УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИНФЕКЦИОННЫХ АГЕНТОВ
DEVICE FOR FAST DETECTION OF INFECTIOUS AGENTS

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0002] По данной патентной заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США № 61/570016, поданной 13 декабря 2011 г. и озаглавленной "Portable Detection Device", раскрытие которой настоящим включено в настоящее описание посредством ссылки во всей своей полноте и сделано частью настоящей патентной заявки США на изобретение для всех целей.
Уровень техники настоящего изобретения
[0003] Описанное изобретение относится в целом к системе для детектирования загрязняющих примесей в биологических образцах. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе для детектирования инфекционных агентов или патогенов в пищевых образцах в реальном времени с применением реагента, такого как биодатчик.
[0004] Ранее тестирование образцов на инфекционные агенты было трудоемким и дорогим процессом, который был в значительной степени оторван от производственного процесса. Для того чтобы провести тест на присутствие инфекционного агента, образец обычно обогащали или культивировали. Данный процесс требует наличия лаборатории, и, как правило, участия ученых, имеющих опыт проведения требуемого теста. В связи с необходимостью в дополнительном времени на культивирование или обогащение и специализированных инструментах и навыках тестирование не могло быть легко проведено непосредственно во время производственного процесса. Как следствие, производственный процесс обычно оказывался оторван от процесса тестирования, что приводило к необходимости в затратных отзывах продукции, когда процесс тестирования позже обнаруживал присутствие инфекционных агентов и тому подобного. В других условиях, таких как больницы, задержки в получении теста на инфекционные агенты может делать возможным распространение таких инфекционных агентов.
[0005] Было сделано несколько предложений для повышения скорости тестирования на инфекционные агенты с применением для детектирования биодатчиков. Например, о применении индикатора экворин-Ca2+ для детектирования загрязнения пищевых продуктов E. coli сообщали Todd H. Rider et al. в "A B Cell-Based Sensor for Rapid Identification of Pathogens", SCIENCE, 11 июля 2003 г., стр. 213-215, полное раскрытие которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Однако, процесс Rider страдал несколькими недостатками, такими как низкое отношение сигнал-шум, что приводило к тому, что способ оказался ненадежным для применения в крупномасштабном тестировании.
[0006] В общих терминах, биодатчик представляет собой систему или устройство для детектирования определяемого при анализе вещества (аналита), которое сочетает в себе чувствительный биологический компонент с физико-химическим детекторным компонентом. Компоненты типичной системы биодатчика включают биологический элемент, преобразовательный или детекторный элемент и соответствующую электронику или сигнальные процессоры, которые отображают результаты тестов содержательным и полезным образом. Биологический элемент включает в себя биологический материал, такой как ткань, микроорганизмы, органеллы, клеточные рецепторы, ферменты, антитела, нуклеиновые кислоты и тому подобное, которые могут быть созданы с помощью известных биологических технологических способов. Преобразовательный или детекторный элемент работает физико-химическим способом (например, оптическим, пьезоэлектрическим и/или электрохимическим), который преобразует сигнал, происходящий от взаимодействия аналита с биологическим элементом, в другой сигнал, который можно легче измерять и количественно характеризовать. Биодатчики возникли, благодаря интеграции молекулярной биологии и информационных технологий (например, микросхем, оптических волокон и так далее), для того чтобы качественно или количественно характеризовать взаимодействия биомолекула - аналит, такие как взаимодействия антитело-антиген.
[0007] Существует потребность в быстрых, чувствительных, простых в обращении и экономически эффективных средствах детектирования инфекционных агентов, патогенов или/и токсинов в пище (смотри, например, Mead et al., Food Related Illness and Death in the United States, Emerging Infectious Diseases; Vol. 5, № 5, сентябрь-октябрь 1999 г. (607-625), которая включена в настоящее описание посредством ссылки).
[0008] Соответственно, желательно обеспечить портативную, автономную систему, способную к быстрому тестированию образцов на инфекционные агенты в реальном времени или почти в реальном времени. Кроме того, желательно улучшить технику использования биодатчиков для тестирования образцов на инфекционные агенты за счет улучшения отношения сигнал-шум. Кроме того, желательно обеспечить тестирующее устройство, пригодное к применению общим персоналом для тестирования продуктов питания во время производственного процесса.
Краткое описание изобретения
[0009] В одном варианте осуществления описана система для быстрого детектирования присутствия инфекционного агента в биологическом образце. Первый реагент способен детектировать присутствие конкретного инфекционного агента в тестируемом образце и испускать детектируемый сигнал, когда первый реагент реагирует с образцом и детектирует присутствие конкретного инфекционного агента в образце. Тестовый картридж имеет реакционную камеру для приема образца и первого реагента. Реакционная камера имеет предопределенную внутреннюю геометрию и по меньшей мере одну внутреннюю поверхность. Введение образца и первого реагента в тестовый картридж смешивает образец и первый реагент. Блок тестирования принимает тестовый картридж и включает в себя датчик для детектирования испускаемого детектируемого сигнала. Детектирование испускаемого детектируемого сигнала указывает на присутствие инфекционного агента в образце. Детектирование конкретного инфекционного агента в образце происходит в реальном времени.
[0010] В другом варианте осуществления описана сборка тестового картриджа для облегчения детектирования в реальном времени инфекционного агента в биологическом образце. Сборка тестового картриджа включает в себя резервуарную карту и основание тестового картриджа. Резервуарная карта первоначально хранит по меньшей мере один реагент для тестирования образца на инфекционный агент. Резервуарная карта выполнена с возможностью поверхностного взаимодействия с основанием тестового картриджа через по меньшей мере один порт для текучей среды. Основание тестового картриджа включает в себя реакционную камеру и механизм вытеснения текучей среды. Реакционная камера принимает образец и по меньшей мере один реагент и имеет предопределенную внутреннюю геометрию и по меньшей мере одну внутреннюю поверхность. Механизм вытеснения текучей среды включает в себя плунжер для вытеснения по меньшей мере одного реагента из резервуарной карты в реакционную камеру через по меньшей мере один порт для текучей среды. Когда по меньшей мере один реагент смешивается с образцом в реакционной камере, испускается детектируемый сигнал, если инфекционный агент присутствует в образце.
[0011] В еще одном варианте осуществления описано тестирующее устройство для детектирования в реальном времени инфекционного агента в биологическом образце. Корпус тестирующего устройства включает в себя крышку и устройство ввода/вывода. Предназначенная для анализа часть включает в себя углубление в корпусе для приема тестового картриджа, содержащего тестируемый образец. Привод взаимодействует с тестовым картриджем, когда крышка закрыта. Привод вызывает вытеснение по меньшей мере одного реагента в тестовом картридже, для того чтобы он реагировал с образцом во время проведения теста. Датчик связан с углублением в корпусе, для того чтобы детектировать сигнал, испускаемый после того, как по меньшей мере один реагент вытеснен приводом, для того чтобы он реагировал с образцом и создавал выходной сигнал. Блок управления выполненный с возможностью принимать ввод от пользователя посредством устройства ввода/вывода для запуска теста. В ответ на прием пользовательского ввода блок управления приводит привод в действие для вытеснения по меньшей мере одного реагента в тестовом картридже, для того чтобы он реагировал с образцом. Блок управления принимает выходной сигнал от датчика и выводит результат теста пользователю на устройство ввода/вывода.
Краткое описание чертежей
[0012] Вышеприведенное краткое изложение, а также следующее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения будут лучше поняты при прочтении вместе с прилагаемыми чертежами. Для целей иллюстрации настоящего изобретения на чертежах показаны варианты осуществления, которые в настоящее время являются предпочтительными. Следует понимать, однако, что настоящее изобретение не ограничено показанными точными конфигурациями и устройствами. На чертежах:
[0013] фиг. 1A представляет собой вид сзади в перспективе тестирующего устройства с закрытой шарнирной крышкой для детектирования инфекционных агентов, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0014] фиг. 1B представляет собой вид спереди в перспективе тестирующего устройства с фиг. 1A с шарнирной крышкой, открытой, для того чтобы открыть углубление для картриджа;
[0015] фиг. 1C представляет собой вид спереди в перспективе тестирующего устройства с фиг. 1A и 1B, показывающего тестовый картридж, вставленный в углубление для картриджа;
[0016] фиг. 2A представляет собой вид в разборе спереди в перспективе компонентов предназначенной для анализа части тестирующего устройства с фиг. 1 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0017] фиг. 2B представляет собой вид спереди в перспективе предназначенной для анализа части тестирующего устройства с фиг. 2A;
[0018] фиг. 3A представляет собой вид спереди в перспективе сборку тестового картриджа, содержащую резервуарную карту, вставленную в основание тестового картриджа, с закрытой крышкой основания для использования с тестирующим устройством с фиг. 1 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0019] фиг. 3B представляет собой вид спереди в перспективе тестового картриджа в сборе с фиг. 3A с открытой крышкой основания тестового картриджа;
[0020] фиг. 3C представляет собой вид снизу в перспективе тестового картриджа в сборе с фиг. 3A и 3B;
[0021] фиг. 4A представляет собой вид спереди в перспективе основания тестового картриджа, с открытой крышкой основания, тестового картриджа в сборе с фиг. 3B в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0022] фиг. 4B представляет собой вид спереди в перспективе компонентов основания тестового картриджа с фиг. 4A;
[0023] фиг. 5A представляет собой вид спереди в перспективе резервуарной карты в начальном расположении для использования в тестовом картридже в сборе с фиг. 3A в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0024] фиг. 5B представляет собой вид спереди в перспективе компонентов резервуарной карты с фиг. 5A;
[0025] фиг. 5C представляет собой вид спереди в перспективе резервуарной карты с фиг. 5A во вставленном расположении для открытия портов для текучей среды;
[0026] фиг. 6A представляет собой увеличенный вертикальный вид сбоку части резервуарной карты в начальном расположении с фиг. 5A с оборачивающей сверху пленкой, закрывающей порты для текучей среды;
[0027] фиг. 6B представляет собой увеличенный вертикальный вид сбоку части резервуарной карты во вставленной компоновке с фиг. 5C со втянутой оборачивающей сверху пленкой;
[0028] фиг. 7 представляет собой увеличенный вертикальный вид сбоку в разрезе части сборки тестового картриджа с фиг. 3A;
[0029] фиг. 8 представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе сборки тестового картриджа с фиг. 3A;
[0030] фиг. 9 представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе сборки тестового картриджа с фиг. 3A, вставленного в предназначенную для анализа часть тестирующего устройства с фиг. 2B;
[0031] фиг. 10A представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе сборки тестового картриджа с фиг. 3A с плунжером в начальном положении;
[0032] фиг. 10B представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе сборки тестового картриджа с фиг. 3A с плунжером во втором положении;
[0033] фиг. 10C представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе сборки тестового картриджа с фиг. 3A с плунжером в конечном положении;
[0034] фиг. 11 представляет собой схематическую блок-схему электрических компонентов тестирующего устройства с фиг. 1 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0035] фиг. 12 представляет собой схематическую блок-схему светочувствительной схемы тестирующего устройства с фиг. 1 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0036] фиг. 13A и 13B представляют собой схему последовательности этапов управляющего приложения тестирующего устройства с фиг. 1 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0037] фиг. 14 представляет собой пример графического пользовательского интерфейса начального экрана, предоставляемого управляющим приложением с фиг. 13A и 13B;
[0038] фиг. 15 представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающего результат теста, предоставляемого управляющим приложением с фиг. 13A и 13B;
[0039] фиг. 16 представляет собой схему последовательности этапов, в которых сборка 300 тестового картриджа используется вместе с тестирующим устройством 100 для проведения теста; и
[0040] фиг. 17 представляет собой график, иллюстрирующий эффективность системы настоящего изобретения в отношении детектирования присутствия одного или нескольких инфекционных агентов в биологическом образце.
Подробное описание изобретения
[0041] Определенная терминология используется в нижеследующем описании только для удобства и не является ограничивающей. Слова "справа", "слева", "ниже" и "выше" обозначают направления в чертежах, на которые делается ссылка. Слова "внутрь" и "наружу" относятся к направлениям к геометрическому центру указанного компонента и его определенных частей и от него соответственно. Кроме того, единственное число, используемое в формуле изобретения и в соответствующих частях описания изобретения, означает "по меньшей мере один". Терминология включает слова конкретно упомянутые выше, их производные и слова аналогичного значения.
[0042] Настоящее изобретение обеспечивает портативную автономную систему для быстрого (то есть, в пределах от одной до пяти минут или более) детектирования инфекционных агентов, в частности патогенов в биологических образцах, в частности в образцах, извлекаемых из говядины, свинины или других видов мяса, птицы, рыбы и растительного материала, хотя другие биологические материалы, такие как медицинские инструменты и поверхности в больницах, также можно подвергать анализу с применением настоящего изобретения. Данная система обеспечивает очень высокую чувствительность (например, до отдельной клетки определенного инфекционного агента) без необходимости культивировать инфекционные агенты, такие как бактерии, получаемые из образцов перед тестированием. В примере варианта осуществления конкретный инфекционный агент представляет собой Escherichia coli, хотя с помощью настоящего изобретения можно детектировать и другие инфекционные агенты (такие как Salmonella, Listeria и Campylobacter), токсины и различные загрязняющие примеси. С применением настоящего изобретения можно детектировать Escherichia coli O157 H7, O26, O45, O103, O111, O121 и O145 как в отдельных анализах, так и в мультиплексных анализах.
[0043] Если подробно рассмотреть чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера относятся к подобным элементам на нескольких фигурах, на них показано портативное, автономное тестирующее устройство 100 для проведения различных качественных тестов в реальном времени (или почти в реальном времени) для быстрого детектирования присутствия инфекционных агентов в биологических образцах, таких как пища и другие вещества. Если рассмотреть фиг. 1A-1C, на них показано тестирующее устройство 100 для проведения быстрого (в реальном времени или почти в реальном времени) анализа образца 414 (фиг. 4B) для идентификации инфекционных агентов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления тестирующее устройство 100 использует одноразовую сборку 300 тестового картриджа в сборе для тестирования на конкретные аналиты качественным образом. Тестирующее устройство 100 представляет собой портативный анализатор, который взаимодействует со сборкой 300 тестового картриджа и предоставляет простые указания для пользователя для получения результатов конкретных тестов, которые разработаны для обнаружения нежелательных аналитов из множества источников. Сборка 300 тестового картриджа, который взаимодействует с устройством, содержит живой биодатчик, который является генно-инженерным и выполненным с возможностью детектирования и сообщения о нежелательном аналите в образце 414. Тестируемые образцы 414 включают в себя материалы, такие как пища, жидкости, поверхности и тому подобное, которые могут быть источниками инфекционных агентов. Инфекционные агенты включают заболевания, вызываемые приемом пищи, патогены, вирусы, бактерии, и тому подобное. Тестирующее устройство 100 делает возможным проведение быстрого анализа образца 414 без необходимости в больших затратах времени на обогащение или культивирование тестируемых материалов для облегчения теста.
