用于病毒和细菌感染的快速测试系统的制作方法 专利技术说明

医药医疗技术的改进;医疗器械制造及应用技术用于病毒和细菌感染的快速测试系统1.相关申请2.本技术要求2020年9月30日提交的题为“用于病毒和细菌感染的快速测试系统”的美国临时专利申请第63/085,404号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。3.领域4.本公开内容一般涉及病毒和细菌感染的测试，特别是使用呼气分析仪系统的快速测试。它还涉及用于病原体鉴定和量化的系统和方法，特别是使用荧光和磁性标记以及微机电系统(mems)的那些系统和方法。5.背景6.最近的全球流行病，包括covid-19，表明需要快速检测和筛查个体的感染。预防或减缓疾病的传播需要在受感染的个体感染他人之前可靠地鉴定和隔离受感染的个体。当感染者可能无症状时，这尤其困难，如在covid-19的情况下。7.目前，缺乏针对sars-cov-2病毒和其他病原体的快速、准确和低成本的诊断测试。实验室已部署定量逆转录-聚合酶链反应(qrt-pcr)测定用于病毒检测。然而，用于筛查和诊断患者的qrt-pcr周转时间可能从几小时到几天不等。这些测试也很昂贵，并且需要熟练的技术人员才能完成。相关技能的短缺也可能导致处理过程中出现瓶颈。8.主要医疗保健公司目前正在开发的大多数测试都集中于在实验室环境中的快速诊断筛查，因此不适合床旁(poc)应用。这些方法包括使用实时pcr、液滴数字pcr和免疫学测定的分子检测。许多声称是poc的测试仍必须在医疗机构进行，因为样品是通过擦拭患者的鼻咽、鼻腔、中鼻甲或口咽区域收集的。这既对医护工作者具有挑战性，又让患者感到不舒服。截至撰写本文时，只有一项此类测试获得了fda的用于家庭样品收集的紧急使用授权(eua)。测试试剂盒(其包括用于自行收集的鼻拭子和生理盐水)必须返回临床实验室进行分析，因此不是快速的。拭子样品很难获得，并且可降低测试的灵敏度，从而导致假阴性结果。迫切需要poc测试，尤其是对于sars-cov-2的poc测试，其可以在患者在测试地点现场时完成，无需专门装置即可管理和处理，并且成本足够低以在经济落后的地区或国家使用。9.用于鉴定和量化病原体的更快工具确实存在，但主要限于实验室环境。例如，荧光分子或颗粒可以与可以结合病原体的抗体连接。这用荧光标记物标记病原体，以便可以对其进行检测和量化。类似地，磁性颗粒可以通过抗体与细胞连接。然后可以通过磁场和/或荧光成像分离和分析颗粒。10.如在fleischman等人的美国专利第6,623,894号(通过引用将其全部并入本文)中更详细地讨论的，标记的颗粒可以使用在硅和其他材料上创建高精度微观结构的mems技术来操纵和量化。通过mems技术，可以在微型规模上实现集成了传感器、致动器、电子设备和其他组件的相对低成本、大容量的机电系统。相关技术已经能够使用mems微流体磁分离器测试来检测感染疟疾的红细胞。参见p.a.zimmerman,j.m.thomson,h.fujioka,w.e.collins,and m.zborowski,“diagnosis of malaria by magnetic deposition microscopy,”am.j.trop.me.dhyg.,vol.74,pp.568-72,apr 2006。如上所述，该技术成功分离了显示比用磁性标记物标记的细胞和颗粒弱得多的磁性的细胞和颗粒。通过引用将其全部内容并入本文的zborowski等人的美国专利第5,968,820号描述了用于将细胞磁性分离成分级的流动流的方法和装置。通过流动室和一个或多个磁场的组合，异质细胞的流动流基于细胞磁偶极矩被分离成分级的流动流并进行分析。然而，迄今为止，这些技术和相关技术尚未集成到用于病原体本身的方便、经济且快速的筛查测试中。11.至少出于上述原因，目前需要快速病毒或病原体筛查测试。有利地，这样的测试将对患者的呼吸进行采样，其可以相对快速地收集并且具有最小的侵入性。理想情况下，该测试将对相对少量的病原体敏感，并在不使用大量实验室分析的情况下提供相对快速的结果。它将使用mems技术将诊断整合到单个的一次性包装中。12.概述13.本文公开了一种检测病毒或细菌病原体的方法。该方法包括通过收集器收集潜在致病的样品，通过磁性颗粒上的第一涂层将潜在致病的样品的第一部分结合至磁性颗粒，通过荧光标记的颗粒上的第二涂层将潜在致病的样品的第二部分结合至荧光标记的颗粒，以产生包含潜在致病的样品、磁性颗粒和荧光标记的颗粒的聚集体，磁性分离聚集体，检测分离的聚集体的荧光，和基于检测到的荧光估计病原体的量。14.分离可以根据聚集体在微流体磁分离器中移动的距离、聚集体在微流体磁分离器中移动的时间和聚集体在微流体磁分离器中的流动中的至少一项。15.基于检测到的荧光估计病原体的量可以包括基于检测到的荧光在微流体磁分离器中的空间分布来估计量。16.检测到的荧光的空间分布可以由分离产生。17.检测分离的聚集体的荧光可包括照射聚集体，检测由照射激发的荧光标记的颗粒的荧光的量。18.荧光可以是聚集体中荧光标记的颗粒的荧光。该方法可包括基于估计的病原体的量估计患者中的病毒载量。19.本文还公开了一种用于检测病毒或细菌呼吸道病原体的装置。该装置包括用于捕获潜在致病的样品的呼吸捕获部分。呼吸捕获部分包括吹嘴、入口管和通过入口管连接到吹嘴的收集罐。收集罐包括涂有与病原体的第一部分结合的第一涂层的磁性颗粒；和涂有与病原体的第二部分结合的第二层涂层的荧光标记的颗粒。该装置还包括将收集罐连接到微流体通道的出口管，微流体通道形成微流体磁分离器的一部分。20.至少一个呼吸捕获部分可以包括窗口，该窗口被配置为将来自微流体通道的荧光传递到呼吸捕获部分的外部，并且该窗口可以被配置为允许来自呼吸捕获部分外部的光照射微流体通道。21.该装置可包括检测系统，该检测系统被配置为通过窗口检测微流体通道中荧光标记的颗粒位移范围内的荧光，并通过窗口向微流体通道提供光。检测系统可以包括用led光照射荧光标记的颗粒的led检测系统。冠状病毒可以是sars-cov-2，并且第一涂层结合的sars-cov-2的第一部分和第二涂层结合的sars-cov-2的第二部分可以是sars-cov-2刺突蛋白。第二涂层可包含血管紧张素转化酶2(ace2)。22.入口管和出口管的至少一个表面可以是疏水的，该装置可以包括过滤器，该过滤器被定位成从潜在致病的样品中去除碎片，该装置可以包括排气过滤器，该过滤器从要从该装置排出的蒸汽中去除病原体。呼吸捕获部分的一部分是一次性的。一次性部分中的至少一个可以是吹嘴，吹嘴可从呼吸捕获部分拆卸，并且整个呼吸捕获部分可以是一次性的。23.该装置可包括与呼吸捕获部分分开的基座，其包括用于物理地容纳呼吸捕获部分的至少一部分的接口、被配置为从呼吸捕获部分获得荧光数据的电子设备以及用于基于荧光数据传输通信的通信端口。24.