МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B01L3/00 G01N33/543 G01N27/28 G01N27/327 G01N27/416 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США с порядковым номером 61/758567, поданной 30 января 2013 года и озаглавленной «Многофункциональный датчик для системы электрохимического обнаружения», которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к системе электрохимического обнаружения для проведения электрохимического анализа и, более конкретно, к системе электрохимического обнаружения, которая включает в себя один или более датчиков, задействованных в течение выполнения одного или более протоколов анализов для приема, практически постоянно в режиме реального времени, сигнала обратной связи для контроля качества относительно выполнения протоколов анализов.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электрохимия является разделом химии, которая изучает химические реакции, происходящие в растворе на границе раздела электронного проводника и электролита. Такая реакция может включать в себя перенос электронов между электронным проводником и электролитом. Например, электронный проводником может быть электродом, содержащим металл, или полупроводником.

В некоторых обстоятельствах обсуждаемые выше химические реакции можно приводить в действие, прилагая либо внешне полученное напряжение, либо напряжение, созданное химической реакцией. При этих обстоятельствах такие химические реакции известны как электрохимические реакции. Кроме того, некоторые химические реакции, в которых электроны переносятся между одной или более молекулами, известны как реакции окисления/восстановления или редокс-реакции. Как правило, электрохимия относится к ситуациям, где окислительная и восстановительная реакции разделены в пространстве или времени и связаны внешней электрической цепью, которую можно использовать для распознавания данной реакции.

Некоторые электрохимические анализы могут выполняться в одноразовом картридже, который может включать в себя реагент для индуцирования электрохимических реакций, контролируемых, обнаруживаемых или количественно измеряемых одним или более датчиками. Некоторые традиционные картриджи могут быть выполнены с возможностью функционально присоединяться к считывающему устройству, которое инициирует протокол, например, посредством механического приведения картриджа в действие. Кроме того, считывающее устройство может принимать информационные сигналы, которые могут обрабатываться для получения результатов исследований реакции, происходящей внутри картриджа.

Многие традиционные системы с картриджами или без них используют пассивные системы для управления качеством и обеспечения качества. Например, некоторые системы возлагают на считывающее устройство контроль выполнения функций в системе и проверки управления качеством во время выполнения анализов. Кроме того, в некоторых традиционных системах эти проверки выполняют только в начале и в конце выполнения анализа, с минимальным контролем во время самого анализа либо вообще без такого контроля. В результате некоторые традиционные анализы контролируются не должным образом, и в ходе выполнения анализов невозможно поддерживать жесткое управление качеством.

Кроме того, по меньшей мере в некоторых традиционных системах отсутствуют датчики, которые могут контролировать физические явления во время выполнения анализов. Например, некоторые традиционные датчики не предназначены для обнаружения физических явлений, возникающих в системе, таких как фронт текучей среды, чтобы дать возможность пользователю и системе контролировать ход анализа и гарантировать, что компоненты должным образом функционируют и откалиброваны.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления системы электрохимического обнаружения включают в себя платформу для выполнения по меньшей мере одного протокола анализа. Такая платформа включает в себя проточную ячейку с по меньшей мере одним датчиком. Кроме того, датчик может быть на связи с устройством считывания, которое может по меньшей мере частично управлять процессом выполнения протоколов анализов. В течение всего процесса выполнения протоколов анализов, например, от инициирования до завершения анализа, упомянутый датчик обнаруживает физические события в проточной ячейке и электрохимическое состояние аналита, содержащегося в проточной ячейке. В частности, в ходе всего процесса выполнения протоколов анализов датчик передает данные, касающиеся физических событий или электрохимического состояния вещества внутри проточной ячейки, на устройство считывания. Например, датчик выполнен с возможностью обнаружения присутствия или отсутствия текучей среды в проточной ячейке или присутствия одного или более воздушных пузырьков в проточной ячейке. В одном аспекте датчик может также передавать информацию, касающуюся физических событий или электрохимического состояния, на устройство считывания, тем самым давая возможность устройству считывания записывать изменения в проточной ячейке для обеспечения качества или контроля качества.

В одном аспекте упомянутая платформа также включает в себя источник воздуха в выборочном гидравлическом сообщении с проточной ячейкой. Этот источник воздуха выполнен с возможностью подачи некоторого объема воздуха в проточную ячейку для промывки датчика во время выполнения протоколов анализов. Например, в одном варианте осуществления единственным промывающим агентом, подлежащим использованию в платформе, может быть объем воздуха, исключая тем самым другие промывающие агенты.

