ПОЛУЧЕНИЕ ТОНКИХ СЛОЕВ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ КЛЕТКИ ДЛЯ АНАЛИЗА Российский патент 2016 года по МПК G01N33/487 G01N1/10 G01N21/03 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способам получения тонких слоев текучей среды для анализа и к системам и способам для анализа таких тонких слоев, в особенности к способам и устройству для автоматизированного анализа образцов в картридже. Настоящее изобретение относится к устройству и способам получения тонких слоев, главным образом монослоев из клеток, таких как красные кровяные тельца, например не имеющие перекрывания красные кровяные тельца, для анализа, и к системам и способам для анализа таких тонких слоев или монослоев из клеток, главным образом к способам и устройству для автоматизированного анализа образцов в картридже.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Анализ на клеточной основе может быть проведен путем окрашивания клеток специфическим реагентом и обследованием клеточной популяции под микроскопом. Для клеточной диагностики на основе изображений, например, с использованием микроскопа, фотокамеры и программного обеспечения, используемого для анализа изображений и диагноза, важно создавать монослой из отдельных клеток во избежание неверных интерпретаций вследствие наложения клеток. Один такой способ был известен в течение многих лет и включает выскабливание объема соответствующей текучей среды, например крови, по предметному стеклу вручную (размазывание). Для цельного замкнутого картриджа этот способ не может быть использован. Вместо этого может быть применено капиллярное заполнение узких каналов.

Из Патента США 6599475 В1 известно применение пластиковой оптической кюветы для создания тонкого монослоя из красных кровяных телец для микроскопического анализа. Предусмотрен ряд отсеков, соединенных в серию и обособленных разделительными стенками. Каждая из этих стенок позволяет протекать только некоторым из красных кровяных телец для достижения разбавления красных кровяных телец так, чтобы в последнем из отсеков получался монослой из изолированных красных кровяных телец. Для достижения постоянной толщины по всей кювете разделительные стенки имеют приваренные детали, и к верхней части приварена прозрачная крышка. Отсек может иметь размеры 600×600×3 микрометров.

Для таких вариантов применения, как анализ образцов крови на наличие малярийного плазмодия, нужно анализировать большой объем крови для достижения требуемого предела обнаружения. При толщинах слоев порядка размеров красных кровяных телец (5 мкм) это значит, что необходимо обследовать большие площади поверхности (квадратные сантиметры).

Патент США 6165739 А1 описывает предметное стекло из стекла или пластика для лазерной цитометрии, имеющее несколько камер с капиллярным просветом. Образец текучей среды может одновременно поступать во все камеры из резервуара. В каждой камере предусмотрен особый реактант, чтобы обеспечить возможность одновременного протекания многочисленных реакций.

Патентный документ US 2002/0106786 А1 представляет способы и устройство для выполнения микроаналитических анализов и методик, в особенности миниатюризированные тесты на клеточной основе. Устройство пригодно для получения слоев текучей среды, содержащей клетки для анализа, причем устройство имеет двумерную матрицу из аналитических камер и разветвленную конфигурацию входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для обеспечения заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая аналитическая камера имеет по существу планарную форму.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в создании альтернативных устройства и способов для получения тонких слоев текучей среды для анализа и/или систем и способов для анализа таких тонких слоев, в особенности устройства для автоматизированного анализа образцов в картридже. Отдельная цель настоящего изобретения заключается в представлении устройства и способов получения для анализа слоев из текучих сред, содержащих клетки, в которых слои имеют монослои из клеток, таких как красные кровяные тельца, например, не имеющие перекрывающихся клеток, таких как красные кровяные тельца, и систем и способов для анализа таких монослоев из клеток, главным образом способов и устройства для автоматизированного анализа в картридже.

Согласно первому аспекту, изобретение представляет:

устройство для получения тонких слоев образца текучей среды или для получения слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, главным образом красных кровяных телец для анализа, причем устройство имеет двумерную матрицу из аналитических камер, и с каждой из аналитических камер в матрице соединены входные каналы с разветвленной конфигурацией, чтобы аналитические камеры можно было заполнять в параллельном режиме, причем каждая из аналитических камер имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы образовывать тонкие слои образца текучей среды или формировать слои из текучей среды, содержащей клетки, главным образом красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды.

При создании двумерной матрицы из аналитических камер и конфигурации входных каналов для параллельного соединения камер, между камерами в данной области может быть сформировано большее число разделительных перегородок таким образом, чтобы можно было сократить вариации высоты камер, в то же время по-прежнему обеспечивая быстрое заполнение камер.

Варианты исполнения могут иметь любые дополнительные признаки, и некоторые такие дополнительные признаки более подробно описаны ниже.

Устройство согласно изобретению, кроме того, предпочтительно включает дополнительную зону (55) между входными каналами (25) и аналитическими камерами (45), причем высота этой зоны является меньшей, чем высота входных каналов (25), и большей, чем аналитических камер (45). В более предпочтительном варианте исполнения, высота дополнительной зоны (55) составляет менее 6 микрон (мкм). Преимущество этой дополнительной зоны (55) состоит в том, что в этой области будут накапливаться красные кровяные тельца с созревшим плазмодием. Это будет препятствовать сосредоточению белых кровяных телец на краю области сканирования, которое мешало бы правильному проведению анализа. В предпочтительном варианте осуществления, устройство дополнительно включает жидкостные пробки для остановки течения жидкости через выходные каналы, но позволяющие проходить газу.

Камеры и/или каналы могут иметь размеры, подходящие для капиллярного заполнения образцом заданной текучей среды, например, текучей средой, содержащей клетки, главным образом крови. В вариантах осуществления настоящего изобретения размеры, пригодные для капиллярного заполнения, могут быть определены путем капиллярного заполнения с использованием стандартного водного раствора, например, такого как PBS или чистая вода. Это значит, что каналы, которые пригодны для капиллярного заполнения и способны к нему в соответствии с настоящим изобретением, заполняются под действием капиллярных сил при использовании PBS (натрий-фосфатного солевого буфера) в качестве стандарта, например, при стандартных температуре и давлении, или, необязательно, например, чистой воды при стандартных температуре и давлении.

Устройства согласно настоящему изобретению предпочтительно имеют несколько камер, объединенных с использованием гребнеобразных или фрактальных заливных и вентиляционных каналов. В предпочтительном варианте исполнения общая поверхность будет составлять 20 мм², а поле зрения 0,2×0,2=0,04 мм², что означает 500 реакционных камер. Число камер для каждого из вариантов осуществления настоящего изобретения может варьировать между 1 и 1000 камер. Общая площадь каждой из аналитических камер составляет между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер варьирует между 1 и 10 мкм.

