用于处理流体样品的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请于2021年11月19日作为PCT专利国际申请提交，并要求于2020年11月19日提交的美国临时申请第63/115,928号的权益和优先权，该申请在此通过引用并入本文。

背景技术

用于采样的分析技术通常权衡现场分析和测试的便利性与分析灵敏度和准确度。为了获得更高程度的灵敏度和准确度，从其现场位置移除的物理样品被物理地运输到测试实验室用于分析。

以示例的方式，在水体的环境测试中，现场操作人员行进到现场位置以从现场位置取回物理样品。通常需要在诸如沿水体或围绕水域的点之类的多个现场位置处的多个样品。然后，现场操作人员必须将物理样品从现场带回，用于交付给方便的测试实验室。由于运输限制的考虑，可以被交付给测试实验室的物理样品的尺寸实际上可能被限制。类似的限制适用于要采样的其他物体，诸如工艺流体、尾矿点、空气和气体样品等。

在一些情况下，测试结果的质量可能受到与采样过程相关的各种因素的影响。例如，在分析旨在检测要采样的物体内存在的少量分析物(诸如水体或工艺流体中的化学物质之类)的情况下，成功检测分析物的能力可能受到从采样位置取回的样品的物理量的影响。在其他情况下，将样品运回测试实验室的时间可能影响测试特定分析物的能力。

发明内容

在一个方面中，该技术涉及一种用于处理包含第一目标分析物的流体样品的方法，该方法包括：将第一批磁性粒子引入流体管道中，该流体管道包括第一开放端、第二开放端和在第一开放端与第二开放端之间的第一电磁阱，其中磁性粒子包括第一受体以结合流体样品中的第一目标分析物；激活第一电磁阱以在第一电磁阱内捕获和混合磁性粒子；引导流体样品流从第一开放端通过流体管道到第二开放端；以及停用第一电磁阱以从第一电磁阱释放磁性粒子。在示例中，激活第一电磁阱包括将由第一电磁阱接收的电信号从DC电流切换到AC电流。在另一示例中，停用第一电磁阱包括终止发送到第一电磁阱的电信号。在又一示例中，引入第一批磁性粒子和引入流体样品流基本上同时被执行。在再一示例中，引入流体样品流包括使流体样品流过第一开放端与第二开放端之间的第一电磁阱。

在上述方面的另一示例中，该方法还包括：在激活第一电磁阱之后，在基本上同时使流体样品流过第一开放端与第二开放端之间的第一电磁阱时，将第一批磁性粒子捕获在第一电磁阱内。在示例中，由第一电磁阱接收的AC电流在第一电磁阱内混合磁性粒子和流体样品。在另一示例中，流体管道还包括设置在第一电磁阱的上游的第二电磁阱，以及其中将第一批磁性粒子引入流体管道包括将第一批磁性粒子引入流体管道的第一开放端，以及其中该方法还包括：在激活第一电磁阱之后，将第二批磁性粒子引入第一开放端，其中第二批磁性粒子包括第二受体以结合流体样品中的第二目标分析物；以及激活第二电磁阱以在第二电磁阱内捕获第二批磁性粒子。在又一示例中，流体管道还包括设置在第一电磁阱的上游的第二电磁阱、紧邻第一电磁阱上游设置的第一引入通道和紧邻第二电磁阱上游设置的第二引入通道，并且其中该方法还包括：将第一批磁性粒子引入第一引入通道；将第二批磁性粒子引入第二引入通道；以及激活第二电磁阱以在第二电磁阱内捕获第二批磁性粒子。在再一示例中，通过流体管道的流体样品流速大于约1升每分钟。

另一方面，该技术涉及一种用于处理包含目标分析物的流体样品的系统，该系统包括流体管道和第一电磁阱，该流体管道包括第一开放端和第二开放端，其中第一开放端被配置为接收流体样品以及第二开放端被配置为释放流体样品，该第一电磁阱设置在第一开放端和第二开放端之间，其中第一电磁阱包括至少一个电磁体，该至少一个电磁体被配置为接收电信号以在第一电磁阱内产生磁场。在示例中，第一电磁阱包括围绕流体管道设置的多个电磁体。在另一示例中，该系统还包括设置在第一开放端和第一电磁阱之间的第二电磁阱。在又一示例中，该系统还包括第一引入通道，该第一引入通道流体地耦合到流体管道并且紧邻第一电磁阱的上游设置。在再一示例中，该系统还包括第一引入通道和第二引入通道，该第一引入通道流体地耦合到流体管道并且紧邻第一电磁阱的上游设置；该第二引入通道流体地耦合到流体管道并且紧邻第二电磁阱的上游设置。

在上述方面的另一示例中，该系统还包括第一引入通道，该第一引入通道流体地耦合到流体管道并且设置在第一电磁阱和第二电磁阱之间。在示例中，该系统还包括设置在流体管道的第二开放端下游的收集器。在另一示例中，该系统还包括控制器，该控制器可操作地连接到第一电磁阱并且配置成控制发送到该至少一个电磁体的电信号。

