用于确定生物学状况的系统及其盒

技术领域

本公开的主题涉及用于确定生物学状况的系统和方法，更具体地，涉及用于确定生物学状况的流式细胞术(flow cytometry)系统和方法。

背景

有许多医学状况可以通过对身体样本进行实验室测试来最可靠地诊断。通常，这些测试是在远离患者接受治疗地点的实验室设施中进行的。

已知诊断化验的周转时间可达30-120分钟。通常，等待实验室结果所浪费的时间会导致患者病情进一步恶化，有时甚至死亡。在某些情况下，医生不得不在没有实验室结果的情况下采取行动。这可能导致为患者提供不适当的治疗。因此，减少检测取自患者的样品中的生物学状况所需的时间，以及提供在实验室设施之外执行合适化验的手段，将与医生更合适的治疗相关联，并且在某些情况下降低死亡率。

当前化验方法的一个缺点是需要在将样品引入分析设备进行测量之前对样品进行预处理。这种预处理需要对实验室人员进行可靠和准确的培训。此外，此类预处理通常耗时，需要额外的实验室仪器和工具，并带来重大的生物危害风险并且在化验结果中存在多种误差来源。

概述

在一个实施例中，本发明提供了一种用于分析生物样品的方法，该方法包括：

将生物样品引入盒(cartridge)中；

将盒插入到分析仪器中；

开始测量；

获得结果。

根据该方面且在一个实施例中，本发明的方法消除了对手动预处理的需要。根据该方面且在一个实施例中，预处理在盒内自动进行。

本发明的方法提供了一种快速、简单、安全、准确和可靠的诊断手段，其可以在任何位置进行，并且可以在从患者抽取例如血液样品之后立即进行。

根据该方面且在一个实施例中，在从患者抽取血液样品之后，将样品或其一部分注射到盒中，并且盒被方便地插入到仪器中。使用触摸显示器，快速启动测量，并自动获得诊断结果。

根据该方面且在一个实施例中，在将样品引入分析设备进行测量之前，不需要对样品进行手动或半手动预处理。因此，不需要对实验室人员进行高水平的培训，从而使得由紧急医疗助理、医疗技术人员等能够进行现场操作。本发明的方法消除了繁琐的预处理的需要，从而节省了宝贵的时间。不需要额外的预处理实验室仪器和工具，消除了来自工作台预处理的生物危害风险。本发明的方法还消除了由人工预处理引起的误差源。

在一个实施例中，光学机械分析仪器和插入其中的盒用于根据本发明的方法进行分析(见图1)。在一个实施例中，光学机械仪器包括以下项：

a.机械装置，其用于在盒上操作，使得在盒内部诱导预处理和处理；

b.光学装置，其用于检测来自盒中的经处理样品的光学信号；

c.处理装置，其用于处理从样品获得的光学信号；

d.接口/显示/输入-输出连接/远程通信特征，其用于操作和/或用于结果显示/结果传输。

在一个实施例中，从样品获得的光学数据的处理包括计算机处理。在一个实施例中，计算机处理包括使用算法。在一个实施例中，本发明的计算机处理/算法是新颖的，并且被设计成处理光学结果以产生与生物样品相关的各种定性和/或定量信息。由本发明的测量提供的信息可以适合各种用户需求。本发明实施例中的计算机处理是根据用户需求设计的，以产生例如关于群体中某些血细胞的同一性(identity)、某些血细胞占细胞总量的百分比、两种或更多种不同细胞类型的数量比、细胞浓度等的信息。

在一个实施例中，本发明的新型盒被设计成使得预处理和处理使用由系统提供的外部机械装置在盒内自动进行。根据这一方面和在一个实施例中，预处理指的是细胞与抗体的混合和结合，且处理指的是预处理样品的稀释/裂解。一旦生物样品被引入到盒中，就不会有额外的液体被引入到盒中进行处理。在本发明的实施例中，能够在盒内进行预处理的特征是在盒内的通道/室中存在预包装的干试剂。一旦液体样品被引入盒并与干试剂接触，干试剂就被溶解或分散到液体样品中。例如，如果干试剂包括抗体，并且样品是血液样品，则抗体溶解到血液样品中并与样品中的相应细胞结合。盒内的进一步处理可以包括样品/细胞的稀释和/或裂解。在一些实施例中，稀释/裂解涉及在样品引入之前，预先放置在盒内的室中或预先连接到盒的泡罩中的液体。

在盒中预先准备的干试剂除了抗体之外，还可以包括荧光珠。荧光珠用于控制和校准。例如，在一个实施例中，从珠获得的光学荧光指示通过光路传输的样品的体积。这又可用于评估相同体积样品中的细胞浓度。可以控制干试剂中参照珠的量。此外且在一个实施例中，荧光参照珠可用于测试和校准由仪器的光学系统的光学检测器获得的光学信号。

在一个实施例中，盒包括以下特征：

样品操纵元件，其用于样品引入和预处理；

至少一个鼓风器(bellow)，其用于诱导流体在通道/室中移动、流体移动到通道/室或流体从通道/室移动；

至少一个反应物室，其包括用于处理的液体溶液；

至少一个混合室，其用于促进混合；

至少一个流体路径，其用于将处理过的样品传送到光学分析区。

在一个实施例中，样品操纵元件包括：

样品装载端口；以及

混合通道。

在一个实施例中，样品装载端口和/或混合通道或其部分包括干试剂。在一个实施例中，样品装载端口连接到混合通道。根据本公开主题的一个方面，并且在一个实施例中，提供了一种盒，该盒用于制备用于化验的生物样品并用于将样品带到用于化验的查询区(interrogation zone)，该盒形成有单个腔，单个腔包括：

