СПОСОБЫ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНАЛИТОВ Российский патент 2022 года по МПК C12Q1/6806 C12Q1/6825 G01N27/06 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/398959, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВИРУСНЫХ МИШЕНЕЙ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING VIRAL TARGETS»), предварительной заявке на патент США №62/399047, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ МИШЕНЕЙ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING BACTERIAL TARGETS»), предварительной заявке на патент США №62/398925, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНТИГЕНОВ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING ANTIGENS»), предварительной заявке на патент США №62/398913, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПАРАЗИТОВ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING PARASITES»), предварительной заявке на патент США №62/398955, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ МИКРОРНК-МИШЕНЕЙ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING MICRORNA TARGETS») и предварительной заявке на патент США №62/398965, поданной 23 сентября 2016 г., имеющей название: «СПОСОБЫ И КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНАЛИТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ» («METHODS AND COMPOSITIONS FOR DETECTING AGRICULTURAL ANALYTES»), каждая из которых включена в настоящий документ полностью посредством ссылки.

ССЫЛКА НА ПЕРЕЧЕНЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

[0002] Настоящая заявка подана вместе с перечнем последовательностей в электронном формате. Указанный перечень последовательностей представлен файлом, имеющим название ALVEO010WOSEQ, созданным 13 сентября 2017 г., размер которого составляет приблизительно 4 Кб. Информация из перечня последовательностей в электронном формате включена в настоящий документ полностью посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0003] Настоящее изобретение относится в целом к системам, способам и устройствам для диагностики, для распознавания и/или идентификации патогенов, геномных материалов, белков и/или других малых молекул или биомаркеров. Согласно некоторым вариантам реализации нетребовательное к ресурсам низкозатратное устройство обеспечивает быстрые и устойчивые распознавание и идентификацию. Такое устройство может задействовать микрофлюидику, биохимию и электронику для обнаружения одной или более мишеней одновременно в полевых условиях и возле места или в месте предоставления медицинских услуг.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] Патогены в образце могут быть идентифицированы путем обнаружения специфического геномного материала (ДНК или РНК). Помимо обнаружения патогенов, для исследования доступны многие другие биомаркеры, в том числе молекулы, которые обеспечивают раннее обнаружение рака, получение жизненно важной пренатальной информации или лучшее понимание микробиома пациента. При стандартном исследовании нуклеиновых кислот («nucleic acid testing», «NAT») геномный материал в образце может сначала быть экспоненциально копирован с применением процесса молекулярной амплификации, известного как полимеразная цепная реакция («ПЦР»), пока имеющееся количество ДНК не будет достаточным для измерения. В случае РНК, геномного материала многих вирусов, может быть включен дополнительный этап, чтобы сначала транскрибировать РНК в ДНК перед амплификацией с применением ПЦР.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Некоторые варианты реализации включают систему для обнаружения целевого агента (мишени), содержащую: аналитический картридж, включающий тестовую ячейку, содержащую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, при этом указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы вмещать образец, содержащий целевой агент, подвергающийся процессу амплификации; и считывающее устройство, включающее: область, сконфигурированную таким образом, чтобы принимать аналитический картридж, нагреватель, располагающийся таким образом, чтобы нагревать указанный используемый аналитический картридж внутри полости, память, где хранятся по меньшей мере машиночитаемые инструкции по хранению, и процессор, сконфигурированный указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере: приводить к нагреванию аналитического картриджа нагревателем до заданной температуры для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки; подавать ток возбуждения на возбуждающий электрод на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, получать сигнал от сенсорного электрода, соответствующий току возбуждения после после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом внутри тестовой ячейки, раскладывать указанный сигнал на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления, анализировать составляющую реактивного сопротивления для определения наличия перепада сигнала, указывающего на положительный образец, содержащий целевой агент, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, и в ответ на определение возникновения перепада сигнала выводить положительный результат теста; или, в ответ на определение отсутствия перепада сигнала, выводить отрицательный результат теста.

[0006] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналитический картридж дополнительно содержит: область ввода образца, сконфигурированную таким образом, чтобы вмещать образец; и проточный канал, соединяющий по текучей среде область ввода образца с тестовой ячейкой.

[0007] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналитический картридж также включает герметизированную камеру, содержащую жидкие составляющие процесса амплификации, расположенную в области аналитического картриджа, имеющей отверстие, ведущее в проточный канал, причем область ввода образца расположена между указанным отверстием и тестовой ячейкой вдоль проточного канала; и пневматический канал для текучей среды, соединяющий по текучей среде пневматическое устройство сопряжения с областью аналитического картриджа, причем в указанную тестовую ячейку помещены высушенные составляющие процесса амплификации.

[0008] Согласно некоторым вариантам реализации указанное считывающее устройство включает пневматическую систему, сконфигурированную таким образом, чтобы подавать давление через пневматическое устройство сопряжения, процессор, дополнительно сконфигурированный указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере: приводить в действие двигатель, сопряженный с приводом, расположенным таким образом, чтобы прорывать герметизированную камеру и приводить к попаданию жидких составляющих в область аналитического картриджа; активировать пневматическую систему, в результате чего жидкие составляющие попадают в проточный канал и переносят образец, поступивший из области ввода образца, в тестовую ячейку.

[0009] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналитический картридж дополнительно содержит смесительную камеру, расположенную между областью ввода образца и тестовой ячейкой вдоль проточного канала, сконфигурированную таким образом, чтобы смешивать жидкие составляющие и образец по существу в равномерно перемешанную исследуемую текучую среду.

[0010] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналитический картридж содержит первое устройство сопряжения с электродом, включающее первую контактную площадку, ведущую на возбуждающий электрод, и вторую контактную площадку, ведущую на сенсорный электрод.

[0011] Согласно некоторым вариантам реализации указанное считывающее устройство содержит второе устройство сопряжения с электродом, выполненное с возможностью соединения с первым устройством сопряжения с электродом, при этом аналитический картридж поступает в область считывающего устройства.

[0012] Согласно некоторым вариантам реализации указанное считывающее устройство дополнительно содержит источник напряжения, сконфигурированный для генерации тока возбуждения, и тем, что второе устройство сопряжения с электродом включает: третью контактную площадку, расположение которой обеспечивает сопряжение с первой контактной площадкой, сопряженную с источником напряжения; и четвертую контактную площадку, расположение которой обеспечивает сопряжение со второй контактной площадкой, сопряженную с памятью.

[0013] Согласно некоторым вариантам реализации для разложения указанного сигнала на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления, указанный процессор дополнительно сконфигурирован указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере: замерять сигнал с частотой, большей, чем его частота Найквиста, при этом указанный сигнал соответствует импедансу указанного образца; раскладывать указанный сигнал на синфазную составляющую и несинфазную составляющую; и вычислять составляющую активного сопротивления на основании синфазной составляющей и вычислять составляющую реактивного сопротивления на основании несинфазной составляющей.

[0014] Согласно некоторым вариантам реализации для анализа составляющей реактивного сопротивления указанный процессор дополнительно сконфигурирован указанными инструкциями для оценки по меньшей мере заданных ожидаемых характеристик перепада сигнала из памяти.

[0015] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают окно времени на протяжении времени протекания процесса амплификации, когда указанный перепад сигнала должен произойти согласно прогнозу.

[0016] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговое изменение значения составляющей реактивного сопротивления.

[0017] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговый уклон кривой составляющей реактивного сопротивления, при этом кривая составляющей реактивного сопротивления соответствует значениям составляющей реактивного сопротивления, замеряемым на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации.

[0018] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации указанную детектируемую нуклеиновую кислоту амплифицируют.

[0019] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает реакцию изотермической амплификации, выбранную из группы, состоящей из самоподдерживающейся реакции репликации последовательностей (3SR); 90-I; обнаружения путем амплификации с использованием маяков (BAD Amp); амплификации с перекрестным праймированием (CPA); реакции экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермической инициируемой химерными праймерами амплификации нуклеиновых кислот (ICAN); изотермической амплификации с множественным вытеснением (IMDA); опосредованной лигированием SDA (амплификации с вытеснением цепи); амплификации с множественным вытеснением; полимеразной спиральной реакции (PSR); экспоненциальной амплификации с рестрикционным каскадом (RCEA); процесса Smart-амплификации (SMAP2); реакции амплификации одиночным праймером (SPIA); системы амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованной транскрипцией амплификации (ТМА); лигазной цепной реакции (LCR); и перекрестной амплификации с множественным вытеснением (MCDA). Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

[0020] Согласно некоторым вариантам реализации заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки превышает 30°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки превышает 37°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки выше 60°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки находится в диапазоне от 60°С до 70°С.

