CN102224410A - 用于测试分析物的成像分析仪 - Google Patents

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B.康奈利
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Abstract

本发明提供了分析仪，其改善了用于检测临床、工业或环境样品中的特定细胞、病毒和分子靶物的试验。本发明允许有效地且特异性地选择和在低放大率灵敏地成像检测单个微型靶物。自动化的实施方案允许有效的、轻而易举的、根据需要的、随机存取的高处理量检验。所述分析仪不需要洗涤步骤地进行试验，因而流线工程化，并降低成本。因而，本发明提供了这样的分析仪，其可以递送快速的、准确的和定量的、容易使用的、且节省成本的分析物试验。

Description

用于测试分析物的成像分析仪
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年9月24日提交的美国临时申请号 61/099,830的利益，其通过引用并入本文。
背景技术
检测特定靶物的重要性。用于检测特定的分子、细胞和病毒靶物的方法，是医学和兽医诊断、环境试验和工业质量控制的基础工具。在临床医学中用于检测特定靶物的方法的实例包括柜台有售的快速妊娠试验、用于测定传染因子对特定抗生素的抗性的微生物学培养试验，和血样中癌症标志物的高度自动化的试验。检测食物中的病原体污染物、用于药物开发的候选化合物的高效筛选、定量药物中的活性成分，例证了依赖于用于测定特定靶物的存在的方法的工业生产用途。需要测试特定靶物的环境用途包括，检测供水污染、空气传播的生物威胁因子和家庭的真菌污染。
标记靶物。一个用于检测特定细胞、病毒或分子的重要方案是，用光学上可检测的标记来标记靶物。可以特异性地或非特异性地标记靶物。通过用含有光学标记的靶物特异性的结合分子进行标记，可以特异性地标记靶物。靶物特异性标记可以具有不同类型的结合部分，包括大分子(例如，抗体、蛋白受体、核酸、碳水化合物和凝集素)和小分子(例如，激素、滥用药、代谢物)。靶物特异性标记的可检测的信号发射部分可以使用多种信号发射特征，包括荧光、磷光、色原体发光（chromogenicity）、化学发光、光散射和拉曼散射。
或者，可以非特异性地标记靶物——也就是说，可以与样品中的其它实体一起标记它们。例如，可以用DNA染色剂标记样品中的所有细胞，或可以用结合所有这样的分子的标记来标记所有脂蛋白。然后可以使用下述的靶物特异性的选择，特异性地检测非特异性地标记的靶物。
特异性地选择靶物。靶物特异性的选择对于检测标记的靶物而言通常是重要的。特异性选择经常用于物理地从其它标记的实体中、也从未结合的标记中分离出靶物。例如，用靶物特异性的抗体包被的磁性颗粒可以用于络合标记的靶物。将磁力应用于该络合物，则可以将标记的靶物沉积在表面上，而标记的实体和未结合的标记则未沉积。或者，通过捕获，也就是说，通过结合到被靶物特异性的结合部分（诸如抗体）包被的表面上，可以进行特异性选择。特异性选择可以发生在靶物标记之前或之后。
在特异性选择和靶物标记后，通常在连续的洗涤步骤中从反应物中去除未结合的标记，而选择保留特异性地选择的靶物，用于后续检测。洗涤步骤需要用户所不希望的劳动（在手工实验方法的情况下），且可能需要复杂的液体处理工程（在自动化***中）。一些技术，诸如侧向流方法，使用被动毛细管作用来从已经特异性地捕获在膜或固体表面上的标记的靶物洗下未结合的标记和非特异性地结合的标记。侧向流方法为手工实验简化了洗涤功能，但是这些方法可能是不灵敏的，且不适用于在自动化平台上的高处理量试验。
使用成像来计数标记的靶物。成像是用于检测在检测表面上的特异性地选择的标记的靶物的有力方法。成像方法将从检测区中的每个点发射出的光信号映射成图像中的对应点。相反，非成像检测方法通常整合从整个检测区发射出的光信号。
一些成像方法可以检测和计数单个标记的靶物。与检测区整合方法相比，计算特异性地标记的靶物可以导致非常低靶物水平的检测。基于图像的靶物计数方法的灵敏度优点主要源自下述事实，即随着靶物水平降低，光信号与背景之比基本上保持恒定。相反，对于检测区整合方法，随着靶物水平降低，信号与背景之比降低。
一类方法通过用显微光束***性扫描检测区来建立图像。扫描方法比使用数字阵列检测器(例如，CCD或CMOS照相机)来同时计算整个检测区中的特异性地标记的靶物的方法耗费更多时间。
用于灵敏的靶物计数的在低放大率的大面积成像。一些方法使用高放大率显微术来计算单个微型靶物。显微成像缺少灵敏度，因为每个图像仅取样小面积。可以对更大的面积连续成像，但是许多图像的获取是费力的、昂贵的且耗时的。或者，可以使用在低放大率的大面积成像，单个地检测和计算标记的微型靶物。低放大率成像可以允许在单个图像中计算在相对大面积中的小量微型靶物。
不需要洗涤来从特异性地标记的靶物去除游离标记的方法。已经开发了几种不需要洗涤的方法，其检测用标记的靶物特异性的结合部分特异性地络合的靶物。一类方法使用除非它们结合靶物时不发射信号的标记。这些标记具有限制，因为它们不会发射足够强的信号用于单个标记的靶物的有效大面积检测。不需要洗涤的另一种方法通过液相屏障进行选择，以从未结合的标记中分离出标记的靶物络合物。该方案使用检测区整合而不是灵敏的图像分析，因而缺少高灵敏度。
使用成像来检测特定靶物的试验所使用的分析仪。用于对单个标记的微型靶物成像的分析仪器通常使用高放大率来对靶物成像。例如，具有显微镜光学装置和数字照相机的分析仪可以检测沉积在微孔滴定板的孔的透光基底上的单个标记的细胞。除了固有缺少来自小区域显微成像的灵敏度和成像效率以外，这些分析仪通常需要多个洗涤步骤来去除未结合的标记和非特异性地标记的实体。
已经开发了几种使用大面积自动化数字成像的基于成像的分析仪，用于同时检测单个标记的靶物。为了检测单个靶物，这些分析仪必须执行重复的洗涤步骤或通过毛细管流进行洗涤。限于使用需要毛细管流的装置的试验的分析仪不能有效地测试大体积样品(例如，1 ml)或构造成用于自动化高处理量试验。
发明内容
本发明提供了改进的分析仪，其使用能检测单个光学地标记的靶物的光学器件进行大面积成像，并消除了对洗涤步骤的需要。通过无需洗涤步骤地对单个标记的靶物成像，本发明提供了灵敏的且定量的测试，同时降低自动化操作的成本和复杂性。
在一个方面，本发明表征了成像分析仪，其包括壳体，所述壳体接受装有样品的样品容器，且具有检测区，所述检测区具有≥ 1mm的最短线性尺寸，用于检测样品中可能存在的靶物；用于将选择力施加于样品容器的组件；用于检测区的大面积成像而配置的光电阵列检测器；和放大小于5倍（例如，小于2倍）的成像光学器件。在不同的实施方案中，所述选择力在样品容器的液体中以大于0.5 mm/min的平均速度移动平均直径小于0.5 mm且平均密度小于2 g/cm3n的磁性颗粒大于5 mm的距离，所述样品容器保持在分析仪的固定位置，其中所述液体的密度和粘度与盐水基本上相等。用于施加选择力的装置可以包括具有大于 10 mm的最短总线性尺寸和大于3.5千焦耳/立方米的磁化强度的磁体。分析仪还可以包括在检测区上的一个或更多个自动聚集；用于确保检测器和检测区之间的固定距离的机构；样品容器的辐照源 (例如，发光二极管)；自动化的液体转移装置；造成液体在样品容器内流动的机构；可以在分析仪上的位置之间移动样品容器的机器人台架；可以在分析仪上的位置之间移动样品容器的圆盘传送带机构；可以在分析仪上的位置之间移动样品容器的机械跟踪机构；条形码读数器；用于接纳样品容器的培养箱，其具有稳定地维持在温度设定点的2摄氏度内的平均温度的外壳；打印机、电子监测器和/或用于连接外部通信网络的***；自动的样品容器清洁器；一个或更多个在分析仪上成像后接受样品容器的接受器；一个或更多个废液接受器；集成的具有对象查找算法的图像分析软件；和集成的计划软件，用于管理一个或更多个样品容器在分析仪的不同位置之间的移动。优选地，分析仪接纳作为单个或作为多个单元的样品容器的导入。分析仪也可以接纳具有大于8 mm高度的样品容器。
在实施例和附图中也描述了成像分析仪及其组件。
“洗涤”是指这样的过程，其从容器或表面物理地去除液体，所述液体含有来自靶物的不希望的组分，所述靶物不同于不希望的组分，被保留、选择或捕获在容器中或表面上。
“不需要洗涤”的试验是指这样的试验，其中不使用洗涤步骤来检测靶物。
“分析仪”或“成像分析仪”是指这样的仪器，其具有本文定义的允许检测区同时成像的阵列光检测器和成像光学器件。分析仪可以具有许多用于增强检测的其它功能，包括用于将选择力施加于选择部分上、运输或温育的模块。
“孔”是指可以容纳液体的容器。孔通常具有≥ 1 mm的孔深度。
“成像孔”是指可以用于通过成像来检测标记的靶物的孔。成像孔具有检测表面，在所述表面上，成像分析仪可以检测标记的靶物颗粒。位于检测表面和成像分析仪的光检测器之间的材料具有用于支持标记的靶物的成像检测的光学性质。例如，所述材料通常是可穿透的，且在与装置的信号发射部分的信号标志相对应的光谱区中具有低光学背景。
“成像孔深度”是指沿着垂直于检测表面的轴的成像孔距离。
“垫子”、“密度垫子”、“液体垫子”、“垫子层”或“液体密度垫子”是指其密度大于覆盖层的基本上液体层。在本发明中，垫子存在于成像孔中，位于检测表面和包括样品和实验试剂的液体层之间。该垫子提供了实验试剂和检测表面之间的物理分离。使用选择，与选择部分复合的标记的靶物移动穿过垫子，并沉积在检测表面上进行成像。垫子的致密液体层将未被选择部分复合的信号发射部分从检测带排除。
“染料”是指加入反应中的物质或混合物，其干扰投向或来自信号发射部分的光的生成或透射。所述染料减小或消除在检测区以外发出的信号，同时允许检测从检测区内的信号发射部分衍生出的信号。对于包括荧光信号发射部分的装置，染料可以吸收荧光激发频率、荧光发射频率或二者的光。不同的染料性质可以用于该目的，包括光散射和吸收。在不同的实施方案中，所述染料会使信号减小至少50%、75%、85%、90%、95%或甚至99%。
“染色的垫子”是指包括染料的垫子。染色的垫子同时提供主体反应从检测带的物理排除(随着染色的垫子的密度而变化)，同时防止或减小信号从覆盖反应向检测器的透射(随着致密层中包括的染料而变化)。
“取样装置”是指用于收集样品的装置。取样装置的实例包括拭子、毛细管、擦拭器、烧杯、多孔过滤器、吸水过滤器和吸头。
“靶物”是指可能存在于样品中的细胞、病毒、分子或分子络合物，通过本发明测试其存在。
“靶物种类”是指多个靶物共有的一个或更多个特征，使得多个靶物被视作对于使用本发明构建的实验目的而言是相同的。例如，对于用于检测所有HIV病毒的实验，所述种类是HIV。这样的实验会检测所有HIV病毒，而不区分HIV-1和HIV-2变体。在该情况下，靶物的种类包括HIV-1和HIV-2。另一个实验的目的可能是将HIV-1与HIV-2区分开。在该情况下，每类HIV被视作不同的种类。如果实验目的是检测白色假丝酵母菌，3个探针被视作对于实验目的而言是相同的，因为它们具有共同特征，即它们特异性地结合白色假丝酵母菌，且被视作属于相同的靶物种类分子。
“种类-结合分子”是指特异性地结合种类特异性的结合位点的分子或分子络合物。种类-结合分子的实例是杂交基因组DNA的核酸探针；已经在体外选择或“进化”成特异性地结合蛋白上的位点的核酸适体；结合细胞抗原或血清蛋白的抗体；和特异性地结合激素受体或结合分子（诸如抗生物素蛋白）的配体（诸如表皮生长因子或生物素）。如果它们结合不同的且无重叠的种类特异性的结合位点，则2个种类-结合分子是不同的。可以根据它们的分子组成提及种类-结合分子，例如，种类结合的寡核苷酸、探针、抗体、配体等。
“捕获分子”是指稳定地结合在表面、膜或非颗粒的其它基质上的种类-结合分子。
“特异性地结合”靶物种类的种类-结合分子是指这样的种类-结合分子，其在定义的结合条件下结合作为实验扫描的种类的成员的基本上所有靶物，但基本上不结合可能存在于样品中的其它分子。在扫描的种类中的靶物所结合的种类-结合分子的数目相对于不在这样的种类中的靶物所结合的数目，通常是2倍、5倍、10倍、或大于50倍大。
“信号元件”是指直接产生可检测信号的分子或颗粒。短语“直接产生”表示下述事实，即信号元件是可检测信号的直接来源或关键调节剂。因而，如果信号是源自荧光团的光子，则所述荧光团是光子的直接来源，且因此是信号元件。如果信号是由RLS颗粒散射的光子，则所述RLS颗粒是信号元件。或者，如果信号是从辣根过氧化物酶的发色沉淀产物透射或散射的光，则所述发色产物是信号元件。
信号元件的一个特征是，这样的元件不可分成部分，使得每个部分产生与整体相当(按照特征，不一定按照强度)的信号。因而，2 nM直径量子点是信号元件，因为分割它会改变得到的纳米晶体的特征 (发射谱)。用诸如荧光素等荧光染料浸渍的5 µm颗粒不是信号发射元件，因为它可以分成部分，使得每个部分具有与完整颗粒相当的信号发射特征。相反，分子荧光素是信号发射元件。信号产生酶(例如，萤光素酶、碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶)的可检测产物也被视作信号元件。这样的信号元件(或它们的前体，当存在前体向信号元件的化学转化时)可以是可扩散物质、不溶产物和/或不稳定中间体。例如，酶碱性磷酸酶将化学发光底物CDP-Star (NEN;目录号NEL-601)转化成活化产物，它是发射光子的信号元件。
“信号发射部分”是指这样的分子、颗粒或物质，其包括或产生(在酶的情况下)一个或更多个信号元件，且缀合或可以缀合到种类-结合分子上。信号发射部分可以共价地或非共价地、直接地或间接地(例如，通过一个或更多个连接物或“化学连接物”部分，或通过缀合到相同颗粒上的两个部分)结合到种类-结合分子上。信号发射部分的实例包括羧基化的量子点；修饰成结合核酸探针或抗体探针的荧光团（诸如德克萨斯红）；抗生蛋白链菌素-包被的荧光聚苯乙烯颗粒(其可以缀合到生物素化的种类特异性的结合蛋白上)；含有重复核酸序列的滚环复制产物，每个所述序列可以杂交几个寡核苷酸，所述寡核苷酸以荧光修饰的核苷酸为尾巴，且在5'末端含有种类特异性的结合寡核苷酸。信号发射部分可以包括物理上不同的元件。例如，在某些情况下，所述信号发射部分是缀合到种类-结合分子(例如抗体)上的酶(例如，碱性磷酸酶)。当碱性磷酸酶的底物 (例如，CDP-Star或BM紫，分别来自NEN和Roche)被转化成信号元件产物(例如，发射光子的不稳定中间体，或可沉淀的发色产物)时，产生信号。对于种类-结合分子、酶促信号发射部分和在不同时间应用于反应中的底物，它不是罕见的。
“颗粒”是指尺寸小于50微米的基质。一群或一批颗粒的尺寸被定义为颗粒样品的最长正交维数对的平均测量。最长正交维数对是这样的颗粒正交维数对，其长度总和是该颗粒的所有这种总和的最大值。如果2个颗粒的样品分别具有1微米× 2微米和2微米× 3微米的最长正交维数对，最长正交维数对的平均测量是2微米 [(1+2+2+3)/4 = 2微米]。颗粒样品的最长正交维数对的平均测量是，例如，小于50微米、小于20微米或小于5微米。
许多颗粒具有一些固体特征。但是，可能不是刚性的分子支架或络合物也被定义为颗粒。例如，树枝状聚合物或其它分支分子结构被视作颗粒。类似地，脂质体是另一类颗粒。颗粒可以结合或缀合到信号元件上。经常用反映它们的尺度或几何形状的术语，表示颗粒。例如，术语纳米球、纳米颗粒或纳米珠用于表示沿着任意给定轴测量小于1微米的颗粒。类似地，术语微球、微粒或微珠用于表示沿着任意给定轴测量小于1毫米的颗粒。颗粒的实例包括胶乳颗粒、聚丙烯酰胺颗粒、磁体微粒、铁磁流体 (磁性纳米颗粒)、量子点等。
“标记颗粒”是指可以特异性地结合靶物并产生信号的颗粒。标记颗粒缀合到信号发射部分和种类-结合分子上。
“靶物:标记颗粒络合物”是指一种或更多种靶物特异性地结合的标记颗粒。
信号元件或信号部分的“信号特征”(signal character)是指由所述信号元件或信号发射部分产生的信号的一个或更多个方面，其可以用于与其它信号元件或信号发射部分区分开。例如，用荧光素和罗丹明标记的信号发射部分的信号特征是荧光。放射转发器的特征是射频。光子信号发射特征的实例是荧光、光散射、磷光、反射比、吸光度、化学发光和生物发光。所有（除了最后2个实例以外）光子信号发射特征依赖于外部辐照 (例如白光源、激光源、或日光)。相反，化学发光和生物发光是独立于外部光源的信号发射特征。
“信号标志”(signal signature)是指结合实验靶物种类的信号发射部分的组合的特征性信号发射特性。结合4类抗体（其中之一缀合到荧光素分子上，其中3类用罗丹明分子缀合）的靶物具有用荧光素和罗丹明的组合的加权的吸光度和发射谱描述的信号标志。
“选择力”是指用于捕获、分离、移动或隔绝靶物的力。选择力的实例包括重力、磁力、电势、离心力、向心力、浮力密度和压力。通过单独作用于靶物上的选择力，可以移动靶物。或者，可以使选择力特异性地作用于与选择部分结合的靶物上(参见下文定义)。
施加选择力来移动靶物的实例包括：靶物的离心；结合到磁性颗粒上的靶物的磁性选择；用金属颗粒标记的靶物的重力沉降；和通过真空过滤将靶物沉积在多孔膜上。在下面的实施例中包括了选择力的应用的其它实例。
“选择部分”是指这样的原子、分子、颗粒或其它实体，其可以缀合到种类-结合分子上，并给种类-结合分子赋予通过选择力被选择性地捕获、分离、移动或隔绝的能力。当种类-结合分子:选择部分络合物特异性地结合靶物时，所述靶物通常还可以通过选择力被选择性地捕获、分离、移动或隔绝。“选择性的”表示选择力对选择部分和结合的实体的移动的优先赋予易感性超过选择部分未结合的实体。
顺磁颗粒和铁蛋白是选择部分的实例。在溶液中下沉的致密的二氧化硅颗粒是另一类选择部分。当被种类-结合分子包被且结合微生物靶物时，这样的颗粒会造成靶物在水溶液中下沉，由此导致结合的靶物与其它样品未结合的组分分离。
“大致平面的”表面或基底是指这样的表面，其可以平行地对齐假想平面，使得当从该表面上的任何1 mm × 1 mm正方形中的点向假想平面上的最近点测量距离时，平均距离的绝对值小于50微米。
“检测表面”是指，在本发明的某些实施方案中，在其上面沉积靶物的大致平面基底的表面。在使用光子信号发射特征的实施方案中，如果所述检测表面是透光的，通过检测表面的任一面，可以实现检测。如果所述检测表面是不透光的，通过沉积靶物的检测表面的一面，可以实现检测。
“检测区”是指通过本发明同时分析的检测表面区域或检测带。检测区的最长线性尺寸通常大于1 mm，例如，大于5 mm、10 mm或15 mm。例如，通过包括集合透镜和CCD芯片的光学装置同时成像的载玻片部分可以测量0.8 cm × 0.5 cm。则检测区是0.4 cm2。
“检测带”是指可以在其中检测靶物的体积。检测带具有与检测区相同的尺度，但是具有与可以在其中检测和鉴别标记颗粒的深度相对应的深度。检测带的深度因此依赖于用于评分阳性信号的阈值标准。当使用光学检测时，检测带的深度依赖于场的光学深度。
检测区的“最长尺度”是指在检测区周边上的2个点之间可以绘制的最大长度线。例如，如果检测区是测量为0.3 cm × 0.4 cm的矩形，检测区的最长尺度是对角线0.5 cm。如果检测区是半长径长度为7 mm且半短径长度为2.5 mm的椭圆形，检测区的最长尺度是14 mm。
检测区的“最短尺度”是指在检测区周边上的2个点之间可以绘制的最小长度线。例如，如果检测区是测量为0.3 cm × 0.4 cm的矩形，检测区的最短尺度是对角线0.3 cm。如果检测区是半长径长度为7 mm且半短径长度为2.5 mm的椭圆形，检测区的最短尺度是5 mm。
“大面积检测”或“大面积成像”是指用于检测微型靶物的方法，其中检测区(通过检测装置同时分析的区域)远远大于靶物。用于大面积检测的检测区具有≥ 1 mm的线性尺度。相反，微型靶物实质上更小，通常在至少2个正交维数测量小于50 µm。大面积检测的实例包括：用CCD照相机对9 mm直径检测区成像；通过用具有1 cm长尺寸的CCD线性扫描器扫描，对2 cm × 1 cm矩形成像；使用直接暴露于照相胶片，对含有微生物靶物的4 cm × 4 cm滤光片成像；和在快速侧向流试验纸检验中，目检与1 cm × 3 cm实验区上的微型靶物相对应的色斑。
“缀合”或“稳定结合”是指2个实体之间的物理结合，其中结合的平均半衰期是在PBS中在4℃至少1天。
在检测区部分中“同时检测”靶物是指在一个步骤中检测来自大致平面的检测表面部分的信号。使用CCD芯片、目检或基于光电二极管的信号整合对检测区的靶物进行大面积成像，是同时检测的实例。
“样品”是指通过本发明扫描靶物的存在的物质。
“直接目检”是指在没有除了可佩戴式矫正透镜以外的其它仪器的辅助下的目检。例如，直接目检可以用于在某些快速侧向流试验中检测纳米金颗粒的淡红色的反射信号。
“光电检测器”是指将光子信号转换成电信号的人造装置或仪器。光电检测器的实例包括CCD检测器、光电倍增管检测器和光电二极管检测器、例如，雪崩光电二极管。
“光电阵列检测器”是指包含独立的光灵敏的像素元件阵列的光电检测器。光电阵列检测器的实例包括CCD检测器和CMOS检测器。
“辐照”是指用电磁辐射照射。不同波长的电磁辐射可以用于辐照。它包括，例如，用在X-射线、紫外线、可见光或红外线光谱区域中的波长辐照。应当指出，辐照不一定在可视区。辐照优选地发生在190至1100 nm的范围内。
具有“光子信号发射特征”的信号元件或信号发射部分是指这样的信号元件或信号发射部分，其可以通过光子的发射、反射、散射、折射、吸收、捕获或重定向或光子行为的任意其它调节或组合来检测。具有光子信号发射特征的信号元件或信号发射部分的某些实例包括：荧光团德克萨斯红 (荧光信号发射特征); CDP-Star (化学发光信号发射特征); 萤光素酶 (生物发光信号发射特征); 共振光散射颗粒(光散射信号发射特征); BM紫(光吸收或发色信号发射特征);和升频磷光体 (吸收2个长波长光子，并发射1个更短波长光子)。