两个鼓风器，每个鼓风器包括柔性圆顶；

样品操纵元件，其被配置为在其中接纳生物样品；

一个或更多个混合室；

一个或更多个反应物区，每个反应物区包括用于选择性地输送到混合室中的一个的液体反应物；

查询区，其包括读取区域；

多个流体路径，每个流体路径在腔的至少两个其它元件之间提供流体连通；以及

通风口，其包括通向环境的开口；

其中，当样品操纵元件处于密封位置时，腔仅通过通风口与环境流体连通。

在一个实施例中，样品操纵元件包括密封件，该密封件被配置为将样品操纵元件从打开位置带入密封位置。

样品操纵单元可包括一种或更多种干试剂。每种干试剂可包括选自包含抗体和荧光珠的组的一种或更多种试剂。

在一个实施例中，两个鼓风器各自设置在腔的一端。

在一个实施例中，抗体是靶抗体，即特异性结合到细胞上的靶抗原的抗体。在一个实施例中，抗体连接到有色部分、荧光部分或其组合。根据这一方面和在一个实施例中，抗体是细胞染色剂。在一些实施例中，抗体上的有色和/或荧光部分(colored and/orfluorescent moiety)用作细胞“染色剂”，因为它的颜色/吸收/荧光信号可以被光学监测到。在一个实施例中，干试剂包括识别抗体的阳性对照(positive control)或识别检测部分的阴性对照(negative control)。在一个实施例中，干试剂包括化学指示剂和/或生物指示剂。

样品操纵单元可包括具有蛇形通路的混合通道。

该盒可以包括两个混合室，混合通道的每一端通过跨越混合室和混合通道之间的流体路径连接到混合室中的一个。

在一个实施例中，混合通道的每一端直接连接到混合室中的一个，而没有额外的流体路径。

至少一个鼓风器可以通过跨越鼓风器和混合室之间的流体路径连接到混合室中的一个。

至少一个鼓风器可以通过跨越鼓风器和查询区之间的流体路径连接到查询区。

每个反应物区可以包括包含液体反应物的泡罩包装。

每个泡罩包装可以包括柔性圆顶和与柔性圆顶相对的后背衬，其中每个反应物区包括插座(socket)，相应的一个泡罩包装被密封地接纳在插座中，插座包括支承在后背衬上的刺穿元件。

盒可以被配置成使得压下圆顶增加泡罩包装的内部压力，使得发生后背衬的破裂。

液体反应物可以包括选自包含稀释剂、裂解剂和参照物质的组中的一项或更多项。流体路径中的至少一个可以包括蛇形通道。

附图简述

为了更好地理解本文公开的主题并且举例说明本文公开的主题可以如何在实践中实现，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据本公开的主题的系统；

图2：图2A和图2B分别是图1所示系统的盒的示例的前透视图和后视图；

图3是图1所示的系统的盒的另一个示例的前透视图；

图4是样品操纵元件的插入件(塞子)的示例；图4A是前视图；图4B是后视图；图4C是等距视图；图4D是与主骨架组装的视图；

图5是样品操纵元件的插入件(塞子)的示例；图5A是前分解等距视图；图5B后分解等距视图。

图6是通用部分主骨架的示例；图6A是通用主骨架；图6B是具有两个插入区的主骨架，每个区可以容纳不同的元件或没有元件。

图7是具有两个插入区的主骨架的示例；插入区1(混合通道)和插入区2(装载端口或样品操纵元件)；图7A和图7B分别是前视图和后视图；

图8是具有两个插入区的主骨架的示例；插入区1(装载端口或样品操纵元件)和插入区2(空白)；图8A是前视图，图8B是后视图。

图9：图9A是根据本发明实施例的用于检测生物学状况的系统的简化三维内部前视图；

图9B是根据本发明实施例的用于检测生物学状况的系统的简化三维内部后视图。

详细描述

通过参考形成本公开的一部分的以下详细描述，可以更容易地理解本公开的主题。应当理解，本公开的主题不限于本文描述和/或示出的特定产品、方法、状况或参数，并且本文使用的术语仅用于通过示例的方式描述特定实施例，而不旨在限制本公开的主题。

本公开的主题提供了一种系统，例如流式细胞术系统，以及用于生物化验的方法。该系统提供快速的样品处理和准确的结果，从而实现正确和快速的生物学状况诊断。该系统结构紧凑，易于现场按需操作。该系统包括用于初始样品操纵和用于进一步样品处理的盒。在一些实施例中，该系统还包括光谱机械设备。该光谱机械设备被配置成接纳盒并对盒的元件执行机械操作，从而便于处理盒内的样品。该光谱机械设备还被配置为对处理后的样品执行光学测量。该光谱机械设备处理通过光学测量获得的数据，并提供指示生物学状况的结果。结果可能是定性的、定量的、或两者兼有。根据本公开的主题化验的样品的成分可以反映受试者的生物学状况。

除非在本文另有限定，结合本申请使用的科学和技术术语应具有本领域普通技术人员通常理解的含义。此外，除非上下文另有要求，单数术语应包括复数，且复数术语应包括单数。如上文和整个公开所采用的，除非另有说明，以下术语和缩写应被理解为具有以下含义。

在本公开中，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数引用，并且对特定数值的引用至少包括该特定值，除非上下文清楚地另外指示。因此，例如，对“化合物”的引用是指本领域技术人员已知的一种或更多种这样的化合物及其等同物，等等。本文使用的术语“多个”意味着多于一个。当表示值的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一特定值。

类似地，当通过使用先行词“约(about)”将值表达为近似值时，应理解，该特定值形成另一个实施例。所有的范围都是包含性的和可组合的。在本公开的上下文中，通过对一定量用“约”，是指该量在所述量的±20％以内，或者优选在所述量的±10％以内，或者更优选在所述量的±5％以内。

