Область изобретения
Настоящее изобретение относится к области датчиков, в частности биодатчиков. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и системам для обнаружения аналитов, например, применяемым при качественном или количественном обнаружении биологических, химических или биохимических соединений, и к средствам для усовершенствования таких способов и систем обнаружения.
Уровень техники
Биодатчики обычно представляют собой устройства, которые обеспечивают качественное или количественное обнаружение молекул-мишеней, также называемых «аналитами», таких как, например, белки, клетки, вирусы, бактерии, простейшие, компоненты клетки, клеточные мембраны, споры, ДНК, РНК и т.д., в жидкости, такой как, например, кровь, сыворотка, плазма, моча, слюна, экстракт ткани, тканевая (интерстициальная) жидкость, экстракт культуры клеток, пищевой или кормовой экстракт, в таких жидкостях, как питьевая вода, и т.д. Один из принципов измерения заключается в подсчете меченых молекул, закрепленных в заданных местах на биодатчике. Например, молекулы могут быть помечены магнитными частицами или бусинками, и эти магнитные частицы или бусинки могут быть обнаружены с помощью магнитного датчика. Альтернативно количество аналита может быть обнаружено оптическими методами, такими как флуоресценция. В этом случае сам аналит может нести флуоресцентную метку или альтернативно может быть выполнена дополнительная инкубация с флуоресцентно меченным вторым элементом распознавания. Некоторые анализируемые молекулы сами флуоресцируют.
Имеется целый ряд основанных на метках методик анализа, используемых при аналитическом обнаружении мишени. Они включают в себя сэндвич-анализ, конкурентный анализ и анализ подавления. При некоторых форматах для этих анализов аналитическая реакция должна быть отделена по времени от обнаружения метки. При некоторых анализах вначале желательно завершить аналитическую реакцию на поверхности датчика, а после этого прикрепить метку для обнаружения. Эта последовательность реакций часто используется для иммуноанализов, в которых вначале на его поверхности образуют сэндвич из мишени между первичным и вторичным антителами, например, используя биотинилированное вторичное антитело, а после этого через сэндвич с датчиком связывают метку, например, содержащую стрептавидин. При других анализах более эффективным оказывается вначале завершить аналитическую реакцию на метке, а затем перенести метку на датчик для обнаружения. Примеры включают в себя анализы, основанные на сильно связывающейся паре, для прикрепления метки к поверхности датчика. В этом анализе сначала на метке образуется сэндвич из мишени между первичным и вторичным антителами, а после этого метка связывается на поверхности датчика для обнаружения. В таких анализах желательно предотвратить связывание непрореагировавших реагентов (например, реагентов, которые не прореагировали с образованием сэндвича) с меткой или поверхностью датчика и дальнейшее блокирование метки от ее обнаружения. Способы для выполнения этого включают в себя удаление реагентов промыванием реакционной емкости или связыванием их на реакционноспособной поверхности, не относящейся к датчику. Промывание неудобно, поскольку оно сопровождается дополнительными процедурами манипулирования текучими средами и может также привести к удалению подлежащих обнаружению меток. Также трудно избежать того, что метка также связывается с реакционноспособной поверхностью, предназначенной для непрореагировавших реагентов.
Магнитные биодатчики обнаруживают биологические мишени, меченные магнитными частицами. Публикация заявки на патент США №2006/0011552 А1 раскрывает аппарат и способ для отделения заданного количества магнитных частиц в текучей среде. В этой системе магнитные частицы из текучей среды захватываются на участке перемещения текучей среды. Последнее реализуется с использованием магнитного поля на участке перемещения текучей среды, помещенном на пересечении канала подачи и канала выпуска текучей среды. После этого магнитные частицы выводятся с помощью среды, введенной во второй поточный канал. Таким образом, в текучей среде обеспечивается заданное количество магнитных частиц.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы получить хорошие способы, аппараты и системы для обнаружения биологических, химических и/или биохимических частиц. Вышеупомянутая задача решается посредством устройств и способа в соответствии с настоящим изобретением.
Изобретение относится к системе обнаружения, подготовленной для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени и содержащей по меньшей мере одно первое вместилище, содержащее поверхность обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище по существу свободно от магнитных и/или электрических меток до использования системы обнаружения, по меньшей мере одно второе вместилище, содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, и генератор магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище, тем самым делая возможным обнаружение получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Одно преимущество вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что реакции анализа, вовлекающие мишень или гомолог мишени, отделены по времени от обнаружения магнитной и/или электрической метки датчиком. Другое преимущество вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что могут быть минимизированы этапы приведения в движение объемной текучей среды, как, например, число и/или интенсивность этапов промывания могут быть снижены по сравнению с системами предшествующего уровня техники, например, предпочтительно выполняется не более чем один этап приведения в однонаправленное движение объемной текучей среды. Еще одно преимущество некоторых вариантов реализации заключается также в том, что можно воспрепятствовать попаданию непрореагировавших реагентов во вместилище обнаружения. Магнитная и/или электрическая метка может быть магнитной меткой, например, способствуя обнаружению с помощью магнитной метки.
Система обнаружения может быть выполнена с возможностью обеспечения потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище. Генератор магнитного и/или электрического поля может обеспечить возможность транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки через первый канал. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что транспортировка магнитных и/или электрических частиц или намагничиваемых частиц происходит против приведения в движение объемной текучей среды во второе вместилище. Последнее может дополнительно предотвратить транспортировку (перенос) нежелательных компонентов, таких как, например, непрореагировавший реагент, к поверхности обнаружения в первом вместилище. Система обнаружения может содержать по меньшей мере один первый канал для соединения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища и упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища.
Система обнаружения может содержать по меньшей мере один первый канал для соединения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища и упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища, причем этот первый канал выполнен с возможностью обеспечения упомянутого потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище под действием капиллярности. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что вообще не требуется или требуется лишь незначительная внешняя сила для того, чтобы сделать возможным заданный поток текучей среды.
Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище могут содержать перемешивающее средство. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что скорость аналитической реакции может быть увеличена с помощью локализованного перемешивания.
Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может быть в контакте с модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими. Преимущество заключается в том, что потоком в пределах вместилищ можно управлять отдельно. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище могут быть непосредственно соединены с модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими через соединяющий канал. Модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими могут быть абсорбирующие материалы с заданной способностью к абсорбции текучей среды.
Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может содержать множество различных реагентов для обнаружения множественных аналитов.
Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище может содержать поверхность обнаружения для обеспечения возможности обнаружения получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения, причем эта поверхность обнаружения имеет различные местоположения для обнаружения различных мишеней. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что может быть выполнено мультиплексирование, приводящее в результате к эффективному и быстрому анализу образцов. Поверхность обнаружения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища может содержать различные намеченные области для обнаружения намеченных мишеней. Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может составлять набор вторых вместилищ, соединенных с упомянутым по меньшей мере одним первым вместилищем, причем каждое вместилище содержит реагенты, специфичные для каждой мишени, подлежащей исследованию в мультиплексном анализе.
Упомянутую по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку может составлять множество различных магнитных и/или электрических меток, причем генератор магнитного и/или электрического поля выполнен с возможностью селективно обеспечивать транспортировку различных магнитных и/или электрических меток. Различные магнитные и/или электрические метки предпочтительно могут иметь по меньшей мере одну уникальную магнитную и/или электрическую характеристику, которая может быть выбрана. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что может быть легко выполнена селективная транспортировка меток для мультиплексирования.
Система обнаружения может содержать детектор текучей среды в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище и/или упомянутом по меньшей мере одном втором вместилище. Преимущество заключается в том, что может быть определено и отрегулировано время инкубации мишени с реагентами для анализа.
Система обнаружения может содержать дополнительное вместилище для содержания вторичных магнитных и/или электрических меток и дополнительный генератор магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки дополнительных магнитных и/или электрических меток из дополнительного вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что система обнаружения делает возможным дополнительное усиление сигнала за счет добавления вторичной магнитной и/или электрической метки.
Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище может быть выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом и реагентом для анализа. Система обнаружения может быть выполнена с возможностью транспортировки магнитных и/или электрических меток из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и с возможностью обеспечения взаимодействия в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище между магнитными и/или электрическими метками и частями прореагировавшего образца и реагентом для анализа. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что хорошее разделение между реагентом и магнитными и/или электрическими метками может быть получено до тех пор, пока не пройдет аналитическая реакция в течение желаемого времени.
Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может быть выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом, реагентом для анализа и магнитными и/или электрическими метками. Система обнаружения может быть выполнена с возможностью транспортировки магнитных и/или электрических меток, связанных с целевыми компонентами образца после взаимодействия между образцом, реагентом для анализа и магнитными и/или электрическими метками, из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилищеу. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что непрореагировавшие реагенты не могут помешать обнаружению метки в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище.
Система обнаружения дополнительно может содержать любой из магнитного и/или электрического или оптического детектора для обнаружения упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка предпочтительно может быть связанной на поверхности обнаружения до обнаружения. Система обнаружения дополнительно может содержать средство анализа для определения количества упомянутой по меньшей мере одной молекулы-мишени. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка может быть прикреплена к магнитной и/или электрической частице или намагничиваемой частице. Поверхность обнаружения может содержать зонды захвата для связывания упомянутой по меньшей мере одной метки. Преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень является показателем присутствия или отсутствия аналита в образце. Упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень может быть идентичной упомянутому аналиту в упомянутом образце. Преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что метки могут быть быстро транспортированы.
