ДАТЧИК ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЦЕЛЕВОЙ МИШЕНИ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/543 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] Биологический датчик (сенсор) означает аналитическое устройство для обнаружения молекулы-мишени путем взаимодействия биомолекулы с молекулой мишенью. По сравнению с культивированием или полимеразной цепной реакцией (ПЦР) биологический датчик может обнаруживать существование молекулы-мишени в течение относительно короткого периода времени. Некоторые биологические датчики используют хроматографические методы иммунологических анализов. Однако эти хроматографические биологические датчики на основе иммуноанализа имеют ограничения при внедрении. Например, большинство хроматографических биологических датчиков на основе иммуноанализа обнаруживают антитела, которые вырабатываются пациентами по истечении последней стадии инфекции/болезни.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[002] На фиг.1 представлено иллюстративное воплощение датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы).

На фиг.2A представлено иллюстративное воплощение контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы).

На фиг.2B представлено иллюстративное воплощение контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы).

На фиг.2C представлено иллюстративное воплощение контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы).

На фиг.3 представлено иллюстративное воплощение способа получения датчика.

На фиг.4A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком 10% разбавленной пробы энтеровируса 71, полученной от инфицированного пациента.

На фиг.4B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком контрольной пробы, полученной от здорового пациента.

На фиг.5A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком 10% разбавленной пробы вируса гриппа A, полученной от инфицированного пациента.

На фиг.5B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком контрольной пробы, полученной от здорового пациента.

На фиг.6A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком 10% разбавленной пробы вируса гриппа B, полученной от инфицированного пациента.

На фиг.6B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком контрольной пробы, полученной от здорового пациента, все расположены в соответствии с вариантами данного раскрытия.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[003] Некоторые варианты раскрытия данного изобретения могут обычно относиться к устройству для связывания целевой мишени. Один пример устройства может содержать подложку, материал, расположенный на подложке, и зонд, расположенный на материале и конфигурированный для связывания с целевой мишенью. Зонд конфигурируют на материале для рассеяния света, излучаемого источником света при связывании целевой мишени с зондом.

[004] Некоторые дополнительные варианты данного раскрытия могут обычно относиться к способам получения устройства датчика для обнаружения целевой мишени. Один пример способа может включать в себя обеспечение материала, который включает в себя структуру, конфигурированную для рассеяния света или усиления рассеяния света, связанного с целевой мишенью, расположение материала на подложке и расположение зонда, сконфигурированного для взаимодействия с целевой мишенью на материале.

[005] Другие варианты осуществления данного раскрытия могут вообще относиться к способам применения устройства датчика для обнаружения целевой мишени. Один пример способа может включать в себя получение первого сигнала на основе света, переданного от источника света датчика, и прошедшего через устройство, до того как пробу, которая потенциально содержит представляющую интерес мишень, помещают в устройство, получение второго сигнала на основе света, переданного от источника света датчика, и прошедшего через устройство, после того как пробу помещают в устройство, и определение, присутствует ли представляющая интерес мишень в пробе, на основе сравнения первого сигнала и второго сигнала. Разница между двумя сигналами указывает на то, что мишень присутствует в пробе.

[006] Приведенное выше краткое изложение носит исключительно иллюстративный характер и не предназначено для какого-либо ограничения. В дополнение к иллюстративным аспектам варианты осуществления и признаки, описанные выше, дополнительные аспекты, варианты осуществления и отличительные признаки станут очевидными со ссылкой на чертежи и следующее подробное описание.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[007] В следующем подробном описании сделаны ссылки на прилагаемые фигуры, которые являются частью данного описания. На фигурах аналогичные символы обычно обозначают аналогичные компоненты, если в контексте не указано иначе. Иллюстративные варианты, описанные в подробном описании, фигурах и формуле изобретения, не предназначены для ограничения. Могут быть использованы другие варианты и могут быть произведены другие изменения, не выходя за пределы сущности или объема предмета, представленного здесь. Легко можно понять, что аспекты данного раскрытия изобретения, как в основном описано здесь и показано на фигурах, могут быть упорядочены, заменены, объединены и сконструированы в большом разнообразии различных конфигураций, все из которых явно рассматриваются и составляют часть данного раскрытия.

