Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка является родственной предварительной заявке на патент США 60/826678, поданной 22 сентября 2006 года; продолжению в США Международной заявки на патент РСТ/ЕР2005/004923, поданной 6 мая 2005 года, в которой указаны Соединенные Штаты и которая испрашивает приоритет по заявке на патент Германии DE 10 2004 022 263, поданной 6 мая 2004 года, продолжению в США, имеющему серийный №11/593021 и поданному 6 ноября 2006 года. Международной заявки на патент РСТ/ЕР2006/068153, поданной 6 ноября 2006 года, в которой указаны Соединенные Штаты и которая испрашивает приоритет по заявке на патент Германии DE 10 2005 052 752, поданной 4 ноября 2005 года, заявке РСТ/ЕР2006/068155, поданной 6 ноября 2006 года и испрашивающей приоритет по заявке на патент Германии DE 10 2005 052 713, поданной 4 ноября 2005 года, предварительной заявке на патент США 60/867019, поданной 22 ноября 2006 года, предварительной заявке на патент США 60/915884, поданной 3 мая 2007 года, предварительной заявке на патент США 61/036537, поданной 14 марта 2008 года, Международной заявке на патент РСТ/ЕР2008/055508, поданной 5 мая 2008 года, в которой указаны Соединенные Штаты и которая испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США 60/915884, поданной 3 мая 2007 года, и предварительной заявке на патент США 61/036537, поданной 14 марта 2008 года, и предварительной заявке на патент США 61/111429, поданной 5 ноября 2008 года.
Все упомянутые выше заявки включены сюда по ссылке во всей их полноте.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к анализам (например, анализам на один или более аналитов в образце).
Предпосылки
Анализы могут осуществляться для определения присутствия одного или более аналитов в образце. Для осуществления множественных анализов (например, на каждый из множества различных аналитов) на образце могут использоваться массивы. Типичные массивы включают в себя подложку, имеющую множество разнесенных друг от друга зон исследования, каждая из которых имеет различное соединение-зонд, такое как полинуклеотид, антитело или белок. При использовании массив приводят в контакт с образцом, который затем взаимодействует с участками массива. Для каждого участка такое взаимодействие может включать, например, связывание соответствующего аналита с соединениями-зондами этого участка и/или химическую реакцию между соответствующим аналитом и соединениями-зондами. Реакция приводит к получению детектируемого продукта (например, осадка). Присутствие и степень взаимодействия зависят от того, присутствует ли в образце соответствующий аналит.
Как правило, взаимодействие детектируют оптически (например, с помощью флуоресценции). Например, оптическое детектирование может осуществляться с использованием детектора изображений (например, ПЗС), имеющего множество светочувствительных элементов (например, пикселей), разнесенных друг от друга в по меньшей мере одном измерении (например, в двух). Каждый из светочувствительных элементов располагается для приема света от различного пространственного местоположения подложки. Таким образом, свет, одновременно детектируемый с помощью множества светочувствительных элементов, может объединяться с образованием данных изображения в по меньшей мере одном измерении (например, в двух) подложки. Данные изображений могут оцениваться для определения присутствия и/или степени взаимодействия на множестве участков массива.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к анализам (например, к анализам на множество аналитов в образце).
В одном из аспектов способ включает в себя:
контактирование массива разнесенных зон исследования с образцом жидкости, причем зоны исследования располагаются между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, по меньшей мере одна из подложек является гибкой, каждая зона исследования содержит соединение-зонд, предназначенное для участия в анализе на целевой аналит,
уменьшение расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек в местоположениях, соответствующих зонам исследования, и
последовательное оптическое определение наличия взаимодействия в каждой из множества зон исследования, для которых расстояние между внутренними поверхностями в соответствующем местоположении уменьшено, причем это взаимодействие в каждой зоне исследования указывает на присутствие в образце целевого аналита.
Способ может дополнительно включать в себя, для каждой из множества зон исследования, определение присутствия соответствующего аналита на основе определенного оптически взаимодействия.
Для каждой из по меньшей мере некоторых зон исследования взаимодействие в каждой из множества зон исследования может представлять собой реакцию связывания между аналитом и соединением-зондом зоны исследования.
Оптическое определение может включать в себя детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка.
Детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка может состоять по существу из детектирования света детектором нулевого порядка.
Способ может дополнительно включать в себя, для каждого из множества местоположений, для которых расстояние между внутренними поверхностями первой и второй подложек было уменьшено, последовательное увеличение расстояния между внутренними поверхностями после стадии оптического определения в зоне исследования.
Уменьшение расстояния может включать в себя последовательное уменьшение расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек в местоположениях, соответствующих зонам исследования. В этом варианте реализации способ может дополнительно включать в себя, для каждого из множества местоположений, для которых расстояние между внутренними поверхностями первой и второй подложек было уменьшено, последовательное увеличение расстояния между внутренними поверхностями после стадии оптического детектирования связывания в зоне исследования.
Оптическое определение может содержать последовательное детектирование взаимодействия в каждой из множества зон исследования, для которых расстояние между внутренними поверхностями в соответствующем местоположении уменьшено. В одном варианте реализации оптическое детектирование включает в себя одновременное детектирование света от не более чем числа N зон исследования, где N≤5, или N≤3, или N=1. Альтернативно, оптическое определение включает в себя детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка. Детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка может состоять по существу из детектирования света детектором нулевого порядка.
Оптическое детектирование может включать в себя поступательное перемещение микрожидкостного устройства по отношению к зоне оптического детектирования оптического детектора, используемого для осуществления оптического определения.
Уменьшение расстояния включает в себя поступательное перемещение микрожидкостного устройства по отношению к элементу, который прикладывает сжимающее усилие к микрожидкостному устройству. Поступательное перемещение микрожидкостного устройства по отношению к элементу может включать в себя вращение по меньшей мере части элемента.
Каждая зона исследования может быть продолговатой и задавать главную ось. Кроме того, поступательное перемещение микрожидкостного устройства может включать в себя поступательное перемещение устройства вдоль оси поступательного перемещения, в целом перпендикулярной главной оси каждой из множества зон исследования. Например, ось поступательного перемещения и главная ось множества зон исследования перпендикулярны в пределах 10° или менее или даже в пределах 5° или менее.
Кроме того, ось поступательного перемещения и главная ось большинства или даже всех зон исследования могут быть в целом перпендикулярны.
Способ может дополнительно включать в себя, в течение стадии поступательного перемещения, считывание информации, содержащейся в коде сравнения микрожидкостного устройства, и определение на основе считанной информации свойства каждой из множества зон исследования.
Определение может включать в себя определение, для каждой из множества зон исследования, величины, указывающей на то, когда зона исследования находится в зоне детектирования оптического детектора, используемого для осуществления оптического детектирования. Кроме того, определение может включать в себя определение физико-химического свойства зон исследования микрожидкостного устройства. Например, физико-химическое свойство указывает на аналит, который может быть определен каждой из множества зон исследования. Кроме того, определение может включать в себя определение идентичности реагентов, хранимых внутри микрожидкостного устройства, перед использованием.
Отношение длины вдоль главной оси к ширине вдоль перпендикулярного измерения зон исследования может составлять по меньшей мере 2,5 или даже по меньшей мере 5.
Стадия оптического детектирования может осуществляться без предварительного контактирования зон исследования с жидкостью без образца после стадии контактирования.
Оптическое определение может включать в себя возбуждение и детектирование флуоресценции от зон исследования.
В другом аспекте способ включает в себя:
контактирование массива разнесенных зон исследования с образцом, причем зоны исследования располагаются между первой и второй поверхностями, каждая зона исследования содержит соединение-зонд, предназначенный для участия в анализе на соответствующий аналит,
уменьшение расстояния между внутренними поверхностями в местоположениях, соответствующих зонам исследования, и
последовательное оптическое определение результата анализа в каждой из множества зон исследования, для которых расстояние между внутренними поверхностями в соответствующем местоположении уменьшено.
Способ может дополнительно включать в себя, для каждой из множества зон исследования, определение присутствия соответствующего аналита на основе результата анализа.
Для каждой из по меньшей мере некоторых зон исследования результат анализа может указывать на реакцию связывания между аналитом и соединением-зондом зоны исследования.
Оптическое определение может включать в себя детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка.
Детектирование света от каждой из зон исследования с использованием детектора нулевого порядка может состоять по существу из детектирования света детектором нулевого порядка.
Способ может дополнительно включать в себя, для каждого из множества местоположений, для которых расстояние между внутренними поверхностями было уменьшено, последовательное увеличение расстояния между внутренними поверхностями после стадии оптического определения в зоне исследования.
Уменьшение расстояние может включать в себя последовательное уменьшение расстояния между внутренними поверхностями в местоположениях, соответствующих зонам исследования.
В другом аспекте система содержит:
считыватель микрожидкостного устройства, предназначенный для приема микрожидкостного устройства, содержащего массив разнесенных зон исследования, причем зоны исследования располагаются между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, по меньшей мере одна из подложек является гибкой, каждая зона исследования содержит соединение-зонд, предназначенное для участия в анализе на целевой аналит,
оптический детектор, предназначенный для детектирования света от по меньшей мере одной из зон исследования, когда эта по меньшей мере одна зона исследования находится в зоне детектирования микрожидкостного устройства,
средство поступательного перемещения, предназначенное для поступательного перемещения по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и зоны детектирования оптического детектора относительно друг друга,
компрессор, предназначенный для уменьшения расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек в местоположениях, соответствующих зоне детектирования оптического устройства,
процессор, предназначенный для приема сигнала от оптического детектора, причем сигнал характеризует свет, детектированный от зоны исследования.
Система может быть предназначена для одновременного оптического детектирования света от не более чем числа N зон исследования, где N≤5, или N≤3, или N=1.
Детектор может представлять собой флуоресцентный детектор.
В другом аспекте устройство анализа содержит первую и вторую подложки, образующие между собой канал, по меньшей мере одна из подложек является гибкой, канал содержит массив разнесенных зон исследования, каждая зона исследования содержит соединение-зонд, предназначенное для участия в анализе на целевой аналит.
В другом аспекте изделие производства содержит:
подложку и
множество продолговатых зон исследования, причем каждая зона исследования содержит соответствующее соединение-зонд, предназначенное для участия в анализе на целевой аналит, каждая зона исследования задает главную ось и перпендикулярную ей ширину, и главные оси зон исследования являются в целом параллельными.
В другом аспекте устройство содержит картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход с матрицей; и область детектирования, находящуюся в проточном сообщении с капиллярным входом; и микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала.
Устройство может дополнительно содержать контрольный элемент.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
В другом аспекте устройство содержит картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом, микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и контрольный элемент.
Вход или область входа может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
В другом аспекте устройство содержит картридж, включающий в себя микрожидкостной канал, содержащий первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами область входа, область детектирования, находящуюся в проточном сообщении с областью входа, и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала; и микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала.
Устройство может дополнительно содержать контрольный элемент.
Вход или область входа может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте система содержит картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход с матрицей и область детектирования в проточном сообщении со входом, микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и флуоресцентный детектор, включающий в себя источник света, конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более.
Система может дополнительно содержать контрольный элемент.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала. В другом аспекте система содержит картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом, микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; контрольный элемент; и флуоресцентный детектор, содержащий источник света; конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более.
Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
В другом аспекте система содержит картридж, имеющий микрожидкостной канал, содержащий первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами область входа, область детектирования в проточном сообщении с областью входа и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала; микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и флуоресцентный детектор, содержащий источник света; конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более.
Вход или область входа может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
Система может дополнительно содержать контрольный элемент.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в капиллярный вход микрожидкостного канала, причем капиллярный вход имеет матрицу с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой; формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости; и приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду.
Микрожидкостной канал может содержать контрольный элемент и/или может быть связанным с контрольным элементом.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
Способ может дополнительно включать в себя мечение аналита первым флуоресцентным антителом и вторым флуоресцентным антителом, причем первое и второе флуоресцентные антитела имеют различные длины волн испускания.
Способ может дополнительно включать в себя детектирование аналита, включающее в себя регистрацию первого изображения аналита на длине волны испускания первого флуоресцентного антитела; регистрацию второго изображения аналита на длине волны испускания второго флуоресцентного антитела; и сравнение первого и второго изображений.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостной канал, содержащий контрольный элемент и/или связанный с контрольным элементом, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости; и приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду.
Микрожидкостной канал может содержать вход. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
Способ может дополнительно включать в себя мечение аналита первым флуоресцентным антителом и вторым флуоресцентным антителом, причем первое и второе флуоресцентные антитела имеют различные длины волн испускания.
Способ может дополнительно включать в себя детектирование аналита, включающее в себя регистрацию первого изображения аналита на длине волны испускания первого флуоресцентного антитела; регистрацию второго изображения аналита на длине волны испускания второго флуоресцентного антитела; и сравнение первого и второго изображений.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в первый конец микрожидкостного канала, содержащего первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой; формирование контура текучей среды так, что отверстие закрывается и транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости; и приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду.
Микрожидкостной канал может содержать контрольный элемент и/или может быть связанным с контрольным элементом.
Микрожидкостной канал может дополнительно содержать вход или область входа. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостной канал, содержащий капиллярный вход с матрицей, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, причем образец жидкости содержит множество частиц, формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостной канал может содержать контрольный элемент и/или может быть связанным с контрольным элементом.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостной канал с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, причем образец жидкости содержит множество частиц, при этом упомянутый микрожидкостной канал содержит контрольный элемент и/или связан с контрольным элементом; формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостной канал может содержать вход. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
Микрожидкостной канал может содержать первый конец и второй конец, причем между этими первым и вторым концами могут располагаться капиллярный вход, область детектирования и по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в первый конец микрожидкостного канала, содержащего первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой; формирование контура текучей среды так, что отверстие закрывается и транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостной канал может содержать контрольный элемент и/или может быть связанным с контрольным элементом.
Микрожидкостной канал может содержать вход или область входа. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в сквозной канал капилляра; и введение по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства, как охарактеризовано здесь выше, посредством уменьшения давления, действующего на границу раздела образец жидкости - газ образца жидкости.
Способ может дополнительно включать в себя, после стадии введения образца жидкости в сквозной канал капилляра, подсоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
Уменьшение давления может осуществляться посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети для вытеснения из нее газа и последующей декомпрессии этой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
Микрожидкостная сеть может по меньшей мере отчасти быть образована первой и второй в целом планарными подложками и между ними, причем по меньшей мере одна из подложек является деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети, и при этом упомянутая по меньшей мере одна подложка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
Кроме того, микрожидкостная сеть может по меньшей мере отчасти быть образована микрожидкостным каналом, включающим в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом, и микрожидкостной путь течения в проточном сообщении с областью детектирования, причем микрожидкостной путь течения имеет стенку, являющуюся по меньшей мере частично деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия по меньшей мере части микрожидкостного пути течения, и эта стенка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостного пути течения.
Способ может дополнительно включать в себя объединение образца жидкости с одним или более реагентами, присутствующими внутри микрожидкостной сети, с образованием смеси. Смесь может содержать по меньшей мере 90% образца жидкости, который ввели в микрожидкостную сеть.
Один или более реагентов могут включать в себя детектируемую метку, которая реагирует с образцом с образованием комплекса, включающего в себя метку и аналит, присутствующий в образце.
Детектируемая метка может также реагировать с аналитами, иммобилизованными внутри микрожидкостного канала.
Способ может дополнительно включать в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует в зоне детектирования микрожидкостного устройства.
Способ может дополнительно включать в себя вытеснение порции образца жидкости из зоны детектирования и введение другой порции образца жидкости в зону детектирования и оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в этой другой порции.
Способ может дополнительно включать в себя осуществление стадии вытеснения порции и введение другой порции посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети, причем сжатая часть по меньшей мере частично смещается вдоль сети из зоны детектирования. Сжатие этой части может включать в себя сжатие первой части микрожидкостной сети и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль микрожидкостной сети на величину, достаточную для осуществления стадий вытеснения и введения.
Способ может дополнительно включать в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции, без предварительного полного снятия сжатия микрожидкостной сети.
Способ может дополнительно включать в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество оптически детектируемых шариков, иммобилизованных в микрожидкостном канале.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в капиллярный вход микрожидкостной сети, причем капиллярный вход имеет матрицу, а микрожидкостная сеть располагается между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, по меньшей мере одна из подложек является гибкой, образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством последовательного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек во множестве положений внутри микрожидкостной сети, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостная сеть может дополнительно содержать контрольный элемент и/или быть связанной с контрольным элементом.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостную сеть, расположенную между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, причем по меньшей мере одна из подложек является гибкой, образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством последовательного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек во множестве положений внутри микрожидкостной сети, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси, причем микрожидкостная сеть содержит контрольный элемент или связана с контрольным элементом.
Микрожидкостная сеть может включать в себя вход. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте способ включает в себя введение общего объема V образца жидкости в капиллярный вход микрожидкостной сети, причем капиллярный вход имеет матрицу, а микрожидкостная сеть располагается между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, причем по меньшей мере одна из подложек является гибкой, образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси внутри микрожидкостной сети, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 90% объема V образца жидкости и оптическую метку, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостная сеть может дополнительно содержать контрольный элемент и/или быть связанной с контрольным элементом.
В другом аспекте способ включает в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостную сеть, расположенную между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, причем по меньшей мере одна из подложек является гибкой, образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси в микрожидкостной сети, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 90% объема V образца жидкости и оптическую метку, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси, причем микрожидкостная сеть содержит контрольный элемент или связана с контрольным элементом.
Микрожидкостная сеть может включать в себя вход. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте устройство предназначено для осуществления способа, как охарактеризовано здесь выше.
В другом аспекте капилляр содержит матрицу, причем упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом или образцом с образованием комплекса, содержащего эту метку.
Еще в одном аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостную сеть через капиллярный канал, причем капиллярный канал содержит матрицу, при этом упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом или образцом с образованием комплекса, содержащего эту метку.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости в микрожидкостную сеть, причем образец жидкости содержит первый набор множества частиц, при этом упомянутый микрожидкостной канал содержит контрольный элемент, включающий в себя второй набор частиц, и/или связан с таким контрольным элементом; формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку; формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из первого набора множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из второго набора множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостная сеть может содержать вход. Вход может представлять собой капиллярный вход. Капиллярный вход может содержать матрицу.
В другом аспекте способ включает в себя введение образца жидкости, содержащего множество частиц, в капиллярный вход микрожидкостной сети, причем капиллярный вход содержит матрицу, содержащую оптические метки; по меньшей мере частичное растворение матрицы в образце жидкости с формированием тем самым смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку; формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Микрожидкостная сеть может дополнительно содержать контрольный элемент и/или быть связанной с контрольным элементом.
Далее будут пояснены другие примерные варианты реализации устройств и способов (например, устройств, систем, капилляров и способов детектирования аналита).
Устройство или система могут дополнительно содержать колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с капиллярным входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя капиллярный вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
Колпачок и картридж могут быть предназначены для необратимого закрывания после формирования контура текучей среды.
Альтернативно, колпачок может быть гибко прикреплен к картриджу.
Кроме того, колпачок и картридж могут быть предназначены для зацепления в первом относительном положении так, что колпачок может быть снят, и для зацепления во втором относительном положении так, что колпачок может быть необратимо закрыт после формирования контура текучей среды.
В некоторых вариантах реализации устройство или система, как описано выше, может содержать по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала. Такое отверстие или вентиляционное отверстие может располагаться между областью детектирования и областью входа.
Отверстие может обеспечивать проточное сообщение внутреннего конца области входа с окружающим газом, например атмосферой, окружающей микрожидкостной канал, или устройство, или систему. Внутренний конец области входа является противоположным наружному концу области входа, который приспособлен для приема образца. Например, вентиляционное отверстие может находиться в проточном сообщении с окружающей текучей средой или окружающим газом, окружающими микрожидкостной канал и/или картридж.
Отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала, или вентиляционное отверстие может быть предназначено для удаления газа из микрожидкостного канала, например, во время заполнения устройства образцом.
Кроме того, вентиляционное отверстие может представлять собой отверстие в стенке, окружающей микрожидкостной канал. Отверстие может представлять собой, например, дыру сквозь стенку микрожидкостного канала. Такая дыра может обеспечивать проточное сообщение внутреннего конца области входа с окружающим воздухом.
Кроме того, вентиляционное отверстие может быть закрываемым. В некоторых вариантах реализации отверстие будет закрываться после того как капиллярный вход заполнен образцом.
Область входа или вход, или капиллярный вход, может быть перемещаемой (ым) внутри микрожидкостного канала, например, по отношению к отверстию. Например, область входа может быть перемещаемой вдоль продольной оси микрожидкостного канала. В одном варианте реализации область входа, приспособленная для приема образца, может быть выполнена таким образом, что перемещение области входа внутри микрожидкостного канала позволит закрывать вентиляционное отверстие.
В некоторых вариантах реализации отверстие в первом относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала находится в проточном сообщении с областью входа, а во втором относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала закрыто. Например, устройство может дополнительно содержать колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с областью входа, причем колпачок выполнен так, что закрывание колпачка перемещает область входа из первого относительного положения внутри микрожидкостного канала во второе относительное положение внутри микрожидкостного канала с формированием замкнутого контура текучей среды, включающего в себя область входа, область детектирования и микрожидкостной путь течения.
В других вариантах реализации вентиляционное отверстие может быть предназначено для введения газа в микрожидкостной канал, и/или для удаления жидкости из него, и/или для введения жидкости в микрожидкостной канал.
Область детектирования может быть ограничена по меньшей мере одной поверхностью картриджа и по меньшей мере одной поверхностью крышки. Крышка может содержать прозрачную пленку поверх области детектирования. Кроме того, крышка может быть адгезивно прикреплена к картриджу.
Часть контура текучей среды может быть образована упругодеформируемой стенкой.
Приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости может включать в себя сжатие упругодеформируемой стенки.
В некоторых вариантах реализации микрожидкостной канал содержит капиллярный вход с матрицей. Матрица может содержать реагенты, необходимые для обработки образца. Например, матрица может представлять собой трехмерную среду с реагентами.
Например, матрица может содержать реагенты, выбранные из группы, состоящей из детектируемой метки, которая может реагировать с аналитом с образованием комплекса, включающего в себя эту метку, ингибитора коагуляции и стабилизирующего агента. Например, матрица может содержать антитела, меченные флуоресцентным красителем и имеющие сродство к подлежащим детектированию антигенам в образце.
Кроме того, матрица может быть по меньшей мере частично пористой, и/или по меньшей мере частично аморфной, и/или по меньшей мере частично проницаемой для текучих сред, и/или по меньшей мере частично дисперсной. Кроме того или альтернативно, матрица может иметь подобную фильтрационному остатку, или осадку вещества, или комку структуру. Матрица может также представлять собой проточную среду.
Матрица может быть по меньшей мере частично растворимой в образце. Например, матрица может содержать один или более реагентов, которые являются по меньшей мере частично или даже полностью растворимыми в образце жидкости, такой как кровь. Например, детектируемая метка, ингибитор коагуляции и/или стабилизирующий агент могут быть по меньшей мере частично растворимыми в образце.