PBS是磷酸盐缓冲盐水溶液，其含有: 120 mM NaCl、2.7 mM KCl和10 mM磷酸盐缓冲液(钠盐) pH 7.4。
CCD是电荷耦合器件。
hTSH是人促甲状腺激素。
PSA是压感胶粘剂。
RF ID是射频鉴定。
除非另外指出，在本说明书中描述的微生物菌株从维吉尼亚州马纳萨斯的美国典型培养物保藏中心(ATCC)得到。
附图说明
图1. 成像和光学器件***简图。(实施例1)
图2. 图像分析: 从左上角逆时针方向——输入、ROI、放大的输入、检测的信号、检测的碎片。(实施例3)
图3. 条形磁性组合装置。(实施例2)
图4. 在平行磁棒之间的成像。(实施例2)
图5. 圆柱形磁体阵列。(实施例2)
图6. 来自具有集成的生长和试剂模块的装置的试验结果与台式试验的对比 (实施例9)。
图7. 简单的未自动化的分析仪的***简图。(实施例4)
图8. 简单的未自动化的分析仪的照片。(实施例4)
图9. 自动化的分析仪软件简图。(实施例6)
图10. 自动化的单样品仪器筒***。(实施例7)
图11. 自动化的单样品仪器样品加入。(实施例7)
图12. 自动化的单样品仪器***简图。(实施例7)
图13. 自动化的单样品仪器结果输出。(实施例7)
图14. 高处理量自动化分析仪。(实施例8)
图15. 根据需要的分析仪CAD 子组件。(实施例9)
图16. 根据需要的分析仪照片。(实施例9)
图17. 筒实施方案。(实施例9)
图18. 根据需要的分析仪电气***。(实施例9)
图19. 来自自动化图像分析软件的输出表格。(实施例8)
图20. 使用固定带传动的根据需要的自动化分析仪的外部视图。(实施例10)
图21. 根据需要的自动化分析仪的内部视图。(实施例10)
图22. 自动化的根据需要的筒分析仪的概念图的前视图。(实施例11)
图23. 自动化的根据需要的筒分析仪的概念图的后视图。(实施例11)
图24. 单平面运送传动机构。(实施例12)
图25. 冲击波***软件简图。(实施例13)
图26. 在用于高处理量冲击波试验的自动化筒分析仪中使用的筒。(实施例15)
图27. 图26中的筒的载体。(实施例15)
图28. 用于高处理量冲击波试验的自动化的筒分析仪。(实施例15)
图29. 高处理量冲击波试验分析仪的内部视图。(实施例15)
图30. 在高处理量冲击波试验分析仪上的处理步骤。(实施例15)
图31. 流体容器。(实施例14)
图32. 具有一个样品消耗品的样品支架。(实施例14)
图33. 平台圆盘传送带的功能机构。(实施例14)
图34. 商业冲击波检测平台体系结构。(实施例16)
图35. 一次吸量3个患者样品的图解。(实施例16)
图36. 装载样品支架。(实施例16)
图37. 通过样品跟踪***将样品递送至仪器。(实施例17)
图38. 与可比较的机器相比，简单的体系结构和小接地面积。(实施例17)
图39. 中央实验室分析仪的功能机构。(实施例17)
图40. 中央实验室分析仪的关键元件。(实施例17)
图41. 软件状态简图。(实施例6)
图42. 捡放型机器人布局。
图43. 实例样品工作流程。
图44. 排队用样品支架组装的子组件。(实施例14)
图45. 液体处理和试剂处理子***的视图。(实施例14)
图46. 移液吸管组合装置。(实施例14)
图47. 杯子清洁组合装置。(实施例14)
图48. 冲击波检测原型平台。(实施例14)
图49. 液体处理子***的特写视图。(实施例14)
图50. ***控制界面表(interface tab)1。(实施例8)
图51. ***控制界面表2。(实施例8)
图52. ***控制界面表3。(实施例8)
图53. ***控制界面表4。(实施例8)
图54. 用于Auto 2的平板位置选择窗口。(实施例8)
图55. 显示湍流诱导挡板和按键的主试剂容器实施例。(实施例14)
图56. 混合杯子和SAW转导器子组件。(实施例14)
图57. 磁体和光学子组件。(实施例14)
图58. 圆盘传送带顶视图。(实施例14)
图59. 从杯子取出液体的方法。(实施例14)
图60. 毛细样品收集消耗品。(实施例14)
图61. 样品获取和分配消耗品的组合。(实施例14)
图62. 四轴操纵器。
图63. 均匀磁性选择的实施例。(实施例14)
图64. 流体处理简图。(实施例14)
图65. 冲击波试验筒的照片。(实施例15)
图66. 具有不同磁性选择的图像。(实施例2)
图67. 可变形袋的实例，所述袋具有通过滚柱机构对其起作用的脆性密封。
图68. 冲击波***样品收集。(实施例16)
图69. 可移动的冲击波分析仪。(实施例16)
图70. 冲击波***安全机箱、运输(左)和堆叠储存(右)。(实施例16)
图71. 使用快速断开配件的液体替换。(实施例16)
图72. 具有机器人学的自动化分析仪的成像光学器件***简图。(实施例1和实施例9)
图73. 成像光学器件***简图自动化分析仪。(实施例1和实施例8)
图74. 自动化的图像分析软件。(实施例8)
图75. 通过自动化分析检测人全血中的细菌炭疽芽孢杆菌致死因子蛋白。(实施例14)
图76. 展开的软件体系结构。(实施例6)
图77. 选择的标记的靶物的集中沉积。(实施例2)
发明详述
发明概述。本发明是一种分析仪，其用于快速且灵敏地检测医学、兽医、工业和环境样品中的靶物。本发明可以测试许多靶物类型的多个样品类型，包括细胞、病毒和分子。通过在特定靶物选择后使用低放大率大面积成像来检测和计算单个标记的靶物络合物，本发明实现了它的灵敏度和效率。本发明的实施方案可以将来自具有仅几个移动部件的分析仪的多重机械复杂性整合至高度自动化的平台中。自动化的实施方案会使用户步骤最小化，包括样品制备。本发明可以提供高处理量根据需要的测试，具有自动化样品输入、处理、分析和结果报告。所述成像分析仪可以设计成与在本文中和在2009年9月24日提交的标题为“Kits and devices for detecting analytes”的国际申请号__________（其通过引用并入本文）中描述的试剂盒或装置一起使用。所述装置和试剂盒可以用于在本文中和在2009年9月24日提交的标题为“Method for detecting analytes”的国际申请号__________（其通过引用并入本文）中描述的试验。
在下面的部分中描述了本发明的一些关键功能和属性：
1. 样品输入
2. 试剂处理
3. 处理容器运动
4.管理输入样品信息
5. 中间处理
6. 特异性选择
7. 成像
8. 图像分析
9. 结果报告
10. 后处理
11.***控制
1.样品输入
分析仪可以包括一个或更多个样品输入子***，它们允许分析仪与一个或更多个样品相互作用。所述分析仪可以接纳许多不同类型的样品和样品导入模式，它们可以支持宽范围的用户工作流。加入分析仪后，样品也可以经历试验前处理。
样品的类型。样品的稠度范围可以是从尿、粪便、血液、血清、唾液到粘液、食物或水。使用拭子或擦拭器，可以从表面收集环境样品，或从空气或水收集。样品体积可以很大地变化。所述体积可以是，例如，小于1 µL（对于刺指血液）(图26)至大于1 mL（对于洗脱的鼻拭子样品）(图17)。所述样品可以已经经过，或没有经过预处理。例如，可以在将它们加入分析仪之前，将稀释剂或生长试剂加入样品中，或可以在加入分析仪之前，发生样品生长。另外，可以将一种或更多种添加剂加入样品中。可以在导入分析仪之前或之后，将抗凝剂加入全血样品中，以防止凝结。特定分析仪实施方案可以设计成处理一个或更多个特定样品。
分析仪可以接纳一个特定试验类型(图33)或许多不同的试验类型(图38)。多个实验类型可以依次(图33)或以随机接近方式(图38)运行。分析仪可以储存和操纵用于测试的试剂，或所述试剂可以在分析仪之外或在导入分析仪中的实验装置中储存和操纵(图28)。
样品导入。样品导入可以包括导入样品进行分析仪处理所需的任意步骤。可能存在许多不同的可行的样品导入模式。样品可以通过样品容器导入分析仪(图10和图17)，或它可以通过吸量管、样品收集球、拭子、具有血滴的手指、注射器、毛细管、织品或擦拭器直接地加入，以提供少量实例。样品导入模式可以是自动化的、手工的或二者的组合。手工样品导入的一个实例如图7所示，其中用户将样品容器直接放在试验托盘上进行处理。手工和自动化样品导入的一个组合如图28和图29所示，其中由用户将样品容器放入装载圆盘传送带，它在这里自动地进入分析仪，并被处理。图37解释了使用自动化样品跟踪***的完全自动化的样品导入的一个实施方案。在这里，样品容器被递送至分析仪，其中当新样品已经到达时，光学传感器会检测到，并计量样品用于处理。这整个过程不经用户相互作用地发生。
分析仪可以接受许多不同的样品容器结构。样品容器的大小、形式和内容物可以广泛变化，取决于用途、样品类型或分析仪形式。样品容器范围可以是从具有特定光学性质的简单开放容器（用户在其中执行许多材料交换步骤）到具有自动化的流控部件的多功能分析仪。样品容器可以是单个模块(图26)或堆叠(图20)。它们也可以是单个(图31)或多个样品容器。支架可以被接受进分析仪中，所述分析仪含有一个(图32)或多个(图27)样品容器。可以将样品容器放入待处理的分析仪中，在处理过程中，样品保留在内部(图29)，或样品可以从容器取出并在不同的容器中处理(图37和图38)。
分析仪接受样品容器进行实验处理存在多种方式。样品导入可以简单至用户把样品容器直接放在试验托盘上进行立即分析，诸如如图7所示，或可以复杂至如图15所示的分析仪，其使用光学传感器、传送带和三轴台架机器人。样品容器输入可以使用一个或更多个子***，它们使用重力效果(图22)、线性推动 (图24)、机器人学 (图15)或带(图21)来移动一个或更多个样品容器或样品容器支架。没有与分析仪结合的外部自动化单元也可以递送样品容器给分析仪进行处理，诸如自动化跟踪***，其可以是独立的医院样品跟踪***的一部分。
样品预处理。进入分析仪以后，样品可以经历预处理(例如接触血液收集管中的抗凝剂)。样品或样品容器可以暂时排成队列，以等待处理，或它可以经历一个或更多个预处理。样品预处理可以包括、但不限于：加热、冷却、混合、稀释、温育、加入添加剂或介质。预处理可以在样品容器上自动发生，或可以由分析仪启动。
2.试剂处理
为了分析样品，分析仪可能需要控制样品反应阶段的定时。这可能包括移动试剂，包括液体。本发明可以提供一种或更多种移动和计量不同试剂的手段，它们可以包括以精确控制的方式移动液体、固体和气体。
试剂处理分析仪子***的复杂性可以变化。在最简单的情况下，试剂处理是在先进的样品容器内部自动地计量和定时，诸如图7。在该实施方案中，分析仪不需要任何试剂处理功能。但是，在更复杂的分析仪实施方案中，诸如图39，许多试剂添加和处理步骤由分析仪执行。在这里，由分析仪加入、混合和定时多个反应试剂，其作用是对样品进行试验。
许多类型的试剂可能需要由分析仪控制运动。需要运动和计量的试剂可以包括一种或更多种试验试剂、稀释剂、洗脱液、添加剂、清洁液和废液。
分析仪的试剂处理子***可以使用试剂管理方法，所述方法的执行完全装载在分析仪外（off-board）、完全装载在分析仪上（on-board）、或二者的组合。装载外（off-board）试剂处理包括在图28中所示的分析仪，其中通过内部毛细管作用自动地移动全血，并与已经在一次用弃的样品容器内的自含试剂反应(图26)。该分析仪实施方案移动样品容器进行成像和结果处理，但是它不需要任何试剂处理子***。或者，流体管理可以完全由分析仪控制，诸如在图40中，其中由旋转吸量机器人移动和计量全血。由分析仪上的另一个吸量机器人加入其它试剂，以开始反应。混合和反应时机也由分析仪的试剂处理子***控制。试剂处理也可以部分地由分析仪管理，诸如在图21中，其中通过激活分析仪上的机械致动器来启动样品反应，但是所有其它试剂处理步骤（包括液体移动、向样品加入反应试剂样品、和混合）发生在样品容器内部。
液体移动方法。可以以被动或主动的多种方式，移动液体。液体的被动移动，可以通过例如毛细管作用来实现，且可以通过分子水平的表面张力相互作用来诱导流动，这适用于将血样***图26的分析仪的狭窄通道中的情况。其它被动液体处理方法包括渗透压差（诸如跨半透性膜）或通过电环境差异，以及其它方法。通道中的流体流动可以是被动的（在毛细管作用的情况下）或主动的（如果它是在施加的压力下）。
主动液体移动要求跨液体诱导压力梯度。存在多种以该方式移动液体的方法。通过图17中的柱塞，图21中的样品容器的螺丝，或通过图22的分析仪的直接线性推动，可以作用于流体。通过固体分析仪的偏转（诸如在变形膜或横隔膜中）或波纹管或手风琴样结构的坍陷或扩大，也可以移动流体。
主动液体移动的其它工具包括泡罩包、脆性密封和二者的组合。可以将液体密封在泡罩包中，并通过施加压力到可变形的模块上直到它破裂来释放。同样地，可以将脆性密封设计成在特定压力破碎，从而在将特定力已经施加于液体团块后，移动液体。通过滚柱机构，可以移动在已经通过脆性密封来密封的泡罩包内包含的液体试剂，诸如在图67中所示。通过把试剂包装在模块袋中，可以实现更长的贮存期限和可靠性。可以在有或没有泡罩存在下使用脆性密封。滚柱机构的简单性可以确保稳健性。使用滚柱型机构的可控定向运动的可能性可以限制回流和错流，或甚至用于混合。滚柱机构可以集成在样品容器中，或作为子***放在分析仪上。在美国专利号5,254,479中例证了该模块概念的一个具体实施方案。
存在集成机械运动的其它主动移动过程。在某些情况下，机械动作会打开门，诸如阀。阀具有多种类型，包括诸如节流（pinch）阀、旋转阀、单向阀或鸭嘴阀等几个实例。其它机械运动，诸如可变形的吸收基质的扩大或挤压，可以诱导液体运动，就象把液体挤出或挤进海绵。具有特殊吸收性和容量的多种吸收材料可以用于该效果。在机械运动的另一个实例中，以前不邻近的2个物理上分开的组件集合到一起并对齐。
主动移动液体的其它方法包括，去除在策略上封闭通道的固体或液体或气体。这样的组件可以通过移动、熔化或蒸发来实现，这些通过高温、化学反应、吸收或暴露于辐射（诸如紫外线波长光）来实现。通过直接液体转移，诸如通过吸量，也可以物理地移动样品。在图34和图37中显示了通过吸量管进行液体移动。机械致动器可以与样品容器上的接口（诸如图17中的柱塞）相互作用。机械致动器可以包括针、柱塞、钩、锤、滚柱或其它表面的移动。通过施加真空或压力，诸如通过抽吸作用，诸如使用注射器、蠕动泵、叶轮泵或隔膜泵，可以移动试剂。
可以预见到，一种或更多种上述移动方法的任意组合会建立复杂的液体处理线路图。一个实例如图17所示，其中由分析仪激活液体移动。试剂处理子***由线性执行机构组成，所述线性执行机构压迫样品容器帽的柱塞，直到样品与包含在样品容器内的生长培养基相互作用。分析仪然后计时温育生长特定时段。当时间已过后，线性执行机构进一步压迫样品容器的柱塞，移动生长孔中的液体到成像孔，在样品容器内自动地进行试验。可以预见到试剂移动方法的许多替代组合，以建立任意数目的独特线路图。
流动开始。存在许多控制试剂运动的开始和时机的方法。脆性密封、可重新密封的膜或阀可以在适当时机之前阻止流体移动。可以压迫或松弛O-环，以控制流动。以特定方式彼此配合的可机械移动的组件，可以用于控制流动。实例包括、但不限于：搭扣、螺丝钉或螺旋钻、压配合、铰链或滑板。
表面处理可以用于修饰流动特征，其中将疏水区或亲水区导入到包括吸头在内的分析仪子组件上。这些区域可以通过环境处理来建立，诸如将子组件放置在氧等离子体、电晕、带离子电荷的室中。也可以将模块暴露于其它类型的处理，包括但不限于，化学浸蚀、蒸汽和液体沉积、特氟隆或其它不粘或低粘涂层（包括其它化学涂层）。通过材料选择和处理，包括表面纹理和粗糙度，也可以实现流动的开始和方向。
光可逆的涂层可以用于建立这样的表面，其特征（诸如亲水性或疏水性）可以根据需要而改变。
计量流体。可以精确地计量流体，并递送至一个或更多个平行的或连续的容器中。通过一个或更多个分析仪子***或子组件（其包括许多被动和主动方法），可以控制计量。
可以以许多不同方式主动计量流体。主动流体计量可以包括移动柱塞、注射器或活塞、用或不用滚柱压迫泡罩包、脆性密封的受控破裂、螺旋钻或螺丝钉的旋转、使膜、横隔膜、波纹管或手风琴样结构变形。通过吸量，也可以直接转移流体。
被动计量可以以几种方法发生。可以通过几何设计部分地或完全地控制子组件或样品容器，所述几何设计补偿流动阻力，例如通过表面张力或通过毛细管作用。通过弥漫疏水的或亲水的边界区，也可以进行计量。在该情况下，液体置换气体或空气，但是在它不能容易地穿过的疏水膜或边界处停止。另一个被动实施方案可以包括，使用真空填充区计量。在孔或容器中自含的真空可以向流体体积开放，所述流体体积被更高的压力压回，诸如大气压。释放真空区和液体之间的边界，可以导致一个特殊液体体积，其随着液体冲入来平衡低压区，被计量进以前抽真空的区域。用于精确计量的相同部件可以用于定时。
防止泄露。所述分析仪可以具有用于液体容纳和防止泄露的部件。这可以包括孔、容器和通道以及其它容纳模块。容纳流体流动和防止泄露的边界可以由固体、液体或气体制成，其控制样品的物理位置和运动路径。
存在许多在预处理和测定反应步骤之前、过程中和之后防止泄露的方法。不动的固体容纳包括、但不限于：通道、孔、容器和室（包括吸头和球）。也存在垫子或膜。流体可以用于容纳另一种液体，诸如通过聚焦流（focused flow）、2种不混溶流体的乳液或悬浮液，作为几个实例。这些液体可以是静态的或运动的。流动可以被可机械移动的固体部件所容纳，所述部件可以包括通过搭扣或压配合、螺丝钉、铰链、滑板、o-环、阀、脆性密封或可重新密封的膜而配合到一起的2个部件。
流体可能需要置换截留的空气；因此可以包括排气方法来使在孔或通道内截留的气体最小化。存在多种排出空气的方法。几个实例包括疏水膜等膜、真空或低压区、另一种液体、气体或可变形固体（诸如横隔膜、毛细管或通向大气的大孔，或多孔固体，诸如有机硅）的位移或挤压。
在计量过程中和它结束后，可能需要使错流或回流最小化。使用膜、阀或气泡或不混溶的流体，诸如含有水性样品的油，或液体塞，可以防止回流。通过在样品之间彻底洗涤组件，诸如吸头和反应杯(图40)，可以使错流最小化。
混合。所述分析仪可以具有用于混合流体与其它液体或干燥试剂的部件。混合可以被动或主动发生。被动混合可以包括诸如湍流、旋转路径或溶液的低能量等方式，诸如将液体加入干燥试剂中。主动混合可以包括、但不限于，物理运动，诸如旋转或振荡桨或搅拌棒、反复吸打 (诸如上下吸液)、振动诸如超声波，导入气泡，或通过涡旋或章动。在分析仪中可以包括一种或更多种混合方法。
3. 处理容器运动
容器运动可以以多种类型实现。容器可以是具有外部液体运动功能的简单的单个单元，或具有流体管理和反应基本结构的封闭的复杂设计，其设计成需要外部启动流体转移。在分析仪中，处理容器运动可以是线性的、随机的、无、或运动的组合。在固定处理单元的模型(图7)中，用户把容器放在指定的区域，***将移动处理子***(例如照相机、磁体)，同时容器保持静止。存在以多个方向执行系列处理操作的线性运动***。图11、14、21、22和24使用线性系列处理模型。滑动平台有时称作台子，也可以执行连续的或随机的处理功能。图14显示了平台子***。
旋转运动包括圆盘传送带。圆盘传送带可以用于节省表面积或组件（诸如电动机）数目的场合。圆盘传送带处理可以是连续的或随机的，且表征在图28、30和35中。它们中的一些组合地用于液体处理。
在需要随机接近的场合，可以使用几个运动组合。例如，直角坐标型机器人(在动力化的抓、提、真空提或其它容器连接模型中)，捡放型机器人(在动力化的抓、提、真空提或其它容器连接模型中) 设计会提供运动功能。图15、42显示了随机接近机器人。存在随机运动的替代设计，例如蛇状带（作为具有反向能力的主要运动装置）和转移机构（用于移动主运动装置）的组合。
其它类型的容器转移可以在运动元件之间、运动和处理功能单元之间、和处理容器之间移动容器。这些模型包括斜坡、致动器、活盖门、弹簧导子、重力补位设计。图15、20、23、24、29在它们的移动容器的设计中使用一个或更多个转移模型。
4.管理输入样品信息
本发明的一个重要方面是输入样品信息的管理。这包括实验对象信息和实验分析信息的管理。
实验对象信息提供了将实验结果与实验对象相关联的能力。例如，在临床场合，本发明提供了将实验结果与患者关联的机构。除了关联实验对象和结果以外，实验对象信息可以提供与实验对象有关的额外数据。例如，在紧急冲击波试验场合，可以通过该***收集患者联系和历史信息，以促进下一阶段的患者护理。
除了管理实验对象信息以外，本发明的实施方案可以管理实验分析信息，它是与实验本身有关的信息。实验分析信息包括进行的实验的类型（单个或复数个）和与实验有关的分析参数诸如校正信息。
实验对象信息。存在多种用于管理实验对象信息的实施方案。使用的实施方案经常取决于用途和适合该用途的工作流程。一些可能的实施方案描述在下面的段落中。
一个实例是手工输入实验对象信息。手工输入可以包括: 用户将实验对象数据写在记录卡片上，用户将数据电子地输入实验室信息***(LIS)或医院信息***(HIS)，和使用前面板、连接的终端或其它机构将实验对象数据输入仪器。
在许多用途中，存在由惯常的工作流程***产生的实验或患者特异性的标识符。这被惯常的数据管理***用于跟踪实验结果。在支持这些用途的实施方案中，实验和实验结果与惯常标识符相关联，用于报告给惯常的数据管理***。该关联可以以多种方式来实现。
将惯常标识符与实验相关联的一种方式是，把它加入实验输入容器。例如可以把条形码或手写标记放在样品试管或实验筒上。
另一个跟踪实验结果的方案是，将惯常标识符与在输入样品容器上的标识符相关联。例如，输入单元可以具有在工厂已装入的识别装置，诸如条形码。该输入容器标识符可以与惯常标识符相关联。这可以通过读取或扫描标识符并以多种方式储存它们来实现，所述方式包括：储存在仪器上，储存在输入容器上，和储存在第三方***中。