Настоящее изобретение относится также к способу обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, содержащему этапы обеспечения возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой, чтобы тем самым получить по меньшей мере одну магнитно и/или электрически меченную молекулу-мишень, магнитной или электрической транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения, и после упомянутого обеспечения возможности взаимодействия и транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки обнаружение получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Способ дополнительно может содержать возбуждение упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, например, посредством ее облучения или за счет ориентации физического свойства магнитной и/или электрической метки с использованием электрического и/или магнитного поля. Способ может содержать обеспечение потока текучей среды в направлении, отличающемся от направления магнитной и/или электрической транспортировки, например, в направлении, по существу противоположном направлению магнитной и/или электрической транспортировки, т.е. по существу встречным потоком.
Транспортировка упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки может содержать транспортировку упомянутой по меньшей мере одной магнитно и/или электрически меченной молекулы-мишени, полученной упомянутым обеспечением возможности взаимодействия.
Обеспечение возможности взаимодействия может содержать обеспечение возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой после транспортировки магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения.
Способ может содержать измерение сигнала обнаружения до обеспечения возможности взаимодействия с тем, чтобы откалибровать систему обнаружения. Калибровка может быть калибровкой на чувствительность к конкретной магнитной и/или электрической метке.
Способ дополнительно может содержать захватывание упомянутой по меньшей мере одной молекулы-мишени на поверхности обнаружения. Способ, кроме того, может содержать возбуждение упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, например, посредством ее облучения или за счет ориентации физического свойства магнитной и/или электрической метки с использованием электрического и/или магнитного поля.
Способ дополнительно может содержать отделение связанных и несвязанных магнитных и/или электрических меток перед обнаружением получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка может быть прикреплена к магнитной и/или электрической частице или намагничиваемым частицам.
Настоящее изобретение относится также к компоненту датчика, подготовленному для использования с системой обнаружения для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, причем компонент датчика содержит по меньшей мере одно первое вместилище, содержащее поверхность обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище по существу свободно от меток до использования системы обнаружения, по меньшей мере одно второе вместилище, содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, причем компонент датчика выполнен с возможностью обеспечения транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище с использованием магнитного и/или электрического поля. Компонент датчика, кроме того, может быть выполнен с возможностью обеспечения потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище.
Поверхность обнаружения может содержать по меньшей мере один первый зонд захвата. Компонент дополнительно может содержать заданное количество по меньшей мере одной молекулы-мишени в буферном растворе. Заданное количество по меньшей мере одной молекулы-мишени в буферном растворе может служить в качестве положительного контроля и/или в качестве стандарта. Компонент дополнительно может содержать заданное количество по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, обладающей возможностью связывания с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью. Компонент дополнительно может содержать буферный раствор, свободный от по меньшей мере одной молекулы-мишени, предусмотренный в качестве отрицательного контроля. Компонент дополнительно может содержать магнитные и/или электрические частицы или намагничиваемые частицы. Компонент датчика может быть одноразовым устройством.
Одно преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что метки быстро отделяются после взаимодействия с молекулами-мишенями.
Другое преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что аналитические реакции задействуют мишень или гомолог мишени и обнаружение магнитных и/или электрических меток датчиком.
Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что минимизированы этапы приведения в движение объемной текучей среды.
Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что непрореагировавшим реагентам препятствуют поступать во вместилище обнаружения. Последнее может иметь место в способах и системах для транспортировки магнитных и/или электрических меток из реакционного вместилища к вместилищу обнаружения.
Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень является показателем присутствия или отсутствия аналита в образце. Упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень может быть идентичной упомянутому аналиту в упомянутом образце.
Конкретные и предпочтительные объекты изобретения изложены в независимых и зависимых пунктах сопровождающей формулы изобретения. Признаки из зависимых пунктов формулы могут быть скомбинированы с признаками независимых пунктов формулы и с признаками других зависимых пунктов формулы сообразно обстоятельствам, а не только так, как явно изложено в формуле изобретения. Идеи настоящего изобретения позволяют разработку усовершенствованных способов и аппаратов для обнаружения химических, биологических и/или биохимических частиц.
Вышеуказанные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного вместе с сопровождающими чертежами, которые иллюстрируют в качестве примера принципы изобретения. Это описание дается только в качестве примера, не ограничивая объем изобретения. Ниже указанные ссылки на фигуры относятся к приложенным чертежам.
Краткое описание чертежей
Фиг.1а и Фиг.1b являются схематическими представлениями примерной системы обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения (фиг.1а) и увеличенным видом его компонента датчика (фиг.1b).
Фиг.2 - схематическое представление компонента устройства обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения до транспортировки магнитных и/или электрических меток.
Фиг.3 - схематическое представление компонента устройства обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения после транспортировки магнитных и/или электрических меток.
Фиг.4 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего средство управления текучей средой, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.5 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего управляющие потоком текучей среды составляющие, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.6 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего множественные реакционные вместилища, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.7 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего множественные вместилища обнаружения, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.8 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего средство обнаружения текучей среды, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.9 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, выполненного с возможностью обеспечения увеличения метки, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.
Фиг.10а и Фиг.10b - блок-схемы способов обнаружения молекул-мишеней в образце в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения.
На различных фигурах одинаковые ссылочные обозначения относятся к тем же самым или аналогичным элементам.
Подробное описание вариантов реализации
Настоящее изобретение будет описано по отношению к частным вариантам реализации и со ссылкой на определенные чертежи, но изобретение ограничивается не ими, а только формулой изобретения. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничение объема изобретения. Описанные чертежи являются только схематическими, а не ограничивающими. На чертежах размер некоторых элементов может быть преувеличенным и показанным не в масштабе в иллюстративных целях. Когда в данном описании и формуле изобретения используется термин «содержащий», то он не исключает других элементов или этапов. Там, где существительное использовано в единственном числе, это охватывает и множественное число этого существительно, если специально не оговорено иное.
Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п.в описании и в формуле изобретения используются для различения подобных элементов, а не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины взаимозаменяемы при соответствующих обстоятельствах и что описанные здесь варианты реализации изобретения могут функционировать в последовательностях, отличающихся от описанных или проиллюстрированных здесь.
Следующие термины или определения даны исключительно для способствования пониманию изобретения. Эти определения не следует рассматривать как имеющие меньший объем, чем понимаемый средним специалистом в данной области техники.
Используемый здесь термин «вместилище» относится к тому пространству (месту), где могут присутствовать компоненты анализа или образца, такому как, например, реакционный объем и объем обнаружения. Таким образом, вместилище представляет собой нечто для приема или содержания в нем вещества. Вместилище может быть закрытым или открытым. Оно может быть, например, камерой. Это не обязательно означает, что должны иметься стенки, хотя это может быть и так. Им также может быть лунка, такая как, например, лунка в формате титрационного микропланшета, или любой другой подходящий контейнер.
Используемый здесь термин «образец» относится к составу, который может содержать по меньшей мере один представляющий интерес аналит. Образец предпочтительно представляет собой текучую среду, называемую также «текучей средой образца», например водный состав.
Используемый здесь термин «аналит» относится к субстанции, присутствие, отсутствие или концентрация которой должны быть определены в соответствии с настоящим изобретением. Типичные аналиты могут включать, но не ограничиваются ими, малые органические молекулы, метаболиты, такие как глюкоза или этанол, белки, пептиды, фрагменты нуклеиновых кислот, молекулы, такие как малые молекулы фармацевтических препаратов, антибиотики или лекарственные средства (наркотики), молекулы с регулирующим эффектом в ферментативных процессах, такие как промоторы (стимуляторы), активаторы, ингибиторы или кофакторы, вирусы, бактерии, клетки, компоненты клеток, клеточные мембраны, споры, ДНК, РНК, микроорганизмы и их фрагменты и продукты, или любая субстанция, для которой могут быть разработаны участки присоединения, связывающие элементы или рецепторы (такие как антитела). Присутствие, отсутствие или концентрация аналита могут быть определены непосредственно посредством оценки присутствия, отсутствия или концентрации самого аналита или альтернативно могут быть определены косвенно посредством оценки присутствия, отсутствия или концентрации мишени или молекулы-мишени.
Используемый здесь термин «мишень» или «молекула-мишень» относится к субстанции, присутствие, отсутствие или концентрация которой фактически определяют в соответствии с настоящим изобретением. Термин «молекула-мишень» следует рассматривать шире, и это может быть, например, отдельная молекула, может быть кластер молекул, может быть комплекс молекул, может быть молекула, внедренная в другой материал, такой как субстрат, и т.д. Мишень и аналит могут быть идентичными, или же мишень может быть показателем присутствия или отсутствия аналита. В частности, мишени, такие как белки или ДНК, могут быть отличительным компонентом или продуктом аналитов, таких как вирусы, бактерии или другие организмы, и поэтому могут быть показателем их присутствия. Там, где обнаружение вовлекает ферментативный анализ, мишень может быть продуктом ферментативного преобразования субстрата ферментом и поэтому может быть показателем количества субстрата или активности фермента. Молекулы-мишени могут также быть полимерами, ионами металлов и органическими веществами с низкой молекулярной массой, такими как токсины, запрещенные наркотики и взрывчатые вещества, которыми изобретение, конечно же, не ограничивается. Во время анализа обнаружением мишень может стать меченой, испуская обнаружимый (различимый) сигнал. Мишень может также быть сохранена или стать иммобилизованной на поверхности обнаружения как часть биологически активного покрытия.