电子设备中的至少一个可以包括用于检测荧光数据的检测系统，电子设备包括摄像机和光电传感器中的至少一个，摄像机和光电传感器中的至少一个被定位成检测微流体通道内荧光标记的颗粒位移范围内的荧光，电子设备被配置为运行软件以分析荧光的图像，通信端口包括以太网端口、蓝牙连接、wifi连接、移动电话连接、条形码阅读器或其他将患者和呼气样品相关联的方法中的至少一种，以及基座上的光学显示器，基座还包括定位成与呼吸捕获部分的一部分机械连通的活塞，与活塞机械连通的呼吸捕获部分的部分包括柱塞，该柱塞被配置为移动呼吸捕获部分内的潜在致病的样品，活塞被配置为致动柱塞以移动呼吸捕获部分内的潜在致病的样品，该基座还包括马达，该马达被配置为驱动活塞，微流体磁分离器具有高梯度磁分离(hgms)配置。25.微流体磁分离器可具有开放梯度磁分离(ogms)配置。26.所公开的装置和方法的优势包括它们提供了迄今为止唯一的基于呼吸的sars-cov-2测试，以及唯一的结合了免疫测定和微流体优势的此类测试。它的基于呼气分析的测试比目前开发的测试更经济、更快速、对消费者来说更舒适并且更容易执行。收集的样品具有更一致的质量。分析几乎不需要实验室测试，并且可以在poc几乎自动完成。此外，该装置的部分(例如，呼气分析仪部分)是一次性的，提高了卫生、效率和速度。可以使用诸如层压、注射成型和/或3d打印的技术简单且廉价地制造该装置的部分。此外，该装置的功率要求足够低，使得其可以由电池驱动。27.附图简要说明28.图1显示了根据本公开内容的方面的病原体收集和分析系统100。29.图2a显示了从分析仪或基座110的接口或容纳器112移除的系统100的样品收集部分150。30.图2b显示了位于部分150内部的示例性通道168和磁体170设置600。31.图3呈现了可与系统100结合使用的示例性病原体标记系统300。32.图4显示了可与系统100结合使用的另一个病原体标记系统400。33.图5a显示了在系统500中组合用于标记测试目标病原体510的系统300和400。34.图5b显示了聚集体520的示意图，其中磁性颗粒310和荧光标记的颗粒410分别结合到病原体510上刺突蛋白的不同亚基s1和s2。35.图6a显示了一个示例性变型中系统100的微流体通道168和磁体170部分的示意图。36.图6b显示了作为微流体磁分离器650的图6b的微流体通道168和磁体170的实际实施的照片。37.图7a显示了结合系统100的示例性微流体磁性分离器配置700的操作示意图。38.图7b-7d显示了结合系统100的另一个示例性微流体磁分离器配置750的操作。39.图8显示了结合系统100的另一个示例性微流体磁分离器配置800的操作示意图。40.图9a和9b是使用系统100检测患者中的病原体的方法的流程图。41.详细描述42.将在理解本公开内容仅举例说明一般发明构思的情况下详细描述几个说明性实施方案。涵盖一般发明构思的实施方案可以采用各种形式，并且一般发明构思不旨在限于这里描述的具体实施方案。43.测试系统概述44.图1显示了根据本公开内容的方面的病原体收集和分析系统100。系统100可分为两个主要部分，分析仪基座110和样品收集部分150。样品收集部分150可配置用于从患者获取样品(例如，通过患者的呼吸或唾液)。分析仪基座110然后可以分析收集的样品中的病原体并报告结果。如图1所示，收集部分150和分析仪基座110可以是分开的组件。在这种情况下，一个或多个部分(例如，收集部分150)可以被设计用于一次性使用并且是一次性的。其他部分(例如，分析仪基座110)可以被设计成与不同的收集部分150一起多次使用。然而，应当理解这样的配置仅仅是示例性的。收集部分150和分析仪基座110也可以包含在同一外壳内。两者都可以是一次性的。45.如图1所示，分析仪基座110可包括用于容纳样品收集部分150的接口或容纳器112。接口或容纳器112可包括电气和/或机械连接件(未示出)以与样品收集部分150交接。电气连接件例如可以为样品收集部分150的部分供电和/或从收集部分150检索数据。它可以为收集部分150中的电池(未示出)充电。接口或容纳器112还可以包括马达或致动器114，其可以驱动活塞116，活塞116也是接口或容纳器112的一部分。活塞116可以与样品收集部分150上的柱塞152交接，用于驱动样品与样品收集部分150，如下面更详细讨论的。46.分析仪基座110还可以包括符号地表示为118的电子设备(例如，功率调节电子设备、通信电子设备、专用集成电路(asic)，用于通信和/或数据处理的示例性目的)。电子设备118可以驱动功能诸如活塞116和马达114激活、由磁体170或磁体801产生的磁场强度以及任何测量装置的功能。它可以运行部分150或基座110中的加热或冷却装置和/或为收集部分150上的电池充电。电子设备118可以包括中央处理单元(cpu)和能够执行本文描述的数据分析的其他硬件。此外或替代地，基座110可以被连接以使得它直接与计算机或其他装置共享数据。分析仪基座110可以具有蓝牙功能和/或能够通过以太网、wifi和/或手机通信系统传送结果。电子设备118还可以包括用于收集和关联患者数据的条形码阅读器能力。47.还如图1所示，样品收集部分150可包括样品提取器154，用于提取患者样品用于分析(例如，呼气分析)。例如，患者可以将他或她的嘴唇放在样品提取器154的端部并呼吸到入口管156中。样品提取器154可以是任何合适类型的容器，例如管、孔、喷嘴或吹嘴。吸气部分150还可以或替代地被配置成以其他形式从患者获取样品。例如，吸气部分150可以配置成从患者获取基于唾液或粘液的样品。吸气部分150也可以配置为从其他体液和/或材料中获取样品。如果样品收集部分150的部分不是一次性的，则样品提取器154可以是可拆卸的并且其自身是一次性的。48.部分150可进一步包括一系列管，例如入口管156和出口管158，其设置在收集罐160的任一侧。管156和158可包括用于从样品中过滤碎片的过滤器。管156和158还可以包括阀门和/或挡板以延迟或停止流动。管156和158都可以是疏水的(例如，它们的内壁可以涂有疏水涂层和/或管子本身可以完全由疏水材料制成)以促进水基呼吸或其他样品在整个部分150中的流动。管156和158可以具有增加的表面积以用于在收集的呼出样品中的额外效率。部分150还可包括发射装置(例如，小袋)162，其可喷射盐水、其他液体和/或气体以推动来自样品提取器154的呼气样品通过入口管156。任何合适类型的推进剂可以与发射装置162结合使用。合适类型的推进剂通常是不会显著干扰、混淆或降低各种测量技术(例如，下面更详细讨论的磁性和/或荧光测量技术)的准确性的那些。49.收集罐160通常容纳试剂164，可能包括磁性和/或荧光标记的抗体和/或颗粒，如下文更详细地讨论的。试剂164可具有多种用途，一个是促进从由样品提取器154提供的患者样品中收集和分析病原体样品。