在另一方面中，该技术涉及一种用于处理包含目标分析物的流体样品的系统，该系统包括泵、流体管道、第一电磁阱和控制器，该泵包括入口和出口；该流体管道设置在该泵的上游，其中流体管道包括紧邻泵入口的上游设置的第二开放端和第一开放端，其中第一开放端被配置为接收流体样品以及第二开放端被配置为释放流体样品；该第一电磁阱设置在第一开放端和第二开放端之间，其中第一电磁阱包括至少一个电磁体，该至少一个电磁体被配置为接收电信号以在第一电磁阱内产生磁场；该控制器可操作地连接到第一电磁阱和泵，其中控制器被配置为控制发送到该至少一个电磁体的电信号并向泵提供控制信号。在示例中，该系统还包括设置在泵出口的下游的容器。在另一示例中，该系统还包括紧邻第一开放端的上游而连接到流体管道的引入通道。

在另一方面中，该技术涉及一种用于处理包含目标分析物的流体样品的系统，该系统包括流体管道和第一电磁阱，该流体管道包括第一开放端和第二开放端，其中第一开放端被配置为接收流体样品以及第二开放端被配置为释放流体样品；该第一电磁阱设置在第一开放端和第二开放端之间，其中第一电磁阱由第一体积限定并且包括至少一个电磁体，该至少一个电磁体被配置为接收电信号以在第一电磁阱内产生磁场，并且其中流体样品具有大于第一体积的第二体积。在示例中，该系统包括多个磁性粒子，该多个磁性粒子被配置为响应于电信号而在第一电磁阱内混合。

在另一方面中，该技术涉及一种用于处理包含第一目标分析物的流体样品的方法，该方法包括：将第一批磁性粒子引入流体管道中，该流体管道包括第一开放端、第二开放端和在第一开放端与第二开放端之间的第一电磁阱，其中第一电磁阱由第一体积限定，并且其中磁性粒子包括第一受体以结合流体样品中的第一目标分析物；以及引导流体样品流从第一开放端通过流体管道到第二开放端，其中流体样品包括大于第一体积的第二体积。在示例中，该方法还包括激活第一电磁阱以在第一电磁阱内捕获和混合磁性粒子。

附图说明

图1是用于处理流体样品的采样器的示意视图。

图2A-图2C是用于处理流体样品的示例电磁阱的示意视图。

图3A(i)-图3(A)(iii)描绘了用于在处理或采样事件的各种阶段处理流体样品的示例系统。

图3B描绘了用于处理流体样品的另一示例系统。

图3C(i)和图3C(ii)描绘了用于在处理或采样事件的各种阶段处理流体样品的另一示例系统。

图3D描绘了用于处理流体样品的另一示例系统。

图4A-图4D描绘了用于处理流体样品的示例方法。

图5描绘了可以在其中实现本示例中的一个或多个示例的合适的操作环境的示例。

具体实施方式

已在生化分析中使用磁性粒子来帮助实验室中的自动化检测方案，同时保持灵敏度和准确度。由于磁性粒子通常被生产为纳米级或微米级粒子，因此处理过程聚焦于围绕处理小体积样品流体(例如微升体积)。在一些情况下，磁性粒子的使用可以集成到微流体设备中以方便处理和加工。例如，参见美国专利第8,585,279号“用于在液体介质中操纵和混合磁性粒子的设备和方法(Device and Method for Manipulating and MixingMagnetic Particles in a Liquid Medium)”(Rida)，其通过引用整体并入本文。虽然这些系统可以有助于处理干净的生物样品，但它们对流动体进行采样是不实用的。这种流动体可以包括诸如湖泊或河流、污水流、来自制造或其他设施的排放源等之类的水体。本文描述的技术允许在源处对来自这些体的流体样品进行处理或采样，而不用在受控实验室过程中抽取和分配精确量的流体，如本领域中通常所做的。本文所述的技术使用将磁性粒子捕获在其中的流通结构，从而确保粒子与流过其中的流体样品之间的期望的混合。这样，可以被处理的样品流体体积在毫升、厘升、升(或其许多倍)的范围内，如与通常在实验室环境中处理的小规模量不同。可以同时使用多批磁性粒子，每批涂覆有不同的试剂，以测试流动体中多种分析物的存在。此外，可以直接从流动体中抽取样品以及将样品释放回流动体中，从而排除了小心去除流体和排放程序的需要。

图1是用于对来自流动体10的一定体积的流体101进行采样和处理的采样器100的示意视图(其示例在上文描述，或者对于本领域技术人员将是另外清楚的)。采样器100包括用于从流动体10抽取吸入体积的流体101的入口102和用于排出输出体积的流体105的出口104。输出体积的流体105可以例如返回到流动体10中，或到导管或容器(未示出)进行处置。

采样器100包括至少一个采样区域110，用于从吸入体积的流体101中收集和/或识别样品。采样区域110位于入口102和出口104之间的流动路径中并且可操作为对抗被采样的一定体积的流体的流动而将采样粒子保留或限制在采样区域110内。在示例中，采样粒子可以是磁性粒子或本领域已知的其他粒子。采样器100还可以可选地包括流体泵106，用于从流动体10抽取一部分流体并且在该部分流体从出口104排出之前使该部分流体流过采样区域110。流体泵106可以位于采样区域110和出口104或入口102之间，只要该流体泵106流体地连接到连接入口102和出口104的流动路径。在图1中，流体泵106被图示为位于采样区域110和出口104之间。