[0021] Согласно некоторым вариантам реализации указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0022] Согласно некоторым вариантам реализации указанные высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0023] Некоторые варианты реализации включают устройство для тестирования образца на целевой агент, содержащее: область ввода образца, сконфигурированную таким образом, чтобы вмещать образец, содержащий целевой агент; тестовую ячейку, содержащую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, причем указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы: вмещать образец во время процесса амплификации, подавать ток на образец во время процесса амплификации с использованием возбуждающего электрода и воспринимать с использованием воспринимающего электрода сигнал, соответствующий току после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом внутри тестовой ячейки; и проточный канал, соединяющий по текучей среде область ввода образца с тестовой ячейкой.

[0024] Некоторые варианты реализации также включают герметизированную камеру, содержащую жидкие составляющие процесса амплификации, расположенную в области устройства с отверстием, ведущим в проточный канал, причем область ввода образца расположена между указанным отверстием и тестовой ячейкой вдоль проточного канала; и высушенные составляющие процесса амплификации, помещенные в тестовую ячейку.

[0025] Некоторые варианты реализации также включают острие, сконфигурированное таким образом, чтобы прорывать герметизированную камеру и приводить к попаданию жидких составляющих в указанную область; и пневматический канал для текучей среды, соединяющий по текучей среде пневматическое устройство сопряжения с областью устройства, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать давление в указанную область, что приводит к попаданию жидких составляющих в проточный канал и переносят образец, поступивший из области ввода образца, в тестовую ячейку.

[0026] Некоторые варианты реализации также включают смесительную камеру, расположенную между областью ввода образца и тестовой ячейкой вдоль проточного канала, при этом указанная смесительная камера сконфигурирована таким образом, чтобы смешивать жидкие составляющие и образец по существу в равномерно перемешанную исследуемую текучую среду.

[0027] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналитический картридж содержит первое устройство сопряжения с электродом, включающее первую контактную площадку, ведущую на возбуждающий электрод, и вторую контактную площадку, ведущую на сенсорный электрод.

[0028] Некоторые варианты реализации также включают монтажную плату, включающую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, причем область ввода образца и по меньшей мере часть проточного канала образуют единую деталь из непроницаемого для жидкости материала, а монтажная плата прикреплена к части из непроницаемого для жидкости материала.

[0029] Некоторые варианты реализации также включают крышку, расположенную над непроницаемым для жидкости материалом и монтажной платой, содержащую отверстие, расположенное над областью ввода образца, и колпачок, сконфигурированный таким образом, чтобы герметизировать указанное отверстие с возможностью последующего открытия.

[0030] Согласно некоторым вариантам реализации боковые стороны тестовой ячейки образуют круговое отверстие в непроницаемом для жидкости материале, и при этом дно тестовой ячейки образовано монтажной платой.

[0031] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод и указанный сенсорный электрод расположены на дне тестовой ячейки, в отдалении от боковых сторон тестовой ячейки.

[0032] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод и указанный сенсорный электрод сконфигурированы таким образом, чтобы находиться по существу на одном уровне с подлежащим слоем монтажной платы.

[0033] Некоторые варианты реализации также включают отводное отверстие, сконфигурированное таким образом, чтобы высвобождать газ из тестовой ячейки, при этом указанное отводное отверстие накрыто непроницаемым для жидкости газопроницаемым фильтром.

[0034] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод включает круглый электрод, расположенный в центре ячейки, и при этом указанный сенсорный электрод, содержит кольцевой электрод, располагающийся концентрически вокруг указанного возбуждающего электрода.

[0035] Согласно некоторым вариантам реализации указанный кольцевой электрод отделен от указанного круглого электрода зазором, приблизительно равным радиусу кольцевого электрода.

[0036] Согласно некоторым вариантам реализации указанный кольцевой электрод отделен от указанного круглого электрода зазором, размер которого по крайней мере в два раза больше радиуса кольцевого электрода.

[0037] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод содержит первый полукруглый электрод, и при этом указанный сенсорный электрод содержит второй полукруглый электрод, отделенный зазором от первого полукруглого электрода, причем прямолинейные части указанных первого и второго полукруглых электродов обращены друг к другу через зазор.

[0038] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод содержит первый линейный электрод, и при этом указанный сенсорный электрод содержит второй линейный электрод, отделенный зазором от первого линейного электрода.

[0039] Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод содержит первый квадратный электрод, и при этом указанный сенсорный электрод содержит второй квадратный электрод, отделенный зазором от первого линейного электрода.

[0040] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации указанную детектируемую нуклеиновую кислоту амплифицируют.

[0041] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает реакцию изотермической амплификации, выбранную из группы, состоящей из самоподдерживающейся реакции репликации последовательностей (3SR); 90-I; (BAD Amp); амплификации с перекрестным праймированием (CPA); реакции экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермической инициируемой химерными праймерами амплификации нуклеиновых кислот (ICAN); изотермической амплификации с множественным вытеснением (IMDA); опосредованной лигированием SDA; амплификации с множественным вытеснением; полимеразной спиральной реакции (PSR); экспоненциальной амплификации с рестрикционным каскадом (RCEA); процесса Smart-амплификации (SMAP2); реакции амплификации одиночным праймером (SPIA); системы амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованной транскрипцией амплификации (ТМА); лигазной цепной реакции (LCR); и перекрестной амплификации с множественным вытеснением (MCDA). Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

[0042] Согласно некоторым вариантам реализации указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы нагревать образец до температуры, превышающей 30°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы нагревать образец до температуры, превышающей 37°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы нагревать образец до температуры, превышающей 60°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная тестовая ячейка сконфигурирована таким образом, чтобы нагревать образец до температуры в диапазоне от 60°С до 70°С.

[0043] Согласно некоторым вариантам реализации указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0044] Согласно некоторым вариантам реализации указанные высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0045] Некоторые варианты реализации включают долговременный машиночитаемый носитель, где хранятся инструкции, которые при выполнении считывающим устройством, сконфигурированным таким образом, чтобы вмещать аналитический картридж, содержащий образец, содержащий целевой агент, и тестовую ячейку, приводят к осуществлению указанным считывающим устройством операций, включающих: подачу тока возбуждения на возбуждающий электрод, расположенный внутри тестовой ячейки, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, происходящего внутри тестовой ячейки; получение сигнала с сенсорного электрода, расположенного внутри тестовой ячейки, при этом указанный сигнал соответствует току возбуждения после после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом, подвергающимся амплификации внутри тестовой ячейки; разложение указанного сигнала на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления; анализ составляющей реактивного сопротивления для определения наличия перепада сигнала, указывающего на положительный образец, содержащий целевой агент, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации; и, в ответ на определение возникновения перепада сигнала, вывод положительного результата теста; или, в ответ на определение отсутствия перепада сигнала, вывод отрицательного результата теста.

[0046] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции дополнительно включают обеспечение нагревания аналитического картриджа нагревателем до заданной температуры для выполнения процесса амплификации.

[0047] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции дополнительно включают передачу положительного результата теста или отрицательного результата теста по сети.

[0048] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции для разложения дополнительно включают: замер сигнала с большей частотой, чем его частота Найквиста, где указанный сигнал соответствует импедансу указанного образца; разложение указанного сигнала на синфазную составляющую и несинфазную составляющую; вычисление составляющей активного сопротивления на основании синфазной составляющей и вычисление составляющей реактивного сопротивления на основании несинфазной составляющей.

[0049] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции для анализа составляющей реактивного сопротивления дополнительно включают оценку заданных ожидаемых характеристик перепада сигнала из памяти.

[0050] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают окно времени на протяжении времени протекания процесса амплификации, когда указанный перепад сигнала должен произойти согласно прогнозу.

[0051] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговое изменение значения составляющей реактивного сопротивления.

[0052] Согласно некоторым вариантам реализации указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговый уклон кривой составляющей реактивного сопротивления, при этом кривая составляющей реактивного сопротивления соответствует значениям составляющей реактивного сопротивления, замеряемым в течение по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации.

[0053] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции дополнительно включают активацию пневматической системы для подачи давления в проточный канал аналитического картриджа, что приводит к смешиванию образца с составляющими процесса амплификации, находящимся в аналитическом картридже, и попаданию в тестовую ячейку.