Кроме того или альтернативно, матрица может содержать полученные сушкой вымораживанием реагенты. Другими словами, матрица может представлять собой лиофилизат, содержащий один или более реагентов, таких как реагенты, описанные здесь. Например, полученные сушкой вымораживанием реагенты могут быть по меньшей мере частично или даже полностью растворимыми в образце жидкости, такой как кровь. Кроме того, детектируемая метка, ингибитор коагуляции и/или стабилизирующий агент могут быть получены сушкой вымораживанием.
Кроме того или альтернативно, матрица может простираться по существу по всей площади поперечного сечения капиллярного входа. Например, матрица по меньшей мере частично контактирует с внутренней поверхностью капиллярного входа по всей площади поперечного сечения капилляра.
Кроме того или альтернативно, матрица может не простираться по всей длине капиллярного входа. Длину капилляра определяют по оси, перпендикулярной оси поперечного сечения капилляра.
Образец может выбираться по желанию, исходя из подлежащих определению аналитов. Примерные образцы включают образцы жидкости, такие как вода, водные растворы, органические растворы, неорганические растворы, телесные жидкости людей и других животных, например мочу, мокроту, слюну, спинномозговую жидкость, цельную кровь (например, венозную цельную кровь) и полученные из крови материалы, такие как плазма и сыворотка. В одном варианте реализации образец жидкости может представлять собой кровь.
Подлежащие определению аналиты могут выбираться по желанию. Например, аналиты могут относиться к медицине (например, диагностике), исследованиям (например, исследованию лекарственных средств), промышленности (например, мониторинг качества воды или пищевых продуктов) или криминалистике. Примерные подлежащие определению аналиты включают маркеры (например, диагностические маркеры или предикативные маркеры) физиологических состояний, таких как заболевания. Такие маркеры включают сердечные маркеры (например, натрийуретические пептиды и члены семейства тропонина), раковые маркеры (например, белки ядерного матрикса), генетические маркеры (например, полинуклеотиды), маркеры сепсиса, нейрологические маркеры и маркеры, указывающие на патогенные состояния. Аналиты могут указывать на присутствие патогенов (например, бактерий, вирусов или грибков).
В типичном варианте реализации один или более из аналитов содержат частицы, такие как вирусы, бактерии, клетки, грибки или споры. Например, может детектироваться любая из частиц, описанных в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153 (которая включена сюда по ссылке во всей ее полноте). Примеры встречающихся в природе частиц включают, среди прочего, прокариотические клетки (например, бактериальные клетки, такие как Escherichia coli или Bacillus subtilis), эукариотические клетки (например, клетки дрожжей, такие как Saccharomyces cerevisiae, клетки насекомых, такие как клетки Sf9 или High 5, иммортализованные линии клеток, такие как клетки HeLa или Cos, и первичные клетки, такие как клетки крови млекопитающих) или вирусы (например, частицы фагов, такие как М13 или фаг Т7). В одном из вариантов реализации частицы могут быть клетками, такими как хелперные Т-лимфоциты, например клетки CD3+ и/или клетки CD4+.
Метки, или соединения-зонды, или захватывающие молекулы, или остатки могут выбираться по желанию, исходя из подлежащих определению аналитов. Подходящие метки или соединения-зонды для определения присутствия аналита описаны в предварительной заявке на патент США 60/826678, поданной 22 сентября 2006 года, которая включена по ссылке во всей ее полноте. Метка, или захватывающая молекула, или зонд, или молекула-зонд, или молекулярный зонд, как понимается, обозначает молекулу или комплекс, которая(ый) используется для детектирования других молекул из-за особенного характерного поведения при связывании или особенной реакционно-способности. Примерные соединения-зонды включают биополимеры, такие как пептиды, белки, антигены, антитела, углеводы, нуклеиновые кислоты и/или их аналоги, и/или смешанные полимеры упоминаемых выше биополимеров.
Детектируемые маркеры, или метки, или остатки, которые могут использоваться, включают любое соединение, которое непосредственно или опосредованно генерирует детектируемое соединение или сигнал при химическом, физическом или ферментативном взаимодействии. Предпочтительно, метки могут выбираться, среди прочего, из ферментативных меток, оптических меток, окрашенных меток, флуоресцентных меток, хромогенных меток, люминесцентных меток, радиоактивных меток, гаптенов, биотина, комплексов металлов, металлов и коллоидного золота, при этом флуоресцентные метки являются особенно предпочтительными. Все эти типы меток хорошо установлены в данной области. Пример физического взаимодействия, которое опосредуется такими метками, представляет собой испускание флуоресценции. Следовательно, оптические метки могут представлять собой флуоресцентные метки.
Способы могут дополнительно включать в себя мечение аналита первой оптической меткой и второй оптической меткой, причем первая и вторая оптические метки являются различными. Первая и вторая оптические метки могут представлять собой первую и вторую флуоресцентные метки, которые имеют различные длины волн испускания. Метка может представлять собой антитело. Например, способ может дополнительно включать в себя мечение аналита первой оптической меткой флуоресцентного антитела и второго флуоресцентного антитела, причем первое и второе флуоресцентные антитела имеют различные длины волн испускания.
Например, для детектирования числа хелперных Т-лимфоцитов в образце жидкости матрица может содержать антитело анти-СD4+, меченное первым флуоресцентным красителем (такое как фикоэритрин), и антитело анти-СD3+, меченное вторым флуоресцентным красителем, таким как (фикоэритрин-Су5), соли и стабилизирующие реагенты, и тому подобное.
Детектирование аналита может включать в себя регистрацию первого изображения аналита на длине волны испускания первого флуоресцентно антитела; регистрацию второго изображения аналита на длине волны испускания второго флуоресцентного антитела; и сравнение первого и второго изображений.
В некоторых вариантах реализации системы могут включать в себя детектор флуоресценции, например камеру. Кроме того или альтернативно, детектор флуоресценции может включать в себя один или более селективных эмиссионных фильтров.
В некоторых вариантах реализации при детектировании аналита в образце используют один или более контрольных элементов. Например, контрольный элемент, который может представлять собой элемент устройств или систем, описываемых здесь, может представлять собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из (i) аналита, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (ii) оптически детектируемого шарика, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (iii) средства для определения объема микрожидкостного канала, (iv) средства для определения фоновой флуоресценции в микрожидкостном канале и (v) средства для обнаружения заполнения микрожидкостного канала.
Например, аналит и/или оптически детектируемый шарик могут быть иммобилизованы внутри области детектирования.
Аналиты, иммобилизованные внутри микрожидкостного канала, могут действовать в качестве положительного контроля подлежащих детектированию аналитов. Другими словами, аналит, иммобилизованный внутри микрожидкостного канала, может соответствовать аналиту, который, как ожидается, должен детектироваться при анализе.
Аналит, иммобилизованный внутри микрожидкостного канала, может представлять собой частицу, например клетку. Примерные клетки представляют собой хелперные Т-лимфоциты, такие как CD3+ и/или CD4+.
В некоторых вариантах реализации способы могут дополнительно включать в себя формирование комплексов, содержащих один из аналитов, иммобилизованных внутри микрожидкостного канала, и по меньшей мере одну из оптических меток.
Оптически детектируемые шарики, иммобилизованные внутри микрожидкостного канала, могут быть оптически детектируемыми без мечения детектируемой меткой или остатком. Например, оптически детектируемые шарики, иммобилизованные внутри микрожидкостного канала, могут представлять собой флуоресцентные шарики.
Способы могут дополнительно включать в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси. Например, в каждой смеси микрожидкостного устройства частицы, если они присутствуют, могут объединяться с детектируемой меткой с образованием комплексов. По прошествии подходящего периода инкубирования, позволяющего пройти формированию комплексов, присутствие комплексов детектируют. Примеры детектирования комплексов описаны в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153, которая включена по ссылке во всей ее полноте.
Общий объем множества различных порций может составлять по меньшей мере 90% от объема образца жидкости, введенного в микрожидкостное устройство.
Способы могут дополнительно включать в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостное устройство, причем общий объем смеси может составлять по меньшей мере примерно 90% или по меньшей мере примерно 95% от объема V.
Способы могут дополнительно включать в себя детектирование комплексов, присутствующих в пределах по меньшей мере 10% от общего объема смеси, например, в пределах от 10% до 90%, от 15% до 50% или от 20% до 30% от общего объема смеси.
Микрожидкостной канал может включать в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом. Кроме того, микрожидкостной канал может представлять собой микрожидкостной канал микрожидкостного устройства.
Способы могут дополнительно включать в себя, перед введением образца жидкости в микрожидкостной канал, введение образца жидкости в сквозной канал капилляра или капиллярный вход.
Капилляр представляет собой типично стандартный капилляр (например, сквозной капилляр, такой как пластиковый капилляр). Сквозной капилляр содержит внутренний сквозной канал и первое и второе отверстия, по одному на каждом конце сквозного канала. Сквозной канал капилляра может содержать ингибитор коагуляции, такой как гепарин. Например, капилляр может быть покрыт антикоагулянтом, таким как гепарин. В общем, сквозной канал капилляра рассчитан содержать общий объем V образца жидкости. Объем V типично составляет примерно 25 мкл или менее (например, примерно 20 мкл или менее, примерно 15 мкл или менее, примерно 10 мкл или менее, примерно 5 мкл или менее). Как правило, объем V составляет примерно 1 мкл или более (например, примерно 3 или 5 или 7,5 мкл или более). В некоторых вариантах реализации капилляр может представлять собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, содержащий общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости может включать в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостной канал.
Способы могут дополнительно включать в себя, между стадиями введения образца жидкости в капиллярный вход и введения образца жидкости в микрожидкостной канал, присоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
Способы могут дополнительно включать в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри зоны детектирования или области детектирования микрожидкостного устройства.
Примерный анализ для детектирования частиц, таких как клетки, в образце жидкости описан, например, в WO 2007/051861, которая включена по ссылке во всей ее полноте. Как описано в WO 2007/051861, детектирование может иметь место в микрожидкостном канале. Таким образом, микрожидкостной канал является по меньшей мере частично оптически прозрачным. Например, микрожидкостной канал может быть покрыт по меньшей мере частично оптически проницаемым слоем.
Введение образца жидкости может осуществляться посредством сжатия упругодеформируемой стенки. Сжатие упругодеформируемой стенки может включать в себя сжатие первой части контура текучей среды и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль контура текучей среды на величину, достаточную для осуществления стадий вытеснения и введения.
Способы могут дополнительно включать в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции, с предварительным полным снятием сжатия.
Способы могут дополнительно включать в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостной канал, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
В некоторых вариантах реализации область детектирования микрожидкостного канала не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
Кроме того, по меньшей мере часть внутренней поверхности микрожидкостного канала может быть гидрофобной.
Способы могут дополнительно включать в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует микрожидкостное устройство.
Фиг.2 представляет собой вид сбоку микрожидкостного устройства по фиг.1.
Фиг.3а показывает виды сверху двух зон исследования микрожидкостного устройства по фиг.1.
Фиг.3b-3g иллюстрируют способ формирования зоны исследования по фиг.3а.
Фиг.4 и 5 представляют собой виды сбоку системы, предназначенной для эксплуатации микрожидкостного устройства по фиг.1.
Фиг.5 представляет собой только частичный вид сбоку.
Фиг.6 иллюстрирует данные интенсивности флуоресценции как функцию положения вдоль канала микрожидкостного устройства по фиг.1.
Фиг.7 иллюстрирует микрожидкостное устройство.
Фиг.8а и 8b, каждая, представляют собой виды сверху двух зон исследования микрожидкостного устройства по фиг.7.
Фиг.9 иллюстрирует микрожидкостное устройство.
Фиг.10а представляет собой вид сбоку в разрезе микрожидкостного устройства по фиг.9, а также иллюстрирует капиллярную трубку, содержащую материал образца жидкости.
Фиг.10b иллюстрирует микрожидкостное устройство по фиг.10а с капиллярной трубкой, которая была соединена с входом микрожидкостного устройства, причем образец жидкости не был введен в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства.
Фиг.10с иллюстрирует микрожидкостное устройство по фиг.10с с частью образца жидкости, которая была вытянута из капилляра с образцом в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства.
Фиг.10d иллюстрирует микрожидкостное устройство по фиг.10с, при этом стадия вытягивания образца жидкости из капилляра с образцом в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства была завершена.
Фиг.10е иллюстрирует микрожидкостное устройство по фиг.10d, при этом часть образца жидкости была перемещена на расстояние Δl вдоль длины микрожидкостной сети.
Фиг.10f иллюстрирует микрожидкостное устройство по фиг.10е и детектирование аналита, присутствующего в части образца жидкости.
Фиг.11 иллюстрирует рабочую систему для эксплуатации микрожидкостного устройства по любой из фиг.1, 7 и 9. Рабочая система может включать в себя любой из признаков или все признаки рабочей системы по фиг.4 и 5.
Фиг.12a-12d показывают схематическое изображение контура текучей среды.
Фиг.13a-13b показывают виды с вырезом картриджа, имеющего контур текучей среды.
Фиг.14a-14b показывают виды с вырезом детектора флуоресценции.
Фиг.15 показывает схему оптического пути детектора.
Фиг.16a-16b показывают изображения анализа по подсчету клеток с использованием детектора флуоресценции.
Фиг.17 показывает наложение двух изображений, полученных от анализа по подсчету клеток с использованием детектора флуоресценции.
Фиг.18А-18С иллюстрируют матрицу, включенную в капилляр (А), и стадию по меньшей мере частичного растворения матрицы после контактирования матрицы с каплей жидкости (В и С).
Фиг.19 иллюстрирует заполнение устройства подсчета клеток (стадии 1-7). Примерные контрольные элементы, содержащиеся в микрожидкостном канале, изображены как пустые кружки.
Фиг.20 и 21 показывают примерные варианты реализации устройства, имеющего микрожидкостной канал с вентиляционным отверстием в открытом (фиг.20) и закрытом (фиг.21) состоянии.
Фиг.22-24 показывают дополнительные примерные варианты реализации устройства, имеющего микрожидкостной канал с вентиляционным отверстием. Фиг.22 показывает вентиляционное отверстие в открытом состоянии, а фиг.23 - в закрытом состоянии. Фиг.24 представляет собой вид сверху первого конца капиллярного входа.
Подробное описание
Способ анализа образца для определения присутствия (например, качественного и/или количественного) множества аналитов включает в себя введение образца в канал микрожидкостного устройства. Микрожидкостное устройство может иметь единственный канал или множество каналов, в зависимости от конструкции и сложности анализа. В некоторых вариантах реализации канал может быть образован между противоположными внутренними поверхностями первой и второй подложек устройства.
Как правило, устройство для осуществления анализов может содержать микрожидкостной путь течения, который ограничен по меньшей мере одной деформируемой поверхностью. Например, когда микрожидкостной путь течения образован между противоположными внутренними поверхностями первой и второй подложек устройства, вторая подложка может быть относительно гибкой по сравнению с первой подложкой. В другом примере часть микрожидкостного пути течения может включать в себя сжимаемую зону. Сжимаемая зона может представлять собой отрезок контура текучей среды, вдоль которого по меньшей мере одна стенка контура является сжимаемой или деформируемой. Когда к этой деформируемой поверхности прикладывают локализованное сжимающее усилие, поверхность деформируется. При достаточном усилии деформируемая поверхность может сжиматься до такой степени, что она перекрывает микрожидкостной путь течения. Перемещение местоположения деформации поверхности относительно микрожидкостного пути течения может перемещать жидкость внутри микрожидкостного пути течения, в особенности, когда деформируемая поверхность сжимается до такой степени, что она перекрывает микрожидкостной путь течения.
В некоторых вариантах реализации вторая подложка может быть относительно гибкой по сравнению с первой подложкой. Множество зон исследования могут быть разнесены друг от друга вдоль канала. Каждая зона исследования включает в себя иммобилизованное соединение-зонд, предназначенное для участия в анализе на соответствующий аналит. Как правило, каждый анализ включает в себя взаимодействие соединения-зонда с соответствующим аналитом или с соответствующим комплексом, содержащим этот аналит и реагент (например, оптическую метку).
Чтобы определить результат анализа для каждой зоны исследования, внешняя поверхность второй подложки может подвергаться локализованному сжимающему усилию. Сжимающее усилие вызывает локальное уменьшение расстояния, разделяющего внутренние поверхности первой и второй подложек. Местоположение локального уменьшения расстояния перекрывается с образованной внутри канала зоной оптического детектирования. По мере того как расстояние уменьшается, подвижный материал (например, образец, несвязанные оптические зонды и/или реагенты) вытесняется из пространства между подложками в зоне детектирования. Микрожидкостное устройство поступательно перемещают, так что зоны исследования последовательно проходят через зону детектирования. Для каждой зоны исследования результат анализа определяют оптически (например, с помощью флуоресценции) по мере того как зона исследования проходит через зону детектирования. Присутствие каждого аналита определяют (например, количественно и/или качественно) на основе результата анализа.
Результаты анализа могут типично определяться без предварительного контактирования зон исследования с промывочным раствором после контактирования зон исследования с образцом.
Подлежащие определению аналиты могут выбираться по желанию. Например, аналиты могут относиться к медицине (например, диагностике), исследованиям (например, исследованиям лекарственных средств), промышленности (например, при мониторинге качества воды или пищевых продуктов) или криминалистике. Примерные подлежащие определению аналиты включают маркеры (например, диагностические маркеры или предикативные маркеры) физиологических состояний, таких как заболевание. Такие маркеры включают сердечные маркеры (например, натрийуретические пептиды и члены семейства тропонинов), раковые маркеры (например, белки ядерного матрикса), генетические маркеры (например, полинуклеотиды), маркеры сепсиса, нейрологические маркеры и маркеры, указывающие на патогенные состояния. Аналиты могут указывать на присутствие патогенов (например, бактерий, вирусов или грибков).
Соединения-зонды зон исследования могут выбираться по желанию, исходя из подлежащих определению аналитов. Примерные соединения-зонды включают полинуклеотиды, антитела и белки.
Образец жидкости может выбираться по желанию, исходя из подлежащих определению аналитов.
Примерные образцы включают воду, водные растворы, органические растворы, неорганические растворы, телесные жидкости людей и других животных, например, мочу, мокроту, слюну, спинномозговую жидкость, цельную кровь и полученные из крови материалы, такие как плазма и сыворотка.
Обращаясь к фиг.1, 2 и 4, микрожидкостное устройство 100 и рабочая система 500 могут использоваться для анализа образца с целью определения присутствия (например, качественно и/или количественно) множества аналитов. Микрожидкостное устройство 100 включает в себя первую и вторую подложки 102а, 104, образующие микрожидкостную сеть 107, включающую в себя вход 106 и, в сообщении с ним, канал 110 и резервуар 108. Множество разнесенных зон 112i исследования располагаются внутри канала 110. Каждая зона 112i исследования включает в себя один или более реагентов (например, соединений-зондов), предназначенных для участия в анализе на аналит. Канал 110 также содержит зону 117 сравнения. Устройство 100 также содержит шаблон 114 сравнения, включающий в себя множество шкал 116j. Шаблон 114 сравнения обеспечивает информацию, относящуюся к пространственным свойствам зон 112i исследования.
Рабочая система 500 содержит корпус 502b, детектор 500а, считыватель 506 шаблона сравнения и процессор в сообщении с детектором 500а и считывателем 508а шаблона. Детектор 500а представляет собой оптический детектор флуоресценции, который детектирует взаимодействие между образцом и зонами 112i исследования. Детектор 500а содержит источник 505 света (например, светоизлучающий диод или лазерный диод) и светочувствительный детектор 552 нулевого порядка (например, фотоэлектронный умножитель или фотодиод, такой как лавинный фотодиод). Считыватель 506 шаблона сравнения считывает шаблон 114 сравнения устройства 100 во время работы системы 500.
Теперь микрожидкостное устройство 100 и система 500 будут обсуждаться более подробно.
Первая подложка 102а типично является оптически проницаемой (например, прозрачной) по отношению к длине волны света, используемого для возбуждения и детектирования флуоресценции от флуоресцентных меток. Например, первая подложка 102а может пропускать по меньшей мере примерно 75% (например, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%) падающего света в по меньшей мере одном диапазоне длин волн между примерно 350 нм и примерно 800 нм. Первая подложка 102а может быть сформирована, например, из полимера, стекла или диоксида кремния. Вторая подложка 104 типично сформирована из изгибаемого или гибкого материала (например, эластомерного полимера). Первая подложка 102а может быть менее гибкой, чем вторая подложка 104. Например, первая подложка 102а может быть по существу жесткой (например, достаточно жесткой для облегчения манипуляций устройством 100).
Канал 110 представляет собой капиллярный канал. Образец 113, нанесенный на вход 106, мигрирует вдоль канала 110 под действием капиллярной силы. Канал 110 ориентирован вдоль главной оси а1. Резервуар 108 содержит вентиляцию 111 для предотвращения накопления газа перед образцом.
Каждая зона 112i исследования типично содержит реагент (например, соединение-зонд), предназначенный для обеспечения детектируемого взаимодействия в присутствии аналита. Взаимодействие может включать в себя, например, связывание соответствующего аналита с соединением-зондом на участке исследования и/или химическую реакцию между соответствующим аналитом и соединением-зондом. Взаимодействие приводит к образованию детектируемого продукта (например, осадка). Примерные соединения-зонды включают белки, антитела и полинуклеотиды. Подходящие соединения-зонды для определения присутствия аналита описаны в предварительной заявке на патент США 60/826678, поданной 22 сентября 2006 года, которая включена по ссылке во всей ее полноте.
Обращаясь также к фиг.3а, каждая зона 112i исследования является продолговатой, имея главную ось а2, ориентированную в целом перпендикулярно главной оси а1 канала 110. Как правило, отношение длины вдоль главной оси а2 к ширине w вдоль перпендикулярного измерения зон 112 исследования составляет по меньшей мере 2,5 (например, по меньшей мере 5). Длина вдоль оси а2 типично составляет по меньшей мере примерно 200 мкм (например, по меньшей мере примерно 350 микрон) и типично примерно 2000 мкм или менее (например, примерно 1000 мкм или менее, примерно 750 мкм или менее). Ширина w типично составляет по меньшей мере примерно 25 мкм (например, по меньшей мере примерно 50 микрон) и типично примерно 500 мкм или менее (например, примерно 250 мкм или менее, примерно 150 мкм или менее). В примерном варианте реализации зоны 112 исследования составляют примерно 500 мкм в длину и примерно 100 мкм в ширину.
Как видно на фиг.2, зоны 112i исследования разнесены от соседних зон исследования на расстоянии d7 вдоль канала 110. Расстояние d7 между зонами 112i исследования дополнительно обсуждается ниже в связи с зоной детектирования детектора 500а.
Зоны 112i исследования могут формироваться по желанию. Как правило, реагенты приводят в контакт с первой подложкой. Затем реагенты и подложку относительно перемещают вбок с формированием продолговатой зоны исследования.
Обращаясь к фиг.3b-3g, способ формирования зон 112i исследования включает в себя распределение реагентов из капиллярной пипетки 400 на первую подложку 102а. На фиг.3b, некоторое количество (например, между примерно 2 и 8 нл, между примерно 3 и 5 нл) раствора 402 реагента, содержащего одно или более соединений-зондов, вводят в дальний кончик 404 капилляра капиллярной пипетки. Дальний кончик 404 типично имеет диаметр примерно между 80 и 120 мкм (например, примерно 100 мкм). Раствор 402 реагента и первая подложка 102а вначале разделены (например, не находятся в контакте) расстоянием d1. Как правило, d1 составляет по меньшей мере примерно 250 мкм (например, примерно 500 мкм).