可以可选地提供控制器108用于控制和/或记录采样器100的操作。在两个示例中，采样器100可操作为将采样区域110暴露于从流动体10中抽取的已知体积的样品流体。例如，在一些示例中，控制器108可以操作为控制流体泵106的操作以从流动体10抽取预定体积的流体并且使预定体积的流体流过采样区域110。预定体积的流体可以例如通过控制器108以固定流速操作流体泵106达一段时间以从流动体10抽取该预定体积的流体来计量。在一些示例中，控制器108可以操作为检测和/或测量由采样器100从流动体10中抽取的流体体积，例如通过用流量计测量通过采样器100的流体流量，或基于流体泵106的速度、流体泵106抽取的流、泵频率或泵操作的其他测量值以及在负载和抽取流体时泵操作的时间来计算通过采样器100抽取的流体体积。

采样器100还可以操作为监测通过采样区域110的一定体积流体的流速以控制流体泵106的操作以避免将磁性粒子冲出采样区域。下面描述采样区域的示例配置以及与其相关联的部件的操作。控制器108可以例如通过在预定时间或预定时间段向各种部件传送适当的信号来控制各种部件的操作。控制器108可以基于检测到磁性粒子冲出采样区域110而进一步调节泵106的体积流速。下面总体上且相对于在采样操作期间保持在采样区域110中的磁性粒子来进一步详细描述采样区域110的电磁体的功能。

在一些示例中，采样器100可以操作为将一定体积的流体的提取和所提取体积的流体于采样区域110的暴露与采样事件相关联。采样事件包括对应于该提取的至少一个物理和/或时间位置参数。例如，控制器108可以操作为记录诸如GPS、陀螺仪、测量标记等之类的代表采样事件的采样位置的物理位置数据。控制器108还可以操作为记录表示采样事件的采样时间和/或日期的时间位置数据。在一些方面中，采样器100还可以操作为将样品体积信息与采样事件相关联，样品体积信息表示暴露于采样区域110的流体体积。在一些示例中，采样区域110可以包括能够与采样器100机械分离的盒。在一些方面中，控制器108可以进一步操作为记录与暴露于与采样事件相关联的体积流体的盒相对应的盒标识符。盒标识符可以包括位于盒上的诸如序列号、条形码或其他物理标识符之类的物理标识符。在其他示例中，收集器或其他捕获导管112可以流体地耦合到流体泵106的出口，以便捕获在采样事件的适当时间期间从采样区域110释放的磁性粒子。在示例中，阀114可以被致动以将流从泵106的出口引导至捕获导管112。阀114可以被手动地致动或者该阀114可以包括电动致动器以便从控制器108来控制。

图2A是用于处理流体样品的示例电磁阱的示意视图，该电磁阱具有用于从采样体积的流体中采样一种或多种目标分析物的流通采样区域110。采样区域110由流体样品流入其中的开放的第一端121和流体样品流出的开放的第二端123限定。采样区域110包括限制在采样区域110的限制区域115内的多个采样粒子。采样粒子可以包括磁性(例如铁磁和/或顺磁)粒子，其适于与采样体积的流体相互作用以记录一种或多种分析物的存在。例如，粒子可以通过由结合来捕获粒子表面上的分析物来记录分析物的存在。替代地，粒子可以包括可操作为与目标分析物相互作用并证明用于记录该目标分析物的存在的状况变化的涂层或处理。

在一些示例中，单一类型的粒子可以存在于限制区域115中。在一些方面中，多种粒子类型可以存在于限制区域115中。每种粒子类型可以适于与相同的分析物相互作用或者可以适于与不同的分析物相互作用。粒子类型也可以适于具有相同或不同的磁性。在具有相同磁性的粒子类型的情况下，它们可以被施加的磁场类似地操纵。在具有不同磁性的粒子类型的情况下，不同粒子类型可以通过一个或多个施加的磁场被单独地操纵和/或彼此分离。在图2A中所示的示例中，采样粒子125包括单一粒子类型，用于与采样体积的流体中的目标分析物相互作用。

采样区域110定位成定位限制区域115以中断流体流动路径112，使得样品流体流过限制区域115以与采样粒子125相互作用。限制区域115由诸如电场、磁场和/或电磁场之类的限制场114界定，限制场114可操作为与采样粒子125相互作用并将采样粒子125限制在限制区域115内。这样，采样区域110充当电、磁、和/或电磁阱，其利用限制场114来允许样品流体相对自由地通过采样区域110，同时将采样粒子125保留在限制区域115内。控制元件(未示出)用于建立限制场114以限制和/或操纵限制区域115内的采样粒子125。在一些示例中，可以施加额外的混合场以物理地操纵限制区域115内的采样粒子125。在一些示例中，限制场114可以操作为在限制区域115内既限制采样粒子125也操纵采样粒子125。各种限制和操纵功能通过从一个或多个控制元件(诸如图1和图3A(i)中描绘的控制器)发送到下面描述的限制和混合元件的信号来启动。这些信号激活限制区域115的各种功能。

在图2A中所示的示例中，控制元件包括限制元件120，该限制元件120可操作为建立限制场114作为限制磁场。在该示例中，限制元件120可以包括限制磁体，诸如合适强度的永磁体或电磁体，以将采样粒子125保持在限制区域115内，对抗通过流体流动路径112的流体流动。限制场114在开放的第一端121处的入口和在开放的第二端123处的离开限制区域114的出口两者处可以相等，或者限制场114可以是不平衡的，例如在该出口处提供更大的限制场114以对抗流体流出限制区域115。