Используемый здесь термин «метка» относится к молекуле или материалу, способным создавать обнаружимый сигнал или способным связываться с другой молекулой или образовывать комплекс, который создает обнаружимый сигнал. Подходящие метки для использования в различных системах и способах обнаружения по настоящему изобретению многочисленны и широко описаны в данной области техники. Они могут быть оптическими метками, радиоактивными метками, магнитными и/или электрическими метками и т.д. Метки могут быть непосредственными (прямыми) метками, которые могут быть непосредственно обнаружены датчиком. Альтернативно метки могут быть косвенными метками, которые становятся обнаружимыми после последующего процесса проявления. Как правило, метка, используемая в способах по настоящему изобретению, представляет собой мишень-специфичную метку, то есть способную специфично связываться с мишенью. Однако также предусмотрено, что если мишень присутствует в очищенном виде, достаточно, чтобы метка связывалась с мишенью. Магнитные метки, предусмотренные в рамках контекста настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничиваются ими, металлические или магнитные бусинки или наночастицы. Магнитная метка может включать в себя любую подходящую форму одной или более магнитных частиц или намагничиваемых частиц, например магнетик, диамагнетик, парамагнетик, суперпарамагнетик, ферромагнетик, то есть любой вид магнетизма, который создает магнитный момент в магнитном поле, либо постоянно либо временно. Примерами подходящего материала магнитной метки являются, например, бусинки Fе3О4. Размер магнитной метки не является критичным в большинстве вариантов реализации, но предпочтительно она может быть небольшого размера, например, имея наибольший диаметр в диапазоне от 5 нм до 5000 нм, более предпочтительно от 50 нм до 1000 нм. Обнаружение магнитной метки обычно проводят приложением электрического или магнитного, или электромагнитного поля и использованием магнитного или немагнитного, например, оптического или акустического датчика. Акустическое и/или звуковое обнаружение меток также может быть использовано. Если специально не оговорено, то магнитная метка относится к молекуле или материалу как таковым, не связанным ковалентно с зондом. Магнитная метка может быть прикреплена к зонду, зонду захвата, субстрату, мишени или аналиту, предпочтительно с помощью ковалентной связи, но также возможны и другие типы связи, такие как водородная связь. В зависимости от типа выполняемого анализа меченые молекулы-мишени либо связываются с иммобилизованными зондами захвата (сэндвич-анализ) либо конкурируют с аналогами мишени за связывание с зондами захвата (конкурентный анализ). После удаления избыточной (несвязанной) магнитной метки измеряют количество связанной магнитной метки. Таким образом, анализы связывания обычно могут задействовать сцепление магнитно-меченых связывающих молекул с твердым субстратом в количествах, отражающих концентрацию или присутствие молекулы-мишени. Альтернативно магнитно-меченые связывающие молекулы, такие как магнитно-меченые аналоги мишени, могут быть связаны с поверхностью обнаружения, и вытеснение или подавление магнитно-меченых аналогов мишени молекулами-мишенями может привести к уменьшению магнитных меток вблизи поверхности обнаружения. Было описано большое число разновидностей методологий анализа связывания и все они находятся в пределах объема настоящего изобретения. Различные типы анализов связывания и высвобождения могут использовать магнитные метки, которые обладают оптическими свойствами, такие как, например, флуоресцентные, хромогенные, рассеивающие, поглощающие, преломляющие, отражающие, SERRS-активные или (био)хемилюминесцентные метки, молекулярные маяки, радиоактивные метки или ферментативные метки. Оптически активные метки обычно могут испускать свет, обнаруживаемый детектором, например, в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Однако изобретение этим не ограничивается, и оптические метки в данной заявке могут относится к меткам, излучающим в любом подходящем и обнаружимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра. Альтернативно магнитным меткам или в дополнение к ним могут использоваться электрические метки. Электрические метки относятся к меткам, имеющим обнаружимое свойство заряда, свойство диэлектрика, свойство переноса заряда или свойство создания заряда (например, с помощью редокс-активной составляющей, т.е. активной в окислительно-восстановительных реакциях). Электрические метки дополнительно могут иметь характеристики и признаки, идентичные или подобные описанным выше меткам.
Используемый здесь термин «зонд» относится к связывающей молекуле, которая специфично связывает молекулу-мишень. Зонды, предусмотренные в рамках контекста настоящего изобретения, включают в себя биологически активные составляющие, такие как целые антитела, фрагменты антител, такие как Fab-фрагменты (антигенсвязывающие домены), одноцепочечный Fv-фрагмент, отдельные вариабельные домены, VHH, антитела тяжелой цепи, пептиды, антигенные детерминанты (эпитопы), мембранные рецепторы или любой тип рецептора или его участок, захватывающиеся субстратом мутанты фермента, целые антигенные молекулы (гаптены) или антигенные фрагменты, олигопептиды, олигонуклеотиды, мимеотопы, нуклеиновые кислоты и/или их смеси, способные селективно связываться с потенциальной молекулой-мишенью. Антитела могут быть переведены в небелковые соединения, а также в белки или пептиды. Зонды обычно представляют собой имунореактивные или реакционноспособные за счет аффинности члены связывающихся пар. Природа зонда будет определяться природой подлежащей обнаружению мишени. Наиболее часто зонд разрабатывается исходя из специфичного взаимодействия с мишенью, такого как, но не ограничиваясь ими, связывания антитело-антиген, комплементарных последовательностей нуклеотидов, углевод-лектин, комплементарных последовательностей пептидов, лиганд-рецептор, кофермент-фермент, ферментные ингибиторы-фермент и т.д. Зонды также включают в себя «зонды захвата» для иммобилизации мишеней и/или меченых мишеней на поверхности обнаружения посредством событий распознавания или связывания. Зонды и зонды захвата могут быть мечеными. Когда молекула-мишень иммобилизована через связывание с зондом захвата, образующийся комплекс называют «комплексом захвата мишени». Когда метка, используемая в устройствах и способах по настоящему изобретению, представляет собой мишень-специфичную метку, это может быть гарантировано за счет использования мишень-специфичного зонда, связанного с меткой. Когда мишень представляет собой белок, мишень-специфичный зонд может быть антителом против мишени. Альтернативно когда мишень представляет собой последовательность нуклеотидов, мишень-специфичный зонд может быть комплементарной последовательностью олигонуклеотида.
Используемый здесь термин «аналог мишени» относится к субстанции, которая может связываться с зондом или зондом захвата менее оптимально, чем мишень. Аналог мишени используется в конкурентных анализах, где мишень определяют исходя из конкуренции с аналогом мишени, например при конкурентном связывании с зондом или зондом захвата. В частности, аналог мишени связывается с зондом или зондом захвата с уменьшенной силой связи по сравнению со связыванием мишени с зондом или зондом захвата.
В соответствии с первым объектом, настоящее изобретение предоставляет систему 100 обнаружения для обнаружения и/или количественного определения по меньшей мере одной молекулы-мишени, а значит, и аналита в образце. Такая система обнаружения может быть, например, системой обнаружения, предназначенной для обнаружения химических, биологических или биохимических частиц, но изобретение этим не ограничивается. Система обнаружения может указать на наличие молекулы-мишени или производного от нее аналита в образце. Система обнаружения содержит по меньшей мере одно первое вместилище и по меньшей мере одно второе вместилище. Они предпочтительно взаимно соединены посредством первого канала. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище содержит поверхность обнаружения, на которой может быть выполнено обнаружение молекулы-мишени. Первое вместилище также по существу свободно от магнитных меток до использования, то есть магнитная метка по существу отсутствует до использования системы обнаружения. Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище содержит по меньшей мере одну магнитную метку для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной метки. Последняя может присутствовать до использования во втором вместилище или же она может быть добавлена во второе вместилище из источника магнитных меток, например, при инициировании использования системы обнаружения, или может присутствовать в канале и вводится во второе вместилище посредством переносящей силы. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка выполнена с возможностью взаимодействия с молекулами-мишенями, например, посредством связывания с молекулой-мишенью. Система обнаружения содержит также генератор магнитного поля для обеспечения возможности транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище, например, через упомянутый по меньшей мере один первый канал, тем самым обеспечивая возможность обнаружения получаемого с помощью магнитной метки сигнала обнаружения. Генератор магнитного поля может создавать градиент магнитного поля для перемещения магнитных или намагничиваемых частиц. Следует отметить, что когда в данном описании упоминаются магнитные метки, магнитное поле, генератор магнитного поля и т.д., также имеются в виду и в пределах объема вариантов реализации и объектов настоящего изобретения подобные способ и устройство, относящиеся к электрическим меткам, электрическому полю, генератору электрического поля и т.д. Стандартные и необязательные компоненты примерной системы 100 обнаружения в соответствии с настоящим изобретением показаны на фиг.1а и фиг.1b и будут описаны более подробно ниже, но система обнаружения этим не ограничивается.