收集罐160还可包括在使用前稳定和/或保存各种试剂的化学物质。在收集部分150可以多次使用的变型中，收集罐160中的化学物质可以在使用之间稳定和/或保存试剂。试剂可以以粉末或其他固体形式(例如冻干粉)储存，并在使用收集部分150时注入或释放到样品或其他携带液体中。试剂也可以储存在液体(例如，水溶液)形式中。某些试剂可以作为气体储存和/或提供。50.收集罐160可包括或邻近冷却器，例如珀耳帖冷却器。也可以使用其他冷却器，包括各种电冷却器、干冰、液氮、“蓝色冰凝胶”(通常预冷或预冷冻)和/或具有这些元件中的一个或多个的一次性冷却器筒。冷却器可位于基座110中并与罐160热连通，或者它可位于部分150上。冷却器可保存试剂并允许呼气样品的冷凝或固结。冷却器的功能之一是将呼气样品冷凝成呼气冷凝物。除其他事项外，这可以帮助收集器部分150获得足够用于准确测试的量的呼气样品。51.在患者吹入或以其他方式将样品提供给样品提取器154之后，样品进入入口管156。样品可以在重力和/或压力的作用下沉降到收集罐160。样品还可以或替代地由发射装置162推进到收集罐160中，如下文更详细描述的。一旦样品在收集罐160中，它就可以与试剂164结合以供以后鉴定。它也可以被上述冷却器冷凝以形成呼出气冷凝物(ebc)以用于提高测量灵敏度和检测。52.未收集在收集罐160中的样品部分可以通过出口管158转移。以这种方式流动的呼气样品部分是未捕获的样品部分。未捕获的样品部分可以通过排气过滤器166过滤。排气过滤器166可以在将未捕获的样品部分释放到收集部分150外部的周围环境之前去除它们中的病原体(例如，病毒)。排气过滤器166可以由任何合适的过滤材料构建，包括但不限于可以阻挡或避免传播雾化呼吸道病原体的hepa型过滤器。53.基座110中的活塞116可以致动收集部分150的柱塞152以推动呼气样品的捕获部分通过收集罐160并进入微流体通道168。活塞116和152可以机械连通，而只有柱塞152与管156内的内容物(可能包括从患者采集的呼气样品)流体连通。活塞116和柱塞152的动作可以推动来自收集罐160的冷凝的(或其他)呼气样品向上通过微流体通道168进入分析系统(例如，本文讨论的各种微流体磁性分离器)附近。具体地，柱塞152可以致动样品沿微流体通道168中标记为“流动”的路径向上并抵抗重力流动。这样，样品可以从系统100的底部向上流动。54.柱塞152也可用于“启动(prime)”系统100的与微流体通道168连通的部分(例如，分析部分)。例如，柱塞152可在添加样品之前和/或进行分析之前将流体推入通道168以置换可能已经在通道168中或装置100中的其他地方形成的气体(例如，空气)和/或气泡。气体可以例如从排气装置166或一些其他出口机构排出。消除通道168中的气泡通常是有利的。气泡可能阻止或阻碍流体流动。它们还可能混淆某些类型的测量。因此，启动系统以去除或排出气泡通常很有用。应当理解，除柱塞152之外的其他机构可以用于启动系统并以这种方式去除气泡。用于启动的任何合适的配置都在本公开内容的范围内(例如，泵系统或可以致动流体流动的其他系统)。55.虽然图1显示了由于柱塞152的作用而在一个方向上的流动(“流动”)，事实上该流动方向可以反转。例如，由于重力，样品可能会以标记为“流动”的相反方向向下流动。此外，柱塞152可以撤回，导致液体撤回并在“流动”的相反方向上产生流体流动。这种逆流可能是有意发起的。在一些情况下，周期性地伸出和缩回柱塞152以便在通道168中产生样品的循环流动可能是有利的。这样做可能有助于在下面进一步讨论的系统100的分析部分中收集和积累样品。它还可以允许样品与任何载液或本文所述系统的其他组件良好混合。循环可以进一步提高暴露于系统100的分析部分的样品的量，并且因此增加或放大测量的信噪比。该循环过程可由样品收集部分或容器(未显示)辅助，样品收集部分或容器可位于系统100的顶部(例如，靠近过滤器166)以用于在系统100的顶部附近收集样品。该收集部分或容器可以为刚才提到的流动循环提供样品。此外，收集部分或贮存器可以简单地容纳样品以用于稍后从系统100移除以用于进一步分析(例如，对于多于一种分析技术是有利的情况和/或对于重复分析)和/或用于存储。56.如图1所示，微流体通道168可以与磁体170或801对准，用于磁分离和检测，如下文更详细讨论的。流动箭头171给出了样品在微流体通道168内的示例性流动方向，如图1所示。检测方法之一包括使用检测系统172，其可位于基座110上。在替代配置中，检测系统172可位于部分150上。系统172可通过荧光标记的抗体、分子和/或合成或其他颗粒的荧光来检测颗粒。图1显示了检测系统172的示例性位置。如果检测系统172位于基座110上，则收集部分150的相邻部分可以具有窗口(未示出)使得光可以传送到检测系统172和通道168和从检测系统172和通道168传送。57.如果收集部分150可以多次使用，那么它的各方面可以被关闭和更换。如上所述，样品提取器154可以被关闭和更换以用于多次使用。此外，可以更换收集罐160和试剂164，以及排气过滤器166。这些部件的部分(例如，收集罐160和试剂164)可以以模块化或筒形式更换。在更换期间，收集部分150的暴露部分可以用一次性盖子覆盖，使得部分150的内部不被污染。58.图2a显示了从分析仪或基座110的接口或容纳器112移除的样品收集部分150。图2a显示了样品收集部分150的柱塞152的外壳。外壳174可以在柱塞152上形成液密密封，将柱塞152与外部元件屏蔽。外壳174由此将防止部分150内部的样品和试剂164(例如，入口管156和/或收集罐160内的样品)受到污染。如上所述，外壳174可以与柱塞152一起移动以便致动部分150内的流体流动。当外壳174与柱塞152一起移动时，它可以保持部分150的内部与元件的屏蔽，并将活塞116与部分150的内容物屏蔽。后者防止可能不是一次性的活塞116被收集部分150内的呼气样品污染。图2a进一步显示了磁体170的外壳176和部分150的微流体通道168。59.插图图2b显示了位于部分150内部的示例性通道168和磁体170配置600，在本文中称为“微流体磁分离器”。图2b中所示的分离器配置600在图6a中更详细地示出并在下面更详细地讨论。注意，其他分离器配置(例如，下面在图8的上下文中讨论的配置800)可以与系统100结合使用，而不是图2b中所示的配置600。外壳176可包括前述窗口(未显示)，其允许收集部分150的微流体通道168与检测系统172之间的光的传送。60.回到图2a，基座110包括输出报告特征120和122。示例性输出报告器120报告可以指示系统100的状态(例如，通电、就绪、内部温度、部分150或110中是否存在堵塞或故障等)的“指示器”。