[0054] Согласно некоторым вариантам реализации указанные операции дополнительно включают активацию двигателя для проталкивания привода в блистерную упаковку аналитического картриджа, что вызывает высвобождение жидких составляющих процесса амплификации в проточный канал.

[0055] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации указанную детектируемую нуклеиновую кислоту амплифицируют.

[0056] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает реакцию изотермической амплификации, выбранную из группы, состоящей из самоподдерживающейся реакции репликации последовательностей (3SR); 90-I; BAD Amp; амплификации с перекрестным праймированием (CPA); реакции экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермической инициируемой химерными праймерами амплификации нуклеиновых кислот (ICAN); изотермической амплификации с множественным вытеснением (IMDA); опосредованной лигированием SDA; амплификации с множественным вытеснением; полимеразной спиральной реакции (PSR); экспоненциальной амплификации с рестрикционным каскадом (RCEA); процесса Smart-амплификации (SMAP2); реакции амплификации одиночным праймером (SPIA); системы амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованной транскрипцией амплификации (ТМА); лигазной цепной реакции (LCR); и перекрестной амплификации с множественным вытеснением (MCDA). Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

[0057] Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации превышает 30°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации превышает 37°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации превышает 60°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации находится в диапазоне от 60°С до 70°С.

[0058] Согласно некоторым вариантам реализации указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0059] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации дополнительно включает высушенные составляющие, выбранные из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0060] Некоторые варианты реализации включают способ обнаружения целевого агента, при этом указанный способ включает: предоставление картриджа, содержащего тестовую ячейку, включающую возбуждающий электрод и сенсорный электрод; введение образца, содержащего целевой агент в указанный картридж; ввод картриджа в считывающее устройство; проведение амплификации целевого агента, содержащегося в образце, внутри тестовой ячейки; подача сигнала возбуждения со считывающего устройства на возбуждающий электрод; сенсорное обнаружение с использованием возбуждающего электрода сигнала из тестовой ячейки, соответствующего импедансу образца, подвергающегося амплификации; передача сигнала на считывающее устройство; и обнаружение целевого агента на основании анализа считывающим устройством реактивной части импеданса.

[0061] Некоторые варианты реализации также включают подачу образца в область ввода образца картриджа; прорывание герметизированной камеры внутри картриджа для высвобождения жидких составляющих процесса амплификации в проточный канал картриджа; и обеспечение протекания жидких составляющих и образца вдоль проточного канала в тестовую ячейку, с перемешиванием таким образом жидких составляющих и образца с получением исследуемой текучей среды.

[0062] Некоторые варианты реализации также включают увлажнение высушенных компонентов процесса амплификации, содержащихся внутри тестовой ячейки, исслудуемой текучей средой.

[0063] Некоторые варианты реализации также включают выталкивание газа, захваченного исследуемой текучей средой, через отводное отверстие, сообщающееся через текучую среду с тестовой ячейкой.

[0064] Некоторые варианты реализации также включают анализ реактивной части сигнала для идентификации перепада сигнала, указывающего на положительный результат теста.

[0065] Некоторые варианты реализации также включают идентификацию перепада сигнала на основании части кривой, генерированной на основании реактивной части, которая отличается чем-либо одним, или и первым, и вторым из более чем порогового изменения значения и временной локализации внутри заданного окна времени в процессе амплификации.

[0066] Согласно некоторым вариантам реализации указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации указанную детектируемую нуклеиновую кислоту амплифицируют.

[0067] Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает реакцию изотермической амплификации, выбранную из группы, состоящей из самоподдерживающейся реакции репликации последовательностей (3SR); 90-I; BAD Amp; амплификации с перекрестным праймированием (CPA); реакции экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермической инициируемой химерными праймерами амплификации нуклеиновых кислот (ICAN); изотермической амплификации с множественным вытеснением (IMDA); опосредованной лигированием SDA; амплификации с множественным вытеснением; полимеразной спиральной реакции (PSR); экспоненциальной амплификации с рестрикционным каскадом (RCEA); процесса Smart-амплификации (SMAP2); реакции амплификации одиночным праймером (SPIA); системы амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованной транскрипцией амплификации (ТМА); лигазной цепной реакции (LCR); и перекрестной амплификации с множественным вытеснением (MCDA). Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

[0068] Согласно некоторым вариантам реализации проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры, превышающей 30°С. Согласно некоторым вариантам реализации проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры, превышающей 37°С. Согласно некоторым вариантам реализации проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры, превышающей 60°С. Согласно некоторым вариантам реализации проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры в диапазоне от 60°С до 70°С.

[0069] Согласно некоторым вариантам реализации указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0070] Согласно некоторым вариантам реализации указанные высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

[0071] Некоторые варианты реализации включают способ обнаружения целевого агента, при этом указанный способ включает: предоставление устройства, содержащего возбуждающий электрод и сенсорный электрод; введение образца, содержащего целевой агент, в указанное устройство; обработка образца внутри указанного устройства; и обнаружение мишени путем измерения электрического свойства обработанного образца.

[0072] Согласно некоторым вариантам реализации указанное электрическое свойство выбрано из группы, состоящей из комплексного адмиттанса, импеданса, проводимости, резистивности, сопротивления и диэлектрической константы.

[0073] Согласно некоторым вариантам реализации указанное электрическое свойство представляет собой комплексный адмиттанс.

[0074] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает подачу сигнала возбуждения на возбуждающий электрод.

[0075] Согласно некоторым вариантам реализации указанный сигнал возбуждения включает переменный ток.

[0076] Согласно некоторым вариантам реализации указанный сигнал возбуждения включает постоянный ток.

[0077] Согласно некоторым вариантам реализации указанный сигнал возбуждения включает качающиеся напряжение и частоту.

[0078] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает измерение индуцированного тока на сенсорном электроде.

[0079] Согласно некоторым вариантам реализации указанное электрическое свойство измеряют на протяжении периода времени.

[0080] Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере один электрод запассивирован.

[0081] Согласно некоторым вариантам реализации указанный электрод запассивирован диэлектрическим материалом.

[0082] Согласно некоторым вариантам реализации указанный электрод запассивирован оксидом титана.

[0083] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит магнитную гранулу.

[0084] Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает амплификацию указанной детектируемой нуклеиновой кислоты.

[0085] Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP). Согласно некоторым вариантам реализации указанный обработанный образец содержит раствор низкой ионной силы.

[0086] Согласно некоторым вариантам реализации в указанном обработанном образце отсутствует сульфат аммония.

[0087] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает приведение образца в контакт с агентом для усиления изменений проводимости раствора, содержащего образец. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент связывается с неорганическим пирофосфатом. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент выбран из группы, состоящей из Cd2+-циклен-кумарина; комплекса Zn2+ с бис(2-пиридилметил)аминовой (DPA) единицей; DPA-2Zn2+-феноксида; акридина-DPA-Zn2+; DPA-Zn2+-пирена; и комплекса азакраун-Cu2+. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент содержит 2-амино-6-меркапто-7-метилпуриновый рибонуклеозид.

[0088] Некоторые варианты реализации включают способ обнаружения целевого агента с использованием частотно-зависимого емкостно-сопряженного бесконтактного устройства обнаружения проводимости, при этом указанный способ включает: введение образца, содержащего целевой агент, в указанное устройство; обработку образца внутри указанного устройства; и обнаружение мишени путем анализа частотно-зависимой емкостно-сопряженной бесконтактной проводимости образца.

[0089] Согласно некоторым вариантам реализации обработка включает этап, выбранный из группы, состоящей из обогащения образца целевым агентом, удаления не являющегося целевым агентом материала из образца, лизиса клеток, осаждения белков и добавления консерванта.

[0090] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает амплификацию указанной детектируемой нуклеиновой кислоты.