Система электрохимического обнаружения включает в себя картридж и устройство считывания. Картридж включает в себя по меньшей мере один активируемый резервуар. В одном аспекте по меньшей мере один резервуар включает в себя некоторый объем воздуха, подлежащий использованию в качестве промывающего агента. Картридж также может включать в себя по меньшей мере один канал текучей среды, который может быть в выборочном гидравлическом сообщении с по меньшей мере одной проточной ячейкой для выполнения по меньшей мере одного протокола анализа. Кроме того, по меньшей мере один датчик может быть функционально связан с каждой проточной ячейкой для обнаружения реакции во время выполнения протоколов анализов. Упомянутые датчики обнаруживают физические события или электрохимическое состояние в проточных ячейках. Вдобавок, датчики могут быть выполнены с возможностью обнаружения присутствия или отсутствия текучей среды в проточной ячейке или присутствия одного или более воздушных пузырьков внутри проточной ячейки.

Кроме того, устройство считывания может быть выполнено с возможностью функционально присоединяться к картриджу для инициирования выполнения протоколов анализов. В некоторых аспектах датчики передают информацию, касающуюся физических событий и электрохимического состояния, на устройство считывания. Вдобавок, устройство считывания может управлять выполнением анализов по меньшей мере частично на основе информации, касающейся упомянутых физических событий и электрохимического состояния. В одном аспекте устройство считывания включает в себя по меньшей мере один механический привод, который присоединяет по меньшей мере один резервуар.

Система электрохимического обнаружения включает в себя способ выполнения анализа. Способ включает в себя обеспечение по меньшей мере одного датчика, по меньшей мере частично расположенного в проточной ячейке. Кроме того, способ также включает в себя обеспечение устройства считывания на связи с датчиком. В одном аспекте способ включает в себя использование датчика для обнаружения одного или более физических событий в проточной ячейке и электрохимического состояния вещества, находящегося в значительном контакте с датчиком. Датчик непрерывно передает информацию, касающуюся электрохимического состояния и физических событий в данной проточной ячейке, на устройство считывания в течение всего процесса выполнения анализа. Кроме того, датчик также выполнен с возможностью обнаружения присутствия или отсутствия текучей среды в проточной ячейке или присутствия одного или более воздушных пузырьков в данной проточной ячейке.

Способ также включает в себя ввод пробы в проточную ячейку, так что проба контактирует по меньшей мере с участком датчика, и ввод некоторого объема воздуха в проточную ячейку. Например, этот объем воздуха может быть использован для промывки проточной ячейки и датчика и удаления упомянутой пробы из проточной ячейки. Вдобавок устройство считывания может быть выполнено с возможностью управления выполнением анализа в данной проточной ячейке по меньшей мере частично на основе информации, касающейся электрохимического состояния и физических событий, полученной от датчика.

Дополнительные цели, преимущества и новые признаки будут изложены в нижеследующем описании или станут очевидными специалистам в данной области техники после изучения чертежей и нижеследующего подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 – упрощенная блок-схема, иллюстрирующая различные компоненты системы электрохимического обнаружения.

Фиг. 2 – упрощенное изображение, показывающее конструкцию картриджа и устройства считывания.

Фиг. 3 – вид сверху конструкции датчика, используемого в картридже для электрохимического обнаружения.

Фиг. 4 – вид сверху другого варианта осуществления конструкции датчика, используемого в картридже для электрохимического обнаружения.

Фиг. 5 – поэлементный вид конструкции датчика, показанной на фиг. 3.

Фиг. 6 – вид в разрезе датчика, функционально подсоединенного к проточной ячейке.

Фиг. 7А-7С – изображения, показывающие применение одного варианта осуществления системы электрохимического обнаружения.

Фиг. 8 – линейный график, показывающий значения потенциалов в милливольтах во время применения, показанного на фиг. 7А-7С.

Фиг. 9 – линейный график, показывающий значения потенциалов в милливольтах во время применения варианта осуществления системы электрохимического обнаружения.

Фиг. 10 – график первой производной по данным, показанным на фиг. 9.