在一些实施例中，术语“受试者”和“患者”在本文可互换使用，并且指的是对其提供了根据本公开主题的药物组合物的治疗的动物，例如人。在一些实施例中，术语“受试者”和“患者”在本文可互换使用，并且指的是根据本公开的主题对其进行诊断测试和/或从其采集样品用于诊断测试的动物，例如人。本文中使用的术语“受试者”是指人类和非人类动物。术语“非人类动物”和“非人类哺乳动物”在本文可互换使用，并且包括所有脊椎动物，例如哺乳动物，诸如非人类灵长类动物(特别是高等灵长类动物)、绵羊、狗、啮齿动物(例如小鼠或大鼠)、豚鼠、山羊、猪、猫、兔子、牛、马，以及非哺乳动物，诸如爬行动物、两栖动物、鸡和火鸡。本文所述的制剂可用于诊断/治疗任何合适的哺乳动物，包括灵长类动物(诸如猴和人)、马、牛、猫、狗、兔子，以及啮齿动物(诸如大鼠和小鼠)。在一个实施例中，待诊断/治疗的哺乳动物是人。人可以是任何年龄的任何人。在一个实施例中，人是成年人。在另一个实施例中，人是儿童。根据本公开主题的任何方法且在一个实施例中，受试者是人。在另一实施例中，受试者是非人类灵长类动物。在另一个实施例中，受试者是鼠类，在一个实施例中是小鼠，在另一个实施例中是大鼠。在另一个实施例中，受试者是犬、猫、牛、马、兔或猪。在另一个实施例中，受试者是哺乳动物。

在一个实施例中，本发明的分析仪器是光谱机械设备(spectral-mechanicaldevice，SMD)或者包括光谱机械设备。在一些实施例中，光谱机械设备被称为“系统”。在其他实施例中，SMD被称为光学机械系统或设备，或者被称为仪器或分析仪器，或者被称为光学机械分析仪器。

在一些实施例中，预处理是指对样品与干试剂的混合。在一个实施例中，预处理是指将样品与用于结合到样品中的细胞或其他种类的抗体/标记混合。本发明实施例中的处理是在预处理步骤之后对样品的任何进一步处理。例如，在本发明的实施例中，稀释/裂解以及涉及稀释/裂解的混合被认为是处理或进一步处理。这种处理发生在预处理步骤之后。在一个实施例中，预处理和处理一起称为处理。

如图1所示，提供了一种系统(该系统总体上以10指示)，用于例如使用流式细胞术和/或通过用于执行一种或更多种化验的任何其他合适的方法分析来自受试者的液体生物样品。系统10包括用于容纳生物样品的盒12以及用于便于操作盒内的生物样品并在盒上执行分析的光谱机械设备(SMD)14。

生物样品可以包括体液样品，例如血液、血清、血浆、尿液、唾液、脑脊液、浆液、腹膜液和/或滑液。根据一些实施例，生物样品可以包括固体，例如一根头发、一颗牙齿、一块软骨、一块皮肤、一块骨头和/或一块软组织。

盒12被配置成用于在其中接纳生物样品，并且用于促进可选地对生物样品执行一个或更多个预处理步骤，对生物样品(例如，对经预处理的生物样品)执行一个或更多个处理步骤，以及用于将经处理的生物样品定位在查询点，在该查询点SMD 14可以对经处理的生物样品执行分析。在说明书和所附权利要求书中，术语“生物样品”将用于表示处于任何处理阶段的生物样品。

因此，如图2A和图2B所示，盒12包括支撑面板16，支撑面板16限定相对的前侧16a和后侧16b，并承载样品操纵元件18、第一鼓风器20a和第二鼓风器20b、第一混合室22a和第二混合室22b、第一反应物区24a、第二反应物区24b和第三反应物区24c、通风口25和查询区26。(在本说明书中，可以使用不带尾字母的基本附图标记来统一表示由此指示的所有元件；因此，例如，术语“鼓风器20”可以用来统一表示第一鼓风器20a和第二鼓风器20b等等)。此外，在支撑面板16中形成各种流体路径，流体路径流体连接在由支撑面板承载的元件之间，如下所述。

如上所述由支撑面板16承载的元件中的至少一些，例如鼓风器20、混合室22、查询区26和流体路径可以作为后侧16b中的凹口形成，凹口朝着支撑面板16的前侧16a突入支撑面板16的材料中。

盒12还包括设置在支撑面板16的后侧16b上的背板(未示出)。背板至少对准放置在如上所述的由支撑面板16承载的元件上，特别是对准放置在那些突出到支撑面板材料中的元件上。背板密封地附接到支撑面板16的后侧16b，从而在后方向上将元件与盒12的外部流体隔离。背板可以是任何合适的设计，包括但不限于刚性材料和粘合膜等，在不脱离本文公开主题的范围的情况下，可作必要的修改。

应当理解，虽然上面将支撑面板16描述为“承载”盒12的各种元件，但这样做只是为了便于描述，并且本文说明书和所附权利要求书中使用的术语应该以其最广泛的意义来解释，即，包括连接到其、形成在其中等的元件，除非上下文中另有清楚的说明。例如，鼓风器20可以包括连接到支撑面板16的元件，并且混合室22可以由在支撑面板的材料中形成的结构限定。