[0091] Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает реакцию изотермической амплификации, выбранную из группы, состоящей из самоподдерживающейся реакции репликации последовательностей (3SR); 90-I; BAD Amp; амплификации с перекрестным праймированием (CPA); реакции экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермической инициируемой химерными праймерами амплификации нуклеиновых кислот (ICAN); изотермической амплификации с множественным вытеснением (IMDA); опосредованной лигированием SDA; амплификации с множественным вытеснением; полимеразной спиральной реакции (PSR); экспоненциальной амплификации с рестрикционным каскадом (RCEA); процесса Smart-амплификации (SMAP2); реакции амплификации одиночным праймером (SPIA); системы амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованной транскрипцией амплификации (ТМА); лигазной цепной реакции (LCR); и перекрестной амплификации с множественным вытеснением (MCDA). Согласно некоторым вариантам реализации указанная амплификация включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

[0092] Согласно некоторым вариантам реализации обнаружение включает приведение образца в контакт с агентом для усиления изменений проводимости раствора, содержащего образец. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент связывается с неорганическим пирофосфатом. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент выбран из группы, состоящей из Cd2+-циклен-кумарина; комплекса Zn2+ с бис(2-пиридилметил)аминовой (DPA) единицей; DPA-2Zn2+-феноксида; акридина-DPA-Zn2+; DPA-Zn2+-пирена; и комплекса азакраун-Cu2+. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент содержит 2-амино-6-меркапто-7-метилпуриновый рибонуклеозид.

[0093] Согласно некоторым вариантам реализации в указанной обнаружения задействован переменный ток.

[0094] Согласно некоторым вариантам реализации в указанной обнаружения задействован переменный ток высокой частоты.

[0095] Согласно некоторым вариантам реализации в указанной обнаружения задействован а постоянный ток.

[0096] Некоторые варианты реализации включают устройство для обнаружения целевого агента в образце, содержащее: камеру, способную вмещать жидкий образец; канал по меньшей мере с одной боковой стенкой, сообщающийся через текучую среду с указанной камерой и содержащий один или более реагентов для амплификации нуклеиновой кислоты; нагреватель, способный нагревать указанный канал; первый электрод в контакте с боковой стенкой; второй электрод в контакте с боковой стенкой и расположенный на расстоянии от первого электрода вдоль канала; и схему, электрически соединенную с первым и вторым электродами, способную подавать ток на указанный первый электрод и обнаруживать сигнал тока, принимаемый указанным вторым электродом, указывающий на целевой агент.

[0097] Согласно некоторым вариантам реализации указанный ток представляет собой постоянный ток.

[0098] Согласно некоторым вариантам реализации указанный ток представляет собой переменный ток.

[0099] Согласно некоторым вариантам реализации указанный нагреватель способен нагревать жидкий образец по меньшей мере до 30°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанный нагреватель способен нагревать жидкий образец по меньшей мере до 37°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанный нагреватель способен нагревать жидкий образец по меньшей мере до 60°С. Согласно некоторым вариантам реализации указанный нагреватель способен нагревать жидкий образец до температуры в диапазоне от 60°С до 70°С.

[0100] Согласно некоторым вариантам реализации указанный канал формируется в диэлектрической подложке, а нагреватель расположен рядом с каналом.

[0101] Согласно некоторым вариантам реализации указанное устройство сконфигурировано так, что оно электронным и механическим образом сопряжено с сопутствующим устройством.

[0102] Согласно некоторым вариантам реализации указанное сопутствующее устройство представляет собой потребительский продукт, включающий процессор, память, графический дисплей пользователя.

[0103] Согласно некоторым вариантам реализации указанное сопутствующее устройство выбрано из группы, состоящей из смартфона, планшетного устройства, ноутбука и смарт-часов.

[0104] Согласно некоторым вариантам реализации указанные один или более реагентов для амплификации нуклеиновой кислоты содержат праймер и полимеразу.

[0105] Согласно некоторым вариантам реализации указанные один или более реагентов для амплификации нуклеиновой кислоты содержат агент для усиления изменений проводимости раствора, содержащего образец. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент связывается с неорганическим пирофосфатом. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент выбран из группы, состоящей из Cd2+-циклен-кумарина; комплекса Zn2+ с бис(2-пиридилметил)аминовой (DPA) единицей; DPA-2Zn2+-феноксида; акридина-DPA-Zn2+; DPA-Zn2+-пирена; и комплекса азакраун-Cu2+. Согласно некоторым вариантам реализации указанный агент содержит 2-амино-6-меркапто-7-метилпуриновый рибонуклеозид.

[0106] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что целевой агент выбран из группы, состоящей из вирусной нуклеиновой кислоты, белка вирусного капсида, вирусного структурного белка, вирусного гликопротеина, вирусного белка слияния мембран, вирусной протеазы и вирусной полимеразы.

[0107] Согласно некоторым вариантам реализации вирус содержит целевой агент.

[0108] Согласно некоторым вариантам реализации указанный вирус выбран из группы, состоящей из двухцепочечного ДНК-вируса, одноцепочечного ДНК-вируса, двухцепочечного РНК-вируса, одноцепочечного (+) РНК-вируса, одноцепочечного (-) РНК-вируса, одноцепочечного обратно-транскрибируемого РНК-вируса и двухцепочечного обратно-транскрибируемого ДНК-вируса.

[0109] Согласно некоторым вариантам реализации указанный вирус выбран из группы, состоящей из аденоассоциированного вируса, вируса Айти, лиссавируса австралийских летучих мышей, полиомавируса ВК, вируса Банна, вируса леса Барма, вируса Буньямвера, буньявируса Ла Кросс, буньявируса американского беляка, герпесвируса мартышковых, вируса Чандипура, вируса Чикунгунья, косавируса А, вируса коровьей оспы, вируса Коксаки, вируса конго-крымской геморрагической лихорадки, вируса лихорадки Денге, вируса Дхори, вируса Дагбе, вируса Дювенхаге, вируса восточного энцефалита лошадей, эболавируса, эховируса, вируса энцефаломиокардита, вируса Эпштейна-Барра, лиссавируса европейских летучих мышей, вируса GBV-C/гепатита G, вируса Хантаан, вируса Хендра, вируса гепатита А, вируса гепатита В, вируса гепатита С, вируса гепатита Е, вируса гепатита дельта, вируса оспы лошадей, аденовируса человека, астровируса человека, коронавируса человека, цитомегаловируса человека, энтеровируса человека 68, 70, герпесвируса человека 1, герпесвируса человека 2, герпесвируса человека 6, герпесвируса человека 7, герпесвируса человека 8, вируса иммунодефицита человека, папилломавируса человека 1, папилломавируса человека 2, папилломавируса человека 16, 18, парагриппа человека, парвовируса человека В19, респираторно-синцитиального вируса человека, риновируса человека, коронавируса ТОРС человека, спумаретровируса человека, Т-лимфотропного вируса человека, торовируса человека, вируса гриппа А, вируса гриппа В, вируса гриппа С, вируса Исфахан, полиомавируса JC, вируса японского энцефалита, ареновируса Хунин, полиомавируса KI, полиомавируса Кунджин, вируса летучих мышей острова Лагос, вируса Марбург озера Виктория, вируса Лангат, вируса Ласса, вируса Лордсдейл, вируса вертячки, вируса лимфоцитарного хориоменингита, вируса Мачупо, вируса Майаро, коронавируса ближневосточного респираторного синдрома (MERS), вируса кори, вируса энцефалоамиокардита Менго, полиомавируса клеток Меркеля, вируса Мокола, вируса контагиозного моллюска, вируса оспы обезьян, вируса эпидемического паротита, вируса энцефалита долины Муррея, нью-йоркского вируса, вируса Нипах, вируса Норуолк, вируса О'Ньонг-Ньонг, вируса контагиозного пустулезного дерматита, вируса Оропуш, вируса Пичинде, полиовируса, флебовируса Пунта-Торо, вируса Пуумала, вируса бешенства, вируса лихорадки долины Рифт, росавируса А, вируса Росс-ривер, ротавируса А, ротавируса В, ротавируса С, вируса краснухи, вируса Сагияма, саливируса А, вируса флеботомной лихорадки сицилийского серотипа, вируса Саппоро, вируса леса Семлики, вируса Сеул, вируса пенистости обезьян, вируса обезьян 5, вируса Синдбис, вируса Саутгемптон, вируса энцефалита Сент-Луис, вируса клещевого энцефалита Повассан, вируса гепатита TTV, вируса тосканской лихорадки, вируса Уукуниеми, вируса осповакцины, вируса ветряной оспы, вируса натуральной оспы, вируса венесуэльского энцефалита лошадей, вируса везикулярного стоматита, вируса западного энцефалита лошадей, полиомавируса WU, вируса Западного Нила, вируса опухолей обезьян Яба, вируса ябоподобной болезни, вируса желтой лихорадки и вируса Зика.

[0110] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что целевой агент выбран из группы, состоящей из бактериальной нуклеиновой кислоты, бактериального белка и бактериального токсина.

[0111] Согласно некоторым вариантам реализации бактерия содержит целевой агент.