Устройство имеет конфигурацию выходных каналов с одним или более выходными каналами, соединенными с каждой из аналитических камер. Каждая конфигурация входных и выходных каналов может включать гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок имеют встречно-гребенчатую конструкцию, и при этом аналитические камеры размещены между встречно перемежающимися выступами гребенчатых компоновок. Еще один аспект настоящего изобретения представляет создание пробок из текучей среды в выходных каналах или вентиляционных отверстиях или рядом с ними. Созданием резких переходов в стенке канала таким образом, чтобы изменить ширину канала во всех направлениях, линия контакта жидкости и стенки становится нарушенной, поскольку нельзя резко обогнуть угол. Это ведет к приостановке текучей среды с последующим так называемым пиннингом контактной линии. Мениск становится замороженным на поверхности. Если канал является квадратным и имеет 4 стенки, то уширение делают на всех 4 стенках, и пиннинг может быть очень стабильным в одном и том же месте. Переходы стенок предпочтительно увеличивают число углов, то есть они предпочтительно могут представлять собой ступенчатые расширения. При текучих средах типа крови испарение воды может вести к постоянному пиннингу вследствие витрификации жидкости при мениске.

Устройство может иметь единичное отверстие для образца, пригодное для приема образца текучей среды, такого как образец текучей среды, содержащей клетки, например, крови, причем отверстие для образца сообщается по текучей среде с разветвленной конфигурацией входных каналов таким образом, что они заполняются под действием капиллярных сил. Предпочтительная минимальная высота входных каналов составляет 17 микрометров, так как этим предотвращается засорение крупными белыми кровяными тельцами, моноцитами.

Каналы, включая входные, но исключая выходные каналы, и/или камеры предпочтительно имеют гидрофильную поверхность. Эта гидрофильная поверхность может быть свойственна самому материалу, из которого они изготовлены, или же может быть создана другими средствами, например с помощью коронного разряда, плазменной обработкой или нанесением гидрофильного покрытия. Вентиляционные каналы предпочтительно предназначены для задерживания текучей среды для жидкостей, в то же время позволяя проходить газу, например, когда их делают имеющими гидрофобные поверхности, или при изменении ширины вентиляционных каналов в одном месте для стопорения жидкости в точке изменения ширины. По меньшей мере одна из поверхностей выше или ниже камер предпочтительно является прозрачной или оптически чистой, чтобы обеспечить возможность оптического обследования и измерения. Двумерная матрица из аналитических камер и необязательно разветвленная конфигурация входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме предпочтительно сделаны из полимерного материала, в особенности пластического материала. В предпочтительных вариантах исполнения аналитических камер каждая из них имеет по существу планарную форму, имеет высоту, определяемую нижней частью, в которой камеры были сформированы, и покровной частью, которая образует верхнюю часть камер. Покровная часть предпочтительно является более гибкой, чем нижняя часть, чтобы присоединение покровной части к нижней части, например, приклеиванием, привариванием, в особенности ультразвуковой сваркой, сцеплением с помощью растворителя, сплавлением и т.д., не изменяло бы размеров, в особенности плоскостности дна камер, сформированных в нижней части.

Размер индивидуальных аналитических камер может варьировать между 0,02 и 500 мм². Высота аналитических камер может составлять между 1 и 10 мкм. Высота аналитической камеры зависит от того, какие клетки или паразиты должны быть проанализированы. Для красных кровяных телец предпочтительная высота составляет между 2 и 4 микрометрами, и более предпочтительно 3 микрометра. Меньшая высота просвета будет удалять все нормальные кровяные клетки и дает чистую плазму крови. Увеличенная высота просвета будет вести к образованию смесей красных кровяных телец и, например, паразитов.

Входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм, и выходные каналы могут иметь глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

Еще один аспект изобретения представляет способ получения тонких слоев образца текучей среды или получения слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, главным образом красных кровяных телец, для анализа с использованием устройства, имеющего двумерную матрицу из аналитических камер и разветвленную конфигурацию входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, чтобы обеспечивать возможность заполнять аналитические камеры в параллельном режиме, причем каждая из аналитических камер имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать тонкие слои или слои текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, в особенности красных кровяных телец, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем способ включает стадии, в которых создают образец текучей среды, и подают его в систему входных каналов, чтобы обеспечить заполнение аналитических камер образцом текучей среды. Заполнение предпочтительно происходит под действием капиллярных сил. В вариантах осуществления настоящего изобретения заполнение под действием капиллярных сил может быть определено капиллярным заполнением стандартным водным раствором, таким как PBS, или необязательно чистой водой. Это значит, что заполнение под действием капиллярных сил в соответствии с настоящим изобретением предполагает заполнение под действием капиллярных сил с использованием PBS (натрий-фосфатного солевого буфера) в качестве стандарта (или необязательно чистой воды), например, при стандартных температуре и давлении. PBS представляет собой солевой буферный раствор, содержащий хлорид натрия, фосфат натрия и (в некоторых составах) хлорид калия и фосфат калия. Осмотические характеристики и концентрации ионов раствора обычно согласуются с таковыми для человеческого организма. Один способ получения PBS включает растворение 800 г NaCl, 20 г KCl, 144 г Na₂HPO₄·12H₂O и 24 г KH₂PO₄ в 8 л дистиллированной воды и разбавление до объема 10 л. Величина рН составляет около 6,8, но когда разбавляют до 1х PBS, она должна измениться до 7,4. При разбавлении полученный буфер 1х PBS должен иметь конечную концентрацию 137 мМ NaCl, 10 мМ фосфата, 2,7 мМ KCl и значение рН 7,4. Еще один путь получения описан авторами Sambrook, Fritsch и Maniatis, (1989) в публикации Molecular Cloning: A Laboratory Manual («Молекулярное клонирование: Методическое руководство»), 2-е издание, издательство Cold Spring Harbor Laboratory Press, Колд Спринг Харбор, Нью-Йорк, том 3, приложение В.12: в 800 мл дистиллированной воды растворяют 8 г NaCl, 0,2 г KCl, 1,44 г Na₂HPO₄·12H₂O и 0,24 г KH₂PO₄. Значение рН доводят до 7,4 с помощью HCl и добавляют Н₂О до объема 1 л.

Капиллярное действие согласно некоторым способам настоящего изобретения проявляется при применении камер и/или каналов, имеющих размеры, обеспечивающие возможность заполнения любым из вышеупомянутых составов PBS, например, при стандартных температуре и давлении, или, необязательно, чистой водой при стандартных температуре и давлении.

