的綁定元素，并且推動未被綁定的磁珠遠離顆粒檢測表面。檢測裝置因而可以被視為是磁性生物傳感器或者作為其部分，磁性生物傳感器可以適配成執(zhí)行夾心免疫法。

光檢測系統(tǒng)和光學系統(tǒng)適配成使得第一光通過由顆粒導致的FTIR來修改并且檢測經(jīng)修改的第一光。而且，光檢測系統(tǒng)和光學系統(tǒng)可以適配成使得第二光由顆粒散射并且檢測經(jīng)散射的第二光?；贔TIR的顆粒檢測尤其適合于顆粒檢測表面上的相對大密度的顆粒?；谏⑸涔獾念w粒檢測尤其適合于顆粒檢測表面上的相對低密度的顆粒。因此，如果顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒密度相對大，則檢測裝置可以操作在第一光學檢測模式中以用于基于FTIR來檢測顆粒，并且如果顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒密度相對低，則檢測裝置可以操作在第二光學檢測模式中以用于基于散射光的檢測來檢測顆粒。這允許在顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的相對大范圍的顆粒密度之上可靠地檢測顆粒。

光檢測系統(tǒng)優(yōu)選地包括光檢測表面，其布置成使用在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中，其中第一光由光檢測表面的第一部分檢測并且第二光由光檢測表面的第二部分檢測。因此，相同檢測表面可以使用在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中，即不必要求提供例如兩個檢測器以用于分別在第一光學檢測模式和第二光學檢測模式中檢測第一光和第二光。這允許用于減少檢測光的組件。光檢測表面優(yōu)選地為電荷耦合器件（CCD）相機或互補金屬氧化物半導體（CMOS）相機的光檢測表面。

優(yōu)選的是，光學系統(tǒng)包括雙遠心布置，其適配成用于在第一光學檢測模式中修改第一光并且用于在第二光學檢測模式中修改第二光。因此，相同雙遠心布置可以用于兩個光學檢測模式，從而減少光學系統(tǒng)的組件數(shù)目。還優(yōu)選的是，光學系統(tǒng)包括可透性反射鏡，其適配成用于在第一光學檢測模式中修改第一光并且用于在第二光學檢測模式中修改第二光。

在實施例中，光檢測系統(tǒng)包括光檢測表面，其布置成使用在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中，其中檢測裝置適配成使得a）在第一光學檢測模式中，來自顆粒檢測表面的第一光定向到可透性反射鏡，并且橫穿可透性反射鏡的第一光定向到光檢測表面，并且b）在第二光學檢測模式中，由第二光源元件提供的光定向到可透性反射鏡，由可透性反射鏡反射的光定向到顆粒檢測表面，并且來自顆粒檢測表面的光定向到光檢測表面。由于可透性反射鏡的使用，使用在第一光學檢測模式中的光學路徑可以至少部分地還使用在第二光學檢測方法中，特別地，該相同光學路徑可以在相反方向上使用在第一和第二光學檢測方法中。這允許在第一光學檢測方法中和第二光學檢測方法中使用沿該光學路徑布置的光學系統(tǒng)的組件，從而減少在第一和第二光學檢測模式中所要求的光學系統(tǒng)的組件數(shù)目。

在優(yōu)選實施例中，第一光源和光學系統(tǒng)適配成使得在第一光學檢測模式中光照顆粒檢測表面的較大區(qū)域，并且第二光源和光學系統(tǒng)適配成使得在第二光學檢測模式中光照顆粒檢測表面的較小區(qū)域。特別地，顆粒檢測表面可以包括其中要檢測顆粒的若干檢測區(qū)，其中第一光源和光學系統(tǒng)可以適配成使得在第一光學檢測模式中，顆粒檢測表面的較大被光照區(qū)域覆蓋若干檢測區(qū)和若干檢測區(qū)之間的區(qū)域，并且其中第二光源和光學系統(tǒng)可以適配成使得在第二光學檢測模式中光照僅一個或僅若干檢測區(qū)，從而光照顆粒檢測表面的較小區(qū)域。優(yōu)選地，在第二光學檢測模式中，在時間上接連地光照不同檢測區(qū)使得光檢測系統(tǒng)一次檢測來自單個檢測區(qū)的光。這允許時間復用。若干檢測區(qū)可以由試劑盒的檢測腔的底表面形成。

在實施例中，光學系統(tǒng)適配成使得在第二光學檢測模式中，提供第二光在遇到顆粒檢測表面之前沿其行進的光照光學路徑，以及第二光在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面之后并且在由光檢測系統(tǒng)檢測到之前沿其行進的檢測光學路徑，其中檢測裝置包括光屏障，比如布置在光照光學路徑與檢測光學路徑之間的屏幕。光屏障可以減少可能從光照光學路徑雜散到檢測光學路徑中的雜散光，并且可以因而被視為雜散光屏障。檢測光學路徑中的雜散光的減少可以改進第二光的檢測質(zhì)量，其進而可以改進顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒的檢測質(zhì)量。

在本發(fā)明的另一方面中，呈現(xiàn)了一種用于檢測流體內(nèi)的物質(zhì)的生物傳感器系統(tǒng)，其中生物傳感器系統(tǒng)包括：

– 要在其上檢測顆粒的顆粒檢測表面，以及

– 如權利要求11中所限定的檢測裝置。

在本發(fā)明另外的方面中，呈現(xiàn)了一種用于檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒的檢測方法，其中檢測方法適配成可操作在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中，并且其中檢測方法包括：