На фиг.3с кончик 404 и первую подложку 102а приводят к меньшему расстоянию d2 между ними, так что раствор 402 реагента вступает в контакт с некоторым местоположением первой подложки 102а. При меньшем расстоянии d2 между ними дальний кончик 404 находится вблизи местоположения первой подложки 102а (например, касается ее, так что d2 равно нулю). Дальний кончик 404 и первую подложку 102а поддерживают в течение некоторого времени (например, примерно 1 секунду или менее, примерно 0,5 секунды или менее, примерно 0,25 секунды или менее) на расстоянии d2 между ними в прилегающем (например, соприкасающемся) положении. В некоторых вариантах реализации время, в течение которого дальний кончик 402 поддерживают в прилегающем (например, соприкасающемся) положении, неотличимо от нуля.
На фиг.3d дальний кончик 404 и первую подложку 102а перемещают до промежуточного расстояния d3 между ними, при котором дальний кончик 404 и подложка остаются соединенными раствором 402 реагента в дальнем кончике 404. Как правило, промежуточное расстояние d3 между ними составляет по меньшей мере примерно 5 мкм (например, по меньшей мере примерно 10 мкм) и примерно 30 мкм или менее, примерно 25 мкм или менее. В примерном варианте реализации промежуточное расстояние d3 между ними составляет примерно 20 мкм.
На фиг.3е дальний кончик 404 и первую подложку 102а поддерживают на промежуточном расстоянии d3 между ними в течение некоторого времени инкубирования, так что по меньшей мере часть (например, по меньшей мере примерно 10%, по меньшей мере примерно 25%, по меньшей мере примерно 40%) раствора 402 реагента в дальнем кончике испаряется, так что остается только оставшаяся часть 402′ раствора 402 реагента. Как правило, испаряется только примерно 75% или менее (например, примерно 50% или менее) раствора 402 реагента, оставляя остающийся раствор 402′. Время инкубирования зависит от природы раствора 402 (например, от концентрации соединения-зонда и давления паров растворителя) и от окружающей дальний кончик 404 среды (например, относительной влажности и температуры). Типичные времена инкубирования дольше (например, в по меньшей мере 5 раз дольше, в по меньшей мере 10 раз дольше, в по меньшей мере 20 раз дольше, в по меньшей мере примерно 35 раз дольше), чем период времени, в течение которого кончик и подложка находятся в прилегающем положении d2. Примерные времена инкубирования составляют по меньшей мере примерно 5 секунд (например, по меньшей мере примерно 10 секунд, по меньшей мере примерно 20 секунд, по меньшей мере примерно 25 секунд).
На фиг.3f, по прошествии времени инкубирования на промежуточном расстоянии d3 между ними, по меньшей мере одно из дальнего кончика 404 и первой подложки 102а перемещают вбок относительно другого для распределения раствора 402′ реагента вдоль главной оси а2. На фиг.3g, при завершении бокового перемещения, дальний кончик 402 и первая подложка 102а разделены, так что они больше не соединены раствором реагента. Например, дальний кончик 404 и первая подложка 102а могут быть возращены к начальному расстоянию d1 между ними. Этот способ можно повторить (например, с использованием другого раствора реагента) для распределения продолговатых зон исследования в каждом из множества местоположений подложки.
Как правило, вертикальное расстояние между дальним кончиком и подложкой изменяют посредством перемещения дальнего кончика относительно подложки. Как правило, боковое поступательное перемещение дальнего кончика и подложки осуществляют посредством поступательного перемещения подложки относительно дальнего кончика. Примерные растворы реагентов, соединения-зонды и распределительные устройства описаны в предварительной заявке на патент США 60/826678, поданной 22 сентября 2006 года, которая включена по ссылке во всей ее полноте.
Как видно на фиг.3а и обращаясь также к фиг.8а и 8b, способ получения продолговатых зон 112i исследования обеспечивает более однородное распределение соединений-зондов, чем способ распределения, в котором отсутствует стадия бокового перемещения дальнего кончика и подложки. Зоны 112i исследования включают первую часть 119 и вторую часть 121. Распределение соединений-зондов в первой части 119 более однородное, чем во второй части 121 или в зонах 312i исследования, которые получали без стадии бокового перемещения.
Обращаясь к фиг.1, зона 117 сравнения дает отклик, детектируемый детектором 500а, независимый от присутствия какого-либо аналита в образце. Зона 117 сравнения типично содержит флуоресцентную среду (например, полимер или иммобилизованную флуоресцентную молекулу). Зона 117 сравнения дополнительно обсуждается ниже в связи с работой системы 500.
Шкалы 116j шаблона 114 сравнения предназначены считываться считывателем 506 шаблона сравнения системы 500. Шкалы 116j состоят из магнитного материала (например, магнитной краски). Считыватель 506 шаблона может детектировать присутствие шкал 116j. Шаблон 114 сравнения дополнительно обсуждается ниже в связи с работой системы 500.
Возвращаясь к фиг.4, корпус 502b рабочей системы 500 содержит проем 510а для приема устройства 100, систему сжатия, содержащую сжимающий ролик 516а и опорные ролики 518, 520, и исполнительный механизм 512 поступательного перемещения, содержащий демпфированную пружину 514. Когда устройство 100 принято внутрь корпуса 502b, детектор 500а определяет зону 524 оптического детектирования внутри канала 110. При использовании, устройство 100 поступательно перемещают по отношению к зоне 524 детектирования. Зоны 112i исследования последовательно входят в зону детектирования и выходят из нее. Детектор 500а последовательно детектирует взаимодействие между образцом и последовательными зонами 112i исследования. Детектор 500а также воспринимает зону 117 сравнения.
Обращаясь к фиг.6, детектор 500а выдает сигнал 600 как функцию расстояния (относительного или абсолютного), на которое поступательно перемещено устройство 100. Сигнал 600 содержит пик 617, указывающий на зону 117 сравнения, и пики 612i, указывающие на взаимодействие в каждой зоне 112i. Одновременно с этим, считыватель 506 шаблона выдает сигнал 602, указывающий на шкалы 116i, как функцию расстояния, на которое поступательно перемещено устройство 100. Поскольку шкалы 116i пространственно соотносятся с зонами 112i исследования, процессор может определить, когда зона 524 детектирования совпадает с конкретной зоной исследования, даже если эта зона исследования не демонстрирует никакого сигнала (например, как для зоны 112а исследования, которая демонстрирует сигнал 612а, который является неотличимым от нуля). Зона 117 сравнения и соответствующий сигнал 617 могут использоваться поочередно или в сочетании с сигналом 602 для определения того, какие области сигнала 600 соответствуют конкретным зонам исследования.
Далее обсуждается система сжатия. При использовании, система сжатия сжимает устройство 100 для уменьшения расстояния между подложками 102а, 104 внутри канала 110. Когда устройство 100 принято внутрь корпуса 502b, внешняя поверхность 132 первой подложки 102а ориентирована к опорным роликам 518, 520, а внешняя поверхность 134 второй подложки 104 ориентирована к сжимающему ролику 516а. Расстояние d4 между опорными роликами 518, 520 и сжимающим роликом 516а меньше, чем толщина t1 (фиг.5) устройства 100. Поскольку вторая подложка 104 относительно гибкая по сравнению с первой подложкой 102а, сжимающий ролик 516а сжимает вторую подложку 104, вызывая локальное уменьшение расстояния d6 между внутренней поверхностью 103 второй подложки 104 и внутренней поверхностью 105 первой подложки 102а.
В релаксированном состоянии (например, несжатом состоянии) (фиг.2), расстояние d6 типично составляет по меньшей мере примерно 25 мкм (например, по меньшей мере примерно 50 мкм, по меньшей мере примерно 75 мкм). В несжатом состоянии расстояние d6 типично составляет примерно 500 мкм или менее (например, примерно 250 мкм или менее). В состоянии локального уменьшенного расстояния (например, локально сжатом состоянии) (зона 112е исследования на фиг.4), расстояние d6 типично составляет примерно 15 мкм или менее (например, примерно 10 мкм или менее, примерно 5 мкм или менее, например, примерно 2,5 мкм или менее). Примеры детектирования флуоресценции, осуществляемого между поверхностями, разделенными при состоянии с уменьшенным расстоянием, описаны в продолжении в США Международной заявки на патент РСТ/ЕР2005/004923, которая включена по ссылке во всей ее полноте.
Как видно на фиг.4 и 5, система сжатия уменьшила расстояние d8 внутри канала 110 только на части длины канала 110. Как правило, расстояние d8 равно примерно 5-кратному или менее (например, примерно 3-кратному или менее, примерно 2-кратному или менее, примерно такому же) расстоянию d7, разделяющему зоны 112i исследования.
Как правило, расстояние d7 является достаточно большим, чтобы зона 524 оптического детектирования, определяемая детектором 500а, охватывала не все (например, 5 или менее, 3 или менее, 2 или менее) зоны 112i исследования внутри канала 110. В примерном варианте реализации d7 является достаточно большим, чтобы ширина зоны 524 детектирования вдоль главной оси а1 канала 110 не контактировала одновременно с более чем 3 (например, не более чем двумя, не более чем одной) зонами 112i исследования. Ширина зоны 524 детектирования, перпендикулярная главной оси а1 канала 110, типично является примерно такой же или меньшей (например, составляет не более чем 75%, не более чем 50%, не более чем 30% от нее), чем длина зон 112i исследования вдоль их оси а2.
При использовании жидкость образца наносят на вход 106. Капиллярная сила втягивает образец вдоль канала 110 к резервуару 108. Жидкость образца вступает в контакт с зонами 112i исследования вдоль канала 110. Аналиты в образце взаимодействуют с соединениями-зондами зон исследования. По прошествии соответствующего времени инкубирования, устройство 100 вставляют в корпус 502b, сжимая пружину 514 исполнительного механизма 512 поступательного перемещения. Во время вставки устройства 100 сжимающий ролик 516а и опорные ролики 520 разведены, что так устройство 100 не сжато. После того как устройство 100 полностью вставлено, зона 524 детектирования расположена приблизительно перекрывающей зону 117 сравнения. Сжимающий ролик 516а локально сжимает канал 110 (фиг.5).
Когда взаимодействия между аналитами образца и зонами 112i исследования готовы к определению (например, после периода инкубирования), исполнительный механизм 512 поступательного перемещения поступательно перемещает устройство 100 по отношению к зоне 524 детектирования детектора 500а (фиг.4). Зоны 112i исследования последовательно проходят через зону 524 детектирования и освещаются светом от источника света. Сжимающий ролик 516а располагается так, что локализованное уменьшение расстояния d6 пространственно соответствует зоне 524 детектирования. Соответственно, детектор света последовательно детектирует свет от зон 112i исследования, в то время как каждая из них находится в состоянии локально уменьшенного расстояния (например, локально сжатом состоянии) (зона 112е исследования на фиг.4). Флуоресценция, исходящая от каждой зоны исследования, собирается линзой и детектируется детектором света. Последовательное локализованное уменьшение расстояния d6 и оптическое определение продолжается до тех пор, пока каждая зона исследования поступательно не переместится через зону 524 детектирования.
В дополнение к соединениям-зондам каждой зоны исследования и аналитам, в канале 110 между внутренней поверхностью 103 второй подложки 104 и внутренней поверхностью 105 первой подложки 102а присутствуют и другие материалы. Примеры таких материалов включают примеси в образце и реагенты (например, несвязанные или непрореагировавшие оптические зонды). Эти материалы типично дают фоновое испускание (например, флуоресценцию или рассеянный свет), которое не связано с взаимодействием образца с зонами 112i исследования. Интенсивность фонового испускания обычно пропорциональна количеству таких материалов, остающихся между внутренними поверхностями в местоположении, соответствующем зоне 524 детектирования. Интенсивность оптического сигнала, который указывает на взаимодействие в каждой зоне исследования, однако, пространственно локализуется вблизи этой зоны исследования. Детектор света принимает и детектирует как указывающую на взаимодействие флуоресценцию, так и фоновое испускание.
Обращаясь к фиг.9, 10а и 11, микрожидкостное устройство 700 и рабочая система 500′ могут использоваться для анализа образца с целью определения присутствия (например, качественного и/или количественного) одного или более аналитов. В типичном варианте реализации один или более аналитов содержат частицы, такие как вирусы, бактерии, клетки, грибки или споры. Например, могут детектироваться любые из частиц, описанных в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153 (которая включена по ссылке во всей ее полноте).
Микрожидкостное устройство 700 включает в себя первую и вторую подложки 702, 704, образующие микрожидкостную сеть 707, содержащую вход 706 и находящееся в сообщении с ним множество каналов 710а, 710b, 710с, каждый из которых имеет соответствующий резервуар 708а, 708b, 708с. Каждый резервуар содержит материал-реагент 735а, 735b, 735с (например, соединение-зонд), предназначенный для участия в анализе на аналит. Устройство 700 может содержать шаблон 114 сравнения, содержащий множество шкал 116j (не показанных на фиг.9, 10а, 11), которые могут быть такими же, как обсуждается выше.
Рабочая система 500′ содержит корпус 502′, детектор 504′, считыватель шаблона сравнения (не показан) и процессор в сообщении с детектором 504′ и считывателем шаблона. Детектор 504′ представляет собой оптический детектор флуоресценции, который детектирует комплексы, содержащие аналит (например, частицу) и детектируемую метку (например, оптическую метку). Примеры подходящих меток описаны в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153, которая включена по ссылке во всей ее полноте. Детектор 504′ содержит источник 505′ света (например, светоизлучающий диод или лазерный диод) и оптический детектор 552′ (например, детектор первого порядка, такой как диодная матрица, или многомерный детектор (например, детектор изображения, такой как детектор с зарядовой связью)). Оптический детектор типично и пространственно селективно детектирует свет от соответствующей зоны детектирования, определенной внутри каждого канала микрожидкостного устройства.
Теперь микрожидкостное устройство 700 и система 500′ будет обсуждаться более подробно.
Первая подложка 702 типично является оптически проницаемой (например, прозрачной) по отношению к длине волны света, используемого для возбуждения и детектирования флуоресценции от флуоресцентных меток. Например, первая подложка 702 может пропускать по меньшей мере примерно 75% (например, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%) падающего света в по меньшей мере одном диапазоне длин волн между примерно 350 нм и примерно 800 нм. Первая подложка 702 может быть сформирована, например, из полимера, стекла или диоксида кремния. Вторая подложка 704 типично сформирована из изгибаемого или гибкого материала (например, эластомерного полимера). Первая подложка 702 может быть менее гибкой, чем вторая подложка 704. Например, первая подложка 702 может быть по существу жесткой (например, достаточно жесткой для облегчения манипулирования устройством 700).
Каналы 710а-710с типично поддерживают перемещение образца жидкости в них, но типично не являются капиллярными каналами (т.е. жидкость типично не перемещается внутри каналов устройства 700 под действием капиллярных сил). Например, одна или более внутренних поверхностей каналов может быть гидрофобной для ингибирования капиллярного перемещения образца жидкости. Альтернативно или в сочетании, внутренние размеры каналов могут быть слишком большими, чтобы позволить капиллярным силам вызывать значительное перемещение в них образца. Разумеется, в некоторых вариантах реализации каналы могут представлять собой капиллярные каналы.
Устройство 700 показано с 3 каналами и соответствующим резервуаром, но типично оно имеет число N каналов и соответствующих резервуаров, где N равно по меньшей мере 1 и типично меньше чем 20.
Каждый резервуар 708i типично содержит реагент 735i (например, детектируемую метку, такую как оптическая метка), предназначенный для обеспечения детектируемого взаимодействия в присутствии аналита. Взаимодействие может включать в себя, например, связывание соответствующего аналита с меткой с образованием комплекса, содержащего аналит и одну или более из меток. Примеры таких комплексов описаны в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153 (которая включена по ссылке во всей ее полноте). Каждый реагент типично предназначен обеспечивать детектирование разного аналита.
Обращаясь к фиг.10b-10f, устройство 700 может эксплуатироваться следующим образом. Некоторое количество образца 738 жидкости (например, биологической жидкости, такой как кровь, слюна или моча) вводят в капилляр 736. Капилляр 736 типично представляет собой стандартный капилляр (например, сквозной капилляр, такой как пластиковый капилляр). Сквозной капилляр содержит внутренний сквозной канал и первое и второе отверстия, по одному на каждом конце сквозного канала. Капилляр может быть покрыт антикоагулянтом, таким как гепарин. Примеры соответствующих капилляров включают покрытые гепарином 20-микролитровые капилляры, доступные от Kabe Labortechnik (Nümbrecht-Elsenroth, Deutschland; http://www.kabe-labortechnik.de/mdex.php?sprache=de&akt_seite=startseite_produkte.php). Как правило, сквозной канал капилляра предназначен содержать общий объем V образца жидкости. Объем V типично составляет примерно 25 микролитров или менее (например, примерно 20 микролитров или менее, примерно 15 микролитров или менее, примерно 10 микролитров или менее). Как правило, объем V составляет примерно 5 микролитров или более (например, примерно 7,5 микролитров или более).
Как видно на фиг.10b, вход 706 устройства 700 предназначен принимать в себя капилляр 736. Образец 738 типично остается внутри капилляра 736 и не поступает в микрожидкостное устройство, пока на него не подействует сила введения.
Как видно на фиг.10с, сила введения может прикладываться к образцу 738 посредством уменьшения расстояния между внутренними поверхностями подложек 702, 704с уменьшением объема внутри микрожидкостной сети. Например, фиг.10с иллюстрирует ролик, перемещающийся вдоль части микрожидкостной сети. Как правило, сжатие заставляет противоположные внутренние поверхности вступать в контакт друг с другом. Поскольку объем внутри канала увеличивается после декомпрессии некой данной области канала, уменьшение давления газа, действующего на внутреннюю поверхность 739 образца 738 жидкости, заставляет образец принудительно втягиваться в микрожидкостную сеть. Сжатие и декомпрессия могут осуществляться при одном непрерывном перемещении ролика 716 вдоль микрожидкостной сети или может осуществляться последовательно на множестве стадий, например перистальтическим образом.
Как видно на фиг.10d, фактически весь объем V (например, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по существу весь) образца 738 жидкости втягивают в микрожидкостную сеть. В примерном варианте реализации по меньшей мере 90% объема V втягивают в сеть.
Образец жидкости внутри микрожидкостной сети поступает в каждый из каналов 710i и резервуаров 708i и мобилизует (т.е. делает подвижными) реагенты внутри каждого резервуара с образованием смеси. Как правило, формирование смеси облегчают, вызывая объемное движение образца жидкости внутри микрожидкостной сети. Такое объемное движение типично вызывают сжатием и декомпрессией микрожидкостного устройства для уменьшения внутреннего расстояния между подложками 702, 704. Сжатие и декомпрессия могут осуществляться перистальтическим образом посредством повторяющихся движений по меньшей мере одного из ролика 716 и микрожидкостного устройства 700 относительно друг друга.
Как правило, общий объем смесей, формируемых посредством сочетания реагентов 735i в N каналах устройства 700, включает по меньшей мере примерно 70% (например, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по существу все) от количества образца жидкости, введенного в устройство 700. В примерном варианте реализации общий объем смесей, формируемых посредством сочетания реагентов 735i в N каналах устройства 700, включает по меньшей мере примерно 90% от количества образца жидкости, введенного в устройство 700.
В каждой смеси микрожидкостного устройства частицы, если они присутствуют, объединяются с детектируемой меткой, образуя комплексы. После подходящего периода инкубирования, чтобы сделать возможным образование комплексов, присутствие комплексов детектируют. Каждый реагент 735i типично предназначен обеспечивать детектирование разного аналита. Примеры детектирования комплексов описаны в Международной заявке на патент РСТ/ЕР2006/068153, которая включена по ссылке во всей ее полноте.
Обращаясь к фиг.10f, детектирование типично имеет место в порции каждой смеси внутри устройства. Как правило, детектирование может осуществляться во множестве различных порций каждой смеси. Например, различные порции каждой смеси могут перемещаться через зону детектирования посредством перемещения ролика 716 в сжатом состоянии с перемещением свежей порции смеси в каждую зону детектирования. Это можно осуществлять множество раз, так что фактически весь объем (например, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по существу вся) каждой смеси может быть подвергнут детектированию. В этом варианте реализации детектирование осуществляют с помощью ролика 716 в сжатом состоянии. Смесь, которая уже подвергалась детектированию, поступает в капилляр 736, который действует в качестве контейнера для отходов.
В некоторых вариантах реализации детектирование осуществляют сканированием устройства 700 по отношению к оптическому детектору, так что каждое детектирование последовательно включает другую порцию раствора. Это может осуществляться множество раз, так что фактически весь объем (например, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по существу вся) каждой смеси может подвергаться детектированию. В этом варианте реализации детектирование осуществляют с помощью ролика 716 в состоянии декомпрессии.
В некоторых вариантах реализации конструкция, например, микрожидкостной канал, устройств или систем, описанных здесь, может включать в себя капилляр, содержащий матрицу. Соответственно, описанные здесь способы могут основываться на использовании конструкций, например, микрожидкостных каналов, которые включают в себя капилляр, содержащий матрицу.
В некоторых вариантах реализации термин "матрица", как используется здесь, относится к материалу-наполнителю или каркасу, который может находиться внутри капиллярных структур, таких как капиллярный вход. Матрица может представлять собой трехмерный субстрат, или композицию субстратов, или среду реагента. Кроме того, матрица может иметь по меньшей мере частично аморфную, и/или по меньшей мере частично дисперсную, и/или тканеподобную, и/или текстуроподобную, и/или губкоподобную структуру, например, содержащую один или более сетчатых или полимерных материалов. Термин "сетчатый или полимерный материал", как используется здесь, может означать любой материал, имеющий тканеподобную, и/или текстуроподобную, и/или губкоподобную структуру, которая может использоваться для изготовления матрицы. Например, матрица может представлять собой или содержать гранулу, и/или фильтрационный остаток, и/или осадок вещества, и/или комок, причем гранула, и/или фильтрационный остаток, и/или осадок вещества, и/или комок содержит реагенты, как описано здесь. Однако, термин "матрица", как используется здесь, не означает покрытие на капиллярной структуре, такой как капиллярный вход.
В некоторых вариантах реализации термин "матрица, или трехмерная среда реагента, или среда-наполнитель, или материал-каркас", как используется здесь, обозначает среду или материал, который(ая) фиксирован(а) в капилляре и/или может распределяться по значительным частям капиллярной структуры. Эти части типично занимают все площади поперечного сечения, т.е. они могут не только ограничиваться наружными, периферийными сечениями капиллярной структуры, но могут включать в себя также центральные и близкие к центральным области поперечного сечения капиллярной структуры. Матрица может занимать между примерно 10% и 95%, между примерно 20% и 75% или примерно 50% внутреннего объема капиллярной структуры.