图2B是用于处理流体样品的具有采样区域或阱110的示例电磁阱的另一示意视图，其中控制元件包括限制元件120和混合元件122两者。限制元件120可操作为施加限制场114以将采样粒子125限制在限制区域115内，同时混合元件122可操作为施加混合场以操纵限制区域115内的采样粒子125，以响应于由混合元件122施加的混合场来物理地定位和/或运输限制区域115内的采样粒子125。混合场可以包括例如变化的电磁场以抽取和循环限制区域115内的采样粒子125。

图2C中所示的示例呈现了采样区域110，其中控制元件包括限制和混合元件124，该限制和混合元件124可操作为提供限制场和混合场两者或者提供既限制也混合的单一场。限制和混合元件124既将采样粒子125限制在限制区域115内，也操纵限制区域115内的采样粒子125，以物理地定位和/或运输限制区域115内的采样粒子125。

在一些示例中，可以为每个采样区域110提供多个控制元件组，例如其中采样区域110包括可移除盒，该可移除盒可以在采样期间可移除地与采样器100接合和从采样器100释放用于存储和/或运输。例如，可移除采样区域110可以设置有诸如永磁体之类的限制元件120的相对低强度组，用于在存储和运输期间将采样粒子125保持在限制区域115内。当盒接合在采样器100中时，可以提供具有诸如永磁体或电磁体之类的限制元件120的相对高强度组的不同采样区域110a，以对抗由采样器100引导通过采样区域110的流体流而保持限制。

在其他示例中，可以提供额外的物理控制元件以在存储和运输期间将采样粒子125限制在限制区域115内。移除物理控制元件允许流体通过采样区域110。在一些方面中，采样区域110可以可移除地与采样器110接合以围绕限制区域115定位附接到采样器110的控制元件，以建立围绕限制区域115的限制场114。在接合之后，与采样区域110相关联的用于将采样粒子125保持在限制区域内的物理控制元件可以被撤回以允许采样流体流过限制区域115。

图3A(i)-图3A(iii)描绘了用于在处理或采样事件的各种阶段处理流体样品的系统300a。系统300a包括具有第一开放端304a和第二开放端306a的流体管道302a。流体样品FS和磁性粒子312a两者均可以通过第一开放端304a被接收并通过第二开放端306a被释放，如本文更详细描述的。系统300a还包括位于第一开放端304a和第二开放端306a之间的第一电磁阱308a。在某些示例中，第一电磁阱可以由第一体积限定，并且通过第一电磁阱的流体样品FS可以是大于第一体积的第二体积。在所描绘的示例中，第一电磁阱308a包括多个电磁体310a。电磁体310a可操作地连接到控制器301a，如本文别处所述，例如在图1中。为了说明的目的，控制器301a仅在图3A(i)中示出，但本领域普通技术人员将容易理解控制器可以并入本文描述的其他示例系统中，即使在那些示例中未图示这样的控制器。电磁体310a可以设置在流体管道302a周围的不同位置。电磁阱308a在接收到来自控制器301a的电信号时被激活。可以以DC电流或AC电流为特征的这个信号在第一电磁阱308a内产生磁场。在这个示例中，电磁体310a可以被配置为接收电信号以使得能够进行对磁性粒子312a的限制和混合两者，例如如上面图2C中描绘和描述的。然而，在另一示例中，电磁阱可以被配置为使得电磁体仅执行在图2A的上下文中描述的限制功能。在另一示例中，可以利用如图2B中所描绘的用于限制的分立电磁体和用于混合的分立电磁体。本领域普通技术人员在阅读本公开内容时，将容易理解需要对系统300a进行的任何修改以并入后两种电磁体布置。

在图3A(i)中所描绘的示例中，电磁体310a正在接收以DC电流为特征的电信号。当DC电流被施加到电磁体310a时，第一电磁阱308a被电信号激活并且引入流体管道302a的任何磁性粒子312a将绑定在电磁体310a的位置附近。在这个示例中，磁性粒子312a可以在诸如盐水、“净”水(例如，相对于正在被测试的流体源)、蒸馏水等之类的非反应性流体的引入溶液IS中被引入到流体管道302a。在这个示例中，假如引入溶液IS的体积流速、粘度或其他特性不处于将磁性粒子312a从它们的靠近电磁体310a的绑定位置逐出的状况下，则DC电流阻止磁性粒子312a流过第一电磁阱308a。在图3A(i)中，磁性粒子的绑定位置由附图标记316a标识，并且电信号仅被发送至上游的电磁体310a对。在其他示例中，DC电流也可以被发送到下游的电磁体310a对，因此图3A(i)中所描绘的所有四个电磁体310a都在接收电信号。在这个示例中，磁性粒子312a仍将主要绑定在上游的电磁体310a对附近。在替代示例中，DC电流可以仅被发送到下游的电磁体310a对。

图3A(ii)描绘了用系统300a执行的采样事件的后续阶段。在通过向电磁体310a发送DC电流的电信号激活第一电磁阱308a之后，将电信号切换为AC电流。在这个示例中，AC电流被发送到上游的电磁体310a对和下游的电磁体310a对两者。终止DC电流导致磁性粒子312a从它们的绑定位置316a释放并流入第一电磁阱308a，其中施加到电磁体310a的AC电流导致磁性粒子312a在第一电磁阱308a内的混合。AC电流可以如何被发送到电磁体310a以使得能够进行混合的其他示例在美国专利申请公开第2018/0369831号中被描述，其公开内容通过引用整体并入本文。当在接收到AC电流时，第一电磁阱308a保持激活，并且磁性粒子312a由于第一电磁阱308a内的磁场而被阻止流出第一电磁阱308a。