样品操纵元件18被配置为用于在其中接纳生物样品，并且可选地用于在其中促进样品的预处理。因此，样品操纵元件18包括形成在其中的混合通道28，该混合通道28跨越在第一孔30a和第二孔30b之间(第一孔30a和第二孔30b的位置在图2B中指示出，并且在图2B中示出)。混合通道28可包括蛇形通路32，在蛇形通路中形成有接纳插座34，例如用于接纳生物样品。接纳插座34可以是蛇形通路32的一部分，但是具有更宽的宽度，接纳插座34可以指示生物样品应该被放置的位置，例如以确保系统10的正确工作，和/或便于将生物样品放置在其中。

样品操纵元件18的上表面36的至少一部分可以是平的，例如便于将密封件(图2A和图2B中未示出)(例如有粘合面(诸如贴纸)的薄元件)密封附接到该上表面，从而使样品操纵元件18进入密封位置。根据一些示例，完全围绕蛇形通路32的上表面36的连续部分可以限定单个平面，从而便于平面密封件与其接触。

如图3所示，根据一些示例，样品操纵元件18包括用于接纳生物样品的样品端口34a，并且盒12包括构成密封件的相应塞子34b，例如，该塞子34b与支撑面板16一起形成并设置成与样品端口对准。塞子34b被配置成与样品端口34a密封配合，从而使样品操纵元件18进入密封位置。根据这些实施例，除了经过样品端口34a和通风口25之外，混合通道28与环境隔离。

如图2B中最佳所示的，第一孔30a与跨越在样品操纵元件18和第一混合室22a之间的第一样品混合流体路径38a流体连通，并且第二孔30b与跨越在样品操纵元件18和第二混合室22b之间的第二样品混合流体路径38b流体连通。由于样品操纵元件18设置在两个混合室22之间，样品操纵元件18的蛇形通路32可用于将生物样品与样品操纵元件的蛇形通路内的反应物混合。

样品操纵元件18可以设置有一种或更多种试剂(例如干试剂)，该一种或更多种试剂布置在混合通道28内(例如在蛇形通路32内)。该试剂可被配置用于预处理生物样品。因此，试剂可以包括抗体、靶抗体、阳性对照鉴定抗体、阴性对照鉴定检测部分、靶信号参照组合物、参照标识组合物、细胞染色剂、化学指示剂、生物指示剂和/或任何其他合适的试剂。试剂可以提供在试剂块的表面上、结合到固体载体上、结合到/沉积在通道的壁/表面上、或者通过任何其他合适的方式提供。

应当理解，虽然“试剂”和“反应物”可以互换使用，但在本文的说明书和所附权利要求书中，术语“试剂”用于表示设置在样品操纵元件18内的物质，且术语“反应物”用于表示设置在反应物区22内的物质。这种区分仅仅是为了本公开的清晰性，而不应被视为限制性的。特别地，本领域技术人员将归类为试剂的物质可以包括在术语“反应物”中，且反之本领域技术人员将归类为反应物的物质可以包括在术语“试剂”中。此外，出于本公开的目的，单一物质可以被认为是“反应物”和“试剂”两者，这取决于其位置。

每个鼓风器20包括从支撑面板16的前侧16a突出的柔性圆顶40(例如呈半球形或球形帽的形式)以及构成鼓风器20的平面底座的背板部分。圆顶被形成为使得它通过完全压下(full depression)而保持在弹性极限内，即，圆顶可以被完全压下，并且在去除压下力后返回到它的原始形状。圆顶40可以形成为支撑面板16的一部分，或者包括连接到支撑面板16的单独的元件。第一鼓风器20a与跨越在第一鼓风器和第一混合室22a之间的鼓风器-混合流体路径42a流体连通，且第二鼓风器20b与跨越在第二鼓风器和查询区26之间的鼓风器-查询流体路径42b流体连通。

每个反应物区24在其中包括泡罩包装44(其中一个泡罩包装在图2A中以分离出来的构型示出)，并且每个反应物区24被配置为便于将其内容物选择性地输送到混合室22中的一个。每个泡罩包装44包括柔性圆顶46(例如呈半球形或球形帽形式的柔性圆顶)以及与柔性圆顶46相对并由薄层材料(例如金属箔)制成的后背衬(未示出)。每个反应物区24还包括在支撑面板16的前侧16a中的插座48，例如插座48作为形成在支撑面板16的前侧16a中的凹陷，该凹陷限定基座表面50并在其中密封地接纳泡罩包装44中的相应一个，使得后背衬与基座表面50间隔开。每个基座表面50包括朝向支撑面板16的前侧16a突出的刺穿元件52。包括通孔的出口54例如邻近插座48的底端形成在每个插座48中。如图2B中最清楚地看到的，每个出口54与反应物-混合流体路径56流体连通，该反应物-混合流体路径56跨越在相应的反应物区24和混合室22中的一个之间。

每个泡罩包装44可以包括例如呈液体形式的一种或更多种反应物，用于输送到混合室22之一中的生物样品。该反应物可以是稀释剂、裂解剂、参照材料或任何其它合适的反应物、和/或其组合。

每个刺穿元件52可以配置成当泡罩包装44被接纳在插座48内时支承在相应泡罩包装44的后背衬上，使得刺穿元件52不会刺穿泡罩包装44的后背衬，直到泡罩包装44的内部压力例如通过压下圆顶46而增加，从而导致后背衬破裂。刺穿元件52在泡罩包装44的后背衬上的支承可以在泡罩包装上产生破裂区，这与当圆顶46被压下时经历破裂的增加的可能性相关联。因此，刺穿元件52可以设置在其相应的出口54附近，使得在破裂时从泡罩包装44释放的反应物可以立即流入相应的反应物-混合流体路径56。

通风口25与环境流体连通，并且当鼓风器20被压下和/或释放时，有助于生物样品在腔内的运动。因此，通风口25可以设置在腔的其余元件的上方(即，在当盒12插入SMD 14时的盒12的取向上)，并且与腔的其余元件流体连通，例如，经由通风流体路径25a连接到混合室22中的一个。