В одном варианте реализации матрица простирается по всей площади поперечного сечения капиллярной структуры. В другом варианте реализации матрица не простирается по всей длине капиллярной структуры. Матрица может, соответственно, занимать между 5% и 75%, между примерно 15% и 60% или между примерно 35% и 50% всей длины капиллярной структуры. В случаях, в которых не вся длина капиллярной структуры заполнена матрицей, матрица может простираться по всей площади поперечного сечения капиллярной структуры или составлять только часть площади поперечного сечения капиллярной структуры, например, между примерно 5 и 95%, 10 и 80%, 25 и 60% или 50% от площади поперечного сечения капиллярной структуры.
В некоторых вариантах реализации термин "фиксировать" относится к любому химическому связыванию между материалом матрицы и поверхностью капилляра, например, к ковалентной химической связи или к ионному или электростатическому взаимодействию. Альтернативно или в дополнение, фиксирование может также представлять собой физическое или механическое связывание, вызываемое, например, присутствием взаимно зацепляющихся звеньев в материале матрицы и капиллярной структуре.
Матрица, как описано здесь, может иметь несколько свойств, которые делают возможным эффективное взаимодействие с жидкостями, в частности с жидкостями биологических образцов, такими как кровь, плазма, сыворотка, моча, мокрота, лимфа, слюна или спинномозговая жидкость, клеточные суспензии и т.п.
Как правило, матрица является смачиваемой. Термин "смачиваемая" относится к возможности матрицы позволять проникновение в нее молекул жидкости, типично молекул воды или биологических образцов, таких как образцы крови.
Дополнительно, матрица может сделать возможным протекание жидкости, в частности водных жидкостей или жидкостей биологических образцов. Термин "протекание" обозначает перемещение жидкости или частиц образца от одного отверстия капилляра или трубкообразной структуры до другого отверстия. Время, необходимое для протекания, может зависеть от пористости, индивидуального размера пор или плотности комкоподобной, или аморфной, или дисперсной структуры материала матрицы. Как правило, матрица или среда протекания позволяет протекание жидкостей за период времени, который увеличен на величину в пределах от 1 до 1000%, от 5 до 500%, от 10 до 100%, от 20 до 75% или 30%, по сравнению со временем, необходимым для протекания такой же жидкости в такой же капиллярной структуре или трубкообразной структуре, не содержащей никакой матрицы.
В одном варианте реализации матрица может быть по меньшей мере частично растворимой в жидкости, например в образце биологической жидкости, такой как кровь. Термин "растворимый" обозначает то свойство матрицы, что вся матрица в целом или отдельные ее подпорции могут удаляться или уноситься после приведения в контакт с жидкостью. Термин "уноситься" относится не только к отрыву более крупных элементов матрицы, но и к высвобождению малых отдельных компонентов матрицы молекулярных размеров или атомных размеров в жидкость.
Растворение матрицы, как описано здесь, может быть полным или только частичным, например растворяться могут только от 1% до 99%, от 5% до 90%, от 10% до 75%, от 20% до 60% или от 30% до 50% матрицы.
Скорость растворения матрицы может зависеть от скорости потока или расхода жидкости, свойств капиллярного потока, комкоподобного, или аморфного, или дисперсного характера матрицы, пористости матрицы, размера пор, химического состава жидкости, например, рН или концентрации ионов/солей в жидкости, температуры окружающей среды и тому подобного. Кроме того, на скорость растворения могут влиять турбулентности, и/или сдвиговые силы, и/или вихри в матрице. Все эти параметры могут подходящим образом регулироваться, например, с помощью конструкции, формы, пористости, плотности, комкоподобной, аморфной, дисперсной структуры и т.п. матрицы, как знают специалисты в данной области, для того чтобы оптимизировать поведение при растворении.
Кроме того, на растворение матрицы могут также влиять процессы диффузии. Такие процессы могут контролироваться посредством регулирования скорости диффузии в жидкости или образце.
В одном варианте реализации матрица может также использоваться в некапиллярных трубках. При таком сценарии, растворение материала матрицы может усиливаться посредством использования насосов или чего-либо подобного.
В другом варианте реализации матрица может содержать один или более реагентов или компонентов, необходимых для обработки и/или анализа образцов или аналитов. Один или более реагентов могут быть по меньшей мере частично растворимыми в жидкости, например в образце биологической жидкости, такой как кровь. Как правило, матрица содержит средство или реагент для детектирования аналитов или ингредиентов образца. и/или средство или реагент для стабилизации аналитов, ингредиентов образца или компонентов матрицы, и/или средство или реагент для ослабления процессов растворения, и/или средство или реагент для ингибирования повреждения аналитов или ингредиентов образца, и/или средство или реагент для лизирования клеток.
В одном варианте реализации матрица может быть нерастворимой в жидкости. Такая нерастворимая матрица может также содержать один или более реагентов или компонентов, как описано выше, необходимых для обработки и/или анализа образцов или аналитов. Один или более реагентов могут быть по меньшей мере частично растворимыми в жидкости, например в образце биологической жидкости, такой как кровь.
"Средство или реагент для детектирования аналитов или ингредиентов образца", как используется здесь, может представлять собой детектируемую метку, которая реагирует с аналитом с образованием комплекса, содержащего эту метку, например, меченое антитело, лиганд или партнер по взаимодействию для аналита. Например, может использоваться антитело анти-СD4 и/или анти-СD3. В тех вариантах реализации, где для детектирования аналитов используют более одного реагента, реагенты могут снабжаться различными метками, например, метками, имеющими различные длины волн испускания. "Метка" может представлять собой любую пригодную метку, известную специалисту в данной области, например флуоресцентную метку, подобную фикоэритрину, Су3 или Су5, и т.п. Примеры меток можно взять из Slavik J. et al. (1994), "Fluorescent Probes in Cellular and Molecular Biology", CRC Publ. или из Horobin R. and Kieman J. (2002), "Conn′s Biological Stains: A Handbook of Dyes, Stains and Fluorochromes for Use in Biology and Medicine", Taylor and Francis, которые все включены сюда по ссылке. В некоторых вариантах реализации метка может представлять собой краситель, частицу, катализатор, такой как фермент, или что-либо подобное.
"Средство или реагент для стабилизации аналитов, ингредиентов образца или компонентов матрицы" может представлять собой, например, белок, который имеет способности к блокированию, подобно BSA или HSA, или полипептидную фракцию очищенного аллергена свиной кожи (смотри, P.J. Gaffney et al., J. Pharm. Pharmacol. 1996, 48: 896-898), например, Prionex (получаемый Polysciences, Eppelheim, Germany), трегалозу или что-либо подобное, и таким образом вносить вклад в ослабление процессов разложения. Кроме того, он(о) может поддерживать активность аналитов или компонентов матрицы во время стадий обработки, подобных, например, термической денатурации, лиофилизации, или при ситуациях долговременного хранения.
В некоторых вариантах реализации "средство или реагент для облегчения процессов растворения", как используется здесь, обозначает химические единицы, подобные детергентам, мицеллообразователям или буферам, которые могут усиливать разделение компонентов образца или их обработку, и может вносить вклад в предотвращение прикрепления компонентов образца, подобных белкам, к поверхности капиллярных структур. Например, в качестве детергента могут использоваться детергенты на основе полисорбатов, такие как Tween 20.
В некоторых вариантах реализации термин "средство или реагент для ингибирования повреждения аналитов или ингредиентов образца", как используется здесь, относится к соединениям, которые ингибируют процессы, подобные, например, коагуляции биологических аналитов, или процессы деградации. Как правило, матрица может содержать антикоагулянты, подобные гирудину и/или тиклопидину, и/или соответствующие ингибиторы ДНКазы и/или ингибиторы РНКазы, известные специалисту в данной области.
В некоторых вариантах реализации "средство для лизирования клеток", как используется здесь, обозначает реагенты, которые активно разрушают, открывая, или лизируют клетки. Примерные средства для лизирования клеток представляют собой химические агенты, подобные NaOH, NH4Cl или чему-либо подобному, детергенты, подобные сапонинам, Triton X114, монолаурат сахарозы, полиакриламид додецилсульфата натрия (SDS), натриевые соли N-лауреилсакрозина или что-либо подобное; и ферменты, такие как стрептолизин, хемолизин или что-либо подобное. Например, могут использоваться лизирующие агенты, такие как сапонины, которые могут быть более эффективными при лизировании эритроцитов, чем лейкоцитов.
Результат по меньшей мере частичного растворения матрицы, как описано здесь выше, может представлять собой полную или по меньшей мере частичную смесь аналитов или ингредиентов образца с компонентами матрицы. Такая смесь может быть готовой для последующего оценивания, например, в микрожидкостном канале или области детектирования, которая связана с или находится в контакте с капиллярной структурой или трубкообразной структурой, содержащей матрицу, как охарактеризовано здесь выше. Смесь может формироваться под действием сил капиллярного течения, присутствующих в капиллярной структуре, или, альтернативно или в дополнение, формироваться посредством использования насосов или сходного оборудования в устройстве, описанном здесь.
В другом варианте реализации матрица может содержать полученные сушкой вымораживанием компоненты, например, представлять собой лиофилизат реагентов, как описано здесь. Термин "полученный сушкой вымораживанием" относится к конечному продукту процесса лиофилизации, который осуществляют при низких температурах. Как правило, сушка вымораживанием работает посредством замораживания материала, а затем снижения окружающего давления и подвода достаточного количества тепла, чтобы позволить замороженной воде в материале сублимироваться непосредственно из твердой фазы в газовую. Процесс сушки вымораживанием может поддерживаться добавлением лиопротекторов, которые обеспечивают консервацию компонентов матрицы, подобных, например, белкам, меткам, и т.п. Как правило, могут использоваться лиопротекторы, подобные полигидроксильным соединениям, такие как сахара (моно-, ди- и полисахариды), полиспирты и их производные, трегалоза или сахароза. В течение процесса сушки вымораживанием могут использоваться дополнительные соединения, которые приводят, например, к аморфному замораживанию компонентов матрицы. Как правило, для такой цели могут использоваться циклодекстрин или его производное, такое как гидроксипропил-гамма-циклодекстрин, например, Cavasol W8-HP от Wacker Chemie (Germany).
Процесс сушки вымораживанием может осуществляться с помощью капиллярной трубки или структуры, содержащей компоненты матрицы. Например, компоненты матрицы могут присутствовать перед началом процесса лиофилизации как жидкий или почти жидкий раствор. Параметры, используемые для процесса лиофилизации или сушки вымораживанием, могут оказывать влияние на комкоподобный, или аморфный, или дисперсный характер матрицы, пористость матрицы, т.е. размер пор и/или плотность матрицы. Эти параметры могут регулироваться подходящим образом. Подробности известны специалисту в данной области или могут быть получены из Kennedy and Cabral (1993), "Recovery Processes for Biological Materials", John Wiley & Sons Ltd, которая включена сюда по ссылке во всей ее полноте.
Кроме того, матрица может быть по меньшей мере частично пористой. Термин "пористый" обозначает материал, содержащий внутри себя и/или на своей поверхности одну или более пор и/или отверстий. Эти одна или более внутренних пор и/или отверстий могут быть соединены между собой. Пористость материала типично определяется как процент от общего объема его пустот, т.е. внутренних пор и отверстий, доступных для прохождения текучей среды, к его общему объему в целом.
Пористый материал или пористая матрица может иметь размер пор, измеренный как диаметр пор. Размер пор определяет способность молекул аналита проникать внутрь матрицы и взаимодействовать с ее внутренней поверхностью. Отношение наружной поверхности пористого материала к его внутренней поверхности типично составляет, например, примерно 1:1000. Поверхностные молекулярные взаимодействия происходят в основном на внутренней поверхности материалов матрицы.
Способы оценки размера пор известны специалисту в данной области.
Например, удобный путь для оценки внутренних пространств пор в материале представляет собой "способ насыщения водой". Вкратце, известный объем подлежащего анализу пористого материала инкубируют вместе с известным объемом воды в течение определенного периода времени, например в течение нескольких часов, чтобы убедиться, что материал полностью насыщен водой. Затем избыточную (т.е. "ненасыщающую") воду удаляют и измеряют ее объем. Объем пространства пор может быть затем вычислен вычитанием объема избыточной воды из общего объема воды, первоначально использованной для анализа. Пористость матрицы может определяться вычислением отношения объема пространства пор, как измерено выше, и общего объема матрицы и умножением полученного результата на 100%.
Альтернативно, пористость материала может определяться посредством измерений адсорбции газа (статического объема). Принцип этого способа основан на введении последовательных известных количеств адсорбата (т.е. адсорбируемого газа) в материал образца, начиная с высокого вакуума и повышая шаг за шагом давление до давления насыщения адсорбата. Адсорбция инжектируемого газа образцом вызывает медленное уменьшение давления до тех пор, пока не установится равновесное давление. Потребление газа может вычисляться непосредственно из значений равновесного давления, но перед этим необходимо осуществить калибровку «мертвого» объема до или после измерения с помощью "холостого опыта" (то есть анализа с использованием инертного газа, не адсорбируемого на образце при аналитических условиях, чаще всего используют гелий). Способ изложен более подробно, например, в Groen, J.C. et al. (2003) Micropor. Mesopor. Mater. 60, 1-10, которая включена сюда по ссылке во всей ее полноте.
Для оценки пористости материала может использоваться и другой способ, известный как "Проточная капиллярная порометрия". Этот способ основывается на самопроизвольном заполнении пористого материала смачивающими жидкостями. Затем газ под давлением используют для удаления жидкостей из пор, чтобы сделать возможным протекание газа. Давление и скорости потока через влажные и сухие образцы могут использоваться впоследствии для вычисления свойств анализируемого материала.
Пористая матрица, как описано здесь, может иметь пористость по меньшей мере 30%, 40%, 50%, 60%, 70% или 80%.
Поры пористой матрицы, как описано здесь, могут иметь диаметр пор от примерно 0,001 мкм до примерно 40 мкм, от примерно 0,01 мкм до примерно 10 мкм или от примерно 0,1 мкм до 5 мкм.
Аморфная, и/или дисперсная, и/или комкоподобная структура, и/или пористость, и/или размер пор пористой матрицы могут регулироваться в соответствии с природой и ингредиентами образца, подлежащего анализу в устройстве. Например, пористость комка вещества может быть повышена при увеличении вязкости образца. Если, например, должен анализироваться образец, содержащий цельные эукариотические клетки, размер пор матрицы может быть доведен до размера, имеющего по меньшей мере размер эукариотической клетки. Если, с другой стороны, должен анализироваться образец, содержащий фаги или частицы вирусов, размер пор может быть доведен до размера фагов или частиц вирусов, и тому подобное.
В качестве свойства, комплементарного пористости, пористая матрица может иметь плотность. Как правило, общая плотность материала уменьшается с увеличением пористости. Например, пористая матрица может иметь плотность, которая уменьшена на примерно от 40% до 70%, по сравнению с плотностью такого же или сходного материала, не имеющего пор или отверстий.
Матрица может быть получена посредством сушки вымораживанием раствора, содержащего два типа антител, меченных различными метками и дополнительно содержащих вещества, которые обеспечивают стабильность антител. В одном варианте реализации типичный рецепт для такого раствора представляет собой следующий:
Раствор может быть отфильтрован центрифугированием через 0,2-мкм поры в течение 2 минут для удаления частиц. После этого может следовать стадия дегазирования в 1 минуту. После этого раствор готов к заливке в капилляр, или капиллярный вход, или область входа, например посредством отмеривания пипеткой.
Заполнение капилляра или капиллярного входа раствором может осуществляться следующим образом. Раствор, например в количестве р.е. 0,925 мкл, может отмеряться пипеткой вручную в пластиковый капилляр, который может быть покрыт EDTA. Непосредственно после этого капилляр может быть помещен в жидкий азот (например, в контейнер из вспененного пластика) для быстрого замораживания содержимого. Капилляр может выдерживаться в жидком азоте до тех пор, пока его не поместят в устройство сушки вымораживанием.
Сушка вымораживанием капилляра или капиллярного входа для обеспечения матрицы может осуществляться следующим образом. Капилляр может быть перенесен вместе с жидким азотом в алюминиевый лоток, и они могут быть помещены в устройство сушки вымораживанием. Примерный цикл сушки начинается с 2 часов при -40°С и давлении 0,011 мбар. Затем может следовать дополнительная стадия сушки в течение 1 часа при 20°С и давлении 0,001 мбар.
В конце процесса сушки вымораживанием капилляры могут быть размещены слоями на осушающей среде (например, силикагеле) и затем распределены в малые контейнеры для хранения (например, пробирки для ПЦР или верхнюю или нижнюю часть чашки Петри). Они могут храниться в алюминиевых мешках, герметизированных под защитой аргона, до установки в картриджи.
В другом варианте реализации типичный рецепт для раствора, который может быть высушен вымораживанием, для получения матрицы в капиллярном входе представляет собой следующий:
Раствор может быть отфильтрован центрифугированием через 0,45-мкм поры в течение 2 минут для удаления частиц. После этого раствор готов к заливке в капиллярный вход, например с помощью отмеривания пипеткой. Заполнение капилляров и сушка вымораживанием раствора для получения матрицы могут осуществляться так, как описано выше.
Способы, направленные на введение образцов или аналитов в микрожидкостные каналы, и анализ образца или аналитов, например, посредством формирования смесей и/или комплексов, как описано здесь выше или ниже, могут включать в себя взаимодействия аналитов с матрицей. Взаимодействие может представлять собой, например, часть способов, осуществляемых в устройствах или системах с замкнутым или незамкнутым контуром. Такие способы могут включать в себя все упоминаемые выше здесь взаимодействия. Например, аналит или образец может по меньшей мере частично растворять матрицу.
В другом аспекте предусматриваются устройства или системы, которые содержат контрольные элементы или связаны с контрольными элементами. Кроме того, предусматриваются способы, использующие такие контрольные элементы или использующие устройства или системы, содержащие такие контрольные элементы или связанные с ними.
Термин "контрольный элемент" или "контрольный признак" относится к узлу или фактору, который позволяет исследовать, просматривать, оценивать, сканировать, проверять или инспектировать устройство, или систему, или подузел устройства или системы, как описано здесь, или результат исследования, или результат анализа, а также к возможности сравнивать, проверять и сопоставлять полученные результаты во время и/или после использования устройства или системы или во время и/или после осуществления способов, описанных здесь. Термин также обозначает осуществление таких контрольных функций в рамках способов, как охарактеризовано здесь выше или ниже.
Термин "контрольная функция" может соответственно относиться к задействованию внутренних исследовательских или контрольных элементов или факторов, которые могут присутствовать внутри устройства или системы и/или не должны добавляться извне. В частности, такие внутренние контрольные элементы могут позволять проверку параметра в реальном времени и/или in situ без какой-либо необходимости в повторном обращении к внешнему, отдельному и/или запаздывающему по времени контролям.
В одном варианте реализации устройство или система могут содержать аналиты или аналоги аналитов, иммобилизованные внутри микрожидкостного канала. В некоторых вариантах реализации термин "аналоги аналитов", как используется здесь, обозначает объект или соединение или вещество, имеющие такое же или по существу такое же поведение при связывании или химическую активность, например, сродство при связывании, как и подлежащий изучению аналит, по отношению к метке, или соединению-зонду, или захватывающей молекуле, которая(ое) используется для детектирования подлежащего изучению аналита. Аналиты или аналоги аналитов, иммобилизованные внутри микрожидкостного канала, могут представлять собой частицы. Термин "частица" относится к физическому, химическому или биологическому объекту, который может быть идентичным или подобным подлежащему изучению аналиту. Частица может, например, представлять собой клетку, например клетку, демонстрирующую конкретный антиген, например, такой же антиген, как и подлежащий изучению аналит. Аналог аналита может представлять собой шарик, демонстрирующий конкретный антиген, например, такой же антиген, как и подлежащий изучению аналит. Термин "иммобилизация" означает, что частица фиксирована в микрожидкостном канале, например, с помощью химических или механических средств таким образом, что по меньшей мере структура поверхности, в частности, конформация и идентичность поверхностных белков, не модифицируется или, по меньшей мере, все еще допускает специфичное взаимодействие с остатками для детектирования связывания, подобными антителам или лигандам. Такая иммобилизованная частица, например иммобилизованная эукариотическая клетка, Т-лимфоцит или моноцит могут присутствовать в микрожидкостном канале в заранее заданном и/или известном количестве или концентрации, и/или в заранее заданном или известном положении. Количество таких частиц, в частности клеток, может быть гораздо выше, чем количество сравнимых аналитов в подлежащем изучению образце. Кроме того, частицы могут концентрироваться в определенном, заранее заданном или известном пятне или положении микрожидкостного канала, позволяющем быструю и простую проверку взаимодействия с соответствующими мечеными партнерами по взаимодействию. Частицы могут впоследствии использоваться для контрольного исследования, имеющего целью проверку процессов мечения, как охарактеризовано здесь ниже.
Термин "контрольная функция" может также относиться к практическому исследованию устройства или системы, например, с точки зрения неправильного функционирования устройства, или системы в целом, или их подузлов, или элементов. Например, несколько контрольных элементов устройства или системы могут адресоваться и проверяться по отдельности.
В одном варианте реализации такой контроль может включать в себя исследование реакций мечения и/или присутствия клеток в подлежащем анализу образце с помощью иммобилизованных частиц, например иммобилизованных клеток, как определено здесь выше. Частицы могут быть мечены или обработаны метками, сходными с или идентичными подлежащим детектированию или изучению аналитам. Благодаря известному положению и числу иммобилизованных частиц, можно проверить, была ли реакция мечения успешной. Присутствие метки может исследоваться с помощью соответствующих химических, оптических или электронных измерительных приборов или датчиков, как известно специалистам в данной области.
Если результат исследования говорит об отсутствии, например, испускания флуоресценции или об уменьшении величины испускания по сравнению с заранее заданным известным значением после соответствующего выявления, можно сделать вывод, что процесс мечения не был успешным. Устройство может соответствующим образом быть остановлено, и/или исследование(я), и/или изображение(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Если же исследование дает, с другой стороны, детектируемый, в частности, надежно детектируемый сигнал от иммобилизованных частиц, в то время как совместно обработанный аналит и/или образец не дает никакого сигнала, можно сделать вывод, что аналит и/или образец не содержит структур, которым было позволено взаимодействие с меткой, например меченым антителом. Например, если используют меченое антитело анти-СD4 или анти-СD3, отсутствие сигнала испускания от образца, хотя иммобилизованные частицы, например иммобилизованные Т-лимфоциты, дают сигнал, может рассматриваться как показатель того, что никаких CD4- и/или СD3-несущих клеток или компонентов в изучаемом образце не присутствует.
В конкретном варианте реализации иммобилизованные частицы могут концентрироваться в определенном, заранее заданном или известном пятне или положении микрожидкостного канала. Такое концентрирование частиц может приводить к возникновению сильно увеличенного сигнала испускания. Из-за увеличенной интенсивности сигнала и его концентрирования по сравнению с сигналом, получаемым от отдельного аналита, например одной клетки, не будет взаимного наложения сигналов, получаемых от иммобилизованных частиц и изученных аналитов.
Иммобилизованные ТН-лимфоциты (т.е. хелперные Т-лимфоциты) могут использоваться в качестве положительных контролей для оценки функционирования различных реагентов, используемых при анализе. В некоторых вариантах реализации иммобилизованные ТН-лимфоциты могут быть включены во фракцию иммобилизованных моноядерных клеток (MNC). Такие моноядерные клетки могут быть получены, например, из образца цельной крови с использованием стадии центрифугирования в градиенте плотности. В некоторых вариантах реализации ТН-лимфоциты для иммобилизации могут быть получены, например, из культуры клеток in vitro.