В способах согласно настоящему изобретению предпочтительно используют большое число камер, объединенных с использованием гребенчатых или фрактальных заливных и вентиляционных каналов. Устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут иметь большое число камер. В предпочтительном варианте исполнения общая поверхность будет составлять 20 мм², а поле зрения 0,2×0,2=0,04 мм², что означает 500 реакционных камер. Число камер для любого из вариантов осуществления настоящего изобретения может варьировать между 100 и 1000 камер.

Способы согласно настоящему изобретению могут быть применены с устройством, которое имеет конфигурацию выходных каналов с одним или более выходными каналами, соединенными с каждой из аналитических камер. Каждая конфигурация входных и выходных каналов может включать гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок имеют встречно-гребенчатую конструкцию, и при этом аналитические камеры размещены между встречно перемежающимися выступами гребенчатых компоновок. Еще один аспект настоящего изобретения представляет технологическую стадию затормаживания образца текучей среды в выходных каналах или вентиляционных отверстиях или рядом с ними. Созданием резких переходов в стенке канала таким образом, чтобы изменить ширину канала во всех направлениях, линия контакта жидкости и стенки становится нарушенной, поскольку нельзя резко обогнуть угол. Это ведет к приостановке текучей среды с последующим так называемым пиннингом контактной линии. Мениск становится замороженным на поверхности. Если канал является квадратным и имеет 4 стенки, то уширение делают на всех 4 стенках, и пиннинг может быть очень стабильным в одном и том же месте. Переходы стенок предпочтительно увеличивают число углов, то есть они предпочтительно могут представлять собой ступенчатые расширения. При текучих средах типа крови испарение воды может вести к постоянному пиннингу вследствие витрификации жидкости при мениске.

Еще один аспект изобретения представляет соответствующий способ изготовления такого устройства. В этом аспекте изобретение предпочтительно предоставляет собой способ изготовления устройства для получения слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, для анализа, причем способ включает стадии, в которых формируют двумерную матрицу из аналитических камер, и формируют разветвленную конфигурацию входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для обеспечения заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем аналитические камеры формируют так, чтобы они имели по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

Еще один аспект изобретения представляет аналитическую систему, включающую оптический детектор для анализа тонких слоев образца текучей среды, или для анализа слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, и устройство для получения тонких слоев образца текучей среды или слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, причем устройство имеет двумерную матрицу из аналитических камер, и разветвленную конфигурацию входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, чтобы обеспечить возможность заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая аналитическая камера имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать тонкие слои или слои текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды.

Еще один аспект изобретения представляет способ анализа тонких слоев образца текучей среды или анализа слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, полученный с использованием устройства, имеющего двумерную матрицу из аналитических камер, и разветвленную конфигурацию входных каналов, соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, чтобы обеспечить возможность заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая из аналитических камер имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать тонкие слои или слои текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем способ включает стадии, в которых готовят оптический детектор и применяют оптический детектор для анализа тонких слоев или слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток, в аналитических камерах.

Другие преимущества будут очевидны квалифицированным специалистам в этой области технологии, в особенности сравнительно с прототипом. Например, в настоящем изобретении не применяют единичную камеру, но матрицу из камер, соединенных параллельно. Матрица может представлять собой двумерную матрицу, которая тем самым позволяет создать компактную конструкцию. Камеры в двумерной матрице сообщаются по текучей среде для обеспечения возможности заполнения их в параллельном режиме. В частности, устройства согласно настоящему изобретению имеют многочисленные аналитические камеры, причем камеры имеют высоту, меньшую, например, значительно меньшую, чем высота входных каналов.

Многочисленные вариации и модификации могут быть сделаны без выхода за пределы области пунктов формулы настоящего изобретения. Поэтому должно быть, безусловно, понятно, что форма настоящего изобретения является только иллюстративной и не предполагается ограничивающей область настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Как настоящее изобретение может быть осуществлено, теперь будет описано на примере с привлечением сопроводительных чертежей, в которых:

ФИГ.1 представляет вид сверху фрагмента картриджа, показывающий матрицу из аналитических зон и повторяющуюся встречно-гребенчатую структуру каналов.

ФИГ.2 представляет вид поперечного сечения картриджа.

ФИГ.3 представляет увеличенный вид в перспективе перехода между аналитической зоной и вентиляционным каналом согласно одному варианту осуществления изобретения.

ФИГ.4 схематически показывает вид аналитической системы, включающей картридж.

ФИГ.5 показывает вид сверху фрагмента картриджа согласно изобретению, показывающий включение дополнительных аналитических зон для красных кровяных телец, зараженных созревшими паразитами.

ФИГ.6 представляет вид поперечного сечения картриджа согласно фиг.5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и с привлечением определенных чертежей, но изобретение не ограничивается этим, а только пунктами патентной формулы. Описанные чертежи являются только схематическими и неограничивающими. В чертежах размер некоторых элементов может быть преувеличенным и не вычерченным в масштабе для целей иллюстративности. Там, где в настоящем описании и в патентной формуле используют термин «включающий», это не исключает других элементов или стадий. Там, где применяют неопределенный или определенный артикль, когда ссылаются на существительное в единственном числе, например “a” или “an”, “the”, сюда входит множественное число такого существительного, если специально не оговорено нечто иное.

Термин «включающий», используемый в пунктах патентной формулы, не следует интерпретировать как ограниченный перечисленными после него объектами; он не исключает других элементов или стадий. Таким образом, область выражения «устройство, включающее объекты А и В» не должна быть ограниченной устройствами, состоящими только из компонентов А и В. Это значит, что в смысле настоящего изобретения А и В представляют собой только компоненты, имеющие отношение к устройству.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и тому подобные, в описании и в пунктах патентной формулы используются для различения между сходными элементами и необязательно для описания последовательности или хронологического порядка. Должно быть понятно, что термины, применяемые таким образом, являются равноценными в надлежащих обстоятельствах, и что описываемые здесь варианты осуществления изобретения могут действовать в других последовательностях, нежели описанные или иллюстрированные здесь.

Более того, термины «верх», «низ», «над», «под» и тому подобные в описании и в пунктах патентной формулы используются для описательных целей и не обязательно для описания относительных положений. Должно быть понятно, что используемые таким образом термины являются равнозначными при надлежащих обстоятельствах и что описываемые здесь варианты осуществления изобретения могут быть действительными в других ориентациях, нежели описанные или иллюстрированные здесь.

