[发明专利]具有多种检测形式的移动生物传感仪器

说明书

智能手机与能够以多种模式进行操作的装置光学耦合，以对适当配置的样品盒中的样品进行透射、反射、强度或散射光光谱分析。该装置包括第一照射光路，用于利用来自智能手机上的光源的光照射样品，以进行透射、反射和散射光光谱分析。该装置还包括第二照射光路，用于利用来自激光二极管的光照射样品，以进行强度光谱分析。该装置还包括收集光路，用于在各种模式下收集来自样品的光。智能手机上的图像传感器通过衍射光栅接收所收集的光，以获得光谱图像。第一照射光路基本平行于收集光路，而第二照射光路基本垂直于收集光路。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求了2017年9月28日提交的美国临时申请第62/565,013号的优先权，该美国临时申请的内容通过引用合并于本文中。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明至少部分是在美国政府的支持下、由国家科学基金会根据CBET 12-64377资助的。美国政府对本发明享有某些权利。

背景技术

自2004年推出智能手机以来，人们将智能手机与用于监测健康相关指标的可穿戴设备结合起来的兴趣日益增长，并且这种兴趣有可能发展成为每年超过150亿美元的市场，其主要关注于报告诸如心率和血压等生理参数。尽管此类消费产品的市场并未将绝大多数此类传感器归类为医疗设备，但是人们对于将附加的健康诊断方法(尤其是将对体液的体外诊断(IVD：in vitro diagnostic)测试)从实验室转移到护理点(POC：point-of-care)有着浓厚的兴趣。通过与读数仪器连接的专用测试盒，能够方便地进行测试，或者，能够通过视觉检查予以解释的试纸化验法已经获得了监管部门的批准，该批准有助于将它们用到POC环境中。

随着智能手机继续包括了更大的计算能力和更先进的成像传感器，它们补充了智能手机的用于无线通信和互联网连接的能力，IVD测试和移动设备(mobile devices)之间的接口提供了强大的新的POC测试范例。几乎所有最常见的基于实验室的诊断测试的输出都可以使用在灵敏度上可与传统的基于实验室的台式仪器相媲美的智能手机来感测。示例包括：基于智能手机的显微镜法、荧光测定法(fluorimetry)、酶联免疫吸附化验法(ELISA：Enzyme Linked Immunosorbent Assay)、聚合酶链反应法(PCR：Polymerase ChainReaction)和侧流化验法(lateral flow assays)。基于智能手机的生物传感技术已成为近期评论的主题。请参见L.Kwon,K.D.Long,Y.Wan,H.Yu and B.T.Cunningham,Biotechnology Advances,2016,34,291-304以及D.Zhang and Q.Liu,Biosens.Bioelectron.,2016,75,273-284。

然而，通常情况下，基于智能手机的IVD检测仪器只能执行单一类型的分析，并且只能进行测试的有限多路复用。长期以来，基于实验室的酶标仪(microplate reader)作为“多模式”仪器而发挥作用的能力已被公认为是理想的特性，它能够致使单个系统在光谱吸收分析(如在ELISA化验法中所使用的)、荧光分析(如在分子信标化验法、荧光偏振(FP：fluorescent polarization)化验法、和基于发光的化验法中所使用的)、以及一种产品(PerkinElmer EnSight)无标签光学生物传感器化验法的情况之间进行转换。检测系统能够在这些模式之间轻松转换的能力将会有利于使得用户能够只购买一种仪器，并且有利于使得用户能够在各种各样的应用程序中使用一种通用的液体处理格式和软件接口。

发明内容