Соответствующие ссылочные позиции указывают соответствующие элементы на изображении чертежей. Заголовки, использованные на этих фигурах, не следует интерпретировать как ограничение объема формулы изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обратимся к чертежам, где система электрохимического обнаружения показана и обозначена в целом как 10 на фиг. 1.

Система 10 электрохимического обнаружения обеспечивает средство для проведения по меньшей мере одного протокола анализа на единственном одноразовом картридже 12, когда функционально присоединяется к устройству 14 считывания. Вдобавок, система 10 электрохимического обнаружения может включать в себя по меньшей мере одно устройство 14 считывания в функциональной связи с виртуальной лабораторией 16 для передачи данных, таких как результаты исследований или информация о калибровке, между устройствами 14 считывания и удаленным сервером 18, связанным с виртуальной лабораторией 16. Как гораздо подробнее описано ниже, некоторые варианты осуществления системы 10 электрохимического обнаружения могут включать в себя один или более датчиков 28. В некоторых вариантах осуществления датчики 28 могут быть приведены в действие во время последней фазы упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа для помощи при считывании или иной оценки результатов анализов.

В некоторых вариантах осуществления датчики 28 могут быть приведены в действие в течение всего процесса выполнения по меньшей мере одного протокола анализа для оценки и/или контроля любых изменений, например, физических, электрических, химических изменений и т.п. в локальном окружении датчиков 28. В результате можно собирать данные практически или полностью в режиме реального времени в ходе выполнения по меньшей мере одного протокола анализа для контроля критерия управления качеством, чтобы гарантировать точные и чувствительные результаты.

Как показано на фиг. 2, каждое устройство 14 считывания может включать в себя корпус 36 устройства считывания, имеющий панель 48 управления, которая позволяет пользователю выполнять по меньшей мере один протокол анализа, когда соответствующий картридж 12 функционально присоединен к устройству 14 считывания. В одном варианте осуществления устройство 14 считывания может включать в себя первую док-станцию 52 и вторую док-станцию 54 для функционального присоединения соответствующего картриджа 12 к устройству 14 считывания, хотя другие варианты осуществления устройства 14 считывания могут включать в себя одну или более док-станций для присоединения любого числа соответствующих картриджей 12. Устройство 14 считывания может дополнительно включать в себя экран 50, который действует в качестве пользовательского интерфейса, и коммуникационный компонент (не показан), который позволяет устройству 14 считывания функционально связываться с виртуальной лабораторией 16 через удаленный сервер 18.

Обратимся к фигурам 3, 4 и 6, где датчик 28 может быть функционально присоединен к проточной ячейке для обнаружения реакций, возникающих при выполнении протокола анализа. В одном варианте осуществления датчик 28 может иметь четырехэлектродную конструкцию, состоящую из рабочего электрода 162, первого и второго рабочих калибровочных электродов 164 и 166 и электрода 168 сравнения. Электроды 162, 164, 166 и 168 присоединены к проводящим участкам 174, подключенным проводящим образом к соответствующему контакту 176 для функционального присоединения к устройству 14 считывания, для обеспечения подачи сигналов, создаваемых датчиком 28 в процессе обнаружения, на компонент 19 программного обеспечения для обработки данных.

В одном аспекте датчики 28 могут быть выполнены с использованием трехэтапного процесса. На первом этапе на гибкий лист изоляционной пластмассовой подложки 180 методом трафаретной печати наносят четыре слоя. Первый слой содержит проводящие серебряные дорожки, за которым следует второй слой электродов 168 сравнения из серебра/хлорида серебра (Ag/AgCl). Третий слой, содержащий рабочий электрод из углерода, наносят методом трафаретной печати на участок каждой проводящей серебряной дорожки, а затем на области пластмассовой подложки 180, отличные от областей пластмассовой подложки 180, содержащих рабочие электроды 162, 164 и 166, наносят четвертый слой 178 из диэлектрического изолирующего материала. Диэлектрический слой 178 также покрывает проводящие участки 174, например, из серебра или другого проводящего материала, для предотвращения вступления поступающих жидкостей в контакт с проводящими участками 174 во время погружения в растворы или во время выполнения конкретного протокола анализа. Получившийся в результате печатный лист содержит по меньшей мере один датчик 28, в котором ряды датчиков 28 отрезают от печатного листа для второго этапа процесса. Датчики в таком формате могут использоваться для управления процессом, например, для обнаружения пузырьков и измерения потока. Для использования в качестве основного компонента диагностики, также используются второй и третий этапы процесса изготовления.