在另一示例中，在第一批磁性粒子312a被引入流体管道302a之前或在其引入期间，可以将由第一电磁阱308a接收的电信号设置为AC电流。更具体地，DC电流不需要在AC电流之前被发送到电磁体310a。通过最初将电信号设置为AC电流，磁性粒子312a在第一电磁阱308a内的混合将在磁性粒子310a到达该位置时立即开始。这排除了将电信号从DC电流切换到AC电流的需要。一旦磁性粒子312a在第一电磁阱308a内混合，流体样品FS就可以通过第一开放端304a被引入流体管道302a，并可以流过第一电磁阱308a，从而与其中的磁性粒子312a混合。在流体样品FS流过第一电磁阱308a期间，磁性粒子312a保持被捕获在该第一电磁阱308a中，只要流体样品FS流过第一电磁阱308a的流速或特性不足以克服产生的磁场。可能引起将磁性粒子312a逐出的流体样品特性包括但不限于高粘度、存在诸如沉积物之类的物理污染物等。

图3A(iii)描绘了用系统300a执行的采样事件的后续阶段。这里，发送到电磁体310a的电信号已被终止，从而停用第一电磁阱308a。第一电磁阱308a可以在流体样品FS流已经通过的预定时间段之后，或者在预定体积的流体样品FS已经流过第一电磁阱308a之后被停用。通过在流体样品FS流过电磁阱308a时使磁性粒子312a能够与流体样品FS混合，流体样品中足够数量的目标分析物应该已经结合到磁性粒子312a上的受体。一旦电信号终止(从而停用第一电磁阱308a)，第一电磁阱308a内不再有磁场绑定磁性粒子312a。因此，磁性粒子312a朝向流体管道302a的第二开放端306a流出第一电磁阱308a。一旦磁性粒子312a流出流体管道302a的第二开放端306a，它们就可以被收集在收集器中(例如，如上面在图1的上下文中所描述的)。磁性粒子312a可以与流体样品FS或与可以类似于引入溶液IS的洗涤溶液WS一起流出电磁阱308a。在其他示例中，磁性粒子312a可以通过增加流体样品FS的流速且在不终止电信号的情况下流出电磁阱308a。因此，磁场可以在电磁阱308a内保持激活，但增加的流速足以克服磁场，以从电磁阱308d释放磁性粒子312a，并将磁性粒子312a冲出电磁阱308a。

图3B描绘了用于处理流体样品的另一示例系统300b。系统300b包括具有第一开放端304b和第二开放端306b的流体管道302b。系统300b还包括紧邻第一开放端304b的上游设置的第一引入通道320b。在这个示例中，磁性粒子312b通过第一引入通道320b被接收在例如非反应性流体的引入溶液IS中。通过流体样品通道318b的开放端接收流体样品FS。流体样品FS和磁性粒子312b两者都在处理或采样事件完成时被释放通过第二开放端306b。一旦磁性粒子312b被引入第一引入通道320b中，磁性粒子312b就可以通过第一开放端304b流向第二开放端306b，并在各种阶段处被绑定和混合，如本文别处所述。第一引入通道320b可以包括阀322b，该阀322b可以在磁性粒子312b被引入后关闭以防止流体样品FS或磁性粒子312b通过第一引入通道320b回流。

在图3B中所描绘的示例中，当磁性粒子312b正在被引入第一引入通道320b时，上游的电磁体310b对正在接收以DC电流为特征的电信号以使磁性粒子312b停在绑定位置316b处。此后，采样事件可以继续进行，将电信号切换为AC电流以使得能够在第一电磁阱308b内既限制也混合磁性粒子312b。激活第一电磁阱308b在本文别处描述，例如，在图3A(i)和图3A(ii)中。在激活第一电磁阱308b之后，可以将流体样品FS引入到流体样品通道318b的开放端中。流体样品FS将流过第一开放端304b和第二开放端306b，同时磁性粒子312b保持被捕获在第一电磁阱308b中。

图3C(i)和图3C(ii)描绘了用于在处理或采样事件的各种阶段处理流体样品的具有第一电磁阱308c和第二电磁阱328c的系统300c。系统300c包括具有第一开放端304c和第二开放端306c的流体管道302c。第二电磁阱328c设置于第一开放端304c与第一电磁阱308c之间。具有两个电磁阱308c、328c为流体管道302c内的磁性粒子创建了两个不同的混合区域。具有两个电磁阱308c、328c的系统300c可以用于需要诸如两个反应(例如，免疫捕获，然后是还原或消化反应)或两个提取(例如，提取第一分析物，然后是提取第二分析物)之类的两个事件的样品处理。其他示例系统可以具有设置在流体管道的第一开放端和第二开放端之间的多于两个的电磁阱。