Настоящее изобретение относится к устройству и способам автоматизированного анализа образцов, например, в картридже. Для автоматизированного анализа образцов в картридже может быть важным точное регулирование толщины слоя образца текучей среды. По меньшей мере некоторые из вариантов исполнения включают приготовление тонкого мазка из клеток, и конструкция нового картриджа выполнена из пластика. Приготовление мазка из клеток предпочтительно означает формирование слоев текучей среды, содержащей клетки, в особенности красные кровяные тельца, причем каждый слой имеет монослой из клеток. Клетки предпочтительно не перекрываются. Клетки предпочтительно представляют собой красные кровяные тельца. Это может быть преимущественно применено для аналитических систем в медицинской диагностике, связанных с заболеваниями крови, такими как паразитарные инфекции, или такие, как, например, представляет микроскопическая диагностика малярии. Поскольку красные кровяные тельца не содержат ДНК, присутствие чужеродных клеток в крови может быть определено любым методом, например, любым оптическим методом, например, любым методом окрашивания, который демонстрирует присутствие ДНК. Преимущество настоящего изобретения, например, может состоять в меньшей стоимости, и/или более быстрой работе для данной производительности, и/или создании увеличенных областей для анализа.

Недорогие компоненты, такие как детали из отформованного пластика, обычно не имеют плоскостности, необходимой для достижения постоянной высоты каналов на протяжении больших областей. Как более подробно будет описано ниже, микроструктура, которая может быть изготовлена с малыми затратами из пластика, может обеспечивать более высокую точность толщины слоев в микрометрическом режиме при незначительной чувствительности к влиянию пользователя. В некоторых вариантах осуществления изобретения матрицу из областей с узкими просветами создают соединенной каналами с более широкими просветами. Величину области и соотношение геометрических размеров в некоторых случаях подстраивают к требованиям анализа изображений. Индивидуальные области являются по большей части меньшими, чем общая анализируемая площадь. Этим путем может быть обеспечена возможность быстрого и хорошо контролируемого создания монослоев из клеток.

В порядке введения к вариантам исполнения, будут вкратце описаны некоторые проблемы и недостатки, разрешаемые некоторыми вариантами осуществления изобретения:

Для создания тонкого мазка крови (например, монослоя из клеток, в особенности монослоя из красных кровяных телец, главным образом слоя из неперекрывающихся красных кровяных телец) необходимо размазать образец по большой площади поверхности. Однако в этом контексте конструирование закрытого картриджа, и, более того, картриджа из пластика (для сокращения расходов), создает различные технические проблемы. Картридж может представлять собой одноразовый картридж. Картридж представляет собой устройство, которое может быть вставлено, например вдвинуто, в щель измерительного устройства для возможности проведения анализа содержимого картриджа. Например, гидравлическое сопротивление, имеющее место в узком просвете (расстояние от дна до верха в картридже порядка малой толщины мазка) затрудняет быстрое заполнение аналитической зоны образцом текучей среды с распространением по большой площади. Кроме того, могут иметь место значительные вариации производственного процесса, вызывающие изменение величины просвета, при изготовлении такого тонкого просвета в пластиковом изделии при большой площади поверхности, что будет разъяснено более подробно далее.

Капиллярное заполнение больших областей с узкими просветами ограничивается гидравлическим сопротивлением текучей среды внутри канала (Δp _ν=12ηLV/h ²), где Δp _ν представляет падение давления, L представляет длину канала, V представляет среднюю скорость течения, h представляет высоту канала. При высоте канала h порядка толщины клеток клетки создают сильное сопротивление течению. Это значит, что расстояния, которые могут быть преодолены, являются ограниченными.

Скорость течения и расстояние, которое может быть заполнено, зависит от вязкости текучей среды η, которая в случае крови может варьировать в широких пределах, главным образом в зависимости от показателя гематокрита (концентрации красных кровяных телец).

Капиллярная сила нарастает обратно пропорционально высоте просвета (Δp _c=2σ cosΘ/h), где Δp _c представляет капиллярную силу, поверхностное натяжение обозначено σ, краевой угол текучей среды на подложке обозначен Θ, высота просвета представлена h.

Малые вариации толщины ведут к сильным колебаниям скорости течения и, следовательно, к непредсказуемым картинам заполнения, неполному заполнению и воздушным включениям.

Для недорогих картриджей подложка и крышка должны быть сделаны из пластика, который обрабатывают либо экструзией (пленка), либо инжекционным формованием под давлением (более толстые детали и рамка). Инжекционное формование под давлением ведет к отклонениям от формы вследствие неравномерного охлаждения, изначально присущего процессу. Это ведет к отклонениям от плоскостности на величины порядка десятков микрон (мкм) локально и в гораздо большей степени в целом. Пленки могут быть обработаны с малыми допусками по толщине и плоскостности, однако жесткость на изгиб является очень малой (пропорционально l/d³), так что можно ожидать больших вариаций просвета, что ведет к неоднородному и невоспроизводимому заполнению и может обусловливать слишком большие просветы, которые вызывают наслоение клеток и затрудняют анализ изображений. Это является очень важным, поскольку вариации эффективной оптической толщины окрашенного объекта ведут к вариациям в анализе изображений (пороговым значениям и т.д.) и тем самым к неправильным негативам или позитивам.

По всем этим причинам затруднительно получать недорогие картриджи для приготовления тонких мазков из образцов текучей среды, такой как кровь, с желательной точностью толщины слоя, для применения, например, в диагностике малярии, основанной на получении изображений.