Второй этап включает в себя полимеризацию, при которой датчики 28, нанесенные трафаретной печатью, закрепляются в крышке (не показана) электрохимической ячейки. Каждый ряд датчиков 28 имеет открытую электропроводящую полоску, проходящую через верхнюю часть ряда датчиков 28, к которой электрически подключены каждый проводящий участок 174 рабочих электродов 162, 164 и 166. Когда ряды датчиков 28 закреплены в крышке ячейки, устанавливается электрическое соединение между ячейкой и проводящими участками 174. Нижняя половина ячеек содержит ряд лунок (не показаны) для удерживания полимеризационного раствора, а также противоэлектроды для электрохимической полимеризации. Полимеризационный раствор может, например, содержать мономер пиррола и противоион.

Полимеризационный раствор помещают в лунки электрохимической ячейки, а крышку (с рядом датчиков 28) помещают на ячейку. Рабочие электроды 162, 164 и 166 могут быть погружены в полимеризационный раствор. Для подачи последовательности скачков тока, который управляет током между рабочими электродами 162, 164 и 166 датчика 28 (анод) и противолежащим электродом в ячейке (катод), можно использовать гальваностат с компьютерным управлением. Результирующая проводящая пленка из полипиролла образуется на рабочих электродах 162, 164 и 166 каждого датчика 28. Как только происходит полимеризация, ряды датчиков 28 удаляют с крышки ячейки и смачивают в сверхчистой воде, например, Milli-Q, для удаления остаточных противоионов или не прореагировавшего мономера. После смачивания ряды датчиков 28 помещают в инкубатор и оставляют на просушку в течение заданного периода времени, например, 17 часов или на всю ночь.

На третьем этапе ряды полимеризованных датчиков 28 можно поместить на монтажные панели, которые управляют ориентацией упомянутых рядов. Монтажная панель, заполненная рядами датчиков 28, может быть помещена на стол системы распределения биореагентов (не показана). Система распределения биореагентов распределяет соответствующие биореагенты для анализа по полимеризованным рабочим электродам 162, 164 и 166 каждого датчика 28. После покрытия датчиков 28 биореагентом монтажную панель удаляют из системы распределения биореагентов и помещают в инкубатор (не показан) для сушки. Для некоторых биореагентов после сушки ряды датчиков 28 погружают в стабилизирующий раствор для нанесения покрытия с целью сохранения активности биореагентов. Когда биореагенты и другие дополнительные покрытия высушивают, ряды датчиков 28 нарезают на окончательную форму датчика 28 для использования. Во время этого этапа проводящую полоску, использованную во время полимеризации, удаляют, и электрические контакты 174 на датчике 28 зачищают заподлицо, чтобы обеспечить правильное присоединение к устройству 14 считывания, когда картридж 12 вставляют в любую док-станцию 52 или 54.

В качестве альтернативы, как показано на фиг. 4, датчик 28А может включать в себя три рабочих электрода 162, 170 и 172 и электрод 168 сравнения, которые связаны с соответствующим проводящим участком 174 и имеют такую же конфигурацию, как вариант осуществления датчика 28. Компонент 19 программного обеспечения может выполнить усреднение рабочих электродов 162, 170 и 172 для уменьшения коэффициента изменчивости, обусловленного каждым электродом 162, 170 и 172.

В одном аспекте система 10 электрохимического обнаружения включает в себя возможность выполнения быстрых реакций иммуноанализа в картридже 12 при последовательно управляемом высвобождении текучей среды через камеры 94А, 96А и 98А проточной ячейки при проведении протоколов анализов. Согласно кинетике и термодинамики реакций, более высокие концентрации этих молекул в одной и той же области приводят к более высоким скоростям реакции.

