一方面，本专利申请公开了一种用于处理材料样本的设备。在图 示说明的实施例中，所述设备包括在第一和第二末端之间具有流动通 道的壳体。捕获介质放置在壳体中的第一和第二末端之间，并被构造 成能够捕获材料样本中的分析物。在图示说明的实施例中，所述设备 与样本收集组件和具有测试装置的指示顶盖联合使用。
一方面，公开了一种用于处理生物材料样本的组件。组件包含壳 体、第二流体贮存器和捕获介质。所述壳体包括第一末端、与第一末 端相对的第二末端以及位于第一末端和第二末端之间的流动通道，并 且第一末端被构造成接收包含一个流体贮存器的样本收集组件；所述 第二流体贮存器包含第二流体，所述第二流体紧靠壳体第二末端，所 述壳体与流动通道相互流体连通；所述捕获介质设置在所述壳体内第 一末端和第二末端之间，其被构造成捕获材料样本中的分析物。
另一方面方面，公开了一种处理生物材料样本的方法。该方法包 括：将第一流体引入到设备壳体的第一末端并从样本收集装置洗脱至 少部分生物材料样本，以形成洗脱样本；从壳体中的捕获介质捕获洗 脱样本中的材料；将设备壳体从样本制备取向旋转一百八十度到样本 测试取向；以及将第二流体引入到设备壳体的第二末端中，以释放出 捕获介质捕获的材料。
以上概述并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或每项具体实 施。以下的附图和具体实施方式更具体地说明示例性实施例。

将结合下列各图进一步解释本发明，各图中类似的结构部分采用 类似的数字表示。
图1为本发明设备组件的示例性实施例的立体图，该组件包括连 接到壳体(处于样本制备取向)第一末端上的样本收集装置和被构造 成连接到壳体第一末端的指示顶盖。
图2为图1设备组件的立体图，其中已从壳体第一末端拆下样 本收集装置并已将指示顶盖连接到壳体第一末端，所述壳体处于测试 取向。
图3为图1壳体处于样本制备取向时的横截面图，其中样本收 集装置连接到壳体的第一末端。
图4为图2设备组件的横截面图，其中壳体处于测试取向而指 示顶盖连接到壳体的第一末端。
尽管上述各图提出了本发明的一个示例性实施例，但本发明还包 括其它的实施例。在所有情况下，本公开仅仅示例性而非限制性地描 述本发明。应该理解，本领域的技术人员可以设计出大量其它修改形 式和实施例，这些修改形式和实施例均属于本发明的范围之内并符合 本发明的原理的精神。

本发明为一种用于检测材料样本中分析物(例如金黄色葡萄球菌) 的设备组件，该组件包括基本上为自备式的壳体和指示顶盖。壳体基 本上为自备式的，壳体中含有几乎所有用于检测分析物的化学物质。 这减少了设备操作员暴露于检测过程中使用的分析物和/或流体的几 率，例如液体意外溢出或是其它情况。本发明的设备组件是一个相对 简单的装置，该装置可在样本源处或样本源附近测试材料样本中是否 存在分析物。本发明允许操作员从样本源获得材料样本，然后在样本 源处或样本源附近检测样本中是否存在分析物，而无需将材料样本转 移至远离样本源的实验室。另外，本设备组件可为一次性的，这有助 于在每次使用时提供干净的(如果不是无菌的)设备组件。
本设备组件的壳体被构造成能接收样本收集装置，例如药签。在 本发明的一些实施例中，样本收集装置可为设备组件的一个元件，其 中样本收集装置随壳体和指示顶盖一起提供。在其它实施例中，壳体 被构造成接收由设备组件操作员提供的样本收集装置。
壳体包括两个取向：1)样本制备取向(图1和3中所示)和2) 测试取向(图2和4中所示)。在示例性实施例中，通过将壳体旋 转180度来在两个取向之间手动移动壳体。在样本制备取向，制备用 于检测的材料样本。材料样本通常是不同种类材料的混合物。为获得 准确的测试结果，可能需要将某些分析物从材料样本中分离出来和/或 将分析物进行浓缩。在示例性实施例中，在样本制备取向中完成对分 析物的分离。具体地讲，在示例性实施例中，壳体内放置了一个捕获 介质，用于从材料样本中分离分析物。捕获介质的优选放置和保留方 式是，流体流过捕获介质的同时使得捕获介质捕获分析物。合适的捕 获介质实例包括但不限于小珠、多孔膜、泡沫、玻璃料、筛网或它们 的组合。捕获介质表面可以涂敷对分析物具有特异性的配体，例如其 抗体。在其它实施例中，可能使用其它构件分离分析物。