[0044] Фиг. 1A представляет собой вид спереди в перспективе тестирующего устройства 100 с закрытой шарнирной крышкой 104 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Тестирующее устройство 100 включает в себя внешний корпус 102, который, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого, предпочтительно полимерного материала, такого как акрилонитрилбутадиенстирол. Можно использовать другие материалы или комбинации материалов для образования внешнего корпуса 102 без отхода от объема настоящего раскрытия. Такие материалы хорошо известны специалистам в данной области техники.
[0045] Тестирующее устройство 100 включает в себя вкл./выкл. выключатель 108 питания и экран жидкокристаллического дисплея ("LCD") 110 с сенсорным экраном для предоставления возможности пользователю взаимодействовать с тестирующим устройством 100, когда выключатель 108 питания находится во включенном положении. LCD 110 с сенсорным экраном позволяет пользователю подавать команды на тестирующее устройство 100 и предоставляет инструкции для пользователя посредством отображения меню для облегчения работы тестирующего устройства 100, как показано на фиг. 14 и 15. Как будет рассмотрено далее, меню включают, но без ограничения, графические пользовательские интерфейсы для предоставления пользователю информации и/или данных относительно состояния или результатов конкретного теста или операции, выполняемых тестирующим устройством 100.
[0046] В предпочтительном варианте осуществления LCD 110 с сенсорным экраном содержит блок LCD и наложенный сенсорный экран, способный к приему пользовательского ввода через латексную перчатку, или тому подобное. В настоящем варианте осуществления LCD 110 содержит QVGA IPS TFT LCD модуль VL-PS-COG-T500F2080-X1 с диагональю пять (5) дюймов от VARITRONIX и резистивный сенсорный экран стекло-пленка-стекло модели AD-5.0-4RU-02-200 от AD METRO. Другие модели и производители LCD 110 с сенсорным экраном могут быть использованы без отхода от объема настоящего изобретения. Кроме того, другие размеры и типы устройств ввода/вывода, такие как кнопки, клавиатуры, сенсорные площадки (трекпады) и тому подобное, можно применять в тестирующем устройстве 100 без отхода от объема настоящего изобретения.
[0047] Тестирующее устройство 100 включает в себя несколько интерфейсных портов 112, таких как порт 112a Ethernet, и порт 112b micro USB. Интерфейсные порты 112 позволяют тестирующему устройству 100 передавать, загружать и выгружать данные (например, данные теста) в локальное или удаленно расположенное вычислительное устройство, мобильное устройство, сервер или тому подобное (не показаны) или из них. Структура и работа типичных интерфейсных портов 112 хорошо известны специалистам в данной области техники и подробно не описаны в настоящем описании для краткости. При том, что в настоящем документе описаны конкретные интерфейсные порты 112, другие порты и другие способы проводной и/или беспроводной связи, такие как 802.11 Wi-Fi, можно интегрировать и применять в тестирующем устройстве 100 без отхода от объема настоящего изобретения.
[0048] Если рассмотреть фиг. 11, внешний корпус 102 тестирующего устройства 100 также содержит систему 1126 подачи питания и другие электрические и электронные компоненты, схемы и программное обеспечение, необходимые для того, чтобы позволить тестирующему устройству 100 проводить тестирование после установки сборки 300 тестового картриджа. Предпочтительно, система 1126 подачи питания содержит одну или несколько батарей 116 для облегчения автономной работы тестирующего устройства 100. Кроме того, предусмотрен разъем 114 зарядного устройства батареи (фиг. 1A) для зарядки одной или нескольких батарей 116, которые, предпочтительно, являются перезаряжаемыми.
[0049] Каждая из одной или нескольких батарей 116, предпочтительно, выполнена в виде двухэлементной литий-ионной батареи модели 503759AY от AUTEC BATTERY с емкостью 2200 мА·ч при номинальных 3,7 вольта. Система 1126 подачи питания также включает в себя интеллектуальную быстро заряжающую схему 1114 зарядки батарей, которая функционирует так, чтобы перезаряжать батареи 116, и отслеживает температуру батареи с помощью датчика температуры, внедренного в батареи 116. В настоящем варианте осуществления схема 1114 зарядки батарей представляет собой TEXAS INSTRUMENTS модель BQ240032ARHLR. Если температура батарей 116 не находится в пределах диапазона безопасной эксплуатации, схема 1114 зарядки батарей останавливает зарядку батарей 116 до тех пор, пока не будет достигнута безопасная температура. Зарядное устройство батареи активируется всякий раз, когда прилагаемый адаптер переменного тока (не показан) соединяют с тестирующим устройством 100 через разъем 114 зарядного устройства батареи для подачи питания на тестирующее устройство 100 и обеспечивает нормальное использование тестирующего устройства 100 во время перезарядки батарей 116.
[0050] Если рассмотреть фиг. 1B, на ней показано тестирующее устройство 100 с фиг. 1A с шарнирной крышкой 104 в открытом положении, для того чтобы открыть углубление 152 для картриджа. Углубление 152 для картриджа, предпочтительно, доступно пользователю, только когда шарнирная крышка 104 находится в открытом положении. Как показано на фиг. 1A, углубление 152 для картриджа закрыто шарнирной крышкой 104, когда шарнирная линия 104 находится в закрытом положении. Шарнирную крышку 104 освобождает механический привод 106, предпочтительно, расположенный на внешнем корпусе 102 поблизости от шарнирной крышки 104. Механический привод 106, который, предпочтительно, представляет собой кнопку, переключатель или тому подобное, освобождает шарнирную крышку 104 для поворота из закрытого положения, которое по существу интегрировано во внешний корпус 102, как показано на фиг. 1A, в открытое положение, которое находится в стороне от внешнего корпуса 102, как показано на фиг. 1B. Если рассмотреть фиг. 1C, когда шарнирная крышка 104 находится в открытом положении, сборка 300 тестового картриджа может быть введена в углубление 152 для картриджа.
[0051] Как показано на фиг. 1B и 1C, шарнирная крышка 104 содержит два выступа 104a на крышке, которые расположены так, чтобы удерживать шарнирную крышку 104 в закрытом положении, пока тестирующее устройство 100 проводит тест. В закрытом положении выступы 104a на крышке зацеплены за пару запирающих защелок 104b, содержащихся внутри внешнего корпуса 102. Запирающие защелки 104b выходят из зацепления с выступами 104a на крышке при нажатии пользователем механического привода 106. Шарнирная крышка 104, предпочтительно, содержит экранирующую свет канавку 118, несущую в себе экранирующую свет прокладку (не показана), которая входит в зацепление с экранирующим свет ребром 120 в каркасе 202 предназначенной для анализа части (фиг. 2B), окружающим углубление 152 для картриджа, когда шарнирная крышка 104 находится в закрытом положении, для предотвращения попадания окружающего света в углубление 152 для картриджа. В целом квадратная выступающая часть 122 с коническими боковыми стенками на внутренней поверхности шарнирной крышки 104 входит в зацепление с коническими боковыми стенками 204A корпуса 204 предназначенной для анализа части 200, когда шарнирная крышка 104 находится в закрытом положении.
[0052] Если рассмотреть теперь фиг. 2A и 2B, на них показана предназначенная для анализа часть 200 тестирующего устройства 100 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Предназначенная для анализа часть 200 включает в себя каркас 202 предназначенной для анализа части, который содержится внутри внешнего корпуса 102. Каркас 202 предназначенной для анализа части, предпочтительно, скомпонован в соответствии с заранее определенной конфигурацией и ориентацией с первым концом 202a и вторым концом 202b для облегчения приема сборки 300 тестового картриджа (фиг. 1C) или другого совместимого контейнера для тестирования. Корпус 204 предназначенной для анализа части, образующий углубление 152 для картриджа, расположен у первого конца 202a каркаса 202 предназначенной для анализа части. Как показано на фиг. 1C, углубление 152 для картриджа позволяет пользователю вводить сборку 300 тестового картриджа в предназначенную для анализа часть 200 тестирующего устройства 100, когда шарнирная крышка 104 находится в открытом положении. Корпус 204 предназначенной для анализа части функционирует как поверхность взаимодействия между тестирующим устройством 100 и сборкой 300 тестового картриджа. Как будет ясно в дальнейшем, одноразовая сборка 300 тестового картриджа используется для сбора и введения тестируемого образца 414 (фиг. 4B) в тестирующее устройство 100 с целью проведения одного или нескольких тестов тестируемого образца 414.
[0053] Теперь более подробно будет описан корпус 204 предназначенной для анализа части в предназначенной для анализа части 200. Корпус 204 предназначенной для анализа части, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого полимерного материала, такого как акрилонитрилбутадиенстирол или некоторые другие такие полимерные материалы, хорошо известные специалистам в данной области техники, и расположен внутри каркаса 202 предназначенной для анализа части. Каркас 202 предназначенной для анализа части обеспечивает структурную поддержку корпуса 204 предназначенной для анализа части и является главным компонентом в экранирующей свет схеме, которая значительно минимизирует или предотвращает попадание окружающего света в углубление 152 для картриджа с помощью прямоугольных стенок, которые окружают каркас 202 предназначенной для анализа части, тем самым, предотвращая достижение внешним световым излучением датчика 206. В предпочтительном варианте осуществления датчик 206 представляет собой световой датчик.
[0054] Тестирующее устройство 100 выполняет желаемый тест после извлечения образца 414 из различных источников посредством анализа электрического вывода датчиков 206. Когда датчик 206 представляет собой световой датчик, вывод изменяется при изменении количества падающего на чувствительную поверхность 206a светового датчика 206 света, образующегося внутри сборки 300 тестового картриджа. Исходя из типа проводимого теста, вывод светового датчика 206 определяет, является ли анализируемый образец 414 положительным или отрицательным по присутствию материала (инфекционного агента), который пытаются обнаружить в качественном анализе. То есть, нет необходимости в определении тестирующим устройством 100 фактического количества материала, присутствующего в тестируемом образце 414. Тестирующее устройство 100 способно изменять параметры тестирования, исходя из проводимого теста и используемых сборок 300 тестовых картриджей.
[0055] Поскольку в предпочтительном варианте осуществления определение материала внутри сборки 300 тестового картриджа посредством тестирующего устройства 100 требует детектирования присутствия света, который может испускаться от тестируемого образца 414, введенного посредством сборки 300 тестового картриджа, предпочтительным является минимизация количества или устранение внешнего или окружающего света, попадающего в углубление 152 для картриджа тестирующего устройства 100 во время тестирования. Для достижения данной цели предназначенная для анализа часть 200, предпочтительно, предотвращает достижение большей частью или всем внешним световым излучением датчика 206. Датчик 206 скомпонован на плате печатной схемы ("PCB") 208, которая расположена под корпусом 204 предназначенной для анализа части. Минимизация достижения таким внешним световым излучением датчика 206 предотвращает ошибочный вывод от датчика 206.
[0056] Каркас 202 предназначенной для анализа части и шарнирная крышка 104, предпочтительно, выполнены из в целом жесткого непрозрачного твердого материала, такого как алюминий, для того чтобы отражать или поглощать весь измеряемый свет, падающий на материал, или какого-либо другого такого непрозрачного твердого материала, хорошо известного средним специалистам в данной области техники. Основание 204B корпуса 204 предназначенной для анализа части содержит прямоугольный вырез 214 на нижней поверхности. Смотровое окно 216 сделано в прямоугольном вырезе 214. Смотровое окно 216, предпочтительно, выполнено из оптически чистого прозрачного твердого материала, такого как кварцевое стекло или другой прозрачный твердый материал, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Датчик 206 расположен под смотровым окном 216, позволяя свету проходить из сборки 300 тестового картриджа через смотровое окно 216 на датчик 206 с минимальным поглощением или отражением света. Следовательно, датчик 206 принимает через смотровое окно 216 максимальный возможный сигнал.
[0057] В предпочтительном варианте осуществления датчик 206 представляет собой световой датчик и, даже более предпочтительно, датчик 206 представляет собой фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), как будет описано далее со ссылкой на фиг. 12. PCB 208 дополнительно включает в себя схему 210 RFID-связи, высоковольтный источник 218 питания для использования с датчиком 206 и другие светочувствительные схемы 1200, как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 12. Предпочтительно, схема 210 RFID-связи расположена под участком углубления 152 для картриджа, который выровнен с RFID-меткой 508 (фиг. 5B) внутри сборки 300 тестового картриджа, когда сборку 300 тестового картриджа вводят в углубление для картриджа 152.
[0058] Защитный экран 220 датчика расположен так, чтобы по существу окружать датчик 206. Защитный экран 220 датчика изолирует датчик 206 от электромагнитных и магнитных помех. Защитный экран 220 датчика, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого твердого проводящего материала с высокой магнитной проницаемостью, такого как мю-металл или другой такой твердый проводящий материал, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Одна из стенок корпуса 204 предназначенной для анализа части содержит полый выступ 222, вдающийся в углубление 152 для картриджа, который стыкуется с углублением в сборке 300 тестового картриджа. Полый выступ 222 дает возможность поршню 224 и штоку 224A поршня, который зацепляется с механизмом вытеснения текучей среды 900 (фиг. 9) в сборке 300 тестового картриджа, проходить через него и входить в контакт с плунжером 424 (фиг. 4B) сборки 300 тестового картриджа.
[0059] Поршень 224, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого полимерного материала, такого как полистирол или другой аналогичный полимерный материал, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Поршень 224 приводится в движение с помощью двигателя 226. В предпочтительном варианте осуществления двигатель 226 представляет собой линейный шаговый двигатель. Тем не менее, можно использовать другие приводы, такие как пневматический поршневой привод, сервопривод или тому подобные, без отхода от объема настоящего изобретения. Поршень 224 соединен с двигателем 226 через резьбовой вал 226A на двигателе 226, соединенный с интегрированным резьбовым отверстием (не показано) внутри поршня 224. В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления двигатель 226 представляет собой шаговый двигатель HAYDON-KERK модель 19542-05-905. Для того чтобы уменьшить появление шума от двигателя 226 в предназначенной для анализа части 200, двигатель 226 расположен вне корпуса 204 предназначенной для анализа части не слишком близко к датчику 206. Такая компоновка двигателя 226 относительно датчика 206 уменьшает возможность для двигателя 226 создавать электрические или электромагнитные помехи датчику 206.