Некоторые варианты осуществления системы 10 электрохимического обнаружения могут функционировать в общем аналогичным образом некоторым ранее упомянутым вариантам осуществления, но с разными физическими конфигурациями. В некоторых вариантах осуществления вместо ранее упомянутого картриджа 12 система 10 электрохимического обнаружения может функционировать, используя общую платформу, включающую в себя опорную конструкцию. Например, эта опорная конструкция может функционировать практически подобным образом, что и каркас 26 для струйных элементов. Опорная конструкция не требует тех же самых конфигураций, которые обсуждены выше. Соответственно, никакой обсуждаемый здесь вариант осуществления не должен использовать каркас 26 для струйных элементов конфигурации, обсужденной выше. Скорее, некоторые варианты осуществления системы 10 электрохимического обнаружения могут включать в себя опорную конструкцию с другими конфигурациями для поддержки одной или более проточных ячеек, каждая из которых может содержать по меньшей мере один датчик. Более того, в некоторых вариантах осуществления опорная конструкция может использоваться вместо каркаса 26 для струйных элементов и может быть связана с блистерной упаковкой 24, по существу, таким же образом, как описано выше.

Например, в некоторых вариантах осуществления система 10 электрохимического обнаружения может включать в себя общую платформу, вместо или вдобавок к картриджу 12 для выполнения одного или более электрохимических анализов. Платформа может включать в себя опорную конструкцию, которая может функционировать подобно каркасу 26 для струйных элементов и может включать в себя по меньшей мере один канал в выборочном гидравлическом сообщении с одной или более проточными ячейками. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один канал и одна или более проточных ячеек могут быть подобны, например, по конфигурации или функции, каналам 88, 90 и 92 и проточным ячейкам 94, 96 и 98, обсужденным выше. Кроме того, в одной или более проточных ячейках может быть расположен по меньшей мере один датчик, и этот по меньшей мере один датчик может выполнять аналогичную функцию или иметь конфигурацию, подобную датчикам 28 и электродам 162, 164, 166 и 168, обсужденным выше. Вдобавок, эти датчики могут быть расположены в других установках, таких как ферментер или реактор для клеточных культур.

Кроме того, датчики могут быть предназначены для и выполнены с возможностью обнаружения, измерения или иной оценки электрохимического состояния вещества, такого как аналит, реагент, конъюгат и т.п. в локальном окружении, например, в проточной ячейке. В некоторых вариантах осуществления датчики также могут быть выполнены с возможностью обнаружения одного или более физических событий или условий в локальном окружении. Например, датчики могут быть выполнены с возможностью обнаружения наличия или отсутствия текучей среды в локальном окружении (например, фронты текучей среды), присутствия газа в локальном окружении (например, воздушные пузырьки), концентрации ионов, относительных изменений давления, формата раствора, загрязнений, концентрации раствора, событий механического или электронного переключения, и многих других потенциально релевантных событий или условий в локальном окружении датчика.

В некоторых вариантах осуществления датчики могут передавать эту информацию на устройство считывания (подобное, например, устройству 14 считывания) или на другой компонент, который может управлять выполнением по меньшей мере одного анализа. Датчики могут передавать информацию, относящуюся к электрохимическому состоянию и физическим событиям или условиям, на устройство считывания. В результате устройство считывания может обрабатывать эту информацию для управления и обеспечения качества выполняемого анализа практически или полностью в режиме реального времени, а также для использования при управлении выполнением анализов, например, в контуре обратной связи в режиме реального времени.

Например, данные, переданные датчиками на устройство считывания, могут быть использованы устройством считывания для оценки текущего физического состояния локального окружения датчиков для гарантирования, что анализ происходит в допустимых ограничениях, и что текучие среды проходят через датчик в течение приемлемого временного интервала. В частности, поскольку датчик может обнаруживать давление и поток текучей среды или фронты текучей среды, данные, посланные на устройство считывания, могут быть использованы для управления и направления потока текучей среды, например, через обратную связь. В результате можно точно управлять потоком текучей среды через устройство считывания, используя данные в режиме реального времени, обеспечиваемые датчиками. Например, благодаря возможности управления потоком текучей среды во время анализа может быть по меньшей мере частично смягчено требование иметь прецизионные насосы и прецизионные струйные элементы по сравнению с вариантами осуществления без этой конфигурации. Кроме того, упомянутые данные также могут указывать на присутствие пузырька воздуха или другого аномального события непосредственно рядом с датчиками, что может указывать на ненадежность данных, полученных от данного датчика во время анализа. В общем, данные, отправленные на устройство считывания, могут использоваться в качестве и механизма контроля качества и пути реализации управления потоком текучей среды в системе.