输入单元识别装置和惯常识别装置可以使用许多识别和识别读取技术。这可以是一个或更多个输入单元识别读取技术与一个或更多个惯常识别读取技术的任意组合。读取技术包括、但不限于：光学扫描和转化成电子ID形式，光学扫描和转化成图像形式，射频扫描，红外线扫描，和手工读取和通过键盘/点击装置或声音接口输入。
当实验结束时，将结果与惯常标识符相关联，并报告给惯常的数据管理***。这可以由仪器自动地完成。例如，仪器可以与LIS/HIS***通信。
作为惯常产生的标识符的跟踪实验结果的替代方案，一些用途可以使用分析仪来提供机构，以关联实验和患者。例如，当测试大群体的潜在生物危害暴露时，分析仪可以记录患者信息，并提供信息和实验样品之间的联系。存在许多将实验与患者关联的方案。它们包括：捕获患者信息，使患者接触实验结果，给患者提供识别装置，和这些方案的组合。
捕获患者数据可以以多种方法来实现。它们包括、但不限于：在仪表板上输入数据，在网络浏览器或其它附加的薄客户接口上输入数据，在直接或网络连接的计算机上输入数据，使用声音接口***输入数据。
存在许多可以提供给患者的识别装置。可以给患者提供识别物品，诸如标签、卡片、腕带。可以给患者提供传呼机或允许通过独特代码进行信号发射的其它信号发射装置。每种这样的装置具有识别机构。可能的机构包括：文字标识符、条形码、射频标识符 (RFID)和蓝牙。
实验结束后，***将实验结果与患者相关联。然后使用选定的信号发射装置向患者发信号，并使用独特代码通知患者基于结果适当的下一阶段治疗。该过程的实例实施方案包括：
在患者信息中提供的电话号码，通过电话，使用人或交互式声音应答(IVR)联系。通知患者下一阶段治疗。
按照患者信息中提供的地址，通过SMS文本或即时信息，进行人或***联系，以通知患者下一阶段治疗。
通过可佩戴的装置定位功能，定位个体，然后提供关于下一阶段治疗的直接人咨询。
在提供的信号发射装置上，呼叫患者。通知患者联系适当的患者管理人员。
通过通告***，通告患者姓名或ID。通知患者联系适当的患者管理人员。通告***可以包括声音、放大的声音、和标识符显示器。
采集样品后，患者移动到等候区。随着试验依次进行，它们排队等候。在输出站读取患者ID装置。然后基于实验结果，通知患者下一步治疗。
进行实验后，患者联系***人员。他们被告知结果和下一阶段治疗。
基于他们的标识符，患者可以电子地接近结果。
可以使用2个或更多个上述方案的任意组合。
实验分析信息。作为本发明的实施方案的分析仪器接受和解释与输入样品有关的信息，以提供如何处理和分析样品的信息。这包括进行的实验的类型（单个或复数个）、校正信息和与实验有关的其它分析参数。
输入样品可以伴有实验分析信息。来自输入样品的信息可以作为机器可读形式从输入装置检索，所述形式诸如1D 条形码、2D 条形码、其它光学形式、磁体可读标签或射频标识符。它也可以由用户手工地输入。校正和分析参数信息通常作为生产过程的一部分而产生。它可以直接地应用于样品装置。另一个实施方案是在样品上提供标识符，它连接到提供信息的单独介质上。该介质可以是指一个或更多个样品，且可以是任意的人或机器可读的形式。
所述***可以提供机构，用于鉴别在每个输入样品上进行哪个实验（单个或复数个）。在许多实施方案中，本发明首先使用上述机构之一检索输入容器标识符，然后计算要运行的试验集合。可能用于该过程的实施方案包括：运行单个实验类型，使用固定的实验类型代码，使用与样品容器批结合的可负载的实验代码，并在外部***（诸如LID/HIS）中查出实验类型。
一个实施方案一次可以处理仅单个实验类型。在该情况下，要运行的实验的类型仅由仪器决定。
仪器也可以使用固定的实验类型编码***。在该情况下，从输入容器直接地检索实验类型。
一个实施方案也可以使用可负载的实验编码***。在运行实验之前，将关于实验的信息扫描或输入进仪器中。这建立新的实验码和有关的信息来运行实验。该新的实验码可以编码在输入容器上。
该可负载的实验编码方案可以与样品批一起工作，其中批次卡片（lot card）或其它装置与样品容器组一起运输。将批次卡片扫描或输入进仪器中。这建立批次标识符和有关的实验参数。这些可以包括实验类型、校正信息、失效期和分析参数。批次中的每个样品容器用批次标识符编码，当样品被处理时，所述批次标识符被仪器读取。仪器可以使用该标识符来查阅批次数据，并检索实验类型和其它参数。批次卡片***也可以提供安全性。在该情况下，将批次卡片数据编码成，仅经授权的批次卡片被接受。只有与经授权的批次有关的实验才会运行。
在有些实施方案中，从与输入样品容器结合的惯常标识符，可以确定实验类型。当处理实验时，如上所述读取惯常标识符。该标识符可以用于查阅实验类型和其它实验分析信息。该信息可以已经事先输入该***中，或从管理***（诸如LIS/HIS）电子地检索。
5. 中间处理
在特异性选择和成像发生之前，分析仪可以促进中间处理。中间处理可以简单至等待10分钟进行样品反应，或它可以复杂至加入抗生素和生长试剂，在37℃高温温育4小时，然后加入试剂信号发射和选择部分，用超声混合器混合，并在25℃ 温度温育另外5分钟，然后进行特异性选择和成像。中间处理是重要的，因为有些试验需要额外的试验步骤，诸如生长或温育，以区分阳性样品和阴性样品。例如在MRSA诊断试验中，在有诸如甲氧西林等抗生素存在下的细菌细胞生长会区分阳性样品和阴性样品。
实施方案可以包括不同的子***，它们提供仔细控制的和维持的环境条件。这可以包括，在一个或更多个时间点加入或去除液体、干燥或气体形式的试剂、稀释剂或添加剂，在一个或更多个温度或湿度范围维持一个或更多个样品，通过运动提供搅拌，或确保不发生搅拌特定时间段。中间子***可以包括用于细胞生长或核酸扩增的组件。它还可以包括一个或更多个混合器、搅拌器、充气器、振荡器、加热或冷却元件、排队和移动样品的装置、计时和控制子组件和样品的装置。中间处理的子***可以包括允许一个或更多个样品移动出入子***特定次数的部件。所述子***可以包含在0-95%的指定湿度，或它可以随时间变化。同样地，温度范围可以是从小于室温至超过37℃。子***内的温度可以保持在静止温度，或它可以在多个温度或温度范围之一中定期地变化。例如，MRSA的检测(图43)可能需要在37℃温育4小时，其中搅拌样品，并为细胞生长提供足够的营养素以及足够的充气（以允许需氧呼吸）。
可以以任意数目的途径控制温度。通过电阻加热器或Peltier 装置（其可以用于加热和冷却）以及用于制造子***的材料，可以影响温度。这些组件可以集成在分析仪中，或可以包含在诸如样品容器等外部组件中。例如，当需要快速的温度传导时，子***可以由铜制成，或它可以由绝缘体（诸如PVC泡沫）形成，以使热传递时间最小化。通过内部集成的探头，可以监测温度。中间处理子***中的样品的停留时间的控制，可以是从手工地定时的那些至连续排队的那些(图29和图30)至随机接近排队的那些(图42)。
6. 特异性选择
分析仪可以提供一个或更多个子***，用于选择试验样品中的特定靶物。特异性选择可以是有用的，因为它可以急剧减少要在光学上查询的样品区域中的未结合的标记和非特异性地结合的标记的背景信号。选择也可以是有利的，因为它可以将所有靶物信号部分络合物收集进对于成像查询而言最佳的特定位置和朝向。
存在许多不同类型的特异性选择。一些方法可以包括，捕获在用结合部分（例如，抗体或寡核苷酸）包被的表面上。可以将磁力应用于样品上，其中磁性组件的物理和场性质导致结合的靶物部分在样品容器内的移动。可以将靶物部分设计成具有某些对于磁性选择而言最佳的磁化率。磁性选择可以利用一个或更多个在特定朝向的电磁体或固态磁体。例如，可以将一个或更多个固态钕-硼-铁磁棒彼此邻近地平行放置(图3)，或以允许成像、同时发生选择的间距放置(图4)。其它结构，例如，但不限于，一个或更多个圆盘、球状和圆柱形(图5)磁性组件可以用于特异性地选择靶物部分。在有些情况下，样品可以与靶物部分的捕获相容，所述靶物部分快速地形成均匀的单层。其它类型的选择可以包括重力（诸如离心或沉降）、浮力、光学询问（诸如荧光、化学发光）、形态学或白光显微术)。其它方法包括、但不限于：扩散和尺寸排阻，例如使用膜或滤器的那些。一种或多种这样的方法可以在单个分析仪中一起或分开使用。
分析仪可以具有选择子***，其中通过在检测区上的直接突出，选择在反应的和结合的样品中的靶物。体积在表面上的直接线性突出，可以增强试验的成像询问。例如，在(图66)中，包括磁性的和荧光的颗粒的试剂被下拉到孔底形成单个均匀层，它们在这里可以从下面成像。可以预见到其它实施方案，包括选择到替代表面上，诸如侧面或顶面。选择可以在没有流动下进行。
7. 成像
分析仪具有一个子***，其包括具有光检测器阵列的成像光学器件，它可以在低放大率获得宽区域。低放大率宽区域限制成像对于样品中的靶物的灵敏且快速的检测而言是重要的。分析仪成像子***可以对整个试验样品成像，具有少至一个图像。成像子***包括用于辐照、检测、图像调节、图像获取和光检测器阵列的装置。
成像子***可以包括用于辐照的装置。辐照可以包括、但不限于， 白炽灯泡、激光或发光二极管 (LED)。可以包括每种照明源中的一个或更多个。在有些情况下，可以使用多个辐照源来增加图像检测的特定区域中的激发能的强度。辐照源可以是宽谱带 (宽范围的能量波长)或特定波长源。在它们照射到样品上之前或之后，辐照源可以经过调节或未经调节。在某些情况下，需要诸如化学发光，例如，无辐照。化学反应诱导可以直接检测的可视能量的发射。在通过光检测器阵列获取图像之前，可以调节图像来增强图像的分辨率。可以采用光学器件（包括透镜、衍射梯度和波长滤光器）来调节图像。透镜可以聚焦或散焦图像，使得当它到达光检测器阵列时，它从实际尺寸放大小于10-倍。透镜也可以传递图像，校正色差、彗差（coma）或其它光学效应。波长滤光器可以阻断某些波长的光，并允许其它波长穿过。滤光器可以用于激发或发射波长或二者上。在某些情况下，不需要图像的调节。
通过使用一个或更多个光检测器阵列，进行图像获取。存在许多不同的以该方式捕获图像的方法。光检测器阵列可以包括、但不限于：电荷耦合装置(CCDs)、光电二极管或雪崩光电二极管阵列 (APDs)、单光子雪崩光电二极管(SPAD) 阵列、光子倍增管(PMT) 阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS) 阵列。光检测器阵列的价格、分辨率和灵敏度宽幅变化，且可以针对不同的性能性质进行选择，这取决于对分析仪的试验要求。
成像子***可以包括用于获取图像的聚焦装置。这可以包括被动方法，诸如物理几何形状(例如v-槽或对准针)或活动装置诸如软件自动聚集算法(例如聚焦于基准标记)、激光距离传感器(例如Keyence)或物理距离传感器(霍尔效应探头)，作为几个实例。
8. 图像分析
图像分析的主要功能是，定量在成像子***产生的图像中存在的信号的量。分析输出可以用于确定实验、容器的特征。例如，它是实验拒绝的基础（当信号无效时），或它可以检测非人可读代码或用于容器有效性检查的基准标记。
图像分析可以含有诸如预处理、信号分离和信号量化等步骤。
成像预处理算法可以任选地应用于图像。存在多种预处理算法，包括，例如:
- 可以进行目标区域(ROI)检测，以将随后的分析限定在含有信号的图像区域。存在多种ROI检测方案。这些包括：使用基于一致的图像获取机械部分的固定ROI，通过边缘检测分析的计算，查找已知信号元件（诸如成像孔边缘）的匹配的滤光器分析，在图像上的基准标记或其它已知标记，和用阈值和连接性分析检测。
- 可以将场展平（Field flattening）应用于图像，以调节不均匀的光效应。
- 可以施加许多标准的图像处理功能。这些包括：平滑、锐化、边缘检测、反差增强、噪音降低、排序过滤、均值过滤、和匹配的过滤，以找到信号或去除噪音或碎片(Oppenheim, A., Schaefer, R., Digital Signal Processing, Prentice Hall, 1974)。可以应用失真校正算法，以调节由成像***产生的已知的失真效应。
除了增强输入图像以外，预处理可以决定使用哪个后续处理算法，或确定图像错误条件，诸如缺少输入、阻断的输入、无照明、和破损的样品容器。
第二个一般的图像分析元件是信号分离。该过程从信号量化步骤的考虑中去除背景、噪音、和碎片组件。可能的信号分离方案包括：
某些算法不使用信号分离。例如，简单的算法通过简单地累加所有图像像素可以生成结果。
某些算法使用一个或更多个阈值范围，仅考虑具有在所述范围之一内的值的像素。
某些实施方案使用上述的阈值分析，然后进行连接性分析，以将邻近的像素结合在团迹中。测量不同的团迹参数，且基于那些参数，使信号团迹与其它团迹分离。例如，可以将具有非常大面积的团迹视作碎片，而不计作信号。
最后的一般图像分析元件是信号量化。该分析使用信号分离的输出，并产生数字的、二元的或计算的结果。存在多种信号量化方案。这些包括:
某些算法累加所有信号像素的强度，生成结果。总和可以直接返回。总和也可以被放大、比较阈值，或以其它方式处理，以生成最终输出。
某些算法是基于单个信号组分的统计结果。例如，结果可以基于信号像素的计数。或者，如果在信号分离中使用连接性分析，结果可以基于信号团迹的计数或统计，诸如信号团迹强度或面积的总和。
除了处理单个图像以外，图像分析可以使用多个图像来生成结果。这可以是使用统计过程，诸如在图像之间取平均值或中间值。多图像处理也可以检测图像中的预期差异。例如，磁性地标记的信号颗粒可以在有磁场存在下在框架之间移动。在该情况下，分析算法可以使用框架之间的运动来分离信号组分。
9. 结果报告
分析仪实施方案可以提供用于报告实验输出数据的装置。数据包括与实验结果、实验参数、治疗的患者、患者医学质量控制数据、校正和熟练有关的要素。根据用户的需要和分析***的能力，实验结果数据可以包括“穿过-失败”指示符、图像和部分地处理数据。数据的显示可以采取许多形式，包括简单的字母数字，它显示在集成在分析仪中的视觉显示器(例如，LED)、集成***显示器（诸如LCD）、或具有与***相连的网络浏览器的薄客户端上。在有些设计中，连接的网络个人计算机运行厚客户应用程序。除了这些易失的、实时视觉显示以外，设计也可以集成打印选项；集成装载，通过普通的通信连接(串行端口、usb、以太网、firewire)在外部，且它们可以是通过物理的或辐射的介质进行记录保持。图13是具有用于显示结果的集成打印机和LCD的分析仪。对于更长期的记录保持，可以定期将数据以特定结构（包括数据库）储存在磁盘或其它介质上，用于以后接入。这些数据也可以以任意形式传送到其它企业***(例如，LIS, HIS)。最后，任意或所有数据可以以任意或所有提及的设计和形式予以报告。图25显示了具有数据库的***，其显示了装载的***控制板、数据库储存、专用的commend ad控制链路、网络接口和与LIS的接口。
10. 后处理
在样品已经被成像和分析后，分析仪实施方案可以执行一个或更多个后处理步骤。可以进行后处理，以给分析仪准备另一个样品，保护用户免于生物危害的材料，或通过消除用户步骤来增强分析仪的用户友好性。
分析仪可以执行一个或更多个作用，以准备下一个样品。这些可以包括清洁、废物处理、或移动一个或更多个样品、试剂、组件或容器。清洁作用可以包括，冲洗一个或更多个吸头(图46)、成像或反应杯 (图47)。废物处理可以包括去除和储存作为运行试验的副产物形成的液体废物(图48)，或它可以是指将单位化的样品容器移动到干燥的废物处理箱或容器(图16)。废物处理容器可以具有或不具有手工或自动的感知能力，其允许用户或分析仪确定需要更换废物容器的时间。废物容器或副产物可以提供视觉提示(图13)，它们需要用户相互作用来进行清洁，或它们可能具有自动的感知分析仪，诸如光学传感器(图38)，当需要去除废物时，其可以与分析仪或用户通信。
在许多实施方案中，后处理包括另一个样品测定的准备。这可以包括洗涤和清洁已经提及的组件，但是也可能包括重新设定或引导子组件定位(图14)、补充试剂体积(图49)、和移动组件或样品容器脱离成像子***(图13和图15)。
11. ***控制
为了执行和报告分析试验，分析仪可以具有用于控制***和分析检测到的图像的装置。该功能由***控制元件提供。它可以用于控制和协调***的所有活动。可以由***控制提供的功能包括、但不限于：仪器控制、运动控制、液体处理控制、温育控制、照明和图像获取控制、反应过程计时、资源调度、用户接口、数据输入、***状态显示、***结构和控制、***维持和诊断、结果显示和输出、数据管理、与外部信息管理***(LIS/HIS)通信、和图像分析。
典型的仪器控制实现会执行诸如在图9和25中鉴别出的任务，控制电动机、致动器、泵、的定时和运动，混合，显示和外部通信更新(例如，按钮按下、鼠标点击)，子***测试和诊断，数据储存、分析和检索。根据特定用途的需要，这些基本任务可以与其它任务相组合。
在许多实施方案中，***控制由微处理器或其它计算单元组成。这可以包括非易失性储存能力、***接口电路和***控制软件。嵌入的处理器组件和接口电路经常位于单个电路板上，但是可以布置在多个板上。***控制子***和其它***组件之间的电子接口可以包括两个一般目的工业和定制接口的一个或更多个通道。使用的一般标准包括标准通用串行总线(USB)、IEEE 1394、10/100基T以太网和RS-232 标准串行接口。在使用定制接口的情况下，控制***经常提供低水平组件控制。例如，***控制可以包括电动机控制器，其与具有模拟步进控制信号的电动机接口。
***控制子***硬件可以基于商业一般目的计算机。这可以布置成所有发明的物理集成组件，作为单独的专用单元，或由用户提供。来自一般目的计算机的电子接口可以是一个或更多个工业标准接口连接。它也可以是由用户卡提供的定制连接，所述用户卡添加到一般目的计算机上。当实施方案使用一般目的计算机时，它可以使用标准接口来直接地连接到***元件上。另外，可以存在与集成电路的对接。
***控制软件可以提供逻辑，其执行上面列出的***控制功能。***控制软件可以由4个或更多个元件组成，它们可以包括执行元件、***服务、数据管理和用户接口。
***控制软件可以具有执行组件。所述执行组件可以提供核心逻辑，其控制***的运行时间活动。执行软件组件的可能的实施方案包括、但不限于：直接地编码的控制逻辑、事件处理状态机、脚本驱动的***、一般目的脚本语言、定制脚本语言，和可能的执行包括它们中的一种或更多种的组合。
可以存在一组管理本发明硬件组件的软件***服务。另外，大多数软件能力是由***服务提供。***服务包括、但不限于：电动机和传感器管理、照相机控制和接口、液体处理管理、混合单元管理、条形码单元接口、数据库接口、实用程序和图像分析。
***控制软件可以包括数据管理。数据管理元件可以负责跟随与未决、过程中和完成的分析试验有关的信息。
在***控制软件中可以包括用户接口。用户接口元件可以驱动多种显示和用户输入模态。这些包括、但不限于：前面板显示、附加的薄客户接口诸如网络浏览器、附加的厚客户接口诸如在与个人计算机连接的网络上运行的应用程序、打印机输出、和与诸如医院信息***(HIS)等其它分析仪的接口。
实施例
关于下述非限制性实施方案，进一步描述了本发明。除非另外指出，在实施例中特别描述的分析仪的任意元件通常可以用于本发明的分析仪。
实施例1. 成像。
概述。分析仪的每个实施方案具有执行试验的成像的子***。用具有光学器件的光检测器阵列获取图像，产生放大率小于5X的图像。在大多数情况下，不经任何放大地进行成像。成像对于快速样品处理和分析而言是有利的，因为它具有宽动态范围。通过可以使超过数万个靶物显影的相同检测***，可以分析具有仅一个或两个靶物的样品。宽区域低放大率成像会消除精确光学器件的复杂性和成本。它也消除了探查整个样品的复杂方法，诸如扫描。分析仪成像子***可以用少至一个图像探查整个试验样品。成像子***包括用于辐照、检测、图像调节、图像获取的模块和光检测器阵列。
未自动化的分析仪光学器件。未自动化的分析仪(图8) 使用图7所示的成像子***。在该情况下，成像发生在成像孔的上表面。使用CCD 光检测器阵列(Sony XCD SX-910)来执行对大样品靶区域的未放大的成像。安排2个LED (Luxeon发射器3W LED- Blue, Lumileds, LXHL-PB09)来聚焦样品，如图7所示。每个LED组件由1个LED、1个LED 1A恒定电流电源(Future Electronics, 3021-D-E-1000-LF)、1个LED聚焦透镜 (焦距 = 50 mm, PCX, Edmund Scientific, 45-361)、1个LED瞄准仪透镜 (Lumileds, LXHL_NX05)和1个LED发射滤光器(Chroma, Z475/49X)组成。来自样品的发射光被无放大1:1中继透镜 (Edmund Scientific, 45-760)收集，并由发射滤光器(Chroma, HQ535/50m)进行光谱调节。
用手完成焦距调节。用户使用具有细螺距调节螺丝的线性行程滑块 (Newport, AJS-02H) 来将图像调至焦点。成像孔的机械容差和在垂直行程的移动长度确保成像孔靶物是在光学***场深度的范围内。如实施例3所述，计算图像分析。
自动化的分析仪光学器件。自动化的分析仪(图14) 使用在图73中解释的成像子***。在该情况下，成像发生在成像孔的底表面。使用CCD 光检测器阵列(Sony XCD SX-910)来执行对大样品靶区域的未放大的成像。安排4个LED (Luxeon发射器3W LED- Blue, Lumileds, LXHL-PB09)来聚焦样品，如图73所示。每个LED子组件由1个LED、1个LED 1A恒定电流电源(Future Electronics, 3021-D-E-1000-LF)、1个LED聚焦透镜 (焦距 = 50 mm, PCX, Edmund Scientific, 45-361)、1个LED瞄准仪透镜 (Lumileds, LXHL_NX05)和1个LED发射滤光器(Chroma, Z475/49X)组成。来自样品的发射光被无放大1:1中继透镜 (Edmund Scientific, 45-760)收集，并由发射滤光器(Chroma, HQ535/50m)进行光谱调节。