[008] В данном раскрытии термин "зонд" ("probe") обычно относится к веществу (например, биомолекуле), которое способно связываться с целевой мишенью (например, биомолекулой). Например, зонд может иметь аффинность связывания с мишенью приблизительно от 100 пиконьютонов до приблизительно 500 пиконьютонов. Неограничивающие примеры зондов включают в себя антитела, фрагменты антител, которые сохраняют способность связываться с целевой мишенью, нуклеиновые кислоты (например, ДНК, РНК, аптамеры), антигены, эпитоп и ферменты. Как описано здесь, в датчике может быть использован единственный зонд, который узнает единственную представляющую интерес мишень, или может быть использовано два или несколько зондов, которые узнают единственную представляющую интерес мишень, или множество представляющих интерес мишеней.

[009] Термин "мишень" ("target") обычно относится к любой молекуле, которая является обнаруживаемой с помощью датчика, как описано здесь. Мишень может включать в себя, но не ограничивается ею, биомолекулу. Примеры мишеней, которые являются обнаруживаемыми в описанных здесь датчиках, включают в себя, но не ограничиваются ими, биомолекулы (например, вирус, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды) и другие типы молекул (например, небольшие молекулы), такие как гаптены и токсины. В некоторых вариантах мишень означает биомолекулу, которая присутствует в физиологической жидкости и/или ткани.

[0010] В некоторых вариантах датчик для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы) включает в себя источник света, контейнер и приемник света, имеющий фотоэлемент, который генерирует электрический сигнал, который пропорционален количеству света, принимаемому приемником света. По меньшей мере одна внутренняя поверхность контейнера включает в себя зонды, иммобилизованные на материале, который располагают на поверхности контейнера. Источник света конфигурируют для генерирования света, который проходит через контейнер и в конце концов попадает на фотоэлемент. Свет может быть специфической длины волны. Таким образом, в зависимости от мишени, подлежащей обнаружению, специфическая длина волны может быть изменена. Специфическая длина волны может быть определена любыми технически выполнимыми подходами. В некоторых вариантах осуществления, специфическую длину волны определяют сканированием мишени с использованием спектра видимого излучения или спектра УФ-излучения. Длина волны максимума поглощения мишени в спектре видимого излучения может быть специфической длиной волны. Например, любой из энтеровируса 71, вируса гриппа A и вируса гриппа В имеет максимум поглощения приблизительно при длине волны 560 нм в спектре видимого излучения и относительно большее поглощение приблизительно при длине волны 280 нм в ультрафиолетовом спектре. Аденовирус имеет максимум поглощения при длине волны приблизительно 340 нм в спектре видимого излучения и имеет относительно большее поглощение приблизительно при длине волны 280 нм в ультрафиолетовом спектре. Если мишень присутствует и связывается с зондами, свет рассеивается при прохождении через контейнер, усиливая сигнал, что приводит к более высокому уровню света, достигающему приемника света, и большей величине электрического сигнала, генерируемого фотоэлементом.

[0011] В некоторых вариантах источник света может генерировать видимый или ультрафиолетовый свет. Светофильтр может быть размещен между источником света и контейнером таким образом, что свет, попадающий в контейнер, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, светофильтр может быть размещен между контейнером и фотоэлементом таким образом, что свет, попадающий на фотоэлемент, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, некоторые оптические элементы (например, щель, решетка, зеркало и линейный прибор с зарядовой связью) могут быть размещены между контейнером и фотоэлементом, чтобы видимый свет, прошедший через контейнер, превращался в монохроматический свет со специфической длиной волны до попадания на фотоэлемент. Источник света также может быть монохроматическим источником света.

[0012] В некоторых вариантах контейнер включает в себя подложку, материал, расположенный на подложке, и один (зонд) или несколько зондов, расположенных на материале. Зонд иммобилизуют на материале. Зонд может быть биологическим веществом, например антителом, фрагментом антитела, нуклеиновой кислотой, аптамером, антигеном, эпитопом или ферментом, или любым веществом, которое способно связываться с целевой мишенью таким образом, что при связывании мишени с зондом рассеяние света происходит в большей степени, чем тогда, когда мишень не связана. Материал совместим с зондом и зонд может быть иммобилизован на материале. Материал может быть, например, металлом, таким как золото, серебро, медь и никель. Подложка может состоять из любой композиции, которая является технически обоснованной для материала, который будет расположен на ней, и которая не препятствует обнаружению целевой мишени, как описано здесь. Некоторые примеры подходящих подложек могут включать в себя, без ограничения, стекло, металл, силикон или полимеры.