在示例系统300c中，流体样品FS、第一批磁性粒子312c和第二批磁性粒子312c'可以通过第一开放端304c接收并通过第二开放端306c释放，如本文更详细描述的。第一批磁性粒子312c和第二批磁性粒子312c'可以具有不同的特性以使得能够在两个电磁阱308c、328c中发生不同的反应或提取。在其他示例中，第一批磁性粒子312c和第二批磁性粒子312c'可以具有相同的特性。为了将磁性粒子312c、312c'加载到流体管道302c中，第一批磁性粒子312c首先通过第一开放端304c被引入到引入溶液IS中。当第一批磁性粒子312c(i)被引入时，第二电磁阱328c被停用以允许第一批磁性粒子312c流过其中而不被捕获。以DC电流为特征的电信号被发送到与第一电磁阱308c相关联的电磁体310c的上游对。当第一批磁性粒子312c到达与第一电磁阱308c相关联的电磁体310c的上游对时，DC电流使磁性粒子312c停在绑定位置316c处。此后，第一电磁阱308c的激活通过将电信号从DC电流切换到AC电流来继续，以引起在第一电磁阱308c内的第一批磁性粒子312c的混合。

在这个混合期间，第二批磁性粒子312c'可以通过流体管道304c的第一开放端304c引入，并且以DC电流为特征的电信号被发送到与第二电磁阱328c相关联的电磁体338c的上游对。因此，第二批磁性粒子312c'将绑定在与第二电磁阱328c相关联的电磁体338c的位置附近，以便被阻止流过第二电磁阱328c。然后可以将电信号从DC电流切换到AC电流，从而允许第二批磁性粒子312c'移动到第二电磁阱328c中并在其中混合。

在磁性粒子312c、312c'在它们相应的电磁阱308c、328c内被限制和混合之后，可以通过第一开放端304c引入流体样品FS，如图3C(ii)中所描绘的。在这个示例中，第一电磁阱308c和第二电磁阱328c保持激活，同时流体样品FS从第一开放端304c流向第二开放端306。因此，磁性粒子312c、312c'在电磁阱308c、328c内保持被限制和混合，只要流体样品FS的通过电磁阱308c、328c的流没有克服所产生的磁场。当采样事件完成时，第一电磁阱308c可以首先被停用，从而允许第一批磁性粒子312c流出第二开放端306c，其中它们可以被捕获在收集器中。然后，可以停用第二电磁阱328c，从而允许第二批磁性粒子312c'流过停用的第一电磁阱308c并流出第二开放端306c。

图3D描绘了用于处理流体样品的具有第一电磁阱308d和第二电磁阱328d的另一示例系统300d。系统300d包括具有第一开放端304d和第二开放端306d的流体管道302d。第二电磁阱328d设置在第一开放端304d与第一电磁阱308d之间。第一引入通道320d紧邻第一电磁阱308d的上游设置，以及第二引入通道330d紧邻第一开放端304d的上游设置。在这个示例中，第一批磁性粒子312d通过第一引入通道320d被引入到流体管道302d，以及第二批磁性粒子312d'通过第二引入通道330d被引入。可以通过流体样品通道318d的开放端接收流体样品FS。磁性粒子312d、312d'和流体样品FS可以通过第二开放端306d被释放。

为了通过它们相应的引入通道320d、330d将磁性粒子312d、312d'加载到流体管道302d中，可以将磁性粒子312d、312d'引入非反应性流体的引入溶液IS中。第一批磁性粒子312d和第二批磁性粒子312d'可以基本上同时引入或在不同时间引入。引入通道320d、330d可以各自具有阀322d，该阀322d可以在任何时间关闭以防止通过其回流。在引入磁性粒子312d、312d'期间，DC电流被发送到电磁体310d、338d以使磁性粒子312d、312d'停在绑定位置316d、316d'处，从而防止它们流过相应的电磁阱308d，328d。发送到电磁阱308d、328d的信号然后变为AC电流，从而在它们相应的电磁阱308d、328d内限制和混合磁性粒子312d、312d'。然后可以通过流体样品通道318d的开放端引入流体样品FS。当流体样品FS流过第一开放端304d到第二开放端306d时，电磁阱308d、328d保持激活。当流体样品FS流过时，磁性粒子312d、312d'保持在电磁阱308d、328d内被限制和混合，只要流体样品FS的通过电磁阱308d、328d的流没有克服其中产生的磁场。

图4A描绘了用于处理流体样品的方法400a。用于处理流体样品的系统在本文别处描述，例如，在图3A(i)-图3A(iii)中。简而言之，用于处理流体样品的系统包括流体管道，该流体管道具有第一开放端、第二开放端和在第一开放端与第二开放端之间的第一电磁阱。在某些示例中，第一电磁阱由开放端之间的第一体积限定，并且流体样品是大于第一体积的第二体积。在这些示例中，可以从流动体(例如，诸如湖泊、河流或溪流之类的水体)连续地抽取流体样品，并且流体样品的第二体积可以显著大于限定第一电磁阱的第一体积。例如，限定第一电磁阱的第一体积可以是约0.5L，以及流体样品的第二体积可以是约1L、2L、5L、10L或更多。