通过移动在实施例8中描述的成像平台组合装置，完成焦距调节。图2显示了从典型测定捕获的图像。如实施例3所述，计算图像分析。
冲击波试验分析仪光学器件。冲击波试验分析仪(图15) 使用在图1中解释的成像子***。在该情况下，成像发生在成像孔的底表面。使用CCD 光检测器阵列(2M像素 CCD照相机, uEye, UI-2550-M)来执行对大样品靶区域的未放大的成像。安排6个LED(Luxeon发射器3W LED- Blue, Lumileds, LXHL-PB09)来聚焦样品，如图72所示。每个LED子组件由1个LED、1个散热件(Aavid Thermalloy, 374124B00035)、1个LED 1A恒定电流电源(Future Electronics, 3021-D-E-1000-LF)、1个LED聚焦透镜 (焦距 = 50 mm, PCX, Edmund Scientific, 45-361)、1个LED瞄准仪透镜 (Lumileds, LXHL_NX05)和1个LED发射滤光器(Chroma, Z475/49X)组成。来自样品的发射光被无放大1:1中继透镜 (Edmund Scientific, 45-760)收集，并由发射滤光器(Chroma, HQ535/50m)进行光谱调节。
通过在每个循环移动照相机组合装置，完成焦距调节，如图57所示。将具有集成放大器的闭环步进电动机 (Oriental Motor, AS46A)连接到垂直线性轴(Deltron, DL26L-70-ST-C-PH)上，以移动成像***，使它提升成像杯离开光学器件固定的距离。杯子和成像单元的机械容差低于光学***的场深度。如实施例13所述，计算图像分析。图63显示了从典型试验捕获的图像。
具有机器人光学器件的自动化的分析仪。该自动化分析仪(图48) 使用在图1中解释的成像子***。在该情况下，成像发生在成像孔的底表面。使用CMOS 光检测器阵列(Mightex BCN-B013)来执行对大样品靶区域的未放大的成像。安排6个LED(Luxeon发射器3W LED- Blue, Lumileds, LXHL-PB09)来聚焦样品，如图1和72所示。每个LED组件由1个LED、1个LED 1A恒定电流电源(Future Electronics, 3021-D-E-1000-LF)、1个LED聚焦透镜 (焦距 = 50 mm, PCX, Edmund Scientific, 45-361)、1个LED瞄准仪透镜 (Lumileds, LXHL_NX05)和1个LED发射滤光器(Chroma, Z475/49X)组成。来自样品的发射光被无放大1:1中继透镜 (Edmund Scientific, 45-760)收集，并由发射滤光器(Chroma, HQ535/50m)进行光谱调节。
通过移动在实施例14中所述的成像平台组合装置，完成焦距调节。如实施例3所述，进行图像获取和分析。
结果。图2和63显示了从成像子***捕获的典型图像。在实施例4、8、9和14中解释了详细的实验方法和结果。
结论。本实施例证实了成像子***的几个实施方案，所述成像子***包括用于辐照、检测、图像调节、图像获取的模块和光检测器阵列。它允许用于快速样品处理的低放大率成像。
替代实施方案。存在多个替代实施方案，包括在详细描述中列出的那些。可以用雪崩光电二极管阵列或光电倍增管阵列替换本实施例中的CCD 装置。光源可以是氙灯，或它可以是散焦的激光源。可以使用不同的透镜来改变相对焦距和焦点深度。另外，可以改变激发和发射波长，以适应不同的光谱范围。
实施例2. 磁力。
装置可以包括一个或更多个用于选择标记的靶物的子***，这通过将选择力施加于样品中的标记的靶物-选择部分络合物上来实现。本实施例描述了几个用于施加磁力进行选择的方法。通过使用产生高磁性梯度的磁体类型和结构，可以实现磁性地响应的颗粒的磁性选择。稀土、固态磁体诸如钕-铁-硼磁体会产生高磁性梯度，是廉价的，且可用于本发明的许多实施方案。
不同的磁场和产生场的磁体结构(图3-5)可以用于选择磁性地响应性的颗粒，并将它们沉积在检测带中。使用结构来解决在本发明的不同实施方案上使用的不同的成像孔几何形状和成像子***。
平行磁棒组合装置(图4.)允许以固定的排列同时选择和成像。这会减少本发明的某些实施方案的总尺寸，因为成像和磁性子***可以放置成彼此紧密靠近，且不需要运动来在这些子***之间转变。
描述。通过在铝支架上装配5个22x22x100 mm 钕-铁-硼磁体(N50级，Dexter Magnetics) 使得N-S极性在磁体之间逐渐旋转90° (横截面视图，图3)，生产磁棒组合装置 (图3)。该结构产生的磁场线生成与磁体组合装置表面垂直的磁性梯度(磁场线的横截面视图，图3)。产生的磁性梯度会快速地选择在组合装置上面的溶液中的磁性选择颗粒，并将它们均匀地沉积在与组合装置表面平行的成像表面上。
使用3.35x0.125x0.25 英寸钕-铁-硼磁棒(N50级，Dexter Magnetics)生产平行的磁棒组合装置 (图4.)，所述磁棒粘在定制生产的88x15x127 mm 具有唇状构造的铝框中的间隔10 mm的槽中。将组合装置设计成适应标准的可商业得到的96-和384-孔微孔滴定板。所述结构在96-或384-孔微孔滴定板的特定孔内产生磁性梯度(孔中的磁场的横截面视图，图4.)。产生的磁性梯度会快速地选择在组合装置上面的溶液中的磁性选择颗粒，并将它们均匀地沉积在微孔滴定板孔的底部(检测表面)。
使用1/16x1/4英寸钕-铁-硼圆柱磁体(N45级，K & J Magnetics)，生产针阵列磁体组合装置 (图5.)。将针磁体***在15x1x12 cm矩形有机玻璃片中钻出的1/16英寸孔中。还***4个更大的针作为挡块，以定位标准的可商业得到的96-孔微孔滴定板，使得每个孔的中心对准对应的针磁体的末端的中心。
方法。经过下述修改，进行在实施例14中所述的试验：所有吸量步骤手工地进行，放入2个单独的96孔黑色微孔滴定板(Greiner, 目录号675096)。对于磁性选择，在磁棒组合装置上磁性地选择一个平板。在平行的磁棒组合装置上固定其它平板。
在另一个实验中，经过下述修改，进行类似的试验：在染料试剂中不包括Optiprep® 密度试剂。。对于该实验，在针磁体组合装置上进行磁性选择。
结果。图66 证实了选择的靶物信号部分在成像表面上的均匀沉积，这允许使用平行磁棒和磁棒组合装置，使用未放大的成像计算信号发射部分。
图77显示了来自使用针磁体的试验的图像。选择的部分在成像表面区域中的沉积，允许使用未放大的成像计算信号发射部分。在沉积带周围的区域中存在的信号允许评估未选择的背景。
结论。使用所述的磁性组合装置的几个类型和结构，完成了磁性地响应的颗粒的磁性选择。磁性组合装置可以用于本发明的不同实施方案中，作为本发明所述的选择力。标记的靶物的磁性选择是特异性的，并允许通过未放大的成像计算靶物，从而灵敏地检测靶物。
替代实施方案。在本发明的其它实施方案中，可以使用不同组成的磁体，且是本领域已知的。
所述的磁性组合装置可以整合成为图14所述的本发明实施方案的子***。在有些实施方案中，成像容器在磁性组合装置之间移动。
其它实施方案可以将多个磁性组合装置整合在一个分析仪中。
本实施例描述了几个磁体结构，但是可以预见到其它结构，且是本领域已知的，它们具有不同的成像孔几何形状，和在本发明的不同实施方案中使用的成像子***。
平行磁棒组合装置 (图4.)允许以固定排列同时选择和成像，这提供了在选择步骤期间观察检测带的能力。该特征可以用于减少试验次数。
实施例3. 图像分析
概述。本发明的核心功能是，基于靶向的分析物的未放大的成像，处理分析试验。本实施例描述了图像分析处理的一个实施方案。
在本实施例中描述的图像分析算法的特征包括：计数单个信号部分，当不能分辨单个部分时，在非常大范围的信号性能上测定准确的部分计数，在散焦的对象的大面积计数上的实现，在基于试验-特异性的分析参数的宽范围实验类型上的实现，不同类型的碎片的排除，和检测错误图像(无照明、图像阻断、破损的样品容器、丢失的样品容器)。
描述。该图像分析算法提供了完全自动化的分析。提供输入图像和关于产生图像的实验类型的信息，分析软件生成数值结果，其量化在图像中存在的信号发射部分的数目。基于运行的试验和使用的图像获取***，指定图像类型。所述算法使用一组基于输入图像类型的预配置的分析参数。使用下述步骤，进行图像分析：目标区域 (ROI) 计算、框架分析、场展平、掩蔽、连接性分析、参数抽取、分类和结果的计算。在下面的部分中描述了每一个算法处理步骤。
目标区域 (ROI)计算。图像分析的第一步是目标区域 (ROI)的计算。ROI是含有信号的框架部分(图2)。对于许多实验类型，信号被包含在圆孔中，所述圆孔是在矩形图像框架内。ROI的检测允许以后的分析步骤仅处理在其中发现了信号的像素。
ROI检测由结构参数控制，所述结构参数基于输入给算法的实验类型。对于有些实验类型，ROI不随图像而变化。在该情况下，使用预配置的ROI。
在实验类型需要ROI检测的情况下，分析使用边缘检测算法，该算法用于检测ROI和在ROI之外的图像区域之间的背景或峰信号水平的差异。背景或峰信号的使用也是基于实验类型。
为了计算ROI，考虑来自图像的像素的一组线性阵列。在水平和垂直方向选择这些线。每条线形成一维信号。在每条线上运行排序滤光器，以找到背景或峰信号。使用具有长度20的排序滤光器，2的排序找到背景，且18的排序找到信号峰。接着，将排序滤光器的输出与长度80的上升沿（在预见到上升沿的情况下）和该倒转（在预见到下降沿的情况下）相关联。对于每条线，将沿关联输出加入在与原始线相对应的像素位置处的新的空白图像。最后，针对与输入孔匹配的形状，将二维关联应用于该图像。ROI位置对应着相关器的最大输出。该方案也用于搜索不同的孔尺寸。该过程是三维搜索，它查找具有最大关联的ROI的尺寸、x位置和y位置。
使用的最后的ROI是以计算的ROI位置为中心的孔形状。基于输入图像类型，该形状可以构造成不同大小，然后测量ROI。在某些情况下，它是稍微更小的。
框架分析。全框架分析的目的是，确定是否应当跳过详细分析。这在下述情况下实现。
信号水平和区域对于有意义的团迹分析而言过高。因为试验具有非常高的动态范围，它可能不能鉴别单个团迹。在该情况下，分析结果是基于总强度和面积。尽管在该情况下不可能去除碎片，信号如此高，使得总结果具有良好的信噪比。
框架分析还通过寻找标志物的存在来检查有效框架。这包括成像的对象的特征，诸如孔的边缘或基准标记。如果特征没有象预期的那样出现，则减少分析，并报告错误。检查的条件包括丢失的、模糊的、未适当照射的、和严重散焦的特征。
场展平。使用场展平来校正图像的背景水平差异。它用于补偿非均匀照明。如果照明***具有缺陷，诸如破碎的LED，这可以发生。当在分析之前不知道图像条件时，场展平也是有益的。这经常发生在科学分析应用中，其中试验条件是变化的。场展平的应用是基于要分析的实验类型的结构参数。
当使用场展平时，首先通过在ROI内的部分的所有像素上运行排序分析，估测在ROI内的背景水平。在10%处的像素值用作图像背景的估计值。将在ROI之外的所有像素设定为该值。
接着，将图像分成10 x 10矩形截面阵列。对每个截面的一部分进行如上所述的排序分析，以测定该截面的背景估计值。测量所有截面背景估计值的平均和标准差。如果任何估计值比平均值超过大于3倍标准差，将它替换为该限值。类似地，如果任意值比平均值低了3倍标准差，将它替换为该下限。受限的估计值形成10 x 10像素图像，每个像素对应着来自对应截面的每个受限的背景估计值。
将低通滤光器应用于来自前一步的图像。然后使用插值，将得到的图像扩展至原始图像大小。然后从原始图像减去该背景图像。低于0的任意像素值设定为0。这形成场展平过程的输出图像。
掩蔽。将展平的图像作为分离检测的信号和背景的阈值。这用固定阈值来实现，所述固定阈值是基于被处理的图像的类型。如下形成掩蔽图像：如果像素值低于阈值，则将掩蔽像素设定为0，否则，将掩蔽像素设定为1。
连接性分析。在来自前一步的掩蔽上运行连接性分析。这产生一列图像团迹，其中团迹中的每个像素具有1的掩蔽值，且直接邻近团迹中的至少一个其它像素。另外，来自不同团迹的2个像素不直接相邻。
除了团迹列表以外，以与原始图像相同的尺寸形成图像。如下设定该图像中的每个像素。如果该像素的掩蔽值是0，则将它设定为0。否则，将像素值设定为它所属的团迹结构的参照。
参数抽取。为每个团迹测量了许多参数。这些包括中心位置、按像素计算的面积、强度(总像素值)、平均强度、周长、最小像素值、最大像素值、宽度、高度、长宽比和紧密度。
分类。然后基于团迹参数，将团迹分成几类。所述类型包括信号、过小而不能作为信号的团迹、和不同的碎片类型。
对于每类处理的图像，存在一组团迹分类规则。每条规则考虑在框架分析阶段中测得的团迹参数和图像宽参数。
通过形状、大小、总强度和强度的变化，将碎片分类。规则随图像类型和图像中信号的总量而变化。如果存在高信号，信号团迹更可能彼此接近，且看起来象大团迹。在该情况下，希望使用更大的碎片阈值，以确保这些大信号团迹被正确地标记。分类规则是基于图像类型。通常的结构是使用3组规则：一组用于具有紧密碎片设置的低信号情况，一组用于具有平均设置的中等信号情况，一组用于具有松散碎片设置的高信号情况。这类方案将信噪比最大化，它限制了低信号的碎片，其中它具有大百分比效应，且在高信号情况下适当地计数信号。
结果的计算。在图像中存在的信号发射部分的数目的计算是基于图像类型和总信号水平。为每类图像构造了结果计数阈值。如果总信号水平低于或等于该阈值，则该算法将结果设定为被标记为信号的团迹的数目。否则，将结果设定为：（被标记为信号的每个团迹的总强度）/为图像类型构造的信号发射部分强度。
结论。本实施例证实了自动地计算图像中存在的信号发射部分的数目的成像分析算法的实践的减少，所述图像使用未放大的光检测器阵列而产生。本实施例描述了这样的算法，其可以分离信号和背景，补偿光效应，忽略碎片，检测错误的图像，并在宽范围的输入实验类型上工作。
替代实施方案。在本实施例中描述的处理步骤提供了图像分析的一般概要。它可能绕过许多这样的步骤，且仍然产生有用的结果。也可以添加额外的步骤。例如，可能需要预处理阶段来调节在一个特定检测***中引入的失真。
ROI检测的一个替代方案是，搜索一个或更多个基准标记（如果它们用于该用途中）。
图像分析的另一个方案是，简单地累加在配置的阈值以上的所有像素的值。
也可以使用成像工具诸如Image Pro，手工地进行图像分析。用户可以手工地设定ROI和阈值，并用计数工具进行连接性分析。它们也可以使用该工具来选择在计数工具产生的团迹列表上的区域和强度范围滤光器。最后，用户可以手工地指示哪个团迹是碎片，且应当被忽略。可以用工具显示所有信号团迹的总强度，并记录为结果。
实施例4. 简单的未自动化的分析仪
本实施例描述了一个非常小的分析仪，其用于对具有显微镜载玻片尺寸的样品容器成像。该分析仪为低处理量用途提供了有力的、但是节省成本的分析。本实施例的分析仪提供了下述特征：支持多个实验类型，适应显微镜载玻片，从上面成像以支持顶部选择试验，适应不需要外部选择的形式诸如侧向流试验。
描述。该分析仪用于适应在标准的显微镜载玻片上或以类似形式制备的样品。图7是分析仪的简图，图8显示了照片。
使用该***进行侧向流试验，其中捕获抗体锚定在载玻片组合装置上的固定位置。随着它们流过，标记的靶物被捕获。使用抗体包被的荧光颗粒，进行标记。
为了使用该***，用户准备了1英寸X 3英寸或更小形式的捕获试验，并放试验支持物放在发生成像的平台上。
该***允许用户手工地移动输入载玻片。用户还可以使用移动成像台的翼形螺钉来控制焦点。
所述成像子***用于检测荧光信号发射部分 (~475 nm 激发/~535 nm 发射)。关于成像的细节，参见实施例1。成像子***由产生8位灰度图像的CCD照相机 (Sony XCD SX-910)构成。使用2个Luxeon LXHL-PB09蓝色LED (Lumiled LXHL-PB09)来辐照图像。它们产生靶物的最大印迹强度的Lambertian辐射图型。
通过来自Media Cybernetics的Image Pro软件应用程序，提供图像获取控制和分析。它运行在个人计算机上，所述计算机通过IEEE 1394 (FireWire)接口连接到照相机上。用户用Image Pro接口启动图像捕获。还使用团迹计数工具，在Image Pro中进行图像分析。图像分析如实施例3所述。
结论。本实施例证实了本发明的一个实施方案，其使用光检测器阵列，使用发光二极管进行辐照，在通过捕获部分选择它们后，对显微镜载玻片上的单个标记的靶物成像。该实施方案显示了简单分析仪的实践的简约。
替代实施方案。所述分析仪可以具有动力化的台子，其使用螺旋传动左右移动(平行于***前沿)。该电动机可以用于在图像获取过程中移动台子，以允许对大于照相机框架的区域成像。
所述分析仪可以具有有关的选择模块，其使用顶选择磁力，在成像之前将选择力施加于试验。
所述分析仪可以重装成从底部成像，并使用有关的底选择磁力模块，在成像之前将选择力施加于试验。
实施例5. 用于检测多个信号发射部分的简单的未自动化的分析仪
概述。本实施例描述了单个样品手工地操作的成像模块，其使用未放大的成像来检测单个样品内的2个不同的荧光信号发射标志。该分析仪可用于对手工地装配和选择的多路试验成像，所述试验整合了2个具有不同信号特征的不同信号发射部分（例如，2个不同的荧光团）作为它们的标记。它也可以用于其它样品类型的成像，所述样品含有2个不同信号特征的标记，例如检测下述细胞的试验：其中所述细胞用红核酸染色剂如碘化己啶内部地标记，并用结合到细胞表面抗原上的黄绿荧光颗粒外部地标记。
所述分析仪使用可商业得到的或定制生产的样品瓶来容纳反应。脱线制备样品。这包括：使标记部分和选择部分接触靶物，并将标记的靶物沉积在检测带中。准备后，将要成像的含有样品的孔手工地放在成像固定装置中。可以手工地选择2个不同的激发光源来辐照样品，并可以根据需要手工地改变固定在图像仪上的发射滤光器。通过个人计算机接口，手工地操作数据获取功能，用于控制成像功能。
描述。本实施例是分析仪的成像模块的特定实施方案，其适合检测2个信号发射特征。光学组合装置如图1所示。该实施方案用于检测荧光素-样荧光部分(激发峰488nm, 发射峰520nm) 以及Cy5®或Alexa® 647荧光素 (激发峰650nm, 发射峰668nm)
将在具有光学澄明的底检测表面的孔中的样品手工地放在成像固定装置(在图中未显示)中。成像固定装置由样品孔的支持物（其通过它的设计使孔对准适合照相机检测的位置）和用于使支持物沿着成像轴移动（以允许聚焦图像）的***组成。
辐照模块与在实施例1中所述的模块相同，例外是，不是6个相同的LED用于辐照。它使用通过交替2个不同类型的LED提供的每个波长范围进行辐照。在每个波长范围，在均匀分布的圆形阵列中使用3个LED。在该实施方案中，用于荧光素光谱范围的LED是Luxeon发射器3W LED-Blue, Lumileds, LXHL-PB09，其产生在蓝色波谱中的光。每个LED与激发带通滤光器(20mmD, Chroma, Z475/49x)配对。用于Cy5®/Alexa®647范围的LED是Luxeon LXHL-PD09红。每个LED与激发带通滤光器(Chroma HQ620/60x)配对。
所述成像***包括Mightex, Inc. BCE-BO13US照相机（它通过USB 2.0连接与个人计算机对接）、用于将图像投射到CMOS 成像仪上的未放大透镜 (Relay Lens, Edmund Scientific, 45-760)、和可手工地互换的发射滤光器。对于荧光素光谱范围，使用Chroma HQ535/50m 发射滤光器。对于Cy5®范围，使用低通Chroma HQ665LP 滤光器。
操作。操作人员把准备好的样品放入成像固定装置。通过安装适当的发射滤光器，并切换适当的LED集合，选择第一个信号发射范围。开始实时模式的数据获取，并通过手工地调节检测表面和透镜之间的距离，聚焦图像。通过框架捕获获取在第一个光谱范围中的图像，调节曝光时间，从而不饱和照相机地检测信号发射部分。通过安装适当的发射滤光器，并切换适当的LED集合，选择第二个信号发射范围。聚焦不是必要的，因为它是在第一个信号发射范围的辐照下进行。通过框架捕获获取在第二个光谱范围中的图像，调节曝光时间，从而检测信号发射部分，而不饱和照相机的容量。在2个信号发射部分对光漂白具有不同敏感性的情况下，首先对最耐光的信号发射部分成像，使得手工聚焦操作不会影响信号检测的灵敏度。
结论。该图像仪可用于两色检测。它可以用于检测双标记的单个靶物，或用于多路试验。该装置可以视作用于自动化图像获取***的光学组合装置。
替代实施方案。可以为任意希望的信号发射部分对设计光源和滤光器。通过使用电动机驱动的滤光器条或轮，可以使发射滤光器交换自动化。可以如下使样品向图像仪的呈现自动化：通过使用机器人学，包括移动样品以从单个检测表面获取多个图像，且可以如下使聚焦操作自动化：通过软件调节样品和照相机之间的距离，并与图像分析相组合，以检测焦点的最佳平面。通过对样品自身成像，或通过对样品孔的检测表面上存在的基准标记成像，可以执行该操作。或者，可以如下固定焦点：通过设计样品固定***，使得通过自动化的或手工的放置将样品放入图像仪中时，样品总是在焦点处。
实施例6. 自动化分析仪软件体系结构
概述。本实施例详述了用于控制自动化分析仪的软件体系结构实施方案。
本实施例使用分析仪控制执行程序，其基于完全表征的脚本执行。执行脚本由状态机设计控制，后者使用非常确定的分析仪状态：启动（start）、引导、初始化、开始（kickoff）、暂停和结束。