[0060] Выступающая часть 228 выступает из поршня 224 и выровнена с детектором 230 положения, который расположен вне предназначенной для анализа части 200. На некотором этапе движения поршня 224 (описано ниже) выступающая часть 228 инициирует детектор 230 положения генерировать сигнал положения. В одном варианте осуществления положение инициирования детектора 230 положения соответствует второму положению плунжера 424, показанному на фиг. 10B. Однако, положение инициирования может альтернативно соответствовать конечному положению плунжера 424, показанному на фиг. 10C, или любому другому положению на траектории плунжера 424. В предпочтительном варианте осуществления детектор 230 положения представляет собой фотопрерыватель, и детектор 230 положения инициируется выступающей частью 228, блокирующей траекторию света в детекторе 230 положения, причем в этот момент посылается сигнал на микропроцессор 1102 для указания на положение поршня 224. Таким образом, может происходить точное обнаружение положения поршня 224 для обеспечения того, что ошибки в приведении в движение сборки 300 тестового картриджа отсутствуют. В предпочтительном варианте осуществления детектор 230 положения представляет собой фотопрерыватель OMRON модели EE-SX4134. Однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что можно применять другие типы устройств в качестве детектора 230 положения без отхода от объема настоящего изобретения.
[0061] Поршень 224 включает в себя шток 224A поршня, выходящий из него, который содержит разнесенные пары радиально выступающих наружу кольцеобразных фланцев 232A-C в разнесенных местоположениях вдоль его длины. Сжимаемые скользящие уплотнения 234A и 234B радиально установлены между кольцеобразными фланцами 232A и 232C соответственно. Скользящие уплотнения 234, предпочтительно, выполнены из эластомерного материала, такого как силикон, или некоторых других таких эластомерных материалов, как хорошо известно специалистам в данной области техники. Когда поршень 224 установлен, первое скользящее уплотнение 234A, установленное между кольцеобразными фланцами 232A, входит в зацепление с внутренней поверхностью полого выступа 222 корпуса 204 предназначенной для анализа части для создания непроницаемого для текучей среды уплотнения, которое препятствует жидкости попадать в нижнюю предназначенную для анализа часть 200 из углубления 152 для картриджа и достигать электронных компонентов на PCB 208 под корпусом 204 предназначенной для анализа части. Второе скользящее уплотнение 234B, установленное между кольцеобразными фланцами 232C, входит в зацепление с внутренней поверхностью полого канала, через который шток 224A поршня проходит в каркас 202 предназначенной для анализа части для создания непроницаемого для света уплотнения, которое препятствует внешнему (окружающему) световому излучению попадать в экранированный от света участок корпуса 204 предназначенной для анализа части вдоль траектории поршня 224.
[0062] Шток 224A поршня также содержит третью пару кольцеобразных фланцев 232B, которые входят в зацепление со скользящей заслонкой 236. Скользящая заслонка 236, предпочтительно, сконструирована из жесткого, непрозрачного, тонкого материала, такого как формированный лист из нержавеющей стали, с целью сохранения у предназначенной для анализа части 200 низкого профиля и такого размера, чтобы она была портативной. Альтернативно, скользящая заслонка 236 может быть сконструирована из проводящего материала с высокой магнитной проницаемостью, такого как мю-металл, для того чтобы обеспечивать дополнительное защитное экранирование датчика 206. При исходном зацеплении за шток 224A поршня скользящая заслонка 236 проходит между датчиком 206 и смотровым окном 216. В данном положении скользящая заслонка 236 отражает или поглощает почти все внешнее световое излучение, которое иначе могло бы достигать датчика 206, когда шарнирная крышка 104 открыта, и предназначенная для анализа часть 200 доступна для окружающего света. В том случае, когда датчик 206 представляет собой фотоумножительную трубку (PMT), скользящая заслонка 236 защищает датчик 206, который уязвим для насыщения и повреждения, когда полностью доступен разным уровням окружающего света. Скользящая заслонка 236 содержит отверстие 238, которое в начале теста выровнено с датчиком 206. Предпочтительно, перед началом теста скользящая заслонка 236 закрывает датчик 206. Желательно, чтобы скользящая заслонка 236 входила в зацепление со штоком 224A поршня и использовала движение двигателя 226 для скольжения в положение, в котором отверстие 238 расположено над датчиком 206, в начале теста. Такое расположение минимизирует стоимость дополнительных компонентов и еще больше снижает риск электрических или электромагнитных помех.
[0063] Если рассмотреть теперь фиг. 1 и 2, предназначенная для анализа часть 200 расположена внутри корпуса 102 тестирующего устройства 100. По меньшей мере часть предназначенной для анализа части 200 по меньшей мере частично закрыта шарнирной крышкой 104, когда шарнирная крышка 104 находится в закрытом положении, показанном на фиг. 1A. Предназначенная для анализа часть 200, предпочтительно, включает в себя PCB 208, имеющую интегральную схему 210 RFID-связи, которая выполнена с возможностью связываться с помощью радиочастоты с уникальной меткой 508 радиочастотной идентификации ("RFID") сборки 300 тестового картриджа (фиг. 3). В предпочтительном варианте осуществления схема 210 RFID-связи представляет собой ИС RFID-связи TEXAS INSTRUMENTS модели TRF7961. Однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что альтернативно можно использовать другие типы сканеров или сканирующих устройств и другие схемы передачи данных для передачи информации на тестирующее устройство 100 и/или записи информации на RFID-метку 508 сборки 300 тестового картриджа.
[0064] Средним специалистам в данной области техники должно быть понятно, что точная структура предназначенной для анализа части 200 и/или ее компоненты относятся только к рассматриваемому предпочтительному варианту осуществления, и что изменения структуры предназначенной для анализа части 200 и/или ее компонентов могут быть осуществлены без отхода от объема и сущности настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено точной структурой предназначенной для анализа части 200, описанной в настоящем документе, но предполагается, что оно охватывает структурные и/или эксплуатационные изменения, а также другие структуры и конфигурации, которые могут выполнять такие же или по существу такие же функции, что и функции рассматриваемой предназначенной для анализа части 200.
[0065] Упомянутые изменения могут включать в себя такие структурные изменения как отсутствие электромеханического двигателя, вместо которого приведение картриджа в движение обеспечивается силой пользовательского ввода, приведение в движение тестового картриджа непосредственно без использования поршня, использование нескольких двигателей для различных действий, размещение двигателя в экранированном от света участке предназначенной для анализа части 200 или управления двигателем без точного обнаружения положения. Кроме того, форма, расположение и размер углубления 152 для тестового картриджа в корпусе 204 предназначенной для анализа части, выступы 104a на крышке и запирающие защелки 104b могут отличаться от того, что показано и описано в настоящем документе, без отхода от объема настоящего изобретения. Все, что необходимо, это что углубление 152 для картриджа должно дополнять и соответствовать размеру и форме сборки 300 тестового картриджа, так что углубление 152 для картриджа может принимать вводимую сборку 300 тестового картриджа.
[0066] Аналогично, обнаружение света посредством датчика 206 может быть заменено другой схемой детектирования сигнала, как хорошо известно специалистам в данной области техники, без отхода от объема настоящего изобретения. Например, для определения результата теста можно использовать детектирование электрических сигналов. В таком случае предпочтительным может быть минимизация или устранение внешних источников шума, отличных от света. Структурные изменения предназначенной для анализа части 200, которые способствуют минимизации или устранению таких внешних источников шума, отличных от света, лежат в пределах объема настоящего изобретения.
[0067] Если рассмотреть теперь фиг. 3A и 3B, на них показана сборка 300 тестового картриджа для использования с тестирующим устройством 100 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Предпочтительно, сборка 300 тестового картриджа представляет собой одноразовый утилизируемый картридж, который используют для приема небольшого количества образца 414 (фиг. 4B), собранного из продуктов питания или других источников, для того чтобы провести тест с помощью тестирующего устройства 100. Поэтому сборка 300 тестового картриджа, предпочтительно, выполнена с возможностью быть неподвижно вставляемой в тестирующее устройство 100 на время проведения выбранного теста. Еще более предпочтительно, каждая сборка 300 тестового картриджа содержит все необходимые реагенты 504, 506 (фиг. 5B) и тому подобное для проведения одного теста, как будет описано далее в настоящем описании.
[0068] Как показано на фиг. 3A, сборка 300 тестового картриджа в сборе, предпочтительно, содержит две отдельные части, основание тестового картриджа 400, описанное далее со ссылкой на фиг. 4, и резервуарную карту 500, описанную далее со ссылкой на фиг. 5. Основание тестового картриджа 400 и резервуарная карта 500 выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для проведения теста посредством тестирующего устройства 100. Резервуарная карта 500 сконструирована в виде части, отдельной от основания тестового картриджа 400, для того чтобы она занимала минимальный объем, и для достижения высокой плотности упаковки. Плотность упаковки является критическим фактором для случаев, когда необходимые реагенты 504, 506 требуют хранения при низких или ниже точки замерзания температурах. Тем не менее, аналогичным образом может быть произведена интегрированная состоящая из одного блока сборка 300 тестового картриджа, и она лежит в пределах объема настоящего раскрытия.
[0069] Основание тестового картриджа 400 выполнено с возможностью принимать отдельную резервуарную карту 500 в гнездо 402 (фиг. 4A) на первом конце 400a основания тестового картриджа 400. Резервуарная карта 500 специально разработана так, чтобы обеспечивать удобное небольшого размера средство хранения и доставки для одного или нескольких биодатчиков (реагенты 504, 506). Как показано на фиг. 3A и 3B, пользователь устанавливает резервуарную карту 500 в основание тестового картриджа 400 посредством сдвига резервуарной карты 500 в гнездо 402. Когда резервуарная карта 500 вставлена в основание тестового картриджа 400, резервуарная карта 500 неподвижно прикреплена к основанию тестового картриджа 400. Приспособления 502 для постоянного прикрепления препятствуют неправильному использованию основания тестового картриджа 400, такому как повторное использование основания тестового картриджа 400 с несколькими резервуарными картами 500. Тем самым, избегают загрязнения основания тестового картриджа 400 и/или резервуарной карты 500. Резервуарная карта 500 может быть прикреплена к основанию тестового картриджа 400 с применением любых известных подходящих устройств или элементов для механического крепления, таких как односторонние прикрепляющие элементы 502 (фиг. 5B).
[0070] Основание тестового картриджа 400, предпочтительно, не содержит никаких специализированных компонентов для теста и может, следовательно, быть общим для множества типов теста. Как таковое основание тестового картриджа 400 должно быть совместимым с множеством типов резервуарных карт 500. Как показано на фиг. 4B и 9, основание тестового картриджа 400 содержит реакционную камеру 404 и механизм вытеснения текучей среды 900, которые вместе занимают относительно большой объем по сравнению с объемом резервуарной карты 500. Если рассмотреть фиг. 5A и 5B, резервуарная карта 500 содержит все необходимые реагенты 504, 506 и тому подобное для проведения одного теста с помощью тестирующего устройства 100. Соответственно, может быть предложено несколько различных типов резервуарных карт 500, причем каждая несет один или несколько различных реагентов 504, 506 для проведения определенного типа теста. Предпочтительно, реакционная камера 404 облегчает надлежащее смешивание образца 414 и реагентов 504, 506, при этом минимизируя повреждение живых клеток, которые содержат реагенты 504, 506. Реакционная камера 404 также максимизирует сбор света, который реагенты 504, 506 испускают на датчик 206 в присутствии вредного аналита или для того, чтобы подтвердить надлежащее функционирование первой фазы теста.
[0071] Как хорошо видно на фиг. 4B, основание тестового картриджа 400 состоит из в целом прямоугольного корпуса 401 с интегрированной шарнирной крышкой 408. Прямоугольный корпус 401, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого, предпочтительно полимерного материала, такого как полипропилен или другой такой полимерный материал, хорошо известный специалистам в данной области техники. Пленку 410 с адгезионным слоем применяют для закрывания каналов 406 для текучей среды, образованных в плоской поверхности 400b корпуса 401 для герметичного прохождения реагентов 504, 506 и/или воздуха между вмещающей картой 500 и основанием тестового картриджа 400. Корпус 401 основания тестового картриджа 400 также включает в себя интегрированную реакционную камеру 404 для помещения образца 414 и последующего смешивания образца 414 с реагентами 504, 506 для проведения желаемого теста.
[0072] Когда сборку 300 тестового картриджа помещают в углубление 152 для картриджа, нижняя поверхность 404a реакционной камеры 404 внутри корпуса 401 основания тестового картриджа 400 оказывается выровнена со световым датчиком 206. Если рассмотреть фиг. 3C, реакционная камера 404 закрыта на нижней поверхности с помощью линзы 412. Линза 412, предпочтительно, выполнена из жесткого, предпочтительно полимерного, материала, такого как поликарбонат или некоторые другие такие полимерные материалы, хорошо известные специалистам в данной области техники. Материал линзы 412, предпочтительно, представляет собой оптически чистый прозрачный материал, для того чтобы предотвращать нежелательное поглощение или отражение света между реагентами 504, 506 и световым датчиком 206. В предпочтительном варианте осуществления линза 412 термически приварена к корпусу 401 основания тестового картриджа 400, для того чтобы обеспечивать непроницаемое для жидкости уплотнение и минимизировать попадание загрязняющих примесей в реакционную камеру 404. Если рассмотреть фиг. 4A и 4B, реакционная камера 404 открыта со стороны верхней поверхности 400b корпуса 401 основания тестового картриджа 400, для того чтобы позволять пользователю непосредственно помещать образец 414 (предпочтительно, в жидкой форме) в реакционную камеру 404.