在测试取向，分离出的分析物和缓冲溶液接触测试装置，该装置 用于检测是否存在分析物。在示例性实施例中，经过浓缩的分析物从 捕获介质中释放出来并接触比色传感器，该传感器用于提供分析物存 在与否的可视标记。
要检测的目标示例性分析物是金黄色葡萄球菌(“S.aureus”)。 这是一种病原体，可引起广谱感染，包括：表面损伤，例如小面积的 皮肤脓肿和伤口感染；系统的和危及生命的病症，例如心内膜炎、肺 炎和败血病；以及毒素症，例如食物中毒和中毒性休克综合征。一些 菌株(例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，也称MRSA)能够耐受除 少数外的几乎所有抗生素。
示例性实施例中对本发明进行了描述，该实施例是用间接的化验 方法来检测材料样本中的分析物。对示例性实施例中化验方法的大致 了解有助于更好地理解对本发明设备的描述。然而，下面对化验方法 的描述，其目的并不是以任何方式限制本发明。相反地，本发明设备 以及检测材料样本中分析物的方法可用于各种不同类型的直接或间接 的化验。
根据示例性实施例，材料样本是用某一样本收集装置获取的。在 进行化验之前，先备好材料样本。在样本制备阶段，用第一缓冲溶液 将材料样本从样本收集装置上洗脱下来，得到洗脱样本。然后至少有 一部分分析物可从洗脱样本中分离出来。这一步用捕获介质完成。材 料样本通常是不同种类材料的混合物。所以可能必须进行分离，有时 还需要浓缩分析物，因为有些分析物只有在量多时才能被检测出来。 分离/浓缩有可能提高分析物检测准确度的几率。
因此，为了提高检测设备检测到生物体的可能性，要将生物体(例 如，分析物)从材料样本的残留物中分离出来。应使用合适的仪器作 为检测设备，例如比色传感器。
用第二缓冲溶液释放(或裂解)出捕获介质捕获的至少部分分析 物。第二缓冲溶液中可含有裂解剂，如公开号为2005/0153370A1，名 称为“Method of Enhancing Signal Detection of Cell-Wall Components of Cells(增强细胞的细胞壁组分检测信号的方法)”的美国专利申请中 所述。
然后将释放出的分析物和第二缓冲溶液与可用于与释放的分析物 进行反应的试剂相接触。如果采用的是直接化验法，则不需要试剂。 分析物与试剂发生了反应，并在足够长的“反应时间”之后，让分析 物和试剂以及第二缓冲溶液进入检测设备。采用间接化验方法时，测 试装置(即，下述测试装置50)检测的是与分析物发生反应的试剂， 而不是检测分析物本身。具体地讲，试剂与分析物反应后，所有残留 的试剂(例如，没有与分析物发生反应的试剂形成的独立产物)与测 试装置相作用。据此，测试装置提供可表示试剂的存在情况和/或含量 的可见标记。但是在与测试装置相作用之前，必须让分析物和试剂反 应足够长的时间。
在一个实施例中，试剂与测试装置的表面(如红色)反应，试剂 与测试装置发生反应时，测试装置的颜色会发生改变。如果有大量试 剂与测试装置发生反应，测试装置的颜色会发生改变，例如，从红色 变成蓝色。如果只有小量的试剂与测试装置发生反应，测试装置的颜 色可能不会发生改变，仍为红色。测试装置也可被构造成能提供表示 试剂存在含量(通常表示材料样本中存在的分析物含量)的标记。例 如，测试装置可以改变颜色，其中颜色的强度和色调的改变取决于试 剂存在的含量。在替代实施例中，测试装置用另一种适当的方式测定 试剂的含量。
采用间接化验方法时，试剂的含量反映分析物的含量，因为在通 常情况下，如果与分析物发生反应后还存在大量的试剂，即说明材料 样本中存在的分析物含量不大。同理，如果与分析物发生反应后试剂 剩余较少，即说明材料样本中存在大量的分析物。