另外，本实施例提供了可以通过控制脚本和额外服务进行扩展的柔性体系结构。通过命令和状态接口，也可以添加多通道用户接口客户端。
描述。图9显示了本实施例的软件框图。在下面的部分中，描述了执行程序的主要***元件、***服务、数据管理、和用户和通信接口。
执行程序。执行程序元件负责分析仪的运转时间控制。本实施例使用用Java书写的控制执行程序。该元件管理单个控制例程的执行，所述控制例程为***提供命令序列。控制例程用Groovy脚本语言书写。该***是有效的，因为Groovy代码在装载时会编译成Java字节代码，并在与执行程序相同的Java虚拟机中运行。
在图9中显示的执行程序的脚本管理器负责装载和执行脚本。为了支持平行的控制活动，脚本应当具有一个或更多个脚本处理，它们各自运行在单独的线程中。通过向***服务发出命令，脚本控制分析仪。***服务也提供脚本支持功能，诸如延迟服务和脚本处理同步化。除了接近***服务以外，脚本可以接近不同的存储环境（memory contexts），包括样品数据、批次数据和总数据。
为了管理脚本执行，执行程序使用如图41所示的状态机体系结构。在下面的段落中描述了状态机的操作。
引导状态是在启动后运行的第一个状态。执行程序在该状态运行引导脚本。这执行一次初始化活动诸如引导***电动机，使得电动机控制器位置对应实际位置。当引导脚本结束时，执行程序移动到初始化状态。
在初始化状态运行初始化脚本。这执行一般的设置功能，诸如移动电动机台子到它们的开始位置。另外，某些诊断特征的实现使用初始化脚本来执行一系列诊断命令。当初始化脚本结束时，执行程序移动到开始状态。
在开始状态中，执行程序重复运行开始脚本，所述开始脚本检查启动条件。例如，所述开始脚本可以检查输入传感器和培养箱队列，以观察输入样品是否已经加入***中，或样品容器是否准备好离开培养箱。当发现适当的条件时，开始脚本向执行程序发出信号，执行程序移动到运行状态。
运行状态提供循环的处理能力。它以固定间隔调用运行脚本，所述间隔是基于***结构。在典型的应用中，运行脚本提供对主处理元件的控制。执行程序保持在运行状态，直到从命令和状态接口接收到暂停或停止命令。在接收到暂停命令后，执行程序移动到暂停状态。在接收到停止命令后，它执行关机序列，并终止***。
暂停状态用于支持诊断和软件开发。如图41所示，当从命令和状态接口接收到暂停命令时，从运行状态进入暂停状态。当暂停时，***不再运行任何脚本。但是，通过命令和状态接口可以访问***数据。另外，可以装载新脚本，或修改现有脚本。当接收到继续命令时，退出暂停状态。如果存在需要处理的活动样品，执行程序移动到运行状态。否则，它移动到初始化状态。
除了当前状态以外，执行程序使用样品管理器跟踪在处理中的所有样品的状态。使用批次管理器来跟踪活动样品批次上的信息。每个批次含有该批次中的所有样品的实验类型、处理、期满和校正信息。通过在样品条形码中编码的批次身份，将批次数据与样品相关联。
当执行状态、样品管理器或记录管理器的状态发生变化时，执行程序将当前状态保存在非易失存储器中。该信息在启动时使用，以在断电或其它***错误后重建当前***操作。
***服务。存在与***中的主要硬件元件相对应的***服务集合。它们提供简单的接口，脚本可以使用这些接口来控制硬件。可扩展的体系结构使得引入额外服务变得容易。
数据管理。数据管理由样品管理器和批次管理器提供(图9)。为了支持结构和状态用户接口，通过命令和状态通信接口，访问这些***。
用户和通信接口。如图9所示，用户接口客户端通过命令和状态接口进行通信。该接口支持与远程计算机连接。该***可以支持多个客户端。
结论。本实施例证实了支持自动分析仪的控制***的实践的简化。它是可扩展的、柔性的、稳健的，并支持其它分析仪功能性的快速开发。
替代实施方案。图76显示了一个扩展的体系结构，其整合了几个用户接口和数据管理***。存在许多用户和***接口客户端。使用前面板来控制***和报告结果。打印机提供了另一个形式的***输出。传送站是一个或更多个客户端接口，其允许输入或扫描批次卡片信息。传送站也提供了用于输入或扫描惯常标识符和有关的样品标识符的机构。HIS /LIS接口用于将结果报告给惯常信息管理***。除了由样品管理器和批次管理器提供的运行时间数据管理以外，存在如图9所示的数据储存和分析元件。该元件储存处理过的样品的数据和已经扫描进***中的批次信息。它使用命令和状态接口来接收样品结果，并向批次管理器初始化和通知批次卡片数据库中的变化。用户和外部***接口也可以访问数据储存和分析元件。该元件的实现选项包括有关的和平面文件数据库。
本实施例的体系结构促进了服务的整合，以提供额外功能性。这些可以包括对新***硬件元件的支持和新软件服务的添加，诸如与外部计算机的冗余接口。
体系结构也构造成容易地支持用户接口扩展。这可以包括对新扫描仪的支持和与声音识别的交互声应答接口。
除了Groovy脚本语言以外，所述***可以运行用任意Java - JSR 223支持的脚本语言书写的脚本。这些包括JavaScript、Ruby、Python和超过20种其它脚本语言。
在一个替代实施方案中，可以存在额外的停止状态，其运行停止脚本，以提供终止序列的柔性控制。
实施例7. 具有集成的选择模块的自动化的单样品分析仪
概述。在本实施例中描述的自动化的单样品分析仪接受样品容器，所述样品容器是专有的筒，适应使用不同的特异性靶物捕获方法的试验形式，并整合用于对捕获的靶物成像的装置。该实施方案可理想地用于临床现场检验(point of care test)。另外，它可以用于食物生产和兽医用途。
本实施例使用专有的筒，一次处理一个样品。所述筒含有运行单个试验或一系列平行试验所需的试剂，并在加入样品时自动地启动试验。
将所述筒***分析仪，并将样品加入筒的样品孔。分析仪然后自动地执行所有需要的试验处理步骤，生成结果，该结果被显示和打印。这些步骤包括下述功能：开始反应检测，试验定时，磁性选择，图像获取，图像分析，和结果报告。从用户的立场看，操作是非常简单的：将所述筒***分析仪，并将样品引入筒。所有其它操作由分析仪实现。在试验结束后，用户取出筒，并处理它。
所述***支持在单个筒中实现多个试验阵列。
描述。本实施例是使用自含筒的实施方案，所述筒每次自动地处理单个样品。一旦容器被***分析仪中且样品被加入容器中，分析仪就自动地执行所有需要的试验步骤，生成结果，该结果被显示和打印。用户读取在显示器上的结果，从集成的打印机接受打印的拷贝，且可以将结果发送到医院信息***。
在需要低处理量应需要检验的情况下，该实施方案可理想地用于临床现场检验。另外，它可以用于食物生产和兽医用途。
图10显示了预期用于现场检验用途的一个实施方案。显示的分析仪每次与一个筒相互作用，用于许多用途，这基于使用的筒的设计。一个样品可以用于在筒中运行单个试验，或所述筒可以分割样品，并可以平行地运行一组试验。
样品输入。用户首先将一个新筒放分析仪上，如图10所示。接着，将实验样品加入筒中，如图11所示。通过使用检测特定孔中的变化的光学传感器(OMRON, E3T-SR21R2M)，***检测已经加入足够的样品体积的时间， 并使用该信号开始对反应定时(图10)。一旦检测到输入样品的存在，***就等待反应在容器中发生。等待时间是基于在条形码中编码的实验的类型。
处理试剂和其它液体。因为试剂是在输入容器内部，试剂和液体处理发生在容器内。不需要其它试剂。
处理容器运动。将容器手工地加入***，一次处理一个，并手工地从分析仪取出。一旦进入分析仪中，筒在整个处理周期中保持静止。在图12中，在试验温育结束后，分析仪使用线性致动器(Firgelli, L12-50-100-12-1)来将磁体(NdFeB 磁体22x22x100mm, AllStar Magnets) 移动到在筒下面的位置，以对反应物执行磁性选择。磁性选择的过程如下所述。
管理样品输入信息。为一个现场检验用途设计实施方案，其中在直接序列中收集样品并加入***中。每次处理一个试验，每个试验使用一个新筒。当每个试验结束时，将当前患者的结果打印在热敏打印机 (Seiko, DPU-30)上，并显示在图13的液晶显示器(LCD监视器, AEI, ALCDP7WVGATS)上。用户然后手工地用新结果更新书写的或电子的患者记录。
用1D 条形码标记每个筒，所述1D 条形码编码容器的实验类型。这由***处理器使用条形码读取器(条形码扫描仪, Miniscan, MS1207FZY )读取，如图12所示。基于扫描的实验类型，***处理器 (AMPRO, RB800) 执行它的分析过程。所述条形码也编码容器ID和批号。
该实施方案允许使用前面板输入患者信息，或使用手持条形码读取器从试验标识符条形码直接扫描。
该实施方案也支持样品–患者关联的替代方案。该替代方案通过标准的网络接口(通过10或100 baseT以太网的IP连接)将该实施方案与医院信息***(HIS) 直接整合。在该情况下，用户将惯常试验标识符输入实施方案中，且该信息被***处理器储存。
为了确保用户已经正确地输入试验标识符，***查询HIS中的患者标识符，并将该信息显示给用户。用户检查该标识符与患者匹配。
当试验结束且信息被完全输入时，***处理器与惯常的医院信息***(HIS)通信，报告实验结果。
当新的筒被***分析仪时，以前的试验ID信息被清除，可以输入新试验的新的识别数据。
条形码信息以及实验结果和任意惯常试验ID被记录在***中，用户使用前面板和打印机可以检索。
选择。该实施方案使用磁性选择。这如下实现：使用在中所示的螺线管，将磁性组合装置 (NdFeB 磁体22x22x100mm, AllStar Magnets)移动到在筒下面的位置。***然后等待磁性选择时间，它是基于试验类型。一旦选择结束，使用螺线管将磁体移动到它们的空闲位置。
成像。一旦磁体被缩回，则开始成像。成像部件如图12所示。成像子***设计成与荧光试验标记一起工作，所述标记被475纳米波长的蓝光激活，并发射535纳米波长的绿光(实施例1)。照明组件、检测光学器件和照相机都位于筒下面，它们在这里可以对筒的检测表面成像。
所述***使用 5兆像素CMOS (Camera, Mightex, BCN-B013)照相机，其生成8位单色图像。
采集10帧系列，并累加，生成单个16位单色图像用于分析。该过程使单个图像的测量动态范围增加至10倍。
使用2个产生蓝色波谱光的发光二极管 (LED) (Luxeon发射器3W LED- Blue, Lumileds, LXHL-PB09)，实现照明。每个LED与透过475纳米波长光的发射滤光器(滤光器- 20mmD, Chroma, Z475/49X)配对。
在图10中，成像子***通过在输入容器底的一组透明窗口，检测荧光材料的存在。荧光信号穿过调至535纳米波长的发射滤光器。它被未放大透镜(Relay Lens, Edmund Scientific, 45-760)聚焦于照相机检测器上。
本实施例实施方案被设计成使用单个图像来收集多达25个子试验集合的数据，这取决于容器的类型。使用廉价的高分辨率照相机来分辨单个信号发射部分。使用25个子试验阵列，在每个子试验中存在约40,000个像素。
容器保留在输入槽中的正确位置，以确保适当聚焦。容器和分析仪的容器托架的总制造容差低于±150微米。该容差是在成像***的焦点的深度内。另外，容器具有一组光学上可见的基准标记。它们用于检验焦点、纠正容器放置和证实干扰图像获取的碎片的缺失。如果没有象预期的那样检测到基准标记，则通知用户用另一个容器重新开始试验。
结果报告。将结果报告在液晶显示器和打印机上，如在图13中所示，且也可以使用与医院信息***的直接连接，自动地报告。参见上面的“管理样品输入信息”部分。
后处理。一旦试验结束且显示出结果，用户取出筒。当以前的筒已经被取出时，***准备好下一个试验。
***控制。如图12所示，本实施例实施方案被开发成使用嵌入的计算机来执行所有***控制和处理。该单电路板含有Intel Atom微处理器以及电动机控制器、显示控制器、10/ 100 base T网络接口、和其它需要的接口电路。
结论。本实施例证实了本发明的一个实施方案，其使用筒设计来自动地处理单个样品，并报告多达25个实验结果的阵列。试验过程包括：反应物在筒内的定时温育，反应阵列的磁性选择，和使用CMOS照相机对捕获结果成像，和用于辐照的LED。使用连接到容器上的条形码扫描仪，将试验结果与患者信息相联系。分析仪将结果输出到显示器上，从集成的打印机打印拷贝，并将结果发送到医院信息***。
替代实施方案。该实施方案的修改允许加入样品队列，使得可以处理多个筒，无需进一步用户输入。这需要加入筒处理能力，用于将筒移动到分析仪上的位置，以及修改筒-分析仪接口，以允许仪器化开始在筒上的反应。
实施例8. 能高处理量分析的自动化分析仪
概述。在本实施例中描述的高处理量自动化台式分析仪接受微孔滴定板(96和384孔结构)作为样品容器，包括有关的磁性选择模块，用于将部分沉积在检测表面上。它整合了用于成像靶物的CCD照相机，且具有用于聚焦、图像分析和结果报告的定制软件和硬件。该装置的柔性和特征会为高处理量用途提供有力的、但是节省成本的分析。该装置可以用于药物筛选和科学、临床、环境和生产质量实验室中。
描述。在分析仪外面进行微孔滴定板的试验准备和装配，使用手工液体处理步骤。涉及的确切步骤取决于要进行的试验，但是通常遵循下述规程。
将试验标准品稀释至一组特定浓度(试验依赖性的)。将每个标准浓度和实验样品的3个测量等分试样吸量到一组混合容器中，每个容器一个等分试样。将等体积的下述物质之一加入每个等分试样，并彻底混合。存在3个试验，它们包括将产生阳性试验结果的试剂(阳性对照)、抑制试验的试剂(阴性对照)、缓冲液稀释液 (实验结果)。
然后在室温温育试验混合物特定时间量(试验依赖性的)。在进行温育的同时，将染料垫子吸量到用于成像的微量滴定孔中。当反应结束时，将反应混合物吸量到染料垫子的上面。
然后将微孔滴定板放在磁性捕获组合装置的上面，在室温沉积靶物5分钟。当磁性捕获结束时，将微孔滴定板***分析仪进行成像。然后分析产生的图像集合，以测定试验结果。
当图像分析结束时，从分析仪取出微孔滴定板，并放入生物危害废物容器中。
样品输入。分析仪由柔性的样品容器巢构成，所述样品容器巢接受96孔或384孔结构的微孔滴定板 (图14)。分析仪接受一个微孔滴定板，但是将多个试验放在单个平板中。这允许分析仪分析任意数目的测定反应，直到平板的容量。
处理试剂和其它液体。在分析仪外面进行液体处理，包括试验的装配。步骤遵循下述规程。
将试验标准品稀释至一组特定浓度(试验依赖性的)。将每个标准浓度和实验样品的3个测量等分试样吸量到一组混合容器中，每个容器一个等分试样。将等体积的下述物质之一加入每个等分试样，并彻底混合：将产生阳性试验结果的试剂(阳性对照)、抑制试验的试剂(阴性对照)、缓冲液稀释液 (实验结果)。
然后在室温温育试验混合物15分钟。在进行温育的同时，将染色的密度垫子吸量到用于成像的微量滴定孔中。当反应结束时，将反应混合物吸量到染料垫子的上面。
然后将微孔滴定板放在磁性捕获组合装置的上面，在室温分离部分5分钟。当磁性捕获结束时，将微孔滴定板***分析仪进行成像。然后分析产生的图像集合，以测定试验结果。
当图像分析结束时，从分析仪取出微孔滴定板，并放入生物危害废物容器中。
处理容器运动。通过2个动力化的台子实现分析仪的运动(图14)。使用二维动力化的台子 (Prior H138A)实现在X (前和后)和Y (左和右) 轴的运动，并用于定位样品进行成像。通过单个动力化的台子 (Micos MT-40)实现在Z轴 (上和下)的运动，并用于图像聚焦。X-Y台子在2个轴上具有0.2微米的分辨率。Z台子具有0.5微米运动分辨率。所有运动手工进行，或使用预测量的运动(仅对于X-Y台子)。
管理样品输入信息。样品信息、试验信息和在容器中的位置由用户记录在实验笔记本中。通过用在其中采集图像的容器位置以及用户输入分析仪中的图像集合名称标记图像，将分析结果与样品信息相关联(图52)。这详细描述在下面的***控制部分中。
选择。使用钕 (NdFeB) 磁体(22x22x100mm AllStar Magnets– 参见实施例2磁力)，通过磁性捕获来选择靶分析物。使用有关的磁性选择模块将标记的靶物沉积在检测表面上(图3)。
成像。成像子***用于检测荧光信号发射部分 (~475 nm 激发/~535 nm 发射)。关于成像的细节，参见实施例1。成像子***由产生8位灰度图像的CCD照相机 (Sony XCD SX-910)构成。使用4个Luxeon发射器3W蓝色LED (Lumiled LXHL-PB09)来辐照成像区。使用距离传感器(Keyence LK-G37)进行成像焦距调节。该***由照明 组件、检测光学器件和位于容器下面的照相机构成(图14)。
使用的图像捕获软件用2个模式程序化。交互观察模式(也称作现场模式)用于从照相机捕获连续的图像流。软件接口中的一个按钮编程为，当被按下时，保存来自该流的单个图像(图50)。
编程自动的图像收集模式，使得含有试验的目标孔需要首先聚焦。该程序然后需要对孔位置成像，这从目标孔开始(图54)。一旦选择出孔，软件控制分析仪移动在Keyence上面的微孔滴定板，其中测量每个选择的孔的距离。使用聚焦的孔的距离作为参照，该程序计算每个要成像的孔的焦点校正因子。一旦找到所有校正因子，该程序在照相机上面移动平板，并在调节每个孔的Z轴后，对每个孔成像。将该软件编程为，保存每个图像为单个文件，使用孔位置、图像集合名称、当前日期和当前时间作为文件名(图52)。
一旦已经获取图像，通过我们自己开发的定制自动化软件，分析图像(实施例3)。
结果报告。将该自动化分析软件编程为，将单个图像分析的结果显示在计算机屏幕上(图74)。该程序也用于分析图像的目录，并将结果输出到excel表格程序或csv文件 (图19)。根据采集图像的位置，报告结果。然后将这些图像结果映射至实际样品信息。
***控制。将分析仪构建成，使组件直接连接到PC，或通过控制板连接。直接连接到计算机上的组件包括：通过RS232串行端口连接的电动机控制板(Galil DMC-2134)，通过RS232串行端口连接的距离传感器(Keyence, LK-G37) ，和通过firewire 连接(IEEE1394)相连的CCD照相机 (Sony XCD SX-910)。
连接到电动机控制板上的组件包括：X和Y 动力化的台子 (Prior H138A)、Z台子电动机 (Micos MT-40)和4个Luxeon发射器3W LED-蓝色(Lumileds, LXHL-PB09)。
在LabView (National Instruments)中书写分析仪的控制程序定制软件。由装置生产商提供控制程序所需的装置驱动器。
在程序启动后，软件通过引导电动机进行工作。通过向后移动引导电动机，直到它们到达始位或限位开关。在该点，将电动机位置设定为起点。将程序设计成，允许通过在用户接口中调整程序参数，将起点重设为任意点(图53)。启动后，程序呈现给用户4个表格式界面，如图50 – 53所示。
第一个表控制现场模式操作。它允许用户手工地将在照相机上面的容器定位在任意点(图50)。该表用于最初聚焦，然后启动自动捕获模式以及手工图像捕获。
在图52中显示的第三个表控制自动捕获模式。在最上面的文字框中输入要储存图像的目录。在下面的框中输入图像集合的识别标签。将程序构建成，用该标签名称+日期和时间，在选择的目录中建立子目录。也使用图像集合名称作为要保存的图像文件名的一部分。
将‘Select Wells’按钮编程为，启动弹出窗口，用图形显示要成像的微孔滴定板，如图54所示。在弹出窗口上，用户选择要成像的孔，开始焦点控制孔。一旦选定孔，用户关闭弹出窗口，启动自动捕获。分析仪然后如上所述执行图像捕获，并用用户指定的前缀+孔位置保存文件，在文件名中添加日期和时间。
将称作‘Setup’的第四个表设计成，允许用户通过在电动机节距中输入X、Y和Z 偏移距，改变台子的起点。还允许用户改变从一个孔位置移动所需的步骤的数目(在程序中称作‘tile’) 以及使用哪个平板类型。
结论。如上所述，该台式分析仪可以自动地分析微孔滴定板中的多个样品，以检测通过磁性选择沉积的单个标记的靶物络合物。使用包含CCD照相机和LED的该图像仪组合装置，沉积的荧光材料被自动地聚焦，在低放大率成像，并被分析，以产生可定量的结果。该分析仪可以用于高处理量药物筛选和科学、临床、环境和生产质量实验室中。
替代实施方案。存在许多可用于该分析仪的变化。接头巢可以接受不同类型的样品容器，包括96-和384-孔平板和显微镜载玻片。
通过使用不同的滤光器和LED来改变分析物检测所使用的波长，替代实施方案可以使用不同的光谱范围。这允许在单个测定中检测多个分析物。关于这如何实现的详细描述，参见实施例5。
所述装置具有装载磁性选择模块，其提供成像，同时定位样品容器，用于磁性选择 (图4)。或者，在上面的实施方案中使用的有关磁站(图3)可以集成在分析仪中，作为动力化的台子可以向其移动样品容器的站。其它捕获方法也可以用于与上述的一个类似的分析仪的背景中。
对于图像捕获，替代聚焦形式包括，找到容器的平面的斜率。这如下实现：使用距离传感器测量在容器底上的3个远点。从这些测量结果，计算平面的斜率。与当前的聚焦方法一样，该方法需要首先聚焦目标孔，但是该方法使用斜率来校正焦距。该形式已经在实践中简化，如图53所示。
实施例9. 使用机器人台架运动机构根据需要输入样品的自动化分析仪
概述。在本实施例中，样品容器(图17)与自动化分析仪(图16)相互作用，以处理试验和对样品中的靶物（如果存在的话）成像。所述分析仪包含用于对靶物成像的CMOS照相机，且具有用于样品容器运输、温育、聚焦、图像分析和结果报告的定制软件和硬件。所述分析仪具有高达40个样品/小时的处理量，且可以用于高体积临床实验室检验用途。它也可以用于食物处理和兽医检验用途。