如图2B中最清楚地看到的，查询区26被配置为便于通过SMD 14对生物样品的分析。因此，查询区包括读取流体路径58，该读取流体路径58包括窄读取区域60。读取区域60可以被设计成限制同时通过其中的颗粒的数量，例如足够宽以每次仅允许单个颗粒通过其中以供SMD14分析。此外，查询区26的材料，特别是在读取区域60的区域中的材料，可以由在执行分析时对SMD 14发射的光的波长透明的材料制成。

如上所述，流体读取路径58的一端经由鼓风器-查询流体路径42b与第二鼓风器20b流体连通。流体读取路径58的另一端经由混合-查询流体路径62与第二混合室22b流体连通。混合-查询流体路径62的至少一部分可构成蛇形通道64。应当注意的是，查询流体路径的几何形状可以变化，并且可以调节成适合特定盒设计的任何期望的几何形状。例如，在一个实施例中，流体路径62不包括蛇形通道。

应当理解，当样品操纵元件18处于其密封位置时，例如如上所述，上述支撑面板16的元件构成单个腔，该单个腔构成封闭系统(即，与环境隔离)，使得除了允许鼓风器20的压缩所必需的通风口25之外，没有任何东西可以进一步引入腔中，包括但不限于空气或其他流体。因此，生物样品在腔内的移动可以完全通过与支撑面板16的元件的机械相互作用来实现，包括但不限于对鼓风器20作用，如下所述。(泡罩包装44可被认为是腔内的子室，因为泡罩包装44的内容物与环境隔离，并且在操作期间被引入腔的其余部分。)因此，不需要外部泵或将空气引入腔的其他装置来移动腔内的生物样品。在一个实施例中，不使用任何外部气泵来将空气直接推入盒中。

SMD 14可以是用于与盒12接口的任何合适的设备，例如如在US 2013/0102087、US2014/0170678、US 2014/0170680、US 2014/0287435、US 2015/0132776、US 2015/0293095、US 2015/0309049、US 2015/0330971、US 2016/0146793、US 2017/0350888、US 2017/0370914、US 2018/0231532、US 2018/0299443、US 2018/0306698和/或US 2020/0080928中的一个或更多个中所描述的设备，以上公开中的全部内容通过引用并入本文。特别地，SMD14包括被配置成选择性地与鼓风器20和反应物区24相互作用的元件，例如，当盒12插入SMD中时，该元件选择性地压下和/或释放每个鼓风器20和反应物区24。SMD 14还可以包括光学单元(例如包括光源、光子计数器和/或积分器)，其被配置为便于执行对查询区26的读取区域60内的生物样品的一部分的分析。

SMD 14还可以包括处理器以指导其操作。处理器还可以执行分析的一个或更多个步骤，例如被配置为接收与由光学单元检测到的多光谱发射信号相关的数据，处理该数据，并输出例如与医疗状况相关的结果。每个多光谱发射信号可以与生物标记相关联。

在使用中，生物样品被引入到形成在样品操纵元件18内的接纳插座34中，然后接纳插座34通过例如在接纳插座上提供密封件被密封，例如如上所述。盒12被插入SMD 14中，例如插入在为此设计的槽内(参见图9A，盒910)。SMD 14选择性地与盒的元件相互作用，以便于对生物样品的可选的预处理、处理和分析，例如如下所述。

在可选的预处理步骤中，第一鼓风器20a和/或第二鼓风器20b被SMD 14选择性地压下和释放。当生物样品在包括鼓风器20的封闭系统内时，与鼓风器的相互作用导致生物样品在样品操纵元件18的蛇形通路32内移动，从而与混合通道28内的干试剂接触并溶解干试剂；该封闭系统中唯一的开口是通风口25，该通风口25是为了允许鼓风器被压下和释放所必需的。第一鼓风器20a和第二鼓风器20b可以交替地被压下，以便在蛇形通路32内来回移动生物样品，从而促进生物样品与干试剂的混合。

应当理解，本文中对鼓风器20被“压下”或“释放”的描述不限于完全压下或释放；每个鼓风器可以被部分地压下或释放，以便使生物样品在室内移动预定的量。

可以执行SMD 14与鼓风器20的相互作用，以便控制生物样品与多于一种的试剂的混合顺序。例如，第一鼓风器20a可以被压下，使得生物样品在混合通道28内移动预定的量，使得生物样品到达第一干试剂并将第一干试剂溶解。第一鼓风器20a和第二鼓风器20b随后可以交替地被压下，使得生物样品和第一试剂在蛇形通路32的一部分内来回移动，从而实现足够的混合和试剂作用于生物样品的时间。随后，第一鼓风器20a可以被压下，以便沿着混合通道28进一步移动生物样品，使得生物样品到达第二干试剂并将第二干试剂溶解。可以理解的是，通过SMD 14与鼓风器20的相互作用的顺序可以被执行，以便在实现生物样品与样品操纵元件18内的干试剂的混合等的任何合适的顺序，可作必要的修改。

在一个或更多个处理步骤中，生物样品被选择性地移动到混合室22中的一个或两个中。例如，为了将生物样品从样品操纵元件18移动到第一混合室22a，第二鼓风器20b被压下，从而在其后面产生正压。SMD 14可以通过压下泡罩包装44中的一个或更多个来选择性地促进将泡罩包装44中的一个或更多个的内容物输送到混合室22中的一个，从而例如如上所述的，在泡罩包装的后背衬中实现破裂，释放其中的液体反应物。破裂时从泡罩包装44释放的反应物流入相应的反应物-混合流体路径，并通过该路径到达相应的混合室22。