本发明的设备组件可由任何合适的材料制成，例如聚碳酸酯或其 它合适的聚合物。设备组件优选是一次性的，因此选择材料时不仅要 考虑功能，还要考虑成本。
图1为本发明设备组件10的示例性实施例的透视图。设备组件 10包括壳体12以及指示顶盖14。壳体12包括样本制备取向和测 试取向。在图1中，壳体12处于样本制备取向，其中壳体12的第 一末端12A比第二末端12B具有较大的z坐标(参见图1中正交 的x-y-z轴)。参考图3就样本制备取向进行更详尽的讨论。壳体12 的测试取向在图2中示出，并将参考图2和4对其进行更加详尽的 讨论。
壳体12包括第一末端12A和第二末端12B，二者分别定位在 壳体12的相对两端。壳体12的第一末端12A被构造成交替接收指 示顶盖14和用于收集材料样本的样本收集装置16。
在图1所示的实施例中，样本收集装置16包括中空轴32和连 接到中空轴32(或药签)上的多孔介质34。可握住中空轴32将多 孔介质34与样本源接触，这样材料样本就会附着到多孔介质34上。 中空轴32包括第一末端32A和与第一末端32A相对的第二末端 32B。第一末端32包括一个开口，此开口被构造成接收第一流体贮存 器18。第一流体贮存器18包括第一流体38、保留第一流体38的 腔室18A和活塞部件18B。第一流体38可为缓冲溶液。多孔介质34 被定位在中空轴32的第二末端32B上，中空轴包括至少一个开口， 以让第一流体38穿过中空轴32的第二末端32B，并接触多孔介质 34。
样本收集装置16可为任何合适的装置。合适的样本收集装置的 实例描述于名称为“SPECIMEN TEST UNIT(样本测试单元)”的美 国专利No.5,266,266和名称为“APPARATUS AND METHOD FOR COLLECTING A SAMPLE OF MATERIAL(收集材料样本的设备和方 法)”的美国专利申请序列No.60/705,140(代理人档案号61097US002) 中，后一份专利申请与本专利申请同一天提交。
本发明的设备用于检测使用样本收集装置16收集的材料样本中 的分析物。在图1中，样本收集装置16被定位在壳体12的第一末 端12A，以引入样本以供检测或处理。在所示实施例中，壳体12包 括外皮26，外皮提供流体穿过设备10的流动通道。在其它实施例中， 没有外皮26并且壳体12的内部通道是由壳体12的外壁形成的。 壳体12还包括观察开口13，通过它可以看到外皮26。操作员可使 用壳体12(图1中示出)中的密封式观察开口13以从视觉上确认 流体正在以适当的方式地流过设备组件10。
样本收集装置16的第一流体贮存器18被定位成与样本收集装 置16的中空轴32(图3中示出)相互选择性流体连通，其中“选 择性流体连通”表示，存在阀门、活塞(如注射器中的)或其它可由 操作员激活的构件，将设置在第一流体贮存器18中的第一流体38 (图3中所示)引入到中空轴32和壳体12。第一流体38从样本 收集装置16的多孔介质34洗脱材料样本。
在图1中，第一流体贮存器18由注射器形成，其中第一流体38 被定位在流体腔室18A内，可推动活塞部件18B将第一流体38(图 3中示出)从第一流体贮存器18中释放出来。在替代实施例中，第 一流体贮存器是一个可变形的挤压球状物，该球状物带可折断的尖头 (未示出)以控制流出第一流体贮存器的流体流。在其它实施例中， 第一流体贮存器是可折叠的褶绉球状物，或另一种类型的能够以较可 变形挤压球状物更大的压力选择性地释放流体的贮存器。要从样本收 集装置16的多孔介质34上洗脱下更多的材料样本，需要更大的压 力。某些分析物可能更加敏感，需要更多的分析物才能由测试装置检 测出分析物。在这种情况下，优选使用注射器或其它能以更大压力释 放流体的装置释放第一流体38，将材料样本从样本收集装置16中洗 脱出来。