[0073] Пленку 410 с адгезионным слоем помещают на верхнюю поверхность 400b корпуса 401 основания тестового картриджа 400. На пленке 410, предпочтительно, заранее делают надрезы или отверстия 416 над реакционной камерой 404 таким образом, который позволяет пользователю проткнуть пленку 410 с помощью конца инструмента для помещения (не показан), такого как пипетка для помещения образца 414 в реакционную камеру 404. Надрезы или отверстия 416 в пленке 410 являются желательными, для того чтобы предоставлять пользователю визуальную информацию, что этап помещения образца в процессе теста завершен, или что сборка 300 тестового картриджа ранее использовалась и должна быть удалена. Сжимаемую прокладку 418 с адгезионным слоем 418b помещают по периметру отверстия на верхней поверхности 400b в реакционную камеру 404 (вокруг имеющего отверстия или надрезы участка 416 пленки 410 с адгезионным слоем, смотри фиг. 4A) с целью создания непроницаемого для текучей среды уплотнения, когда интегрированная шарнирная крышка 408 основания тестового картриджа 400 закрыта. Интегрированная шарнирная крышка 408 основания тестового картриджа 400 содержит защелкивающиеся элементы 408a, 408b для удержания шарнирной крышки 408 основания тестового картриджа 400 в закрытом положении посредством взаимодействия с захватывающими гнездами 420a, 420b после того, как образец 414 помещен в реакционную камеру 404.
[0074] Если продолжить рассмотрение фиг. 4B и 3C, центральный проход 422 расположен внутри корпуса 401 основания тестового картриджа 400, который содержит плунжер 424 как часть механизма вытеснения текучей среды 900 тестового картриджа, который далее будет описан более подробно. Плунжер 424, предпочтительно, выполнен из эластомерного материала, такого как силиконовая резина или некоторые другие такие эластомерные материалы, как хорошо известно специалистам в данной области техники, и ему придан такой размер, чтобы он плотно контактировал с внутренней стенкой центрального прохода 422. Верхняя поверхность 400b корпуса 401 основания тестового картриджа 400 содержит относительно большую камеру 426 для отвода переполнения, которая сообщается с реакционной камерой 404 посредством отводного канала 426A. Камера 426 для отвода переполнения присутствует для того, чтобы давать возможность воздуху вытесняться из реакционной камеры 404 во время введения реагентов 504, 506, и содержит элементы для содержания любого лишнего количества жидкости, которое может входить в отводной канал 426A. Предпочтительно, камера 426 для отвода переполнения содержит абсорбирующий материал 428, использующий антимикробное покрытие, через которое должен проходить отводимый воздух, когда он выходит из корпуса 401 основания тестового картриджа 400. Это гарантирует, что любое лишнее количество жидкости будет поглощено и поместится в камеру 426 для отвода переполнения, а любые биологические компоненты будут уничтожены.
[0075] Как показано на фиг. 5B, резервуарная карта 500 включает в себя несколько портов 516 для текучей среды, которые, когда резервуарная карта 500 вставлена в корпус 401 основания тестового картриджа 400, соединяются с рядом уплотняющих элементов 702 (фиг. 7), что создает соединения с резервуарной картой 500 при установке. Уплотняющие элементы 702 утоплены под стенкой 401A (фиг. 7) в корпусе 401 основания тестового картриджа 400 с целью предотвращения повреждения уплотняющих элементов 702 и устранения потенциальных мест, в которых легко контактирующие загрязняющие примеси могли бы быть введены в реагенты 504, 506.
[0076] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что точная структура основания тестового картриджа 400 и/или его компоненты относятся только к предпочтительному варианту осуществления, и что изменения структуры основания тестового картриджа 400 и/или его компонентов могут быть осуществлены без отхода от объема и сущности настоящего изобретения. Другие структурные и функциональные изменения, такие как помещение образца 414 в местоположение, отличное от реакционной камеры 404, для перемещения в реакционную камеру 404 позже, использование нескольких частей для достижения характерных особенностей корпуса 401 основания тестового картриджа 400 и реакционной камеры 404, использование отдельной крышки или схемы закрывания после помещения образца для реакционной камеры 404 или альтернативное расположение плунжера 424 и/или других компонентов механизма вытеснения текучей среды 900 на резервуарной карте 500, лежат в пределах объема настоящего изобретения.
[0077] Реакционная камера 404 и каналы 406 для текучей среды, которые ведут к реакционной камере 404 внутри корпуса 401 основания тестового картриджа 400, предпочтительно, сконструированы так, чтобы достигать нескольких целей. Впускной канал 802 (фиг. 8) для текучей среды, входящий в реакционную камеру 404, предпочтительно, имеет трубчатую форму с диаметром, который, предпочтительно, мал и сужается так, что становится меньше у впуска в реакционную камеру 404. Такая структура, предпочтительно, повышает скорость текучих сред, входящих в реакционную камеру 404, для того чтобы способствовать энергичному, и, следовательно, гомогенному смешиванию, благодаря объемному движению реагентов 504, 506 внутри реакционной камеры 404.
[0078] Если рассмотреть фиг. 8, на ней показан вертикальный вид сбоку в разрезе сборки 300 тестового картриджа. Желательно смешивать реагенты 504, 506 и образец 414 таким образом, чтобы способствовать смешиванию, превышающему молекулярную диффузию, для того чтобы минимизировать продолжительность теста, посредством обеспечения быстрой встречи любого инфекционного агента, присутствующего в образце 414, с реагентами 504 и 506. В предпочтительном варианте осуществления минимальный диаметр впускного канала 802 составляет 0,75 мм. Впускной канал 802, еще более предпочтительно, смещен от центральной оси реакционной камеры 404, для того чтобы способствовать вращательному движению реагентов 504 и 506 по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг центральной оси реакционной камеры 404 при смешивании жидкостей, для того чтобы увеличить гомогенность смеси.
[0079] В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления впускной канал 802 расположен приблизительно по касательной к внутренней поверхности реакционной камеры 404. Это желательно для того, чтобы дать возможность входящей жидкости проходить из впускного канала 802 до уровня текучей среды внутри реакционной камеры 404, при этом оставаясь в контакте с боковой поверхностью реакционной камеры 404, что создает возможность для минимально турбулентного потока и минимального включения пузырьков воздуха в смешиваемые жидкости. Пузырьки являются нежелательными из-за непредсказуемого преломления света, которое они вызывают, когда свет, испускаемый реагентами 504, 506, взаимодействующими с образцом 414, проходит через пузырьки в смешиваемых реагентах 504, 506 или на поверхности смешиваемых реагентов 504, 506.
[0080] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в реакционную камеру 404 включают стабилизатор. Стабилизатор может представлять собой, например, плюроник F68, который используют в клеточных культурах в качестве стабилизатора клеточных мембран, защищающего от фрагментации мембран, и дополнительно в качестве противопенного средства. Определенные варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя по меньшей мере одну добавку, такую как плюроник F68, полиэтиленгликоль, метоцел или тому подобное, расположенную в реакционной камере 404 для минимизации образования пузырьков в реакционной камере 404 во время смешивания образца 414 и реагентов 504, 506. Данная добавка может дополнительно включать в себя поверхностно-активное вещество, такое как плюроник F68, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт, метоцел (метилцеллюлозу), или тому подобное. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя устройство для разрушения отдельных клеток образца 414 и особенно инфекционного агента в образце 414 перед смешиванием образца 414 с реагентами 504, 506 с целью усиления светового сигнала, создаваемого реагентами 504, 506, реагирующими с инфекционным агентом в образце. Примером такого устройства является ультразвуковой разрушитель (не показан).
[0081] Ось впускного канала 802, предпочтительно, расположена под углом над горизонталью, для того чтобы обеспечивать для входящего потока текучей среды направление немного вниз, для того чтобы гарантировать смешивание реагентов 504, 506 с жидкостью, находящейся на дне реакционной камеры 404. В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления впускной канал 802 расположен над горизонталью под углом приблизительно тридцать (30) градусов, и, кроме того, оптимальный функциональный диапазон находится между пятнадцатью (15) градусами и шестьюдесятью (60) градусами над горизонталью. Специалистам в данной области техники будет понятно, что расположение, положение и структуру впускного канала 802 можно изменять без отхода от объема настоящего изобретения.
[0082] Альтернативно, если требуется, реагенты 504, 506 можно вводить в реакционную камеру 404 с помощью альтернативных способов доставки текучей среды, таких как вертикальный канал (не показан), который доставляет реагенты 504, 506 в реакционную камеру 404, или доставка текучих реагентов 504, 506 непосредственно по центральной оси реакционной камеры 404 для создания столба реагента, текущего в реакционную камеру 404, способствующего смешиванию посредством увлечения. Кроме того, пользователь может доставлять один или несколько реагентов 504, 506 вручную таким же образом, и, например, в то же время, как помещает образец 414 в реакционную камеру 404.
[0083] Реакционная камера 404, предпочтительно, имеет форму, которая максимизирует количество фотонов, которые отражаются в направлении дна реакционной камеры 404, для того чтобы позволять фотонам быть считанными посредством датчика 206, расположенного под реакционной камерой 404 в предназначенной для анализа части 200. В предпочтительном варианте осуществления форма реакционной камеры 404 получена вращением сечения для облегчения движения смешиваемых жидкостей 414, 504, 506 по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг центральной оси реакционной камеры 404. Альтернативно, если требуется, можно использовать реакционную камеру 404 формы, отличной от полученной вращением сечения, такой как прямоугольная или неправильная форма. В предпочтительном варианте осуществления сечение вращения, используемое для формирования реакционной камеры 404, представляет собой часть эллипса. Такая эллиптическая форма является желательной для того, чтобы способствовать сбору рассеянного света, испускаемого реагентами 504, 506, реагирующими с образцом 414, и отражению данного света в направлении поверхности светового датчика 206. Форма реакционной камеры 404, предпочтительно, является в целом параболической. Реакционная камера 404 может представлять собой поверхность, образованную вращением половины эллипса, с отверстием сверху, размером приблизительно 2,5 мм, и с нижним диаметром, расположенным на большой или малой оси эллипса и равным приблизительно 8 мм.
[0084] Поверхность реакционной камеры 404, предпочтительно, является отражающей, для того чтобы дополнительно улучшать способность эллиптической формы собирать свет. В предпочтительном варианте осуществления максимальный диаметр чувствительной поверхности 206а датчика 206 ограничивают, для того чтобы достигать максимального отношения сигнал-шум на выходе светочувствительной схемы 1200 (фиг. 12). Диаметр по меньшей мере дна реакционной камеры 404 выбран так, чтобы приблизительно соответствовать диаметру датчика 206, что влияет на эллиптическую форму, которая может быть получена в реакционной камере 404, сконструированной так, чтобы вмещать определенный объем жидкостей для заданного типа теста. В предпочтительном варианте осуществления предпочтительным цветом поверхности реакционной камеры 404 является частично рассеивающий белый, вследствие дополнительного сбора света, который происходит, когда свет, который иначе не мог бы быть отражен непосредственно на поверхность 206a датчика 206, частично рассеивается белой поверхностью, и часть света направляется в сторону поверхности 206a датчика 206. Альтернативно, можно использовать другие покрытия, цвета и материалы поверхности, такие как алюминий, отполированный почти до зеркального состояния, или прозрачный материал.
[0085] Желательно, чтобы материал реакционной камеры 404 был минимально фосфоресцирующим, для того чтобы исключить свет, испускаемый самой реакционной камерой 404 из-за поглощения какого-либо света, испускаемого реагентами 504, 506, реагирующими с образцом 414, и, тем самым, препятствующий детектированию или как-либо иначе влияющий на него. Хотя и было обнаружено, что белые полимерные материалы, такие как акрилонитрилбутадиенстирол или другие такие полимерные материалы, демонстрируют низкий уровень фосфоресценции, было обнаружено, что дополнительный сбор света, обеспечиваемый комбинацией отражения и рассеяния света, улучшает отношение сигнал-шум на выходе светочувствительной схемы 1200.
[0086] Как показано на фиг. 5A-5C, резервуарная карта 500 выполнена в виде в целом прямоугольного корпуса 501. Корпус 501 резервуарной карты 500, предпочтительно, выполнен из в целом жесткого, предпочтительно полимерного материала, такого как полипропилен или некоторые другие такие полимерные материалы, хорошо известные специалистам в данной области техники. Если рассмотреть фиг. 5B, в верхней поверхности 501a корпуса 501 резервуарной карты 500 образованы каналы 510, 512 для помещения текучей среды, для того чтобы обеспечивать помещение всех необходимых реагентов 504, 506 для проведения конкретного типа теста.
[0087] В предпочтительном варианте осуществления первый реагент 504 представляет собой реагент биодатчика, способный к испусканию света, когда детектирован конкретный патоген или ряд патогенов, и второй реагент 506 представляет собой образец положительного контроля, такой как анти-иммуноглобулин M (анти-IgM) или дигитонин. Второй реагент 506 используют с целью быстрой активации первого реагента 504 биодатчика после прохождения основного теста для верификации жизнеспособности реагента 504 биодатчика. Второй реагент 506 функционирует как тест для контроля отрицательного результата и поэтому необязателен. То есть, тест может быть проведен без присутствия и/или использования второго реагента 506, но в его отсутствие может быть трудно убедиться в точности результата теста.
[0088] Каналы 510, 512 для хранения жидкости, предназначенные для хранения реагентов 504, 506, сформированы так, чтобы обеспечивать небольшую площадь поперечного сечения, предпочтительно приблизительно 1 мм по ширине и 1 мм по высоте. Небольшая площадь поперечного сечения позволяет легко вытеснять сохраняемые реагенты 504, 506 из каналов 510, 512 для хранения текучей среды с помощью одной или нескольких дополнительных текучих сред, таких как воздух. Меньшего размера площадь поперечного сечения также является желательной, вследствие получаемого уменьшения времени оттаивания в случаях, когда необходимые реагенты 504, 506 необходимо хранить замороженными, и их размораживают непосредственно перед тестированием. Тонкая крышка 514, предпочтительно из полимерного материала или тому подобного, соединяется с корпусом 501 резервуарной карты 500, для того чтобы закрыть каналы 510, 512 для хранения текучей среды и обеспечить непроницаемое для текучей среды уплотнение на верхней поверхности 501a корпуса 501 резервуарной карты 500.
[0089] Если рассмотреть фиг. 5B, корпус 501 резервуарной карты 500 также содержит углубленный участок (не показан) на нижней поверхности 501b для размещения RFID-метки 508. Углубленный участок служит для предотвращения повреждения RFID-метки 508 от случайного контакта с чувствительными компонентами. RFID-метка 508 расположена внутри резервуарной карты 500 или прикреплена к ней, для того чтобы минимизировать ошибки пользователя в сопоставлении данных 300 тестового картриджа, сохраненных на RFID-метке 508, с необходимыми реагентами 504, 506, требуемыми для конкретных типов тестов. Использование технологии RFID является предпочтительным для автоматизации передачи данных между тестовым картриджем 300 в сборе и тестирующим устройством 100, что минимизирует источники возможных ошибок пользователя.