– 通過第一光源生成第一光以用于在第一光學檢測模式中光照顆粒檢測表面，

– 通過第二光源生成第二光以用于在第二光學檢測模式中光照顆粒檢測表面，

– 在遇到顆粒檢測表面之前和/或在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面之后通過光學系統(tǒng)修改第一光和第二光，

– 在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面之后通過光檢測系統(tǒng)檢測第一光和第二光，

其中光檢測系統(tǒng)的組件和/或光學系統(tǒng)的組件使用在第一檢測模式中和第二檢測模式中，并且其中第一光通過由顆粒（2）導致的衰減全內(nèi)反射修改并且檢測經(jīng)修改的第一光。

在本發(fā)明的另一方面中，呈現(xiàn)了一種用于檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒的檢測計算機程序，其中檢測計算機程序包括用于當計算機程序在控制檢測裝置的計算機上運行時，使如權利要求1中所限定的檢測裝置實施如權利要求13中所限定的檢測方法的步驟的程序代碼構件。

應當理解的是，權利要求1的檢測裝置、權利要求12的生物傳感器系統(tǒng)、權利要求13的檢測方法和權利要求14的檢測計算機程序具有類似和/或等同的優(yōu)選實施例，特別地，如從屬權利要求中所限定的那樣。

應當理解的是，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求或以上實施例與相應獨立權利要求的任何組合。

本發(fā)明的這些和其它方面將從以下描述的實施例顯而易見，并且將參照以下描述的實施例進行闡述。

附圖說明

在以下圖中：

圖1示意性且示例性地示出第一光學檢測模式中的生物傳感器系統(tǒng)的實施例，

圖2示意性且示例性地圖示了生物傳感器系統(tǒng)的顆粒檢測表面上的顆粒的綁定，

圖3示意性且示例性地示出生物傳感器系統(tǒng)的生物傳感器試劑盒，

圖4示意性且示例性地圖示了第一光學檢測模式中的生物傳感器試劑盒的檢測區(qū)的光照，

圖5示意性且示例性地示出第一光學檢測模式中的生物傳感器系統(tǒng)的光檢測表面上的圖像，

圖6示意性且示例性地示出第二光學檢測模式中的生物傳感器系統(tǒng)，

圖7示意性且示例性地圖示了第二光學檢測模式中的生物傳感器試劑盒的檢測區(qū)的光照，

圖8示意性且示例性地示出第二光學檢測模式中的光檢測表面上的圖像，

圖9示意性且示例性地示出第二光學檢測模式中的綁定點的圖像，

圖10示意性且示例性地示出雙遠心布置上的頂視圖，

圖11示意性且示例性地示出雙遠心布置的側(cè)視圖，

圖12示意性且示例性地示出生物傳感器系統(tǒng)的外殼，其中外殼包括檢測裝置并且適配成接收生物傳感器試劑盒，

圖13示出示例性地圖示了生物感測方法的實施例的流程圖，以及

圖14和15示意性且示例性地示出在光檢測表面上成像的檢測區(qū)的圖像。

具體實施方式

圖1示意性且示例性地示出生物傳感器系統(tǒng)40的實施例，包括檢測裝置1和生物傳感器試劑盒45的顆粒檢測表面5。在圖2中示意性且示例性地圖示了生物傳感器試劑盒45的顆粒檢測表面5上的顆粒的綁定。

生物傳感器系統(tǒng)40適配成檢測流體44內(nèi)的物質(zhì)3，流體44優(yōu)選地為比如血液或唾液那樣的體液，其中流體已經(jīng)被引入到生物傳感器試劑盒45中。生物傳感器試劑盒45包括顆粒2，其在該實施例中為經(jīng)功能化以用于捕獲流體44內(nèi)的物質(zhì)3的磁珠。顆粒檢測表面5包括用于經(jīng)由物質(zhì)3綁定磁珠的綁定元素4，如果磁珠2已經(jīng)捕獲到物質(zhì)3的話。

生物傳感器試劑盒45優(yōu)選地包括若干檢測腔，在圖1中僅示出其中的單個一個46。另外的檢測腔沿垂直于圖1的平面的線布置。每一個檢測腔包括具有綁定元素的表面，其可以被視為包括所有檢測腔的顆粒檢測子表面的總體顆粒檢測表面的顆粒檢測子表面，或者被視為檢測區(qū)。每一個顆粒檢測子表面可以包括若干綁定點，其中每一個綁定點可以包括綁定元素4。

圖3示意性且示例性地更加詳細圖示了生物傳感器試劑盒45。生物傳感器試劑盒45包括樣品沉積開口59，流體通過其可以引入到生物傳感器試劑盒45中。經(jīng)由通道61將流體引導至檢測腔46,55,56,68，其中檢測區(qū)17,18,20,21包括綁定點。生物傳感器試劑盒45還包括通氣開口60和具有參考表面19的正白參考（TWR）部分58。功能化的磁珠可以以干燥形式存在于檢測腔中，其中當流體到達相應檢測腔時，磁珠可以與流體混合。在其它實施例中生物傳感器試劑盒還可以具有另一配置，例如，其可以包括更少或更多的檢測腔，其可以不包括TWR部分，或者功能化的磁珠可以在流體到達相應檢測腔之前與流體混合，其中在該情況下，磁珠可以例如存在于布置在檢測腔與樣品沉積開口之間的混合腔中。