Далее описывается типичный протокол приготовления ТН-лимфоцитов из образца цельной крови.
Четыре миллилитра Histopaque-1077 (Sigma Aldrich) могут заполняться в центрифужные пробирки, нагреваться до 18-20°С и покрываться сверху 4 мл образца цельной крови с EDTA. Центрифужные пробирки могут помещаться в центрифугу и вращаться 30 мин при 400 g при комнатной температуре. После центрифугирования верхний слой может декантироваться и фракция, содержащая моноядерные клетки, может переноситься в новую реакционную пробирку. Для промывки клетки могут повторно суспендироваться в PBS с последующей стадией центрифугирования в течение 10 мин при 250 g. Супернатант может удаляться, и фильтрационный остаток может повторно суспендироваться в PBS. Промывка может повторяться от одного до нескольких раз.
В некоторых вариантах реализации число клеток в растворе может регулироваться для последующей процедуры нанесения пятен. Для этой цели, типичная процедура подсчета клеток с использованием, например, Beckton Dickinson FACSCalibur может осуществляться в соответствии с инструкциями производителя устройства.
В некоторых вариантах реализации для иммобилизации клеток число клеток может доводиться до количества от 2000/мкл до 20000/мкл, от 5000/мкл до 15000/мкл, или от 7500/мкл до 12500/мкл, или примерно 10000/мкл.
В некоторых вариантах реализации для доведения числа клеток до желаемой величины может использоваться забуференный фосфатом физиологический раствор (PBS).
В некоторых вариантах реализации клетки иммобилизуют посредством нанесения пятен на поверхность. Такой раствор для нанесения пятен может быть приготовлен посредством повторного суспендирования клеток в PBS, например, в концентрации примерно 10000 клеток на мкл.
В некоторых вариантах реализации одна или более капель раствора для нанесения пятен может переноситься на поверхность, например на дно области детектирования устройства, как описано здесь. Например, на поверхность наносят 1, 2, 3, 4, или 5, или более пятен. В некоторых вариантах реализации 1, 2 или 3 капли по 100 нл суспензии клеток может переноситься на поверхность. Кроме того, капли могут быть нанесены непосредственно рядом друг с другом, например, таким образом, что они текут вместе после нанесения пятен.
В некоторых вариантах реализации поверхность для нанесения пятен положительных контролей, таких как хелперные Т-лимфоциты, может быть обработана перед нанесением пятен. Например, плазменная обработка поверхности может повлиять на гидрофобность поверхности. В некоторых вариантах реализации может использоваться гидрофильная поверхность для нанесения пятен.
В некоторых вариантах реализации имеет место сушка накапанных клеток при условиях окружающей среды.
В дополнение или альтернативно могут использоваться другие способы иммобилизации клеток, такие как описанные в патенте США №6008052. Например, в качестве частицы сравнения при иммунном анализе могут использоваться высушенные клетки млекопитающих, свойства рассеяния света которых по существу не изменяются при повторном гидратировании и автофлуоресценция которых не увеличивается со временем, когда клетка была фиксирована с помощью фиксатива, восстановлена восстанавливающим агентом на основе основания Шиффа, а затем высушена в присутствии стабилизирующего белок соединения.
В некоторых вариантах реализации дополнительный контроль может включать в себя проверку детектирования, например правдоподобность подсчета клеток на устройстве или системе оценки. Исследование может основываться на детектировании присутствия определенных целевых аналитов, например Т-лимфоцитов. Например, можно проверить, является ли число Т-лимфоцитов более высоким, чем число моноцитов (т.е. количество детектируемых маркеров CD3+CD4+ и CD3+CD4- должно быть повышенным по сравнению с CD3-CD4+). Исследование может предпочтительно осуществляться после проверки того, что реакция мечения, как определено здесь выше, была успешно завершена. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего химического или биохимического маркера или реагентов-маркеров и оптических и/или электронных датчиков, а также подходящих приложений программного обеспечения, известных специалистам в данной области. Исследование может осуществляться после того как была осуществлена реакция мечения, как описано здесь выше или ниже. Если исследование дает некорректное или неверное число целевых аналитов, например Т-лимфоцитов, использование устройства может быть остановлено, и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Устройство или система, как описано здесь, может дополнительно содержать несколько элементов, или компонентов, или технических модулей, таких как двигатели, источники света, такие как светодиоды, интерфейсы, процессоры, блоки хранения данных, оптические системы, считыватели штрихкода или матрицы данных, внутренние или внешние источники питания, насосы, исполнительные механизмы (приводы), электронные детали и тому подобное. Контроли могут быть направлены на испытание различных элементов или технических модулей.
В некоторых вариантах реализации контроль может быть направлен на испытание двигателя устройства или системы, как описано здесь. Может осуществляться проверка двигателя. В этом контексте может проверяться положение сравнения посредством испытания перемещения конечных переключателей в положения оси сравнения. Проверка может осуществляться с помощью соответствующих механических, оптических или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области, которые позволяют измерять перемещения. Если испытание дает некорректное позиционирование, использование устройства может быть остановлено.
Кроме того, контроль перемещения двигателя может осуществляться посредством испытания плавного хода по всем осям устройства или системы. Проверка может осуществляться с помощью соответствующих механических, оптических или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области, которые позволяют измерять перемещения. Если испытание дает некорректное/неточное поведение при перемещении, использование устройства может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку перегрузки двигателя по току. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего программного обеспечения, как известно специалистам в данной области. Перегрузка двигателя по току может также проверяться через функциональную пригодность плавкого предохранителя двигателя. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего программного обеспечения, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректную нагрузку или перегрузку, устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку токов светодиодов. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих механических, оптических или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области, которые позволяют измерять ток светодиодов. Если испытание дает некорректные токи светодиодов, устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку положений элементов фильтров и их взаимозаменяемости посредством оценки центрирования элементов фильтров вдоль оптической оси. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих механических, оптических или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректное позиционирование фильтра или заменяемость, устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку элементов аппаратного обеспечения посредством оценки старт- и стоп-битов. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего программного обеспечения, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректное наличие старт- или стоп-битов, устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку штрихкодов на устройстве посредством оценки значений четности. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих оптических и/или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректную четность, устройство не может считываться и может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку напряжения источника питания. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих электрических или электронных датчиков, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректное напряжение источника питания, устройство не может быть включено и может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку заряда батареи. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих электрических или электронных датчиков, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректный заряд батареи, устройство не может быть включено с помощью батареи и может быть остановлено. Альтернативно, пользователя могут попросить перезарядить батарею или заменить ее.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку емкости памяти в системе оценки устройства. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего программного обеспечения, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректную или недостаточную емкость памяти, пользователя могут попросить стереть файлы в системе, и/или устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку правдоподобия системы оценки устройства. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующего программного обеспечения, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректную дату или дату более раннюю, чем дата последнего обновления программного обеспечения, пользователя могут попросить проверить систему и/или ввести текущую дату и время, и/или устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку температуры устройства. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих физических или электронных приборов измерения температуры, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректную температуру, пользователя могут попросить выключить устройство, или устройство может быть остановлено.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку контакта трубчатого насоса для создания давления посредством регулировки ролика трубчатого насоса, чтобы убедиться, что трубка сдавливается с определенной силой. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих механических, оптических или электрических/электронных датчиков, как известно специалистам в данной области. Если испытание дает некорректное функционирование трубчатого насоса для создания давления, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
В конкретном варианте реализации контроль может включать в себя проверку фокусировки узла сканирования устройства или системы, как описано здесь, посредством детектирования оптически различаемых шариков, присутствующих в микрожидкостном канале. Шарики могут быть иммобилизованы в микрожидкостном канале с помощью химического или механического связывания с поверхностью канала. Например, шарики могут связываться посредством ковалентного химического связывания с поверхностью канала или посредством использования механического взаимодействия из-за взаимно зацепляющихся звеньев. Шарики могут не быть перемещаемыми или удаляемыми потоком жидкости через канал. Шарики могут быть меченными флуоресцентной меткой, как определено здесь выше. Шарики могут иметь любую пригодную форму или относиться к любому пригодному типу, известному специалисту в данной области. Примеры таких шариков представляют собой латексные шарики, меченные флуоресцентным красителем. Метка, используемая для мечения шариков, может представлять собой такую же самую метку, используемую для мечения соединений, способных связываться с аналитами или образцами, как описано здесь, например, антитела или лиганды и тому подобное, как определено здесь выше, или, альтернативно, другую метку. Испускаемая длина волны после возбуждения может быть идентичной или иной по сравнению с длиной волны, испускаемой метками, ассоциированными или связанными с подлежащими изучению аналитами или образцами. Испускаемый свет может быть сильнее, чем свет, испускаемый метками, ассоциированными или связанными с подлежащими изучению аналитами или образцами. Соответственно, испускаемый свет может детектироваться на основе более короткого времени экспонирования. Число и локализация шариков и интенсивность испускания света шариками могут быть известными и/или заранее заданными. Посредством сравнения этих параметров после окончания процесса автофокусировки можно проверить, находится ли узел сканирования в фокусе. Если испытание дает некорректный фокус узла сканирования, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
В другом варианте реализации контрольный элемент содержит средство для определения фоновой флуоресценции в микрожидкостном канале. Термин "средство для определение фоновой флуоресценции" относится к оптическим и/или электронным сенсорным или измерительным системам, а также к соответствующему программному обеспечению для анализа изображений, которые позволяют детектирование сигналов флуоресценции в зонах или областях микрожидкостного канала, в которых никакого связанного с аналитами или частицами испускания не детектируется. Реакции мечения и т.п. были описаны в контексте исследования реакций мечения здесь выше.
Любое полученное значение может впоследствии использоваться для вычитания фоновой флуоресценции из связанных с аналитами измеренных испусканий с тем, чтобы позволить нормирование сигналов и улучшить точность измерения.
Дополнительный контроль может включать в себя проверку диапазона фокусировки узла сканирования устройства или системы, как описано здесь, посредством детектирования оптически различимых шариков, присутствующих в микрожидкостном канале, как определено здесь выше. Проверка может осуществляться посредством определения того, находится ли положение фокуса на краях рабочего диапазона сервопривода автофокусировки. Если испытание дает некорректный диапазон фокусировки узла сканирования, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Дополнительный контроль может включать в себя проверку времени экспонирования для детектирования испускания света. Испытание может осуществляться посредством проверки того, приводят ли автоматически адаптированные времена экспонирования к временам экспонирования, которые находятся в заранее заданном диапазоне. Если испытание дает некорректное время экспонирования, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
В другом варианте реализации предусматривается средство для обнаружения заполнения микрожидкостного канала. Как правило, такие средства представляют собой оптические или электронные датчики, например (фото или видео) камеру на приборах с зарядовой связью (ПЗС), световой барьер и тому подобное, соединенные с подходящей компьютерной системой и программным обеспечением для обработки изображений, как известно специалистам в данной области, что позволяет проводить мониторинг отверстий в канале. Соответствующий контроль может осуществляться посредством проверки выпускного отверстия микрожидкостного канала посредством сравнения свойств изображений выпускного отверстия. Эти свойства могут изменяться, когда отверстие заполнено, по сравнению с пустым отверстием. Если испытание дает некорректное заполнение микрожидкостного канала, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Дополнительный контроль может включать в себя исследование заполнения отделений или подузлов устройства с помощью оптических или электронных датчиков, например ПЗС-камеры и тому подобного, соединенной с подходящей компьютерной системой и программным обеспечением для обработки изображений, как известно специалистам в данной области, что позволяет проводить мониторинг отверстий в канале. Соответствующий контроль может осуществляться посредством проверки уровня жидкости в отделениях или подузлах устройства посредством сравнения свойств изображений, полученных от отделений или подузлов устройства. Эти свойства могут изменяться, когда отделение или подузел устройства заполнен, по сравнению с незаполненным или не полностью заполненным отделением или подуздом устройства. Если испытание дает некорректное заполнение отделения или подузла, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Дополнительный контроль может включать в себя анализ выбросов (резко отличающихся значений) на изображениях, полученных посредством использования устройства или системы, как описано здесь. Контроль может основываться на оценке всех или большинства изображений, полученных во время одного или более циклов использования, на изображения с выбросами. Оценка может основываться на интерквартильном разбросе со следующими параметрами: (Q1-1,5*IQR)<значимая величина<(Q3+1,5*IQR). Если анализ дает некорректное значение анализа выбросов, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) и/или изображение(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
Дополнительный контроль может включать в себя исследование интенсивностей изображений посредством оценки минимальной интенсивности красного и зеленого цветовых каналов. Проверка может осуществляться, например, с помощью соответствующих оптических и/или электронных датчиков или измерительных приборов, как известно специалистам в данной области. Если анализ дает некорректные интенсивности изображения в красном и/или зеленом канале, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) и/или изображение(я) может(могут) быть отмечено как неверное(ые).
Дополнительный контроль может включать в себя исследование объема, присутствующего в микрожидкостном канале, посредством использования соответствующих оптических, механических и/или электрических/электронных датчиков или измерительных приборов, как известно специалистам в данной области. В некоторых вариантах реализации объем должен находиться в диапазоне от 0,1 до 5 мкл, от 0,5 до 3 мкл, от 1 до 2 мкл или выше 1,25 мкл. Подлежащая измерению жидкость может представлять собой кровь. Если анализ дает некорректный объем, присутствующий в микрожидкостном канале, устройство может быть остановлено и/или исследование(я) может(могут) быть помечено(ы) как неверное(ые).
В другом варианте реализации исследуемый объем или проверка, как описано выше, может вычисляться перекрестно с помощью средства для определения объема канала детектирования. Такое средство может, например, представлять собой штрихкод или другую метку с оцифрованной считываемой информацией, присутствующую на устройстве или системе, которая указывает фактор объема или отклонение от заранее заданного объема для микрожидкостного канала. Если, например, реальный объем микрожидкостного канала отличается от типичного объема, заранее заданного для микрожидкостного канала, эта информация может быть получена из штрихкода или метки с оцифрованной считываемой информацией, присутствующей на устройстве или системе, и использоваться для корректировочной оценки значений объема, получаемых с помощью процедуры исследования, как описано здесь выше. Кроме того, информация о точном объеме индивидуальных микрожидкостных каналов может использоваться для очень точного определения концентрации аналита в подлежащем изучению образце, поскольку должны использоваться не средние значения объема, а индивидуально определенные значения. При этом точность и точность воспроизведения способа определения могут быть значительно повышены.
Термин "некорректный", как используется здесь, означает, что измеренные значения перемещений, положений, присутствия объектов или сигналов и т.п. отклоняются от заранее заданного или известного значения или диапазона значений, или от значения или диапазона значений, указанных как допустимые здесь выше, на по меньшей мере 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 15%, 20%, среди прочего, в зависимости от вида контроля. Например, значение для даты окончания срока годности считается некорректным, если отклонение составляет более чем 0%.
Любые из упоминаемых выше контрольных функций или применений контрольных элементов могут быть включены в стадии способа, как определено здесь выше или ниже. Например, способ детектирования, как определено здесь или в формуле изобретения, может дополнительно включать любую из упомянутых выше стадий контроля.
В дополнительном варианте реализации контрольные элементы и/или контрольные функции могут также использоваться в рамках или для исследования капилляров или капиллярных структур, как определено здесь выше. Например, загрузка и структура матрицы в капилляре могут быть испытаны в соответствии со схемой проведения испытаний на заполнение отделений устройства, как определено здесь выше.
В другом варианте реализации устройство или система, как описано здесь, например исследовательский картридж, может быть асимметричным, например, за счет наличия конкретных структур совмещения, подобных асимметричным отверстиям, срезанным углам, предпочтительно одному, двум или трем срезанным углам. Асимметрия устройства может использоваться для устранения неправильного употребления или неправильного позиционирования устройства по отношению, например, к системе сканирования. Как правило, устройство может вводиться в систему сканирования только при правильном расположении, т.е. если асимметрия детектируется устройством сканирования. Асимметричные элементы устройства могут быть приспособлены к форме и формату устройств сканирования, известных специалистам в данной области.
В другом варианте реализации подлежащий анализу образец, например кровь, может быть получен у пациента посредством стандартного прокола пальца или отбора венозной крови. Кровь из прокола пальца может наноситься непосредственно на устройство или наноситься на капиллярный вход или структуру, которая впоследствии может соединяться с устройством или системой, как описано здесь. Малый объем образца является предпочтительным при использовании прокола пальца, поскольку это может исключить возможность неполного заполнения структуры приемника, например капилляра, в узле поступления образца. Избыток жидкости может необязательно быть вытерт с капилляра. Альтернативно, венозная кровь может наноситься на устройство с использованием пипетки. Предпочтительно, образцы от прокола пальца наносятся непосредственно на картридж. При получении образца, например крови, первый образец, например капля крови, может отсасываться, а второй образец, например капля крови, может быть получен без какого-либо выдавливания.
После нанесения образца колпачок может быть защелкнут на месте для устранения возможности утечки образца или загрязнения прибора.
Выше были описаны способы и устройства для осуществления анализов. Теперь будут обсуждаться примеры других вариантов реализации.
Хотя вход 106 на фиг.1 и 2 описан как не содержащее препятствий отверстие, возможны и другие конфигурации. Например, вход может быть выполнен с фитингом под шприц (например, газонепроницаемым фитингом) для приема шприца. Альтернативно, вход может быть выполнен как прокладка, через которую образец может вводиться с помощью иглы. В качестве другой альтернативы, вход может быть оборудован односторонним клапаном, который позволяет образцу вводиться, но не выходить. В качестве другой альтернативы, вход может быть предназначен для приема стандартного капилляра (например, сквозного капилляра, такого как пластиковый капилляр). Капилляр может быть покрыт антикоагулянтом, таким как гепарин. Примеры подходящих капилляров включают покрытые гепарином 20-мкл капилляры, доступные от Kabe Labortechnik (Nümbrecht-Elsenroth, Deutschland; http://www.kabe-labortechnik.de/index.php?sprache=de&akt__seite=startseite_produkte.php).
Хотя описано микрожидкостное устройство, которое заполняется под действием капиллярных сил, могут использоваться и другие варианты реализации. Например, система 500 может быть выполнена с возможностью уменьшения внутреннего объема микрожидкостной сети перед нанесением образца на вход. Когда образец нанесен, внутренний объем увеличивается, тем самым втягивая образец. Такое уменьшение объема может достигаться, например, с помощью сжимающего ролика 516а. Например, микрожидкостное устройство может приниматься внутри корпуса 502b так, что демпфированная пружина 514 исполнительного механизма 512 поступательного перемещения находится в сжатом состоянии. Сжимающий ролик 516а располагается для сжатия устройства 100 в местоположении, соответствующем резервуару 108. Это сжатие уменьшает внутренний объем резервуара 108. Уменьшение объема примерно такое же по величине (например, на по меньшей мере примерно 25% больше, на по меньшей мере 50% больше, чем объем образца), как и объем образца, который должен приниматься внутри устройства 100. При резервуаре 108 в состоянии сжатия, объем образца наносится на вход 106 устройства 100. Сжимающий ролик 516а отводится от входа 106 к противоположному концу 137 устройства 100. По мере того как ролик 516а перемещается прочь от резервуара 108, происходит декомпрессия резервуара, тем самым увеличивая внутренний объем микрожидкостной сети. Увеличение объема создает вакуум, который всасывает образец в устройство.
Хотя описаны микрожидкостные устройства, имеющие открытый капиллярный канал, могут использоваться и другие варианты реализации. Например, канал может содержать среду, занимающую по меньшей мере некоторую часть (например, большую часть или все) поперечного сечения канала вдоль по меньшей мере части его длины. Как правило, среда является такой, на которой можно иммобилизовать множество соединений-зондов для образования соответствующих разнесенных зон исследования (например, объемов захвата), каждый из которых имеет участки захвата, расположенные в трех измерениях. Поры или пустоты в этой среде позволяют жидкости проникать вдоль канала (например, под действием капиллярных сил). Перемещение жидкости вдоль канала может облегчаться или вызываться, например, посредством создания вакуума внутри канала, как описано выше. Как правило, соединения-зонды иммобилизованы по отношению к пористой среде с образованием разнесенных зон исследования вдоль канала. Взаимодействие аналитов с соединениями-зондами зон исследования может определяться последовательно, как описано для зон 112i исследования устройства 100. Поскольку каждая зона исследования располагается в трех измерениях, уменьшение расстояния между противоположенными внутренними поверхностями канала уменьшает объем захвата, занятый иммобилизованными соединениями-зондами зоны исследования. Оптическое детектирование осуществляют с зоной исследования в состоянии уменьшенного объема (т.е. с уменьшенным расстоянием).
Хотя зоны 112i исследования показаны как продолговатые, возможны и другие конфигурации. Например, обращаясь к фиг.7, микрожидкостное устройство 300 содержит множество зон 312i исследования, каждая из которых имеет в целом круглую конфигурацию. За исключением различия по форме, зоны 312i исследования могут быть идентичными зонам 112i исследования устройства 100. За исключением различия в зонах исследования устройства 100 и 300 могут быть идентичными.
Хотя способ формирования зон 112i исследования описан как перемещение дальнего кончика 404 и первой подложки 102а от начального расстояния d1 между ними (фиг.3b) до прилегающего расстояния d2 между ними (фиг.3с) и до промежуточного расстояния d3 между ними (фиг.3d) перед началом бокового перемещения дальнего кончика 404 и первой подложки 102а (фиг.3f), могут осуществляться и другие варианты реализации. Например, дальний кончик 404 и первая подложка 102а могут перемещаться вбок при нахождении кончика 404 и первой подложки 102а на прилегающем расстоянии d2 между ними. В этом варианте реализации расстояние d2 между ними типично больше чем ноль.
Хотя способ формирования зон 112i исследования описан как включающий стадию поддержания дальнего кончика 404 и первой подложки 102а на промежуточном расстоянии d3 между ними в течение времени инкубирования до тех пор, пока не останется только оставшаяся часть 402′ раствора 402 реагента, могут осуществляться и другие варианты реализации. Например, боковое перемещение дальнего кончика 404 и первой подложки 102а может начинаться сразу же, как дальний кончик 404 и первая подложка 102а перемещаются от прилегающего расстояния d2 между ними (фиг.3с) до расстояния d3 между ними (фиг.3d). Другими словами, время инкубирования может быть не отличимым от нуля. В качестве другого примера, во время инкубирования испаряющийся раствор реагента может заменяться дополнительным раствором реагента, вводимым в кончик капилляра. Соответственно, во время инкубирования общее количество реагента на кончике капилляра увеличивается.
Хотя способ формирования зон 112i исследования описан как включающий время инкубирования при поддерживаемых на расстоянии d3 между ними дальнем кончике 404 и первой подложке 102а, могут осуществляться и другие варианты реализации. Например, расстояние d3 между ними может изменяться в течение времени инкубирования. Например, кончик 404 может колебаться вбок и/или вертикально относительно первой подложки 102а в течение времени инкубирования. Альтернативно или в сочетании, кончик 404 может колебаться вбок и/или вертикально относительно первой подложки 102а во время бокового перемещения. Такое колебание может усилить перенос молекул-зондов к первой подложке во время инкубирования или бокового перемещения.