[0090] Торцевая поверхность 501c корпуса 501 резервуарной карты 500 содержит несколько портов для текучей среды 516a-516d, которые создают соединения по жидкости с корпусом 401 основания тестового картриджа 400 при установке в сборке 300 тестового картриджа. Каждый из портов 516 для текучей среды прикреплен к сжимаемой прокладке 518 с адгезионным слоем или тому подобным по периметру каждого порта 516 для текучей среды. Сжимаемые прокладки 518 создают с корпусом 401 основания тестового картриджа 400 непроницаемое для текучей среды уплотнение, когда резервуарная карта 500 правильно установлена в основание тестового картриджа 400, как показано.
[0091] Для того чтобы предотвратить контакт загрязняющих примесей с портом 516 для текучей среды и для предотвращения повреждения сжимаемых прокладок 518, торцевая поверхность 501c корпуса 501 резервуарной карты 500 первоначально закрыта пленкой 520 (смотри фиг. 5A). В предпочтительном варианте осуществления пленка 520 представляет собой пленку из полиэтилентерефталата или некоторые другие гибкие полимерные пленки, способные к созданию непроницаемого для жидкости уплотнения с корпусом 501 резервуарной карты 500. Пленка 520 несет селективно нанесенный адгезионный слой и селективно связана с помощью адгезива на одной стороне пленки 520 с корпусом 501 резервуарной карты 500 таким образом, что каждый порт 516 для текучей среды индивидуально уплотнен по периметру, и один конец 520a пленки 520 постоянно связан с верхней поверхностью 501a резервуарной карты 500.
[0092] Фиг. 6A представляет собой увеличенный вертикальный вид сбоку части резервуарной карты 500 в начальной компоновке с фиг. 5A с оборачивающей сверху пленкой 520, закрывающей порты 516 для текучей среды. Как показано на фиг. 5B и 6A, пленка 520 отведена назад по себе самой в точке 520b, так что оставшийся конец пленки 520 направлен назад к верхней поверхности 501a резервуарной карты 500. Оставшийся конец 520c пленки 520 постоянно связан с помощью селективно нанесенного адгезива с перемещающей частью 522. Перемещающая часть 522, предпочтительно, выполнена из в целом жесткого полимерного материала, такого как полипропилен или другого такого полимерного материала, известного специалистам в данной области техники.
[0093] Фиг. 6B представляет собой увеличенный вертикальный вид сбоку части резервуарной карты 500 во вставленном расположении с фиг. 5C с оборачивающей сверху пленкой 520, втянутой для освобождения портов 516 для текучей среды. Как показано на фиг. 6B, любое движение перемещающей части 522 в сторону от портов 516 для текучей среды приводит к отслаивающему движению связанной пленки 520 от несущего порт для текучей среды конца 501c корпуса 501 резервуарной карты 500, которое распечатывает и открывает порты 516 для текучей среды и их прокладки 518.
[0094] Есть несколько действий, которые происходят, когда резервуарная карта 500 установлена в основание тестового картриджа 400. Когда резервуарная карта 500 сдвинута в принимающее гнездо 402 на корпусе 401 основания тестового картриджа 400, перемещающая часть 522 на резервуарной карте 500 механически взаимодействует с верхней стенкой принимающего гнезда 402 на корпусе 401 основания тестового картриджа 400. Резервуарной карте 500 придают такую форму, что ее нельзя полностью вставить в принимающее гнездо 402 основания тестового картриджа 400 в обратной или перевернутой ориентации. Когда резервуарная карта 500 находится в правильной ориентации, когда пользователь продолжает вставлять резервуарную карту 500, механическое взаимодействие между перемещающей частью 522 и стенкой корпуса 401 основания тестового картриджа 400 вынуждает перемещающую часть 522 сдвигаться относительно резервуарной карты 500 в сторону от портов 516 для текучей среды (смотри фиг. 5C).
[0095] Как описано выше, движение перемещающей части 522 в сторону от портов 516 для текучей среды резервуарной карты 500 вызывает отслаивающее движение пленки 520 в положении над портами 516 для текучей среды резервуарной карты 500. Отслаивание пленки 520 открывает порты 516 для текучей среды и их прокладки 518 на резервуарной карте 500 (смотри фиг. 5C). Предпочтительно, полное открытие портов 516 для текучей среды происходит после того, как резервуарная карта 500 полностью входит в зацепление с принимающим гнездом 402 на корпусе 401 основания тестового картриджа 400, так что порты 516 для текучей среды защищены верхней стенкой принимающего гнезда и никоим образом не доступны внешней окружающей среде. Такое поведение является желательным для предотвращения контакта загрязняющих примесей с портами 516 для текучей среды и внесения их к реагентам 504, 506.
[0096] Когда резервуарная карта 500 полностью сдвигается в принимающее гнездо 402 на корпусе 401 основания тестового картриджа 400, как видно на фиг. 7, уплотняющие элементы 702, присутствующие на корпусе 401 основания тестового картриджа 400, входят в контакт с прокладками 518 портов 516 для текучей среды на резервуарной карте 500, образуя непроницаемые для текучей среды уплотнения. В настоящем предпочтительном варианте осуществления уплотнение между прокладками 518 и уплотняющими элементами 702 представляет собой торцевое уплотнение. Однако, альтернативно можно использовать другие типы уплотнений или уплотняющих приспособлений (такие как люэровские уплотнения) для обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между резервуарной картой 500 и корпусом 401 основания тестового картриджа 400. Альтернативные уплотняющие приспособления могут включать радиально сжимаемую прокладку (не показана), образующую кольцеобразное уплотнение. Когда резервуарная карта 500 полностью вставлена в принимающее гнездо 402, и образованы непроницаемые для текучей среды уплотнения, односторонние прикрепляющие элементы 502 (фиг. 5B) на корпусе 501 резервуарной карты 500 входят в зацепление с соответствующими элементами для удержания (не показаны) на корпусе 401 основания тестового картриджа 400 способом, хорошо известным в данной области техники, для того чтобы постоянно удерживать резервуарную карту 500 в собранном с основанием тестового картриджа 400 состоянии, тем самым, создавая сборку 300 тестового картриджа.
[0097] Специалистам в данной области техники будет понятно, что при том, что описано конкретное расположение компонентов резервуарной карты 500, настоящее изобретение не ограничено данным конкретным расположением. Возможные альтернативные расположения включают использование только одного реагента, помещение реагентов 504, 506 в цилиндрический объем большего размера или альтернативные защитные элементы для портов для текучей среды, такие как прокалываемые листы пленки или фольги и/или удаляемые пользователем покрытия.
[0098] Если рассмотреть фиг. 9, 10A, 10B и 10C, на них показан механизм вытеснения текучей среды 900 внутри основания тестового картриджа 400. Фиг. 9 представляет собой вертикальный вид сбоку в разрезе тестового картриджа в сборе с фиг. 3A, введенного в предназначенную для анализа часть 200. Плунжер 424, который расположен в корпусе 401 основания тестового картриджа 400, предпочтительно, сконструирован так, чтобы перемещать воздух, который проходит через воздушные каналы 902A-902D в корпусе 401 основания тестового картриджа 400, через уплотняющие элементы 702, образованные между установленной резервуарной картой 500 и корпусом 401 основания тестового картриджа 400. При приведении в движение с помощью штока 224A поршня плунжер 424 вызывает вытеснение реагентов 504, 506, содержащихся в резервуарной карте 500, в основание тестового картриджа 400. Как описано выше, плунжер 424, предпочтительно, приводится в движение с помощью штока 224A поршня в предназначенной для анализа части 200.
[0099] После вытеснения реагенты 504, 506 проталкиваются в корпус 401 основания тестового картриджа 400 и, наконец, в реакционную камеру 404. Конструкция, использующая воздух для вытеснения реагентов 504, 506 из резервуарной карты 500, позволяет компонентам механизма вытеснения текучей среды 900 располагаться в корпусе 401 основания тестового картриджа 400, что позволяет достигать минимального объема резервуарной карты 500 с целью облегчения хранения и перевозки резервуарной карты 500. В предпочтительном варианте осуществления воздушные каналы 902A-D, ведущие из центрального прохода 422, и плунжер 424 конструируют так, чтобы производить поэтапную доставку реагентов 504, 506 из резервуарной карты 500 в реакционную камеру 404. Если рассмотреть фиг. 10A-10C, доставка реагентов 504, 506 происходит, когда воздух вытесняется из центрального прохода 422 через ряд портов 902 воздушных каналов, которые, альтернативно, закрыты и затем открываются, когда плунжер 424 движется вдоль центрального прохода 422.
[0100] Если рассмотреть фиг. 10A, на начальном или первом этапе плунжер 424 расположен у начального конца 906A центрального прохода 422. Фланцы 908 плунжера 424 первоначально герметизируют порт 902A первого воздушного канала, который соединен через порт для текучей среды 516C с участком 512 для помещения второго реагента 506 в резервуарной карте 500, и изолируют порт 902A первого канала от портов 902B-D других каналов и первого реагента 504.
[0101] Порт 902B второго воздушного канала открыт и соединен с портом 902D четвертого воздушного канала. Порт 902C третьего воздушного канала открыт и соединен с участком 510 для хранения первого реагента 504. В предпочтительном варианте осуществления первый реагент 504 включает в себя биодатчик, используемый для проведения теста образца 414. Когда плунжер 424 приводится в движение с помощью штока 224A поршня, плунжер 424 проходит дальше через центральный проход 422, и вытесненный воздух из центрального прохода 422 проходит через порт 902C третьего воздушного канала, вытесняя первый реагент 504 из резервуарной карты 500. Первый реагент 504 втекает в корпус 401 основания тестового картриджа 400 и, наконец, в реакционную камеру 404 для смешивания с образцом 414 вышеописанным образом.
[0102] Когда плунжер 424 движется на втором этапе в направлении второго конца 906B центрального прохода 422, как видно на фиг. 10B, порт 902B второго воздушного канала герметизируется фланцами 908. Однако, герметизация порта 902B второго воздушного канала не оказывает никакого воздействия из-за непосредственного соединения порта 902B второго воздушного канала с портом 902D четвертого воздушного канала. Когда плунжер 424 достигнет второго этапа с фиг. 10B, весь объем первого реагента 504 будет вытеснен из резервуарной карты 500 в корпус 401 основания тестового картриджа 400. В этот момент движение плунжера 424 останавливается, причем порт 902B второго воздушного канала герметизирован на время, необходимое для завершения тестирующим устройством 100 первой фазы теста. В одном варианте осуществления движение плунжера 424 останавливается приблизительно на от шестидесяти (60) до ста двадцати (120) или более секунд. Количество времени, когда плунжер 424 остановлен, предпочтительно, зависит от типа теста, осуществляемого тестирующим устройством 100, и определяется на основании информации, предоставляемой RFID-меткой 508 сборки 300 тестового картриджа, считываемой тестирующим устройством 100 после вставления в углубление 152 для картриджа.
[0103] После завершения первой фазы теста, если должен быть проведен второй тест, плунжер 424 снова сдвигается с помощью штока 224A поршня, что вызывает герметизацию порта 902C третьего воздушного канала фланцами 908 плунжера 424 и открытие порта 902B второго воздушного канала. Когда плунжер 424 продолжает двигаться через центральный проход 422 в направлении второго конца 906B, вытесненный воздух из центрального прохода 422 вынужден проходить через порт 902D четвертого воздушного канала в порт 902B второго воздушного канала и через центральный проход 422 в области зазора между плунжером 424 и поверхностью центрального прохода 422 в порт 902A первого воздушного канала. Вытесненный воздух, который проходит через порт 902A первого воздушного канала, вытесняет второй реагент 506, который втекает в корпус 401 основания тестового картриджа 400 и, наконец, в реакционную камеру 404, для того чтобы провести вторую фазу теста или фазу верификации отрицательного результата.
[0104] Плунжер 424 продолжает двигаться через центральный проход 422 до контакта со вторым концом 906B центрального прохода 422, как показано на фиг. 10C. К этому времени большая часть второго реагента 506 будет вытеснена и перетечет в реакционную камеру 404. Предпочтительно, чтобы после завершения движения плунжера 424 от первого конца 906A до второго конца 906B центрального прохода 422 плунжер 424 не мог двигаться назад в направлении первого конца 906A. Одностороннее движение плунжера 424 способствует предотвращению повторного использования сборки 300 тестового картриджа в следующем тесте.
[0105] Использование одного штока 224A поршня и одного плунжера 424 желательно для ограничения использования дополнительных деталей в сборке 300 тестового картриджа и тестирующем устройстве 100 по причине стоимости, по причине сложности производства и для уменьшения источников потенциального взаимодействия со световым датчиком 206. Однако, средним специалистам в данной области техники должно быть понятно, что точная структура механизма вытеснения текучей среды 900, описанная выше, относится только к рассматриваемому предпочтительному варианту осуществления, и что изменения структуры механизма вытеснения текучей среды 900 могут быть осуществлены без отхода от объема и сущности настоящего изобретения. Возможные альтернативные компоновки механизма вытеснения текучей среды 900 включают в себя использование нескольких двигателей, для того чтобы один двигатель управлял одним или несколькими конкретными движениями, использование нескольких плунжеров для вытеснения одним плунжером одного или нескольких реагентов 504, 506, использование плунжеров для непосредственного вытеснения реагентов 504, 506 вместо использования воздуха в качестве посредника, или использование альтернативного средства вытеснения реагентов 504, 506, такого как сжимаемая мембрана или блистерная упаковка.
[0106] Если рассмотреть фиг. 11, на ней показана функциональная схематическая блок-схема 1100 аппаратного обеспечения электрических/электронных и других соответствующих компонентов предпочтительного варианта осуществления тестирующего устройства 100. Работой тестирующего устройства 100 управляет микропроцессор 1102. В предпочтительном варианте осуществления микропроцессор 1102 представляет собой процессор приложения, такой как процессор FREESCALE SEMICONDUCTOR, номер модели MCIMX255AJM4A, который оснащен ядром ARM926EJ-S с частотой процессора вплоть до 400 МГц. Еще более предпочтительно, микропроцессор 1102 включает в себя интегрированный контроллер Ethernet 10/100 и физический уровень (PHY) 1108B универсальной последовательной шины (USB). Микропроцессор 1102 обеспечивает определяемые пользователем штыри или порты ввода/вывода (I/O) общего назначения для подключения дополнительных периферийных устройств (не показаны), как описано ниже. Ядро микропроцессора 1102 работает в диапазоне среднего напряжения питания 1,34 В - 1,45 В от системы 1126 подачи питания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что микропроцессор 1102 можно заменить на один или несколько микропроцессоров или других устройств управления, таких как FPGA или ASIC, имеющих иные и/или дополнительные особенности и функции, без отхода от объема настоящего изобретения.