生物傳感器試劑盒45優(yōu)選地包括下部部分41和上部部分47，其中下部部分41優(yōu)選地包括通道61、檢測腔46,55,56,68和TWR部分58，并且上部部分47閉合檢測腔46,55,56,68、TWR部分58和通道61。下部部分41可以是注塑成型部分并且上部部分47可以是層壓體。

檢測裝置1還包括用于朝向顆粒檢測表面5推動磁珠2的磁體單元，以便允許已經(jīng)捕獲物質(zhì)3的磁珠2通過綁定元素4綁定，并且用于遠離顆粒檢測表面5推動未被綁定的磁珠2。圖1示意性且示例性地示出磁體單元的磁體尖端71,72,73，其中底側(cè)上的磁體尖端71,72是馬蹄形電磁體的磁體尖端，并且頂側(cè)上的磁體尖端73是另一電磁體的磁體尖端。磁體單元可以例如如WO 2011/036634 A1中所公開的那樣構造。然而，磁體單元還可以具有另一結(jié)構。

檢測裝置1適配成可操作在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中。在該實施例中，在第一光學檢測模式中，顆粒檢測表面5上或靠近顆粒檢測表面5的顆粒2通過FTIR檢測，并且在第二光學檢測模式中，顆粒檢測表面5上或靠近顆粒檢測表面5的顆粒2通過由顆粒2散射的光的暗場成像檢測。在圖1中示意性地指示區(qū)80，其中顆?？梢杂绊懝?，其中該區(qū)80不是按比例的并且僅僅出于說明目的而示出。圖1示意性且示例性地圖示了當檢測裝置1操作在第一光學檢測模式中時的檢測裝置1。

檢測裝置1包括用于生成第一光以用于在第一光學檢測模式中光照顆粒檢測表面5的第一光源6。在該實施例中，第一光源6是發(fā)光二極管（LED）并且第一光橫穿透鏡22并且在遇到顆粒檢測表面5之前通過耦合窗42耦合到生物傳感器試劑盒45的下部部分41中。生物傳感器試劑盒45還包括參考表面19，其不包括綁定元素并且其布置在顆粒檢測子表面或檢測區(qū)17,18,20,21之間。第一光源6、透鏡22和生物傳感器試劑盒45的下部部分41優(yōu)選地適配成使得包括所有檢測區(qū)和參考表面的整個顆粒檢測表面由第一光光照。這在圖4中示意性且示例性地圖示。

圖4示意性且示例性地圖示了在第一光學檢測模式中、具有中間參考表面19的不同檢測區(qū)17,18,20,21的光照。如可以在該圖中看到的，由第一光生成的光照區(qū)域16覆蓋所有檢測區(qū)17,18,20,21和參考表面19。

在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面5之后，第一光經(jīng)過雙遠心布置13。雙遠心布置13包括透鏡23、反射鏡24、中心光闌25、另外的反射鏡26和另外的透鏡27。雙遠心布置13適配成針對每一個檢測腔得到相同檢測條件并且減少關于通過光檢測系統(tǒng)8獲取的圖像的圖像失真，如我們以下將進一步描述的那樣。透鏡23,27之間的中心光闌25確定成像數(shù)值孔徑（NA）。反射鏡24,26用于折疊通過雙遠心布置13的光學路徑使得第一光最終遇到光檢測系統(tǒng)8。

在已經(jīng)橫穿雙遠心布置13之后，第一光在被光檢測系統(tǒng)8檢測到之前橫穿可透性反射鏡14?？赏感苑瓷溏R14是具有例如百分之90的反射率和百分之10的透射率的部分反射的反射鏡。

光檢測系統(tǒng)8例如是包括光檢測表面15的CCD相機或CMOS相機，其在圖5中示意性且示例性地圖示。光檢測表面15包括其上顆粒檢測表面在第一光學檢測模式中成像的第一部分11，以及其上顆粒檢測表面5在第二光學檢測模式中成像的第二部分12。在圖5中斷線10是用于從第二部分12勾勒第一部分11的虛擬線。

圖5圖示了在第一光學檢測模式中在光檢測表面15的第一部分11上生成的參考表面19的圖像52和檢測腔46,55,56,68的底表面17,18,20,21的圖像50,51,53,54。圖像50,51,53,54內(nèi)的圓點指示具有相應檢測腔46,55,56,68的相應底表面上的綁定元素4的綁定點。

由光檢測系統(tǒng)8獲取的圖像50…54被提供到控制單元29，其適配成控制檢測裝置，特別地，第一光源6、光檢測系統(tǒng)8和第二光源7，其將在以下進一步更加詳細地描述。而且，控制單元29適配成基于由光檢測表面15的第一部分11檢測到的圖像50…54來確定流體44內(nèi)的物質(zhì)3的濃度。相應綁定點的相應圖像的相應部分的強度取決于綁定在相應綁定點處的顆粒數(shù)目，因為顆粒由于FTIR而造成強度降低。而且，由于被綁定的顆粒數(shù)目取決于在流體內(nèi)要檢測的物質(zhì)的濃度，因此流體內(nèi)的物質(zhì)濃度可以基于由光檢測系統(tǒng)8檢測到的強度降低來確定。