В некоторых вариантах для выполнения управления качеством или управления текучей средой во время выполнения анализов датчики могут активно контролироваться по меньшей мере в течение части процесса выполнения анализов. В некоторых вариантах осуществления датчики могут находиться в активном состоянии или контролироваться в течение всего процесса выполнения анализов. Например, выполнение анализа может начаться с активации датчиков, с тем чтобы датчики мгновенно или почти мгновенно начали передачу данных, касающихся электрохимического состояния, физических событий или условий локального окружения на устройство считывания. Затем датчики могут оставаться в активном состоянии во время анализа, а на заключительном или близком к заключительному этапу анализа могут быть деактивированы или может быть прекращен контроль датчиков. В результате данные, касающиеся электрохимического состояния, физических событий или условий вблизи датчика, могут передаваться на устройство считывания на протяжении всего анализа, так что устройство считывания может обеспечить управление качеством или гарантию качества анализа вдобавок к управлению выполнением анализа.

В некоторых вариантах осуществления общая платформа для выполнения электрохимических анализов может быть предназначена для и выполнена с возможностью промывки одной или более проточных ячеек с использованием одной или более текучих сред. В частности, как упоминалось ранее, компоненты системы 10 электрохимического обнаружения могут промываться на каждом этапе протокола для гарантирования приемлемых уровней точности и чувствительности.

Обычно и исключительно посредством примера, система 10 электрохимического обнаружения может применять три этапа струйной обработки с по меньшей мере двумя промежуточными этапами промывки для гарантирования отвечающей требованиям промывки между этапами струной обработки. В частности, этапы струйной обработки могут включать в себя циркуляцию пробы, реагента или конъюгата через по меньшей мере один канал и в проточных ячейках. Затем упомянутые проба, реагент или конъюгат могут быть смыты с проточных ячеек посредством циркуляции смывающего реагента один или более раз через проточные ячейки и через датчики, для удаления любых нежелательных веществ, таких как излишние проба, реагент или конъюгат. Кроме того, этот процесс может повторяться множество раз, пока не завершится выполнение анализа.

В некоторых вариантах осуществления текучая среда, используемая для промывки проточных ячеек может представлять собой жидкость, такую как вода, водный раствор, например, фосфатно-буферный солевой раствор (PBS); спирт, например, этанол или метанол; ацетонитрил, диметилформамид (DMF), диметилсульфоксид (DMSO) или другой полярный растворитель. В других вариантах осуществления текучая среда может представлять собой воздух или аналогичный газ, такой как азот, аргон, гелий или кислород. В частности, в некоторых вариантах осуществления текучая среда может быть только воздухом, исключая другие моющие текучие среды или вещества. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления единственным веществом, используемым для промывки проточных ячеек или датчиков, является воздух или другой газ.

При введении элементов настоящего раскрытия или варианта(ов) его осуществления «a», «an», «the» и «said» предназначены для обозначения того, что имеется один или более данных элементов. Термины «содержащий», «включающий в себя» и «имеющий» предназначены быть инклюзивными, а это значит, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов. Термины, содержащие множество, не исключают способ, где имеется только «один из».

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры детализируют некоторые подходы, в которых специалист в данной области техники может применять некоторые варианты осуществления системы 10 электрохимического обнаружения. Следующие примеры не предназначены для ограничения раскрытия и формулы изобретения, а скорее являются иллюстративным обсуждением относительно некоторых применений системы.

ПРИМЕР 1: ПРОТОКОЛ АНАЛИЗА – TSH – ТИПИЧНЫЙ СЭНДВИЧ-ИММУНОАНАЛИЗ

Сначала конъюгат разбавляли в буфере для конъюгата тиреостимулирующего гормона (TSH) в отношении 1:500, а калибрант разбавляли в пробе TSH, разбавленной для обеспечения концентрации 100, 10, 0, и 0,01 мМЕ/мл. Пробу добавляли с использованием объема 150 мкл и расхода 1 мкл/сек. По протоколу анализа можно добавить 150 мкл конъюгата при расходе 1 мкл/сек, а затем 400 мкл промывочного буфера при расходе 3 мкл/сек. Наконец, добавляли 200 мкл субстрата при расходе 3 мкл/сек. Например, в качестве промывочного буфера можно использовать фосфато-буферный солевой раствор (PBS), в то время как в качестве субстрата можно использовать SigmaFAST в концентрации один набор таблеток SigmaFAST на каждые 50 мл воды MilliQ. Можно использовать следующие интервалы времени для потоков: проба TSH - 2,5 мин, конъюгат – 2,5 мин, промывочный буфер – 2,25 мин, субстрат – 1,25 мин и время считывания – 1 минута 40 секунд. Как таковой, протокол анализа может выполняться менее 10 минут.