[0107] Встроенный порт 112b USB и USB PHY 1108B, интегрированный в микропроцессор 1102, используют для обеспечения коммуникационного порта 112b USB, который позволяет тестирующему устройству 100 связываться или принимать сообщения от других устройств USB (не показаны). Тестирующее устройство 100 использует клиентский протокол USB, который позволяет порту 112b USB служить в качестве клиента других устройств USB (не показаны). Внешнее соединение может быть использовано для извлечения и установки обновленного программного обеспечения, передачи тестовых записей на удаленные устройства (не показаны), загрузки тестовой информаций и выгрузки результатов теста на главный компьютер или тому подобного. Аналогичным образом при желании можно использовать другие схемы взаимодействия с устройствами.
[0108] Тестирующее устройство 100 дополнительно включает в себя флеш-память, доступную только для чтения (ROM) 1104, динамическую память с произвольным доступом (RAM) 1106 и интерфейс 1108A PHY Ethernet, причем все они имеют доступ к микропроцессору 1102 и доступны ему посредством отдельных параллельных шин 1110 способом, хорошо известным в данной области техники. В предпочтительном варианте осуществления присутствует по меньшей мере шестьдесят четыре мегабайта (64 MB) ROM 1104 и по меньшей мере шестнадцать мегабайт (16 MB) SDRAM 1106. RAM 1106 представляет собой интегральную схему MICRON модели MT48LC8M16A2P-7E:G, организованную как 2Mb×16 I/O×4 банка. RAM 1106 поддерживает программное обеспечение, выполняющееся в микропроцессоре 1102. ROM 1104, предпочтительно, представляет собой интегральную схему флеш-памяти NAND SAMSUNG модели K9F1208U0C-PIB00. ROM 1104 представляет собой постоянную память, которая отвечает за сохранение всего программного обеспечения системы и всех записей тестов, проведенных тестирующим устройством 100. Соответственно, ROM 1104 сохраняет данные, сохраненные в ней, даже когда отключено питание тестирующего устройства 100. ROM 1104 может быть перезаписана посредством способа, хорошо известного специалистам в данной области техники, что облегчает обновление системного программного обеспечения тестирующего устройства 100, выполняемого микропроцессором 1102, без необходимости добавлять или заменять какие-либо компоненты 1104, 1106 памяти тестирующего устройства 100. Альтернативно при желании можно использовать различные модели в качестве ROM 1104 и/или RAM 1106 от тех же или других производителей.
[0109] Микропроцессор 1102 дополнительно имеет встроенный интерфейс для порта расширения и карт-ридера 1112 для карт памяти Secure Digital. Порт расширения 1112 для карт SD расположен в тестирующем устройстве 100 для обеспечения дополнительной функциональности в будущих итерациях тестирующего устройства 100 посредством введения карты памяти SD (не показана), несущей сохраненную на ней дополнительную функциональность.
[0110] Интерфейс 1108A PHY Ethernet представляет собой интегральную схему модели DP83640TVV от NATIONAL SEMICONDUCTOR и обеспечивает соединение 100 MB в секунду с локальной сетью (LAN), компьютером (не показан) или другим внешним устройством (не показано). Интерфейс 1108A PHY Ethernet осуществляет связь между присоединенным внешним устройством (не показано) и микропроцессором 1102 через отдельную параллельную шину 1110C.
[0111] Тестирующее устройство 100, для того чтобы правильно функционировать, требует, чтобы подавалось несколько регулируемых напряжений. Различные напряжения обеспечиваются многоканальной интегральной схемой управления питанием (PMIC) 1116. PMIC 1116 удовлетворяет потребности в управлении питанием вплоть до восьми (8) независимых выходных напряжений с помощью одного входного источника питания. В настоящем варианте осуществления PMIC 1116 представляет собой FREESCALE MC34704 IC, но альтернативно можно использовать другие схемы управления питанием. PMIC 1116 обеспечивает выходы режима ненагружения, которые всегда активно подают питание на часы реального времени в микропроцессоре 1102 и схему контроля батарей (не показана).
[0112] Микропроцессор 1102 управляет своей системой 1126 подачи питания и входит в спящий режим всякий раз, когда тестирующее устройство 100 не используется в течение заданного периода времени (например, 10 минут). В это время большинство внутренних функций микропроцессора 1102 остановлены, чем сберегают батареи 116. Однако, часы реального времени (не показаны) продолжают работать для сохранения правильной даты и времени суток для тестирующего устройства 100. Кроме того, один или несколько датчиков, таких как часть сенсорного экрана в LCD 110, предпочтительно, поддерживается в активном состоянии, так что спящий режим может быть остановлен, например, при обнаружении нажатия пользователем любой части сенсорного экрана или открывания шарнирной крышки 104 нажатием привода 106.
[0113] В случае, когда пропадает все электропитание системы 1126 подачи питания тестирующего устройства 100, как, например, когда заменяют батареи 116, резервная батарея (не показана), подсоединенная к микропроцессору 1102, поддерживает минимальное питание, необходимое для питания часов реального времени, так что тестирующее устройство 100 может поддерживать правильные дату и время. Способность микропроцессора 1102 писать на флеш-ROM 1104 подавляется всякий раз, когда питание тестирующего устройства 100 выключается или восстанавливается, до тех пор, пока система 1126 подачи питания и микропроцессор 1102 не стабилизируются, для того чтобы предотвратить случайное изменение содержимого флеш-ROM 1102 во время включения и выключения питания.
[0114] Первый порт микропроцессора 1102 используется для подключения микропроцессора 1102 к схеме 210 RFID-связи через интерфейс 1118 датчика/RFID-платы и к светочувствительной схеме 1200 (фиг. 12) для приема от них данных. Второй порт микропроцессора 1102 используется для подключения микропроцессора 1102 к периферийным устройствам (не показаны) через периферийный интерфейс 1120 обеспечения эксперимента. Светочувствительная схема 1200 будет описана ниже более подробно со ссылкой на фиг. 12.
[0115] Светочувствительная схема 1200 способна детектировать множество диапазонов и типов считывания, что необходимо для проведения различных типов тестов, выполняемых тестирующим устройством 100. Светочувствительная схема 1200 включает в себя вторичный микропроцессор 1202, быстрый счетчик импульсов 1204, один или несколько аналоговых усилителей и фильтров 1206, фотоумножительную трубку (PTM) 206 и высоковольтный источник 218 питания PTM. PTM 206 детектирует световые сигналы от сборки 300 тестового картриджа на активной поверхности и выдает импульсы тока на светочувствительную схему 1200. В предпочтительном варианте осуществления, когда реагент 504 смешан с образцом 414, PTM 206 начинает анализировать сигнатуру света для фотонов, которые не связаны с нормальным излучением, излучением фотонов от корпуса 401 основания тестового картриджа 400 и другим механическим шумом от тестирующего устройства 100. Выходные импульсы тока преобразуются светочувствительной схемой 1200 и ретранслируются вторичным микропроцессором 1202 в цифровой формат, который передается на главный микропроцессор 1102 для анализа.
[0116] Диапазон спектрального отклика PTM 206 простирается от ультрафиолетового диапазона до диапазона видимого света (230 нм - 700 нм) с пиковым откликом при 350 нм и фоточувствительностью с временем отклика, равным 0,57 нс. В настоящем варианте осуществления PTM 206 представляет собой модель R9880U-110, и высоковольтный источник 218 питания представляет собой модель C10940-53, обе производства HAMAMATSU PHOTONICS. Вторичный микропроцессор 1202 представляет собой, предпочтительно, процессор TEXAS INSTRUMENTS модели MSP430F2013IPW.
[0117] Вторичный микропроцессор 1202 обеспечивает согласованный интерфейс для передачи данных на главный микропроцессор 1102. Соответственно, пока желательно включать вторичный микропроцессор 1202 в тестирующее устройство 100 в светочувствительной схеме 1200, для того чтобы в будущем обеспечивать гибкость и легкость реализации дополнительных или альтернативных датчиков 206 или увеличение масштаба светочувствительной схемы 1200 для включения нескольких детекторов, вторичный микропроцессор 1202 является необязательным. То есть, функциональность вторичного микропроцессора 1202 может, альтернативно, выполняться микропроцессором 1102. В таком случае датчик 206 может быть непосредственно соединен с последовательным портом на микропроцессоре 1102.
[0118] PTM 206 являются чувствительными к источникам помех, таким как изменения температуры, электрические поля, магнитные поля и электромагнитные поля. Таким образом, площадь чувствительной поверхности PTM 206 зависит от выхода нежелательных сигналов или фонового шума из-за этих и других источников помех. В предпочтительном варианте осуществления диаметр чувствительной поверхности PTM 206 ограничен 8 мм, для того чтобы ограничить образование сигналов фонового шума и повысить отношение сигнал-шум (SNR) на выходе светочувствительной схемы 1200. Специалистам в данной области техники будет понятно, что, альтернативно, можно использовать другие PTM 206 и высоковольтные источники 218 питания.
[0119] Если вернуться к фиг. 11, LCD 110 управляется контроллером LCD, интегрированным в микропроцессор 1102, который создает требуемый формат сигнала на LCD 110. Соответственно, LCD 110 соединен с портами ввода/вывода общего назначения микропроцессора 1102 посредством интерфейса 1122 дисплея/сенсорной панели. LCD 110, предпочтительно, включает в себя встроенную схему управления (не показана), которая взаимодействует с портами ввода/вывода микропроцессора 1102 с помощью стандартных информационных и управляющих сигналов. Сенсорный экран LCD 110 использует четырехпроводное соединение для связи с микропроцессором 1102. С микропроцессором 1102 может быть соединен динамик 1124 для выдачи пользователю слышимых звуков, таких как предупреждения и сообщения об ошибках и тому подобное.
[0120] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные электрические/электронные компоненты, показанные на фиг. 11 и 12, представляют собой только иллюстрацию электрических/электронных компонентов предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Любые показанные компоненты могут быть заменены другими компонентами, или к ним могут быть добавлены другие компоненты без отхода от объема настоящего изобретения. Другими словами, настоящее изобретение не ограничено точной структурой и функционированием электрических/электронных и связанных с ними компонентов, показанных на фиг. 11 и 12.
[0121] Если рассмотреть фиг. 16, на ней показана схема последовательности стадий, в которых используется сборка 300 тестового картриджа вместе с тестирующим устройством 100 для проведение теста в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. До начала теста изготавливают резервуарную карту 500, предпочтительно не в условиях теста. Генно-инженерные B-клетки выращивают на этапе 1610. Выращенные клетки нагружают коэлентеразином на этапе 1612, и избыток коэлентеразина удаляют на стадии 1614. Клеточный стабилизатор, такой как плюроник F68, добавляют на стадии 1616, и криоконсервант, такой как диметилсульфоксид (ДМСО), добавляют на стадии 1618 для завершения создания биодатчика (то есть реагента 504). Клетки загружают в резервуарные карты 500 на этапе 1620. На этапе 1622 образец для положительного контроля (то есть, реагент 506), такой как анти-IgM или дигитонин, загружают в резервуарные карты 500. Затем резервуарные карты 500 замораживают, хранят и/или распределяют по местам тестирования на этапе 1624. Предпочтительно, карты замораживают и хранят при температуре ниже приблизительно минус сорока градусов Цельсия (-40°C).
[0122] Когда карты распределены, перед началом теста на этапе 1626 пользователю может потребоваться подготовить резервуарную карту 500 выбранного типа теста посредством размораживания резервуарной карты 500 и реагентов 504, 506, содержащихся внутри, с применением предусмотренной процедуры размораживания. Предпочтительно, процедура размораживания предусмотрена, когда она требуется для типа теста конкретной резервуарной карты 500. На этапе 1628 пользователь выбирает (подготавливает) резервуарную карту 500 желаемого типа теста и устанавливает резервуарную карту 500 в основание тестового картриджа 400 до тех пор, пока постоянные прикрепляющие элементы 502 на корпусе 501 резервуарной карты 500 не войдут в зацепление с удерживающими элементами в корпусе 401 основания тестового картриджа 400. В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления слышимая (то есть, щелчок) и/или тактильная обратная связь очевидна пользователю, благодаря постоянным прикрепляющим элементам 502 на резервуарной карте 500, зацепляющимся за удерживающие элементы на корпусе 401 основания тестового картриджа 400.
[0123] На этапе 1630 пользователь необязательно подготавливает образец 414 посредством, например, фрагментации всех инфекционных агентов, присутствующих в образце 414, с помощью разрушения ультразвуком, градиента давления и/или энзимной обработки или тому подобного. Можно использовать несколько методов, включая: (i) энзим, такой как липаза, для высвобождения O-антигенов из клеточной поверхности (часть ЛПС); (ii) разрушение ультразвуком для фрагментации клеток; (iii) френч-пресс или его эквивалент для фрагментации клеток; или (iv) химическую обработку для высвобождения ЛПС из клеток. На этапе 1632 пользователь использует инструмент для помещения образца для прокалывания перфорированной пленки 410 на основании тестового картриджа 400 над реакционной камерой 404 и помещения очень малого количества (например, тридцать микролитров) образца 414 суспендированного инфекционного агента непосредственно в реакционную камеру 404 в основании тестового картриджа 400. Затем пользователь убирает инструмент для помещения образца и закрывает интегрированную шарнирную крышку 408 основания тестового картриджа 400, убеждаясь, что удерживающие элементы 408a и 408b входят в зацепление с гнездами 420a и 420b на корпусе 401 основания тестового картриджа 400. Шарнирная крышка 408 основания тестового картриджа 400 удерживается в закрытом положении, и сжимаемая прокладка 418 на верхней поверхности основания тестового картриджа 400 зацепляется с крышкой 408, образуя непроницаемое для текучей среды уплотнение. В это время реагенты 504, 506, содержащиеся внутри резервуарной карты 500, должны быть полностью разморожены, для того чтобы проводить оставшуюся часть теста. Альтернативно, пользователь может устанавливать резервуарную карту 500 в сборку в основание тестового картриджа 400 после помещения образца 414 в реакционную камеру 404 или до того, как реагенты 504, 506 будут разморожены. Кроме того, образец 414 можно помещать в реакционную камеру 404 после того, как сборка 300 тестового картриджа вставлена в тестирующее устройство 100.