Хотя способ формирования зон 112i исследования описан как использующий капиллярный распределитель, могут использоваться и другие распределители. Например, материал может распределяться из сплошного распределителя (например, сплошного стержня).
Хотя способ формирования зон 112i исследования описан как введение некоторого количества раствора реагента в дальний кончик капилляра капиллярной пипетки (фиг.3b) и приведение кончика и подложки к малому расстоянию d2 между ними так, что раствор 402 реагента контактирует с местоположением первой подложки 102а, могут осуществляться и другие варианты реализации. Например, раствор реагента может вводиться в дальний кончик только после того как дальний кончик и подложка приведены к меньшему расстоянию между ними (например, после того как дальний кончик приведен в контакт с подложкой).
Хотя описаны способ и считыватель микрожидкостного устройства для последовательного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями канала, возможны и другие конфигурации. Например, считыватель микрожидкостного устройства может быть предназначен для одновременного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями вдоль большей части (например, по существу всего или всего) канала. После этого считыватель поступательно перемещает зону детектирования детектора вдоль канала так, что различные зоны исследования считываются последовательно.
Хотя описано микрожидкостное устройство, имеющее первую относительно жесткую подложку и вторую относительно гибкую подложку, могут использоваться и другие варианты реализации. Например, подложки, образующие обе противоположные внутренние поверхности канала, могут быть гибкими. В таких вариантах реализации часть оптического детектора может составлять часть системы сжатия. Например, микрожидкостное устройство может поступательно перемещаться между сжимающим роликом и оптикой детектора.
Хотя шаблон сравнения описан как обеспечивающий информацию, относящуюся к пространственным свойствам зон исследования микрожидкостного устройства, шаблон сравнения может обеспечивать дополнительную или альтернативную информацию. Например, шаблон сравнения может обеспечивать информацию, относящуюся к физико-химическим свойствам зон исследования микрожидкостного устройства. Такие свойства включают аналиты, для анализа которых предназначены эти зоны исследования. Другие свойства включают идентичность и свойства реагентов, хранящихся на устройстве, и информацию о дате (например, о дате окончания срока годности) устройства.
Хотя описан шаблон сравнения, включающий в себя магнитные шкалы, могут использоваться и другие шкалы. Например, шкалы могут формироваться из областей, имеющих иную оптическую плотность или коэффициент отражения по сравнению с окружающим материалом. Считыватель шаблона сравнения представляет собой оптический считыватель, типично предназначенный для считывания шкал по коэффициенту пропускания или коэффициенту отражения.
В других вариантах реализации первая подложка может содержать канал, сформированный, например, посредством литья под давлением. Канал имеет первый размер (длину), существенно больший, чем его второй и третий размеры (т.е. ширина и глубина). Канал может иметь поперечное сечение, которое имеет прямоугольную, V-образную (треугольную), U-образную или другую форму. В некоторых вариантах реализации форма и/или размеры поперечного сечения канала могут изменяться вдоль длины канала. Вторая подложка может быть прикреплена к первой подложке клеем. Вторая подложка может быть сформирована, например, из прозрачной ленты. Вторая подложка (например, лента) может иметь механическую жесткость, так что механический контакт с наружной поверхностью второй подложки (например, ленты) существенно не деформирует внутреннюю поверхность второй подложки.
В определенных вариантах реализации канал может быть образован внутренней поверхностью трубки, капиллярной трубки или чего-либо подобного. Канал может иметь поперечное сечение, которое имеет прямоугольную, V-образную (треугольную) или другую форму. В некоторых вариантах реализации форма и/или размеры поперечного сечения канала могут изменяться вдоль длины канала. Часть канала может быть оптически прозрачной.
В некоторых вариантах реализации канал содержит одну или более меток сравнения и/или совмещения, таких как определенные структуры или иммобилизованные молекулы, выполненные детектируемыми с помощью системы детектирования, используемой для анализа. Метки совмещения могут содержать, например, иммобилизованные флуоресцентные шарики, иммобилизованные флуоресцентные полимеры, белки, нуклеиновые кислоты и тому подобное. Метки совмещения также могут содержать физические структуры, подобные микроструктурам и тому подобному.
Устройство может быть предназначено для формирования контура текучей среды после введения образца в канал. Контур текучей среды окружает образец жидкости в бесконечной петле. Когда образец жидкости заключен в контуре текучей среды, и объем образца жидкости меньше, чем общий объем контура текучей среды, остальной объем контура текучей среды может быть занят транспортной текучей средой. Транспортная текучая среда может представлять собой жидкость, которая является по существу несмешиваемой с жидкостью образца (например, по причине гидрофильности/гидрофобности или различий в плотности). Транспортная текучая среда может представлять собой газ, такой, например, как воздух. Как правило, образец жидкости будет присутствовать в контуре текучей среды в сплошной пробке.
Часть контура текучей среды включает в себя сжимаемую зону. Сжимаемая зона может представлять собой отрезок контура текучей среды, вдоль которого по меньшей мере одна стенка контура является сжимаемой или деформируемой. Когда к сжимаемой зоне прикладывают локализованное сжимающее усилие, стенка деформируется. При достаточном усилии стенка может быть сжата до такой степени, что она перекрывает контур текучей среды. Чаще всего, контур текучей среды будет перекрываться в заданном местоположении, где канал заполнен транспортной текучей средой.
После того как контур текучей среды перекрыт, местоположение образца текучей среды внутри контура текучей среды может подвергаться манипуляциям посредством перемещения местоположения перекрывания по отношению к остальной части контура текучей среды. Перемещение перекрывания уменьшает объем транспортной текучей среды на одной стороне от перекрывания, при соответствующем увеличении объема транспортной текучей среды на другой стороне от перекрывания. Изменения объема приводят к появлению разности давлений на концах образца жидкости (т.е. там, где встречаются образец жидкости и транспортная текучая среда). Образец жидкости реагирует на это, перемещаясь внутри контура текучей среды для выравнивания давлений.
Одна или более зон исследования могут быть разнесены друг от друга вдоль канала. Как правило, каждый анализ включает в себя взаимодействие соединения-зонда с соответствующим аналитом или с соответствующим комплексом, содержащим этот аналит и реагент (например, оптическую метку).
Местоположение образца внутри канала может контролироваться с помощью исполнительного механизма или ролика, предназначенного подвергать часть сжимаемой зоны воздействию локализованного сжимающего усилия. Микрожидкостное устройство поступательно перемещают относительно исполнительного механизма или ролика так, что образец проходит до желаемого местоположения внутри канала. Альтернативно, ролик может перемещаться, в то время как устройство остается неподвижным.
Фиг.12a иллюстрирует контур 10 текучей среды в замкнутом состоянии. Контур 10 текучей среды включает в себя первую зону 1, микрожидкостной канал 2, вторую зону 3 и вход 4. В некоторых вариантах реализации первая зона 1 содержит матрицу или осадок вещества. В замкнутом состоянии вторая зона 3 непроницаемо соединена со входом 4. Фиг.12b показывает контур 10 текучей среды в открытом состоянии и готовым принять образец жидкости 5 на входе 4. После того как образец 5 жидкости приведен в контакт со входом 4, действие капиллярных сил втягивает образец 5 жидкости в первую зону 1.
Фиг.12c-12d показывают контур текучей среды в замкнутом состоянии после того как был нанесен образец. Ролик 6 располагается по отношению ко второй зоне 3 так, что вторая зона находится либо в несжатом состоянии (как на фиг.12c), либо в сжатом состоянии (как на фиг.12d). Местоположение образца 5 жидкости внутри контура 10 текучей среды может регулироваться посредством позиционирования ролика 6 так, что вторая зона 3 находится в сжатом состоянии, и, при поддержании сжатого состояния, перемещения ролика 6 относительно второй зоны 3 (иллюстрируется стрелками на фиг.12d). Поскольку контур текучей среды замкнут, перемещение ролика 6 создает разность давлений на обеих сторонах от ролика; разность давлений вызывает перемещение образца жидкости, восстанавливая тем самым равенство давлений. Контур текучей среды может быть предназначен для работы в картридже. В некоторых примерах контур текучей среды может иметь микрожидкостной путь течения, способный к сжатию под действием деформации, микрожидкостной канал, включающий в себя область детектирования, и уплотнительный элемент, который может обратимо или необратимо формировать замкнутый контур текучей среды.
Фиг.13a-13b показывают виды с вырезом примерного картриджа 100. Картридж 100 содержит подложку 101, колпачок 102 и контур текучей среды, включающий в себя первую зону 103а, проходы 108а, канал 105а, вторую зону 104а и вход/плотное соединение 109. Канал 105а может быть покрыт по меньшей мере частично оптически проницаемым слоем. Первая зона 103а может представлять собой, например, капилляр, выбранный для удерживания желаемого объема образца (например, от 1 мкл до 20 мкл, от 2 до 10 мкл или примерно 5 мкл). Капилляр может быть покрыт антикоагулянтом на его внутренней поверхности. Вход 109 капилляра предназначен для приема образца 106а. В некоторых вариантах реализации выход из капилляра открывается в реакционную камеру 110а с заданным объемом, например примерно 5 мкл, 10 мкл или 20 мкл. В некоторых вариантах реализации реакционная камера 110а содержит гранулу 107а реагентов. Гранула реагентов может содержать антитела, меченные флуоресцентным красителем и имеющие сродство к антигенам, подлежащим детектированию в образце. Например, для детектирования числа хелперных Т-лимфоцитов в образце жидкости гранула реагентов может содержать антитело анти-СD4+, меченное первым флуоресцентным красителем (таким как фикоэритрин) и антитело анти-СD3+, меченное вторым флуоресцентным красителем, таким как (фикоэритрин-Су5), соли и стабилизирующие реагенты, и тому подобное. В некоторых вариантах реализации внутренняя поверхность первой зоны покрыта реагентами, необходимыми для обработки образца. Примерный анализ для детектирования частиц, таких как клетки, в образце жидкости описывается, например, в WO 2007/051861, которая включена по ссылке во всей ее полноте. Проход 108а в проточном сообщении с реакционной камерой 110а соединяет реакционную камеру с первым концом канала 105а. Как описано в WO 2007/051861, в канале может иметь место детектирование. Таким образом, канал является по меньшей мере частично оптически прозрачным. Например, канал 105а может быть покрыт по меньшей мере частично оптически проницаемым слоем. Второй конец канала 105а соединен с первым концом второй зоны 104а через проход 108а. Вторая зона является по меньшей мере частично гибкой, так что внутренний диаметр второй зоны может быть уменьшен до нуля. Например, вторая зона может представлять собой эластичную силиконовую трубку или что-либо подобное. Второй конец второй зоны установлен в колпачок 102, который приспособлен для наложения на подложку и для поддержки второй зоны. При открывании колпачка плотное соединение 109 между первой и второй зоной открывается, а при закрывании колпачка плотное соединение 109 между первой и второй зоной закрывается.
При условиях транспортировки устройство может быть закрыто, т.е. вторая зона образует плотное соединение с первой зоной на соединении 109. Альтернативно, устройство может транспортироваться в открытом состоянии. В некоторых вариантах реализации устройство содержит (например, в целях безопасности) механизм, предназначенный для предотвращения открывания картриджа после того как он был сначала закрыт. Соединение 109 закрывается, когда уплотнительный элемент в колпачке 102 образует непроницаемое для текучей среды соединение с концом капилляра 103. При работе пользователь открывает колпачок, открывая тем самым первую зону на ее первом конце. Пользователь приводит в контакт открытый конец первой зоны с жидкостью образца, например с каплей крови, такой как полученная при проколе пальца. Таким образом, капилляр 103 заполняется образцом. Пользователь закрывает колпачок, закрывая тем самым соединение 109 между первой и второй зоной. В этот момент контур текучей среды включает в себя сплошной заданный объем жидкости образца, гранулу реагентов и сплошной объем транспортной текучей среды (например, воздуха) внутри реакционной камеры, проходов, канала и второй зоны. Пользователь помещает устройство в машину, сконструированную для эксплуатации устройства. Машина содержит исполнительный механизм, предназначенный для сжатия второй зоны, детектор и контроллер. Исполнительный механизм сжимает вторую зону, уменьшая ее диаметр в точке сжатия до нуля. Когда устройство и исполнительный механизм перемещаются относительно друг друга, оставаясь в сжатом состоянии, давление в транспортной текучей среде будет увеличиваться на одном конце объема образца, в то же время оно будет уменьшаться на другом конце объема образца. Объем образца будет перемещаться внутри контура текучей среды до тех пор, пока давление на каждом конце объема образца не станет одинаковым.
Канал 105а может быть гидрофобным, так что образец не будет перемещаться в канал 105а без приложения внешней силы. В некоторых вариантах реализации стенки вблизи гранулы 107а реагентов также могут быть гидрофобными. При использовании гидрофильных материалов долговременная стабильность гранулы реагентов может быть хуже по сравнению с гидрофобным материалом.
В одном варианте реализации исполнительный механизм фиксирован внутри машины, и устройство перемещается относительно средства для сжатия. Как описано в WO 2007/051861, исполнительный механизм представляет собой, например, ролик.
Устройство может перемещаться внутри машины так, что образец будет перемещаться в реакционную камеру, тем самым растворяя гранулу реагентов в этой камере. Антитела будут связываться с соответствующими антигенами, присутствующими в образце. В зависимости от типа образца, антигены могут располагаться на частицах, суспендированных в жидкости образца (например, на поверхностях клеток в образце крови). Поскольку антитела являются меченными (например, флуоресцентным красителем), будучи связанными с соответствующими своими антигенами, антигены также становятся меченными. Смотри, например, WO 2007/051861. Посредством дальнейшего перемещения устройства относительно машины в том же направлении образец перемещают в канал. После того как канал заполнен, имеет место детектирование.
Желательно, детектор является маленьким, недорогим и универсальным; то есть он является приспосабливаемым к другим применениям, а не только описанному здесь применению. Детектор может представлять собой флуоресцентный микроскоп, предпочтительно такой, который имеет очень малые наружные размеры и малую высоту по отношению к картриджу. Детектор может быть способен получать изображения объектов с размером ≥5 мкм и предназначен для детектирования сигналов на длинах волн, которые испускаются флуоресцентными красителями, используемыми при анализе. Источник света может представлять собой светодиод высокой мощности, испускающий свет в спектре, который пригоден для возбуждения флуоресцентных красителей, используемых при анализе. Если используются различные красители, например по меньшей мере два различных красителя, испускающих свет на двух различных длинах волн, детектирование должно быть возможным на каждой из по меньшей мере двух различных длин волн. Детектор может содержать механизм фокусировки и камеру.
Обычно, для флуоресцентной микроскопии используют очень сильные источники света, поскольку для получения почти параллельных лучей света используется только малая часть испускаемого света (телесный угол ~2°). При использовании конденсорной линзы и линзы детектора, которые собирают большую часть света, испускаемого источником, может использоваться менее мощный источник (например, светодиод). Флуоресцентная микроскопия традиционно дает очень высокое значение оптической точности воспроизведения; как таковая эта область рассматривается отдельно от высоких телесных углов для конденсорных линз. На самом деле, в данной области имеется тенденция к созданию относительно тяжелых, объемных и сложных оптических систем для достижения высокой оптической точности воспроизведения.
Обращаясь фиг.14, примерный детектор 500а содержит основной корпус 501, который содержит первый оптический путь 502 и второй оптический путь 503. В некоторых примерах каждый из этих оптических путей, независимо, может иметь в целом цилиндрическую форму или другую пригодную конфигурацию. Первый оптический путь 502 представляет собой оптический путь возбуждения; второй оптический путь 503 представляет собой оптический путь детектирования.
Первый оптический путь 502 соединяет источник 505 света с картриджем 100. Источник 505 света может представлять собой светодиод высокой мощности (такой как Platinum Dragon® LED (Osram)) с длинами волн испускания 455 нм, 470 нм и 528 нм и углом зрения 120° (источник Ламберта). При использовании флуоресцентных красителей источник света выбирают в соответствии с длиной волны возбуждения тех флуоресцентных красителей, которые используются при анализе. Например, при использовании фикоэритрина и фикоэритрина-Су5 источник света выбирают для испускания света с длиной волны примерно 520 нм, в то время как при использовании фикоэритрина и PerCP источник света выбирают для испускания света примерно 480 нм. Конденсорная линза 506 (например, изготовленная из топаза, показатель преломления 1,533) конденсирует испускаемый светодиодом свет в первый оптический путь 502. Апертура 502а предназначена обеспечивать максимальный телесный угол 13,5° или менее для освещения дихроического зеркала 504. Оптический путь 502 также включает в себя полосовой фильтр 507 пропускания (фильтр возбуждения), позволяющий проходить свету с длиной волны между 505 нм и 530 нм. Таким образом, остающаяся длина волны возбуждения будет составлять примерно 528 нм.
Оптический путь 503 соединяет КМОП-камеру с объектом 516 через дихроическое зеркало 504 и выполнен под углом (показанным как 90° на фиг.14) по отношению к оптическому пути 502. Оптический путь 503 также включает в себя первый эмиссионный фильтр 510. В некоторых вариантах реализации фильтр 510 установлен в механизме 512 смены фильтров. Механизм 512 смены фильтров может содержать дополнительный(е) эмиссионный(е) фильтр(ы), например фильтр 513. Эмиссионные фильтры 510 и 513 могут выбираться с учетом заданного набора длин волн испускания, например длин волн испускания флуоресцентного(ых) красителя(ей), используемого(ых) для мечения реагентов в картридже. Например, фильтры 510 и 513 могут выбираться для прохождения света с длинами волн соответственно 590 нм и 685 нм, соответствующих длинам волн испускания фикоэритрина и фикоэритрина-Су5. Оптический путь 503 включает в себя апертуру 503а, предназначенную обеспечивать максимальный телесный угол 13,5° на дихроическом зеркале 504.
Дихроическое зеркало 504 предназначено для отделения оптического пути 503 детектирования от оптического пути 502 возбуждения. В некоторых вариантах реализации оно представляет собой дихроическое зеркало с коротким оптическим путем, позволяющее проходить свету с длиной волны ≤568 нм, в то время как свет с длиной волны ≤568 нм отражается. Таким образом, дихроическое зеркало 504 позволяет проходить свету из оптического пути возбуждения, в то время как свет от объекта 516 отражается в оптический путь детектирования. Опять же, физические свойства дихроического зеркала 504 выбирают в соответствии с теми метками (например, флуоресцентными красителями), которые используют при анализе.
В некоторых вариантах реализации детектор дополнительно содержит механизм 514а фокусировки, позволяющий плавно менять расстояние между линзой 508 детектирования и объектом на 5 мм или менее, например, на 1 или 2 мм.
В некоторых вариантах реализации линза 508 детектирования выполнена имеющей оптическую апертуру детектирования 0,4 или менее, например 0,2, и оптическую апертуру возбуждения 0,5 или менее, например 0,4.
Детектор также может содержать устройство получения цифровых изображений, такое как КМОП-камера с 8-бит оттенков серого, с разрешением, например, 640×480 пикселей. В других вариантах реализации устройство получения цифровых изображений может иметь более высокое разрешение и/или может представлять собой цветную КМОП-камеру.
В некоторых вариантах реализации масштаб воспроизведения системы детектирования составляет между 1:1 и 1:10, например 1:3, 1:4 или 1:5.
В некоторых вариантах реализации расстояние между объектом 516 и линзой 508 детектирования составляет между 2 мм и 20 мм, например 8 мм, 9 мм или 10 мм.
Обращаясь к фиг.15, при работе свет, испускаемый из источника 505 света, конденсируется через линзу 506 и фильтруется через фильтр 507 возбуждения. Он проходит через апертуру 502а, дихроическое зеркало 504, линзу 508 детектирования, апертуру 509 и возбуждает объект 601. В некоторых вариантах реализации объект 516 представляет собой канал, заполненный жидкостью образца, например кровью, причем жидкость содержит некоторое число частиц, например хелперных Т-лимфоцитов, которые должны детектироваться. Частицы могут быть мечеными одним или более антителами, связанными с флуоресцентными красителями. В других вариантах реализации объект представляет собой канал, содержащий целевые молекулы, меченные одним или более флуоресцентными красителями и связанные с молекулами-зондами или массивом молекул-зондов, иммобилизованных на одной из поверхностей канала. Красители флуоресцируют под влиянием света возбуждения от светодиода. Свет, испускаемый от флуоресцентных красителей, проходит апертуру 509, линзу 508 детектирования и отражается через дихроическое зеркало 504 в оптический путь 503 детектирования. Там он проходит фильтр 510 детектирования (или 513, в зависимости от положения механизма 512 смены фильтров), приспособленный обеспечивать прохождение света с длиной волны света, испускаемого из флуоресцентного красителя. После того как свет прошел фильтр, он собирается чипом на основе КМОП-технологии присоединенной КМОП-камеры 511.
Фиг.16a-16b иллюстрируют то, как детектор может использоваться для детектирования, например, числа хелперных Т-лимфоцитов, присутствующих в образце крови. Подробное описание устройства и реакции можно найти выше и в WO 2007/051861, которая включена сюда по ссылке. В обсуждаемом примере картридж приготавливают с двумя мечеными антителами: меченными фикоэритрином антителами анти-СD4 и меченными фикоэритрином-Су5 антителами анти-СD3. Поскольку хелперные Т-лимфоциты демонстрируют оба антигена на их поверхности, хелперные Т-лимфоциты будут меченными обоими флуоресцентными красителями. В образце также могут присутствовать и другие клетки, демонстрирующие только один из обоих антигенов на их поверхностях. Эти клетки будут меченными только одним из соответствующих флуоресцентных красителей.
После реакции с меченными соответствующими флуоресцентными красителями антителами, образец жидкости 712, содержащий флуоресцирующие клетки, перемещают в канал 711 детектирования. В первом положении (фиг.16a) детектор 500а детектирует первое изображение 714, представляющее собой вид на часть 713 канала 711. Часть 713 представляет собой заданный объем образца, например 100 нл. Изображение 714 снимают с первым фильтром, который предназначен обеспечивать прохождение света, испускаемого меченными фикоэритрином антителами анти-СD4+, присутствующими в образце, и блокировать свет, испускаемый меченными фикоэритрином-Су5 антителами анти-СD3+. Второе изображение 715 того же положения снимают с использованием второго фильтра, который предназначен обеспечивать прохождение света, испускаемого меченными фикоэритрином-Су5 антителами анти-СD3+, и блокировать свет, испускаемый меченными фикоэритрином антителами анти-СD4+. Изображения 714 и 715 могут показывать различное число сигналов в пределах части 713. Дополнительно, из-за аберраций в оптической системе, оба изображения 714 и 715 могут быть не совмещенными друг с другом.
Для совмещения обоих изображений 714 и 715 может использоваться программное обеспечение (например, Iconoclust от Clondiag), например, с использованием меток совмещения в канале (не показаны) или посредством анализа соотношений между сигналами, которые присутствуют на обеих картинках. В дополнение, программное обеспечение идентифицирует и маркирует сигналы, которые были детектированы на обеих картинках (716а). На фиг.16a присутствующими на обеих фигурах идентифицировали три сигнала. Это означает, что в части 713 обнаружили 3 клетки с обоими антигенами. Результаты могут быть отображены, использованы для дальнейших вычислений или статистики или могут быть сохранены для дополнительной обработки.