Считывание датчиков выполняют с использованием приложенного напряжения -115 мВ в течение 10 секунд и обеспечивая потенциал разомкнутой цепи (ОСР) в течение 90 секунд. В качестве конечного значения брали показание в мВ в конце 90-секундного ОСР.

ПРИМЕР 2: ОБНАРУЖЕНИЕ СОБЫТИЙ

С использованием системы 10 электрохимического обнаружения, показанной на фигурах 7А-7С, выполняли протокол TSH анализа с применением практически того же способа, который подробно описан выше в примере 1. Короче говоря, для измерения TSH, присутствующего в пробе крови, использовали последовательность из трех датчиков. Изначально в проточную ячейку вводили пробу крови и инкубировали с датчиками. Датчики промывали с использованием некоторого объема воздуха. Затем через три датчика был пропущен некоторый объем конъюгата, после чего для промывки датчиков использовали другой объем воздуха. Наконец, через датчики пропускали раствор (субстрат), обеспечивающий возможность считывания.

Во время выполнения TSH анализа задействовали три датчика и измерялся потенциал локального окружения вокруг каждого датчика. Фиг. 8 показывает значения потенциала в милливольтах (мВ) во время выполнения анализа, который стартовал с отметки 0 секунд и закончился на отметке 392 секунды. Данные на фиг. 8 показывают, что постоянный контроль датчиков может выявить информацию об анализе, которая, вряд ли была бы легкодоступной, если датчики задействовали только тогда, когда через них пропускали раствор, обеспечивающий возможность считывания. В частности, данные показывают, что после первой промывки воздухом воздушный пузырек оказался захваченным над датчиком 3 (крайний левый датчик на фигурах 7В и 7С). В результате значения потенциала, записанные с этого датчика, были искажены по сравнению с двумя другими датчиками. Хотя воздушный пузырек не заблокировал датчик 3 или не повлиял отрицательно на другие два датчика, этот воздушный пузырек воспрепятствовал точному определению потенциала на датчике 3 во время выполнения TSH анализа. В частности, значения, записанные с датчика 3, не показывают увеличение потенциала, наблюдаемого после добавления конъюгата и раствора, обеспечивающего возможность считывания, которое обнаружено другими двумя датчиками. Данные от датчика 3 можно удалить из набора данных с тем, чтобы не исказить результаты усреднения или последующей статистической обработки.

Далее обратимся к фиг. 9, где показаны результаты аналогичного TSH анализа, выполненного и проконтролированного от начала до конца с использованием трех датчиков. Данные на фиг. 9 показывают взаимосвязи между ступенями анализа и потенциал, обнаруживаемый каждым датчиком. Пронумерованные события на фиг. 9 показывают изменение локального окружения вблизи датчиков, и как это изменение окружения воздействует на датчики, как видно на записанных значениях потенциала. В частности, точка 1 соответствует инициированию анализа, так что значение потенциала не обнаруживается. Далее точка 2 соответствует фронту текучей среды, когда текучая среда (проба) начинает проходить через датчики. Значения потенциала, связанные с рядом пузырьков, видны в точке 3. Эти значения потенциала колеблются из-за присутствия воздушных пузырьков. Далее точки 4 и 5 соответствуют дополнительным фронтам текучей среды (то есть, конъюгату и субстрату, и раствору, обеспечивающему возможность считывания, соответственно), которые достигли датчиков. Наконец, точка 6 соответствует фазе считывания, посредством которой измеряют конечные значения потенциала для создания данных, относящихся к количественному описанию TSH. По аналогии с данными, обсужденными выше, график на фиг. 9 дополнительно иллюстрирует использование постоянного контроля датчиков во время выполнения анализа.

Далее на графике на фиг. 10 была построена кривая для первой производной данных по фиг. 9), которая может быть использована программным обеспечением устройства считывания для выдачи точных интервалов воздействия; т.е. интервала времени, в течение которого датчик подвергался воздействию конкретной текучей среды. Эти данные можно использовать для значительного улучшения точности между разными шагами анализа. Номера точек на фиг. 10 соответствуют аналогичным номерам точек, обсужденным выше. Для точки 1 данные о производной отсутствуют, поскольку в этом первом месте сигнал отсутствует; датчик контактирует только с воздухом. Вдобавок, точка 7 иллюстрирует стабильный сигнал во время реакции, поскольку производная примерно равна нулю, а точка 8 соответствует первоначальному сигналу электрохимической кинетики.