試劑盒參考表面19的圖像52的強度水平可以充當用于所檢測到的信號50,51,53和54的參考，即用于相應圖像。由于實際FTIR測量是差異測量，其比較當珠體綁定到表面時的實際反射強度水平與當珠體尚未附著到表面時（即在試驗的開始處）的起始強度水平，所以FTIR測量的精度取決于在實際測量期間光源的傳入強度的恒定性程度。由光源輸出中的強度變化或溫度變化所引起的實際生物試驗測量期間的任何信號漂移可以通過參考區(qū)域52的強度的實時測量來補償。由于沒有顆?？梢越壎ǖ絽⒖紖^(qū)域19，所以來自區(qū)域52的反射信號中的任何變化是儀器漂移或光源輸出變化的直接結(jié)果，并且可以此后用于針對這些儀器漂移因素而校正信號50,51,53和54。最后，該漂移補償允許非常精確的測量，其檢測對應于低物質(zhì)濃度的非常小的信號改變。關于基于FTIR對流體內(nèi)的物質(zhì)濃度的確定的更多細節(jié)，參考D. M. Bruls等人的“Rapid integrated biosensor for multiplexed immunoassays based on actuated magnetic nanoparticles”，Lab on a Chip，第9卷，第3504至3510頁（2009），其通過引用并入于此。

生物傳感器試劑盒45的每一個檢測腔46,55,56,68可以對流體內(nèi)的另一物質(zhì)敏感，即例如，在不同檢測腔46,55,56,68中可以存在不同功能化的磁珠，其附著到不同物質(zhì)，使得針對不同檢測腔46,55,56,68檢測到的降低的強度指示流體內(nèi)的不同物質(zhì)的濃度。相同檢測腔內(nèi)的不同綁定點還可以用于冗余地確定流體內(nèi)的相同物質(zhì)的若干濃度，其中這些濃度可以組合以用于減少可能的誤差。例如，針對相同檢測腔的不同綁定點所確定的濃度可以平均。

檢測裝置還包括輸入單元30，比如鍵盤、計算機鼠標、觸摸墊等，以及用于顯示所確定的流體內(nèi)的物質(zhì)濃度的顯示器31。輸入單元30還可以用于在第一光學檢測模式和第二光學檢測模式之間切換。

圖6示意性且示例性地圖示了第二光學檢測模式中的生物傳感器系統(tǒng)40。在第二光學檢測模式中，第二光源7生成第二光以用于光照顆粒檢測表面5。在該實施例中，第二光源7包括用于光照形成顆粒檢測表面5的四個檢測腔46,55,56,68的四個底表面17,18,20,21的四個子光源。第二光經(jīng)過傾斜隔膜32，被可透性反射鏡14反射，橫穿雙遠心布置13，并且然后通過耦合窗43耦合到生物傳感器試劑盒45的下部部分41中，以便光照顆粒檢測表面5。通過使用透鏡35將被顆粒檢測表面5上或靠近顆粒檢測表面5的顆粒散射的第二光投射到光檢測系統(tǒng)8的光檢測表面15的第二部分12上，在圖6中示出其中的僅一個透鏡。透鏡35形成透鏡的一維陣列，其優(yōu)選地為微型透鏡，其中陣列垂直于圖6的平面布置。而且，第二光源7的子光源的陣列平行于生物傳感器試劑盒45的檢測腔的陣列并且平行于透鏡35的陣列而取向。

傾斜隔膜32、可透性反射鏡14、雙遠心布置13和生物傳感器試劑盒45的下部部分41適配成使得第二光源7的每一個子光源僅光照單個檢測腔的表面，即單個顆粒檢測子表面。第二光源7的子光源由控制單元29控制使得它們在時間上接連激活使得一次僅光照一個顆粒檢測子表面并且將其成像到光檢測表面15上。例如，在圖7中示意性且示例性地圖示的情形中，僅光照顆粒檢測子表面20上的區(qū)域33，而沒有光照其它顆粒檢測子表面17,18,21。其它顆粒檢測子表面17,18,21上的矩形指示將在其它時間光照的區(qū)域。因此，相比于第一光學檢測模式，一次僅光照顆粒檢測表面5的相對小區(qū)域，其中在時間上接連地光照不同顆粒檢測子表面。

圖8示意性且示例性地示出當僅光照顆粒檢測子表面20的區(qū)域33時光檢測系統(tǒng)8的光檢測表面15。實心圓57指示在其內(nèi)由綁定到襯底的顆粒散射的第二光被成像到光檢測表面15上的區(qū)段，其中第二光已經(jīng)由綁定在顆粒檢測子表面20的四個綁定點處的顆粒散射。圖8中所示的其它圓形81指示如果接通第二光源7的其它子光源，則經(jīng)散射的第二光將投射到其上的光檢測表面15上的位置。