Детектор 500а и канал 711 перемещают относительно друг друга, чтобы увидеть другую часть 717 канала 711 (фиг.16b), и процедуру детектирования повторяют. Изображения 718 и 719 регистрируют, используя соответственно первый и второй фильтры. Программное обеспечение идентифицирует и маркирует сигналы, которые были детектированы на обеих картинках (720).
Детектирование может повторяться на дополнительных частях канала детектирования, давая в результате набор значений, характеризующих число клеток в каждой из частей. Число клеток, присутствующих в образце, а также соответствующие статистические параметры могут вычисляться из этого набора значений. Например, среднее значение в три клетки на 100 нл соответствует общему количеству 150 клеток в объеме образца 5 мкл.
Фиг.17 показывает наложение двух изображений, детектируемых в течение эксперимента по подсчету Т-лимфоцитов с использованием крови в качестве образца жидкости. Оба изображения детектированы в одном и том же местоположении канала (например, подобно изображениям 714 и 715 на фиг.5) с использованием двух различных фильтров детектирования. 801 и 802 представляют собой одну и ту же метку совмещения, изображенную с использованием двух различных фильтров детектирования. Расхождение между двумя изображениями может быть легко обнаружено и скорректировано посредством использования этих отметок. 803 и 804 представляют собой единственную клетку, которая сдвинута на такое же расстояние, как и метки 801 и 802 совмещения. Поскольку эта клетка присутствует на обоих изображениях, можно определить, что эта клетка мечена обоими антителами и, таким образом, является хелперным Т-лимфоцитом. 805 представляет собой клетку, которая детектируется только на одном из обоих изображений наложения. Таким образом, можно заключить, что эта клетка не демонстрирует обоих антигенов на своей поверхности и, следовательно, не является хелперным Т-лимфоцитом. На этих изображениях также можно увидеть другие клетки крови. Поскольку они не мечены какими-либо флуоресцентными антителами, их можно увидеть только как тень (806).
Фиг.18 показывает капилляр 1001, содержащий матрицу или осадок вещества 1002, например лиофилизат. Матрица 1002 содержит различные вещества, такие как ингибиторы коагуляции, стабилизирующие реагенты и меченые антитела, и тому подобное. В некоторых вариантах реализации матрица заполняет весь диаметр картриджа. В некоторых вариантах реализации матрица заполняет только часть длины капилляра. В некоторых вариантах реализации структура матрицы позволяет жидкости просачиваться в грануло- или комкоподобную матрицу.
Как можно увидеть на фиг.18В, когда образец 1004 наносят на капилляр, он будет перемещаться в него, приводимый в движение капиллярными силами. Когда образец 1004 протекает через матрицу, матрица может растворяться (1002а), и реагенты 1003 разбавляются в образце. Растворение матрицы поддерживается перемещением самого образца; образец просачивается сквозь матрицу в капилляр под действием капиллярных сил, создавая тем самым поток текучей среды, действующей на матрицу. Таким образом, растворение гранулы лимитируется не только диффузией. Наконец, когда капилляр заполняется образцом (смотри фиг.18С), матрица может быть уже более или менее полностью растворенной. Небольшие остатки гранулы могут растворяться теперь за счет лимитируемых диффузией процессов.
Фиг.19 показывает примерный вариант реализации последовательности операций в устройстве или картридже. Картридж может содержать входной узел для образца со сквозным капилляром (для содержания, например, 5 мкл образца), который содержит высушенные реагенты, как описано здесь, необходимые для осуществления исследования. Образец сначала наносят на конец капилляра картриджа (1). Образец втягивают в сквозной капилляр под действием капиллярной силы (2). Предусмотренные в капилляре реагенты снова суспендируются в образце. Картридж может иметь плотно защелкивающийся прикрепленный колпачок. После нанесения образца колпачок закрывают, и картридж помещают в систему (3). Это может исключить вынос. Полное заполнение сквозного капилляра может оцениваться визуально через маленькое окошко на картридже. Таким образом пользователь может оценить, достаточный ли образец был отобран капилляром перед тем, как в системе инициирован процесс исследования. После загрузки исследовательского картриджа в систему, заполнение проверяется системой посредством окна измерения коэффициента отражения. Ролик, который является частью устройства или системы, приводится в контакт с трубкой или микрожидкостным каналом картриджа (4). Картридж перемещается вдоль ролика. Микрожидкостной канал представляет собой часть замкнутого круга или пути протекания текучих сред. Таким образом, картридж и ролик могут составлять перистальтический насос, который используется для активного перемещения образца внутри картриджа (5). Образец сначала перемещается в реакционное отделение, а затем многократно вперед и назад для поддержки надлежащего перемешивания реагента и связывания антител с соответствующими антигенами. По прошествии заранее заданного времени инкубирования окрашенный образец перемещается в отделение или область детектирования, и аналитам, например клеткам, дается возможность оседать в течение определенного периода времени (6). Канал детектирования сканируется вдоль модуля флуоресцентной оптики, и изображения собираются на двух различных длинах волн все вдоль канала (7).
В некоторых вариантах реализации устройство или система, как описано выше, могут содержать вентиляционное отверстие или отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала. Такое вентиляционное отверстие может располагаться между областью детектирования и вторым концом области входа, например капиллярным входом, который приспособлен для приема образца. В таком варианте реализации второй конец представляет собой конец, противоположный первому концу, приспособленному для приема образца. Отверстие может обеспечивать проточное сообщение второго конца капиллярного входа с окружающим воздухом. Кроме того, капиллярный вход, приспособленный для приема образца, может располагаться таким образом, что перемещение капиллярного входа внутри микрожидкостного канала позволит закрыть вентиляционное отверстие. Отверстие может представлять собой, например, дыру, проделанную через стенку микрожидкостного канала и соединяющую внутренний конец капилляра, приспособленный для приема образца, с окружающим воздухом.
Фиг.20 и 21 показывают примерные варианты реализации вентиляционного отверстия в открытом (фиг.20) и закрытом (фиг.21) состояниях. Здесь капиллярный вход 2002 установлен в картридж 2001 так, что первый конец 2002а капиллярного входа может быть приведен в контакт с образцом (не показано), а второй конец 2002b находится в проточном сообщении с окружающим воздухом, окружающим картридж 2001, через отверстие 2006 и с каналом 2005 через структуру 2004. Структура 2004 может быть приспособлена для формирования плотного соединения между вторым концом 2002b капиллярного входа 2002 и каналом 2005, который может вести в другие отделения картриджа, такие как область детектирования. После загрузки образца в капиллярный вход, этот капиллярный вход 2002 может перемещаться до вступления его в контакт со структурой 2004 (смотри фиг.22). С помощью этого перемещения отверстие 2006 закрывается, и образец может протекать в канал 2005.
Фиг.22-24 показывают подробные виды примерного капиллярного входа, приспособленного для приема образца, описанного выше устройства. В этом варианте реализации картридж 2001 может содержать одно или более, например три, средств 2003 для поддержки капиллярного входа 2002. Такие средства могут быть установлены в картридж 2001 или могут быть частью картриджа 2001. Средства 2003 для поддержки капиллярного входа 2002 позволяют позиционирование капиллярного входа внутри подложки, а также перемещение капиллярного входа внутри подложки. Средства 2003 для поддержки капиллярного входа могут направлять капиллярный вход по всей площади, где капиллярный вход установлен в подложке, или поддерживать капиллярный вход только в отдельных точках.
Как иллюстрируется на фиг.22, в первом состоянии капиллярный вход 2002 для приема образца находится в первом положении и поддерживается средствами 2003 для поддержки капиллярного входа внутри подложки 2001. Например, средства 2003 для поддержки капиллярного входа представляют собой бруски, которые обеспечивают позиционирование и перемещение капиллярного входа 2002 внутри подложки 2001. Бруски 2003 могут быть отделены друг от друга зазорами или проемами 2006, которые простираются вдоль брусков и соединяют структуру 2004 с окружающим воздухом. Структура 2004 позволяет формировать замкнутое соединение со вторым концом 2002b капиллярного входа 2002 и каналом 2005, ведущим в область детектирования микрожидкостного канала.
В некоторых вариантах реализации структура 2004 может представлять собой отверстие, имеющее внутренний диаметр, причем внутренний диаметр по существу равен внешнему диаметру капиллярного входа.
В других вариантах реализации структура 2004 может представлять собой коническое отверстие, имеющее первый и второй диаметр. Первый диаметр может быть приспособлен образовывать углубление для второго конца капиллярного входа и может быть по существу равным внешнему диаметру капиллярного входа или быть больше, чем он; второй диаметр может быть приспособлен образовывать замкнутое соединение с каналом 2005 и может быть равным внешнему диаметру капиллярного входа или быть меньшим, чем он.
В первом положении капиллярный вход 2002 не находится в контакте со структурой 2004. Поэтому воздух может вытесняться непосредственно из капиллярного входа в окружающий воздух через зазоры или проемы 2006 между брусками 2003, например, при заполнении капиллярного входа образцом.
На фиг.23 капиллярный вход 2002 для приема образца находится во втором положении. В этом варианте реализации замкнутое соединение между капиллярным входом 2002 и каналом 2005 формируется через структуру 2004. Соединение может замыкаться, например, посредством перемещения капиллярного входа 2002 на брусках 2003 в направлении канала 2005. Перемещение может быть инициировано или вызвано приложением внешней силы к первому концу 2002а капиллярного входа 2002. Внешняя сила может прикладываться, например, вручную, автоматически в устройстве, работающем с картриджем, или при закрывании колпачка картриджа.
Фиг.24 показывает вид сверху первого конца 2002а капиллярного входа 2002. В дополнение, показаны средства 2003 для поддержки капиллярного входа 2002 и зазоры или проемы 2006.
Предусматриваются также дополнительные варианты реализации.
Пункт 1: Устройство для детектирования аналита, содержащее картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом, микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и колпачок, имеющий: уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
Пункт 2: Устройство по пункту 1, причем колпачок и картридж предназначены для необратимого закрывания после формирования контура текучей среды.
Пункт 3: Устройство по пункту 1, причем колпачок гибко прикреплен к картриджу.
Пункт 4: Устройство по пункту 1, причем колпачок и картридж предназначены для зацепления в первом относительном положении так, что колпачок может быть снят, и для зацепления во втором относительном положении так, что колпачок необратимо закрыт после формирования контура текучей среды.
Пункт 5: Устройство по пункту 1, причем область детектирования ограничена по меньшей мере одной поверхностью картриджа и по меньшей мере одной поверхностью крышки.
Пункт 6: Устройство по пункту 5, причем крышка включает в себя прозрачную пленку поверх области детектирования.
Пункт 7: Устройство по пункту 6, причем крышка адгезивно прикреплена к картриджу.
Пункт 8: Система детектирования аналита, содержащая картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом; микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и колпачок, имеющий: уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения; и детектор флуоресценции, включающий в себя: источник света; конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более; и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более.
Пункт 9: Система по пункту 8, причем детектор флуоресценции включает в себя камеру.
Пункт 10: Система по пункту 8, причем детектор флуоресценции включает в себя один или более селективных эмиссионных фильтров.
Пункт 11: Способ детектирования аналита, включающий в себя введение образца жидкости в микрожидкостной канал, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой; формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости; и приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду.
Пункт 12: Способ по пункту 11, причем часть контура текучей среды образована упругодеформируемой стенкой.
Пункт 13: Способ по пункту 12, причем приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости включает в себя сжатие упругодеформируемой стенки.
Пункт 14: Способ по пункту 11, дополнительно включающий в себя мечение аналита первым флуоресцентным антителом и вторым флуоресцентным антителом, причем первое и второе флуоресцентные антитела имеют различные длины волн испускания.
Пункт 15: Способ по пункту 14, причем детектирование аналита включает в себя регистрацию первого изображения аналита на длине волны испускания первого флуоресцентного антитела; регистрацию второго изображения аналита на длине волны испускания второго флуоресцентного антитела; и сравнение первого и второго изображений.
Пункт 16: Способ, включающий в себя введение образца жидкости в микрожидкостной канал с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, причем образец жидкости содержит множество частиц, формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Пункт 17: Способ по пункту 16, причем часть контура текучей среды образована упругодеформируемой стенкой.
Пункт 18: Способ по пункту 17, причем приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости включает в себя сжатие упругодеформируемой стенки.
Пункт 19: Способ по любому из пунктов 16-18, дополнительно включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси.
Пункт 20: Способ по пункту 19, причем общий объем множества различных порций составляет по меньшей мере 90% от объема образца жидкости, введенного в микрожидкостное устройство.
Пункт 21: Способ по любому из пунктов 16-20, включающий в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостное устройство, и при этом общий объем смеси составляет по меньшей мере 90% объема V.
Пункт 22: Способ по пункту 21, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 95% объема V образца жидкости.
Пункт 23: Способ по пункту 20, включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в по меньшей мере 10% общего объема смеси.
Пункт 24: Способ по любому из пунктов 16-23, причем частицы представляют собой клетки, а оптические метки представляют собой флуоресцентные метки.
Пункт 25: Способ по любому из пунктов 16-23, причем микрожидкостной канал включает в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом и представляет собой микрожидкостной канал микрожидкостного устройства.
Пункт 26: Способ по любому из пунктов 11-25, дополнительно включающий в себя, перед введением образца жидкости в микрожидкостной канал, введение образца жидкости в сквозной канал капилляра.
Пункт 27: Способ по пункту 26, дополнительно включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения образца жидкости в микрожидкостной канал, присоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
Пункт 28: Способ по любому из пунктов 11-27, дополнительно включающий в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри области детектирования микрожидкостного устройства.
Пункт 29: Способ по любому из пунктов 11-28, причем введение образца жидкости в микрожидкостной канал осуществляют посредством сжатия упругодеформируемой стенки.
Пункт 30: Способ по пункту 29, причем сжатие упругодеформируемой стенки включает в себя сжатие первой части контура текучей среды и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль контура текучей среды на величину, достаточную для осуществления стадии введения.
Пункт 31: Способ по любому из пунктов 11-30, включающий в себя осуществление стадии оптического детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции, с предварительным полным снятием сжатия.
Пункт 32: Способ по любому из пунктов 11-31, причем образец жидкости представляет собой кровь.
Пункт 33: Способ по любому из пунктов 26-32, причем сквозной канал капилляра содержит ингибитор коагуляции.
Пункт 34: Способ по любому из пунктов 26-33, включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостной канал, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
Пункт 35: Способ по любому из пунктов 11-34, причем область детектирования микрожидкостного канала не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
Пункт 36: Способ по любому из пунктов 11-35, причем по меньшей мере часть внутренней поверхности микрожидкостного канала является гидрофобной.
Пункт 37: Способ по любому из пунктов 26-36, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
Пункт 38: Способ по любому из пунктов 26-37, причем капилляр представляет собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, причем сквозной канал капилляра содержит общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости включает в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостной канал.
Пункт 39: Устройство, предназначенное для осуществления любого из способа по пунктам 11-38.
Пункт 40: Устройство для детектирования аналита, содержащее картридж, имеющий микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход, имеющий антикоагулянт на внутренней поверхности, камеру, содержащую реагент, и область детектирования в проточном сообщении со входом; микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
Пункт 41: Детектор флуоресценции, включающий в себя источник света; конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более; и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более и предназначенный для получения изображения микроскопического объекта.
Пункт 42: Способ, включающий в себя введение образца жидкости в сквозной канал капилляра и введение по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства посредством уменьшения давления, действующего на границу раздела образец жидкости - газ образца жидкости.
Пункт 43: Способ по пункту 42, дополнительно включающий в себя, после стадии введения образца жидкости в сквозной канал капилляра, подсоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
Пункт 44: Способ по пункту 42 или 43, причем уменьшение давления осуществляют посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети для вытеснения из нее газа и последующей декомпрессии упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
Пункт 45: Способ по любому из пунктов 42-44, причем микрожидкостная сеть по меньшей мере частично образована первой и второй в целом планарными подложками и между ними, причем по меньшей мере одна из подложек является деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети, и при этом упомянутая по меньшей мере одна подложка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
Пункт 46: Способ по любому из пунктов 42-44, причем микрожидкостная сеть по меньшей мере частично образована микрожидкостным каналом, включающим в себя вход и область детектирования, находящуюся в проточном сообщении со входом, и микрожидкостной путь течения в проточном сообщении с областью детектирования, причем микрожидкостной путь течения имеет стенку, являющуюся по меньшей мере частично деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия по меньшей мере части микрожидкостного пути течения, и эта стенка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостного пути течения.
Пункт 47: Способ по любому из пунктов 42-46, дополнительно включающий в себя объединение образца жидкости с одним или более реагентами, присутствующими в микрожидкостной сети, с образованием смеси.
Пункт 48: Способ по пункту 47, причем смесь содержит по меньшей мере 90% образца жидкости, который ввели в микрожидкостную сеть.
Пункт 49: Способ по пункту 47 или 48, причем упомянутые один или более реагентов включают в себя детектируемую метку, которая реагирует с образцом с образованием комплекса, содержащего эту метку и аналит, присутствующий в образце.
Пункт 50: Способ по любому из пунктов 47-49, дополнительно включающий в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри зоны детектирования микрожидкостного устройства.
Пункт 51: Способ по пункту 50, дополнительно включающий в себя вытеснение порции образца жидкости из зоны детектирования и введение другой порции образца жидкости в зону детектирования, и оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в этой другой порции.
Пункт 52: Способ по пункту 51, причем вытеснение порции и введение другой порции осуществляют посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети, причем сжатая часть по меньшей мере частично смещена вдоль сети от зоны детектирования.
Пункт 53: Способ по пункту 52, причем сжатие упомянутой по меньшей мере части включает в себя сжатие первой части микрожидкостной сети и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль микрожидкостной сети на величину, достаточную для осуществления стадий вытеснения и введения.
Пункт 54: Способ по пункту 53, включающий в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции, без предварительного полного снятия сжатия микрожидкостной сети.
Пункт 55: Способ по любому из пунктов 42-54, причем образец жидкости представляет собой кровь.
Пункт 56: Способ по пункту 55, причем сквозной канал капилляра содержит ингибитор коагуляции.
Пункт 57: Способ по любому из пунктов 42-56, включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостную сеть, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
Пункт 58: Способ по пункту 57, причем предотвращение выхода образца жидкости из капилляра включает в себя увеличение давления, действующего на границу раздела образец жидкости - газ.
Пункт 59: Способ по любому из пунктов 42-58, причем микрожидкостная сеть не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
Пункт 60: Способ по пункту 59, причем внутренняя поверхность микрожидкостной сети, которая образована по меньшей мере одной из первой и второй подложек, является гидрофобной.
Пункт 61: Способ по любому из пунктов 42-60, причем аналит представляет собой частицу.
Пункт 62: Способ по пункту 61, причем частица представляет собой клетку.
Пункт 63: Способ по пункту 49, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
Пункт 64: Способ по любому из пунктов 42-63, причем капилляр представляет собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, причем сквозной канал капилляра содержит общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости включает в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостную сеть.
Пункт 65: Устройство, предназначенное для осуществления любого из пунктов 42-64.
Пункт 66: Способ, включающий в себя введение образца жидкости в микрожидкостную сеть, расположенную между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, причем по меньшей мере одна из подложек является гибкой, а образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством последовательного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек во множестве положений в микрожидкостной сети, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Пункт 67: Способ по пункту 66, дополнительно включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси.
Пункт 68: Способ по пунктам 66 или 67, причем общий объем множества различных порций составляет по меньшей мере 90% объема образца жидкости, введенного в микрожидкостное устройство.
Пункт 69: Способ по любому из пунктов 66-68, включающий в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостное устройство, и при этом общий объем смеси составляет по меньшей мере 90% объема V.
Пункт 70: Способ по пункту 68, включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в по меньшей мере 90% общего объема смеси.
Пункт 71: Способ по любому из пунктов 66-70, причем частицы представляют собой клетки, а оптические метки представляют собой флуоресцентные метки.
Пункт 72: Способ, включающий в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостную сеть, расположенную между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, причем по меньшей мере одна из подложек является гибкой, а образец жидкости содержит множество частиц, формирование смеси внутри микрожидкостной сети, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 90% объема V образца жидкости и оптическую метку, формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток, и детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
Пункт 73: Способ по пункту 72, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 95% объема V образца жидкости.
Пункт 74: Способ по пункту 72 или 73, дополнительно включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси.
Пункт 75: Способ по пункту 74, причем общий объем множества различных порций составляет по меньшей мере 90% объема образца жидкости, введенного в микрожидкостное устройство.
Пункт 76: Устройство, предназначенное для осуществления любого из способа по пунктам 66-75.
Другие варианты реализации находятся в рамках объема формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УПРАВЛЕНИЕ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ | 2017 |
|
RU2734293C2 |
| УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦОВ И ПРИМЕНЕНИЕ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ АНАЛИЗА | 2010 |
|
RU2559541C2 |
| СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ | 2008 |
|
RU2480768C2 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ АНАЛИТОВ В СЛЮНЕ | 2009 |
|
RU2530718C2 |
| МИКРОЖИДКОСТНЫЙ КОЛЛЕКТОР И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АНАЛИТА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ПОГЛОЩЕНИЯ С ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ | 2022 |
|
RU2824152C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗОВ И СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ АНАЛИЗОВ | 2009 |
|
RU2527686C2 |
| АНАЛИТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КАПИЛЛЯРНОГО ДЕЙСТВИЯ И ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЕ | 2010 |
|
RU2554754C2 |
| СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ БИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ОСНОВНОЙ ПРИБОР И СЪЕМНЫЙ КАРТРИДЖ | 2015 |
|
RU2682546C2 |
| Сменный картридж для проведения биохимических реакций | 2015 |
|
RU2785864C2 |
| КВАНТОВО-ТОЧЕЧНЫЕ СПЕКТРОМЕТРЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В БИОМЕДИЦИНСКИХ УСТРОЙСТВАХ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ | 2016 |
|
RU2665202C2 |
Группа изобретений относится к вариантам способа и устройства для проведения анализа образца на различные аналиты. Способ включает в себя контактирование массива разнесенных зон исследования с образцом жидкости, например, с цельной кровью. Зоны исследования расположены внутри канала микрожидкостного устройства. Канал образован по меньшей мере одной гибкой стенкой и второй стенкой, которая может быть или не быть гибкой. Каждая зона исследования содержит соединение-зонд, специфичное к соответствующему целевому аналиту. Микрожидкостное устройство сжимают для уменьшения толщины канала, которая представляет собой расстояние между внутренними поверхностями стенок внутри канала. Присутствие каждого аналита определяют с помощью оптического детектирования взаимодействия в каждой из множества зон исследования, для которых расстояние между внутренними поверхностями в соответствующем местоположении уменьшено. Взаимодействие в каждой зоне исследования указывает на присутствие в образце целевого аналита. Капиллярные структуры устройств или те, которые используются в способах, могут содержать матрицу, устройства могут содержать контрольные элементы, и, следовательно, способы проведения анализа образца могут использовать соответствующие контрольные функции. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении более точного качественного и/или количественного определения аналитов в образце. 14 н., 140 з.п. ф-лы, 38 ил.