释放设置在第一流体贮存器18中的第一流体38(图3中示出) 后，流体38流过样本收集装置16的中空轴32，在此从样本收集装 置16的多孔介质34上洗脱出至少部分材料样本。将参考图3对此 进一步详述。
如图1所示，设备10还包括第二流体贮存器20和紧邻壳体 12第二末端12B的底座22。第二流体40(图4中示出)设置在第 二流体贮存器20中，第二流体40用于释放第二流体贮存器20内 捕获介质上的分析物，该贮存器与外皮26相互选择性流体连通，其 中“选择性流体连通”表示存在阀门、活塞(例如在注射器中)或其 它由使用者激活的构件，将设置在第二流体贮存器20中的流体40 (图4中示出)引入外皮26。将参考图4对此进一步详述。底座22 被构造成定位壳体12，使得壳体12相对于放置底座22的通常水平 (即，大致处于在x-y平面)的表面处于通常竖式取向(即，处于图1 所示的正交x-y-z坐标系的大致z坐标取向)。如图1所示，底座22 的表面至少有一部分是基本平坦的，以放置在通常水平的表面上。
如图1所示，设备组件10包括一个用于检测分析物的测试装 置。在示出的实施例中，测试装置放置在与壳体12选择性配对的指 示顶盖14中，以检测壳体12内的流体或分析物。优选的是，测试 装置通过窗24提供测试结果的可视标记。在示例性实施例中，通 过间接的化验方法检测分析物，测试装置为比色传感器。比色传感器 可含有聚二乙炔材料，如美国专利申请公开No.2004/0132217A1和 美国专利申请序列No.60/636,993(提交于2004年12月17日)中 所述，这两项专利的名称均为“COLORIMETRIC SENSORS CONSTRUCTED OF DIACETYLENE MATERIALS(由二乙酰基材料构 造的比色传感器)”。比色传感器提供了检测到分析物或分析物不存 在的可视标记。通常，比色传感器可显示或不显示颜色变化，这取决 于材料样本中是否存在分析物。使用者可通过窗口24观察颜色变化。 还可将颜色变化分级(例如，按强度或色调)，以指示分析物的含量。 在其它实施例中，肉眼无法观察到颜色变化，因此使用机械或电子读 出器(如光度计)检测颜色变化。当然，也可考虑使用其它测试装置， 例如，测试装置的测试结果标记通过被分析介质的pH值变化或其它 一些特性变化来表征。
在示出的实施例中，指示顶盖14包括凸缘14A，凸缘被构造成 与壳体12的第一末端12A组合(已从此处移除样本收集装置16)， 形成一条从壳体12中的通道到指示顶盖14中的贮存器或测试装置 的流体路径。指示顶盖14的底部14B被构造成定位壳体12，使得 壳体相对于放置指示顶盖14的通常水平的表面处于竖式取向。因此， 就在通常水平的表面上支承壳体12而言，指示顶盖14和底座22 的功能相似。
图2为设备组件10(图1中的设备组件10)的示例性实施例 的立体图，其中已从壳体12的第一末端12A分离样本收集装置16 (图1中所示)，已翻转壳体12并且已将指示顶盖14连结到壳体 12的第一末端12A上，以测试所收集的样本。可以弃去与壳体12分 离后的样本收集装置16。图2示出处于其测试取向的壳体12。为将 壳体12从其样本制备取向移动到测试取向，应将壳体12旋转180 度，以使得壳体12第二末端12B的z坐标值大于第一末端12A的 z坐标值。此时，第二流体贮存器20中的流体40(图4中示出) 可通过重力作用流过壳体12。壳体12处于其测试取向时，不再定位 底座22使其在通常竖式取向支承壳体12，并且不再将底座22定位 在放置组件10的表面上。相反地，指示顶盖14的底部14B支承壳 体12，使得壳体12相对于放置指示顶盖14的表面处于通常竖式取 向。