圖9示意性且示例性地更加詳細示出圓形57中的一個。如可以在圖9中看到，已經(jīng)散射第二光的單個顆粒是可標識的，使得控制單元29可以對相應綁定點內(nèi)的顆粒數(shù)目計數(shù)。由于綁定顆粒的數(shù)目取決于流體內(nèi)的相應物質(zhì)的濃度，因此基于所確定的顆粒數(shù)目可以確定流體內(nèi)的相應物質(zhì)的濃度。顆粒數(shù)目與物質(zhì)濃度之間的關系可以通過對應校準過程提前確定，其中確定相應綁定點內(nèi)的顆粒數(shù)目，而相應物質(zhì)的濃度已知。關于基于散射光確定流體內(nèi)的物質(zhì)濃度的更多細節(jié)，參考WO 2011/036634 A1，其通過引用并入于此。

透鏡22、雙遠心布置13、可透性反射鏡14和傾斜隔膜32可以被視為用于在遇到顆粒檢測表面5之前和/或在已經(jīng)遇到顆粒檢測表面5之后修改第一光和第二光的光學系統(tǒng)9的組件，其中從第二光源7到顆粒檢測表面5的光學路徑可以被視為光照光學路徑37，并且從顆粒檢測表面5到光檢測系統(tǒng)8的光學路徑可以被視為檢測光學路徑36。在光照光學路徑37與檢測光學路徑36之間布置屏幕28，以便防止雜散線干擾通過光檢測系統(tǒng)8對散射光的檢測。屏幕28可以沿虛擬線10布置，該虛擬線10從光檢測系統(tǒng)8的光檢測表面15的第二部分12分離第一部分11。

圖10示意性且示例性地示出在已經(jīng)展開之后的雙遠心布置13上的頂視圖，并且圖11示意性且示例性地示出展開的雙遠心布置13的側(cè)視圖。如可以在圖10中看到，傾斜隔膜包括若干開口，其中每一個開口與第二光源7的對應子光源相關聯(lián)。

檢測裝置1在第一光學檢測模式和第二光學檢測模式中使用相同的光檢測系統(tǒng)8和相同的雙遠心布置13，其中關于雙遠心布置13，在第一光學檢測模式和第二光學檢測模式中使用相同的光學路徑，但是在相反方向上。檢測裝置1的若干組件優(yōu)選地布置在外殼64內(nèi)，其在圖12中示意性且示例性地示出，并且其可以包括手柄部分63以用于允許用戶在手中握持檢測裝置1而同時檢測流體內(nèi)的一個或若干物質(zhì)。外殼64包括用于接收生物傳感器試劑盒45的接收部段62。在其它實施例中，外殼64可以具有另一形狀。

在下文中，將參照圖13中所示的流程圖來示例性地描述用于檢測流體內(nèi)的物質(zhì)的生物感測方法的實施例。

在步驟101中，將流體引入到生物傳感器試劑盒中并且使其與功能化的磁性顆?；旌?，磁性顆粒捕獲要檢測的物質(zhì)。在步驟102中，通過使用磁力將顆粒推動到顆粒檢測表面上，其中已經(jīng)捕獲物質(zhì)的顆粒綁定到顆粒檢測表面。然后，向顆粒施加磁力使得未被綁定的顆粒從顆粒檢測表面移開。用于朝向顆粒檢測表面移動顆粒的吸引步驟和用于從顆粒檢測表面移開未被綁定的顆粒的清洗步驟可以交替執(zhí)行若干次。在步驟103中，可以選擇應當在第一光學檢測模式中還是在第二光學檢測模式中操作檢測方法。例如，用戶可以輸入檢測方法應當在第一光學檢測模式中還是在第二光學檢測模式中執(zhí)行。如果已經(jīng)選擇第一光學檢測模式，則方法以步驟104繼續(xù)。否則，方法以步驟108繼續(xù)。

在步驟104中，顆粒檢測表面由第一光光照并且光檢測系統(tǒng)檢測來自顆粒檢測表面的第一光，其中所檢測到的第一光的強度通過FTIR修改。在步驟105中，基于所檢測到的光強度確定流體內(nèi)的物質(zhì)的濃度。在步驟106中，可以決定流體內(nèi)的物質(zhì)的濃度是否應當通過使用例如第二光學檢測模式來再次確定，或者檢測方法是否應當在步驟107中停止。例如，用戶可以指示應當再次確定濃度或者生物感測方法應當停止。

如果在步驟103中已經(jīng)決定應當應用第二光學檢測方法，則在步驟108中，顆粒檢測表面由第二光光照并且通過光檢測系統(tǒng)檢測由顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒散射的第二光。在步驟109中，基于所檢測到的散射光確定流體內(nèi)的物質(zhì)的濃度。在步驟110中，可以決定檢測方法是否應當在步驟111中停止，或者檢測方法是否應當以通過使用第一光學檢測方法或第二光學檢測方法再次確定流體內(nèi)的物質(zhì)濃度而繼續(xù)。步驟103至111可以被視為用于檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的檢測方法的步驟。

生物感測方法可以用于檢測流體內(nèi)的單個物質(zhì)或者用于檢測流體內(nèi)的若干物質(zhì)，其中在后一種情況下可以使用顆粒檢測子表面，特別是具有不同檢測腔的生物傳感器試劑盒，其綁定顆粒和物質(zhì)的不同組合。