Система 100 обнаружения содержит по меньшей мере одно первое вместилище 1 и по меньшей мере одно второе вместилище 2. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище 1 и упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище 2 предпочтительно соединены друг с другом, например, по меньшей мере одним первым каналом 3. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище 1 содержит поверхность 4 обнаружения. По меньшей мере часть этой поверхности 4 обнаружения может быть выполнена с возможностью обнаружения с помощью метки. Поверхность 4 обнаружения может быть, например, поверхностью чипа-датчика, либо одноразового либо нет. Один вариант выполнения с возможностью обнаружения с помощью метки заключается в использовании зондов захвата, удерживаемых и/или прикрепленных и/или иммобилизованных на поверхности 4 обнаружения. Зонды захвата могут относиться к слою биологически активных или биохимически активных составляющих, которые способны связываться или которые реагируют с мишенью или меченым зондом. Они могут удерживаться или быть иммобилизованными на этой поверхности любым способом, известным в данной области техники. Например, зонды захвата могут быть прикреплены к поверхности 4 обнаружения сайт-специфичным образом, означающим, что определенные участки или сайты на этих зондах захвата вовлечены в сопряжение с чипом-носителем. Поверхность 4 обнаружения может быть пористой поверхностью для того, чтобы увеличить отношение поверхности к объему. До использования упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище 1 не содержит меток, или, иначе говоря, оно по существу свободно от магнитных меток. Последнее остается справедливым до окончания взаимодействия между реагентами и текучей средой образца.
С другой стороны, упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище 2 содержит по меньшей мере одну магнитную метку 5 для обнаружения с помощью магнитной метки после взаимодействия с молекулой-мишенью. В предпочтительном варианте реализации магнитные метки могут быть предусмотрены в сухом и быстро растворимом виде. Это позволяет реализовать биодатчик в виде картриджа или в одноразовом виде. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5 предназначена для взаимодействия с молекулой-мишенью, что может обычно происходить посредством анализа связывания. За счет использования магнитно-меченых связывающих молекул события связывания или распознавания могут обычно создавать (генерировать) обнаружимый сигнал и указывать на присутствие или отсутствие, или активность молекулы-мишени. Анализы связывания и высвобождения, рассматриваемые в настоящем изобретении, включают в себя иммунологические анализы, анализы гибридизации ДНК и анализы на основе рецептора, которые широко используются в медицинском сообществе как диагностические тесты на широкий ряд молекул-мишеней. Возможные анализы также включают в себя сэндвич-анализы, антикомплексные анализы и анализы блокирующего агента, см., например, Руководство по иммунологическим анализам («Immunoassay Handbook»), опубликованное издательством Elsevier Science под ред. Дэвида Уайлда (David Wild). Например, в сэндвич-анализе молекулы-мишени взаимодействуют с зондами захвата, прикрепленными к поверхности 4 обнаружения, и упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5 связывается с молекулами-мишенями так, чтобы становится возможным обнаружение магнитных меток вблизи чипа-датчика.
При использовании аналитическая реакция может происходить либо на магнитной метке 5 во втором вместилище 2 либо вблизи нее, т.е. далеко от поверхности 4 обнаружения. Альтернативно аналитическая реакция может происходить вблизи или на поверхности 4 обнаружения, т.е. в первом вместилище 1, без наличия поблизости упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5. Иначе говоря, упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище 1, так же как и упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище 2, может действовать как реакционное вместилище. В реакционном вместилище имеются и текучая среда образца и реагент для взаимодействия. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище 1 и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище 2 для этого могут содержать реагенты биологической, химической или биохимической природы для реагирования с мишенью, таким образом способствуя обеспечению возможности обнаружения присутствия аналита в образце. Подходящие реагенты для использования в различных системах и способах обнаружения по настоящему изобретению включают в себя самые различные активные компоненты, выбранные для способствования определению присутствия и/или концентрации различных аналитов. Выбор соответствующих реагентов является компетенцией специалистов в данной области техники. Как хорошо известно в данной области техники, имеются многочисленные химреактивы, доступные для использования с каждой из различных мишеней. В предпочтительном варианте реализации реагенты могут быть предоставлены в сухом и быстро растворимом виде, например в виде растворимого слоя реагентов.
Вышеописанные элементы могут быть сгруппированы в компоненте 300 датчика, иногда называемом чипом-датчиком, который может быть многократно используемой частью или одноразовой частью системы обнаружения.
Система 100 обнаружения, кроме того, содержит генератор 6 магнитного поля, обеспечивающий возможность транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5 из второго вместилища 2 в первое вместилище 1. В зависимости от того, где имел место анализ, могут транспортироваться либо упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5 сама по себе или упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5, связанная с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, также называемой магнитно-меченой молекулой-мишенью. Таким образом, транспортировку упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5 предпочтительно осуществляют приложением магнитного поля, имеющего ориентацию, приспособленную для транспортировки магнитной метки 5, например обеспечением подходяще направленного градиента магнитного поля. Предпочтительно генератор магнитного поля может быть управляемым, т.е. переключаемым между положениями «включено» или «выключено», или даже настраиваемым на заданные характеристики магнитного поля, так что транспортировка упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5 может быть осуществлена тогда, когда это целесообразно. Приложенное магнитное поле может быть, например, приложено с использованием любого из постоянного магнита, электромагнита, в котором, например, имеется магнитный сердечник (магнитопровод), катушка или множество катушек, в которых, например, током можно управлять, и т.д. Постоянный магнит может быть механически перемещаемым для того, чтобы управлять создаваемым магнитным полем. Такой генератор 6 магнитного поля может быть частью компонента 300 датчика, содержащего вместилища текучей среды, может быть частью одноразового картриджа 50, содержащего такой компонент 300 датчика, или может быть встроен в другую часть системы 100 обнаружения, такую как, например, в многоразовый считыватель для одноразового картриджа. Например, может быть использовано магнитное перо, к которому притягивается упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5 и которое транспортирует упомянутую по меньшей мере одну магнитную метку 5, например, через канал 3. Генераторы 6 магнитного поля, такие как, например, провода с током, могут иметь ограниченную протяженность поля, и поэтому несколько генераторов 6 магнитного поля, например проводов с током, могут быть помещены во вместилище 1 и/или вместилище 2 и/или, если он имеется, в соединительном канале 3 между этими вместилищами 1, 2. Магнитное поле может быть включено в такой последовательности, что упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка продвигается к вместилищу 1 и, наконец, к поверхности 4 обнаружения. Например, в случае проводов с током они могут быть подключены последовательно так, чтобы транспортировать магнитные метки 5. Магнитное поле может быть полем постоянного тока или переменного тока. Переменный ток может быть в некоторых случаях предпочтительным, чтобы предотвратить необратимую кластеризацию магнитных меток.
Для того чтобы обнаружить получаемый с помощью магнитной метки сигнал, система 100 обнаружения может содержать по меньшей мере один детектор 80 для детектирования (обнаружения) магнитных меток на поверхности 4 обнаружения или вблизи нее. Детектор 80 может быть встроен в компонент 300 датчика, таким образом типично приводя к биодатчику «лаборатория на чипе» («лаборатория на микросхеме»), или он может быть встроен в систему 100 обнаружения, но вне компонента 300 датчика, содержащего поверхность 4 обнаружения. Обычно в установке «лаборатория на чипе» активные элементы детектора 80 помещаются в кристаллодержатель чипа-датчика, содержащего поверхность 4 обнаружения, тогда как обнаруженный сигнал обычно может быть преобразован и передан на считывающее устройство, внешнее относительно компонента 300 датчика. Упомянутый по меньшей мере один детектор 80 может быть магнитным детектором, таким как, например, детектор Холла, или магниторезистивным детектором, таким как, например, AMR (анизотропное магнетосопротивление) детектором, GMR (гигантское магнетосопротивление) детектором или TMR (туннельное магнетосопротивление) детектором. Магнитные сенсорные элементы, основанные на других принципах, такие как, например, СКВИДы, также возможны для применения в заявленной системе 100 обнаружения. Детектор 80 может также быть основанным на других принципах для обнаружения магнитных частиц или намагничиваемых частиц, и может поэтому также быть усиленным биологическим датчиком силы (от англ. force amplified biological sensor, FABS), динамометрическим преобразователем с консольной балкой (кантилевером), микровесами, импедансметром или атомно-силовым микроскопом (АСМ), при этом обнаруживаются силы от/на магнитных или намагничиваемых частиц(ах). Обнаружение магнитных бусинок может также происходить на основе оптических принципов, таких как поглощение, рассеивание, флуоресценция и т.д. Альтернативно или в дополнение к этому обнаружение магнитных бусинок может также происходить на основе акустических и/или звуковых принципов. По сути, детектор 80 может быть оптическим измерительным преобразователем (например, поглощения, рассеивания, флуоресценции и т.д.), электрическим измерительным преобразователем (например, импеданса), акустическим детектором, средством обнаружения массы и т.д. Он может быть реализован посредством измерения собственного свойства магнитной метки 5, или это может следовать из измерения свойства, происходящего из модификации магнитной метки 5, например, посредством прикрепления второй метки, такой как ферментативная метка, например пероксидаза, фосфатаза или оксидаза, электрохимическая метка или флуоресцирующая метка, например магнитная метка с сердцевиной и оболочкой, в которой сердцевина содержит магнитное вещество, а оболочка содержит флуоресцентный краситель, или наоборот.Иначе говоря, также может быть выполнено мультиплексирование меток, при котором используются и обнаруживаются различные типы меток в комбинации с неким использованием магнитной метки в процессе обнаружения. Например, метки с различными оптическими свойствами (флуоресценция, форма, цвет и т.д.) или магнитными свойствами (время релаксации) или электрическими свойствами (например, окислительно-восстановительный потенциал) могут быть использованы в качестве вторичной метки.
Детектор 80 может быть соединен с схемой 84 управления детектором для приведения в действие, например, регулировки детектора 80. Детектор 80 может быть выполнен, например, по положению или за счет обеспечения дополнительных фокусирующих компонентов, с возможностью обнаружения магнитных меток или их обнаружимого сигнала на поверхности 4 обнаружения.