Из вышеизложенного следует понимать, что, хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления, для них могут быть выполнены различные модификации в пределах сути и объема данного изобретения, которые будут очевидны специалистам в данной области техники. Такие изменения и модификации находятся в пределах объема и замыслов данного изобретения, определенных в прилагаемой к нему формуле изобретения.

Изобретение относится к области измерительной техники. Представлена система, включающая в себя платформу для выполнения по меньшей мере одного протокола анализа. Платформа может включать в себя проточную ячейку, которая может содержать по меньшей мере один датчик. Платформа может также включать в себя устройство считывания, которое может быть на связи с упомянутым датчиком. Кроме того, датчик может поддерживать связь с устройством считывания в течение всего процесса выполнения протоколов анализов для передачи данных, касающихся физических событий в проточной ячейке или электрохимического состояния вещества, содержащегося в проточной ячейке. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система электрохимического обнаружения, содержащая:

картридж, содержащий по меньшей мере один активируемый резервуар, включающий некоторый объем воздуха, подлежащего использованию в качестве промывающего агента проточной ячейки, и по меньшей мере один канал текучей среды в выборочном гидравлическом сообщении с по меньшей мере одной проточной ячейкой, для выполнения по меньшей мере одного протокола анализа;

по меньшей мере один датчик, функционально связанный с упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейкой, для обнаружения реакции во время выполнения упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа, причем упомянутый по меньшей мере один датчик выполнен с возможностью обнаружения физического события в упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейке или электрохимического состояния аналита, находящегося в упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейке, во время выполнения упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа; и

устройство считывания, выполненное с возможностью функционально присоединяться к упомянутому картриджу для инициирования выполнения упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа;

при этом устройство считывания выполнено с возможностью управлять выполнением упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа по меньшей мере частично на основе данных, касающихся физического события или электрохимического состояния; и

при этом активируемый резервуар, содержащий воздух, выполнен с возможностью подавать некоторый объем воздуха в проточную ячейку.

2. Система электрохимического обнаружения по п. 1, при этом физическое событие включает в себя присутствие или отсутствие текучей среды в упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейке.

3. Система электрохимического обнаружения по п. 1, при этом упомянутый по меньшей мере один датчик выполнен с возможностью обнаружения присутствия одного или более воздушных пузырьков в упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейке.

4. Способ выполнения анализа, включающий:

обеспечение системы электрохимического обнаружения по любому из пп.1-3;

обнаружение упомянутым по меньшей мере одним датчиком физического события в проточной ячейке или электрохимического состояния вещества, находящегося в значительном контакте с упомянутым по меньшей мере одним датчиком;

ввод пробы в проточную ячейку так, что проба контактирует по меньшей мере с участком упомянутого по меньшей мере одного датчика; и

ввод некоторого объема воздуха из активируемого резервуара в проточную ячейку для промывания проточной ячейки и упомянутого по меньшей мере одного датчика и для удаления пробы из проточной ячейки;

при этом упомянутый по меньшей мере один датчик непрерывно передает информацию, касающуюся физического события или электрохимического состояния, на устройство считывания во время выполнения анализа.

5. Способ по п. 4, при этом физическое событие включает в себя присутствие или отсутствие текучей среды в упомянутой по меньшей мере одной проточной ячейке.

6. Способ по п. 4, при этом упомянутый по меньшей мере один датчик выполнен с возможностью обнаружения присутствия одного или более воздушных пузырьков в проточной ячейке.

7. Способ по п. 4, дополнительно содержащий по меньшей мере один дополнительный датчик, при этом каждый датчик поддерживает связь с устройством считывания во время выполнения упомянутого по меньшей мере одного протокола анализа так, что упомянутый по меньшей мере один датчик передает данные, касающиеся физического события или электрохимического состояния.

8. Способ по п. 7, при этом устройство считывания управляет выполнением анализа по меньшей мере частично на основе полученной от упомянутого по меньшей мере одного датчика информации, касающейся физического события или электрохимического состояния.