在查询步骤中，通过SMD 14与鼓风器20的相互作用，经处理的生物样品被移动到查询区26中。SMD 14可以调节鼓风器20上的凹陷程度，以便根据需要调节生物样品在查询区26的读取区域60内的位置。

在一些实施例中，两个或更多个鼓风器中的任一个都可以诱导液体样品在盒的部件之间移动。每个鼓风器可以以渐进的方式被按压和压下，以诱导液体通过通道来回移动，到达/离开室或朝向光学查询区。根据该方面和在一个实施例中，盒仅包括一个鼓风器。在一个实施例中，两个鼓风器协同工作以在盒中来回驱动液体，如本文所述。在一个实施例中，一个鼓风器在一个方向上推动液体，而另一个鼓风器在相反的方向上推动液体。在一个实施例中，一个或两个鼓风器驱动液体以引起混合，并且两个鼓风器中的仅一个朝向光学查询区驱动液体。在一个实施例中，按压和压下一个鼓风器足以在盒的部件中来回移动液体。在一个实施例中，交替按压和/或压下两个鼓风器用于在盒的部件中来回移动液体。在一个实施例中，逐渐按压/压下一个或更多个鼓风器决定了液体将在盒的某个通道/部件中前进多远。

图4示出了盒的实施例，其中试剂样品塞(reagent sample plug，RSP)在盒生产后连接到盒。这种RSP如图4A(前视图)和图4B(后视图)所示。样品装载室如图4A所示(元件1)。在一个实施例中，试剂在样品装载室(1)内干燥。在一个实施例中，试剂在隆起区域内干燥(该隆起区域在左侧示出，为蛇形通道的一部分)。在一个实施例中，干试剂可以在两个区域中干燥，也可以在蛇形通道内干燥。干试剂在样品操纵元件中的位置的任意组合包括在本发明的实施例中。在图4B中，示出了与盒的上部接口(元件2)和与盒主骨架的下部接口(元件3)。图4D示出了具有连接至盒的样品插入件的盒。根据该方面和在一个实施例中，RSP不是盒模具的一部分。而是，RSP是作为附加元件添加的，并且连接到模具。将RSP和模具连接后，盒就准备好用于样品插入了。在这种构型中，在一些实施例中，存在外部泵，该外部泵将样品抽吸到盒中，并影响蛇形通道中的混合。在其他实施例中，通过样品塞的通道的混合或样品输送由本文所述的鼓风器中的至少一个实现。在实施例中，术语“主骨架(backbone)”用于盒使用。应当注意的是，样品操纵元件可以位于盒上的任何地方。样品操纵元件可以在模具阶段与盒的其他部件一起生产，或者可以在之后添加并固定到盒。样品操纵元件可以连接在两个混合室之间，或者它可以在一个或两个混合室构型中仅连接到一个混合室。图5A和图5B是前分解等距视图和后分解等距视图，示出了RSP连接到盒的区域以及相关的匹配部件。图6示出了本发明的实施例，其中盒模具设计有两个区。每个区可以容纳不同的特征或没有特征。任何模具生产可以根据需要包括所需的一个或更多个特征。图6A示出了可以在不同区支承附加特征的通用主骨架。例如，图6B示出了区1和区2。在区1中，可以放置样品操纵元件(当生产模具时)，或者可以形成没有样品插入端口的混合通道。在区2中，可以形成样品操纵元件(当生产模具时)，或者该区可以保留空白。应当注意的是，额外的区可以形成为模具的一部分。诸如样品操纵元件的特征可以与模具一起生产，可以在后续模具生产中添加。图7A和图7B示出了盒的背面和正面，其中区1包括混合通道，并且区2包括样品操纵元件。图8示出了具有两个插入区的主骨架的示例；插入区1(装载端口或样品操纵元件)和插入区2(空白)；图8A是前视图，图8B是后视图。

图9示出了本发明的系统(分析仪器)的示例。在图9A中，左侧视图920示出了ITX计算机922、Galil电机控制器924、电子电源926、插入到盒处理单元(cartridge handlingunit，CHU)928中的盒910以及前向散射检测器930。图9B示出了右侧视图940，其示出了读取器光学器件942、数据采集板944和通用电子印刷电路板946。

在一个实施例中，本发明提供了用于生物化验的系统和方法，该系统包括如本文所述的用于在其中进行化验的盒，该盒适于容纳至少一种适于与样品反应的试剂。在一个实施例中，本发明的系统包括机械控制器，该机械控制器包括适于从外部向盒的部件(诸如泡罩和鼓风器)施加力的施力装置(urging means)。在一个实施例中，该系统包括适于检测样品的光学读取器和适于从光学读取器接收数据并处理数据以提供化验结果的处理器。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于对生物样品进行化验的系统，该系统包括：

如本文所述的用于在其中进行化验的盒，该盒包括至少一种适于与样品反应的试剂；

机械控制器，其包括：

至少一个第一施力装置，其适于在鼓风器上施加力以诱导沿第一方向和/或沿第二方向的流体移动；

至少一个第二施力装置，其适于将力施加到一个或更多个泡罩上以释放稀释/裂解溶液；

光学读取器，其适于检测所述样品；以及

处理器，其适于从光学读取器接收数据并处理数据以提供化验结果。

另外，根据本发明的实施例，盒还包括对准装置，该对准装置适于将盒上的读取通道与系统的光学部件对准，用于通过系统的光学读取器对盒中的样品进行光学检测。

在一个实施例中，本发明的方法包括以下步骤：

将样品装入样品操纵元件；

将样品元件装配到盒；

将盒插入系统中；

将样品操纵元件的内容物混合(将样品与干试剂混合)；

从样品元件提取样品到混合室；

开始处理和化验。

步骤的顺序可以如本发明的实施例中所描述的那样改变或变更。例如，在样品元件是盒模具的一部分的实施例中，不需要将元件固定到盒的步骤。在一个实施例中，样品的混合和提取至少部分地并行进行。