[0013] Материал включает в себя структуру, конфигурированную для усиления рассеяния света при связывании мишени с зондом. В некоторых вариантах сама по себе структура конфигурирована для рассеяния света при прохождении света через структуру. В некоторых вариантах структура может быть пленкой, нанесенной на подложку. В некоторых других вариантах нанесенная пленка может быть отожжена. Отжиг приводит к тому, что поверхность нанесенной пленки становится шероховатой. Шероховатая поверхность может усиливать рассеяние света, проходящего через контейнер.

[0014] В некоторых вариантах структура может быть массивом (array) металлических стержней, расположенных на подложке. Размер металлического стержня в массиве металлических стержней связан с указанной выше специфической длиной волны. Длина любого из металлических стержней не является ни кратной (длине волны), ни фактором специфической длины волны. Толщина любого из металлических стержней не является ни кратной (длине волны), ни фактором специфической длины волны. Расстояние между двумя расположенными рядом стержнями не является ни кратным (длине волны), ни фактором специфической длины волны.

[0015] Зонд располагают или иммобилизуют на материале путем одной или нескольких химических связей (например, ковалентной связью) с материалом. Зонд может образовывать взаимосвязь по типу "замка и ключа" с мишенью, подлежащей обнаружению датчиком. Например, зонд может быть ДНК, РНК, белком, антителом, фрагментом антитела, аптамером, антигеном, эпитопом или ферментом. В некоторых вариантах зонд представляет собой антитело и мишень представляет собой антиген, с которым антитело связывается.

[0016] Пробу, в том числе потенциально включающую мишень, вводят в датчик, и которая затем обтекает зонд. Если мишень присутствует в пробе, то количество фотонов, проходящих через контейнер до внесения пробы в датчик, может быть отличным от количества фотонов, проходящих через контейнер после внесения пробы в датчик, поскольку мишень, связанная с зондом, рассеивает фотоны. Если мишень не присутствует в пробе, то количество фотонов, проходящее через контейнер, остается по существу одними и теми же, поскольку не существует связанной мишени для рассеивания фотонов. В некоторых вариантах количество фотонов, поглощенных пробой, является выше в присутствии связанной мишени, чем в отсутствие мишени, приводящее к отличию светового сигнала, обнаруженного, когда мишень присутствует, и светового сигнала, обнаруженного, когда мишень отсутствует. В некоторых вариантах свет, излучаемый источником света, содержит длину волны от около 300 нм до около 800 нм.

[0017] В некоторых вариантах раскрывают способ изготовления датчика. Способ включает в себя обеспечение материала, который включает в себя структуру, конфигурированную для рассеяния света или усиления рассеяния света, связанного с целевой мишенью, расположение материала на подложке и расположение зонда, конфигурированного для взаимодействия с целевой мишенью на материале.

[0018] В некоторых вариантах материал представляет собой пленку. Подложка может быть очищена перед нанесением материала на подложку. В некоторых вариантах перед нанесением материала на подложку сначала на подложку наносят адгезионный слой. Затем материал наносят на адгезионный слой. Адгезионный слой может быть хромом.

[0019] В некоторых вариантах материал представляет собой отожженную пленку, которая имеет структуру с неодинаковую (шероховатую) поверхность. Материал может быть отожжен при температуре от приблизительно 300°С до приблизительно 500°С, после чего материал наносят на адгезионный слой.

[0020] В некоторых вариантах материал включает в себя структуру массива стержней. Фоторезист наносят на субстрат и выполняют способ фотолитографии для образования массива стержней. Размер каждого стержня в массиве стержней связан со специфической длиной волны, изложенной выше. Расстояние между двумя смежными стержнями также связано со специфической длиной волны.

[0021] В некоторых вариантах раскрывают способ обнаружения целевой мишени с использованием описанного здесь датчика. Датчик включает в себя источник света, контейнер и фотоэлемент. Контейнер включает в себя подложку, материал, расположенный на подложке, и зонд, сконфигурированный для взаимодействия с целевой мишенью. Зонд располагают и иммобилизуют на материале. Способ включает в себя передачу света от источника света через контейнер и получение первого сигнала на основе света, полученного фотоэлементом датчика.