Система 100 обнаружения, кроме того, может содержать средство 82 возбуждения, выполненное с возможностью возбуждения используемой упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5. В зависимости от того, какие магнитные метки используются, средство 82 возбуждения может, например, быть средством оптического возбуждения, или средством механического возбуждения, или средством магнитного возбуждения, включая средства магнитного возбуждения на переменном токе и на постоянном токе. Средством 82 возбуждения может управлять схема 86 управления средством возбуждения. Средство магнитного возбуждения может, например, быть электромагнитным блоком для генерации электромагнитного поля для приложения электрического или магнитного поля к содержащему по меньшей мере одну магнитную метку 5 образцу для того, чтобы сориентировать упомянутую по меньшей мере одну магнитную метку 5, таким как электромагнит, проволочная катушка с воздушным сердечником, прямой провод, печатный микропроводник, постоянный магнит, катушка. Средство 82 магнитного возбуждения может, например, быть вторым генератором магнитного поля, который создает магнитное поле для намагничивания и ориентации упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5. Альтернативно генератор 6 магнитного поля может также быть использован для возбуждения магнитных меток, помимо транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5. Средство магнитного возбуждения также может быть помещено вне системы 100 обнаружения. Это может быть внешнее средство 82 магнитного возбуждения или же оно может быть интегрировано в многоразовый или одноразовый компонент системы 100 обнаружения, например картридж 50, содержащий компонент 300 датчика. Система 100 обнаружения может дополнительно содержать анализирующую схему 40, выполненную с возможностью обработки сигналов обнаружения или соответствующих им сигналов. Она обычно может быть выполнена с возможностью осуществления заданных алгоритмов обработки полученных детектором результатов. Анализирующая схема 40 может быть выполнена с возможностью определения концентрации или распределения аналита в образце и/или обработки полученных результатов обнаружения, например, для определения активности фермента.
Другие возможные и/или предпочтительные компоненты системы 100 обнаружения известны специалистам в данной области техники и могут включать в себя содержащее образец средство 10 для содержания образца до выполнения анализа, и подающее образец средство 20, необязательно управляемое с использованием средства 70 управления потоком текучей среды. Подающее образец средство 20 может включать в себя гравиметрическую (весовую) подачу текучей среды и может также включать в себя приспособление из труб/проходов и клапанов, например, селективных и управляемых клапанов, для обеспечения возможности подачи текучих сред из средства для содержания текучей среды образца и средства для содержания контрольного образца к чипу-датчику 4. Альтернативно текучие среды могут быть активно или пассивно перекачаны из средств к чипу-датчику 4. Система 100 обнаружения также может содержать вентиляционное отверстие для предоставления газу возможности выходить для того, чтобы иметь надлежащее заполнение вместилища. Содержащее образец средство 10 обычно может содержать контейнер 14 образца для удержания исследуемого образца и, необязательно, также может содержать эталонный контейнер 16 для удержания эталонного или контрольного образца. Другие необязательные компоненты могут включать в себя облегчающее анализ средство 64 для способствования растворению растворимого слоя реагентов, способствования диффузии растворенных компонентов на или вблизи поверхности 4 обнаружения, а также для облегчения аналитических реакций между различными компонентами реакции, такими как магнитные метки, молекулы-мишени, зонды захвата и т.д., регулирующее температуру средство 66 для управления температурой с целью обеспечения надлежащих температур во вместилищах 1, 2, очищающее средство 68 для очистки системы обнаружения или ее части, например, вместилищ 1, 2 и, если он имеется, канала 3, и т.д. Часто поверхность 4 обнаружения может содержать массив различных поверхностей 4 обнаружения для так называемого мультиплексирования датчиков. Альтернативно каждое из различных вместилищ может содержать разную поверхность 4 обнаружения для обнаружения различных компонентов или свойств. Разные поверхности 4 обнаружения могут быть использованы для обнаружения различных биологических молекул, они могут быть использованы в качестве положительного или отрицательного контроля, или могут быть использованы в целях калибровки. Ниже приводятся дополнительные варианты реализации и примеры в соответствии с первым объектом, но изобретение ими не ограничивается.
Принципы первого и второго частных вариантов реализации дополнительно проиллюстрированы посредством фиг.2 и фиг.3, причем фиг.2 иллюстрирует ситуацию до транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5, а фиг.3 иллюстрирует ситуацию после транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки 5.
В первом частном варианте реализации предусмотрена система 100 обнаружения, как описано выше для первого объекта, имеющая те же самые признаки и преимущества, причем аналитическая реакция происходит на упомянутой по меньшей мере одной магнитной метке 5. Система 100 обнаружения поэтому такова, что второе вместилище 2 снабжено по меньшей мере одной магнитной меткой 5 или впуском для по меньшей мере одной магнитной метки 5. Аналитическая реакция начинается как только второе вместилище 2 заполнено текучей средой образца и реагентами и по меньшей мере одна магнитная метка 5 высвобождена или находится в пределах второго вместилища 2. В случае когда для последующего обнаружения требуется связывание магнитной метки с поверхностью 4 обнаружения, предпочтительно по меньшей мере один из реагентов рассчитан так, что он может связываться как с упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой 5, так и, позднее после транспортировки, с поверхностью 4 обнаружения. Такое связывание может быть произведено непосредственно с магнитной меткой 5 и/или с поверхностью 4 обнаружения, или посредством молекул, которые прикреплены к ней, таких как зонды захвата. После определенного времени взаимодействия во втором вместилище 2 упомянутую по меньшей мере одну магнитную метку 5, прореагировавшую с реагентами и с текучей средой образца, транспортируют с использованием генератора 6 магнитного поля из второго вместилища 2 в первое вместилище 1, например, через соединительный канал 3. Транспортировка магнитных частиц или намагничиваемых частиц обозначена стрелкой 7 на фиг.3. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная метка 5, прореагировавшая с реагентами в присутствии мишени или гомолога мишени, может теперь быть обнаружена на поверхности 4 обнаружения в первом вместилище 1. Если требуется связывание с поверхностью 4 обнаружения, то это связывание произойдет после транспортировки из второго вместилища 2 в первое вместилище 1. Поскольку реагенты немагнитны, они останутся во вместилище 2, если они не прикреплены к магнитной метке 5, и поэтому не смогут помешать обнаружению магнитной метки в первом вместилище 1. Иначе говоря, непрореагировавшие реагенты остаются во втором вместилище 2 и не мешают обнаружению с помощью магнитной метки в первом вместилище 1. Количество магнитной метки 5, обнаруженное на поверхности 4 обнаружения, связано с концентрацией мишени или гомолога мишени. Преимущество этого решения для вышеупомянутого анализа состоит в том, что непрореагировавшие реагенты во втором вместилище 2 не мешают обнаружению на основе магнитной метки или связыванию магнитной метки с поверхностью 4 обнаружения в первом вместилище 1. Поскольку диффузия не связанных с магнитной меткой реагентов является медленной, то очень мало реагентов будут в состоянии покинуть второе вместилище 2 и попасть в первое вместилище 1. Характеристика диффузии реагентов обычно может быть выражена их диффузионной длиной, задаваемой квадратным корнем из произведения коэффициента диффузии на время диффузии. Диффузия белка на расстояние в миллиметр в статической текучей среде может занять, например, часы. Диффузионный поток между вместилищами может быть еще более уменьшен увеличением длины соединительного канала 3 между первым вместилищем 1 и вторым вместилищем 2, и/или уменьшением поперечного сечения соединительного канала 3. Напротив, движение магнитных меток 5 будет быстрым из-за их активного переноса магнитной силой. Как упомянуто выше, настоящее изобретение относится также к использованию электрических меток, транспортируемых с помощью электрических сил, например, с помощью электрофореза и диэлектрофореза.
Во втором частном варианте реализации предусмотрена система обнаружения, как описано выше для первого объекта, имеющая те же самые признаки и преимущества, причем аналитическая реакция происходит на поверхности 4 обнаружения в первом вместилище 1. Первое вместилище 1 таким образом выполнено с возможностью быть заполненным текучей средой образца и быть снабженным реагентами. Аналитическая реакция начинается как только первое вместилище 1 заполнено образцом, а реагенты высвобождены в первое вместилище 1. После определенного времени реакции упомянутую по меньшей мере одну магнитную метку 5, предусмотренную или присутствующую во втором вместилище 2, транспортируют с использованием генератора 6 магнитного поля, т.е. перетягивают магнитной силой из второго вместилища 2 в первое вместилище 1, например, через соединительный канал 3. Поверхность 4 обнаружения, прореагировавшая с реагентами в присутствии мишени или гомолога мишени, может теперь связываться с упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой 5. Преимущество этого решения состоит в том, что непрореагировавшие реагенты в первом вместилище 1 преждевременно не связываются с упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой 5 во втором вместилище 2, таким образом уменьшая число неиспользуемых связываний магнитных меток. Например, исключается связывание между реагентом и упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой до доступности текучей среды образца. Поскольку диффузия реагентов является медленной, то очень мало их будет в состоянии покинуть первое вместилище 1 и попасть во второе вместилище 2 и связаться с магнитными метками. Кроме того, очень немного магнитных меток 5 будут в состоянии покинуть второе вместилище 2 и попасть в первое вместилище 1 до их активной транспортировки, то есть до тех пор, пока не пройдет аналитическая реакция в течение желаемого времени и не начнется активная транспортировка.