方法400a开始于将第一批磁性粒子引入流体管道中，操作402a。方法400a继续激活第一电磁阱以将磁性粒子捕获在第一电磁阱内，操作404a。在某些示例中，激活第一电磁阱包括将以DC电流为特征的电信号施加到与其关联的电磁体，操作405a。这导致磁性粒子绑定在电磁体的位置附近，以便阻止它们流过第一电磁阱。此后，激活第一电磁阱可以包括将由第一电磁阱接收的电信号从DC电流切换到AC电流。在另一示例中，在第一批磁性粒子被引入流体管道之前，或者在其引入期间，可以将由第一电磁阱接收的电信号设置为AC电流，操作406a。由第一电磁阱接收的AC电流使磁性粒子移动到第一电磁阱中并在第一电磁阱内混合。当第一电磁阱正在接收DC电流或AC电流时，磁性粒子保持限制在第一电磁阱内。

因此，当流体样品被引入流体管道时，操作408a，由于第一电磁阱内的AC电流，磁性粒子更容易移动并与流体样品混合，从而改善流体样品中的目标分析物与磁性粒子上的受体的结合。虽然图4A描绘了分开的操作402a和408a，但预期的是，第一批磁性粒子可以与流体样品一起被引入，从而在基本上同时使流体样品流过第一电磁阱时，将第一批磁性粒子捕获在第一电磁阱内。引入流体样品流包括使流体样品流过流体管道的第一开放端和第二开放端之间的第一电磁阱，操作410a。在预定时间段之后，例如在通常足以将足够数量的目标分析物结合到磁性粒子上的受体的时间段之后，可以停用第一电磁阱，操作412a，其从第一电磁阱释放磁性粒子。停用第一电磁阱可以包括终止被发送到第一电磁阱的电信号，操作414a。一旦发送到第一电磁阱的电信号被终止，不再产生磁场，并且磁性粒子向下游流向并流出流体管道的第二开放端。随后可以将磁性粒子收集在收集器中，操作416a。如本文别处描绘，诸如在图1中，收集器可以经由阀连接而选择性地流体地耦合到第二开放端。图4A描绘了操作用于处理流体样品的基本系统的一个示例的方法400a；方法400a的步骤类似地适用于(稍作修改)具有或不具有一个或多个引入通道的使用两个或更多个电磁阱的更复杂的系统。这样，下面的图4B-图4D不一定描绘操作本文描述的各种系统所需的每个步骤，但是这些操作对于阅读了本公开内容的本领域技术人员来说将是清楚的。

图4B描绘了用于使用具有第一引入通道的系统处理流体样品的另一示例方法400b，例如，如图3B中所描绘的。方法400b开始于将第一批磁性粒子引入流体管道中，操作402b。引入第一批磁性粒子402b包括将第一批磁性粒子引入紧邻第一开放端上游设置的第一引入通道中。因此，第一批磁性粒子可以从第一引入通道流过第一开放端，并流向第一电磁阱。

方法400b继续激活第一电磁阱以限制和混合第一电磁阱内的磁性粒子，操作404b。激活第一电磁阱404b在本文别处描述，例如在图4A中。在激活第一电磁阱之后，执行将流体样品流引入例如流体样品通道的开放端，操作408b。流体样品流过在流体管道的第一开放端和第二开放端之间的第一电磁阱，同时磁性粒子保持在激活的第一电磁阱内被捕获和混合。在预定时间段或流体样品流过其中之后，停用第一电磁阱，操作412b，其从第一电磁阱释放磁性粒子。

图4C描绘了用于使用包括设置在第一开放端和第一电磁阱之间的第二电磁阱的系统来处理流体样品的另一示例方法400c，例如，在图3C(i)-图3C(ii)中。方法400c开始于将第一批磁性粒子引入流体管道，操作402c，例如，经由流体管道的第一开放端来引入，操作418c。当第一批磁性粒子被引入第一开放端时，停用第二电磁阱，从而允许第一批磁性粒子流过第二电磁阱。方法400c继续激活第一电磁阱(如本文别处所述)以将磁性粒子限制在第一电磁阱内，操作404c。在激活第一电磁阱404c之后，方法400c继续引入第二批磁性粒子，操作420c。在这个示例中，将第二批磁性粒子引入流体管道的第一开放端中，操作422c。方法400c继续激活第二电磁阱以将第二批磁性粒子捕获在第二电磁阱内，操作424c。当第二电磁阱被激活时，第一电磁阱保持被激活，因此第一批磁性粒子和第二批磁性粒子在它们相应的阱内被限制和混合。激活了两个电磁阱后，引入流体样品流，操作408c。引入流体样品流包括使流体样品流过第一电磁阱和第二电磁阱、进入流体管道的第一开放端和流出流体管道的第二开放端。

然后可以停用电磁阱。如本文别处所述，停用包括首先关闭被发送到第一电磁阱的任何电信号，从而从第一电磁阱释放第一批磁性粒子以向下游流动和流出第二开放端，其中它们可以被收集在流体地耦合到第二开放端的收集器中。在第一批磁性粒子已经流出第二开放端之后，可以停用第二电磁阱，从而从第二电磁阱释放第二批磁性粒子，其中它们流向下游、通过停用的第一电磁阱、并流出第二开放端。图4C中描绘的方法是串行加载磁性粒子的示例，其中磁性粒子一次一批地加载到流体管道中，其中第一批行进至最下游的电磁阱。后续批次行进至上游的电磁阱。串行加载与图4D中描绘的方法对比，图4D中描绘的方法是使用引入通道并行加载的示例。并行加载使用紧邻每个电磁阱的上游定位的单独的引入通道，因此可以将不同批磁性粒子基本上直接引入到它们相应的电磁阱中。在并行加载的示例中，不同批磁性粒子可以彼此基本上同时被引入。