输出报告器122也可以指示简单的阳性/阴性报告。指示病原体感染的阳性报告可以例如通过点亮红色led来指示。指示未检测到病原体感染的阴性报告可以通过点亮绿色led来指示。应当理解，颜色和指示器仅仅是示例性的。其他配置是可能的并且在本公开内容的范围内。例如，可以提供触摸屏或其他显示器。61.试剂和标记系统62.图3呈现可与本公开内容和系统100结合使用的示例性病原体标记系统300。图3显示了涂有抗体320的磁性颗粒310。涂布的磁性颗粒310可以包括在与收集罐160相邻的试剂164中，如图1所示。当样品被引入收集罐160时，患者样品可以结合或粘附到涂布的磁性颗粒310，如下所述。如下文更详细描述的，样品和磁性颗粒310之间的附着方式是涂层320。63.涂层320可以包括任何相关抗体，例如优选结合已知病原体上的已知位点的抗体，该已知病原体是系统100所针对的测试对象。例如，涂层320可以结合sars-cov-2或其他冠状病毒。涂层320可以包括针对这种冠状病毒或其他病原体的刺突蛋白或其他部分的单克隆抗体。然而，应当理解，取决于应用，其他抗体样试剂也是可能的，例如适体。此外，或替代地，元件320可以包括其他分子，例如单链可变片段(scfv)。抗体320可以结合冠状病毒以外的病原体(例如，肺结核或疟疾，或各种细菌)。抗体320可以被改变、替代或更改，使得它们结合在撰写本文时未知的病毒或其他病原体或本文未具体讨论的其他病原体。虽然图3显示了涂层320相对于磁性颗粒310的大致均匀分布，但应理解这仅仅是示例性的。这样的均匀分布只是系统300的一个示例并且对于系统100如所公开的那样操作不是必需的。64.系统300可以包括任何合适的免疫磁性标记，包括磁性颗粒310。这样的颗粒310可以包括例如磁性纳米颗粒。虽然原则上可以使用各种尺寸的磁性颗粒，但应考虑可能影响附着的此类颗粒的特性(例如空间位阻)。它们还可能包括dynabead m450，这是一种掺有磁铁矿的单分散聚苯乙烯珠。磁性颗粒310的其他示例性形式包括胶体磁性标记，例如macs颗粒，其是掺杂有磁铁矿的葡聚糖颗粒。也可以使用分子磁性标记。这些包括铁蛋白，其是一种铁储存蛋白。免疫磁性标记通常包括例如与一抗或二抗结合的顺磁化合物或分子。标记是通过将抗体附着到目标病原体(即系统100正在测试的病原体)上的感兴趣的标记来进行的。任何合适的磁性材料可用于磁性颗粒310，包括包含钴、铁、镍、钕、磁铁矿等的材料。磁性材料可包含非磁性部分(例如，将磁性材料嵌入非磁性基质(例如聚合物或玻璃)中)。65.图4显示了另一个病原体标记系统400，其可以与测试系统100中的系统300结合使用。如图4所示，系统400可以包括荧光标记的颗粒410(颗粒，包括“微粒”，可等效地被称为“微珠”，如本文所用)，其涂有另一涂层420，其可以包括对测试目标病原体的与涂层320不同的方面具有特异性的抗体。如上文在涂层320的上下文中所讨论的，涂层420可以包括不是抗体的分子(例如，血管紧张素转化酶2(ace2)、适体和scfv)，或能够结合测试目标病原体的另一种生物大分子。涂层420还可以包括对sars-cov-2或其他冠状病毒刺突蛋白的与涂层320不同的表位具有特异性的抗体。66.荧光标记的颗粒410可以具有多种不同的尺寸。在一些变型中，颗粒410可以是纳米颗粒或微米颗粒。在任何情况下，应该选择颗粒410的尺寸以平衡下文描述的微流体和磁测量中的几个实际考虑(例如，是否由于磁分离器/铁谱仪配置的场梯度中的顺磁标签/偶极矩引起的磁泳迁移率大于与颗粒半径成比例的粘性拖曳力)。在磁力较小的情况下，应避免较大的拖曳力。然而，颗粒410也应该足够大以容易被检测系统172观察到。67.虽然在图4中没有显示，但荧光标记的颗粒410优选包括荧光材料，例如免疫荧光中常用的任何荧光团。荧光材料可包括荧光蛋白、非蛋白有机荧光团以及某些染料。常见的荧光染料包括异硫氰酸荧光素(fitc)、四甲基罗丹明(tritc)或alexa 染料。这种荧光材料可以实现荧光标记的颗粒410和附着于它们的病原体的相对快速和容易的检测。荧光标记的颗粒410可以包括玻璃、聚合物或可以容纳荧光材料的一些其他合适的结构材料。在备选变型中，荧光标记的颗粒410包括可以通过光学、放射学、磁性、化学或电学手段检测的其他材料。此外，系统400可以包括任何合适的免疫荧光标记。免疫荧光标记通常包括例如与抗体连接的荧光分子。系统400也可以包括被染色的颗粒410。这可以具有使颗粒410明显比荧光团更亮的优点。68.图5a显示组合在系统500中用于标记测试目标病原体510的系统300和400。在系统500中，病原体510结合到涂层320和涂层420两者以产生聚集体520。注意术语“聚集体”在本文中用于指颗粒的聚集。根据本公开内容，聚集体本身也可以被称为“颗粒”。如上所述，可以选择抗体320和420以使得磁性颗粒310和荧光标记的颗粒410结合相同致病蛋白的不同亚基。图5b说明了这种情况。更具体地说，图5b显示附聚物520的示意图，其中磁性颗粒310和荧光标记的颗粒410分别结合到病原体510上刺突蛋白的不同亚基s1和s2，其中病原体510是冠状病毒。此类抗体目前对于sars-cov-2是可商购的。由于已知sars-cov-2s蛋白与sars-cov s蛋白具有约76％的同源性，而与其他常见冠状病毒的s蛋白具有较低的同源性，因此开发能够以高亲和力和最小的不想要的交叉相关性识别目标蛋白质的抗体测试系统非常重要。69.磁性标记的病原体510和荧光标记的颗粒410的聚集体520将形成悬浮液(例如，在收集罐160内部)，为每个聚集体520创建磁偶极子。这种结合为病原体510提供了潜在的磁性标记物(310)和荧光标记物(410)，促进检测或区分的两种互补的方式(即，磁性和荧光)。这种标记互补性可能是有利的。例如，它可以放大呼气样品中预期的相对较低水平的病原体信号。这是因为使用夹心测定法(例如，系统500)将荧光标记的颗粒410与磁性颗粒310一起结合到病原体510，可以允许颗粒310或410的多位点结合。换句话说，每个病原体510可以用多个标记物标记，从而有效地加倍或增加三倍(或更多)由磁场引起的对单个病原体510的磁效应。这增加了置换型分离的磁泳迁移率和结合分离的附着力。研究表明，呼气液滴与通过其他更具侵入性的方法(例如，擦拭)获得的样品相比包含相对较低水平的病原体(例如sars-cov-2)。上述两阶段富集过程(即，首先用磁性颗粒310标记病原体，然后用荧光标记的颗粒410标记磁性标记的病原体)导致悬浮的磁性和荧光标记的病原体的聚集体520。70.回到图5a，尽管聚集体520被呈现为相同的，但是应当理解情况并非总是如此。聚集体520可以在附着的病原体510、荧光标记的颗粒410的量方面不同，并且重要的是在附着的磁性颗粒310的数量方面不同。特别地，对病原体510的磁性颗粒310附着的差异可以产生具有不同磁偶极矩的聚集体520。