В третьем частном варианте реализации предусмотрена система обнаружения, как описано выше, например, в первом варианте реализации, хотя и не ограничиваясь этим, имеющая те же самые признаки и преимущества, причем диффузия непрореагировавших реагентов из второго вместилища 2 в первое вместилище 1 может быть дополнительно подавлена клапаном в канале или потоком в направлении от первого вместилища 1 ко второму вместилищу 2. Такой поток может быть создан устройством 9 управления потоком текучей среды любым подходящим образом, например, используя капиллярное действие при заполнении вместилищ, или он может, например, быть получен применением избыточного давления на первом вместилище 1 и/или приложением пониженного давления ко второму вместилищу 2. Устройство управления потоком может быть расположено вне канала или внутри канала. Примером устройства управления потоком текучей среды внутри канала является массив микромеханических заслонок, которые могут привести текучую среду в движение. Устройство 9 управления потоком может быть насосом. Последнее показано на фиг.4 с использованием стрелки 8. Потоком в пределах и/или между первым и вторым вместилищами 1, 2 можно необязательно управлять отдельно, то есть для каждого вместилища. В конкретных примерах этого варианта реализации устройство 9 управления потоком может быть реализовано посредством присоединения первого вместилища и/или второго вместилища к составляющим 71, 72, модифицирующим скорость потока текучей среды через каналы 61, 62. Последнее показано на фиг.5. Эти модифицирующие поток текучей среды составляющие 71, 72 могут быть, например, абсорбирующим материалом с различной способностью к абсорбции текучей среды. Это выгодно в том случае, когда аналитическая реакция сначала происходит на поверхности чипа-датчика 4, имея поток, например слабый поток, из первого вместилища 1 к составляющей 72, чтобы предотвратить или уменьшить попадание непрореагировавших реагентов во второе вместилище 2 и удалить или уменьшить количество непрореагировавших реагентов в первом вместилище 1, до того как магнитные метки 5 транспортируются из второго вместилища 2 в первое вместилище 1 по каналам 38 и 39. Могут быть введены клапаны на отверстиях первого вместилища 1 и второго вместилища 2 по направлению к составляющим 71, 72 для раздельного управления временем, за которое поток выводится из первого и/или второго вместилища. Например, желательно предоставить образцу возможность инкубироваться с реагентами в первом вместилище 1 в течение некоторого времени прежде, чем инициируют поток к составляющей 72. Длины и диаметры каналов 61, 62 могут быть сделаны малыми, чтобы предотвратить потерю материала реагента. В случае когда реагенты находятся уже на магнитных метках 5 и добавление аналита высвобождает составляющую, которая позволяет обнаружить магнитные метки 5 в растворе или обнаружить посредством связывания с поверхностью 4 обнаружения, например, в случае анализа подавления, конкурентного анализа, анализа вытеснения или ферментного анализа, выгоден поток образца из первого вместилища 1 во второе вместилище 2, а затем из второго вместилища 2 через канал 55, как показано на фиг.4, или через канал 37, как показано на фиг.5. При этом высвобожденная составляющая смывается, и вероятность ее попадания во вместилище 1 и связывания с поверхностью чипа-датчика 4 значительно снижается. Во избежание того, что магнитные метки 5 также смоются, может использоваться магнитная сила, удерживающая магнитные метки 5 во втором вместилище 2. По истечении желаемого времени реакции магнитные метки 5 могут затем транспортироваться в первое вместилище 1. Иначе говоря, может быть предусмотрено средство 9 управления потоком текучей среды, выполненное с возможностью управления потоком текучей среды так, чтобы управлять взаимодействием и/или разделением между магнитными метками 5 и реагентами.
В четвертом частном варианте реализации предусмотрена система 100 обнаружения, как описано выше, например, но не ограничиваясь ими, в любом из описанных выше частных вариантов реализации, причем скорость аналитической реакции в первом вместилище 1 и/или втором вместилище 2 адаптируют, например увеличивают, посредством локализованного перемешивания. Поэтому система 100 обнаружения может содержать перемешивающее средство в первом вместилище и/или втором вместилище. Такое перемешивающее средство может быть любым подходящим перемешивающим средством, таким как, например, средство магнитного перемешивания, которое предпочтительно содержит средство магнитного взбалтывания и магнитный привод, средство механического взбалтывания, или может быть, например, средством термического взбалтывания.
В пятом частном варианте реализации предусмотрена система 100 обнаружения, как описано выше, например, но не ограничиваясь этим, в любом из предыдущих вариантов реализации, имеющая те же самые признаки и преимущества, причем эта система обнаружения выполнена с возможностью обнаружения множественных аналитов. Имеется несколько возможных конфигураций устройства и некоторые из них показаны на фиг.6 и фиг.7 в качестве иллюстрации. Одна конфигурация содержит первое вместилище 1 с поверхностью 4 обнаружения, которая способна связывать магнитные метки 5 в нескольких различных местоположениях, по меньшей мере одной области для каждой мишени, и второе вместилище 2, соединенное с первым вместилищем 1 соединительным каналом 3. В том случае, когда реакция происходит во вместилище 1, реагенты выбираются так, что мишень может только связываться с определенными местоположениями на поверхности 4 обнаружения. Второе вместилище содержит упомянутую по меньшей мере одну магнитную частицу или намагничиваемую частицу 5, которая может связываться с прореагировавшей поверхностью обнаружения. В том случае когда реакция имеет место во вместилище 2, второе вместилище 2 содержит специфичные для каждой мишени реагенты и содержит упомянутую по меньшей мере одну магнитную частицу или намагничиваемую частицу 5, которая может быть специфичной для каждой мишени, например магнитные частицы содержат специфичные для этой мишени зонды захвата. Реагенты предпочтительно выбираются так, что когда магнитная частица или намагничиваемая частица 5 реагирует с мишенью, и магнитная частица или намагничиваемая частица 5 предпочтительно имеет способность только связываться с намеченной частью поверхности 4 обнаружения. После того как реакции с мишенью произошли, магнитные метки 5 транспортируют в первое вместилище 1, используя генератор 6 магнитного поля, т.е. магнитной силой, и дают им возможность связываться с соответствующей областью на поверхности 4 обнаружения. Другая конструкция состоит из первого вместилища 1, содержащего поверхность 4 обнаружения с множественными участками связывания, и набора вторых вместилищ 21, 22, 23, соединенных с первым вместилищем 1 каналами 31, 32, 33, как показано на фиг.6. Эти каналы могут сливаться, образуя один канал для ввода в первое вместилище. Каждое второе вместилище 21, 22, 23 содержит специфичные для каждой мишени реагенты и магнитные метки 5, которые могут быть или не быть мишень-специфичными. Дополнительно или альтернативно к этому система обнаружения может иметь несколько первых вместилищ 11, 12, 13, каждое из которых содержит поверхность 41, 42, 43 обнаружения, специфичную для каждой подлежащей измерению мишени, как показано на фиг.7. Это может быть скомбинировано с единственным вторым вместилищем 2, которое соединено с несколькими первыми вместилищами 11, 12, 13 каналами 34, 35, 36, или множественными вторыми вместилищами 21, 22, 23. Желательно в том случае, когда используются множественные вместилища 11, 12, 13, чтобы они соединялись с одним единственным входом для образца так, чтобы образец не нужно было распределять раздельно во вместилища 11, 12, 13.
В шестом частном варианте реализации система 100 обнаружения по настоящему изобретению может быть любой из вышеописанных систем обнаружения, предназначенных для обнаружения множественных аналитов, как описано выше, кроме того рассчитанной на использование магнитных меток 5 с различающимися магнитными свойствами для обнаружения заданных мишеней. Для каждой мишени выбираются магнитные метки 51, 52, 53 с по меньшей мере одной уникальной магнитной характеристикой, которая может быть выбрана. Например, частотная зависимость намагниченности частицы может быть использована для притяжения к вместилищу 1 только тех магнитных меток, которые откликаются (реагируют) на эту частоту. Тогда генератор 6 магнитного поля может быть выполнен с возможностью выборочной (селективной) транспортировки различных магнитных меток, имеющих различные магнитные свойства. Например, генератор 6 магнитного поля может иметь выбираемую частоту магнитного поля. Альтернативно или дополнительно к этому могут быть предусмотрены различные генераторы 6 магнитного поля, каждый из которых выполнен с возможностью генерации магнитной силы для транспортировки магнитных меток, имеющих заданные магнитные характеристики.
В седьмом частном варианте реализации система 100 обнаружения по настоящему изобретению может включать в себя детектор 302 текучей среды, например, показанный на фиг.8, в пределах вместилища, содержащего реагенты для анализа, который может измерять время поступления текучей среды, содержащей мишень. Таким образом, может быть определено точное время инкубации (пребывания) мишени с реагентами для анализа перед обнаружением магнитной метки. Для анализов, в которых аналитические реакции происходят на поверхности 4 обнаружения, детектор текучей среды должен быть в первом вместилище 1, тогда как при анализах с реакциями на магнитной метке 5 детектор текучей среды должен быть помещен во второе вместилище 2. Время инкубации является временем между поступлением текучей среды и транспортировкой магнитных меток 5 из второго вместилища 2. Если между поступлением текучей среды и транспортировкой магнитных меток есть этап, на котором удаляют реагенты для анализа, то время инкубации является временем между поступлением текучей среды и удалением реагентов. Детектор текучей среды может использовать электрический (например, импедансный) или оптический или акустический/звуковой методы определения поступления текучей среды. Магнитное обнаружение (например, объемный чувствительный GMR, датчик Холла, магнитные катушки и т.д.) может быть использовано во втором вместилище 2, чтобы определить растворение и вытеснение магнитных меток 5 с поверхности при поступлении текучей среды.