例如在WO 2014/097287中描述了该系统的其他特征，该公开的全部内容通过引用并入本文。

在一个实施例中，盒中的通道或流体路径具有范围在200μm和1mm之间的横截面尺寸。在一个实施例中，盒中通道的横截面为矩形，其宽度范围在200μm和1mm之间且深度范围在200μm和1mm之间。在一个实施例中，通道的横截面具有800μm的宽度和600μm的深度。

在一个实施例中，在插入件连接到盒之前，试剂在通道内被干燥。干燥后，将插入件连接到盒。所有进一步的操作(样品引入、样品流过具有干试剂的通道并被处理)都由鼓风器进行。不需要外部泵。

在一个实施例中，查询区是包括读取通道的区域，荧光标记的细胞通过该通道(有或没有额外的荧光珠)。在一个实施例中，读取通道对激发的波长是透明的，并且在从细胞发射的荧光的波长范围内也是透明的。在一个实施例中，在特定波长下透明是完全透明。在一个实施例中，通道在特定波长下的部分透明性足以发射/检测通过通道的信号。

本发明实施例中的处理在一些实施例中可以涉及化学/生物处理，并且在一些实施例中可以涉及信号的计算机处理。在一个实施例中，样品处理指的是化学和光学处理两者。从本文描述的实施例的上下文中，术语“处理(processing)”的含义是清楚的。在一个实施例中，盒的读取区域是光学读取区域。根据该方面和在一个实施例中，读取区中的样品被来自光源的光照射，并且作为响应，样品朝向至少一个检测器发射光。由检测器获得的光(光学)信号被处理以产生指示样品成分的结果。这种结果可以是定性、定量、半定量或其任意组合。

在一个实施例中，染色是指抗体(或本文所述的其他结合物)与样品中存在的细胞或颗粒/种类/碎片的混合和/或结合。在一个实施例中，染色是指预处理步骤或其一部分。在一个实施例中，染色是指荧光标记与样品中的细胞或其他种类的关联。在一个实施例中，染色或预处理是指已经连接到荧光团的抗体(或类似化合物)附接或结合到细胞(或样品中的其他颗粒/种类)的过程。根据这一方面和在一个实施例中，结合到细胞的荧光抗体使得能够对细胞进行光学检测。

在一些实施例中，样品操纵元件被称为样品处理单元。在本发明的一些实施例中，术语“区(zone)”、“区域(area)”、“区域(region)”、“通道(channel)”是可互换的，并且可以指代相同的特征。

在一个实施例中，除了样品操纵元件的通道之外，只需要一个这样的流体路径，而不是多个流体路径，每个流体路径在腔的至少两个其他元件之间提供流体连通。根据该方面和在一个实施例中，流体路径将混合室连接到读取通道。

应当注意的是，图中所示的盒中部件的取向是示例的。盒的各种部件可以在盒中以许多不同的取向定位。因为盒的各种部件通过流体路径连接，所以部件可以以许多不同的构型组装，并且流体路径(通道)可以被设计成根据需要连接部件。所有这样的取向都包括在本发明的实施例中。

在一个实施例中，该系统调节按压/压下鼓风器20的时间和/或速度，以便调整盒的元件内液体流动的时间/速度。

在一个实施例中，盒不包括样品操纵元件。根据该方面和在一个实施例中，预处理在盒外进行，并且预处理后的样品被直接注射到混合室或连接到混合室的流体通道以进行进一步处理。根据该方面和在一个实施例中，预处理包括向样品中添加荧光珠。

应当注意的是，图中所示的反应物区和混合室之间的连接是示例的。在实施例中，每个反应物区可以根据特定应用的需要连接到每个混合室。在一个实施例中，盒包括1至3个泡罩。在一个实施例中，泡罩填充物仅用于稀释/裂解。在一个实施例中，泡罩填充物不用于抗体/参照珠。在一个实施例中，当存在多于一个泡罩时，可以使用不同的泡罩/多于一个泡罩来根据需要实现不同的稀释比例。在一个实施例中，两个或更多个泡罩包括相同的溶液，并且在一个实施例中，两个或更多个泡罩包括不同的溶液。在一个实施例中，两个或更多个泡罩包括包含相同成分但成分浓度不同的溶液。

在一个实施例中，用于样品装载和蛇形干试剂通道(样品操纵元件)的插入件在盒被模制之后被添加到盒中。

在本发明的实施例中，样品操纵元件插入件被认为是盒的一部分。

在一个实施例中，样品装载区域/端口和蛇形干试剂通道(样品操纵元件)被制造为盒模具的一部分。样品操纵元件是根据本实施例的盒模具的一部分。

在本发明的实施例中，样品操纵元件插入件被认为是盒的一部分。

在一个实施例中，在样品引入样品操纵元件之后，使用贴纸密封件来密封样品装载端口的开口。在本发明的实施例中提供了其他密封选项，例如图3中的塞子34b、如本领域已知的塑料盖、螺旋盖、粘合剂、橡胶密封件等。在一个实施例中，“共模塞子(co-moldedplug)”(例如图3中的元件34b)用于在样品引入/装载通过该开口(例如元件34a)之后密封该开口。

在一个实施例中，在干试剂插入件中存在样品装载端口(参见例如图4a中的隆起区域，元件1)。在一个实施例中，盒被称为主骨架。在一个实施例中，样品操纵元件被称为试剂样品塞(RSP)。