如下文更详细地讨论，磁偶极矩的这些差异可用于分离不同的颗粒并估计数量诸如病原体载量。71.磁性分离和分析72.zborowski等人的美国专利第5,968,820号中更详细地讨论了磁性颗粒分离的基本原理，其通过引用整体并入本文。简而言之，在诸如微流体通道168的管道中的磁性标记颗粒(例如，磁性颗粒310或聚集体520)的流动将响应于通道168内变化的磁场而改变方向。相反，非磁性颗粒的流动不会因磁场的变化而改变。因此，在微流体通道168中引入磁场变化可以将磁性标记的颗粒或聚集体与没有磁性标记的颗粒区分开来。此外，响应于磁场变化的流动变化可以提供对附着到聚集体520的病原体的数量的认识。磁性标记的颗粒(聚集体520)的流动将取决于它是由除其他外附着的磁性颗粒的密度(α)加权的磁通量密度梯度的二次方。参见美国专利号5,968,820的方程式1和2。在系统500的情况下，附着在聚集体520上的磁性颗粒的密度(α)取决于通过涂层420(和病原体510)结合到其表面的磁性颗粒310的数量。因此，使磁性标记的患者样品通过变化的磁场可以允许基于它们的磁性附着密度分离聚集体520。因为在这种情况下，附着的磁性颗粒的数量取决于病原体510的附着，所以这种颗粒分离也与附着的病原体的数量有关。73.原则上，利用磁性颗粒附着密度效应(以下称为偶极矩)来分选颗粒520的任何合适配置都可用于通过系统100检测病原体。也就是说，美国专利号5,968,820中公开的任何偶极分离器系统(例如，系统200或图4的偶极分级分选器)可用于系统100。可与测试系统100结合使用的几个特定系统的描述如下文所述。然而，应当理解，本文描述的系统并不代表可与测试系统100一起使用的此类系统的排他性或详尽列表。测试系统100和本公开内容可与任何合适的磁分离系统一起使用，无论本文是否明确公开或通过引用在本文中公开。74.图6a显示了一个示例性变型600中系统100的微流体通道168和磁体170部分的内部示意。图6a中显示的配置通常被称为高梯度磁分离(hgms)，并且可被称为“铁谱仪”或“显微铁谱仪”。其中，磁体170在通道168中产生高磁场梯度的几个区域，其倾向于基于其磁性捕获聚集体520。75.微流体通道168和磁体170一起形成微流体磁分离器600。如图6a所示，通道168被制造(例如，通过微制造或mems)在封闭的微通道组件610内。通道168可压靠在磁体170的极间间隙上。磁体170可包括磁性歧管，其包含永磁体(例如，钴、铁、稀土、ndfeb)或其他磁体。在图6a的例子中，磁体170包括串联或阵列放置的四个梯形磁性元件170a-170d。磁性元件170a-170d可以使用非磁性材料620(例如钢，例如低碳钢)彼此邻接。在此配置中，梯形的两个平行边中较小的边形成极间磁间隙n/s，如磁性元件170b的情况所示的。元件630是可选的基座，磁体170搁置在该基座上。元件630可以是例如图2中所示的外壳176的一部分。76.为了最大化由磁体170提供的磁场梯度，磁性元件170a-170b可以以交替极性定位(即，如图6a所示的170a n/s、170b s/n、170c n/s、和170c s/n)。通道168和磁体的尺寸可以变化并且应当根据特定应用来设置(例如，根据所使用的颗粒/聚集体310/410/520的类型、重量和体积以及其磁偶极矩，以及如预期的在聚集体520上的病原体附着，以及载液的特性(例如，粘度))。通道168壁的示例性厚度为400μm且直径为250μm。磁性元件170a-170d的高度和宽度可以例如是毫米量级。在此配置中，示例性磁间隙宽度(即，磁性元件170a中n和s之间的距离)可以是大约1mm。77.图6a还显示了邻近通道168的示例性放置的检测系统172的示意图。检测系统172可以提供光以引起颗粒410(并且因此聚集体520)发出荧光。如果检测系统172位于基座110上，它可以通过收集部分150的外壳176中的上文所述的窗口传送光。系统172还可以相对于沿通道168的距离解析检测到的荧光。在这种情况下，检测到荧光与聚集体520的数量相关联。如下文更详细讨论的，荧光与沿通道的距离的相关性可以揭示除其他以外，提供样品的患者中的病毒载量。微通道组件610可以至少是部分透明的，从而允许来自通道中的颗粒410的荧光的光到达检测系统172。整个微通道组件610可以是透明的。或者，组件610的一部分(例如，与检测系统172或上文所述的窗口相邻的部分)可以是透明的。78.图6b显示了作为微流体磁分离器650的图6b的微流体通道168和磁体170的实际实施的照片。包括一个便士601以显示比例。微流体磁分离器650中的组件的尺寸对应于在上文的微流体磁分离器600的上下文中讨论的示例性尺寸。79.图7a显示结合系统100的示例性hgms微流体磁分离器配置700(例如，通过微流体磁分离器600或650实施)的操作示意图。如图7a所示，微流体磁性分离器700包括磁体阵列170和微流体通道168(也如图1对于系统100所示的)。图7a中的聚集体流动710的方向以及微流体通道168的方向已经从图1中的流动171和微流体通道168的方向旋转。这仅用于说明目的，并不意味着设计或配置上的差异。80.正如上面在图1的上下文中所讨论的，通道168中的流动710的方向可以反转(例如，通过撤回柱塞152)。流动710可以循环多次(例如，向前流动，然后反向流动，向前流动，然后反向流动，等等)。正如在图1的上下文中所讨论的，这样的循环可用于帮助样品在微流体磁分离器700上积累，与载液混合，并增加信噪比。虽然没有显示在图7a中，但收集罐可以放置在通道168的一端或两端(或通道168上的任何其他地方)以收集用于循环流动或用于储存的样品。循环流动、反向流动方向和流体储存的这些原理可应用于本文所述的任何变型。81.为了说明的目的，图7a显示了在磁偶极矩方面不同的四种不同类型的聚集体520(图5a)，即聚集体类型720a-720d。聚集体720a-720d是通过迫使患者样品(通过样品提取器154获取)与样品收集部分150的收集罐160中的试剂164接触而形成的聚集体520。使用多个磁性元件(例如，如图7a中的四个)，可以提高聚集体720a-720d的收集效率，因为采用更多的元素使聚集体有更多的时间沉积。在某些情况下，可以增加通道168中聚集体720a-720d的流速，而不会损失灵敏度。应当理解，任何合适数量的磁性元件都可以用在磁体720中并且仍然与本公开内容一致。在一些情况下，可以仅使用单个磁性元件。82.在流过微流体通道168时，聚集体720a-720d受到从磁性元件170a-170d发出的变化磁场b的影响。它们被吸引到元件170a-170d并被捕获到通道168的静止表面168a上。由于吸引力取决于聚集体的偶极矩，所以捕获根据磁偶极矩有效地分类聚集体720a-720d。