[0022] Способ также включает в себя помещение в датчик пробы, которая потенциально включает в себя представляющую интерес мишень, и получение второго сигнала на основе света, полученного фотоэлементом датчика после помещения пробы в контейнер. Способ дополнительно включает в себя сравнение первого сигнала и второго сигнала и определение возможности существования мишени в пробе на основе сравнения.

[0023] Фиг.1 представляет собой иллюстративный вариант датчика 100 для обнаружения целевой мишени. Датчик 100 включает в себя контейнер 101. Контейнер образует устройство для связывания целевой мишени и включает в себя материал 111, расположенный на подложке 110 (например, одной или нескольких стенок контейнера), и зонды 113, которые способны связываться с мишенью, расположенной на материале. Свет 112 передается от источника света датчика 100 к приемнику света датчика 100 через контейнер 101. Зонды 113, расположенные на материале 111, конфигурируют на пути света, излучаемого источником света. Зонды 113 конфигурируют так, чтобы свет, проходящий через устройство, рассеивался при связывании целевой мишени с зондами 113.

[0024] Раствор, который не содержит мишень, такой как буферный раствор, вводят в контейнер 101. Свет 112 конфигурируется для прохождения через контейнер 101 в первый отрезок времени и принимается приемником света. Приемник света дополнительно включает в себя фотодиодный детектор, сконфигурированный для генерирования первого электронного сигнала на основе количества света 112, которое принимается преемником света в первый отрезок времени. Приемник света дополнительно включает в себя процессор для обработки первого электронного сигнала.

[0025] Затем пробу 900, потенциально включающую в себя представляющую интерес мишень 901, помещают в контейнер 101. Предварительно установленное количество времени дают для истечения, с тем чтобы если представляющая интерес мишень 901 существует в пробе 900, то представляющая интерес мишень 901 могла связаться с зондами 113 на материале 111. После истечения предварительно установленного времени помещенную пробу 900 в контейнер 101, в том числе примеси 902, удаляют из контейнера 101 дренажным насосом 400 через первое отверстие 107, канал 109 и второе отверстие 108, без разрыва связи между целевой мишенью 901 и зондами 113. Затем контейнер 101 промывают буферным раствором заранее определенное число раз. Например, свежий буферный раствор может быть повторно введен в контейнер 101 и откачан из контейнера 101 несколько раз.

[0026] Если будет обнаружено рассеяние света, которое происходит при связывании молекулы-мишени с зондами 113 на устройстве, то это указывает на присутствие мишени 901 в пробе 900. Свет 112 конфигурируется для прохождения через контейнер 101 во второй отрезок времени и принимается приемником света. Фотодиодный детектор приемника света конфигурируют для генерирования второго электронного сигнала на основе количества света, которое принимается преемником света во второй отрезок времени. Процессор приемника света конфигурируют для дальнейшей обработки второго электронного сигнала. Если второй сигнал значительно сильнее, чем первый сигнал, то процессор определяет, что представляющая интерес мишень присутствует в пробе.

[0027] На фиг.2A представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включают в себя подложку 201, пленку 203, расположенную на подложке, и зонд 205, расположенный на пленке 203. Толщина пленки 203 может быть, например, по существу одинаковой толщины от приблизительно 5 нм до приблизительно 200 нм. Первая поверхность 2051 зонда 205 расположена на материале 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющего аффинность связывания с мишенью 207, конфигурируют так, что поверхность зонда доступна для соединения с мишенью 207, при наличии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на пленке 203 так, что свет 210 (показанный в виде стрелки на фиг.2A) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.

[0028] На фиг.2B представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включает в себя подложку 201, массив стержней 203, расположенных на подложке, и зонд 205, расположенный на массиве стержней 203. Толщина и длина любого стержня в массиве стержней связана с длиной волны света, переданного от источника света датчика. Длина волны является специфической для целевой мишени 207. Расстояние между двумя расположенными рядом стержнями также связано с такой длиной волны. В некоторых вариантах толщина, длина и расстояние все не являются ни кратными длине волны, ни фактором длины волны. В некоторых воплощениях стержень из массива стержней может иметь длину от 200 до 900 нм, а толщину от 200 до 900 нм и высоту от 15 до 1500 нм. Расстояние между каждым стержнем в массиве стержней может быть от 200 до 900 нм. В некоторых воплощениях стержень в массиве стержней может иметь длину приблизительно 500 нм, толщину приблизительно 500 нм и высоту около 100 нм и дистанцию между каждым стержнем приблизительно 500 нм. Первую поверхность 2051 зонда 205 располагают на массиве стержней 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющую аффинность связывания с мишенью 207, конфигурируют так, что она способна соединяться с мишенью 207 при наличии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на массиве стержней 203, так что свет 210 (показано стрелкой на фиг.2B) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.