描述。通过把洗脱的鼻拭子样品吸量进样品孔，制备样品容器(图17)。然后封闭帽，并***分析仪输入队列，作为用于自动处理的单个样品容器。当将样品容器放入传送带队列中时，传感器解脱。这发给分析仪信号，移动传送带，同时样品容器在所述传送带上面。台架机器人***从传送带移动样品容器，通过处理所需要的每个站。处理站包括条形码读取、生长开始、固定温度温育、测定反应开始、在环境温度的反应温育、磁性选择、和磁性地选择的反应的成像。一旦分析仪结束分析样品，结果被显示在LCD屏幕上，在打印机上打印，并通过网络连接发送到LIS。然后在集成的生物危害废物样品容器中自动地处理样品容器。在下面的部分中详细解释了样品容器的处理。
设计了分析仪，并用2个队列构建，以接受样品容器的堆叠(图15和16)。设计队列来接受1-8个样品容器的堆叠。当将堆叠放在任一个输入队列开口时，光电传感器(Omron光电逆反射传感器E3T-SR21)被触发，向控制软件发出信号，以活化步进电动机(Arcus DMAX-KDRV-23)，将堆叠移动进分析仪中进行处理。
当堆叠准备好在任一个队列中处理时，分析仪首先处理堆叠中的最上面的样品容器。堆叠的上面具有安装在台架机器人上的光电传感器(Omron 光电逆反射传感器E3T-SR21) (图15)。所述机器人用传感器扫描每个队列，以最大堆叠高度开始，并向下移动，直到样品容器触发传感器。找到后，台架机器人取下最上面的样品容器。
样品容器在***中的移动，由3个电动机***完成(图15和16)。这些***称作输入***、主台架***和图像仪台架***。每个***如下详述。所述***能够独立操作，特定操作偶尔需要同步化。
输入***由由上述的步进电动机(Arcus DMAX-KDRV-23)提供动力的单个传送带(图15和16)组成。所述带将样品容器从起始进入点移动到为台架机器人捡取指定的位置。当前面的样品容器已经在捡取位置时，所述带移动新的样品容器，直到它接触在它前面的样品容器。在该点，带在样品容器下面滑动，所述样品容器排成队列等待捡取位置。
在台架***中存在3个步进电动机 (Arcus DMAX-KDRV-17) (图15)。每个电动机连接到不同长度的直线台子(Automation Solutions, DL20DW-XZ)。最长的台子控制台架Y (左和右)方向。该台子锚定在基板上。Y台子平台连接最短的台子，后者控制台架X (前和后)方向。X台子平台连接用于控制台架Z (上和下)方向的台子。Z台子连接一对叉子。这些叉子具有这样的部件，它们允许与在样品容器中模铸的部件对准 (图17)。Z台子平台还连接光电传感器(Omron 光电逆反射传感器E3T-SR21)。所述传感器用于测量堆叠高度，如上所述。
通过调节X和Z台子，台架使用叉子捡起样品容器。一旦样品容器被叉子抓住，X台子向后移动，以给Y台子留出空间。在该位置，Y台子可以将样品容器移动到任意位置进行处理，而不冲撞分析仪的结构。
图像仪台架***由2个步进电动机 (Arcus DMAX-KDRV-17) 组成，它们连接到2个直线台子(Automation Solutions, DL20DW-XZ)上。长台子称作图像仪X台子。该台子控制图像仪台架的前和后运动。图像仪X台子连接图像仪Z台子，后者控制图像仪台架的垂直运动。Z台子连接平台，该平台在它的表面上具有对准部件，它们与样品容器上的类似对准部件重合(图17)。
图像仪Z台子与其它台子的差别在于，具有细螺距螺丝机构。它具有5微米的分辨率，不同于分析仪上的其它台子的50微米分辨率。该差异允许精细焦距调节以及高度的精细控制，以便开始反应试验。在下面详细讨论这些部件。
主台架机器人从输入位置拾起样品容器后，它被带到条形码读取器(Microscan MS1)。在样品容器上的1D条形码编码包括批号、实验类型和实验参数在内的信息。当读取时，控制程序将信息储存在数据结构中，用于追踪样品容器和保留分析结果。
在该分析仪中发生两类温育。它们是用于样品生长的恒温温育和用于测定反应的环境温度温育。在扫描样品容器条形码后，样品开始进入生长孔。主台架机器人将样品容器移动到图像仪台架平台(图15)。台架将样品容器放在平台上以后，图像仪台架升高成像平台，直到样品容器上的柱塞帽(图17)被图像仪Z台子顶部的部件压迫。通过压迫柱塞，液体样品被迫从样品输入储存器移动到生长室（生长试剂在这里被低压冻干）。接着，样品容器被主台架机器人放入装载的恒温培养箱 (图15)。样品容器被在35℃温育4小时，以允许细菌细胞生长。
所述培养箱具有由定制机器制造部件构成的架子(上侧、下侧、前侧、后侧、左侧、右侧)。架子底含有这样的部件，其与样品容器底上的部件配合(图17)。使用绝缘泡沫构建培养箱壁，所述绝缘泡沫将培养箱分成4个室。培养箱的后壁的形状适合在4个室前面的4个定制的机器制造的门。使用致动器(Firgelli L12-50-100-12-I)，打开和关闭门。培养箱的加热使用加热条 (OMEGA, SRFG-310/10-P)，它们从培养箱顶部和底部穿到外面。用绝缘泡沫覆盖加热条以及任意暴露的外表面，门除外。
生长温育结束后，开始试验。主台架机器人从生长培养箱取下样品容器，并把它移动到图像仪台架平台(图15和16)。台架将样品容器放在平台上以后，通过移动平台直到样品容器上的柱塞帽(图17)被图像仪Z台子顶部的部件完全压下，图像仪台架开始试验。通过第二次下压柱塞，液体样品被迫从生长室移动进成像室（试验试剂在这里被低压冻干）。液体一旦进入成像室，试剂马上被再水合，并开始测定反应。图像仪台架返回捡取位置，且主台架机器人将样品容器移动到反应温育位置。该温育持续15分钟，并在室温发生。
所述反应培养箱由15个架子的***组成。单个架子具有部件，所述部件与在样品容器底上的部件配合，用于定位对准。
反应结束后，通过磁性选择选择靶物。主台架机器人将样品容器从架子移动到磁***置 (图3, 15和16)。磁性选择进行5分钟，然后主台架将样品容器移动到成像平台。如图15所示，磁性捕获站由2个相同的磁性组合装置组成。所述组合装置含有稀土固态型磁体(钕-铁-硼N48 NdFeB , 22x22x100mm条)，如图3所示。这允许2个样品容器在重叠的时间段发生磁性选择。
磁性选择后，进行成像。成像子***(图1和72)设计成与荧光信号发射部分一起工作。信号发射部分被通过以475纳米波长为中心的带通滤光器过滤的蓝光激发。在通过以535纳米波长为中心的带通滤光器过滤光以后，收集发射光。辐照组件、检测光学器件和照相机都位于成像组合装置的样品容器下面 (图15)。所述成像子***在实施例1中进一步详述。
磁性捕获结束后，主台架机器人将样品容器从磁体站移动到图像仪台架机器人(图15)。图像仪台架机器人将样品容器移动到远方传感器(Keyence LK-G37)。测量与每个成像孔的距离，并计算焦距。图像仪台架机器人定位于CMOS照相机 (Mightex BCN-B013)上面，后者获取每个孔的8位灰度图像。对每个孔成像10次，并累加，以得到更高位灰度图像进行分析。
使用实施例3所述的定制内部算法进行图像分析。分析结束后，图像仪台架机器人将样品容器移动到弹射***。所述样品容器然后离开平台，并进入生物危害废物容器(图16)。分析数据后，结果以及弹筒信息被储存在计算机上，打印出来(Seiko, DPU-30)，并显示在LCD触摸屏监视器(AEI, ALCDP7WVGATS)上 (图16)。
所述***设计成由单个运行Ubuntu Linux 2.6的小板计算机 (Ampro, RB800R)控制。所有组件直接地或通过控制板连接至计算机。直接连接至计算机的组件包括电动机控制器 (Galil, DMC-2183-DC24-DIN) 、LCD监视器(AEI, ALCDP7WVGATS)、CMOS照相机 (Mightex, BCN-B013)、距离传感器(Keyence LK-G37)和打印机(Seiko, DPU-30)。通过电动机控制器连接的组件包括光电传感器(Omron, E3T-SL22)、主台架和图像仪台架的步进电动机(Arcus, DMAX-KDRV-17)、输入台运输器的步进电动机 (Arcus DMAX-KDRV-23),和LED (Lumileds, LXHL-PB09)。
与台式试验对比。在所述分析仪中运行试验，并与在台子上运行的手工制备的试验相对比。规程如下。在32.5℃的生长培养基TSB (胰蛋白酶处理过的大豆汤, Acumedia 目录号7164A)中培养金黄色葡萄球菌 (ATCC菌株29213)的培养物2小时，以达到对数生长期 (OD600 = 0.3)。在Zeiss显微镜上的Petroff-Hausser计数器中计数金黄色葡萄球菌细胞，并在新鲜的TSB中将细胞稀释至0、700、2100和8400细胞/35 µL溶液，用于试验。按照1:2000，用0.9%氯化钠稀释含有100 µL SYBR® 绿I (Invitrogen, 目录号S-7563)的反应混合物，通过吸量，充分混合25 µL 0.005 % w/v鸡抗-金黄色葡萄球菌蛋白A磁性颗粒(如实施例1所述生产，进行下述修改：使用鸡抗-蛋白 A (Meridian OEM 目录号C5B01-296)抗体（其在10 mM磷酸盐、140 mM 氯化钠、3 mM 氯化钾 (Calbiochem 目录号524650)、0.05% w/v吐温20 (Acros 目录号2333600010)、2 mg/mL 牛血清白蛋白 (Sigma-Aldrich 目录号A3059) 、0.05% w/v ProClin 300 (Supleco 目录号48912-U) pH 7.4中），和125 µL在所述TSB中的金黄色葡萄球菌稀释液，并在环境温度在暗处温育15分钟。温育后，将反应混合物分成6等份，将35 µL 反应混合物覆盖在预等分在96-孔半面积直径澄明底黑板 (Grainer, 目录号675096)的3个孔中和所述装置的3个成像孔中的65 µL染料-垫子溶液15% v/v OptiPrep® (Sigma 目录号D1556)和2 mg/mL 铬变素2R (Sigma-Aldrich C3143)上。通过磁性选择，将细胞-颗粒络合物沉积在所有孔的底部。将96孔板的孔放在磁棒上4分钟。所述磁棒使用在图20中所述的22 x 22 x 100 mm永磁体的结构。然后从磁体取出平板，并放在高处理量自动化成像分析仪(实施例8和图14)中。在0.1秒暴露时间，在分析仪上对孔成像。然后使用上述软件，计算单个荧光细胞。将装置的孔放入α分析仪中，后者自动移动筒到磁性选择站，然后到成像站。然后在0.1秒暴露时间对孔成像。使用成像软件 (实施例3)，计算单个荧光细胞。
结果。图6A显示了在高处理量自动化成像分析仪和α分析仪上运行的金黄色葡萄球菌试验的荧光计数的对比。结果类似地在实验误差内。图6B显示了没有放大的单个染色的金黄色葡萄球菌细胞的数字图像和与没有细胞的样品的对比。结果证实，在分析仪上和通过手工分析的装置的成像孔中的试剂产生类似的结果。
结论。该分析仪可以自动处理样品容器，具有最少的用户相互作用。所述样品容器与分析仪相互作用，其支持根据需要处理、样品生长、未放大的成像和集成的废物处理。它允许使用标准的CMOS照相机在低放大率检测已经结合到待分析的信号发射和选择部分上的单个靶物。
变化。分析仪的一个变体包括高容量生长培养箱。这样的大培养箱允许分析仪每小时处理至少40个样品容器。由于它的小接地面积，它会使理想的高处理量机器用于临床实验室、食物处理和兽医检验用途。
实施例10. 使用固定带传动运动机构根据需要输入样品的自动化分析仪
在本实施例中描述的自动化分析仪接受样品容器，使用样品容器上的磁性选择来捕获靶物，并结合用于无放大靶物成像的光检测器阵列。所述容器设计使用户液体输入样品与实验类型特异性的试剂分离。该实施方案使从每个输入容器产生实验结果所需的所有步骤完全自动化，并支持基于容器类型和批次代码的多个实验类型。
本实施例支持根据需要的样品输入，其中使用重力补位队列。该能力允许用户在它们准备好时向分析仪添加输入容器，多达8个容器的队列容量。
嵌入的处理器控制***和数据分析功能。从用户输入到试验结束时用过的容器在集成的生物危害废物容器中处置，样品前进和处理是完全自动化的。
该实施方案可以用于中等体积(12/小时)临床实验室检验用途。它也可以用于食物处理和兽医检验用途。
方法。用户从医院收集装置吸量样品到容器中，盖上盖子，密封容器输入样品孔，并将惯常的条形码应用于容器。用户然后将容器放入具有其它容器的堆叠中，或将单个样品容器放入队列(图20和21)。分析仪按照下面的次序处理每个容器。
处理容器运动。在有齿的带上，将放入输入队列堆叠中的容器重力补位给分析仪。当容器被放在带上时，设置在带顶层的光学检测器(Omron 光电会聚-反射传感器E3T-SL22)进行检测。传感器活化***控制软件，其用步进电动机(Arcus DMAX-KDRV-17)移动牵引器有齿的带。该带把底部容器牵引向条形码扫描仪 (microscan, MS1 FIS-0001-000XG)，以读取连接的条形码。从条形码，***确定批次信息和容器有效性。将带和容器设计成具有匹配对准部件，所以***控制可以以特定的定时的连续序列移动容器穿过温育、成像和生物危害废物位置(图21)。
管理输入样品信息。随着容器前进到试验开始，条形码扫描仪 (条形码扫描仪, Microscan, MS1 FIS-0001-000XG) 读取连接的条形码，以确定批次信息和容器有效性。
处理试剂和其它液体。读取条形码后，容器前进到子***，其启动容器中的试验。致动器 (Firgelli L12-50-100-12-I) 啮合容器上的螺旋帽(图21)，并通过螺旋运动，对样品孔施加压力，以推动液体样品进入装有干燥试剂的室。样品中的液体再水合位于样品容器内的试剂，并开始测定反应。
温育。在用户装载容器之前，进行样品生长温育。试验的温育依赖于运送装置的定时运动。将运送装置设定成，在到达选择台子之前，以对于反应温育实验类型而言最佳的速率精确地移动容器。
选择。随着带移动实验容器到磁体组合装置上面，发生靶物的选择。平行磁体(NdFeB 磁体22x22x100mm, AllStar Magnets– 参见实施例2磁力)进行标记的靶物的选择。磁性选择的时间取决于带移动速率。所述速率取决于实验类型。
在实施例9中详细解释了***控制、成像、结果报告、处理容器运动和管理样品输入信息。
结论。本实施例证实了装置的一个设计，所述装置具有根据需要的样品处理，使用磁性分离方法和特定靶物的无放大图像阵列成像。
替代实施方案。对于需要生长的试验，所述结构可以包括高温控制培养箱，其将温育的容器连续送给堆叠队列。使用实施例5所述的双色成像，可以对额外信号部分成像。通过实施例2的磁体额外成像，可以减小总尺寸。
实施例11. 具有螺旋传动机构的自动化连续样品容器分析仪
在本实施例中描述的自动化分析仪接受密闭样品容器，适应使用磁性方法特异性地捕获部分的试验形式，并集成了用于无放大部分成像的装置。
本实施例支持根据需要的样品输入。该能力允许用户在它们准备好时向分析仪添加输入样品。
该实施方案的功能类似于前面的实施例10，但是突出了替代实施方案在下述方面的应用：
方法。分析仪与含有装载试剂和流控部件的样品容器对接 (图22和23)。在样品收集后，用户将密封的样品容器(在最多8个的堆叠中)放在离输入滑道最近的输入(图22)位置。在输入滑道中的样品容器向前穿过下面详述的分析处理元件。分析结束后，容器沉积在内部生物危害废物容器(图22)。
样品输入。该分析仪接受单个或堆叠的根据需要的容器(图22和 23)。手工地向滑道移动容器，它们在滑道中向下靠重力进入分析仪，并排队等待试验开始。条形码在该位置被子***读取，如在实施例10中所详述。
处理试剂和其它液体。在容器进入滑道中的同时，发生反应的初始化 (图22)。一个单独的引导螺丝将容器部分地牵引出堆叠。致动器 (Firgelli L12-50-100-12-I)上的柱塞头向下移动，推动容器上的匹配部件，并迫使液体样品进入含有试剂的室。柱塞收缩，引导螺丝代替容器进入堆叠，它在这里等待被主引导螺丝(5微米螺距, 定制设计) 啮合。当主运动螺丝向磁体移动初始化的容器时，所有容器然后简单地下落一个队列位置。
温育。在将容器***队列中之前，进行样品生长温育。反应开始后，容器保留在垂直队列中，允许需要的处理时间。在底部，主动力化的引导螺丝移动容器穿过分析仪的剩余部分。
处理容器运动。升降机平台使用致动器 (Firgelli L12-50-100.12-1)从输入滑道移动样品容器 (图23)。动力化的引导螺丝和推动的平台移动容器(图23)。
后处理。成像后，容器被螺旋传动移动到集成的废物容器(图22)。
结论。象实施例10一样，本实施例证实了样品容器的根据需要的样品输入。它接受样品容器，适应使用磁性选择力特异性地捕获靶物的试验形式，并集成了用于对靶物成像的无放大光学***和光检测器阵列。
替代实施方案。加入多色成像子组件后，可以鉴别出多个实验靶物，如实施例5所述。在内部分析台子之前，可以加入生长培养箱，以允许样品生长。另外，移动带输入可以替代滑道，如实施例9所述，使得向输入队列的前进是自动的。
实施例12. 含有单个平面运送传动机构的自动化连续样品筒分析仪
概述。在本实施例中描述的自动化分析仪使用子***，其用于分离、样品容器中的未放大的图像检测，如实施例10所述。该实施方案使从每个输入容器生成实验结果所需的所有步骤自动化，并支持用户输入单样品。本实施例支持在基于实验类型的速率连续处理容器。一个试验需要15分钟进行处理，处理量是4个/小时。
象实施例10一样，嵌入的处理器通过***控制和数据分析功能来执行自动化。从用户输入到用过的容器在集成的生物危害废物容器中处置，样品前进和处理是完全自动化的。
该实施方案可以用于低体积 (4个/小时，使用单个容器装载)临床实验室检验用途。它也可以用于食物处理和兽医检验。
描述。用户接受样品，所述样品已经收集并与装载试剂和流控部件一起封闭在样品容器内。用户把容器放在输入区 (图24)。容器前进穿过下面详述的分析处理元件。分析结束后，容器沉积在内部生物危害容器中。
样品输入。通过将每个放在特殊设计的载体上，将容器直接输入容器处理运动***。所述载体具有匹配容差和与样品容器的机械对准部件，用于简单的放置和用户定位。
当一个新容器被放在空载体中时，它被光学检测器(Omron 光电会聚-反射传感器E3T-SL22) 检测到。该传感器活化***控制软件，该软件活化步进电动机(Arcus DMAX-KDRV-17步进电动机)，以移动驱动索。驱动索拉动连接的载体到平表面上面，使容器前进穿过处理序列。***控制通过索和载体以特定的定时的、连续次序移动容器穿过温育、成像和废物位置。
处理试剂和其它液体。读取条形码后，容器前进到移动液体的子***(图24)。致动器 (Firgelli L12-50-100-12-I)固定在开始靶物标记的上面，当容器是在开始靶物标记的正确位置时，另一个光学传感器(Omron 光电会聚-反射传感器E3T-SL22)感知到。当传感器警报正确位置的***控制时，致动器压下容器上的柱塞部件。柱塞将液体样品移动进含有干燥试剂的成像孔。液体样品再水合试剂，开始测定反应。致动器然后收缩，容器准备好进一步处理。
转移***。容器被使用与索连接的步进电动机(Arcus DMAX-KDRV-17步进电动机)移动通过***。也存在2类转移***。首先，使用缓冲导杆将筒转移到成像仪。这分离成像子组件，并减少***振动作用。线性致动器 (Firgelli L12-50-100-12-I) 独立于主动机构地移动，保持主***定时确定。线性致动器将筒从图像仪移动进废物箱(图24)。
管理输入样品信息。当容器从输入移动到试验开始(图24)时，条形码读取器(条形码扫描仪, Microscan , MS1 FIS-0001-000XG)在容器经过它时扫描条形码。条形码用于确定批次信息和容器有效性 – 参见实施例10管理输入样品信息。
温育。在用户装载容器之前，进行样品生长温育。试验的温育依赖于运送***的定时运动。将运送装置设定成，在到达选择台子之前，以对于反应温育实验类型而言最佳的速率精确地移动容器。
选择。随着实验容器被移动到磁体组合装置上面，发生靶物的选择。平行磁体(实施例2磁力)进行标记的靶物的选择。磁性选择的时间取决于带移动速率。调节该速率至实验类型的需要。
在实施例9中解释了成像和结果报告处理。成像结束后，容器沉积在集成的生物危害废物箱中(图24)。现在空的载体返回用户输入位置。
结论。本实施例突出了具有简单运动和转移***的低处理量分析仪。它执行样品容器中的样品靶物选择和未放大的图像检测的关键处理功能。
替代实施方案。用排队替换直接输入(诸如在实施例11中)会实现根据需要的输入模型。组合选择和成像作为共驻站，如在实施例2中，会提供双倍处理量的益处。最后，使用在实施例5中所述的双色成像，可以对额外靶物成像。
实施例13. 冲击波***软件体系结构
概述。本实施例详述了可以用于控制自动化分析仪的软件体系结构实施方案。
• 除了直接控制分析仪以外，该实施方案提供了在冲击波试验应用中特别需要的部件。这些包括与集中的处境命令的命令和控制接口、和患者管理网络应用程序。
• 本实施例使用基于定制脚本工具的分析仪控制执行程序，所述工具从可扩展的置标语言(XML) 脚本建立执行对象模型。
• 该实施方案使用关联数据库来储存和管理患者和实验结果数据。
描述。执行该***，在Microsoft Windows兼容的操作***上运行。它由一组窗口过程组成，它们通过传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)接口与定制信息集通信。使用标准的数据库接口，其中需要数据库登入。该设计允许***运用在多个计算机中，用于非常大规模应用。
本实施例的软件体系结构如图25所示。在下面的段落中提供了执行程序、***服务、数据管理和用户和通信接口的主要软件功能的概述。
执行程序。分析仪控制元件提供了控制自动化分析仪的执行的执行功能。它包括与分析仪控制台的接口、图像分析、与有关的数据库***的接口、和与一组服务过程的TCP/IP接口。