在捕获聚集体520之后，可以收集和/或分析数据(例如，通过测量聚集体520内荧光标记的颗粒410的荧光)。83.聚集体720a具有最高的磁偶极矩并且是黑色的。聚集体720a可能具有最高的磁偶极矩，因为它们具有相对大量的附着的磁性颗粒310，与相对大量的附着的病原体510相关。具有最低磁偶极矩的聚集体被标记为720d并且是橙色的。聚集体720d可以具有最低的磁偶极矩，因为它们由于相对少量的附着的病原体而具有相对少量的附着的磁性颗粒310。具有中间磁偶极矩的聚集体被标记为720b和720c并且分别为棕色和绿色。由于不同数量的附着的病原体，聚集体720a-720d的不同磁偶极矩与附着至每个聚集体的不同数量的磁性颗粒310相关联，如上所讨论的。84.如图7a所示，具有最高磁偶极矩的聚集体720a穿过路径730a，最终收集在磁性元件170a附近。聚集体720a从微流体通道168的起点s穿过最小的平均距离740a。如上所述，这些聚集体可能具有更高的偶极矩，因为它们由于更高数量的附着的病原体510而具有增加的磁性颗粒310的附着。相反，聚集体720d从微流体通道168的起点s沿着路径730d穿过最大距离740d。这是因为聚集体720d具有最低的磁偶极矩，这可能是由于与磁性颗粒310的较少的附着。由于中间水平的磁性颗粒310附着和中间水平的病原体附着，中间聚集体720b和720c可能分别行进中间距离730b和730c。85.应当理解，虽然磁性元件170a-170d已经在图6中示出为是相同的，但它们不必相同。磁性元件170a-170d可以在磁场来源(例如，永磁体或电磁体)、场强和/或其他特性方面不同。此外，虽然示出了四个磁性元件，但是可以使用其他合适数量的磁性元件。有些情况下可能只需要一个磁性元件。86.一旦聚集体720a-720d收集在磁性元件附近，它们就已被有效地分类。然后可以使用光学或其他检测技术评估它们的相对分布。如上所述，一种此类技术是从沿微流体通道168的不同位置处的聚集体520中的荧光标记的颗粒410收集荧光数据。在距通道起点s(例如，740a或740b)较短距离处的较高浓度的聚集体可能表明患者中较高的病原体载量。在距通道起点s(例如，740d或740c)较远距离处的较高浓度的聚集体可能表明患者中较低的病原体载量。聚集体720a-720d中的荧光标记的颗粒410的荧光可以通过任何合适的方式激发(例如，通过使用图1和6a中的检测系统172)，例如通过使用led光。然而，led灯仅仅是示例性的。在本公开内容的上下文中可以使用其他照射源以例如使荧光标记的颗粒410发出荧光。例如，可以通过使用uv辐射、激光和/或任何其他合适类型的辐射照射荧光标记的颗粒410来获得荧光数据。87.通道168中不同位置的荧光强度可以通过相机(例如，用于数字图像处理)、光传感器或任何其他合适的方式收集，包括但不限于传感模态，例如巨磁电阻、霍尔传感器，谐振传感器和阻抗。获得收集的聚集体的数字图像以用于进一步分析它们在靠近磁性元件170a-170d中的一个或多个的区域内的分布可能是有利的。例如，数据可以揭示聚集体在其附着到荧光标记的颗粒410方面是否是单分散的。该数据也可以用于系统诊断或上文所述的设备和过程的微调(例如，以确定在通道168的区域上的磁场变化是否会在该区域内产生变化)。或者，每个收集区域可以基于收集的荧光强度分配单一的平均亮度。后一种方法可用于其中一个或多个部分(例如，收集部分150)被简化和/或是一次性的系统100的版本。单值的平均荧光读数也可以允许快速阳性/阴性测试。88.一旦获得荧光强度数据，就可以通过系统100(例如，通过基座110中包括的电子设备118)对其进行收集和分析。例如，如上所述，可以对荧光强度图像进行数字图像处理。数字图像处理可以由任何合适的软件平台执行，例如image pro plus。可以使用的图像处理的实例包括用于区分个体聚集体/颗粒/细胞/其他收集的物体的边缘分析、过滤以去除噪声和阈值图像强度(例如，以去除与聚集体或颗粒尺寸不一致的碎片和大物体)和生成聚集体的二进制图谱以将它们与背景分离。后一种技术可有助于更好地量化聚集体，例如，通过聚集体计数算法进行更准确的聚集体计数。它还可以通过鉴定图像中太大或太小而不能算作正在检查的聚集体(例如，碎片)的对象来进一步提高数据准确性。89.图7b-7d显示了另一种磁分离配置750。在配置750中，存在至少两种磁性不同的聚集体720e和720f。第一种类型，聚集体720e，具有显著的磁偶极矩，因为它们具有大量附着的磁性颗粒310(例如，像图5a中的聚集体520)。这可能表明聚集体720e具有大量病原体510附着(参见图5a)。聚集体720e是橙色的。第二种类型，聚集体720f，不具有显著的偶极矩，因为它们缺少大量附着的磁性颗粒310。聚集体720f是蓝色的。聚集体720f可能具有比聚集体720e更低的病原体510含量。90.如图7b所示，聚集体720e和720f在751一起被引入通道168。通常，聚集体720e和720f都在752的方向上向下流过通道168。流动752可以通过柱塞152(图1)的移动来驱动。然而，聚集体720e和720f也可能由于与在通道中作用于它们的力的相互作用而沉降在通道表面168a上。这些作用力可以包括重力g，如图7b所示。它们还可以包括聚集体720e经历的通过它们的偶极矩对磁体170e的有效吸引。在这种布置中，g和磁相互作用都倾向于将聚集体拉向表面168a。磁体170e可以具有任何合适的形式，包括图7a中磁性元件170a-170d的梯形形式。91.如图7c所示，聚集体720e和720f两者都遵循从入口751到磁体170e附近的平均路径753。聚集体720e和720f所遵循的确切路径可能会有些不同，因为它们可能会受到不同的力。在任何情况下，如图7c所示，聚集体720e和720f两者在位置755a处沉降在磁体170e附近的通道表面168a上。92.如图7d所示，然后可以沿方向760将磁体170e移动到第二位置755b。磁体170e的这种移动可以引起磁性聚集体720e沿方向760的流动。聚集体720e将倾向于与磁体170e一起移动，因为它们通过它们的偶极矩有效地吸引它。聚集体720e将在磁体170e的新位置(即755b)重新沉降在通道表面168a上。另一方面，尽管磁体170e移动，聚集体720f仍保持在位置755a。这是因为聚集体720f缺乏显著的偶极矩，因此缺乏对磁体170e的有效吸引力。93.如上面在图5的上下文中所讨论的，聚集体720e具有显著的偶极矩，因为它们通过病原体510附着在磁性颗粒310上。因此，聚集体720e响应于它们与磁体170e的偶极相互作用的移动(图7d)有效地基于病原体510附着将它们与聚集体720f区分开来。换句话说，响应于磁体170e的移动有效地将具有大量病原体附着的聚集体(即磁性聚集体720e)与没有大量病原体附着的聚集体(即非磁性聚集体720f)分离或分类。