[0112] Согласно некоторым вариантам реализации указанная бактерия выбрана из группы, состоящей из грамположительной бактерии или грамотрицательной бактерии.

[0113] Согласно некоторым вариантам реализации указанная бактерия выбрана из группы, состоящей из Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas acidovorans, Pseudomonas alcaligenes, Pseudomonas putida, Stenotrophomonas maltophilia, Burkholderia cepacia, Aeromonas hydrophilia, Escherichia coli, Citrobacter freundii, Salmonella typhimurium, Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Salmonella enteritidis, Shigella dysenteriae, Shigella flexneri, Shigella sonnei, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Serratia marcescens, Francisella tularensis, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Providencia alcalifaciens, Providencia rettgeri, Providencia stuartii, Acinetobacter baumannii, Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter haemolyticus, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis, Yersinia intermedia, Bordetella pertussis, Bordetella parapertussis, Bordetella bronchiseptica, Haemophilus influenzae, Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus haemolyticus, Haemophilus parahaemolyticus, Haemophilus ducreyi, Pasteurella multocida, Pasteurella haemolytica, Branhamella catarrhalis, Helicobacter pylori, Campylobacter fetus, Campylobacter jejuni, Campylobacter coli, Borrelia burgdorferi, Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Legionella pneumophila, Listeria monocytogenes, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Kingella, Moraxella, Gardnerella vaginalis, Bacteroides fragilis, Bacteroides distasonis, группы гомологии Bacteroides 3452A, Bacteroides vulgatus, Bacteroides ovalus, Bacteroides thetaiotaomicron, Bacteroides uniformis, Bacteroides eggerthii, Bacteroides splanchnicus, Clostridium difficile, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium avium, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium leprae, Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus, Staphylococcus intermedius, Staphylococcus hyicus, подвида hyicus, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus hominis и Staphylococcus saccharolyticus.

[0114] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что целевой агент выбран из группы, состоящей из белка, полипептида, нуклеиновой кислоты, малой молекулы и фармацевтического соединения.

[0115] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что паразит содержит целевой агент.

[0116] Согласно некоторым вариантам реализации указанный паразит выбран из группы, состоящей из эндопаразита и эктопаразита.

[0117] Согласно некоторым вариантам реализации указанный паразит выбран из группы, состоящей из простейших, гельминтов, трематод и аскарид.

[0118] Согласно некоторым вариантам реализации указанный эндопаразит выбран из группы, состоящей из видов (spp.) Acanthamoeba, Babesia spp., В. divergens, В. bigemina, В. equi, В. microfti, В. duncani, Balamuthia mandrillaris, Balantidium coli, Blastocystis spp., Cryptosporidium spp., Cyclospora cayetanensis, Dientamoeba fragilis, Entamoeba histolytica, Giardia lamblia, Isospora belli, Leishmania spp., Naegleria fowleri, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale curtisi, Plasmodium ovale wallikeri, Plasmodium malariae, Plasmodium knowlesi, Rhinosporidium seeberi, Sarcocystis bovihominis, Sarcocystis suihominis, Toxoplasma gondii, Trichomonas vaginalis, Trypanosoma brucei, Trypanosoma cruzi, Bertiella mucronata, Bertiella studeri, ленточных червей (Cestoda), Taenia multiceps, Diphyllobothrium latum, Echinococcus granulosus, Echinococcus multilocularis, E. vogeli, E. oligarthrus, Hymenolepis nana, Hymenolepis diminuta, Spirometra erinaceieuropaei, Taenia saginata, Taenia solium, Clonorchis sinensis; Clonorchis viverrini, Dicrocoelium dendriticum, Echinostoma echinatum, Fasciola hepatica, Fasciola gigantica, Fasciolopsis buski, Gnathostoma spinigerum, Gnathostoma hispidum, Metagonimus yokogawai, Metorchis conjunctus, Opisthorchis viverrini, Opisthorchis felineus, Clonorchis sinensis, Paragonimus westermani, Paragonimus africanus, Paragonimus caliensis, Paragonimus kellicotti, Paragonimus skrjabini; Paragonimus uterobilateralis, Schistosoma haematobium, Schistosoma japonicum, Schistosoma mansoni и Schistosoma intercalatum, Schistosoma mekongi, Schistosoma sp., Trichobilharzia regenti, Schistosomatidae, Ancylostoma duodenale, Necator americanus, Angiostrongylus costaricensis, Anisakis, Ascaris sp., Ascaris lumbricoides, Baylisascaris procyonis, Brugia malayi, Brugia timori, Dioctophyme renale, Dracunculus medinensis, Enterobius vermicularis, Enterobius gregorii, Halicephalobus gingivalis, возбудителя лоаоза, Mansonella streptocerca, Onchocerca volvulus, Strongyloides stercoralis, Thelazia californiensis, Thelazia callipaeda, Toxocara canis, Toxocara cati, Trichinella spiralis, Trichinella britovi, Trichinella nelsoni, Trichinella nativa, Trichuris trichiura, Trichuris vulpis, Wuchereria bancrofti, Archiacanthocephala, Moniliformis moniliformis, Linguatula serrata, Oestroidea, Calliphoridae, Sarcophagidae, Cochliomyia hominivorax (семейство Calliphoridae), Tunga penetrans, Cimicidae: Cimex lectularius и Dermatobia hominis.

[0119] Согласно некоторым вариантам реализации указанный паразит представляет собой эктопаразита, выбранного из группы, состоящей из Pediculus humanus, Pediculus humanus corporis, Pthirus pubis, Demodex folliculorum, Demodex brevis, Demodex canis, Sarcoptes scabiei, клещей Trombiculidae, Pulex irritans, иксодовых клещей (Ixodidae) и аргасовых клещей (Argasidae).

[0120] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что микроРНК содержит целевой агент.

[0121] Согласно некоторым вариантам реализации указанная микроРНК происходит от млекопитающего. Согласно некоторым вариантам реализации указанная микроРНК происходит от человека.