[0029] На фиг.2C представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включает в себя подложку 201, пленку 203, расположенную на подложке, и зонд 205, расположенный на пленке 203. Пленка 203 имеет неодинаковую толщину. В некоторых вариантах пленка может быть сначала нанесена на подложку 201 и затем отожжена до образования неодинаковой толщины. В некоторых вариантах толщина пленки 203 может варьировать от приблизительно 0,5 нм до приблизительно 30 нм. Первую поверхность 2051 зонда 205 располагают на пленке 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющего аффинность связывания с целевой мишенью 207, конфигурируют так, что она доступна для связывания с целевой мишенью 207 при присутствии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на пленке 203 так, что свет 210 (показано стрелкой на фиг.2C) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.

[0030] На фиг.3 представлена схема иллюстративного варианта способа 300 изготовления устройства для связывания целевой мишени. Способ 300 включает в себя стадии 301, 303 и 305. На стадии 301 обеспечивают материал. На стадии 303 материал размещают на подложке. Материал может быть расположен на подложке в виде структуры, сконфигурированной для обеспечения и/или усиления рассеяния света, излучаемого источником света, и прохождения через устройство при связывании целевой мишени с зондом, который располагают на материале. Структура может быть, например, пленкой, пленкой неодинаковой толщины или массивом стержней. На стадии 305 зонд, который способен связываться с целевой мишенью, размещают на материале. Зонд конфигурируют для взаимодействия с мишенью, для обнаружения которой конфигурируют датчик. В некоторых вариантах до размещения зонда на материале материал может быть очищен и предварительно обработан. Например, материал может быть очищен кислым раствором, щелочным раствором и/или очищенной водой. В некоторых вариантах материал может быть предварительно обработан одним или несколькими соединениями. В одном варианте материал может быть предварительно обработан одним (соединением) или несколькими соединениями, которые включают в себя (которое включает в себя) по меньшей мере одну функциональную группу, совместимую с материалом. В другом варианте материал может быть предварительно обработан одним (соединением) или несколькими соединениями, которые включают в себя (которое включает в себя) по меньшей мере одну функциональную группу, совместимую с зондом. Функциональную группу конфигурируют для образования первой устойчивой связи со свободными электронами вокруг поверхности материала и образования второй устойчивой связи с зондом. Некоторые примеры функциональных групп включают в себя, но не ограничиваются ими, тиольную группу и гидроксильную группу.

[Пример 1]

[Иммобилизация зонда]

[0031] Стеклянный контейнер, сконфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricorder® (Vsense Medtech. Co., Ltd., Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 5 нм до приблизительно 20 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1М гидроксидом натрия и очищенной водой.

[0032] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на поверхности стенки контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.

[0033] Затем после удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступных моноклональных антител против энтеровируса 71 и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности моноклональным антителам против энтеровируса 71 связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное моноклональное антитело против энтеровируса 71 удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.

[Обнаружение пробы]

[0034] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения энтеровируса 71. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, мог попадать на фотоэлемент. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер свет в конце концов принимался фотоэлементом. На фиг.4A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения энтеровируса 71 в 10% разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.

[0035] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 401 на фиг.4A), использовали в качестве ссылочного.

[0036] Приблизительно через 1 минуту PBS удаляли из контейнера и добавляли в контейнер 10% разбавленную пробу энтеровируса 71. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 403 на фиг.4A. Через 10 минут разбавленную пробу энтеровируса 71 удаляли из контейнера.

[0037] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного энтеровируса 71. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 405 на фиг.4A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 407 на фиг.4A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 407, и сигналом, обнаруженным в виде 401, указывала на присутствие энтеровируса 71 в пробе.

[Сравнительный пример 1]

[0038] На фиг.4В представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения 10% разбавленной пробы энтеровируса 71, как указано выше.

[0039] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 411 на фиг.4B), рассматривали как базовый.

[0040] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 413 на фиг.4B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.