Фиг.1 - вид сверху картриджа согласно первому варианту исполнения

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения имеют аналитические зоны в форме матрицы из микрофлюидных камер. Этим можно обеспечить большее количество разделительных перегородок для данной общей площади и тем самым способствовать поддержанию заданной высоты. Эти камеры могут быть соединены в параллельном режиме входными каналами, чтобы способствовать быстрому заполнению. Единичное отверстие для образца может быть размещено сообщающимся по текучей среде с входными каналами для обеспечения легкого поступления образца текучей среды. Также предусмотрены вентиляционные каналы. Каналы могут быть скомпонованы во встречно-гребенчатой конфигурации, чтобы обеспечивать возможность более быстрого заполнения многочисленных камер в параллельном режиме. В некоторых случаях предусмотрен комплект встречно-гребенчатых выступов для капиллярного течения образца в сторону матрицы из аналитических зон. Заполнение предпочтительно происходит под действием капиллярных сил. В вариантах осуществления настоящего изобретения заполнение под действием капиллярных сил может быть определено капиллярным заполнением стандартным водным раствором, таким как PBS, например, при стандартных температуре и давлении, или необязательно чистой водой при стандартных температуре и давлении. PBS представляет собой солевой буферный раствор, содержащий хлорид натрия, фосфат натрия и (в некоторых составах) хлорид калия и фосфат калия. Осмотические характеристики и концентрации ионов раствора обычно соответствуют таковым для человеческого организма. Один способ получения PBS включает растворение 800 г NaCl, 20 г KCl, 144 г Na₂HPO₄·12H₂O и 24 г KH₂PO₄ в 8 л дистиллированной воды и разбавление до объема 10 л. Величина рН составляет около 6,8, но когда разбавляют до буфера 1х PBS, она должна измениться до 7,4. При разбавлении полученный буфер 1х PBS должен иметь конечную концентрацию 137 мМ NaCl, 10 мМ фосфата, 2,7 мМ KCl и значение рН 7,4. Еще один путь получения описан авторами Sambrook, Fritsch и Maniatis, (1989) в публикации Molecular Cloning: A Laboratory Manual («Молекулярное клонирование: Методическое руководство»), 2-е издание, издательство Cold Spring Harbor Laboratory Press, Колд Спринг Харбор, Нью-Йорк, том 3, приложение В.12: в 800 мл дистиллированной воды растворяют 8 г NaCl, 0,2 г KCl, 1,44 г Na₂HPO₄·12H₂O и 0,24 г KH₂PO₄. Значение рН доводят до 7,4 с помощью HCl и добавляют Н₂О до объема 1 л.

Капиллярное действие может быть определено заполнением под действием капиллярных сил, когда используют любой из вышеуказанных растворов PBS, например, при стандартных температуре и давлении, или, необязательно, чистую воду при стандартных температуре и давлении.

Для создания автоматически считываемого монослоя красных кровяных телец из определенного количества цельной крови весьма важными являются формат и конфигурация входных каналов и аналитических камер. Входные каналы и вход в аналитические камеры легко засоряются крупными белыми кровяными тельцами. Общая ширина входа во все аналитические камеры должна быть такой большой, чтобы свести это к минимуму. Для анализа одного микролитра цельной крови минимальная общая ширина входа в аналитическую камеру составляет по меньшей мере 110 мм (число белых кровяных телец в одном микролитре, умноженное на диаметр = 1,1·10⁴×10·10^-6 м=110 мм).

Внутренние поверхности входных каналов и камер предпочтительно являются гидрофильными. Это может быть достигнуто выбором материалов, из которых сделано устройство, или обработками, такими как обработка плазмой, или коронным разрядом, или нанесением гидрофильного покрытия.

Может быть предусмотрен еще один комплект встречно-гребенчатых полых выступов для вентиляционных каналов. Вентиляционные каналы предпочтительно компонуют так, чтобы они формировали жидкостные пробки, но позволяли газу протекать через них, не препятствуя течению жидкости или по меньшей мере не вызывая его задержки. Например, поверхность вентиляционных каналов может быть гидрофобной, или же ширина вентиляционных каналов может резко изменяться на более широкую, чтобы фиксировать образец текучей среды. Аналитические зоны могут быть размещены между вышеупомянутыми выступами. Аналитические зоны могут быть скомпонованы так, чтобы иметь размеры, сопоставимые с полем зрения микроскопа аналитической системы.

На ФИГ.1 показан вид сверху примерного устройства в форме картриджа, и на ФИГ.2 представлен вид поперечного сечения того же примера. А именно, общая аналитическая зона, как показано на ФИГ.1, подразделена на маленькие элементарные аналитические зоны так, что пластиковый картридж имеет матрицу из малых аналитических зон, каждая из которых имеет высоту (просвет), по существу равную желательной высоте тонкого мазка (порядка микрометров). В некоторых случаях малая аналитическая зона соответствует полю зрения оптического детектора, такого как микроскоп, используемого в системе. Такое подразделение разрешает важную проблему вариации процесса обработки пластика во время изготовления. По меньшей мере один из материалов над или под камерами предпочтительно является прозрачным или оптически чистым для выполнения обследования оптическими методами.

ФИГ.1 также показывает области 75 герметизации, главным образом между аналитическими зонами, как более подробно будет описано ниже.

ФИГ.1 также показывает конкретную компоновку входного канала в форме заливного канала 25, выходного канала в форме вентиляционного канала 35 и по существу планарной аналитической камеры в форме аналитической зоны 45. Существует сообщение по текучей среде между входными каналами, малыми аналитическими зонами и выходным каналом (например, вентиляционным каналом), причем высота входного канала является значительно большей, чем высота малых аналитических зон (течение является совершенным, поскольку просвет входного канала увеличен и поскольку, несмотря на тонкий просвет аналитической зоны, площадь его поперечного сечения мала). Необязательно, может быть предусмотрено единичное отверстие для образца для поступления текучей среды, причем отверстие для образца сообщается по текучей среде с входными каналами. Типичное течение текучей среды в картридже иллюстрировано на ФИГ.1 различными стрелками.

В еще одном варианте исполнения вентиляционный канал (для регулирования давления воздуха) включает устройство для существенного удержания крови в малых аналитических зонах (например, применением маленькой ступеньки на границе раздела между вентиляционным каналом и каждой аналитической зоной). Еще один аспект настоящего изобретения представляет создание пробок из текучей среды у выходных или вентиляционных каналов или рядом с ними.

Созданием резких переходов в стенке канала, таких как изменение ширины канала во всех направлениях, а именно, как показано стрелками на ФИГ.3, линия контакта жидкости и стенки становится ломаной, поскольку угол нельзя резко обогнуть. Это ведет к приостановке текучей среды с последующим так называемым пиннингом контактной линии. Мениск становится замороженным на поверхности. Если канал является квадратным и имеет 4 стенки, то уширение делают на всех 4 стенках, и пиннинг может быть очень стабильным в одном и том же месте. Переходы стенок предпочтительно увеличивают число углов, то есть они предпочтительно могут представлять собой ступенчатые расширения. При текучих средах типа крови испарение воды может вести к постоянному пиннингу вследствие витрификации жидкости при мениске.

Следует отметить, что в определенных случаях внезапное расширение в двух направлениях, вместо четырех, как упомянуто выше, может быть достаточным для стабильности пиннинга. Это в значительной мере может зависеть от того, насколько эффективно поверхности смачиваются жидкостью.