1. Устройство для детектирования аналита, содержащее
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом;
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и
колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
2. Устройство по п.1, причем колпачок и картридж предназначены для необратимого закрывания после формирования контура текучей среды.
3. Устройство по п.1, причем колпачок гибко прикреплен к картриджу.
4. Устройство по п.1, причем колпачок и картридж предназначены для зацепления в первом относительном положении так, что колпачок может быть снят, и для зацепления во втором относительном положении так, что колпачок необратимо закрыт после формирования контура текучей среды.
5. Устройство по п.1, причем область детектирования ограничена по меньшей мере одной поверхностью картриджа и по меньшей мере одной поверхностью крышки.
6. Устройство по п.5, причем крышка включает в себя прозрачную пленку поверх области детектирования.
7. Устройство по п.6, причем крышка адгезивно прикреплена к картриджу.
8. Система детектирования аналита, содержащая
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом;
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и
колпачок, имеющий
уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения; и
детектор флуоресценции, включающий в себя
источник света;
конденсорную линзу для получения телесного угла 10° или более; и линзу объектива для получения телесного угла 10° или более.
9. Система по п.8, причем детектор флуоресценции включает в себя камеру.
10. Система по п.8, причем детектор флуоресценции включает в себя один или более селективных эмиссионных фильтров.
11. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в микрожидкостной канал с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой;
формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости; и
приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду.
12. Способ по п.11, причем часть контура текучей среды образована упруго деформируемой стенкой.
13. Способ по п.12, причем приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости включает в себя сжатие упруго деформируемой стенки.
14. Способ по п.11, дополнительно включающий в себя мечение аналита первым флуоресцентным антителом и вторым флуоресцентным антителом, причем первое и второе флуоресцентные антитела имеют различные длины волн испускания.
15. Способ по п.14, причем детектирование аналита включает в себя регистрацию первого изображения аналита на длине волны испускания первого флуоресцентного антитела; регистрацию второго изображения аналита на длине волны испускания второго флуоресцентного антитела; и сравнение первого и второго изображений.
16. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в микрожидкостной канал с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, причем образец жидкости содержит множество частиц;
формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости;
формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду;
формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и
детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
17. Способ по п.16, причем часть контура текучей среды образована упруго деформируемой стенкой.
18. Способ по п.17, причем приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости включает в себя сжатие упруго деформируемой стенки.
19. Способ по любому из пп.16-18, дополнительно включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси.
20. Способ по п.19, причем общий объем множества различных порций составляет по меньшей мере 90% от объема образца жидкости, введенного в микрожидкостное устройство.
21. Способ по п.16, включающий в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостное устройство, и при этом общий объем смеси составляет по меньшей мере 90% объема V.
22. Способ по п.21, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 95% объема V образца жидкости.
23. Способ по п.20, включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в по меньшей мере 10% общего объема смеси.
24. Способ по п.16, причем частицы представляют собой клетки, а оптические метки представляют собой флуоресцентные метки.
25. Способ по п.11 или 16, причем микрожидкостной канал включает в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом и представляет собой микрожидкостной канал микрожидкостного устройства.
26. Способ по п.11 или 16, дополнительно включающий в себя, перед введением образца жидкости в микрожидкостной канал, введение образца жидкости в сквозной канал капилляра.
27. Способ по п.26, дополнительно включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения образца жидкости в микрожидкостной канал, присоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
28. Способ по п.11 или 16, дополнительно включающий в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри области детектирования микрожидкостного устройства.
29. Способ по п.11 или 16, причем введение образца жидкости в микрожидкостной канал осуществляют посредством сжатия упруго деформируемой стенки.
30. Способ по п.29, причем сжатие упруго деформируемой стенки включает в себя сжатие первой части контура текучей среды и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль контура текучей среды на величину, достаточную для осуществления стадии введения.
31. Способ по п.11 или 16, включающий в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции, с предварительным полным снятием сжатия.
32. Способ по п.11 или 16, причем образец жидкости представляет собой кровь.
33. Способ по п.26, причем сквозной канал капилляра содержит ингибитор коагуляции.
34. Способ по п.26, включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостной канал, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
35. Способ по п.11 или 16, причем область детектирования микрожидкостного канала не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
36. Способ по п.11 или 16, причем по меньшей мере часть внутренней поверхности микрожидкостного канала является гидрофобной.
37. Способ по п.25, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
38. Способ по п.26, причем капилляр представляет собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, причем сквозной канал капилляра содержит общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости включает в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостной канал.
39. Устройство для детектирования аналита, содержащее
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход, имеющий антикоагулянт на внутренней поверхности, камеру, содержащую реагент, и область детектирования в проточном сообщении со входом;
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала; и
колпачок, имеющий
уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения со входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
40. Устройство для детектирования аналита в образце, содержащее
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход с матрицей, покрывающей по меньшей мере часть площади поперечного сечения капиллярного входа и обеспечивающей возможность протекания жидкости;
и область детектирования в проточном сообщении с капиллярным входом;
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала.
41. Устройство по п.40, причем упомянутое устройство дополнительно содержит колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с капиллярным входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя капиллярный вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
42. Устройство по п.40 или 41, причем упомянутое устройство дополнительно содержит контрольный элемент.
43. Устройство по п.40, причем микрожидкостной канал содержит первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами капиллярный вход, область детектирования и отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
44. Устройство для детектирования аналита, содержащее
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, включающий в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом,
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала;
и
контрольный элемент, который выбран из группы, состоящей из (i) аналита, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (ii) оптически детектируемого шарика, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (iii) средства для определения объема микрожидкостного канала, (iv) средства для определения фоновой флуоресценции в микрожидкостном канале и (v) средства для обнаружения заполнения микрожидкостного канала.
45. Устройство по п.44, причем упомянутое устройство дополнительно содержит колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с капиллярным входом и формирования контура текучей среды, включающего в себя вход, микрожидкостной канал и микрожидкостной путь течения.
46. Устройство по п.44, причем вход представляет собой капиллярный вход.
47. Устройство по п.46, причем капиллярный вход содержит матрицу.
48. Устройство по п.44, причем микрожидкостной канал содержит первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами вход, область детектирования и отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала.
49. Устройство для детектирования аналита в образце, содержащее
картридж, имеющий
микрожидкостной канал, содержащий первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами область входа, область детектирования, находящуюся в проточном сообщении с областью входа, и отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала;
микрожидкостной путь течения, имеющий по меньшей мере частично деформируемую стенку и находящийся в проточном сообщении с областью детектирования канала.
50. Устройство по п.49, причем упомянутое устройство дополнительно содержит контрольный элемент.
51. Устройство по п.49, причем область входа представляет собой капиллярный вход.
52. Устройство по п.51, причем капиллярный вход содержит матрицу.
53. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие предназначено для удаления газа из микрожидкостного канала.
54. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие представляет собой отверстие в стенке, окружающей микрожидкостной канал.
55. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие находится в проточном сообщении с окружающей текучей средой, окружающей микрожидкостной канал.
56. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие расположено между областью входа и областью детектирования.
57. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие предназначено для удаления газа из области входа во время заполнения устройства образцом.
58. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем отверстие является закрываемым.
59. Устройство по любому из пп.43 и 48-52, причем область входа является перемещаемой внутри микрожидкостного канала.
60. Устройство по п.59, причем область входа является перемещаемой по отношению к отверстию.
61. Устройство по п.59, причем область входа является перемещаемой вдоль продольной оси микрожидкостного канала.
62. Устройство по п.58, причем отверстие в первом относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала находится в проточном сообщении с областью входа, а во втором относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала закрыто.
63. Устройство по п.62, причем упомянутое устройство дополнительно содержит колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с областью входа, причем колпачок выполнен так, что закрывание колпачка перемещает область входа из первого относительного положения внутри микрожидкостного канала во второе относительное положение внутри микрожидкостного канала с формированием замкнутого контура текучей среды, включающего в себя область входа, область детектирования и микрожидкостной путь течения.
64. Устройство по п.43, 48 или 49, причем отверстие предназначено для введения газа в микрожидкостной канал.
65. Устройство по п.43, 48 или 49, причем отверстие дополнительно предназначено для удаления жидкости из микрожидкостного канала и/или введения жидкости в микрожидкостной канал.
66. Устройство по любому из пп.41, 43 или 45-48, причем колпачок и картридж предназначены для необратимого закрывания после формирования контура текучей среды.
67. Устройство по любому из пп.41, 43 или 45-48, причем колпачок гибко прикреплен к картриджу.
68. Устройство по любому из пп.41, 43 или 45-48, причем колпачок и картридж предназначены для зацепления в первом относительном положении так, что колпачок может быть снят, и для зацепления во втором относительном положении так, что колпачок необратимо закрыт после формирования контура текучей среды.
69. Устройство по любому из пп.41, 43 или 45-48, причем область детектирования ограничена по меньшей мере одной поверхностью картриджа и по меньшей мере одной поверхностью крышки.
70. Устройство по п.69, причем крышка включает в себя прозрачную пленку поверх области детектирования.
71. Устройство по п.70, причем крышка адгезивно прикреплена к картриджу.
72. Устройство по любому из пп.40, 43, 47, 48, 52, причем упомянутая матрица является по меньшей мере частично растворимой в образце.
73. Устройство по любому из пп.40, 43, 47, 48, 52, причем упомянутая матрица содержит полученные сушкой вымораживанием компоненты.
74. Устройство по любому из пп.40, 43, 47, 48, 52, причем упомянутая матрица простирается по всей площади поперечного сечения капиллярного входа.
75. Устройство по любому из пп.40, 43, 47, 48, 52, причем упомянутая матрица не простирается по всей длине капиллярного входа.
76. Устройство по любому из пп.40, 43, 47, 48, 52, причем упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом с образованием комплекса, включающего в себя эту метку, и/или ингибитор коагуляции, и/или стабилизирующий агент.
77. Устройство по любому из пп.43 или 50-52, причем упомянутый контрольный элемент представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из (i) аналита, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (ii) оптически детектируемого шарика, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (iii) средства для определения объема микрожидкостного канала, (iv) средства для определения фоновой флуоресценции в микрожидкостном канале и (v) средства для обнаружения заполнения микрожидкостного канала.
78. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в микрожидкостной канал, включающий в себя капиллярный вход с матрицей, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой, причем образец жидкости содержит множество частиц;
формирование контура текучей среды так, что транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости;
формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду;
формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и
детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
79. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в первый конец микрожидкостного канала, содержащего первый конец и второй конец и между этими первым и вторым концами отверстие, предназначенное для вентиляции микрожидкостного канала, с формированием тем самым сплошной пробки жидкости, окруженной каналом и ограниченной на первом конце транспортной текучей средой;
формирование контура текучей среды так, что отверстие закрыто и транспортная текучая среда обеспечивает проточное сообщение между первым и вторым концами пробки жидкости;
формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством приложения разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости через транспортную текучую среду;
формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и
детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
80. Способ по п.79, причем часть контура текучей среды образована упруго деформируемой стенкой.
81. Способ по п.80, причем приложение разности давлений к первому и второму концам пробки жидкости включает в себя сжатие упруго деформируемой стенки.
82. Способ по п.79, дополнительно включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в каждой из множества различных порций смеси.
83. Способ по п.82, причем общий объем множества различных порций составляет по меньшей мере 90% объема образца жидкости, введенного в микрожидкостной канал.
84. Способ по п.79, включающий в себя введение общего объема V образца жидкости в микрожидкостной канал, и при этом общий объем смеси составляет по меньшей мере 90% объема V.
85. Способ по п.84, причем смесь содержит по меньшей мере примерно 95% объема V образца жидкости.
86. Способ по п.85, включающий в себя детектирование комплексов, присутствующих в по меньшей мере 10% общего объема смеси.
87. Способ по п.79, причем частицы представляют собой клетки, а оптические метки представляют собой флуоресцентные метки.
88. Способ по п.79, причем микрожидкостной канал дополнительно включает в себя вход и область детектирования в проточном сообщении со входом и представляет собой микрожидкостной канал микрожидкостного устройства.
89. Способ по п.88, причем вход представляет собой капиллярный вход.
90. Способ по п.79, включающий в себя, до введения образца жидкости в микрожидкостной канал, введение образца жидкости в капиллярный вход.
91. Способ по п.90, дополнительно включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в капиллярный вход и введения образца жидкости в микрожидкостной канал, присоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
92. Способ по п.79, причем отверстие предназначено для удаления газа из микрожидкостного канала во время введения образца жидкости.
93. Способ по п.79, причем отверстие представляет собой отверстие в стенке, окружающей микрожидкостной канал.
94. Способ по п.79, причем отверстие находится в проточном сообщении с окружающей текучей средой, окружающей микрожидкостной канал, во время введения образца жидкости.
95. Способ по п.88, причем отверстие расположено между входом и областью детектирования.
96. Способ по п.79, причем вход является перемещаемым внутри микрожидкостного канала.
97. Способ по п.96, причем область входа является перемещаемой по отношению к отверстию.
98. Способ по п.96, причем область входа является перемещаемой вдоль продольной оси микрожидкостного канала.
99. Способ по п.96, причем отверстие в первом относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала находится в проточном сообщении с областью входа, а во втором относительном положении области входа внутри микрожидкостного канала закрыто.
100. Способ по п.99, причем упомянутое устройство дополнительно содержит колпачок, имеющий уплотнительный элемент, предназначенный для уплотнения с областью входа, причем закрывание колпачка перемещает область входа из первого относительного положения внутри микрожидкостного канала во второе относительное положение внутри микрожидкостного канала с образованием замкнутого контура текучей среды, включающего в себя область входа и область детектирования.
101. Способ по п.79, дополнительно включающий в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри области детектирования микрожидкостного устройства.
102. Способ по п.79, причем введение образца жидкости в микрожидкостной канал осуществляют посредством сжатия упруго деформируемой стенки.
103. Способ по п.102, причем сжатие упруго деформируемой стенки включает в себя сжатие первой части контура текучей среды и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль контура текучей среды на величину, достаточную для осуществления стадии введения.
104. Способ по п.79, включающий в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции, с предварительным полным снятием сжатия.
105. Способ по п.79, причем образец жидкости представляет собой кровь.
106. Способ по п.89, причем капиллярный вход содержит ингибитор коагуляции.
107. Способ по п.90, включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в капиллярный вход и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостной канал, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
108. Способ по п.88, причем область детектирования микрожидкостного канала не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
109. Способ по п.79, причем по меньшей мере часть внутренней поверхности микрожидкостного канала является гидрофобной.
110. Способ по п.88, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
111. Способ по п.91, причем капилляр представляет собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, капилляр содержит общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости включает в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостной канал.
112. Способ по п.89, причем капиллярный вход содержит матрицу, и упомянутая матрица по меньшей мере частично растворяется при введении образца жидкости в капиллярный вход.
113. Способ по п.112, причем упомянутая матрица содержит полученные сушкой вымораживанием компоненты.
114. Способ по п.112 или 113, причем упомянутая матрица простирается по всей площади поперечного сечения капиллярного входа.
115. Способ по п.112 или 113, причем упомянутая матрица не простирается по всей длине капиллярного входа.
116. Способ по п.112 или 113, причем упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом с образованием комплекса, включающего в себя эту метку, и/или ингибитор коагуляции, и/или стабилизирующий агент.
117. Способ по п.80, причем используют контрольный элемент, и упомянутый контрольный элемент представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из (i) аналита, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (ii) оптически детектируемого шарика, иммобилизованного внутри микрожидкостного канала, (iii) средства для определения объема микрожидкостного канала, (iv) средства для определения фоновой флуоресценции в микрожидкостном канале и (v) средства для обнаружения заполнения микрожидкостного канала.
118. Способ по п.117, причем образование комплексов дополнительно включает в себя образование комплексов, содержащих один из аналитов, иммобилизованных внутри микрожидкостного канала, и по меньшей мере одну из оптических меток.
119. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в сквозной канал капилляра; и
введение по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостную сеть микрожидкостного устройства, охарактеризованного в любом из пп.40, 44 или 49, посредством уменьшения давления, действующего на границу раздела образец жидкости - газ образца жидкости.
120. Способ по п.119, дополнительно включающий в себя, после стадии введения образца жидкости в сквозной канал капилляра, присоединение капилляра к микрожидкостному устройству, при этом образец жидкости остается внутри капилляра.
121. Способ по п.119, причем уменьшение давления осуществляют посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети для вытеснения из нее газа и последующей декомпрессии этой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
122. Способ по п.119, причем микрожидкостная сеть по меньшей мере отчасти образована первой и второй в целом планарными подложками и между ними, причем по меньшей мере одна из подложек является деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети, и эта по меньшей мере одна подложка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостной сети.
123. Способ по п.119, причем микрожидкостная сеть по меньшей мере отчасти образована микрожидкостным каналом, включающим в себя вход и область детектирования, находящуюся в проточном сообщении со входом, и микрожидкостной путь течения в проточном сообщении с областью детектирования, причем микрожидкостной путь течения имеет стенку, являющуюся по меньшей мере частично деформируемой при приложении внешнего давления для сжатия упомянутой по меньшей мере части микрожидкостного пути течения, и эта стенка стремится восстановить свое прежнее положение при снятии внешнего давления, делая возможной декомпрессию упомянутой по меньшей мере части микрожидкостного пути течения.
124. Способ по п.119, дополнительно включающий в себя объединение образца жидкости с одним или более реагентами, присутствующими внутри микрожидкостной сети, с образованием смеси.
125. Способ по п.124, причем смесь содержит по меньшей мере 90% образца жидкости, который ввели в микрожидкостную сеть.
126. Способ по п.125, дополнительно включающий в себя оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в порции образца жидкости, причем эта порция присутствует внутри зоны детектирования микрожидкостного устройства.
127. Способ по п.126, дополнительно включающий в себя вытеснение порции образца жидкости из зоны детектирования, введение другой порции образца жидкости в зону детектирования и оптическое детектирование сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в этой другой порции.
128. Способ по п.127, причем вытеснение порции и введение другой порции осуществляют посредством сжатия по меньшей мере части микрожидкостной сети, причем сжатая часть по меньшей мере частично смещена вдоль сети от зоны детектирования.
129. Способ по п.128, причем сжатие упомянутой по меньшей мере части включает в себя сжатие первой части микрожидкостной сети и, без предварительного полного снятия сжатия, перемещение места сжатия вдоль микрожидкостной сети на величину, достаточную для осуществления стадий вытеснения и введения.
130. Способ по п.129, включающий в себя осуществление стадии оптического детектирования сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции, без предварительного полного снятия сжатия микрожидкостной сети.
131. Способ по п.119, причем образец жидкости представляет собой кровь.
132. Способ по п.131, причем капиллярный вход содержит ингибитор коагуляции.
133. Способ по п.119, включающий в себя, между стадиями введения образца жидкости в сквозной канал капилляра и введения по меньшей мере части образца жидкости в микрожидкостную сеть, предотвращение выхода образца жидкости из капилляра.
134. Способ по п.133, причем предотвращение выхода образца жидкости из капилляра включает в себя увеличение давления, действующего на границе раздела образец жидкости - газ.
135. Способ по п.119, причем микрожидкостная сеть не поддерживает капиллярное течение образца жидкости.
136. Способ по п.135, причем внутренняя поверхность микрожидкостной сети, которая образована по меньшей мере одной из первой и второй подложек, является гидрофобной.
137. Способ по п.119, причем аналит представляет собой частицу.
138. Способ по п.137, причем частица представляет собой клетку.
139. Способ по п.126, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере одного из микрожидкостного устройства и оптического детектора относительно друг друга и последующее детектирование оптического сигнала, указывающего на количество комплекса, присутствующего в другой порции образца жидкости.
140. Способ по п.119, причем капилляр представляет собой сквозной капилляр, содержащий первый и второй открытые концы, причем сквозной канал капилляра содержит общий объем V, и стадия введения по меньшей мере части образца жидкости включает в себя введение по меньшей мере 90% образца жидкости в микрожидкостную сеть.
141. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в капиллярный вход микрожидкостной сети, причем капиллярный вход имеет матрицу, а микрожидкостная сеть расположена между внутренней поверхностью первой подложки и внутренней поверхностью второй подложки микрожидкостного устройства, по меньшей мере одна из этих подложек является гибкой, образец жидкости содержит множество частиц;
формирование смеси, содержащей по меньшей мере часть образца жидкости и оптическую метку, посредством последовательного уменьшения расстояния между внутренними поверхностями первой и второй подложек во множестве положений внутри микрожидкостной сети;
формирование множества комплексов, причем каждый комплекс содержит одну из множества частиц и по меньшей мере одну из оптических меток; и
детектирование комплексов, присутствующих в порции смеси.
142. Способ по п.141, причем микрожидкостная сеть дополнительно содержит контрольный элемент и/или связана с контрольным элементом.
143. Капилляр, содержащий матрицу, причем упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом или образцом с образованием комплекса, включающего в себя эту метку, и при этом упомянутая матрица покрывает по меньшей мере часть площади поперечного сечения капиллярного входа и обеспечивает возможность протекания жидкости.
144. Капилляр по п.143, причем упомянутая матрица является по меньшей мере частично растворимой в жидкости или образце.
145. Капилляр по п.143 или 144, причем упомянутая матрица содержит полученные сушкой вымораживанием компоненты.
146. Капилляр по п.143, причем упомянутая матрица простирается по всей площади поперечного сечения капилляра.
147. Капилляр по п.143, причем упомянутая матрица не простирается по всей длине капилляра.
148. Капилляр по п.143, причем упомянутая матрица дополнительно содержит ингибитор коагуляции и/или стабилизирующий агент.
149. Способ детектирования аналита, включающий в себя
введение образца жидкости в микрожидкостную сеть через канал капилляра, причем канал капилляра содержит матрицу, при этом упомянутая матрица содержит детектируемую метку, которая реагирует с аналитом или образцом с образованием комплекса, включающего в себя эту метку, и при этом упомянутая матрица покрывает по меньшей мере часть площади поперечного сечения капиллярного входа и обеспечивает возможность протекания жидкости.
150. Способ по п.149, причем упомянутая матрица является по меньшей мере частично растворимой в жидкости или образце.
151. Способ по п.149 или 150, причем упомянутая матрица содержит полученные сушкой вымораживанием компоненты.
152. Способ по п.149, причем упомянутая матрица простирается по всей площади поперечного сечения канала капилляра.
153. Способ по п.149, причем упомянутая матрица не простирается по всей длине канала капилляра.
154. Способ по п.149, причем упомянутая матрица дополнительно содержит ингибитор коагуляции и/или стабилизирующий агент.
| US 2003008308 A1, 09.01.2003 | |||
| US 2004115838 A1, 17.06.2004 | |||
| US 2002185184 A1, 12.12.2002 | |||
| СПОСОБ ПРОСМОТРА И АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИКИ НА ОСНОВЕ ДИФРАКЦИИ | 2002 |
|
RU2321842C2 |
| ЕР 1279436 А2, 29.01.2003 | |||
| US 2004087281 A1, 06.05.2004 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА | 2002 |
|
RU2282196C2 |
| АНАЛИЗАТОР | 1999 |
|
RU2195653C2 |