图3为图1中的壳体12处于其样本制备取向时的横截面示意 图，其中样本收集装置16连结到壳体12的第一末端12A。设备10 的壳体12内含外皮26、捕获介质28和吸收剂介质30。在样本制 备取向，外皮26形成壳体12的第一流动方向27(图3中指定为 箭头27)，壳体12处于大致z坐标取向。捕获介质28被设置置 在外皮26内，位于壳体12的第一末端12A和第二末端12B之间。 捕获介质28可为任何适于从洗脱的材料样本捕获分析物的合适介 质，其中洗脱的样本是指从样本收集装置16上释放出的材料样本。 合适的捕获介质的实例包括，但不限于，表面涂敷有对分析物具有特 异性的抗体的小珠、多孔膜、泡沫、玻璃料、筛网或是它们的组合。 在其它实施例中，可使用其它构件分离分析物。
在测试材料样本的样本制备阶段，当壳体12处于样本制备取向 时，浓缩材料样本中包含的分析物。具体地讲，至少有一部分分析物 从洗脱样本中分离出来。参考对壳体12的组件的描述可对分析物的 分离过程作最好的描述。
朝向壳体12移动活塞部件18B后，第一流体38从第一流体 贮存器18中的腔室18A中被释放出来，第一流体38从中空轴32 的第一末端32A流向第二末端32B(沿第一流动方向27)。随着第 一流体38流过中空轴32的第二末端32B，第一流体38接触多孔 介质34并从多孔介质34上洗脱至少一些材料样本，从而得到“洗 脱样本”。
在第一流体38洗脱多孔介质34上至少一些材料样本后，第一 流体38和洗脱样本沿着第一流动方向27穿过外皮26并接触捕获 介质28。外皮26大致垂直(即，z坐标取向)，允许第一流体38依 靠重力流过外皮26。处于第一流动方向27时，外皮26形成第一路 径。捕获介质28从洗脱样本中捕获至少一些分析物。此后，第一流 体38和洗脱样本(减去被捕获的分析物)流过外皮26并接触吸收 剂介质30。吸收剂介质30由吸收材料形成，其吸收几乎所有的第一 流体38和洗脱样本残留，以使得将壳体12从其样本制备取向移动 (或旋转)到测试取向时，第一流体和洗脱样本残留不会流过外皮26。
吸收剂介质30设置在捕获介质28和壳体12的第二末端12B 之间的外皮26中。在第一流体38和洗脱样本穿过捕获介质28之 后，吸收剂介质30吸收第一流体38及洗脱样本残留(即，洗脱样 本减去被捕获介质28捕获的分析物)。因此，吸收剂介质30是一 个保留废液的构件，所述废液即第一流体38和洗脱样本残留(“残 留液”)。吸收剂介质30被构造成保留足量的第一流体38和残留 液，以使得壳体12从样本制备取向旋转180度至测试取向时，只有 很少的或者没有任何第一流体38和残留液回流至捕获介质28。也就 是说，在吸收剂介质30保留第一流体38和残留液之后，优选只有 极少或没有第一流体38和残留液沿着相对于壳体12的第二流动方 向流动(图4中指定为箭头44)。
在替代实施例中，外皮26采用其它保留废液或第一流体38和 洗脱样本残留的构件。
在第一流体贮存器18释放出第一流体38并且第一流体38和 洗脱样本流过外皮26之后，可从壳体12的第一末端12A移除样本 收集装置16，并且指示顶盖14可连结到壳体12的第一末端12A。 此后，可将壳体12从其样本制备取向移至其测试取向，如图4所示。 具体地讲，壳体12旋转180度，以使得壳体12的第二末端12B和 第一末端12A相比，具有更大的z坐标。在样本制备取向，设置于 壳体12中的分离出的分析物不可能接触到指示顶盖14，因此在壳体 12处于测试取向前通常无法开始检测。由于设备操作员可手动地将壳 体12从其样本制备取向移至测试取向，本发明允许操作员在检测阶 段开始之时就进行控制。
图4为壳体12处于其测试取向时的横截面图，其中指示顶盖 14连结到壳体12的第二末端12B。在上述步骤中，至少有一些分析 物从材料样本被分离出来并且被捕获介质28捕获。为从捕获介质28 释放(或“裂解”)分析物，将第二流体40从第二流体贮存器20引 入外皮26，第二流体贮存器可为可变形的挤压球状物或其它一些合适 的可选择性激活的流体分配器。第二流体贮存器20包括一个细长的 出21，有助于防止第二流体40在其穿过外皮26时接触到吸收剂 介质30。