Картридж может быть скомпонован для быстрого и воспроизводимого заполнения образцом текучей среды, такой как кровь, например, для получения монослоя из красных кровяных телец, с малым допуском по толщине слоя. Вариант исполнения согласно ФИГ.1 имеет древовидную конфигурацию встречно-гребенчатых входных и вентиляционных каналов, соединенных с аналитическими зонами. Эти зоны имеют требуемую высоту просвета и разделены разделительными перегородками, которые помогают регулировать направление течения, а также устанавливать высоту просвета. Аналитические зоны могут быть скомпонованы соответственно оптическому полю оборудования для анализа изображений и имеют максимальную ширину для ограничения вариации просвета. Разделительные перегородки формируют в виде цельной единой детали с подложкой, что может быть получено тиражированием с шаблона, имеющего обращенную структуру. Крышка картриджа может быть сделана из плоского тонкого листа, например пластика или стекла, внутренняя поверхность которой при желании может быть покрыта реагентами одного или многих типов, в зависимости от типа проводимого анализа. Подложка и крышка могут быть соединены, например, лазерным или термическим связыванием. Картридж предпочтительно изготавливают из верхней покровной части и нижней части. Каналы и аналитические камеры могут быть сформированы в нижней части, и покровная часть герметизирует верх, например, приклеиванием, привариванием, ультразвуковой сваркой, лазерной сваркой, термическим связыванием и т.д. Покровная часть предпочтительно является более гибкой, чем нижняя часть, чтобы размерная стабильность и плоскостность аналитических камер в нижней части не ухудшалась при соединении с верхней частью. По той же причине предпочтительно, чтобы покровная и нижняя части имели сходные коэффициенты теплового расширения, различающиеся, например, менее чем на 25%, более предпочтительно менее чем на 10%, чтобы высота камер не изменялась при колебаниях температуры вследствие провисания покровной части в аналитические камеры.

Входной канал является разветвленным и имеет высоту канала больше, чем аналитическая зона. Входной канал может быть соединен с единичным отверстием для введения образца. Гидравлическое сопротивление является низким для обеспечения быстрого заполнения аналитических зон таким образом, чтобы заполнение аналитических зон начиналось почти одновременно. Проток в аналитические зоны может иметь узкий просвет, такой как 5 мкм, и предпочтительно короткий, который гарантирует полное и быстрое заполнение вплоть до вентиляционного канала. Вентиляционный канал соединен с единичным выходом (камерой для отходов). Благодаря ступенчатому изменению высоты в переходе от аналитической к вентиляционной зоне кровь будет останавливаться, поскольку будет уменьшаться капиллярное действие, и вентиляционный канал не будет заполняться (по меньшей мере до тех пор, пока не заполнятся все аналитические зоны).

Размер аналитической зоны может быть соотнесен с полем зрения оптического устройства для получения изображений (например, так, чтобы по меньшей мере один край был внутри поля). Устройства согласно настоящему изобретению предпочтительно имеют большое число камер, объединенных с использованием гребенчатых или фрактальных заливных и вентиляционных каналов. Устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения имеют большое число камер. В предпочтительном варианте исполнения общая поверхность будет составлять 20 мм², а поле зрения занимает 0,2×0,2=0,04 мм², что означает 500 реакционных камер. Число камер для любого из вариантов осуществления настоящего изобретения может быть между 100 и 1000 камер.

Устройство имеет конфигурацию выходных каналов с одним или более выходными каналами, соединенными с каждой из аналитических камер. Каждая конфигурация входных и выходных каналов может включать гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок являются встречно-гребенчатыми, и аналитические камеры размещены между встречно-гребенчатыми выступами гребенчатых компоновок.

Аналитическая система может иметь оптические устройства для получения изображений и программное обеспечение для анализа изображений, которые могут распознавать ориентацию аналитической зоны и использовать ее как контрольный входной сигнал для пошагового контроля, чтобы регулировать относительное перемещение картриджа и режим получения изображений во время анализа. К стенкам могут быть добавлены детали, которые разделяют аналитические зоны, или альтернативные детали могут присутствовать внутри аналитической зоны для предоставления информации о положении аналитической зоны относительно всего картриджа. Это может представлять собой код или символ, который интерпретируется программой для анализа изображений.

Фиг.2 - вид поперечного сечения

Поверхность подложки, которая определяет каналы, может иметь по меньшей мере три различных уровня: (i) уровень входных каналов для образца текучей среды, (ii) уровень для аналитических зон, и (iii) область герметизации для разделительных перегородок между аналитическими зонами.

Вентиляционная зона может иметь такой же уровень, как впускной канал, или уровень между впускным каналом и уровнем аналитической зоны. Область впускного канала может быть представлена как вариант гребенчатой структуры, которая является встречно-гребенчатой с вентиляционной структурой таким образом, что многочисленные одинаковые аналитические зоны определяются как соединения между ними двумя. ФИГ.1 представляет только малую часть для иллюстрации встречно-гребенчатой компоновки. Она является только показательной. Расщепление на большее число каналов может быть предусмотрено в типе фрактальной структуры для эффективного охвата всей площади поверхности. Аналитические зоны разделены областями герметизации. Высота ступеньки между аналитической зоной и областью герметизации определяет высоту просвета аналитической зоны. Размер индивидуальных аналитических зон предпочтительно может варьировать между 0,01 и 1 мм², более предпочтительно между 0,03 и 0,2 мм². Высота просвета в аналитической зоне может составлять между 1 и 10 мкм, более предпочтительно между 3 и 6 мкм. Общая площадь аналитической зоны предпочтительно варьирует между 1 и 500 мм², более предпочтительно между 5 и 250 мм².

Области герметизации имеют ширину предпочтительно между 50 и 500 мкм.

Заливные и вентиляционные каналы имеют глубину 10-200 мкм, предпочтительно 50-100 мкм, и ширину 50-1000 мкм, более предпочтительно 100-300 мкм.

Материалы, которые могут быть использованы для подложки, а также для крышки, предпочтительно представляют собой полимеры, например прозрачные, в особенности оптически чистые полимеры, типа полиметилметакрилата, полистирола, поликарбоната, циклоолефинового сополимера, сложных полиэфиров, полиуретанов и т.д. Входные каналы могут быть обработаны для сокращения краевого угла, чтобы повысить заполняющие капиллярные силы, аналитические зоны могут быть предварительно обработаны для усиления прилипания клеток и/или окрашивания клеток. Такая обработка может представлять собой обработку плазмой или коронным разрядом или нанесение гидрофильного покрытия. С другой стороны, один аспект настоящего изобретения представляет создание пробок из текучей среды для предотвращения вытекания жидкости через вентиляционные каналы, в то же время позволяя улетучиваться газу. Вентиляционные каналы могут быть предварительно обработаны для увеличения краевого угла, предпочтительно до величины более 90 градусов, во избежание смачивания образцом текучей среды. Такая обработка может представлять собой нанесение гидрофобного покрытия. Еще один способ состоит в резком увеличении ширины выходного канала во всех направлениях, чтобы зафиксировать мениск образца текучей среды.