檢測裝置優(yōu)選地適配成檢測比如唾液、尿液以及尤其血漿和血清那樣的體液中的特定目標分子。檢測裝置和檢測方法可以適配成使得能夠使用基于磁性顆粒的免疫測定來選擇性檢測目標蛋白質(zhì)或其它分子。樣品中的目標分子的存在優(yōu)選地通過磁性顆粒（其還可以被視為磁珠）到綁定點（其還可以被視為覆蓋有特定探針的檢測點區(qū)域，即具有特定綁定元素）的綁定程度來檢測。綁定到顆粒檢測表面的磁珠的存在通過光學手段來檢測。

檢測裝置可以適配成使用在心臟應用中，其中血液樣品用于指示心肌梗塞的發(fā)生的數(shù)個生物標記物的定量檢測。檢測裝置可以使用在護理點設置中，比如急救室、在床邊、在救護車中、在醫(yī)師的辦公室中或甚至在家里。檢測裝置可以適配成檢測心臟標記物蛋白質(zhì)，比如肌鈣蛋白I。而且，檢測裝置可以適配成檢測肌紅蛋白、B型鈉尿肽、2,3 C-反應蛋白等。在心臟病之后血流中的肌紅蛋白水平的快速增加使得能夠?qū)崿F(xiàn)迅速患者分層。B型鈉尿肽對于心力衰減的緊急診斷以及對于患有急性冠脈綜合征的患者的預后是有用的。這樣的心臟標記物的同時定量可以允許臨床醫(yī)生快速診斷冠心病并且準確地設計患者護理策略。一組心臟標記物的快速且可靠的檢測將幫助醫(yī)學專業(yè)人員區(qū)分示出類似癥狀的患者。不同標記物以不同的診斷相關濃度存在并且可以要求用于檢測和動態(tài)范圍的最優(yōu)下限的不同試驗條件。為此原因，檢測裝置優(yōu)選地適配成在生物傳感器試劑盒的不同檢測腔中執(zhí)行針對不同分析物的試驗。

即便檢測裝置用于僅定量一個分析物，多個檢測點（即綁定點）也可以是有益的。定量精度可以通過合并冗余度來改進，例如以用于相同分析物的多個檢測點區(qū)域的形式。而且，動態(tài)范圍可以例如通過使用具有變化濃度的捕獲分子（即綁定元素）的多個檢測點（全部特定于相同分析物）來改進。檢測的可靠性可以例如通過將一個或多個控制點(control spot)實現(xiàn)為可以指示功能化（即抗體涂敷）的磁性顆粒的功能的指示器來改進。生物傳感器試劑盒因而優(yōu)選地包括多個檢測點，即多個綁定點，其可以布置在不同檢測腔中。然而，在單個檢測腔中也可以存在若干檢測點。

檢測裝置優(yōu)選地組合兩個光學檢測技術，F(xiàn)TIR檢測技術和基于散射光的暗場成像的檢測技術，其允許單個珠體的檢測并且因而還可以被視為單個珠體（SB）檢測技術。通過組合這兩個光學檢測技術，可能的是使用高靈敏SB檢測技術以用于低濃度范圍并且使用FTIR檢測技術以用于較大濃度范圍，即檢測裝置適配成在寬范圍的濃度之上定量地檢測生物標記物。

在低濃度范圍中，SB檢測技術是非常合適的“數(shù)字”技術以獲得檢測單獨標簽的最大靈敏度。然而，該方法的特性在于，其不能用于其中可能不再區(qū)分單獨珠體的高濃度?？赡艿氖轻槍υ摑舛确秶袚Q到散射光的全局強度檢測，但是該方案遭受嚴重的校準問題。只有如果光學光照場強度和檢測效率都被良好地校準并且如果生物傳感器試劑盒極其可再生產(chǎn)，絕對濃度才能夠從散射光強度導出。FTIR檢測技術不遭受該問題，因為其測量試驗期間的相對信號減小，這使其成為更加固有規(guī)格化的量。然而，F(xiàn)TIR檢測技術的較低靈敏度使其不太適合于低濃度范圍。組合兩種檢測技術提供整個濃度范圍之上的解決方案，但是在原理上將由于用于兩種檢測技術的相對大量的光學組件和檢測組件而造成明顯增加的成本。以上參照圖1和6描述的檢測裝置因而再用大多數(shù)昂貴的光學組件和檢測組件。特別地，光學路徑的折疊使得能夠?qū)⑾嗤墓鈾z測系統(tǒng)用于兩種檢測技術。以此方式，可能的是具有兩種檢測技術的優(yōu)點，而不引入明顯的額外成本。

在其中使用FTIR檢測技術的第一光學檢測模式中，優(yōu)選地利用有限發(fā)散度來全局地光照生物傳感器試劑盒中的數(shù)個檢測腔，即如以上參照圖4所描述的那樣全局光照對應顆粒檢測子表面。反射光用于同時在所有檢測區(qū)域的光檢測系統(tǒng)上制作圖像。為了得到針對每一個檢測腔的相同檢測條件并且為了減少與傾斜成像方案有關的圖像失真，有利的是使用雙遠心成像布置。雙遠心成像布置的透鏡之間的中心光闌在原理上限制成像NA。然而，在實踐中，針對FTIR檢測系統(tǒng)的NA優(yōu)選地由FTIR光照光學器件的較小NA，因而由第一光源6的大小和透鏡22的焦距的組合來確定，其中第一光源6位于透鏡22的焦平面中。雙遠心成像布置的透鏡之間的中心光闌優(yōu)選地使用在第二光學檢測模式中以確定使用在該光學檢測模式中的較大光照NA。在第一光學檢測模式中，由光檢測系統(tǒng)獲取的相機圖像同時示出不同的檢測腔，即不同的顆粒檢測子表面。每一個檢測腔優(yōu)選地包括多于一個綁定點，即多于一個捕獲點。在以上參照圖1至9描述的實施例中，每個檢測腔存在四個綁定點。然而，在另一實施例中，每個腔還可以存在更多或更少的綁定點。