第二流体40可为一种缓冲溶液，并且当分析物是金黄色葡萄球 菌时，第二流体40可含有裂解剂，例如溶葡萄球菌素。在示例性实 施例中，第二流体贮存器20包括按扣瓣膜42，该瓣膜可被调控和破 坏，以从第二流体贮存器20中释放第二流体40。在替代实施例中， 可使用任何合适的流体贮存器作为第二流体贮存器20。例如，如果需 要比挤压球状物所能施加的更大的力，则可用注射器取代挤压球状物 作为第二流体贮存器20。
在将第二流体40引入外皮26后，第二流体40将以第二流动 方向44穿过外皮26(因此当壳体12处于测试取向时，外皮形成第 二流动路径)。示例性实施例使用间接的化验方法来检测分析物。对 于间接化验，在分析物接触测试装置前将试剂与分析物混合。
可在第二流体贮存器20和捕获介质28之间的外皮26中设置 适于与分析物反应的已脱水试剂。作为另外一种选择，可在第二流体 贮存器20中放置已脱水试剂，例如在出口21中。形成的第二流体 贮存器20使得在操作员确定的时间(例如按扣瓣膜或其它密封件损 坏)之前，已脱水试剂不可能与第二流体40混合。当然，如果按扣 瓣膜或其它密封件意外破碎，则已脱水试剂和第二流体可能在使用者 确定的时间前混合。在另一个可供选择的实施例中，试剂被放置在捕 获介质28或指示顶盖14中。
第二流体40和试剂穿过捕获介质28，从而从捕获介质28上释 放出至少一部分分析物。然后，分析物和试剂进行反应，同时与第二 流体40一起沿着第二流动方向44穿过外皮26流入指示顶盖14 的第三流体贮存器46。第三流体贮存器46被构造成接收第二流体 40和释放出的分析物。指示顶盖14还包括一个将第三流体贮存器 46连接到测试装置50的流体路径48。在示例性实施例中，流体通 路径48包括一个或多个微流体元件，用于控制从第三流体贮存器46 到测试装置50的流体流动。在示例性实施例中，测试装置50为比 色传感器。替代实施例中可用到其它检测设备。测试装置50可能要 求流体以特定速率或低于特定速率的速率流过，以使得流体中的分析 物或试剂与测试装置相互作用。在示例性实施例中，采用间接的化验 方法，因此与测试装置作用的是流体中的试剂。一个或多个微流体元 件有助于调节经过测试装置50的流体流动速率。为促使流体流过测 试装置50，可在指示顶盖14中放置吸收材料，测试装置50定位在 流体路径48和吸收材料之间。通过毛细作用，吸收材料有助于流体 流过测试装置50。
在第二流体40、试剂和分析物形成的流体流过测试装置50并在 此反应后，使用者可在窗口24观察到测试结果。在示例性实施例中， 可通过窗口24查看比色传感器。作为另外一种选择，窗口24可被 定位在指示顶盖14的内面(即与凸缘14A相对的指示顶盖14的表 面)。测试结果指示样本收集装置16(未在图4中示出)收集的材 料样本中是否存在分析物，并且在一些实施例中，测试结果指示分析 物的含量。例如，分析物的含量可通过一个对应“低含量”、“中等 含量”或“高含量”的颜色梯度来指示。在一些实施例中，在指示顶 盖14附近放置一个标签，该标签向操作员提供色码。操作员因而可 将窗口14中显示的颜色与色码进行比较，以解析测试结果。
一般来讲，测试装置、第一流体、第二流体和试剂的相互作用视 具体的分析物而定。本领域的技术人员可改进本发明设备的作用机理， 以使本设备适用于特定的分析物。
尽管本发明参考优选的实施例进行描述，本领域技术人员应该认 识到在形式上和细节上可以变化而不脱离本发明的精神和范畴。
本文引用的专利公开说明书、专利文献和出版物全文以引入方式 并入，如每个都单独引入一样。在不脱离本发明的范围和精神的前提 下，对本发明的各种改进和改变对于本领域技术人员将是显而易见的。 应该理解，本发明不限于以上提供的示例性实施例和实例，上述实例 和实施例仅以举例的方式提出，而且本发明的范围仅受以下所附的权 利要求书的限制。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求对2005年8月2日提交的美国临时性专利申请 No.60/705,118的优先权，该临时性申请以引用的方式并入本文。