Крышка и подложка могут быть соединены постоянно с использованием технологии связывания, такой как лазерная сварка или прочие, или, альтернативно, просто быть в контакте друг с другом без постоянного связывания. Контактные области могут быть предварительно обработаны для усиления сцепления крышки с подложкой. Крышка предпочтительно является более гибкой, чем подложка, чтобы при соединении не нарушались размеры и плоскостность подложки.

Входная область для заполнения кровью может быть скомпонована так, чтобы обеспечивать удобное заполнение, например, созданием такого отверстия для образца, как сквозное отверстие, и, необязательно, колпачка, который может быть надет после заполнения. Реагенты могут быть размещены в сухой форме во входной области. У конца вентиляционного канала может быть размещен резервуар для отходов во избежание возможного разлива избыточной текучей среды, такой как кровь.

Фиг.5 и 6 показывают картридж согласно изобретению, включающий дополнительную зону (55) между входными каналами (25) и аналитическими камерами (45), причем высота этой зоны является меньшей, чем высота входных каналов (25), и большей, чем в аналитических камерах (45). Высота дополнительной зоны (55) предпочтительно составляет менее 6 микрон (мкм). Эта дополнительная зона обеспечивает несколько преимуществ. Для ускорения детектирования малярийных паразитов в крови создают эту дополнительную зону в картридже, в которой накапливаются созревшие малярийные плазмодии.

В качестве конкретного примера, красные кровяные тельца с созревшим плазмодием не могут поступать в аналитическую камеру с размером менее 3 микрон (мкм), тогда как они легко проникают в зону с высотой 4 микрона (мкм). Разница мала, но является легкодостижимой вытравливанием дополнительной зоны сканирования, смотри схематический вид на Фиг.5 и 6. Эта дополнительная зона является преимущественной, поскольку в противном случае белые кровяные тельца также будут концентрироваться на краю сканируемой области и затемнять созревшие паразиты. Белые кровяные тельца слишком велики для проникновения в просвет величиной 4 микрона (мкм), так что в этой зоне будут накапливаться только утолщенные красные кровяные тельца с созревшим плазмодием.

В предпочтительном варианте исполнения дополнительную камеру с увеличенным объемом крови добавляют в картридж для быстрого сохранения крови из прокола на пальце. Если эта камера заполняется, то из пальца взято количество крови, достаточное для обеспечения надежного измерения. Камера с увеличенным объемом также может представлять собой дополнительные каналы на картридже.

В общем, красители могут быть добавлены в аналитические камеры путем предварительного заполнения их раствором красителя, например, в органических растворителях. Эти растворители быстро испаряются и оставляют необходимое количество высушенного красителя в аналитических камерах. Краситель будет (повторно) растворяться при поступлении биологической жидкости, предпочтительно крови.

Стадии изготовления картриджа

Структурированные подложки могут быть изготовлены инжекционным формованием под давлением или другой технологией тиражирования. Структура шаблона, который требуется в качестве формы, может быть образована с помощью фотолитографии; электролитического осаждения и/или травления. Для одного подходящего способа требуются две литографические маски. Первая маска содержит картину для аналитических зон. Во второй стадии используют маску, представляющую канальную структуру входных и вентиляционных каналов, чтобы создать узор из резиста для избирательного протравливания подложки (например, из оксида кремния). После травления протравленный резист удаляют, и на подложке остается фотополимер на аналитических зонах. Этим путем на подложке могут быть созданы три уровня. Альтернативный способ состоит в применении многослойных резистов, таких как SU-8. Эту подложку затем копируют в металле, например Ni прокладке, путем электролитического осаждения, которое широко распространено, например, в производстве оптических дисков (например, дисков DVD, CD-ROM). Металлическую, например из Ni, прокладку затем используют в качестве вставки в литейной форме для тиражирования в пластике формованием. Способ тиражирования может включать изготовление нижней части, или подложки, способом тиражирования с использованием шаблона, с последующим присоединением покровного слоя любым подходящим методом, например привариванием, ультразвуковой сваркой, лазерной сваркой, приклеиванием, термическим связыванием и т.д.

Фиг.3 - Аналитическая система

ФИГ.4 показывает аналитическую систему, включающую вышеописанное устройство. Микрофлюидные части 130 показаны на нижней половине изображения, и программное обеспечение 50 и компьютерное оборудование 60 показаны в верхней половине. Микрофлюидные части могут быть в форме сменного картриджа или могут быть введены в систему, если они могут быть промыты между циклами применения. Эта система имеет по меньшей мере камеру 70 для образца, чтобы контролировать доступ в разветвленные входные каналы и аналитические камеры 110. Если требуется, могут быть предусмотрены необязательные устройства, такие как клапаны 80, или исполнительные механизмы, такие как насосы, однако поступление текучей среды в аналитические камеры предпочтительно достигается с помощью капиллярных сил. Любые другие стадии 120 могут быть включены после выходных каналов из аналитических зон, в зависимости от варианта применения. При желании могут присутствовать многие аналитические зоны для выполнения многочисленных оценок в параллельном режиме. Могут быть проведены одна или более оценок, например, несколько камер могут быть предназначены для одной оценки, все камеры могут быть предназначены для одной оценки, или многие оценки могут быть проведены параллельно. В аналитических камерах могут быть предварительно размещены подходящие реагенты, например пригодные окрашивающие реагенты. Оптический детектор 100 обследует аналитические камеры и подает сигнал с изображением на часть 40 в программном обеспечении 50 для анализа изображения, чтобы определять свойства образца, для представления пользователю, типично через экран 55 монитора.

Фрагменты программного обеспечения также включают контроллер 10 для управления аналитической частью 40 и управления частью 30 для контроля течения. Часть для контроля течения управляет клапанами или насосами для регулирования подачи образцов. Необязательно, контроллер может быть соединен с регулятором 65 положения для перемещения относительного положения картриджа и детектора. Необязательно, контроллер может быть соединен с устройством 20 для контроля окружающей среды образцов. Дополнительные части программного обеспечения могут быть предназначены для создания пользовательского интерфейса и дополнительного анализа результатов. Все программы могут использовать традиционные языки программирования и могут быть исполнены на общеупотребительном компьютерном оборудовании 60, таком как микропроцессор общего назначения, персональный компьютер или другая компьютерная техника.