执行程序控制起流水作业线作用的分析仪，其中反应物移动穿过站，且处理发生在每个站。该***使用基于循环的策略，其中在所有站上的所有处理活动发生在当前循环中。该***然后移动到下一个循环，并用新的***状态重复循环处理步骤。下面是可以在循环过程中发生的处理类型的简化的高水平实施例。应当指出，跟踪每个试验的进程；只有在活动试验需要时，才进行操作。
平行地执行下述的：
• 圆盘传送带和站处理
◦ 通过前进圆盘传送带，循环开始。这移动每个反应到下一个处理台子。
◦ 接着，平行地处理站序列
• 试剂站: 移动试剂机器人到试剂输入，用含有液体处理***的正确通道捡取适当试剂，移动试剂机器人到适当混合杯集合，沉积试剂
• 垫子站: 移动垫子吸量管到垫子储存器中，抽吸垫子，移动到空成像杯，分配垫子。
• 传送站: 如果这是偶数循环，移动转移机器人到完成的混合杯， 从2个杯捡取反应液体，并取出吸量管。如果则是奇数循环，移动到成像杯，沉积液体到2个杯中，并升高吸量管。
• 样品站: 每6个循环，从新输入试管采取样品，并用于6个试验。如果需要新样品，移动样品吸量管到样品试管中，并抽吸足够6个样品的液体。接着，在每个循环中，移动样品吸量管到混合杯中，并分配样品，然后升高样品吸量管。
• 样品清洁站: 该***设计成具有2组样品吸量管。当一组在使用中时，另一组在清洁中。如果这是6个清洁循环的第一个，移动未使用的样品吸量管到样品吸量管清洁模块，开始清洁。如果这是最后一个清洁循环，停止清洁，并移动样品吸量管到就绪位置。
• 混合站: 移动混合转导器以接触混合杯，运行转导器，缩回转导器
• 成像站: 移动图像仪组合装置以接触成像杯，打开照明，获取图像，关闭照明，缩回图像仪组合装置，分析图像，并输出分析结果到数据库。
• 杯子清洁站: 移动杯子清洁组合装置到杯中，开始杯子清洁流控部件，等待，停止杯子清洁流控部件，缩回杯子清洁组合装置。
• 摇动散装试剂，以确保一致性。
• 输入样品处理: 如果这是6个循环样品序列的最后一个，移动输入队列到下一个样品。如果当前输入支架结束，射出该支架，并装载下一个支架。
由用定制 XML方案定义的柔性脚本集合，驱动执行程序。该方案定义3类节点：结构、机构和执行。在***启动时，脚本被编译成对象模型，其中每个对象对应着XML脚本中的一个执行节点。这些对象组织成任务列表，所述列表是依次执行的任务的有序列表。通过同步地在每个对象上依次调用执行方法，进行执行。
另外，节点执行也可以平行地发生。这得到使用每个平行任务列表的线程的支持。
如上述的简单实施例显示的，需要的操作依赖于循环和***状态。通过使用脚本对象模型的表达语言来支持它。
表达语言支持标准的化合物计算和逻辑运算，其可以访问与下述有关的存储环境:
• ***。这包括当前循环编号。这由在脚本执行之前的执行的每个循环来增加。脚本节点可以使用循环编号和模数算子作为控制多循环活动的条件。
• 由节点处理的当前试验
• 当前***循环
• 当前节点
每个可执行的节点可以具有定义为文本字符串的结构和/或条件表达。这在启动时编译，且在执行节点时运行。
在任意的存储背景中，结构表达可以设定为0或更大的变量。
只有在条件表达返回真实值(非0)时，执行节点。
在处理脚本时，可能需要同步化平行脚本处理的活动。例如，当试剂吸量管移动进入和离开吸量位置时，散装试剂应当停止摇动，或在采取当前样品之前，输入样品试管不应当移动。为了完成脚本处理同步化，该实施方案使用一组专门化的脚本节点类型，其支持设置、清洁、和等待形成指定的条件。以此方式，一个脚本处理可以等待另一个，以设定条件。
***服务。存在与***中的每个主要硬件元件相对应的***服务。这些显示在图25中。每个服务作为单独的Windows过程来执行。它们使用与定制信息集的TCP/IP接口，以与执行程序通信。该体系结构简化了软件维护，并促进了新功能的添加。TCP/IP的应用允许服务在单独的计算机上运行。
数据管理。数据管理子***提供了患者跟踪、远程任务安排、和自动的数据分析。它具有下述特征：
• 数据库储存所有有关的样品和***信息，包括分析结果、***结构和软件版本。
• 集成的条形码读取器跟踪样品。
• 软件可以识别控制，并自动地建立校正曲线。
• 网络接口提供了局部的或远程的数据输入和数据分析。
• 命令 & 控制接口提供了远程管理、任务安排、和维护。
用户和通信接口。该实施方案支持几个用户和通信接口，包括下述的。
分析仪控制台。分析仪控制台显示***状态和结果汇总信息。它用于支持***结构、诊断、维护和操作。
控制台作为独立的操作***过程来执行，其使用具有定制信息集的TCP/IP与执行程序通信。该接口作为客户端/服务器模型来建立，其中分析仪控制服务器可以支持一个或更多个分析仪控制台客户端。该方案提供了集成的控制台显示（其运行在与执行程序相同的计算机上）和运行在远程计算机上的控制台。
命令和控制接口。命令和控制接口提供了与外部情况控制的连接，所述外部情况控制是对与冲击波试验有关的紧急情况的总响应的管理。命令和控制接口使用上述的TCP/IP 控制台接口来与分析仪控制通信。它也可以通过标准的数据库接口访问数据管理***。
患者管理网络应用程序。患者管理网络应用程序用于收集和管理患者信息。这通常用于输入患者联系和历史信息，作为样品收集过程的一部分。该应用程序与数据管理***通信，但是不需要与执行程序对接。
数据分析网络应用程序。数据分析网络应用程序提供了不同的报告，所述报告总结了总数据结果。该应用程序与数据管理***通信，但是不需要与执行程序对接。
实验室信息***/医院信息***接口 (LIS / HIS)接口。LIS/HIS接口提供了与标准的保健***的联系。它用于将实验结果直接报告给惯常数据管理***。
结论。本实施例证实了控制***的实践的简化，所述控制***支持自动的分析仪，且能管理冲击波试验工作流程。它是可扩展的、柔性的、稳健的，并支持其它分析仪功能性的快速开发。
替代实施方案。使用在每个节点上的条件表达的一个替代方案是，具有处理表达的专门化的节点。这包括条件节点，其评价表达，且仅调用它的子节点（如果表达是真实的）。它也包括“集合”节点，其在存储的背景下可以写成变量。
本实施例的体系结构促进了服务整合，以提供额外功能性。这些可以包括：支持新的***硬件元件，添加新软件服务，诸如与外部计算机的冗余接口。
所述体系结构也构造成容易地支持用户接口扩展。这可以包括，支持新的扫描仪和与声音识别的交互声应答接口。
实施例14. 具有装载液体处理的用于高处理量冲击波试验的自动化分析仪。
概述。将自动化冲击波分析仪设计成，提供在大样本系列上运行的单个试验组的高处理量自动化检验。将它设计成适应在生物防卫或公共卫生紧急事件（其中数千人可能已经暴露于单一病原体或其它因子）中的检验的需要。这类方案需要在峰容量时非常高的处理量和简单的分析仪安装和操作，持续长时间段。
分析仪是自含的、便携的且粗放的，因为操作环境会变化，从医院急救室到临时建立的野外医院。所述装置可以在室外用于野外、停车场或中学体育馆等。
自动化冲击波试验分析仪接受样本容器队列，随着它被处理，记录每个样本。分析仪组合装置以连续方式测试反应，其中将样品和一系列装载的试剂转移到混合杯中，温育实验反应物，然后将实验反应物转移进成像皿中。含有实验反应物的成像皿保留在磁体上面，以对反应物施加选择力，沉积信号到检测带中，然后用CCD照相机捕获检测带的未放大的数字图像。装载图像分析会提供每个样本中的靶物水平的读数。
对分子靶物的高处理量的、节省成本的、超敏感的试验的需要，产生了对平台的低废物产生的需要。使固体消耗性废物的体积最小化，会减小生物危害的废物流的体积和消费者的总成本。通过重复利用和重新使用包括混合杯(也称作反应杯)和成像杯和吸头在内的组件，可以减少垃圾。这些组件在样品之间被彻底清洁，以确保样品和试剂的低携带污染和交叉污染。通过减少样品接触，诸如使用无接触混合和无接触试剂分配，也使废物流最小化。由于这些组件从未接触样品，它们可以无限重复使用，不需要清洁或更换。还选择表面处理和材料，以使样品和试剂携带污染最小化。例如，用Teflon®包被定制生产的吸头(Cadence Science)，且注射器衬管是聚四氟乙烯(PTFE)管，其具有任意塑料的最低摩擦系数之一。将散装试剂的内部液体处理用于非常低的试验成本。
对于使试剂消耗最小化、增加患者处理量和患者可以包括婴儿、老年人、或其它产生低样品的人的情况，低样品体积是重要的。还使对样品准备的需要最小化或消除该需要的小样品体积的收集对于在其中大量患者需要快速筛选的潜在无序的和混乱的环境中是有益的。
分析仪以安全的方式管理患者信息，并在医院数据库***、中心命令和诊断提供者和散装试剂再供给之间无线通信。维护和服务需求被最小化至常规工作，其中装置在短安装时间内就可以操作，且可以连续运行几天。
描述。装置以与流水作业线***类似的方式接受和处理样品(图48)。锁合步进循环圆盘传送带以特定次序移动样品处理，其中一个或更多个样品处理步骤发生在每个圆盘传送带位置。圆盘传送带运动***(图45)具有100对混合杯和成像杯的接受器 (图31)。圆盘传送带使用步进电动机(Oriental Motor Co., DG130R-ASAA)在每个循环开始时前进一个位置。子***在每个循环中访问一个或多个杯(图33)。***使用6秒循环时间。
杯子在每个循环中逆时针方向旋转一步，其中在特定处理步骤次序测定样品。首先，试剂子***将稀释剂沉积在混合杯中。接着，移液器(图49)计量地将样品移出样品容器，并放入混合杯。加入包括信号发射和选择部分的最终试剂，并混合该组合。将垫子分配进成像杯，并与试剂一起温育混合的样品5分钟。将反应的样品小心地从混合杯转移至成像杯，使它保持漂浮在垫子上面。1分钟磁性选择会将任意磁性选择部分沉积在底表面上，然后在这里对它成像。试验结束后，将混合杯和成像杯彻底清洁，并准备重复使用。将废液送至装载的生物危害伴随储存罐。
样品输入。测定样品的第一个步骤包括：用户收集样品，将它***到装置上， 装置自动地感知，并计量样品到反应杯中。用户收集样品到样品容器中，如图31所示。将样品容器添加到支架（在最多6个的集合中）上，如图32所示。将支架放入重力补位排队***(图44)。最多16个支架或96个样品容器同时在装置中排队。
重力补位排队***包括几个功能子组件。光电传感器 (Omron, E3T-FT12)检测新支架的添加，以及监测队列中其它支架的位置。支架被双侧驱动带(Stock Drive Products, A6B3-D188025)带动前进，所述双侧驱动带具有由步进电动机（其具有闭环放大器 (Oriental Motor Co., AS46AA)）和然后线性双致动器(Firgelli, L12-50-100-12-1)驱动的定时皮带轮 (Stock Drive Products, A6A3-12NF03706)。条形码读取器从样品容器扫描样品信息，并把该信息传递给装载的计算机，用于试验跟踪。
将支架添加到重力补位队列中，如图44所示。通过把支架放在垂直队列中的下一个的上面，添加支架。如果不存在支架，则将支架移动到最下面的位置。该***支持放在水平队列的右侧的支架的stat 处理。这些支架总是在来自垂直队列的支架之前被处理。
输入队列移动细节。样品容器输入队列移动发生在一系列步骤中。首先，光学传感器检测到支架，并用双致动器降下它。带齿与处理中的支架的底上的部件啮合，且带向左移动，直到第一个致动器被清空。光学传感器测定处理中的支架何时离开第一个致动器。队列中的其它支架被下降的支架保持。第一个致动器然后升高，以容纳队列中的下一个支架，且带移动，直到处理中的支架离开第二个致动器。第二个致动器然后升高，以容纳上面的支架队列。处理中的支架向左移动，直到第一个样品容器与样品输入位置对齐。使用光学传感器来测定处理中的支架和容纳在其中的样品容器的精确位置。
随着***为以后的样品容器准备好，带移动，直到下一个样品容器是在样品输入位置。在处理过支架中的所有样品容器后，处理中的支架移动到样品容器生物危害废物中。下一个支架重复该过程，直到装载的支架都已经被处理。
样品输入子***的最后一个组件包括一对旋转样品吸量管。图58解释了该***的顶视图，其中2个样品移液器接近样品容器。在该结构中，一个吸量管在清洁站中被清洁 (图49)，同时另一个计量样品到反应杯中。每个样品分配后，吸量管切换任务，使得刚刚已经分配样品的吸量管被清洁，刚清洁过的吸量管处理下一个样品。
对每个样品进行6个试验。下面的实验详述了一个实例。样品吸量管同时抽吸用于所有6个试验的样品体积。在每个循环中，样品吸量管分配10微升样品到当前的输入混合杯中。6次分配后，输入支架中的下一个样品试管移动到上面的输入队列移动细节所述的位置，并以类似的方式被处理。
液体处理。***上存在许多液体处理功能。这些包括输入吸量、试剂吸量、垫子吸量和样品转移吸量、杯子清洁和混合。图64显示了液体处理组件简图。液体处理***的组件包括样品、垫子的单个注射器泵、和传送站 (这里是Tecan部件编号20738291)、2个用于递送所有12种试剂的多-注射器泵 (XMP 6008 8-通道数字注射器泵, Tecan, 20737367)、旋转阀 (XLP 3-port, Tecan, 20738291), 被动单向阀、试剂和载体流体的PTFE 管 (Upchurch Scientific)、和Tygon®配方R-3603管（对于其它管诸如清洁和废物）。包含在该分析仪中的其它泵包括8个Mini-Wash隔膜泵 (MiniWash full panel, Tecan, 20739017)（用于用清洁水清洁和洗涤）和10个隔膜泵 (KNF Neuberger, NF5RPDC B-4)，它们与用于清洁和生物危害净化的NaOH、漂白剂、去污剂的特定浓度相容。
为每个吸量站使用注射器***。每个注射器***与运动***相结合，其中首先将吸量管移动到源容器。抽吸液体，然后将吸量管移动到目的容器中，在其中分配液体。使用注射器泵 (上面列出的)来移动每个吸量站的液体，且每个注射器泵具有集成的阀，其可以选择3个位置之一。
阀的操作允许3个泵作用之一。一个位置打开泵和吸头之间的管道，这允许泵抽吸和分配液体或气泡。另一个位置打开泵和***流体之间的管道，这允许如下启动泵：从***流体抽吸，并分配给位于清洁站上面的吸头。该设置也用于终止抽吸和分配，同时移动泵。例如，这允许在集合移液器中的单个通道控制，所述集合移液器同时移动所有通道泵。第三个位置打开***流体和吸头之间的管道。该设置用于清洁移液器和启动管道。注射器泵的***流体侧具有也被隔膜泵通过阀门***驱动的选项。这用于启动管道和清洁吸头。
吸量管清洁对于使携带污染和交叉污染最小化而言是重要的。如下进行吸量管清洁：首先将吸头移动到清洁站，在这里，***液体冲洗穿过它。隔膜泵把废液排出固定装置，并送给装载的伴随废物储存容器。样品和传送站使用一个额外与清洁站相连的泵，其用***流体在外部冲洗吸头，以彻底洗涤吸头的外侧以及内侧。
在分析仪中包括几个液体处理站。图49显示了来自前面2个样品吸量管组合装置的样品吸量管。这些组合装置包括吸头、注射器泵***的管、旋转电动机、垂直电动机、样品吸量管清洁站和接受样品等分试样的混合杯。
所述***使用一个样品移液器，将处理中的样品从处理中的样品容器移动到6个混合杯，如上面的样品输入部分所述。在一个移液器转移样品的同时，其它被洗涤。对于每个新样品，它们切换功能。工作是，在每个循环中，首先抽吸每个样品足够的体积，然后分配进新的混合杯中。
使用的试剂吸量单元如图45所示。12-通道***把液体从试剂容器(图55)转移至混合杯。它被垂直和水平电动机台子移动(图58)，且液体被2个多-注射器泵移动(参见上面的细节)。在每个循环中，每个试剂通道能分配到在通道位置的混合杯中。在每个循环中，软件控制注射器泵阀门，使得仅需要的试剂从试剂容器中抽吸出来，并分配到混合杯中。
垫子分配单元是在试剂组合装置上的额外通道(图45)。该***使用染料垫子，其在选择步骤之前，放在反应物下面。选择会牵引被选择和信号发射部分标记的靶物穿过垫子。这会减少成像背景，这通过保持游离的信号发射部分在成像***的视野以外来实现。该垫子分配单元由注射器泵驱动，其在每个循环中将垫子试剂分配进成像杯中。
另一个吸量***用于在反应温育后将样品转移到成像杯的垫子上(图46)。样品移液吸管组合装置由2个吸头、注射器泵***的管、旋转和垂直电动机组成。样品转移是双循环操作。在第一个循环中，来自在转移位置的2个邻近混合杯的液体被2个转移吸量管抽吸。接着，液体被分配在2个成像杯的垫子的上面。在第二个循环中，转移吸量管被清洁。
反应、选择和成像后，试验结束，杯子需要清洁，为新样品做准备。使用的杯子清洁站如图47所示。每个混合杯和成像杯以跨7个台子的次序被清洁，每个循环一个。存在6个清洁台子和1个干燥台子。在每个台子启动时，杯子清洁单元降低进入7对杯子。接着，隔膜泵啮合，以分配和抽吸清洁液。最后，该泵松开，清洁单元在循环末期升高。杯子清洁组合装置 (图47)由6对清洁单元和1对干燥单元组成。每个清洁或干燥单元一次用于一个杯子。清洁单元由2个同心管制成，其中外管分配清洁液，内管抽吸。最终的清洁台子是干燥抽吸器，其由单个抽吸器管组成。
在某些情况下，液体试剂需要彻底混合，以满足试验性能要求。所述***使用3个超声表面声波(SAW)混合单元(Advalitix)，如图56所示。随着样品加入，发生混合。在循环过程中，混合单元升高，使得它的液体储存器接触混合杯。具有集成放大器 (Oriental Motor, AS46A)的闭环步进电动机被连接到垂直线性轴(Deltron, DL26L-70-ST-C-PH)上，以移动混合仪器。在接触液体储存器后，转导器被啮合，并随着混合单元降低，关闭循环末端。
当分析仪进入预备模式时，通过包括电子安全互锁机制的下门或上门，用户可以接近散装液体和废物容器。
温育。如上所述充分混合反应物以后，开始温育。温育时间是5分钟，这是基于6秒的循环时间。反应转移移液器终止温育，随后施加磁性选择。
管理样品输入信息。输入样品信息的管理设计成在冲击波试验用途中工作。由于冲击波试验经常发生在紧急事件情况下，该***设计成完全自动化。这使用户的复杂性最小化，并减少出错机会。
该***使用网络服务器来提供网络接口，用于捕获患者信息。这允许同时使用许多患者输入站。在每个患者输入站处，采取样品，并储存在条形码样品容器中。给患者赋予识别(ID)单元(例如腕带, 图68) ，其与样品容器的ID相匹配或对应。ID信息与患者信息一起扫描或输入患者记录中。如上所述，将样品试管加入***中。
在样品处理开始时，读取样品条形码。样品条形码作为样品记录的一部分被储存。在处理结束时，计算最终的分析结果，并储存在样品记录中。该信息通过样品ID与患者记录相关联，所述样品ID在样品收集过程中进行记录。该***使用有关的数据库来跟踪患者和样品数据。
选择。靶物的特异性选择是试验处理的重要步骤。该分析仪使用磁性选择来捕获磁性选择部分，所述磁性选择部分被提供了结合样品中可能存在的靶物的机会。当成像杯移动到磁体上面时，发生磁性选择，如图57所示。选择时间是1分钟，且包括在所述捕获时间期间（样品液体被捕获）在磁体上面的分散空间运动。该***使用在实施例2中所述的特定磁棒结构。
成像。该***使用在实施例１中所述的成像***。它使用CCD 光检测器阵列(2M像素 CCD照相机, uEye, UI-2550-M) 来执行对大样品靶区域的未放大的成像。
通过在每个循环中移动照相机组合装置，实现焦距调节，如图57所示。将具有集成放大器的闭环步进电动机 (Oriental Motor, AS46A)连接到垂直线性轴(Deltron, DL26L-70-ST-C-PH)上，以移动成像***，使它提升成像杯离开光学器件固定的距离。杯子和成像单元的机械容差低于光学***的场深度。如实施例3所述，计算图像分析。图63显示了从典型试验捕获的图像。
结果报告。使用网络接口，将结果报告给多个客户端。该接口支持不同的报告和分析查询。结果还显示在***控制台上。另外，该***被设计成，通过命令和控制接口，将结果发送给紧急命令***。
***控制。***控制硬件包括***计算机、运动控制器 (8-轴步进控制器以太网, Galil, DMC-2183-DC24-DIN)、和包括智能IO板的流控部件控制***(Cavro, PN 740029)。流控部件控制***含有流控部件控制板，其通过RS 485串行总线与***计算机对接。所有注射器泵和Cavro智能阀由该板控制。隔膜泵由智能IO板控制。
冲击波试验软件如实施例11所述。软件时序安排包括在每个循环中运行的高水平处理。跟踪每个试验的进程，使得只有在活动试验需要的情况下才执行操作。许多作用平行地执行，包括圆盘传送带和站处理。
一个循环从圆盘传送带前进开始。这移动每个反应物到下一个处理台子。其它处理站序列平行地发生。试剂机器人移动到试剂输入，在这里捡起适当的试剂。然后，试剂机器人移动到混合杯，在这里沉积试剂。垫子吸量管移动进垫子储存器中，抽吸垫子，移动到空成像杯，然后分配垫子。在偶数循环过程中，样品传送站机器人移动进完成的混合杯，从２个杯子捡起反应液体。在奇数循环过程中，转移机器人移动至成像杯，把液体沉积在２个杯中。每6个循环，样品机器人从新的样品容器抽吸样品，并分配进６个邻近的混合杯中，用于６个连续试验。样品移液器移动进样品容器，并抽吸60μL。接着，在每个循环中，样品移液器移动进混合杯，并分配10μL样品，然后升高样品移液器。将样品清洁站设计成具有两组样品吸量管。在一个吸量样品的同时，另一个被清洁。对于前６个清洁循环，未使用的样品移液器移动进样品吸量管清洁模块，在此时清洁开始。在最后一个清洁循环中，清洁停止，移液器移动到就绪位置。混合转导器移动进流体接触混合杯，转导器运行，然后在混合结束后缩回。成像站组合装置移动至接触成像杯，打开LED，获取图像，关闭LED，成像组合装置缩回，分析图像，将分析结果报告给数据库。通过把杯子清洁组合装置移动进杯子中，发生杯子清洁站操作，启动杯子清洁流控部件，清洁运行４秒，停止杯子清洁流控部件，然后停止杯子清洁组合装置。每个循环摇动散装试剂一次，以确保一致性，并防止沉淀。在6个循环样品序列的最后一个期间，输入样品处理移动到输入队列的下一个样品容器。当支架中的所有样品容器都被处理过时，支架被弹射进生物危害废物容器，且队列中的下一个支架前进，如上所述。