В восьмом частном варианте реализации система 100 обнаружения по настоящему изобретению может быть также использована в сочетании с усилением сигнала с помощью добавления вторичной магнитной метки. Этап первичного мечения может быть отделен по времени от этапа вторичного мечения посредством введения дополнительного вместилища, соединенного с соединительным каналом 3 между первым вместилищем 1 и вторым вместилищем 2 и содержащего вторичные магнитные метки. После того как произошла аналитическая реакция и первые метки доставлены к поверхности 4 обнаружения для обнаружения с помощью магнитной силы, вторичные магнитные метки транспортируют из их дополнительного вместилища в первое вместилище дополнительным генератором магнитного поля, т.е. используя магнитную силу. Там они имеют возможность связывания с первичной магнитной меткой и могут быть обнаружены. Желательно удалить первичные магнитные метки, которые не связаны с поверхностью 4 обнаружения, с помощью магнитной силы и, например, транспортировать их, к примеру, назад во второе вместилище 2, прежде чем вторичную магнитную метку транспортируют в первое вместилище 1. Таким образом, вторичные метки связываются только с первичными магнитными метками, прикрепленными к поверхности 4 обнаружения. Примерная система обнаружения показана на фиг.9, демонстрируя дополнительное вместилище 402, вторичные магнитные метки 404 и дополнительный генератор 406 магнитного поля, выполненный с возможностью активной транспортировки вторичных магнитных меток 404.
В соответствии со вторым объектом настоящее изобретение предусматривает способ обнаружения для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени в образце. Последнее предпочтительно может также позволить количественно определять молекулы-мишени в образце. Такой способ обнаружения мишени обычно содержит обеспечение возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной меткой, чтобы тем самым получить по меньшей мере одну магнитно меченую молекулу-мишень, и транспортировку магнитных меток к поверхности обнаружения. При этом транспортировка упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки может происходить до или после взаимодействия упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки с образцом. Способ, кроме того, содержит обнаружение получаемого с помощью магнитной метки сигнала обнаружения. Примерные способы обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени в образце в соответствии с данным объектом проиллюстрированы в качестве примера на фиг.10а и фиг.10b. Стандартные и необязательные признаки способа 200 будут описаны с использованием блок-схемы, показанной на фиг.10а и фиг.10b, с указанием стандартных и необязательных этапов примерного способа обнаружения.
Один этап способа 200 обнаружения содержит обеспечение возможности взаимодействия 202,212 образца и по меньшей мере одной магнитной метки, приводящее к по меньшей мере одной магнитно-меченой молекуле-мишени. Этот этап может содержать введение текучей среды образца, например капли текучей среды образца, в одно из вместилищ системы обнаружения, например, посредством гравитационной или капиллярной силы. Альтернативно текучая среда образца может быть также активно или пассивно перекачана к вместилищам устройства. Обеспечение возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной меткой может таким образом содержать управление подающим образец средством. Обеспечение возможности взаимодействия между образцом и магнитной меткой может также содержать способствование взаимодействию, например, магнитным приводом. Обеспечение возможности взаимодействия таким образом приводит к магнитно-меченой молекуле-мишени.
На другом этапе способ 200 содержит транспортировку 204,214 магнитных меток к поверхности обнаружения. Транспортировка 204, 214 магнитных меток может содержать транспортировку магнитных меток из одного вместилища в другое вместилище, содержащее поверхность обнаружения. В зависимости от того произошло ли уже обеспечение возможности взаимодействия между образцом и магнитной меткой, транспортируемые магнитные метки могут в момент транспортировки быть уже соединенными с молекулой-мишенью или нет.
Обеспечение возможности взаимодействия 202, 212 образца и по меньшей мере одной магнитной метки и транспортировка 204, 214 магнитных меток могут быть выполнены в соответствии с различными последовательностями, то есть обеспечение возможности взаимодействия 202 между образцом и упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой может быть выполнено до транспортировки 204, а также транспортировка 214 может быть выполнена до обеспечения возможности взаимодействия 212 между образцом и упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой. Последнее будет проиллюстрировано посредством двух частных вариантов реализации. В одном варианте реализации, этапы которого показаны на фиг.10а, способ 200 содержит обеспечение возможности взаимодействия 202 между образцом, реагентом и упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой в одном вместилище, а затем транспортировку 204 магнитно-меченой молекулы-мишени, содержащей магнитную метку, например, через соединительный канал в другое вместилище, где расположена поверхность обнаружения. Последнее выгодно, так как непрореагировавшие реагенты не мешают этапу обнаружения с помощью метки. Во втором варианте реализации способ 200 содержит предоставление реагентам и образцу возможности взаимодействовать 201 в одном вместилище, транспортировку 214 упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки из первого вместилища в то вместилище, в которой произошло взаимодействие между реагентами и образцом, например, через заданное время взаимодействия образца и реагентов, и обеспечение возможности взаимодействия 212 между образцом и упомянутой по меньшей мере одной магнитной меткой.
Другой необязательный этап, предпочтительно происходящий в способе 200 обнаружения, представляет собой захватывание 203 молекулы-мишени на поверхности 4 обнаружения. Последнее может, например, быть выполнено за счет связывания молекулы-мишени или связанных на ней компонентов реагента с поверхностью обнаружения или с биологически или биохимически активными составляющими на ней. Последнее может быть выполнено после взаимодействия 202 упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, то есть после транспортировки 204 магнитно-меченой мишени, или до взаимодействия упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, то есть до транспортировки 214 магнитной метки.
На дополнительном этапе, после обеспечения возможности взаимодействия 202, 212 между магнитной меткой и упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью и транспортировки магнитных меток 204, 214 может быть выполнено обнаружение 207 получаемого с помощью магнитной метки сигнала обнаружения. Это можно выполнить, используя любой подходящий способ обнаружения в соответствии с выбранными магнитными метками. Предусмотренные подходящие способы обнаружения включают в себя механизмы оптического обнаружения, такие как, но не ограничиваясь ими, обнаружение флуоресценции, SERRS и обнаружение сигналов поглощения и/или рассеивания, обнаружение электрического сигнала (например, импеданса), обнаружение массы, акустическое/звуковое обнаружение, и способы магнитного обнаружения, например, используя датчик Холла, GMR, TMR или AMR. Обнаружение может быть произведено посредством измерения собственного свойства магнитной метки или же оно может быть произведено посредством измерения свойства, обусловленного модификацией метки, то есть, например, прикреплением второй метки, такой как ферментативная метка, наподобие пероксидазы, фосфатазы или оксидазы, электрохимическая метка или флуоресцирующая метка наподобие магнитной метки с сердцевиной и оболочкой, в которой сердцевина содержит магнитное вещество, а оболочка содержит флуоресцентный краситель, или наоборот. В частном варианте реализации этот способ, кроме того, может содержать возбуждение 206 магнитных меток, позволяющее создавать получаемый с помощью магнитной метки сигнал, подлежащий обнаружению. В зависимости от типа используемых магнитных меток такое возбуждение может быть, например, облучением образца для индуцирования люминесценции или подачей электромагнитного поля на образец для индуцирования ориентации магнитных меток и т.д.
Способ 200 обнаружения для обнаружения и/или количественного определения может, кроме того, содержать этап обработки 208 полученного с помощью магнитной метки сигнала обнаружения. Обработка может содержать получение качественного или более предпочтительно, количественного результата исходя из полученного с помощью магнитной метки сигнала обнаружения. Обработка может быть основана на использовании заданных алгоритмов, использовании нейронных сетей, или может быть выполнена любым другим подходящим образом. Она может быть произведена автоматическим и/или автоматизированным образом.
В одном варианте реализации, до этапа обнаружения может быть выполнен необязательный этап 205 отделения для отделения несвязанных или слабо связанных магнитных меток от связанных магнитных меток. Последнее может быть выгодным для получения более точных измерений, поскольку при этом исключается влияние на результат обнаружения несвязанных или слабо связанных магнитных меток. Удаление несвязанных или слабо связанных магнитных меток может быть гарантировано посредством отделения и удаления несвязанных или слабо связанных магнитных меток от/из связанных магнитных меток, связанных с поверхностью обнаружения посредством зонда захвата или маркера. Последнее может быть выполнено приложением физической или химической силы, такой как поле течения, акустическое поле, гравитационная сила, электромагнитное поле, чтобы переместить и/или удалить несвязанные магнитные метки. Примерные методы отделения включают в себя промывание, седиментацию, выпадение в осадок, центрифугирование, обработку ультразвуком, применение магнитных и/или электрических полей и градиентов поля.
Способ 200 обнаружения может также включать в себя этап калибровки. Поэтому сигнал датчика может быть измерен до и после увлажнения с тем, чтобы откалибровать чувствительность чипа-датчика к магнитной метке. Такой этап калибровки может быть выполнен или обработан с использованием заданных алгоритмов, и результаты такого этапа калибровки могут быть учтены на этапе обработки сигнала, например, во время количественного определения результатов обнаружения. Калибровка может быть калибровкой на чувствительность к специфичной магнитной метке. Способ 200 обнаружения в соответствии с настоящим изобретением может быть скомбинирован с магнитным извлечением и анализом улавливания, в котором в раствор предварительно инкубируют с магнитными частицами или намагничиваемыми частицами.