Контроллер может представлять собой любое подходящее управляющее устройство или микроконтроллер, например, может включать микропроцессор или программируемое логическое устройство, такое как FPGA (матрица логических элементов с эксплуатационным программированием).

ПРИМЕР

В данном примере описано устройство согласно настоящему изобретению. Устройство может включать один входной канал длиной 55 мм и две аналитические камеры шириной 55 мм и длиной 4 мм рядом с этим каналом. Второй представимый и более компактный подход заключается в наличии двух или трех входных каналов длиной 28 мм и четырех аналитических камер. Каждая камера имеет ширину 28 мм на входе и длину 4 мм. Продолжительность заполнения зависит от характеристик заполнения входных каналов и длины канала, который подает кровь во входные каналы. Аналитическая камера с этими входами большой ширины и с длиной только 4 мм заполняется очень быстро, менее чем за несколько секунд. Время, необходимое для заполнения входного канала шириной 1 мм, длиной 28 мм и просветом 18 микрометров, только под действием капиллярных сил и из питающего канала величиной 30 мм, составляет 13 секунд, что отвечает требованию к продолжительности заполнения, меньшей чем 1 минута. Наиболее полезно иметь все входные каналы настолько малыми, насколько возможно, так как это сводит к минимуму общее количество крови, которое требуется из прокола на пальце.

Эксперименты с прототипами показывают, что устройства согласно настоящему изобретению заполняются цельной кровью в течение 40 секунд.

Варианты применения

Варианты применения могут включать по меньшей мере диагностику на клеточной основе, такую как диагностика малярии, вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вируса гепатита С (HCV), клинический анализ крови (FBC) и так далее. Выражение «на клеточной основе» означает, что клетки находятся в образце текучей среды. Однако ни для одного из способов в вариантах осуществления настоящего изобретения диагностический метод не ограничен аспектами идентификации клеток как части метода диагностики. Например, красные кровяные тельца не содержат ДНК или РНК, и тем самым обнаружение либо ДНК, либо РНК в образце крови представляет собой диагностический тест в соответствии с настоящим изобретением, поскольку выявление ДНК или РНК показывает, что в образце крови может присутствовать чужеродный материал. Устройство может быть в форме картриджей для быстрого рассредоточенного тестирования. Устройство может составлять часть биосенсора или медицинского диагностического устройства любого другого типа. Другие варианты применения, вариации и добавления могут быть представимыми в пределах пунктов патентной формулы.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована при проведении анализа тонких слоев, в частности монослоев клеток. Устройство для получения слоев, содержащих монослой из клеток, для анализа имеет двумерную матрицу из аналитических камер (45) и разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме. Каждая из аналитических камер имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать слои текучей среды, содержащей клетки, когда камеры заполняют образцом текучей среды. Общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм² и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, а входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм. Группа изобретений относится также к способу изготовления данного устройства, способу получения и способу анализа слоев текучей среды, содержащих монослой из клеток, с использованием указанного устройства, а также к аналитической системе. Группа изобретений обеспечивает возможность проведения автоматизированного анализа образцов слоев, текучей среды, содержащих монослои из клеток, в картридже. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.

1. Устройство для получения слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток для анализа, причем устройство имеет двумерную матрицу из аналитических камер (45), и разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая из аналитических камер имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать слои текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

2. Устройство по п. 1, дополнительно включающее дополнительную зону (55) между входными каналами (25) и аналитическими камерами (45), причем высота этой зоны является меньшей, чем высота входных каналов (25), и большей, чем высота аналитических камер (45).

3. Устройство по п. 2, в котором высота дополнительной зоны (55) составляет менее 6 микрон (мкм).

4. Устройство по п. 1 или 2, имеющее конфигурацию выходных каналов (35), соединенных с матрицей из аналитических камер.

5. Устройство по п. 3, дополнительно включающее жидкостные пробки для остановки течения жидкости через выходные каналы, но позволяющие проходить газу.

6. Устройство по п. 3, где каждая конфигурация входных и выходных каналов включает гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок являются встречно-гребенчатыми, и аналитические камеры размещены между встречно-гребенчатыми выступами гребенчатых компоновок.

7. Устройство по п. 4, где каждая конфигурация входных и выходных каналов включает гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок являются встречно-гребенчатыми, и аналитические камеры размещены между встречно-гребенчатыми выступами гребенчатых компоновок.

8. Способ получения слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, для анализа, с использованием устройства, имеющего двумерную матрицу из аналитических камер (45) и разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая аналитическая камера имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать слои текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм, причем способ включает стадии, в которых создают образец текучей среды и подают его в конфигурацию входных каналов, чтобы обеспечить заполнение аналитических камер образцом текучей среды.

9. Способ изготовления устройства для получения слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, для анализа, причем способ включает стадии, в которых формируют двумерную матрицу из аналитических камер (45) и формируют разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для обеспечения заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем аналитические камеры формируют так, чтобы они имели по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

10. Аналитическая система, включающая оптический детектор (10, 100, 40) для анализа слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, и устройство (110) для получения слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, причем устройство имеет двумерную матрицу из аналитических камер (45) и разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая аналитическая камера имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать слои текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

11. Система по п. 10, имеющая конфигурацию выходных каналов (35), соединенных с матрицей из аналитических камер.

12. Система по п. 11, где каждая конфигурация входных и выходных каналов включает гребенчатую компоновку, причем выступы гребенчатых компоновок являются встречно-гребенчатыми и причем аналитические камеры размещены между встречно-гребенчатыми выступами гребенчатых компоновок.

13. Система по любому из пп. 10-12, в которой высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм и входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм.

14. Способ анализа слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, полученный с использованием устройства, имеющего двумерную матрицу из аналитических камер (45) и разветвленную конфигурацию входных каналов (25), соединенных с каждой из аналитических камер в матрице, для возможности заполнения аналитических камер в параллельном режиме, причем каждая аналитическая камера имеет по существу планарную форму, имеющую высоту, меньшую, чем высота входных каналов, чтобы создавать слои текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, когда камеры заполняют образцом текучей среды, причем общая площадь каждой из аналитических камер варьирует между 100 и 2000 мм², и/или высота аналитических камер составляет между 1 и 10 мкм, и причем входные каналы имеют глубину 10-200 мкм и ширину 50-1000 мкм, причем способ включает стадии, в которых готовят оптический детектор (10, 100, 40) и используют оптический детектор для анализа слоев текучей среды, содержащей клетки, причем каждый слой имеет монослой из клеток, в аналитических камерах.