这种分离可以与荧光检测结合使用(例如，使用检测系统172)来检测患者是否对病原体510测试呈阳性。如上所述，聚集体的这种分离也可以用于估计患者中的病原体510载量。在上文的配置700的上下文中描述的任何检测方法也可以与配置750一起使用。94.图8显示结合系统100的另一个示例性微流体磁分离器配置800(例如，通过微流体磁分离器600或650实施)的操作示意图。配置800通常被称为开放梯度磁分离(ogms)，与hgms配置600、650、700和750形成对比。如图8所示，微流体磁分离器800包括图1所示的磁体801和微流体通道168。配置800的一个示例性优点是它可能潜在地更容易用于确定病毒表达水平而不是二进制(阳性或阴性)。95.图8中的磁体801与hgms配置(600、650、700和750)中的磁体170的不同之处在于磁体801不包括分立的磁性元件，每个具有独特的磁极(例如，170a-170d；参见，例如，图6)以赋予高场梯度区域。替代地，磁体801被定位成使其被标记为p1和p2的两个磁极(n/s)位于通道168的任一侧。这样，磁体801在整个通道168中提供适度的磁场梯度，或等磁力场。如下面更详细地讨论的，由磁体801施加的适度场梯度引起流中流动聚集体520的偏转而不是将它们捕获在通道168的表面168b上(例如，如图7a所示)。偏转量是聚集体的520磁偶极矩及其几何形状的函数。配置800的一个优点是可以通过这种方式收集更多的聚集体520以获得增强的信号。可以通过与病原体510的量相关的磁泳迁移率对聚集体进行分类。这可以用于确定患者每次呼吸的总剂量(假设单个呼气样品)和与患者相关的传染性。该数据可以被收集、测量和释放用于后续分析，例如基因组分析。96.配置800中的磁体801的放置产生区域800a，其中聚集体经受变化的磁通量。存在配置800的另一个区域，收集区域800b，其中聚集体820a-820g被屏蔽以免受变化的磁通量。后者将在下面更详细地讨论。97.如在配置700中，图8中所示的流动810的方向相对于图1中的流动171的方向旋转。这仅用于说明目的，并不意味着设计或配置上的差异。配置700和800都可以与系统100结合使用。它们的通道可以相对于部分150定向，如图2b所示，即具有沿箭头171的方向的聚集流动。98.为了说明的目的，图8显示了七种不同类型的聚集体520(图5a)，即，聚集体类型820a-820g。聚集体820a-820g在磁偶极矩方面不同。它们是通过迫使患者样品(例如，通过样品提取器154获取的呼气样品)与样品收集部分150的收集罐160中的试剂164接触而形成的聚集体520。聚集体820a-820g通过通道入口168a进入通道168。然而，聚集体820a-820g离开通道168的方式取决于磁体170如何影响它们在通道中的轨迹。99.具有最低磁偶极矩的橙色聚集体820a在整个区域800a上实际上不受磁体170的影响。它们通过端口168c离开通道168而没有显著偏转(即，遵循穿过通道168的基本直线的路径)。在这种配置中，通过端口168收集或测量的聚集体820a可以被认为相对于测试的目标病原体是阴性的。这是因为它们收集的磁性颗粒310太少而不会受到由配置800实施的微流体磁分离器测试的影响，这意味着它们几乎没有病原体510粘附。通道168中所有其他聚集体820b-820g的轨迹受到一定程度的影响，因此代表阳性的结果。它们是阳性的，因为它们的偏转表明聚集体820b-820g具有显著的磁偶极矩，与显著的病原体附着相关。100.在收集区800b中，聚集体820b-820g根据它们的各种偏转被分离和收集。更具体地，阳性聚集体820b-820g被引导至分析仪830中的通道830b-830g之一(注意，为了方便省略了通道标记830a，使得通道标记的字母部分与聚集体标记相匹配)。如图8所示，例如，聚集体800b通过将它们与分析仪830中的其他聚集体分开的输出通道830b收集。类似地，聚集体820c-820g被分离并被引导至它们各自的输出通道830c-830g中。尽管未指示为分析仪830中的输出通道，但收集致病性阴性聚集体820a的输出168g也可被馈送到分析仪830用于分析。101.一旦根据配置800或750对聚集体820a-820g进行了磁性分选，就可以使用荧光技术评估它们的相对分布，如在配置700的上下文中详细描述的。以上在配置700或750的上下文中讨论的任何技术可用于收集和分析来自配置800的数据。102.操作方法103.图9a和9b呈现了显示使用系统100检测潜在病原体的示例性方法的流程图。104.从图9a开始，在步骤902中，样品收集部分150用于从患者收集样品。如上所述，可以以多种方式收集样品，包括通过使用样品提取器154作为吹嘴。在这种情况下，患者可以将他或她的呼吸吹入样品提取器154，使得呼吸进入入口管156。患者的呼吸可能包含目标病原体，以及稍后可以通过过滤去除的碎片。105.在步骤904中，样品通过入口管156被向下推到收集罐160。这可以通过重力来完成。在示例性情况下，入口管156的内部将是疏水的，使得样品(通常包括水)不会粘附到内部。相反，样品将朝向管156的底部沉降，收集罐160可以位于该底部处(图1)。在某些情况下，样品可通过发射装置162向下推进入口管156。例如，发射装置162可发射盐溶液(例如，作为喷雾)以将样品朝向收集罐160向下冲洗入口管156。在此步骤中，还可以过滤样品以去除碎片。106.在步骤906中，样品在收集罐160中。当在罐160中时，样品可以暴露于磁性颗粒310和荧光标记的颗粒410。磁性颗粒310通过涂层320与样品中的病原体510结合。荧光标记的颗粒410通过涂层420与样品中的病原体510结合。如上所述，可以选择抗体320和420以结合病原体510上的不同位点。例如，在病原体是sars-cov-2的情况下，抗体320和420可以与sars-cov-2刺突蛋白的不同表位结合。为此目的，涂层420可以包括ace2。使用ace2的另一个好处是它克服了文献中提到的许多涉及sars-cov-2的抗体测试与其他sars型病毒交叉反应的问题。在其他变型中，可以使用结合冠状病毒s蛋白的不同部分的两种单克隆抗体。后一种变型在某些情况下可能是有利的，因为单克隆抗体亲和力可能高于ace2对冠状病毒s蛋白的亲和力。在任何情况下，在收集罐160中与病原体的不同位点的结合可以产生聚集体520，其包括磁性颗粒310和荧光标记的颗粒410。因此，结合以磁性和荧光方式标记病原体510。在病原体浓度较高的情况下，聚集体520可能具有增加的通过病原体510与磁性颗粒310的结合，因此具有更大的磁偶极矩。这种特性允许磁分离，如在下面的步骤912和914的上下文中更详细地讨论的。107.在步骤908中，样品可被冲出收集罐160。