通過使用FTIR檢測技術，本質(zhì)上測量在試驗期間由綁定點局部反射的光強度中的減小。該測量通過在試驗之前和之后拍取圖像來執(zhí)行。測量提供相對信號減小作為試驗的結(jié)果。這樣的相對測量可以容易地在分析器之間比較，即在檢測裝置之間比較，因為其僅取決于光檢測系統(tǒng)的線性度。不需要確定或校準絕對光照和檢測功率。

在第二光學檢測模式中，優(yōu)選地應用SB檢測技術，其中在時間上接連地光照不同檢測腔，即不同顆粒檢測子表面。利用優(yōu)選地源自第二光源的分離LED的第二光束來局部光照各個檢測腔。這使得能夠按時間順序一次光照一個檢測腔。相應光照光束的漸逝場僅與相應顆粒檢測子表面的直接鄰域中的珠體相互作用，其中對每一個檢測腔，分配將相應檢測腔的中心區(qū)域豎直向下成像到光檢測系統(tǒng)的光檢測表面的第二部分上的相應微型物鏡35。在以上參照圖1至9描述的實施例中，所得圖像包括四個點，其對應于相應顆粒檢測子表面上的捕獲或綁定點。不同檢測腔的圖像由于檢測腔之間的距離而可以在光檢測表面上偏移。在實施例中，這些偏移可以通過使用棱鏡陣列來補償。然而，甚至在沒有這樣的移位補償?shù)那闆r下，檢測腔的圖像由于放大因子而大部分重疊在光檢測表面上，其中放大被選擇成使得可以識別綁定到綁定點的各個珠體并且對其進行計數(shù)。通過按時間順序?qū)z測腔的光照來避免源自不同檢測腔的重疊圖像之間一般可能的串擾。

光學系統(tǒng)，尤其是雙遠心布置，優(yōu)選地設計成使得在傾斜角度之下僅光照相應平坦顆粒檢測子表面的中心部分。觸碰檢測腔的邊緣可能導致雜散光，降低對比度并且破壞SB檢測技術的暗場方案。而且，光學系統(tǒng)，特別是雙遠心布置，優(yōu)選地設計成保持光照對于每一個檢測腔基本上相同。

盡管在以上描述的實施例中將部分透射的反射鏡用作可透性反射鏡，以便允許檢測裝置從第一光學檢測模式切換到第二光學檢測模式并且反之亦然，但是在其它實施例中，取代于部分透射的反射鏡，可以使用其它構件，其允許檢測裝置在不同檢測模式之間切換。例如，取代于部分透射的反射鏡，可以使用電氣、磁性或機械可切換的反射鏡，其可以由控制單元29可控并且優(yōu)選地取決于切換狀態(tài)而是可透性的，特別地基本上完全可透性的，或者反射的，特別地基本上完全反射的。

盡管在圖5和8中示出光檢測表面上的顆粒檢測子表面的圖像的特定組合，但是在另一實施例中，這些圖像，即FTIR圖像和SB圖像，可以以另一方式布置在光檢測表面上，特別地取決于光檢測表面的縱橫比和生物傳感器試劑盒的檢測腔的數(shù)目，其必須在光檢測表面上復用。例如，SB圖像255和FTIR圖像256可以布置在包括通過虛擬線210分離的第一部分211和第二部分212的光檢測表面215上，如圖14中示意性且示例性地圖示?；蛘?，SB圖像355和FTIR圖像356可以布置在光檢測表面315的第二部分312和第一部分311上，如圖15中示意性且示例性圖示，其中在圖15中參考數(shù)字310僅指示從第二部分312勾勒第一部分311的虛擬線。

使用在第二光學檢測模式中的SB檢測技術還可以被視為暗場檢測技術，其中雜散光可能削弱暗場檢測技術的質(zhì)量。檢測裝置因而優(yōu)選地包括從低強度SB成像分支（即檢測光學路徑36）分離高強度光照分支（即光照光學路徑37）的雜散光減少屏幕。

檢測裝置高效地再用昂貴的組件，比如光檢測系統(tǒng)和雙遠心布置的雙遠心透鏡對。第二光學檢測模式中的光照NA，即在SB檢測模式中，由SB光照分支中的隔膜確定，即在光照光學路徑37中。在第一光學檢測模式中，即在FTIR檢測模式中，可以使用較小的光照NA，其由圖1和6的左側(cè)上的全局FTIR光照分支確定。FTIR光照發(fā)散度和因而用于FTIR的光照NA由第一光源的大小以及第一光源6與生物傳感器試劑盒45之間的透鏡22的焦距來確定。因而仍舊可能的是獨立地選擇用于FTIR光照和用于SB光照的NA，其中用于FTIR光照的NA優(yōu)選地低于用于SB光照的NA。