[0122] Согласно некоторым вариантам реализации указанная микроРНК выбран из группы, состоящей из hsa-miR-1, hsa-miR-1-2, hsa-miR-100, hsa-miR-100-1, hsa-miR-100-2, hsa-miR-101, hsa-miR-101-1, hsa-miR-101a, hsa-miR-101b-2, hsa-miR-102, hsa-miR-103, hsa-miR-103-1, hsa-miR-103-2, hsa-miR-104, hsa-miR-105, hsa-miR-106a, hsa-miR-106а-1, hsa-miR-106b, hsa-miR-106b-1, hsa-miR-107, hsa-miR-10a, hsa-miR-10b, hsa-miR-122, hsa-miR-122a, hsa-miR-123, hsa-miR-124a, hsa-miR-124a-1, hsa-miR-124a-2, hsa-miR-124a-3, hsa-miR-125a, hsa-miR-125a-5p, hsa-miR-125b, hsa-miR-125b-1, hsa-miR-125b-2, hsa-miR-126, hsa-miR-126-5p, hsa-miR-127, hsa-miR-128a, hsa-miR-128b, hsa-miR-129, hsa-miR-129-1, hsa-miR-129-2, hsa-miR-130, hsa-miR-130a, hsa-miR-130a-1, hsa-miR-130b, hsa-miR-130b-1, hsa-miR-132, hsa-miR-133a, hsa-miR-133b, hsa-miR-134, hsa-miR-135a, hsa-miR-135b, hsa-miR-136, hsa-miR-137, hsa-miR-138, hsa-miR-138-1, hsa-miR-138-2, hsa-miR-139, hsa-miR-139-5p, hsa-miR-140, hsa-miR-140-3p, hsa-miR-141, hsa-miR-142-3p, hsa-miR-142-5p, hsa-miR-143, hsa-miR-144, hsa-miR-145, hsa-miR-146a, hsa-miR-146b, hsa-miR-147, hsa-miR-148a, hsa-miR-148b, hsa-miR-149, hsa-miR-15, hsa-miR-150, hsa-miR-151, hsa-miR-151-5p, hsa-miR-152, hsa-miR-153, hsa-miR-154, hsa-miR-155, hsa-miR-15a, hsa-miR-15a-2, hsa-miR-15b, hsa-miR-16, hsa-miR-16-1, hsa-miR-16-2, hsa-miR-16a, hsa-miR-164, hsa-miR-170, hsa-miR-172a-2, hsa-miR-17, hsa-miR-17-3p, hsa-miR-17-5p, hsa-miR-17-92, hsa-miR-18, hsa-miR-18a, hsa-miR-18b, hsa-miR-181a, hsa-miR-181a-1, hsa-miR-181a-2, hsa-miR-181b, hsa-miR-181b-1, hsa-miR-181b-2, hsa-miR-181c, hsa-miR-181d, hsa-miR-182, hsa-miR-183, hsa-miR-184, hsa-miR-185, hsa-miR-186, hsa-miR-187, hsa-miR-188, hsa-miR-189, hsa-miR-190, hsa-miR-191, hsa-miR-192, hsa-miR-192-1, hsa-miR-192-2, hsa-miR-192-3, hsa-miR-193a, hsa-miR-193b, hsa-miR-194, hsa-miR-195, hsa-miR-196a, hsa-miR-196a-2, hsa-miR-196b, hsa-miR-197, hsa-miR-198, hsa-miR-199a, hsa-miR-199a-1, hsa-miR-199a-1-5p, hsa-miR-199a-2, hsa-miR-199a-2-5p, hsa-miR-199a-3p, hsa-miR-199b, hsa-miR-199b-5p, hsa-miR-19a, hsa-miR-19b, hsa-miR-19b-1, hsa-miR-19b-2, hsa-miR-200a, hsa-miR-200b, hsa-miR-200c, hsa-miR-202, hsa-miR-203, hsa-miR-204, hsa-miR-205, hsa-miR-206, hsa-miR-207, hsa-miR-208, hsa-miR-208a, hsa-miR-20a, hsa-miR-20b, hsa-miR-21, hsa-miR-22, hsa-miR-210, hsa-miR-211, hsa-miR-212, hsa-miR-213, hsa-miR-214, hsa-miR-215, hsa-miR-216, hsa-miR-217, hsa-miR-218, hsa-miR-218-2, hsa-miR-219, hsa-miR-219-1, hsa-miR-22, hsa-miR-220, hsa-miR-221, hsa-miR-222, hsa-miR-223, hsa-miR-224, hsa-miR-23a, hsa-miR-23b, hsa-miR-24, hsa-miR-24-1, hsa-miR-24-2, hsa-miR-25, hsa-miR-26a, hsa-miR-26a-1, hsa-miR-26a-2, hsa-miR-26b, hsa-miR-27a, hsa-miR-27b, hsa-miR-28, hsa-miR-296, hsa-miR-298, hsa-miR-299-3р, hsa-miR-299-5p, hsa-miR-29a, hsa-miR-29a-2, hsa-miR-29b, hsa-miR-29b-1, hsa-miR-29b-2, hsa-miR-29c, hsa-miR-301, hsa-miR-302, hsa-miR-302a, hsa-miR-302b, hsa-miR-302c, hsa-miR-302c, hsa-miR-302d, hsa-miR-30a, hsa-miR-30a-3p, hsa-miR-30a-5p, hsa-miR-30b, hsa-miR-30c, hsa-miR-30c-1, hsa-miR-30d, hsa-miR-30е, hsa-miR-30e, hsa-miR-30e-5p, hsa-miR-31, hsa-miR-31a, hsa-miR-32, hsa-miR-32, hsa-miR-320, hsa-miR-320-2, hsa-miR-320a, hsa-miR-322, hsa-miR-323, hsa-miR-324-3p, hsa-miR-324-5p, hsa-miR-325, hsa-miR-326, hsa-miR-328, hsa-miR-328-1, hsa-miR-33, hsa-miR-330, hsa-miR-331, hsa-miR-335, hsa-miR-337, hsa-miR-337-3p, hsa-miR-338, hsa-miR-338-5p, hsa-miR-339, hsa-miR-339-5p, hsa-miR-34a, hsa-miR-340, hsa-miR-340, hsa-miR-341, hsa-miR-342, hsa-miR-342-3p, hsa-miR-345, hsa-miR-346, hsa-miR-347, hsa-miR-34a, hsa-miR-34b, hsa-miR-34c, hsa-miR-351, hsa-miR-352, hsa-miR-361, hsa-miR-362, hsa-miR-363, hsa-miR-355, hsa-miR-365, hsa-miR-367, hsa-miR-368, hsa-miR-369-5p, hsa-miR-370, hsa-miR-371, hsa-miR-372, hsa-miR-373, hsa-miR-374, hsa-miR-375, hsa-miR-376a, hsa-miR-376b, hsa-miR-377, hsa-miR-378, hsa-miR-378, hsa-miR-379, hsa-miR-381, hsa-miR-382, hsa-miR-383, hsa-miR-409-3p, hsa-miR-419, hsa-miR-422a, hsa-miR-422b, hsa-miR-423, hsa-miR-424, hsa-miR-429, hsa-miR-431, hsa-miR-432, hsa-miR-433, hsa-miR-449a, hsa-miR-451, hsa-miR-452, hsa-miR-451, hsa-miR-452, hsa-miR-452, hsa-miR-483, hsa-miR-483-3p, hsa-miR-484, hsa-miR-485-5p, hsa-miR-485-3p, hsa-miR-486, hsa-miR-487b, hsa-miR-489, hsa-miR-491, hsa-miR-491-5p, hsa-miR-492, hsa-miR-493-3p, hsa-miR-493-5p, hsa-miR-494, hsa-miR-495, hsa-miR-497, hsa-miR-498, hsa-miR-499, hsa-miR-5, hsa-miR-500, hsa-miR-501, hsa-miR-503, hsa-miR-508, hsa-miR-509, hsa-miR-510, hsa-miR-511, hsa-miR-512-5p, hsa-miR-513, hsa-miR-513-1, hsa-miR-513-2, hsa-miR-515-3p, hsa-miR-516-5p, hsa-miR-516-3p, hsa-miR-518b, hsa-miR-519a, hsa-miR-519d, hsa-miR-520a, hsa-miR-520c, hsa-miR-521, hsa-miR-532-5p, hsa-miR-539, hsa-miR-542-3p, hsa-miR-542-5p, hsa-miR-550, hsa-miR-551a, hsa-miR-561, hsa-miR-563, hsa-miR-565, hsa-miR-572, hsa-miR-582, hsa-miR-584, hsa-miR-594, hsa-miR-595, hsa-miR-598, hsa-miR-599, hsa-miR-600, hsa-miR-601, hsa-miR-602, hsa-miR-605, hsa-miR-608, hsa-miR-611, hsa-miR-612, hsa-miR-614, hsa-miR-615, hsa-miR-615-3p, hsa-miR-622, hsa-miR-627, hsa-miR-628, hsa-miR-635, hsa-miR-637, hsa-miR-638, hsa-miR-642, hsa-miR-648, hsa-miR-652, hsa-miR-654, hsa-miR-657, hsa-miR-658, hsa-miR-659, hsa-miR-661, hsa-miR-662, hsa-miR-663, hsa-miR-664, hsa-miR-7, hsa-miR-7-1, hsa-miR-7-2, hsa-miR-7-3, hsa-miR-708, hsa-miR-765, hsa-miR-769-3р, hsa-miR-802, hsa-miR-885-3p, hsa-miR-9, hsa-miR-9-1, hsa-miR-9-3, hsa-miR-9-3р, hsa-miR-92, hsa-miR-92-1, hsa-miR-92-2, hsa-miR-9-2, hsa-miR-92, hsa-miR-92a, hsa-miR-93, hsa-miR-95, hsa-miR-96, hsa-miR-98, hsa-miR-99a и/или hsa-miR-99b.

[0123] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что аналит сельскохозяйственного значения содержит целевой агент.

[0124] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения указывает на источник пищевого продукта. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения указывает на животный источник пищевого продукта. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения указывает на род животного источника. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения указывает на растительный источник пищевого продукта. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения указывает на род растительного источника.

[0125] Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения представляет собой пестицид. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения представляет собой пестицид, выбранный из группы, состоящей из гербицида, инсектицида и фунгицида. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения представляет собой гербицид, выбранный из группы, состоящей из 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-D), атразина, глифосата, мекопропа, дикамбы, параквата, глюфосината, метам-натрия, дазомета, дитопира, пендиметалина, ЕРТС, трифлуралина, флазасульфурона, метсульфурон-метила, диурона, нитрофена, нитрофлуорфена, ацифлуорфена, мезотриона, сулкотриона и нитизинона. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения представляет собой инсектицид, выбранный из группы, состоящей из хлорорганического соединения, фосфорорганического соединения, карбамата, пиретроида, неониконтиноида и рианоида. Согласно некоторым вариантам реализации указанный аналит сельскохозяйственного значения представляет собой фунгицид, выбранный из группы, состоящей из карбендазима, диэтофенкарба, азоксистробина, металаксила, металаксила-m, стрептомицина, окситетрациклина, хлороталонила, тебуконазола, цинеба, манкоцеба, тебуконазола, миклобутанила, триадимефона, фенбуконазола, дезоксиниваленола и манкоцеба.