虽然未在图中显示，但可以存在阻止试剂164进入出口通道158或微流体通道168的阀。一种冲洗装置使用柱塞152物理地推动样品。柱塞152可由位于基座110的接口部分112中的活塞116致动。基座110上的电机或致动器114可致动活塞116以致动柱塞152。该动作也可推动样品的未捕获部分进入出口管158并通过过滤器166。它可以进一步导致未捕获部分通过过滤器166从部分150排出。过滤器166可以从未捕获部分去除病原体，使得病原体不会排放到周围环境中。108.在步骤910中，样品可以流入微流体通道168，其可以是微流体磁性分离器的一部分(例如，如图2b、6a和6b所示)。样品从出口管158进入微流体通道168的运动可由柱塞152的运动致动。作为该运动的一部分，样品的未捕获部分可在离开收集部分150到周围环境之前被迫通过排气过滤器166。109.转向图9b，在步骤912中，样品的聚集体520暴露于微流体通道168内的变化的磁场。暴露设置可符合本文讨论的微流体磁分离器的任何合适配置(例如，600、650、700、750或800)，以及通过引用并入本文的微流体分离器的其他配置。此外，未明确并入本公开内容的其他形式的已知微流体分离器在本公开内容的范围内并且可以与系统100一起使用。110.在步骤914中，暴露于变化的磁场(步骤912)应该基于它们的磁偶极矩分离聚集体520。由于聚集体520的磁偶极矩取决于磁性颗粒310通过病原体510的附着，分离也应该反映附着到聚集体520的病原体510的量。在这个步骤中，分离的聚集体520可以基于它们的偶极矩收集在通道168的不同部分，如图7a和7d所示。它们也可以基于它们的磁偏转被引导到不同的通道中(例如，图8中的通道830b-830g)。应当理解，分离聚集体520的其他合适的方法是可能的并且在本公开内容的范围内。111.在步骤916中，然后确定微流体通道168中的聚集体520的空间分布。可以以多种方式评估这种空间分布。例如，空间分布可以通过使用荧光标记的颗粒410部分的荧光来获得，如上所述。简言之，检测系统(led、uv或其他)可以照射聚集体520，使它们发出荧光。例如，可以通过位于收集部分150上的检测系统172来检测荧光。也可以通过位于基座110上的检测系统(未示出)来检测荧光。在任一情况下，检测系统都可以包括相机和/或光电探测器，其被定位成使得它们可以记录通道168中聚集体520的整个空间分布中的荧光。另一种确定聚集体520的空间分布的方法是简单地通过计算不同间隔的收集通道(例如，图8中的通道830b-830g)中的聚集体。可以使用聚集体520计数的任何合适的方法，包括通过荧光测量聚集体计数，如上所述。其他实例包括使用coulter计数器。112.在步骤918中，可以基于如在步骤916中评估的通道168中聚集体520的空间分布来评估患者中的病原体载量(例如，病毒载量，在病原体是病毒的情况下)。由于空间分布与病原体510附着相关，如上所述，其可以理解为指示病原体载量。例如，磁性元件170a附近聚集体520的更高浓度(图7a和7d)可以指示更高的病原体载量。这是因为结果将指示聚集体520中更高程度的磁偶极矩，对应于更高程度的病原体510附着。类似地，通道820b(图8)中聚集体520的更大浓度或计数将指示更大的偏转和偶极矩，因此更大程度的病原体510附着。这也可能与患者中较高的病原体载量相关。113.在某些情况下，阈值病原体载量可能指示阳性结果。例如，在一些情况下，如果在指示最高病原体载量的距离(图7a中的距离740a、图7d中的距离755b或图8中的距离840d)检测到50％或更多的聚集体520，这可能表明患者对于病原体测试呈阳性。否则，患者对于病原体测试呈阴性。阈值可以根据病原体和实验设置的其他方面(例如，颗粒320和420的特征、磁体170和801的强度等)而变化。阈值也可以是表面168a上或通道820b-820g中颗粒分布的更复杂函数。应当理解，任何此类合适的阈值都在本公开内容的范围内。具体的可量化阈值可能因实验细节而异。相关参数包括铁谱图配置(例如，配置700、750或800)、通道168的尺寸以及在通道168中注入聚集体520的位置。有效磁吸引力与其他力(例如，与相对于通道168尺寸的颗粒尺寸相关的剪切应力)之间的平衡也可能很重要。114.在步骤920中，报告测试的结果。可以使用报告结果的任何合适的方法。例如，基座110可以通过简单的显示器(如图2a的元件122中的led，或其他方式)报告结果，基于确定的病毒载量指示患者对病原体510测试为阳性或阴性。还可以通过任何合适的方式报告原始或处理过的数据(例如，荧光数据、图像数据、处理过的图像数据)。合适的方式包括通过以太网、蓝牙、wifi、移动电话网络、磁盘、闪存驱动器或其他存储介质进行报告。115.虽然本发明的各种创造性方面、概念和特征可在本文中描述和示出为在示例性实施方案中组合体现，但这些各种方面、概念和特征可单独地或以其各种组合和子组合形式用于许多替代实施方案中。除非在本文中明确排除，否则所有此类组合和子组合都旨在包含在本发明的范围内。此外，尽管关于本发明的各个方面、概念和特征的各种替代实施方案(例如替代材料、结构、配置、方法、电路、装置和组件、软件、硬件、控制逻辑、关于形式的替代、安装和功能等)可能在本文中进行了描述，但此类描述并不旨在成为可用替代实施方案的完整或详尽列表，无论是目前已知的还是以后开发的。本领域技术人员可以容易地将一个或多个创造性方面、概念或特征采用到附加实施方案中并在本发明的范围内使用，即使这些实施方案未在本文中明确公开。此外，即使本发明的一些特征、概念或方面可以在本文中被描述为优选的布置或方法，但是这样的描述并不旨在暗示这样的特征是需要的或必要的，除非明确如此说明。更进一步地，可以包括示例性或代表性的值和范围以帮助理解本公开内容，然而，这样的值和范围不应被解释为限制性的和旨在是临界值或范围，除非如此明确陈述。更进一步地，可以包括示例性或代表性的值和范围以帮助理解本公开内容，然而，这样的值和范围不应被解释为限制性的和旨在是临界值或范围，除非如此明确陈述。标识为“近似”或“大约”指定值的参数旨在包括指定值和指定值10％以内的值，除非另有明确说明。此外，应当理解，本技术所附的附图可以但不必按比例绘制，因此可以理解为教导附图中明显的各种比率和比例。此外，虽然各种方面、特征和概念可在本文中被明确标识为具有创造性或形成发明的一部分，但此类标识并非旨在是排他性的，而是可能存在未被明确标识为此类或特定发明的一部分而是在所附权利要求中示出的发明的在本文中完整描述的创造性方面、概念和特征。示例性方法或过程的描述不限于包括在所有情况下都需要的所有步骤，除非明确如此说明，否则呈现步骤的顺序也不应被解释为是需要的或必要的。









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