实验。在冲击波试验分析仪上通过自动化分析检测人全血中的炭疽芽孢杆菌 (Anthrax) 致死因子。
该实验描述了完全自动化的高处理量冲击波试验分析仪用于测定人全血中的细菌毒素（炭疽芽孢杆菌致死因子）的应用。该测定使用小鼠单克隆抗-Anthrax致死因子-包被的荧光的且磁性的颗粒来将信号发射部分和选择部分结合到在人血浆样品中所含有的致死因子分子上。使用磁性选择，通过染料垫子，将荧光颗粒-致死因子-磁性颗粒络合物沉积到检测带中。将样品载体呈递给分析仪，所述样品载体含有掺加了不同浓度的致死因子的全血样品。装配分析仪，并温育反应孔中的反应物，然后将每个反应物覆盖到成像孔中的染色的垫子的上面，并将孔运输到磁性选择台，自动地对孔成像。
方法。将所有试剂装载进原型高处理量冲击波试验分析仪的试剂杯中。在计算机控制下，通过完全自动化的机器人移液器，进行下述的所有吸量步骤。首先，将10 µL 200 mM EPPS (Sigma-Aldrich 目录号E9502)缓冲液（其含有400 mM 1,3 二氨基丙烷 (Sigma-Aldrich 目录号D230807) pH 7.8）加入反应杯中，然后吸量10 µL试剂（含有在PBS中的1 mg/mL 藻酸 (Sigma-Aldrich 目录号A2158)、2.5 % w/v 聚乙烯吡咯烷酮 (Sigma-Aldrich 目录号PVP40)、0.5 mg/mL 牛γ 球蛋白(Lampire Laboratories 目录号7400805)和1 mg/mL 小鼠γ 球蛋白(Jackson Immunoresearch 目录号015-000-002)）。加入10 µL掺加了炭疽致死因子((List Laboratories, 目录号172b)的人全血。随后，加入10 µL抗-Anthrax致死因子荧光颗粒(抗-hTSH抗体标记的荧光颗粒(炭疽 LF- FP)如下制备：使用标准方法(Bioconjugate Techniques, Herrmanson Academic Press, 1996)，使用两步碳二亚胺和N-磺基羟基琥珀酰亚胺反应，用在小鼠单克隆抗-Anthrax LF (IQ Corp., 目录号LF-IQ)抗体上的游离氨基化学地连接羧基化的500 nm荧光颗粒(Invitrogen 目录号8813))的0.007 % w/v稀释物和10 µL抗-Anthrax致死因子磁性颗粒(使用与上面的荧光颗粒相同的方法制备，经过下述修改：所述抗体是小鼠单克隆抗体)的0.05 % w/v稀释物，通过装载的（onboard）混合器混合，并温育6 min。在温育期间，自动地向单独的成像杯中加入90 µL 染色的垫子试剂(30% Optiprep® (碘克沙醇的60% w/v溶液) (Sigma-Aldrich D1556) 10 mg/ml 铬变素2R)。温育后，将40 µL反应混合物铺在分析仪成像孔中的染料-垫子层的上面。然后将成像杯自动地移动到分析仪内的磁体上面，并进行磁性分离1 min。将磁性颗粒沉积到检测带中以后，将成像杯自动地移动到成像台上，然后在分析仪上成像，曝光时间为0.1秒。然后计算单个荧光颗粒，并使用分析仪上的软件，以自动化的方式分析样品结果。
结果。在图74中显示了使用完全自动化的冲击波试验分析仪产生的数据。该图显示了使用软件自动化分析获取的图像所产生的剂量响应曲线。这些结果证实了使用不具有任何洗涤步骤的未放大的成像对来自复杂基质（如人血液）的炭疽芽孢杆菌致死因子的完全自动化的、特异性的、且灵敏的检测。图63显示了从典型试验捕获的图像。
结论。本实施例证实了一个装置实施方案，其中一个或更多个样品容器可以被直接地接受进用于高处理量冲击波试验的装置中。所述装置集成了定制磁体阵列（用于施加选择力）和CCD照相机（用于未放大的成像）。散装试剂的液体处理和吸头和杯子的重复利用，会提供每个试验的低成本，同时也使固体废物的累积最小化。
变化。存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。循环时间可以调至多于或小于6 秒，以适应特定试验所需的参数。所述装置可以使用一次用弃的杯子或吸头，这可以有助于使携带污染和交叉污染最小化。所述装置可以包括更多或更少的试剂吸量管，它们各自可以接近一种或多种试剂。可以使用在图59中显示的替代干燥吸头设计，或可以使用采用毛细管作用的替代样品收集消耗品(图60)。样品输入可以用组合装置替代样品移液器，所述组合装置沉积直接来自样品容器的样品，诸如如图61所示。
实施例15. 用于高处理量冲击波试验的自动化的基于筒的分析仪
概述。本实施例描述了一种分析仪，其提供了具有超高处理量的自动化检验。将该***设计成用于生物防卫或公共卫生紧急事件，其需要检验数千可能已经暴露于病原体或其它因子的人。分析仪接受单个样品试验筒。每个筒包括用于抽吸毛细血管血样的刺血针。毛细血液直接从患者收集进筒中。所述筒包括进行一组6个试验所需的所有试剂。该实施方案使从每个输入筒产生实验结果所需的所有步骤完全自动化。
描述。图28是基于筒的冲击波试验***的侧视图。移动式分析仪具有轮子，用于在紧急冲击波试验情况中快速布置和安装。与用户功能的接近是在分析仪的一侧上，包括装载样品容器输入、LCD读出和控制、接近废物和前控制台和储存。
样品输入。使用装载的用于抽吸毛细血液的刺血针，将样品直接地收集进试验筒(图26)，并将筒装载进便携的筒载体中(图27)，用于输送给仪器。随着它们被填充，载体被装载进仪器顶部处的空槽中。图29解释了分析仪的设计。
处理。筒从装载支架逐个下落进反应圆盘传送带的活化槽，在这里在筒上开始反应。圆盘传送带在逆时针方向逐步旋转，使得在6分钟温育后，筒穿过磁性选择装置，共用1分钟。它然后步入成像站，在这里通过透明的检测表面，对反应物成像。在图30中解释了使用筒旋转的定时方案。最后，容器弹射进装载的废物容器(图29)，在装载圆盘传送带中的下一个筒在相同的位置替换它。废物箱能容纳在一天中消耗的使用过的筒。
所述分析仪使用其它实施例的元件。实施例1提供了成像子***的描述。5兆像素CMOS照相机拍摄观察窗的图像。这在图像中捕获所有6个反应孔。最终的图像由10个图像帧的总和形成。这会使***动态范围增加至10倍。在装载的计算机中的专有软件分析最终的图像，如实施例3所述。聚焦是基于固定的照相机和容器位置。总机器和容器容差小于焦点深度。
输入样品信息和结果报告的管理与实施例14所述的那些相同地运行。
***控制: 所有分析仪操作（包括***定时和时序安排、错误处理和恢复、数据储存、数据传输、***诊断和图像分析）都由小装载的计算机控制。装载的计算机也控制子***组件（包括电动机控制板、反应圆盘传送带、装载圆盘传送带、LED控制、照相机功能和显示板）的操作。***软件如实施例13所述。
结论。本实施例证实了基于筒的高处理量分析***，其适应使用磁力作为特异性地捕获靶物的选择力的试验形式，并集成了用于靶物的无放大成像的光检测器阵列。将它设计成用于冲击波用途，其需要可携带性和容易安装（当用于诸如当地体育馆或礼堂等替代位置时）。它采用不需要液体处理或外部提供液体试剂的***。
替代实施方案。可以预见到许多其它样品装载方案来替代筒支架装载***。在实施例14中描述了替代筒***的液体处理装置的完整替代冲击波试验***设计。
实施例16. 用于高处理量冲击波试验的具有液体处理的可移动的高处理量自动化分析仪
概述。可移动的自动化冲击波试验分析仪是这样的装置，其接受含有液体样品的样品容器的队列，对系列中的每个样品执行几个处理步骤，然后将选择力施加于试验，并用光检测器阵列捕获未放大的图像。装置提供了具有单个实验类型的超高处理量的自动化检验。
所述***将在实施例14中所述的***的高处理量体系结构（具有液体处理）与在实施例15中所述的***的可移动性和运输设计相组合。高处理量由散装试剂（每个试验的低成本）的内部液体处理提供；可以不停止***地加入试剂包。液体处理、反应圆盘传送带 (图35)和其它子组合装置允许同时测试3个样品。粗放的且设计成安装进可堆叠的具有轮子的储存容器中的***，会促进储存、运输和安装(图70)。因而，可移动的高处理量分析仪可以用于生物防卫或公共卫生紧急事件，其需要检验数千可能已经暴露于病原体或疾病的人，且其中需要快速增加在给定场所进行试验的能力，即，当爆发发生在一个特定城市或地区时，已安装的可使用的分析仪基座可能不足以处置试验需求的突然冲击波；在本实施例中所述的分析仪是可移动的，且具有高处理量，所以新的分析仪根据需要移动到当地。另外，所述分析仪设计成，在不能得到具有先前经验的人员的危机情况下，可以快速地进行运输、安装和使用。
描述。图69中的分析仪是高处理量的、可移动的、基于容器的冲击波试验***的前视图。图70显示了容器中的单元和如何堆叠容器。可移动的分析仪是可移动的，具有轮子，用于在紧急冲击波试验情况中快速布置和安装。与用户功能的接近是在该侧：主试剂容器的装载、LCD读出和控制、接近废物和前控制台和储存。
分析仪***操作是基于装载圆盘传送带和反应圆盘传送带 (图29)。所述处理是在实施例14中讨论的流水作业线模型。
样品输入。用户从患者收集样品到专有的容器中。包括了用于血液收集的刺血针(图26)。用户将来自一个患者的样品装载进一个容器。在该容器中，低压冻干的试剂位于室中，所述室被光学澄明的无荧光的观察窗覆盖，以允许成像。将一个或更多个含有样品的容器装载进支架，所述支架在图29的上面看到。该支架下落进入空位置 (在每个循环开始时，圆盘传送带 前进1个支架位置)。分析仪顶部输入圆盘传送带在逆时针方向移动，直到样品容器到达开始位置。如果它是空的，样品容器把一个容器放入在活化位置的反应圆盘传送带。
处理容器运动。图30是过程模型。在活化位置，下面的固定的致动器 (Firgelli L12-50-100-12-I)与容器对齐，使得容器中的柱塞对液体样品施加压力。该压力将迫使液体样品进入反应区，它在这里与试剂混合。这开始反应阶段。圆盘传送带从活化位置逆时针旋转，留出一个位置，用于下一个容器从输入圆盘传送带落下。在反应中，分离选择和信号发射部分与目标靶物化合。在旋转中，温育反应物6分钟。然后它进入磁力区，在这里，选择力会使目标靶物与反应的样品分离。该选择是1分钟。磁性选择后，对容器成像，分析，并显示结果。最后，将容器弹射进装载的危险废物(图29)，下一个输入容器(来自顶部圆盘传送带)在相同位置代替它。废物箱能储存1天的处理量。
所述分析仪使用其它实施例的元件。实施例1提供了成像子***的描述。5兆像素CMOS照相机拍摄观察窗的图像。这在图像中捕获所有6个反应孔。最终的图像由10个图像帧的总和形成。这会使***动态范围增加至10倍。在装载的计算机中的专有软件分析最终的图像，如实施例3所述。聚焦是基于固定的照相机和容器位置。总机器和容器容差小于焦点深度。
输入样品信息和结果报告的管理与实施例14所述的那些相同地运行。
为下一个样品做准备。弹射出容器后，反应圆盘传送带准备好接受一个新的样品容器。该新容器从装载圆盘传送带落入反应圆盘传送带上的空位。
***控制: 所有分析仪操作都由小装载的计算机控制，包括***定时和时序安排、错误处理和恢复、数据储存、数据传输、***诊断和图像分析。装载的计算机也控制子***组件的操作，包括电动机控制板、反应圆盘传送带、装载圆盘传送带、LED控制、照相机功能和显示板。***软件如实施例13所述。
结论。本实施例显示了适应使用磁力作为特异性地捕获靶物的选择力的试验形式的***的开发。它集成了用于靶物的无放大成像的光检测器阵列和LED 辐照和装载图像分析。它提供了超高处理量和废物容纳。它可以用于冲击波用途，并通过使用具有装载的液体处理的容器来增加分析仪的可携带性，且不需要外部液体。
替代实施方案。通过执行单个容器的直接输入，将支持扩展到单个试验运行。使用双色成像，可以对其它靶物成像，如实施例5所述。使用单个蛇状带（而不是单独的装载和反应圆盘传送带）来减少第二个圆盘传送带的高度和重量。
实施例17. 具有大量装载试验的自动化高处理量分析仪。
概述。在本实施例中所述的自动化分析仪是这样的装置，其接受样品容器，且具有使用装载试剂的对多个靶物的许多试验。在在本实施例所述的实施方案中，分析仪具有装载试剂，以实现对100种不同分析物的试验。分析仪自动地处理每个样品，施加选择力，并使用低放大率大面积成像，用光检测器阵列检测标记的靶物。接受宽范围的样品的能力、用装载试剂快速执行宽范围的试验，会提供每个试验的低成本，并使用软件为用户提供试验信息，使得该分析仪非常适用于需要非常高处理量的情况，如在临床实验室中。
该分析仪使用户成本最小化，这通过使生物危害的固体废物产生最小化来实现，这对于高体积用户是特别重要的。通过重复利用和重复使用包括混合杯和反应杯和吸头在内的组件，减少固体废物。这些组件设计成经过材料和表面处理，从而具有最小的携带污染，这有利于清洁。还通过减少样品接触，诸如使用无接触混合和无接触试剂分配，使废物流最小化。由于这些组件从未接触样品，它们可以无限重复使用，不需要清洁或更换。通过使所用的实验试剂体积最小化，分析仪也可以使成本最小化。
对于使试剂消耗最小化、增加患者处理量而言，低样品体积是重要的，并在患者包括婴儿、老年人、或其它产生低样品的人的情况下，促进检验。还使对样品准备的需要最小化或消除该需要的小样品体积的收集对在其中大量患者需要快速筛选的潜在无序的和混乱的环境中是有益的。
分析仪以安全的方式管理患者信息，并在医院数据库***、中心命令和诊断提供者和散装试剂再供给之间通信。维护和服务需求被最小化至常规工作，其中装置在短安装时间内就可以操作，且可以连续运行几天。
描述。由样品跟踪***递送样品(图37)。分析仪(图38)具有2个圆形旋转圆盘传送带(图40)。一个圆盘传送带是用于样品，一个是用于试剂包。在圆盘传送带下面是用于混合、温度控制、成像和磁性选择的子组合装置。该分析仪也提供了分析仪子组件的空间，所述子组件诸如泵、电子器件和电源、和废物和散装液体试剂的储存(例如水和清洁器)。关键功能元件如图40和图39所示。样品圆盘传送带具有可重复使用的杯子，混合杯（其中样品接触试剂）和反应杯（其中样品和试剂的混合物(反应混合物)覆盖在染料垫子上）的2个同心圆。反应杯经过磁体，进行选择。磁性选择后，反应杯经过成像***，其使用光检测器阵列获取低放大率图像。该成像***是高分辨率聚焦***，其具有LED作为光源，且具有发射和激发滤光器，以允许荧光信号发射部分（例如，荧光微粒 (Invitrogen,目录号F-8813)）的成像。图像获取后，具有定制软件的装载的计算机处理图像，并根据用户需要递送结果。
反应杯和混合杯都是可重复使用的；反应杯的清洁发生在成像后。混合杯的清洁可以发生在反应混合物向反应杯转移之后的任意时点。杯子清洁***(图40)使用具有单个移动轴的吸量机器人来减少携带污染。干燥站确保，在加入样品之前，每个杯子中存在可再现量的液体。
总线路图在概念上类似于在实施例14中的分析仪所示的线路图，因为具有固定杯子的旋转圆盘传送带允许高处理量，连续处理反应。最重要的差异是，提供了第二个旋转圆盘传送带，其可以容纳100个不同实验的试剂，例如该分析仪装载了执行多个试验所需的全部试剂。
用条形码标记试剂包。条形码的扫描会为分析仪软件提供信息，诸如试剂包的位置、试剂的身份、和需要使用的校正文件等。装载软件及时地通知用户根据需要改变试剂包。试剂包圆盘传送带提供了试剂的温度控制。
结论。该分析仪显示了适应使用磁力作为特异性地捕获靶物的选择力的试验形式的***的开发。它集成了用于靶物的无放大成像的光检测器阵列检测器和装载图像分析。它提供了超高处理量和废物容纳。
替代实施方案 . 存在许多潜在变化，包括在上面的装置详述中列出的那些。可以调整循环时间，以适应特定试验所需的参数。所述装置可以使用一次用弃的杯子或吸头，这可以有助于使携带污染和交叉污染最小化。所述装置可以包括更多或更少的试剂吸量管，它们各自可以接近一种或多种试剂。可以使用在图59中显示的替代干燥吸头设计，或可以使用采用毛细管作用的替代样品收集消耗品(图60)。样品输入可以用组合装置替代样品移液器，所述组合装置沉积直接来自样品容器的样品，诸如如图61所示。
样品输入。用户把样品放入样品跟踪***中以后，分析仪扫描样品条形码，并检查需要哪个试验。如果必要，允许手工输入stat样品的数据。如果样品需要超过1个试验，样品子***可以将相同样品的等分试样递送给多个孔。
混合和温育。在混合杯中，样品接触试剂。除了样品以外的试剂由吸量机器人加入。根据试验，可以加入一个或更多个试剂，且加入次序可以变化。该分析仪具有混合能力（以实现样品与试剂的混合）和温度控制（以维持在固定温度的反应）。
清洁。清洁可以由血浆清洁器实现，其可以用于清洁吸头和杯子。为了确保最小携带污染，清洁可以包括预处理或包被表面的步骤；该包被或预处理步骤也可以用于增加或减少表面的润湿能力。

Claims (24)

1. 一种成像分析仪，其包含：
a) 壳体，所述壳体接受样品容器，其中所述样品容器含有样品，且包含检测区，所述检测区具有≥ 1mm的最短线性尺寸，用于检测所述样品中可能存在的靶物；
b) 用于将选择力施加于所述样品容器的组件；
c) 用于检测区的大面积成像而配置的光电阵列检测器；和
d) 放大小于5倍的成像光学器件。
2. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述选择力在所述样品容器的液体中以大于0.5 mm/min的平均速度移动平均直径小于0.5 mm且平均密度小于2 g/cm3n的磁性颗粒大于5 mm的距离，所述样品容器保持在所述分析仪的固定位置，其中所述液体的密度和粘度与盐水基本上相等。
3. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述用于施加选择力的装置包括具有大于 10 mm的最短总线性尺寸和大于3.5千焦耳/立方米的磁化强度的磁体。
4. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述成像光学器件放大小于2倍。
5. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含自动聚集。
6. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含用于确保所述检测器和在所述检测器附近的所述样品容器表面之间的固定距离的机构。
7. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪辐照所述样品容器。
8. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含用于辐照所述样品容器的发光二极管。
9. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪接纳导入作为单个或作为多个单元的所述样品容器。
10. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含自动化的液体转移装置。
11. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含造成液体在所述样品容器内流动的机构。
12. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含可以在所述分析仪上的位置之间移动样品容器的机器人台架。
13. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含可以在所述分析仪上的位置之间移动样品容器的圆盘传送带机构。
14. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含；可以在所述分析仪上的位置之间移动样品容器的机械跟踪机构。
15. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含条形码读数器。
16. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含培养箱，其把所述样品容器接纳在外壳中，所述外壳稳定地维持在温度设定点的2摄氏度内的平均温度。
17. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含打印机、电子监测器和/或用于连接外部通信网络的***。
18. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含用于自动清洁样品容器的装置，所述样品容器在所述分析仪中重复使用。
19. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含一个或更多个在所述分析仪上成像后接受样品容器的接受器。
20. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含一个或更多个废液接受器。
21. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含集成的具有对象查找算法的图像分析软件。
22. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪包含集成的计划软件，用于管理一个或更多个样品容器在所述分析仪的不同位置之间的移动。
23. 如权利要求1所述的分析仪，其中所述分析仪接纳具有大于8 mm高度的样品容器。
24. 如附图所示的分析仪。
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