[0041] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 415 на фиг.4B. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 417 на фиг.4B). Сходная интенсивность сигнала 411 и 417 не показала существование энтеровируса 71 в контрольной пробе.

[Пример 2]

[Иммобилизация зонда]

[0042] Стеклянный контейнер, сконфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricorder® sensor (Vsense Medtech, Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 5 нм до приблизительно 20 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1М гидроксидом натрия и очищенной водой.

[0043] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на поверхности стенки контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.

[0044] После удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступного антитела против вируса гриппа A (20 мкг/мл в растворе PBS при pH 7,2) и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности антителу против вируса гриппа A связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное антитело против вируса гриппа A удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5 М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.

[Обнаружение пробы]

[0045] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения вируса гриппа A. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, может попадать на фотоэлемент. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер свет в конце концов принимался фотоэлементом. На фиг.5A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения вируса гриппа A в 10% разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.

[0046] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 501 на фиг.5A), рассматривали как базовый.

[0047] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер разбавленную пробу вируса гриппа A. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 503 на фиг.5A. Через 10 минут разбавленную пробу вируса гриппа A удаляли из контейнера.

[0048] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления не специфически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 505 на фиг.5A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 507 на фиг.5A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 507, и сигналом, обнаруженным в виде 501, указывала на присутствие вируса гриппа A в пробе.

[Сравнительный пример 2]

[0049] На фиг.5B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения разбавленной пробы вируса гриппа A, как указано выше.

[0050] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 511 на фиг.5B), рассматривали как базовый.

[0051] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан 513 на фиг.5B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.

[0052] Добавляли PBS для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показывает 515 на фиг.5 В. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 517 на фиг.5B). Сходная интенсивность сигнала 511 и 517 не показала существование вируса гриппа А в контрольной пробе.

[Пример 3]

[Иммобилизация зонда]

[0053] Стеклянный контейнер, сконфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricorder® sensor (Vsense Medtech, Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 5 нм до приблизительно 20 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1 М гидроксидом натрия и очищенной водой.

[0054] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на поверхности стенки контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.

[0055] После удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступного антитела против вируса гриппа В (20 мкг/мл в растворе PBS при pH 7,2) и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности антителу против вируса гриппа В связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное антитело против вируса гриппа В удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5 М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.

[Обнаружение пробы]

[0056] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения вируса гриппа В. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, может попадать на фотоэлемент. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер свет в конце концов принимался фотоэлементом. На фиг.6A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения вируса гриппа B в 10% разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.

[0057] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 601 на фиг.6A), рассматривали как базовый.

[0058] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер 10% разбавленную пробу вируса гриппа В. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 603 на фиг.6A. Через 10 минут разбавленную пробу вируса гриппа В удаляли из контейнера.

[0059] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 605 на фиг.6A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 607 на фиг.6A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 607, и сигналом, обнаруженным в виде 601, указывала на присутствие вируса гриппа B в пробе.

[Сравнительный пример 3]

[0060] На фиг.6В представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения разбавленной пробы вируса гриппа B, как указано выше.

[0061] Датчик включали так, что свет, переданный от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 611 на фиг.6B), рассматривали как базовый.

[0062] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан при 613 на фиг.6B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.

[0063] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 615 на фиг.6B. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут, для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 617 на фиг.6B). Сходная интенсивность сигнала 611 и 617 не показала существование вируса гриппа В в контрольной пробе.

[0064] Несмотря на то, что изложенное выше изобретение было описано более подробно путем иллюстрации и примеров для целей ясности понимания, специалистам в данной области будет очевидно, что конкретные модификации и изменения могут быть осуществлены без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, описание не следует истолковывать как ограничивающее объем данного изобретения.

[0065] Все публикации, патенты и патентные заявки, цитируемые здесь, включены в данное описание посредством ссылки полностью для всех целей и в той же степени, как если бы каждая отдельная публикация, патент или патентная заявка были конкретно и отдельно указаны, будучи включенными посредством ссылки.