部分透射的反射鏡創(chuàng)建SB光照情形中的某種損失，即在第二光學檢測模式期間使用的光照中。反射率優(yōu)選地選擇為高，以便限制SB檢測模式中的損失。在FTIR檢測模式中，即在第一光學檢測模式中，這造成相對高的損失，但是這實際上不是問題，因為在使用FTIR檢測技術的第一光學檢測模式中，甚至在考慮這些損失的情況下，所檢測到的強度也相對大。

檢測裝置可以適配用于檢測分子目標，其通常確定例如細胞、病毒、細胞的部分或病毒的部分、組織提取液等較大成分的濃度和/或存在。磁珠可以直接通過感測方法來檢測。此外，可以在檢測之前進一步處理顆粒。另外的處理的示例是添加材料或修改磁性標簽的化學、生物化學或物理性質(zhì)以促進檢測。檢測裝置可以適配用于與若干生物化學試驗類型一起工作，例如綁定/解綁試驗、夾心試驗、競爭試驗、移位試驗、酶促試驗等。檢測裝置可以適配用于傳感器復用，即不同傳感器和傳感器表面的并行使用；標簽復用，即不同類型標簽的并行使用；以及腔復用，即不同反應腔的并行使用。檢測裝置可以用作用于小樣品體積的迅速、魯棒且易于使用的護理點生物傳感器。一個或若干檢測腔優(yōu)選地為一次性試劑盒的部分，其與檢測裝置一起使用，其優(yōu)選地包含一個或多個磁場生成構件。

盡管在以上描述的實施例中，在第一光學檢測模式中光檢測表面的第一部分用于檢測光，并且在第二光學檢測模式中光檢測表面的第二部分用于檢測光，其中第一和第二部分是非重疊的，但是在其它實施例中，在不同光學檢測模式中光照的第一和第二部分可以重疊，即光檢測表面的相同部分可以用于在第一光學檢測模式中和在第二光學檢測模式中檢測光。如果情況是這樣，則雜散光屏障優(yōu)選地較短，即a）面向光檢測表面的雜散光屏障的端部與b）光檢測表面之間的距離優(yōu)選地較大。

盡管在以上描述的實施例中，在第二光學檢測模式中一次僅光照單個檢測區(qū)，但是在其它實施例中還可以在第二光學檢測模式中同時光照兩個或更多檢測區(qū)，其中在該情況下，光學系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)適配成使得被同時光照的檢測區(qū)的圖像在光檢測表面上空間分離。因此，在該情況下，光學系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)適配成使得同時光照的檢測區(qū)的圖像在光檢測表面上不重疊。

盡管在以上描述的實施例中，檢測裝置適配成允許用戶選擇所期望的光學檢測模式，但是在另一實施例中，檢測裝置可以適配成在時間上接連地執(zhí)行兩個光學檢測模式，即特別地時間交錯，而不必要求用于選擇某個光學檢測模式的用戶交互。檢測裝置可以適配成總是在時間上接連地使用兩個光學檢測模式。

盡管在以上描述的實施例中，光檢測系統(tǒng)包括使用在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中的單個檢測器的單個光檢測表面，但是在另一實施例中，光檢測系統(tǒng)可以包括兩個或更多檢測器的兩個或更多光檢測表面，其中第一檢測器可以使用在第一光學檢測模式中并且第二檢測器可以使用在第二光學檢測模式中。在該情況下，光檢測系統(tǒng)的另一組件和/或光學系統(tǒng)的組件可以使用在兩個光學檢測模式中。

顆粒優(yōu)選地為磁珠，其優(yōu)選地為具有范圍在3nm和10000nm之間的至少一個尺寸的納米顆粒，優(yōu)選地在10nm和3000nm之間，更優(yōu)選地在50nm和1000nm之間。

本領域技術人員在實踐所要求保護的發(fā)明時，通過研究附圖、公開內(nèi)容和隨附權利要求，可以理解和實現(xiàn)對所公開的實施例的其它變形。

在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。

單個單元或設備可以履行權利要求中敘述的若干項的功能。在相互不同的從屬權利要求中敘述某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能用于獲益。

比如基于所檢測到的光強度對流體內(nèi)的物質(zhì)濃度的確定和/或依照檢測方法對檢測裝置的控制那樣的過程可以實現(xiàn)為計算機程序的程序代碼構件和/或?qū)崿F(xiàn)為專用硬件。

計算機程序可以存儲/分布在合適的介質(zhì)上，諸如光學存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，其與其它硬件一起或者作為其部分而供應，但是還可以以其它形式分布，諸如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其它有線或無線電信系統(tǒng)。

權利要求中的任何參考標記不應當解釋為限制范圍。

本發(fā)明涉及用于在第一光學檢測模式中和第二光學檢測模式中檢測顆粒檢測表面上或靠近顆粒檢測表面的顆粒的檢測裝置，其中檢測裝置的光檢測系統(tǒng)的組件和/或光學系統(tǒng)的組件布置成使用在第一檢測模式中和第二檢測模式中。由于光檢測系統(tǒng)的組件和/或光學系統(tǒng)的組件布置成使用在第一檢測模式中和第二檢測模式中，因此該組件不需要被提供兩次，即用于使用在第一檢測模式中和用于使用在第二檢測模式中。這可以引起減少數(shù)目的組件并且可以使檢測裝置在技術上較不復雜。