[0126] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что биомаркер расстройства содержит целевой агент. Согласно некоторым вариантам реализации указанный расстройство представляет собой рак. Согласно некоторым вариантам реализации указанный рак выбирают из рака молочной железы, рака ободочной и прямой кишки, рака желудка, желудочно-кишечных стромальных опухолей, лейкозов и лимфом, рака легкого, меланом, рака головного мозга и рака поджелудочной железы. Согласно некоторым вариантам реализации указанный биомаркер выбирают из рецептора эстрогена, рецептора прогестерона, HER-2/neu, рЭФР, KRAS, UGT1A1, C-KIT, CD20, CD30, FIP1L1-рТРФ-альфа, рТРФ, филадельфийской хромосомы (BCR/ABL), PML/RAR-альфа, ТРМТ, UGT1A1, EML4/ALK, BRAF и повышенных уровней определенных аминокислот, таких как лейцин, изолейцин и валин.

[0127] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец происходит от птицы.

[0128] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец происходит от млекопитающего.

[0129] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец происходит от человека.

[0130] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец выбран из группы, состоящей из крови, сыворотки, плазмы, мочи, слюны, асцитной жидкости, спинномозговой жидкости, спермы, жидкости легочного лаважа, мокроты, слизи, секрета слизистых оболочек, жидкой среды, содержащей клетки или нуклеиновые кислоты, твердой среды, содержащей клетки или нуклеиновые кислоты, и ткани.

[0131] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец получают путем выполнения этапа, выбранного из прокола пальца, прокола пятки, венепункции, взятия назального аспирата у взрослых, взятия назального аспирата у детей, промывания носоглотки, взятия аспирата из носоглотки, мазка, сбора содержимого толстого кишечника в контейнер, тканевой биопсии и лаважа.

[0132] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец представляет собой растительный образец.

[0133] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец представляет собой образец из окружающей среды.

[0134] Некоторые из описанных выше вариантов реализации включают устройство, долговременный машиночитаемый носитель или способ, отличающиеся тем, что указанный образец представляет собой образец почвы или образец воды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0135] На фиг. 1A-1D изображен пример картриджа для обнаружения мишени.

[0136] На фиг. 2 изображен другой пример картриджа для обнаружения мишени.

[0137] На фиг. 3А и 3В изображен другой пример картриджа для обнаружения мишени.

[0138] На фиг. 4A-4G изображены различные примеры электродов, которые могут быть использованы в тестовой ячейке картриджей по фиг. 1А-3В или в тестовой ячейке или канале другого подходящего картриджа для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе.

[0139] На фиг. 5А изображен первый электрод, или возбуждающий электрод; и второй электрод, или сигнальный электрод, которые могут быть расположены на расстоянии друг от друга внутри тестовой ячейки картриджей по фиг. 1А-3В, или в тестовой ячейке или канале другого подходящего картриджа для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе.

[0140] На фиг. 5В изображен пример сигнала который может быть извлечен с сигнального электрода по фиг. 5А.

[0141] На фиг. 5С изображены составляющая активного сопротивления и реактивная составляющая извлеченные из сигнала, показанного на фиг. 5В, сгенерированного на основе примера положительного теста.

[0142] На фиг. 5D изображены составляющая активного сопротивления и реактивная составляющая, извлеченные из сигналов, показанных на фиг. 5В, из примеров тестов для положительного и отрицательного контроля.

[0143] На фиг. 5Е изображены составляющая активного сопротивления и реактивная составляющая, извлеченные из сигнала, показанного на фиг. 5В, сгенерированного на основе другого примера положительного теста.

[0144] На фиг. 6 изображена принципиальная блок-схема примера считывающего устройства, которое может быть использовано с картриджами, описанными в настоящем документе.

[0145] На фиг. 7А приведена технологическая карта примера процесса эксплуатации считывающего устройства во время теста согласно описанию в настоящем документе.

[0146] На фиг. 7В приведена технологическая карта примера процесса для анализа данных теста для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе.

[0147] На фиг. 8 приведена схема иммунологического анализа с амплификацией.

[0148] На фиг. 9 приведена схема иммунологического анализа с амплификацией на основе гранул.

[0149] На фиг. 10 приведена схема иммунологического анализа с амплификацией на основе магнитных гранул.

[0150] На фиг. 11 изображен первый электрод, или возбуждающий электрод; и второй электрод, или сигнальный электрод, которые могут быть расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала.

[0151] На фиг. 12 приведен график, показывающий, что сигнал импеданса зависит от частоты возбуждения и изменяется после протекания реакции LAMP в канале, где неравенство слева может определять область частот.

[0152] На фиг. 13 приведен график, показывающий, что в обеих крайних областях импеданс является конденсаторным и не совпадает по фазе (приближается к 90°) с напряжением возбуждения.

[0153] На фиг. 14 приведен график, отражающий измеренный импеданс чипа с образцом относительно частоты возбуждения.

[0154] На фиг. 15 приведен график, отражающий ответ синхронного детектора в зависимости от безразмерной проводимости.

[0155] На фиг. 16 приведен график, отражающий результаты модели, демонстрирующей согласие с выходом детектора для широкого диапазона проводимости и для заданных шагов частот.

[0156] На фиг. 17А и на фиг. 17В изображен вариант реализации системы обнаружения, которая может применяться для обнаружения присутствия или отсутствия конкретной нуклеиновой кислоты и/или конкретного нуклеотида в образце. На фиг. 17А приведена горизонтальная проекция указанной системы, а на фиг. 17В приведена вертикальная проекция указанной системы в поперечном сечении.

[0157] На фиг. 18 приведена технологическая карта процесса иллюстрирующая вариант реализации устройства для обнаружения мишени.

[0158] На фиг. 19 приведена технологическая карта процесса, иллюстрирующая вариант реализации устройства для обнаружения мишени.

[0159] На фиг. 20 изображен пример картриджа для текучей среды.

[0160] На фиг. 21 приведен вид в плане примера картриджа для текучей среды по фиг. 20.

[0161] На фиг. 22 изображен пример конфигурации электродов.

[0162] На фиг. 23 изображен пример канала.

[0163] На фиг. 24 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль).

[0164] На фиг. 25 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 0% цельной крови.

[0165] На фиг. 26 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 1% цельной крови.

[0166] На фиг. 27 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 5% цельной крови.

[0167] На фиг. 28 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 0% цельной крови из нефильтрованного образца.

[0168] На фиг. 29 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 0% цельной крови из фильтрованного образца.

[0169] На фиг. 30 приведен график зависимости времени от нагрузки мишенью; планками погрешностей показано стандартное отклонение.

[0170] На фиг. 31 приведен график проводимости для различных образцов из преамплификационного сосуда (- контроль) и постамплификационного сосуда (+ контроль).

[0171] На фиг. 32 приведена схема иммунологического анализа с амплификацией на основе магнитных гранул для обнаружения антигена вируса гепатита В (HBsAg).

[0172] На фиг. 33 приведен график, иллюстрирующий обнаружение HBsAg.

[0173] На фиг. 34 приведен график, иллюстрирующий обнаружение HBsAg с низкоионным буфером (Т10).

[0174] На фиг. 35 приведен график, иллюстрирующий импеданс характеристик картриджа для текучей среды.

[0175] На фиг. 36А приведен график не совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 65°С.

[0176] На фиг. 36В приведен график совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 65°С.

[0177] На фиг. 36С приведен график не совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 67°С.

[0178] На фиг. 36D приведен график для совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 67°С.

[0179] На фиг. 36Е приведен график не совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 67°С.

[0180] На фиг. 36F приведен график совпадающих по фазе сигналов для LAMP, осуществляемой на картридже при 67°С.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0181] Аспекты описанного в настоящем документе изобретения касаются применения амплификации и бесконтактного электрического сенсорного обнаружения для обнаружения присутствия мишени в образце. Такая диагностическая платформа способна заместить сложные оптические системы и дорогостоящие флуоресцентные метки, используемые для оптической обнаружения, и электроды и электроактивные агенты, используемые для существующих электрохимических и FET-методик, обычными электронными компонентами. Согласно некоторым аспектам амплификация может быть изотермической. Платформа, описанная в настоящем документе, является недорогой, надежной, портативной и потребляет меньше энергии, чем традиционные диагностические системы. Согласно некоторым аспектам указанная диагностическая платформа имеет достаточно небольшой размер, чтобы помещаться в ладони пользователя, и способна функционировать в полевых условиях, например, для диагностики в кабинете врача, в домашних условиях, в удаленном от медицинского учреждения месте.