Группа изобретений относится к области иммунологического анализа и предназначена для обнаружения целевой мишени путем взаимодействия биомолекулы с молекулой-мишенью. Датчик для обнаружения целевой мишени включает в себя источник и приемник света, детектор, устройство для связывания целевой мишени. При этом устройство для связывания целевой мишени содержит контейнер с подложкой, материал, содержащий металл, расположенный на подложке, представляющий собой пленку или массив стержней, конфигурированных для рассеяния света, зонд, расположенный на материале и сконфигурированный для связывания с целевой мишенью, а также сконфигурированный для рассеяния света, излучаемого источником света при связывании целевой мишени с зондом, и дренажный насос. При этом устройство для связывания целевой мишени размещено между источником света и приемником света и сконфигурировано так, чтобы зонд находился на пути света, излучаемого источником света. Также раскрывается способ производства и способ применения датчика данной конструкции. Заявленный датчик обеспечивает обнаружение молекулы-мишени с высоким приближением в течение относительно короткого периода времени. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

1. Датчик, содержащий: источник света,
приемник света для приема света; и
детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала, величина которого отражает количество света, которое получено приемником света, устройство для связывания целевой мишени, содержащее:
контейнер
подложку, конфигурированную в контейнере;
материал, содержащий металл, расположенный на подложке, содержащий структуру, конфигурированную для рассеяния света, поступающего из источника света, где структура содержит шероховатую пленку, имеющую неодинаковую толщину или массив металлических стержней; и
зонд, расположенный на материале и конфигурированный для связывания с целевой мишенью, где зонд конфигурируют на материале для рассеяния света, излучаемого источником света, когда целевая мишень связана с зондом, и
дренажный насос,
где устройство размещают между источником света и приемником света, и
где устройство конфигурируют так, что зонд находится на пути света, излучаемого источником света.

2. Датчик по п. 1, где зонд содержит ДНК, РНК, белок, антитело, фрагмент антитела, аптамер, антиген или эпитоп.

3. Датчик по п. 1, где представляющая интерес мишень представляет собой биомолекулу.

4. Датчик по п. 1, где мишень содержит вирус, белок, нуклеиновую кислоту, углевод, липид, гаптен или токсин.

5. Датчик по п. 1, где зонд связывается с целевой мишенью с аффинностью приблизительно от 100 пиконьютонов до приблизительно 500 пиконьютонов.

6. Датчик по п. 1, где структуру дополнительно конфигурируют для облегчения зонду рассеивания света, излучаемого источником света при связывании целевой мишени с зондом.

7. Датчик по п. 1, где длина и толщина стержня массива стержней не является ни кратной длине волны, ни фактором длины волны света, поступаемого от источника света.

8. Датчик по п. 1, где расстояние между двумя расположенными рядом стержнями массива стержней не является ни кратной длине волны, ни фактором длины волны поступаемого от источника света.

9. Датчик по п. 1, где стержень массива стержней имеет длину от 200 до 900 нм, ширину от 200 до 900 нм и высоту от 15 до 1500 нм.

10. Датчик по п. 1, где неодинаковая толщина колеблется от приблизительно 5 нм до приблизительно 30 нм.

11. Датчик по п. 1, где свет, излучаемый источником света, содержит длину волны от приблизительно 300 нм до приблизительно 800 нм.

12. Способ производства устройства по п. 1, содержащий:
расположение материала на подложке в структуре, сконфигурированной для усиления рассеяния света целевой мишенью при связывании ее с зондом; и
расположение зонда, сконфигурированного для взаимодействия с целевой мишенью на материале.

13. Способ по п. 12, где структура содержит массив стержней на материале.

14. Способ по п. 13, где расположение материала дополнительно содержит отжиг материала с подложкой.

15. Способ по п. 14, где температура отжига является выше чем 250°С.

16. Способ по п. 12, где перед расположением зонда способ дополнительно содержит очистку и предварительную обработку материала для облегчения расположения зонда на материале.

17. Способ по п. 16, где предварительная обработка включает в себя использование соединения, имеющего тиольную группу или гидроксильную группу для предварительной обработки материала.

18. Способ по п. 12, где материал содержит золото, серебро, медь или никель.

19. Способ применения датчика по п. 1 для обнаружения целевой мишени, содержащий:
передачу света от источника света через устройство в отсутствие целевой мишени, посредством чего генерируется первый электрический сигнал;
передачу света от источника света через устройство в присутствии пробы, которая, предположительно, содержит представляющую интерес мишень, посредством чего генерируется второй электрический сигнал; и
сравнение первого электрического сигнала и второго электрического сигнала, где разница в величине двух сигналов указывает на то, что мишень присутствует в пробе.