По третьему объекту настоящее изобретение относится к компоненту датчика для использования в системе обнаружения в соответствии с первым объектом настоящего изобретения. Компонент датчика обычно содержит первое вместилище с поверхностью обнаружения и без метки, по меньшей мере до использования, то есть до взаимодействия между образцом и меткой, второе вместилище, содержащее по меньшей мере одну магнитную метку, по меньшей мере до использования, при этом магнитная метка выполнена с возможностью взаимодействия с по меньшей мере одной подлежащей обнаружению молекулой-мишенью. Компонент датчика, кроме того, выполнен с возможностью транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной метки из по меньшей мере одного второго вместилища в по меньшей мере одно первое вместилище, используя магнитное поле. Другие признаки первого вместилища, второго вместилища, соединительного канала, каналов подачи и/или удаления и/или вместилищ подачи и/или удаления и компонентов, содержащихся в них, могут быть такими же и иметь те же самые признаки и преимущества, что и описанные в первом объекте изобретения. Детектор для обнаружения с помощью метки на поверхности обнаружения, так же как и генератор магнитного поля, может быть полностью или частично внешним по отношению к компоненту датчика или частью компонента датчика. Детектор для обнаружения с помощью метки, так же как и генератор магнитного поля, может быть статическим относительно компонента датчика или может быть сканирующим. Компонент датчика может быть одноразовым. Он может называться чипом-датчиком. Компонент датчика может быть частью системы обнаружения, как описано выше. Компонент 300 датчика может содержать некоторое количество, например заданное количество по меньшей мере одной молекулы-мишени в буферном растворе. Последний может служить положительным контролем и/или стандартом. Выбранная по меньшей мере одна молекула-мишень в буферном растворе обычно будет зависеть от типа анализа, выполняемого чипом-датчиком 4. Необязательно, устройство может быть представлено как комплект частей, дополнительно содержащий другие компоненты, такие как заданное количество контрольной текучей среды, позволяющей выполнять измерение отрицательного контроля, при этом чип-датчик определенно должен выдавать отрицательный сигнал обнаружения, указывающий на отсутствие той молекулы-мишени, на которую проводят тест.
Другие конструктивные исполнения для решения задач системы обнаружения с использованием транспортируемых магнитных меток, реализующие изобретение, будут очевидны специалистам в данной области техники. Следует понимать, что хотя здесь были обсуждены предпочтительные варианты реализации, конкретные конструкции и конфигурации, а также материалы для устройств в соответствии с настоящим изобретением, могут быть проделаны различные изменения или модификации по форме и особенностям без отклонения от объема и существа данного изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| БЫСТРЫЙ БИОСЕНСОР СО СЛОЕМ РЕАГЕНТА | 2007 |
|
RU2482495C2 |
| АНАЛИЗЫ | 2009 |
|
RU2521639C2 |
| СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ | 2008 |
|
RU2480768C2 |
| ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АГГЛЮТИНАЦИИ | 2007 |
|
RU2460058C2 |
| АНАЛИЗ МНОЖЕСТВА АНАЛИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОГО АНАЛИЗА | 2019 |
|
RU2824049C2 |
| УПРАВЛЕНИЕ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ | 2017 |
|
RU2734293C2 |
| ОБРАБОТКА ТЕКУЧИХ СРЕД, СОДЕРЖАЩИХ МЕШАЮЩИЕ ЧАСТИЦЫ | 2013 |
|
RU2644252C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ | 2009 |
|
RU2494375C2 |
| ПРОТОКОЛ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА МАГНИТНОГО БИОДАТЧИКА | 2009 |
|
RU2491540C2 |
| МУЛЬТИПЛЕКСНЫЕ АНАЛИЗЫ НА ОСНОВЕ АПТАМЕРОВ | 2013 |
|
RU2666989C2 |
Группа изобретений относится к области анализа материалов и может быть использована для обнаружения молекулы-мишени в образце. Система обнаружения молекулы-мишени в образце текучей среды содержит первое вместилище (1) с поверхностью (4) обнаружения, второе вместилище (2), содержащее до использования системы обнаружения по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку (5), выполненную с возможностью взаимодействия с молекулой-мишенью, генератор (6) магнитного и/или электрического поля для транспортировки метки (5) из второго вместилища (2) в первое вместилище (1) и устройство (9) управления потоком текучей среды для создания потока в направлении от первого вместилища (1) ко второму вместилищу (2). Первое вместилище (1) не содержит меток до использования системы обнаружения. Способ обнаружения молекулы-мишени включает взаимодействие образца с магнитной и/или электрической меткой, транспортировку упомянутой метки к поверхности обнаружения, обнаружение получаемого с помощью метки сигнала и обеспечение потока текучей среды в направлении, отличающемся от направления транспортировки метки. Группа изобретений относится также к компоненту датчика, используемому в системе обнаружения, содержащему первое вместилище (1) с поверхностью (4) обнаружения и второе вместилище (2) с, по меньшей мере, одной магнитной и/или электрической меткой (5). Группа изобретений обеспечивает повышение чувствительности и надежности реакции за счет снижения влияния непрореагировавших реагентов на обнаружение меченой молекулы-мишени. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Система (100) обнаружения, подготовленная для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, содержащая
- по меньшей мере одно первое вместилище (1), содержащее поверхность (4) обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1) не содержит меток до использования системы обнаружения,
- по меньшей мере одно второе вместилище (2), содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку (5), причем упомянутая по меньшей мере одна электрическая метка относится к меткам, имеющим обнаружимое свойство заряда, свойство диэлектрика, свойство переноса заряда или свойство создания заряда, для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка (5) выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью,
- генератор (6) магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки (5) из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища (2) в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1), тем самым делая возможным обнаружение получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения, при этом система обнаружения содержит устройство (9) управления потоком текучей среды для создания потока в направлении от первого вместилища (1) ко второму вместилищу (2).
2. Система (100) обнаружения по п.1, причем система (100) обнаружения выполнена с возможностью обеспечения потока текучей среды от упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища (1) до упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища (2).
3. Система (100) обнаружения по п.2, причем система (100) обнаружения содержит по меньшей мере один первый канал (3) для соединения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища (1) и упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища (2), причем первый канал (3) выполнен с возможностью обеспечения упомянутого потока текучей среды от упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища (1) до упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища (2) под действием капиллярности.
4. Система (100) обнаружения по п.1, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1) и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище (2) находятся в контакте с модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими (71, 72).
5. Система (100) обнаружения по п.1, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище содержит поверхность обнаружения для обеспечения возможности обнаружения получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения, причем эта поверхность обнаружения имеет различные местоположения для обнаружения различных молекул-мишеней.
6. Система (100) обнаружения по п.1, причем система (100) обнаружения содержит детектор (9) текучей среды в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище (1) и/или упомянутом по меньшей мере одном втором вместилище (2).
7. Система (100) обнаружения по п.1, причем система (100) обнаружения содержит дополнительное вместилище (402) для содержания вторичных магнитных и/или электрических меток (404) и дополнительный генератор (406) магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки дополнительных магнитных и/или электрических меток из дополнительного вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1).
8. Система (100) обнаружения по п.1, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1) выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом и реагентом для анализа.
9. Система (100) обнаружения по п.1 или 8, причем упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище (2) выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом, реагентом для анализа и магнитными и/или электрическими метками (5).
10. Способ (200) обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, содержащий этапы
- обеспечения возможности взаимодействия (202) между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой, причем упомянутая по меньшей мере одна электрическая метка относится к меткам, имеющим обнаружимое свойство заряда, свойство диэлектрика, свойство переноса заряда или свойство создания заряда, для получения тем самым по меньшей мере одной магнитно и/или электрически меченной молекулы-мишени,
- магнитной и/или электрической транспортировки (204) упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения и,
после упомянутых обеспечения возможности взаимодействия (202) и транспортировки (204) упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки,
- обнаружение (207) получаемого с помощью по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения,
при этом способ содержит обеспечение потока текучей среды в направлении, отличающемся от направления магнитной и/или электрической транспортировки.
11. Способ (200) по п.10, причем транспортировка (204) упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки содержит транспортировку упомянутой по меньшей мере одной магнитно и/или электрически меченной молекулы-мишени, полученной упомянутым обеспечением возможности взаимодействия (202).
12. Способ (200) по п.10, причем обеспечение возможности взаимодействия (202) содержит обеспечение возможности взаимодействия (202) между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой после упомянутой транспортировки упомянутой магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения.
13. Компонент (300) датчика, подготовленный для использования с системой (100) обнаружения для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, причем упомянутый компонент (300) датчика содержит
- по меньшей мере одно первое вместилище (1), содержащее поверхность (4) обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1) не содержит меток до использования системы обнаружения,
- по меньшей мере одно второе вместилище (2), содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку (5), причем упомянутая по меньшей мере одна электрическая метка относится к меткам, имеющим обнаружимое свойство заряда, свойство диэлектрика, свойство переноса заряда или свойство создания заряда, для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка (5) выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью,
причем компонент (300) датчика выполнен с возможностью транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки (5) из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища (2) в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище (1) с использованием магнитного и/или электрического поля, при этом система обнаружения содержит устройство (9) управления потоком текучей среды для создания потока в направлении от первого вместилища (1) ко второму вместилищу (2).
| WO 00/79276 А1, 28.12.2000 | |||
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
| СПОСОБ АНАЛИЗА СМЕСИ БИОЛОГИЧЕСКИХ И/ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2000 |
|
RU2166751C1 |