图4D描绘了使用具有设置在第一开放端和第一电磁阱之间的第二电磁阱以及第一引入通道和第二引入通道的系统来处理流体样品的另一示例方法400d。这样的系统在本文别处描述，例如在图3D中。方法400d开始于引入第一批磁性粒子，操作402d。引入第一批磁性粒子包括将第一批磁性粒子引入第一引入通道中，操作418d，该第一引入通道紧邻第一电磁阱的上游设置。与引入第一批磁性粒子基本上同时、或在不同时间，引入第二批磁性粒子，操作420d，例如，经由紧邻第一开放端的上游设置的第二引入通道引入，操作422d。本领域普通技术人员将容易理解图3C、图3D、图4C和图4D中描绘的示例系统和方法可以使用多于两个电磁阱来执行。此外，可以将多批电磁粒子顺序地引入一个或多个所描绘的阱中。

方法400d然后继续激活第一电磁阱404d和第二电磁阱424d，以限制和混合电磁阱内的磁性粒子。第一电磁阱和第二电磁阱可以基本上同时或在不同时间被激活。在激活第一电磁阱和第二电磁阱两者之后，操作404d和424d，将流体样品流引入通过流体样品通道的开放端，操作408d。引入流体样品流包括使流体样品流过流体管道的第一开放端和第二开放端之间的第一电磁阱和第二电磁阱，操作410d。此后，电磁阱可以被停用，例如如图4C中所描绘的。以本文别处描述的顺序停用第一磁阱和第二磁阱允许磁性粒子简单地流出流体管道的第二开放端。

如图5图示了其中可以实现本示例中的一个或多个示例的合适的操作环境500的一个示例。这个操作环境可以直接合并到例如诸如图1中描绘的控制器之类的用于流体处理系统的控制器中。这只是合适的操作环境的一个示例，并不旨在暗示对功能或使用范围的任何限制。可以适合使用的其他众所周知的计算系统、环境和/或配置包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统，诸如智能手机、网络PC、小型机、大型机、平板计算机之类的可编程消费电子产品，包括上述系统或设备中的任一的分布式计算环境等。鉴于本文描述的处理系统的便携性，膝上型或平板型计算机可以理想地经由有线或无线连接而连接到诸如图1中描绘的控制器，并可以在采样事件之前、期间和之后发送适当的控制信号，以便控制系统的各种部件的操作。

在其最基本的配置中，操作环境500通常包括至少一个处理单元502和存储器504。取决于计算设备的确切配置和类型，存储器504(除其他外，还存储用于控制泵，用于电磁体、传感器、阀等的信号发生器，或执行本文公开的其他方法的指令)可以是易失性的(诸如RAM)、非易失性的(诸如ROM、闪存等)，或两者的某种组合。这个最基本的配置在图5中由虚线506图示。此外，环境500还可以包括存储设备(可移动的508，和/或不可移动的510)，包括但不限于磁盘或光盘或磁带。类似地，环境500也可以具有(一个或多个)输入设备514，诸如触摸屏、键盘、鼠标、笔、语音输入等，以及(一个或多个)输出设备516，诸如显示器、扬声器、打印机等。该环境中还可以包括一个或多个通信连接512，诸如LAN、WAN、点对点、蓝牙、RF等。

操作环境500通常包括至少某种形式的计算机可读介质。计算机可读介质可以是可以由处理单元502或具有操作环境的其他设备访问的任何可用介质。以示例的方式而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，用于存储信息，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储介质包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其他光学存储、磁卡盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备，固态存储，或任何其他可以用于存储期望的信息的有形介质。通信介质包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号(诸如载波或其他传输机制)中的其他数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”意味着其一个或多个特性以这样的方式被设置或改变的信号，以便对信号中的信息进行编码。以示例的方式而非限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接之类的有线介质，以及诸如声学、RF、红外线和其他无线介质之类的无线介质。上述任何的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。计算机可读设备是包含计算机存储介质的硬件设备。

操作环境500可以是使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接而在网络环境中操作的单个计算机。远程计算机可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其他公共网络节点，并且通常包括许多或所有上述元件以及未提及的其他元件。逻辑连接可以包括由可用通信介质支持的任何方法。这样的网络环境在办公室、企业范围的计算机网络、内联网和互联网中是常见的。

在一些示例中，本文描述的部件包括可由计算机系统500执行的此类模块或指令，该模块或指令可存储在计算机存储介质和其他有形介质上以及在通信介质中传输。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息。上述任何的组合也应该被包括在可读介质的范围内。在一些示例中，计算机系统500是将数据存储在远程存储介质中以供计算机系统500使用的网络的一部分。

本公开内容参考附图描述了本技术的一些示例，其中仅示出了一些可能的示例。然而，其他方面可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的示例。而是，提供这些示例使得本公开内容是透彻和完整的，并将可能示例的范围完整地传达给本领域技术人员。

尽管本文描述了具体示例，但是本技术的范围不限于那些具体示例。本领域技术人员将认识到在本技术范围内的其他示例或改进。因此，具体结构、动作或介质仅作为说明性示例公开。除非本文另有说明，否则根据本技术的示例还可以结合那些一般公开但未明确以组合例示的元件或部件。本技术的范围由所附权利要求及其中的任何等同限定。