[0124] Если рассмотреть фиг. 1C и 3C, дно сборки 300 тестового картриджа разработано так, чтобы быть помещенным в углубление 152 для картриджа так, чтобы линза 412 реакционной камеры 404 была выровнена с датчиком 206. Сборке 300 тестового картриджа и углублению 152 для картриджа, предпочтительно, придана такая форма, чтобы сборку 300 тестового картриджа нельзя было полностью вставить в неправильной ориентации, и/или шарнирная крышка 104 тестирующего устройства 100 не способна закрываться, если сборку 300 тестового картриджа вводят в предназначенную для анализа часть 200 в неправильной ориентации.
[0125] Когда пользователь вставляет сборку 300 тестового картриджа в углубление 152 для картриджа правильным образом, физический процесс начинает цепную реакцию физических и электронных процессов в тестирующем устройстве 100 для проведения желаемого теста на образце 414 на этапе 1634 и, если необходимо, положительного контрольного теста на стадии 1636. Пользователь закрывает шарнирную крышку 104 тестирующего устройства 100, которая механически защелкивается в закрытом положении. Тестирующее устройство 100 способно к детектированию, когда шарнирная крышка 104 закрыта, и посылает сигнал на микропроцессор 1102, который активизирует схему 210 RFID-связи для передачи данных с помощью схемы 210 RFID-связи на RFID-метку 508 и от нее.
[0126] В это время RFID-метку 508, расположенную внутри тестовой резервуарной карты 500, помещают на путь в схеме 210 RFID-связи внутри предназначенной для анализа части 200. В настоящем варианте осуществления RFID-метка 508 представляет собой RI-I16-114A-S1 от Texas Instruments, которая работает на 13,56 МГц и содержит 256 бит пользовательской памяти для функциональных возможностей чтения/записи. Тестирующее устройство 100 считывает подробную информацию для проводимого теста из RFID-метки 508 сборки 300 тестового картриджа посредством RFID. Информация, которая может быть передана на RFID-метки 508 и от них, содержит происхождение тестируемой партии или образца, конкретный тест, который должен быть проведен, информацию, касающуюся идентичности конкретного тестового картриджа, а также другую информацию. Тестирующее устройство 100 также записывает значение на RFID-метку 508 тестового картриджа, которое означает, что сборка 300 тестового картриджа использовалась для проведения теста. Запись RFID-метки 508 предотвращает повторное использование сборки 300 тестового картриджа в том же самом или любом другом совместимом тестирующем устройстве 100 в будущем. Если рассмотреть фиг. 13A и 13B, тестирующее устройство 100 предлагает пользователю подтвердить тип теста и начать тест с помощью пользовательского интерфейса 1400 (фиг. 14), отображаемого на LCD 110, который далее будет описан более подробно.
[0127] Если рассмотреть фиг. 2 и 9, когда пользователь выбирает начало теста, микропроцессор 1102 посылает сигнал для приведения в действие двигателя 226, который заставляет поршень 224 и шток 224A поршня двигаться вперед, для зацепления с механизмом 900 вытеснения текучей среды и завершения введения первого реагента 504 в реакционную камеру 404 описанным выше образом. Шток 224A поршня также, предпочтительно, играет роль замка шарнирной крышки 104. Поэтому, после того, как поршень 224 начинает двигаться под действием силы двигателя 226 в начале теста, шток 224A поршня сдвигается под привод 106. Когда шток 224A поршня расположен под приводом 106, механическое взаимодействие между ними препятствует нажатию пользователем привода 106 и открыванию крышки 104, что служит мерой предосторожности от ошибки пользователя во время проведения теста. Шток 224A поршня остается под приводом до тех пор, пока тест не закончится, и поршень 224 не будет полностью втянут. Одновременно с завершением первой стадии работы механизма 900 вытеснения текучей среды, шток 224A поршня сдвигает скользящую заслонку 236 в ее второе положение, которое открывает поверхность датчика 206 для света, испускаемого из реакционной камеры 404 сборки 300 тестового картриджа, с помощью отверстия в 238 скользящей заслонке.
[0128] Поскольку реакционный процесс, предпочтительно, начинается, как только механизм 900 вытеснения текучей среды внутри сборки 300 тестового картриджа завершает введение первого реагента 504 в реакционную камеру 404, светочувствительная схема 1200 в это время также активируется для детектирования любого светового излучения, которое может иметь место даже до того, как пользователь производит ввод соответствующих данных, как будет описано ниже более подробно. Если светочувствительная схема 1200 детектирует соответствующий световой сигнал, микропроцессор 1102 сохраняет и положительный результат и сообщает о нем, светочувствительная схема 1200 выключается, и двигатель 226 движется так, чтобы втянуть поршень 224 в его начальное положение.
[0129] Плунжер 424 тестируемой сборки 300 тестового картриджа остается в своем конечном положении даже после того, как втянут поршень 224. Затем пользователь может открыть шарнирную крышку 104 посредством нажатия на привод 106 и удалить использованную сборку 300 тестового картриджа для надлежащей утилизации. Тестируемый образец 414 и реагенты 504, 506 герметично заключены внутри сборки 300 тестового картриджа. Пользователь также может подтверждать результат теста в пользовательском интерфейсе (фиг. 15), отображаемом на LCD тестирующего устройства 100. Альтернативно, если заранее определенный промежуток времени (например, 60-120 секунд) истекает во время первоначального теста, и светочувствительная схема 1200 не детектирует соответствующего светового сигнала, двигатель 226, предпочтительно, движется так, чтобы вызывать перемещение поршня 224 дальше в механизм вытеснения текучей среды 900 до завершения введения второго реагента 506 в реакционную камеру 404 для проведения второго теста, как описано выше.
[0130] Если светочувствительная схема 1200 не детектирует соответствующий световой сигнал в результате второго теста, микропроцессор 1102 сохраняет и передает сообщение об ошибке. Однако, если в результате второго теста светочувствительной схемой 1200 детектируется соответствующий световой сигнал, микропроцессор 1102 сохраняет и передает отрицательный результат. В это время светочувствительная схема 1200 выключается, и двигатель 226 движется так, чтобы втянуть поршень 224 в его начальное положение. Затем пользователь может удалить использованную сборку 300 тестового картриджа для надлежащей утилизации. В это время тестирующее устройство 100 возвращается в исходное состояние и готово к приему другой сборки 300 тестового картриджа. Последующее тестирование может быть проведено таким же образом (с применением сборки 300 нового тестового картриджа), как описано выше.
[0131] Как уже обсуждалось, тестирующее устройство 100 обладает способностью проводить множество различных тестов в реальном времени (или почти в реальном времени) с применением одной одноразовой сборки 300 тестового картриджа, содержащей резервуарную карту 500, которая специально разработана для проведения конкретного теста. Каждая резервуарная карта 500 содержит предопределенную смесь реагентов 504, 506 для проведения конкретного теста. RFID-метка 508 внутри резервуарной карты 500, а также маркировка резервуарной карты (не показана) идентифицирует конкретный тест, который должна выполнить резервуарная карта 500, а также соответствующие управляющие параметры для конкретного теста. Таким образом, тестирующее устройство 100 выполнено с возможностью автоматической настройки с помощью программного обеспечения для выполнения различных тестов.
[0132] Примером первого реагента 504 является реагент биодатчика, который включает в себя человеческий генно-инженерный B-лимфоцит для экспрессии биолюминесцентного белка и по меньшей мере одного мембранно-связанного антитела, специфичного к предопределенному инфекционному агенту. Что касается биодатчиков, системы основанных на клетках биодатчиков (CBB), которые содержат целые клетки или клеточные компоненты, отвечают таким образом, который может дать понимание физиологического воздействия определяемого при анализе вещества. Как понятно специалистам в данной области техники, методики анализа на основе клетки (CBA) оказываются надежными и перспективными подходами к детектированию присутствия патогенов в клинических, относящихся к окружающей среде или пищевых образцах, поскольку известно, что живые клетки являются чрезвычайно чувствительными к модуляциям или нарушениям "нормального" физиологического микроокружения. Поэтому системы CBB используют для скрининга и контроля "внешних" агентов или агентов окружающей среды, способных вызывать нарушения в живых клетках (смотри, например, Banerjee et al., Mammalian cell-based sensor system, Adv. Biochem. Eng. Biotechnology, 117:21-55 (2010), которая включена в настоящее описание посредством ссылки).
[0133] По сравнению с традиционными способами детектирования (например, иммунологическими анализами и молекулярными методиками анализа, такими как ПЦР), биодатчик обеспечивает несколько преимуществ, включая
(i) скорость, то есть детектирование и анализ занимают от нескольких секунд до менее чем 10 минут;
(ii) повышенную функциональность, что чрезвычайно важно для регистрации активных компонентов, таких как живые патогены или активные токсины, и
(iii) простоту масштабирования для осуществления высокопроизводительного скрининга.
[0134] С определенными вариантами осуществления настоящего изобретения используется основанная на экворине система биодатчика. Экворин представляет собой связывающий кальций фотопротеин размером 21 кДа, выделенный из светящейся медузы Aequorea victoria. Экворин ковалентно связан с гидрофобной простетической группой (коэлентеразином). После связывания кальция (Ca2+) и коэлентеразина экворин подвергается необратимой реакции и испускает синий свет (предпочтительно, 469 нм). Относительная скорость расхода экворина в физиологическом диапазоне pCa пропорциональна [Ca2+]. О применении индикатора экворин-Ca2+ для детектирования загрязнения E. coli в пищевых продуктах сообщалось в 2003 г. (смотри, Rider et al. A B cell-based sensor for rapid identification of pathogens, Science, 301(5630):213-5 (2003), которая включена в настоящее описание посредством ссылки). У Райдера (Rider) генно-инженерные B-лимфоциты использовались для экспрессии антител, которые распознают определенные бактерии и вирусы. B-лимфоциты также использовались для экспрессии экворина, который испускает свет в ответ на поток кальция, запускаемый связыванием родственной мишени с поверхностным рецептором антитела. Получаемая клетка-биодатчик испускает свет в течение минут в присутствии целевых микроорганизмов. Для создания таких клеток-биодатчиков тяжелые и легкие цепи антител с вариабельными областями клонировали и подвергали экспрессии в клеточной линии B-лимфоцитов. Полученные иммуноглобулины становятся частью поверхностного комплекса B-клеточного рецептора, который включает в себя иммуноглобулин α (Igα или CD79a) с дополнительными молекулами и иммуноглобулин β (Igβ или CD79b). Когда комплекс перекрестно связан и кластеризован поливалентными антигенами, такими как микробы, ряд сигнальных событий быстро приводит к изменениям внутриклеточной концентрации ионов кальция, что затем вынуждает экворин испускать свет. Упомянутый механизм по существу лишает B-клетки присущей им способности специфически распознавать антиген, присутствующий в E. Coli, с помощью B-клеточного мембранного антитела IgG, и упомянутое связывание запускает кратковременный приток Ca2+ в цитозоль, связывающий генно-инженерные протеины экворина, в данной B-клетке, и затем испускает синий свет. Смотри Relman, Shedding light on microbial detection, N England J Med, 349(22):2162-3 (2003), которая включена в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте.
[0135] Для описанного тестирования важен выбор соответствующей B-клетки. Поэтому любая предполагаемая клеточная линия должна быть исследована, для того чтобы подтвердить, что B-клеточный рецепторный сигнальный путь полностью функционален. Отдельные клоны B-клеток, несущие ген экворина, следует исследовать, для того чтобы идентифицировать конкретный клон с высокой эквориновой активностью, поскольку возможны значительные изменения от одного клона к другому (смотри в общем Calpe et al., ZAP-70 enhances migration of malignant B lymphocytes toward CCL21 by inducing CCR7 expression via IgM-ERK1/2 activation, Blood, 118(16):4401-10 (2011), и Cragg et al., Analysis of the interaction of monoclonal antibodies with surface IgM on neoplastic B-cells, Br J Cancer, 79(5/6):850-857 (1999), которые включены в настоящее описание посредством ссылки во всей полноте).
[0136] B-клетка с высокой экспрессией экворина важна при использовании данной системы детектирования для достижения высоких уровней чувствительности. В примере варианта осуществления рецепторный ответ для биодатчика верифицировали с применением линии человеческих B-клеток Ramos. Вначале клетки Ramos трансфицировали геном экворина, и затем трансфицированные клетки отбирали по экспрессии экворина в течение двух недель. После этого смешанные клетки Ramos заправляли коэлентеразином (CTZ) и стимулировали с помощью анти-IgM антитела. Сигнал электрической световой вспышки регистрировали с помощью люминометра.
[0137] Как показано на фиг. 17, стимуляция с помощью анти-IgM вызывает ожидаемые значительные и продолжительные вспышки (от 45 до 65 секунд). На фиг. 17 ось Y представляет количество световых вспышек, а ось X представляет время реакции в секундах. На тридцатой (30) секунде раствор анти-IgM инжектируют в раствор клеток Ramos-экворин. Первый импульс (с 30 по 37 секунды) представляет собой шумовой сигнал, а второй большего размера и более продолжительный пик представляет собой биологический ответ на стимуляцию анти-IgM. Для повышения общего отношения сигнал/шум из заправленного CTZ раствора клеток Ramos-экворин удаляют CTZ. Удаление CTZ из клеточного раствора уменьшает шумовой сигнал от приблизительно ста пятидесяти (150) до приблизительно пятидесяти (50) без значительного влияния на величину сигнала истинного пика.
2
[0138] В соответствии с настоящим изобретением пример протокола для обработки клеток и светового тестирования включает в себя: (i) культивирование клеток Ramos-экворин с помощью обычной культуральной среды и поддержание этих клеток здоровыми (то есть, с жизнеспособностью >98%); (ii) заправку клеток Ramos-экворин с помощью CTZ до конечной концентрации, равной 2 мкМ, причем плотность клеток составляет 1-2 миллиона на миллилитр; (iii) заправку клеток при 370єC с помощью 5% CO в инкубаторе в течение по меньшей мере 3 часов; (iv) удаление среды заправки, содержащей CTZ; (v) тестирование световой вспышки посредством отбора 200 мкл раствора клеток и 30 мкл стимуляторов (анти-IgM) и считывания с помощью люминометра; и (vi) подтверждение функциональности CTZ и экворина посредством добавления 30-40 мкл дигитонина (770 мкМ).
[0139] Тестирующее устройство 100, предпочтительно, управляется операционной системой, выполняемой микропроцессором 1102. В настоящем варианте осуществления операционная система, предпочтительно, представляет собой специально созданное и запрограммированное приложение, работающее в среде Linux. Операционная система обеспечивает функциональность ввода/вывода и функции управления питанием, как описано. Специализированное приложение включает в себя простой основанный на меню пользовательский интерфейс, как показано на фиг. 14 и 15; параметрически управляемые функции для управления и анализа тестов, проводимых тестирующим устройством 100; и файловую систему для хранения протоколов и результатов тестов. Сохраненные результаты тестов могут быть извлечены из памяти, отображены или напечатаны. Программное обеспечение предоставляет возможность добавлять протоколы для новых тестов посредством загрузки файлов или тому подобного.