在一个实施例中，外部泵通过样品操纵元件的通道抽取样品以进行进一步处理。在其他实施例中，不需要外部泵，并且样品由鼓风器通过样品操纵元件的通道抽吸到盒中用于进一步处理。

在一个实施例中，使液体移动通过盒的部件不是由外部泵执行的。在一个实施例中，盒不包括阀。在一个实施例中，盒是无阀的。

在一个实施例中，使用鼓风器使液体移动通过盒的部件，降低了系统的复杂性，并且允许容易的处理，因为没有外部泵连接到盒中的通道。

在一个实施例中，在样品处理插入件连接到盒之前，试剂在样品操纵元件的通道内干燥。根据该实施例，干燥后，插入件连接到盒。在一个实施例中，所有进一步的操作(样品抽取、流动通过具有干试剂的通道并被处理)都由鼓风器进行。不需要外部泵。在一个实施例中，染色由鼓风器诱导，并且不需要外部泵。

在一个实施例中，本发明提供一种化验方法，包括：

提供如上所述的盒；

将生物样品引入到盒；

将盒插入如本文所述的光学机械系统中；

使用系统中的至少一个施力装置来操作盒中的至少一个鼓风器，以诱导样品流过样品操纵元件的干试剂通道；

使用系统中的至少一个施力装置来操作盒中的至少一个鼓风器，以诱导染色的(预处理的)样品从样品操纵元件流向至少一个混合室；

使用系统中的至少一个施力装置来爆裂盒中的至少一个泡罩，以诱导稀释/裂解溶液从反应物区流向至少一个混合室；

使用系统中的至少一个施力装置来操作盒中的至少一个鼓风器，以诱导稀释/裂解溶液与预处理后的样品在至少一个混合室中混合；

使用系统中的至少一个施力装置来操作盒中的至少一个鼓风器，以诱导经处理的溶液从至少一个混合室流向包括读取通道的查询区；

使用系统的光源照射读取通道，并通过系统的至少一个检测器检测从读取通道获得的光信号。

使用系统的处理器处理检测到的光信号以获得分析结果。

本文描述的盒和系统的实施例适用于本文描述的本发明方法的实施例。

在一个实施例中，本发明的系统不包括加热器。在一个实施例中，本发明的系统不包括温度控制设备。在一个实施例中，本发明的系统不包括温度计。

除了抗体(和可选的参照珠)之外，本发明的一个或更多个干试剂还可以包括化学品，诸如盐、稳定剂、pH调节材料、离子强度调节材料和其他与样品兼容和/或有助于将样品保持在适合处理和测量的条件下的化合物/材料。根据这一方面和在一个实施例中，干试剂包括混合物。

在一个实施例中，样品包括细胞。在一个实施例中，细胞是血细胞。在一个实施例中，细胞包括红细胞、白细胞或其组合。在一个实施例中，细胞包括干细胞。在一个实施例中，样品包括细胞碎片。在一个实施例中，样品包括颗粒。在一个实施例中，样品包括抗原。在一个实施例中，样品包括细胞，细胞包括细胞表面标记。在一个实施例中，表面标记是抗原或包括抗原。在一个实施例中，在本发明的盒化验中，样品中的抗原(例如细胞表面上的抗原)与干试剂中的抗体结合。在一个实施例中，抗体上的荧光标签用于识别细胞。不同的细胞表面标记物可以与不同的抗体结合。在一个实施例中，不同抗体包括不同荧光标签。根据这一方面和在一个实施例中，特定细胞将结合具有不同荧光标签的不同抗体。在一些实施例中，来自特定细胞的荧光波长和荧光强度指示细胞的类型。

在一个实施例中，本发明的化验是流式细胞术化验。在一个实施例中，生物学状况的确定/检测被称为样品分析或样品化验，或分析或化验或医学状况的确定。在一个实施例中，为了简单起见，反应物区被称为泡罩。在一个实施例中，抗体是荧光抗体。在引用“细胞”的一个实施例中，细胞是生物细胞。涉及细胞的实施例也可以涉及其他颗粒、细胞碎片、蛋白质、抗原、生物分子、细胞成分、病毒、细菌、微生物或其成分。所有这样的实施例都包括在本发明中。在一个实施例中，颗粒是细胞、珠或上面描述的任何种类。

在一个实施例中，参照珠是荧光珠，也可以称为微球、纳米球、荧光球或这些术语的组合。在一个实施例中，荧光团和荧光色素是可互换的术语。在一个实施例中，从本发明的细胞/颗粒获得的荧光是直接的、间接的或其任意组合。描述用于治疗的本发明的实施例还可以涉及诊断。在一个实施例中，术语“标签”、“探针”、“标记物”是可互换的。本发明的混合室可以采用许多形状、尺寸和几何形状，所有这些都包括在本发明的实施例中。在一个实施例中，本发明提供了在自动化盒中的细胞染色。在一个实施例中，并非所有的反应物区都包括泡罩。在一个实施例中，至少一些反应物区不包括泡罩。在一个实施例中，至少一些反应物区包括泡罩。在一个实施例中，盒上的区/室/元件/部件的位置可以变化，只要保持任意两个或更多个区/室/元件/部件之间所需的连接。

在一个实施例中，样品操纵元件中的隆起区域用于放置干试剂、引入样品或用于两者。在一个实施例中，本发明的化验是白细胞化验。在一个实施例中，处理前的样品是全血样品。

在一个实施例中，本发明的化验在从样品引入到样品操纵元件的时间起30分钟或1小时内完成。在一个实施例中，本发明的化验在从盒插入系统的时间起30分钟或1小时内完成。

本发明所属领域的技术人员将容易理解，在不脱离当前公开的主题的范围的情况下，可以进行许多改变、变化和修改，可作必要的修改。