[0140] Пользовательский интерфейс 1400 с фиг. 14 является, предпочтительно, управляемым с помощью меню с рядом пунктов, выбираемых пользователем, использующим меню, которые предоставляются на LCD 110 с сенсорным экраном. Предпочтительно, пользовательский интерфейс 1400 предоставляет ряд вариантов, которые делают возможной навигацию до каждого конкретного теста и через него до его завершения. В настоящем варианте осуществления пользовательский интерфейс 1400 позволяет пользователю возвращаться к предыдущему экрану с помощью кнопки назад, предоставляемой на LCD и сенсорном экране. Однако, использование кнопки назад во время тестирования запрещено до тех пор, пока тест не будет отменен или прерван. Выбранное действие может проходить через ряд этапов, причем каждый этап указывается новой подсказкой для пользователя.
[0141] Фиг. 13A и 13B представляют собой технологическую схему, показывающую основную последовательность действий предпочтительного варианта осуществления компьютерного программного обеспечения, используемого тестирующим устройством 100. Специалистам в данной области техники будет понятно, что программное обеспечение может функционировать немного или полностью отличающимся от показанного на фиг. 13A и 13B образом, который включен только для иллюстрации рассматриваемого предпочтительного способа функционирования программного обеспечения.
[0142] Способ начинается на этапе 1300, на котором пользователю представлен экран-заставка на дисплее 110, в то время как приложение завершает загрузку на тестирующее устройство 100. На этапе 1302 и 1304 пользователю предлагается ввести имя пользователя и пароль. Тестирующее устройство 100 проверяет, что введенные имя пользователя и пароль действительны, и переходит к базовому экрану 1400 (фиг. 14) на стадии 1306. Идентификатор пользователя (например, пятизначный код), однозначно идентифицирующий пользователя, выполняющего тест, предпочтительно, хранится тестирующим устройством 100 как часть записи теста.
[0143] Пользователь выбирает одно или несколько действий и/или функций тестирующего устройства 100, которые должны быть выполнены, на базовом экране 1400, включая проведение теста (стадия 1308) посредством вставки сборки 300 тестового картриджа, просмотр записанных результатов (этап 1310) посредством нажатия кнопки 1402 журнала тестов или конфигурирование настроек (этап 1312), таких как часовой пояс (этап 1330) или язык (этап 1332), посредством нажатия кнопки 1404. Предпочтительно, пользователь выбирает желаемое действие с применением LCD 110 с сенсорным экраном тестирующего устройства 100.
[0144] Если пользователь вставляет сборку 300 тестового картриджа в тестирующее устройство 100 и закрывает шарнирную крышку 104, схема 210 RFID-связи активируется после того, как шарнирная крышка 104 закрыта, и RFID-метка 508 или другое средство идентификации на установленной сборке 300 тестового картриджа идентифицирует тип теста, который должно проводить тестирующее устройство 100.
[0145] Предпочтительно, каждая RFID-метка 508 хранит строку знаков, которая кодирует конкретный тип теста для сборки 300 тестового картриджа, срок годности для каждой сборки 300 тестового картриджа, серийный номер сборки 300 тестового картриджа, который может включать в себя номер партии раствора для тестирования, использовалась ли конкретная сборка 300 тестового картриджа ранее для теста в тестирующем устройстве 100, а также другую информацию, относящуюся к конкретной сборке 300 тестового картриджа. Взятая вместе, информация, представленная в строке знаков RFID, однозначно идентифицирует каждую сборку 300 тестового картриджа. Информация о сборке 300 тестового картриджа вводится в тестирующее устройство 100, когда сборка 300 тестового картриджа вставляется в углубление 152 для картриджа в предназначенной для анализа части 200, и закрывают шарнирную крышку 104. Процесс проверяет, подтверждают ли отсканированные данные RFID-метки 508 тестового картриджа, что данный тестовый картридж не использовался ранее. Данные RFID-метки 508, отсканированные из тестового картриджа, принимаются как верные, если схема 210 RFID-связи не детектирует ошибок RFID-передачи во время сканирования и формат данных RFID-метки 508 является верным. После определения, что шарнирная дверца 104 закрыта, и что данные, считанные из RFID-метки 508, верны, автоматически выбирается вариант этапа 1308 проведения теста, и пользователю предлагается подтвердить, что тестирующее устройство 100 должно провести тест.
[0146] Когда начинается тест, пользователь начинает вводить требуемые данные. Пользователю предлагается ввести специальный числовой код образца 414 на LCD 110 с сенсорным экраном на этапе 1314, на котором пользователю предлагается ввести тип "образец/местоположение". В предпочтительном варианте осуществления числовой код образца 414 содержит пятизначное число, которое относится к партии или окружающей среде образца 414. Если пользователь выбирает "образец", на этапе 1316 пользователю предлагается ввести с помощью LCD 110 с сенсорным экраном номер партии. Если пользователь выбирает "местоположение", на этапе 1318 пользователю предлагается ввести местоположение с помощью LCD 110 с сенсорным экраном.
[0147] После получения специфичного для образца кода информацию, полученную из RFID-метки 508 сборки 300 тестового картриджа, и полученный пользовательский ввод данных сравнивают со всеми сохраненными записями тестов, также как и данные, полученные из RFID-метки 508, означающие, использовалась ли ранее в тесте данная сборка 300 тестового картриджа, и сборка 300 тестового картриджа отвергается, если конкретная сборка 300 тестового картриджа использовалась в тесте ранее.
[0148] Информацию, считанную из RFID-метки 508, также используют для идентификации конкретного проводимого тестирующим устройством 100 теста и для выбора соответствующих протоколов теста. Выбираемые протоколы включают временной режим теста, требования к считыванию света из светочувствительной схемы 1200 и тому подобное для конкретного проводимого теста. Параметры из управляющей таблицы теста, сохраненные в ROM 1104, уточняют, как должны осуществляться получение и анализ данных на каждом этапе теста, включая изменение программ программного обеспечения, где необходимо. Таким образом, новые или измененные параметры теста могут быть установлены путем загрузки новых управляющих таблиц теста и, если необходимо, поддерживающих модулей программного обеспечения без изменения основного системного или прикладного программного обеспечения. Информация из управляющих таблиц теста хранится в ROM 1104 для каждого диагностического теста, который потенциально может быть проведен с применением тестирующего устройства 100. В альтернативных вариантах осуществления дополнительная информация, относящаяся к тестируемым образцам 414, может также быть включена в процесс запуска теста тестирующего устройства 100. Такая дополнительная информация может включать в себя требования по обработке, карантинные требования и другие аномальные характеристики тестируемых образцов 414.
[0149] Тестирующее устройство 100 проводит тест образца 414, в то время как пользователь вводит специфичный для образца 414 числовой код, и продолжает проводить тест после того, как пользователь завершает ввод требуемых данных. Тест, предпочтительно, завершается только после того, как пользователь завершает ввод требуемых данных. Применение силы, для того чтобы открыть шарнирную крышку 104, или неспособность завершить ввод данных приводят к неудачному или прерванному тесту. Предпочтительно, пользователи тестирующего устройства 100 понимают, что тестирующее устройство 100 требует, чтобы ввод всех данных был закончен, и что шарнирная крышка 104 должна оставаться закрытой для минимизации количества неудачных или прерванных тестов.
[0150] На этапе 1320 пользователю показывается состояние теста. Тестирующее устройство 100 отображает пользователю информацию о состоянии для подтверждения того, что тест продолжается, до тех пор, пока тест не завершится. Информация о тесте, является ли он ожидаемым, выполняющимся или завершенным, отображается на LCD-экране 110 в фиксированном текстовом формате, который включает в себя идентификационную информацию о сборке 300 тестового картриджа, описанную выше. Элементы записи теста, которые еще не заполнены, или остаются пустыми, или отображаются как "выполняется" до тех пор, пока тест не будет завершен. Предпочтительно, пользователь не может выполнять другие функции на тестирующем устройстве 100 в то время, пока идет тест. Однако, в других вариантах осуществления программное обеспечение может быть изменено так, чтобы позволять пользователю выполнять другие задачи на тестирующем устройстве 100, такие как просмотр журнала тестов, в то время, когда выполняется тест.
[0151] Если во время теста определено, что датчиком 206 детектирован соответствующий световой сигнал, способ переходит к этапу 1322, на котором сообщается о положительном результате, а пользователю предлагается выполнить подтверждение. После выполнения пользователем подтверждения пользователю предлагается заново ввести номер партии/местоположения на этапе 1324. Если номер партии/местоположения совпадает, данные теста записываются, и способ возвращается к базовому экрану этапа 1306. Если на этапе 1320 соответствующий световой сигнал датчиком 206 не детектирован, способ проверяет, детектирован ли соответствующий световой сигнал для отрицательного контрольного теста. Если это так, то сообщается об отрицательном результате, как показано на экране 1500 отрицательного результата с фиг. 15, и пользователю предлагается удалить картридж на этапе 1326. В этой точке не детектируют сигнал RFID и не записывают данные теста, а способ возвращается к базовому экрану этапа 1306.
[0152] Кроме того, тест может быть прерван программным обеспечением на любом этапе, если, например, детектирован отказ датчика 206, двигателя 226 или любого другого аппаратного обеспечения, или если открыта шарнирная крышка 104. Если на этапе 1320 детектирована такая проблема, сообщается об ошибке теста на стадии 1328, и пользователю предлагается удалить использованную сборку 300 тестового картриджа. Когда сборка 300 тестового картриджа удаляется, сигнал RFID не детектируется схемой 210 RFID-связи, данные об ошибке записываются в ROM 1104, и способ возвращается к базовому экрану 1400 этапа 1306. Аналогичным образом тест также может быть отменен пользователем на любой стадии, до того как результаты теста будут выданы и сохранены. Прерванные и отмененные тесты записываются в файл результата теста и сохраняются в флеш-ROM 1104 для предотвращения повторного использования ранее использованной сборки 300 тестового картриджа.
[0153] Результаты тестов сохраняются в флеш-ROM 1104 в текстовой форме, предпочтительно как они отображаются на LCD 110 с сенсорным экраном. Каждая запись теста, предпочтительно, включает в себя всю вышеуказанную информацию о тесте, включая идентификацию тестируемого образца 414, конкретный проводимый тест, дату и время теста, идентификатор пользователя и или стандартный результат, или указание на то, что тест не удался из-за ошибки или был прерван.
[0154] Все результаты тестов или от удачно завершившихся, или от неудачных тестов сохраняются в флеш-ROM 1104. Пользователь может вызывать результаты тестов из флеш-ROM 1104 для отображения на LCD 110 с сенсорным экраном. Предпочтительно, флеш-ROM 1104 достаточно велика для хранения существенного количества записей тестов (например, пять тысяч записей), предпочтительно, соответствующего количеству тестов, которые, как можно ожидать, будут проведены по меньшей мере за неделю тестирования с помощью тестирующего устройства 100. Предполагается, что пользователь не может стирать записи, сохраненные в флеш-ROM 1104 для предотвращения несанкционированного доступа к результатам тестов. Однако, если флеш-ROM 1104 полностью заполнена, тестирующее устройство 100 может автоматически выйти из режима теста и предложить пользователю начать выгрузку данных на удаленно расположенный компьютер (не показан) с помощью интерфейсных портов 112. Когда выгрузка закончена, и записи тестов удалены из флеш-ROM 1104, пользователь снова может проводить тесты с применением тестирующего устройства 100.
[0155] Сохранение заряда батареи является важной задачей, которая решается посредством системного программного обеспечения на двух уровнях. Во-первых, текущий уровень заряда батареи предоставляется пользователю на периодической или непрерывной основе. Программное обеспечение также предоставляет пользователю конкретные указания начать подзарядку батарей 116, когда схема контроля батарей указывает, что уровень заряда батарей 116 упал ниже предопределенного безопасного предела. Кроме того, программное обеспечение исключает инициирование нового теста, когда уровень заряда батареи в батареях 116 является слишком низким для безопасного завершения теста без риска отказа датчика 206 или другой функции программного обеспечения или аппаратного обеспечения, ассоциированной с функцией тестирования тестирующего устройства 100.
[0156] Питание, подаваемое к различным периферийным устройствам, включая схему 210 RFID-связи, светочувствительную схему 1200, LCD 110 с сенсорным экраном и микропроцессор 1102, управляется операционной системой. Таким образом, подача питания может быть селективно отключена, когда функции различных устройств не нужны для текущей операции тестирующего устройства 100. Тестирующее устройство 100 может также полностью быть переведено в состояние "пониженного питания" после приема команды пользователя или по истечении предопределенного периода бездействия тестирующего устройства 100. Состояние пониженного питания отличается от полного отсутствия питания тем, что часы даты/времени продолжают работать, и питание RAM 1106 поддерживается от батарей 116 вместо задействования резервной батареи, которая активируется при полном отсутствии питания от блока батарей.
[0157] Однако, когда происходит понижение энергопотребления, почти вся активность программного обеспечения прекращается, за исключением процессов, необходимых для контроля состояния LCD 110 с сенсорным экраном. Пользователь может "включить" блок посредством прикосновения к LCD 110 с сенсорным экраном. Как упоминалось ранее, при обнаружении восстановления заряда батарей 116 после полной потери питания, программное обеспечение не требует ввода информации о дате и времени, поскольку резервная батарея поддерживает эту минимальную функцию. В настоящем варианте осуществления период времени, установленный для автоматического перехода тестирующего устройства 100 в режим понижения питания в связи с периодом бездействия, зависит от того, какое меню отображается. Периоды задержки, предпочтительно, регулируются с помощью меню настроек этапа 1312.
[0158] Обычным специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть осуществлены изменения и модификации описанных выше вариантов осуществления без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, но предназначено для того, чтобы охватывать все такие модификации в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что альтернативные компоновки сборки 300 тестового картриджа, включая сочетание резервуарной карты 500 и основания тестового картриджа 400 в одной подсборке, хранение некоторых из необходимых реагентов 504, 506 как в основании тестового картриджа 400, так и в резервуарной карте 500, или непосредственное помещение образца в необходимые реагенты 504, 506 для проведения желаемого теста, лежат в пределах объема настоящего раскрытия.