[0182] Многие коммерчески доступные платформы для обнаружения нуклеиновых кислот задействуют традиционную ПЦР, соответственно, требуя температурного циклирования, флуоресцентных меток и оптического инструментария для обнаружения. Указанные факторы приводят к появлению дорогостоящего лабораторного инструментария, задействующего тонкие чувствительные к вибрации детекторы, дорогие флуоресцентные маркеры, и оставляют значительный экослед. Указанное оборудование требует эксплуатации и частой калибровки высококвалифицированным персоналом.

[0183] Указанные большие, громоздкие платформы приводят к тому, что рутинное использование обычного тестирования на нуклеиновые кислоты (NAT) сложно использовать в клинике и, тем более, в домашних условиях. NAT остается дорогостоящей и медленной стратегией, очень сильно привязанной к централизованному лабораторному оборудованию. При этом предложенная в настоящем документе технология позволяет избежать указанных трудностей.

[0184] Проблемой при тестировании в месте предоставления медицинских услуг («point of care», «РОС») является потенциальное ингибирование амплификации интерферентами, часто встречающимися в неочищенных и необработанных клинических образцах, таких как цельная кровь или секрет слизистых оболочек. Минимизация воздействия ингибиторов амплификации может затруднять прямое обнаружение целевых нуклеиновых кислот в клинически релевантных биологических образцах.

[0185] Традиционные стратегии обнаружения обычно основаны на методиках флуоресцентной обнаружения. Такие методики могут быть сложными, более дорогими и требовать наличия прецизионных оптических систем. Однако настоящее изобретение в целом опирается на электрические системы обнаружения. Такие электрические системы обнаружения могут использовать микроэлектронику, которая потребляет относительно малое количество энергии и может быть изготовлена с меньшими затратами за счет большого объема производства. Таким образом, электрическое обнаружение геномного материала может позволить перенести достижения компьютерной индустрии в сенсорный биоанализ.

[0186] Существующие электронные методы мониторинга амплификации могут требовать связывания электрохимически активной метки или селективного связывания амплифицированного материала с поверхностью. Однако при клиническом применении в реальных условиях указанным методам часто свойственны недостатки в виде значительного времени отклика, биологического загрязнения электрода или связывающих поверхностей, что приводит к неудовлетворительным соотношениям сигнал/помеха, а также к ограничениям срока службы и надежности устройства. Потенциально обеспечивая высокую чувствительность, использование электрохимической обнаружения или обнаружения на основе полевого транзистора «FET» повышает уровень сложности обнаружения. Это может приводить к большей стоимости и меньшей надежности стратегий, чем обычно требуется для РОС и других пользовательских приложений. Соответственно, очевидна потребность в дополнительных диагностических устройствах.

[0187] Предложенная в настоящем документе платформа основана на измерении изменения электрической проводимости, которое происходит во время амплификации нуклеиновых кислот. Вкратце, во время биохимического синтеза ДНК из нуклеотидтрифосфатов, меняются количество и подвижность электрически заряженных молекул. Это, в свою очередь, приводит к изменению проводимости раствора по мере прогрессирования амплификации. Указанное изменение электрической проводимости раствора может быть обнаружено с применением обнаружения способом частотно-зависимой емкостно-сопряженной бесконтактной проводимости («ƒC⁴D»).

[0188] Согласно некоторым вариантам реализации для ƒC⁴D используют пару электродов, расположенных непосредственно рядом, однако не контактирующих с текучей средой в камере для амплификации, для измерения электрических свойств раствора. Возможность измерять свойства раствора таким образом, без прямого контакта, позволяет избежать проблем, связанных с загрязнением поверхностей, характерных для других электрических методов измерения.

[0189] Согласно некоторым вариантам реализации, где используют ƒC⁴D, высокочастотный сигнал переменного тока («ПТ») подают на возбуждающий электрод. Указанный сигнал представляет собой сигнал с емкостным сопряжением через раствор, где его обнаруживают на сигнальном электроде. Путем сравнения сигнала возбуждения с сигналом на сигнальном электроде может быть определена проводимость раствора.

[0190] При использовании данных конечно-элементных моделей высокого разрешения и эмпирических исследований специфические допуски для технологии на основе ƒC⁴D могут обеспечивать достижение оптимальной чувствительности обнаружения и оптимального динамического диапазона обнаружения для конкретных вариантов реализации указанной платформы. Такие вычисленные и эмпирически определенные параметры микрофлюидных размеров, характеристики емкостного сопряжения и применяемая частота могут позволить определять параметры, эффективные для обнаружения изменений проводимости раствора. В некоторых вариантах параметры, соответствующие оптимальной обнаружения, могут представлять собой взаимозависимые переменные. В соответствии со следующим уравнением, измеренный импеданс представляет собой функцию сопротивления раствора, емкости и применяемой частоты:

Z = R - (1/pi*f*C)*j

[0191] При увеличении толщины пассивирующего слоя электрода паразитная емкость, обусловленная этим слоем, увеличивается соответственно. Поэтому оптимальная частота ПТ для измерения проводимости раствора с применением ƒC⁴D может быть выбрана с учетом емкости пассивирующего слоя.

Обзор примеров картриджей, считывателей и обработки сигнала

[0192] Согласно некоторым аспектам система для обнаружения мишени в образце включает съемный картридж для текучей среды, который может быть сопряжен с сопутствующим считывающим устройством. Пользователь может ввести образец в картридж, а затем вставить его в считывающее устройство. Указанное считывающее устройство сконфигурировано для выполнения процедур тестирования с применением указанного картриджа и анализа данных тестирования для определения присутствия, отсутствия или количества мишени в образце. Например, указанный картридж может предоставляться с требуемыми агентами, белками или другим химическим веществом для процесса амплификации, с помощью которого амплифицируют мишень, изначально присутствующую в образце. В частности, некоторые картриджи могут предоставляться с требуемым химическим веществом для тестирования нуклеиновых кислот, причем геномный материал в образце экспоненциально копируется с применением процесса молекулярной амплификации согласно описанию в настоящем документе. Указанный картридж может также включать тестовую ячейку, в которой протекает процесс амплификации, при этом тестовая ячейка относится к ячейке, камере, каналу или другой геометрической форме, сконфигурированной таким образом, чтобы содержать (или по существу содержать) исследуемую текучую среду и составляющие процесса амплификации. Считывающее устройство может поддерживать требуемую температуру или другие показатели среды тестирования для указанного картриджа, для облегчения процесса амплификации, и может обеспечивать электронный мониторинг тестовой ячейки картриджа на протяжении некоторой части или всего процесса амплификации. Указанное считывающее устройство может, соответственно, собирать данные сигнала, соответствующие импедансу тестовой ячейки на протяжении времени протекания процесса амплификации, и может анализировать указанный импеданс согласно описанию в настоящем документе для подтверждения наличия, отсутствия или количества мишени в образце. Например, продолжительность процесса амплификации может варьировать от пяти минут до 60 минут, с рядом примеров в диапазоне от десяти минут до тридцати минут. Предпочтительно, согласно некоторым вариантам реализации продукты амплификации обнаруживают в суспензированном в текучей среде виде внутри ячеек, таким образом не происходит прикрепления или секвестрации продуктов амплификации в ячейках, или фиксации или связывания на зондах, которые связаны в ячейках. Согласно другим вариантам реализации продукты амплификации обнаруживают при их прикреплении или секвестрации в ячейках, например, фиксации или связывании с зондами, которые связаны в ячейках.

[0193] Такие системы могут благоприятным образом обеспечивать обнаружение мишени, выполнимое в клинических условиях или даже в домашних условиях пользователя, без необходимости отправки образца в лабораторию для амплификации и анализа. В клинических условиях это может обеспечивать отсутствие задержек при стандартном тестировании нуклеиновых кислот, соответственно, позволяя клиническим специалистам определить диагноз в рамках имеющего типичную продолжительность визита пациента в учреждение. Соответственно, предложенные системы позволяют клиническим специалистам разрабатывать планы лечения пациентов на протяжении их первоначального визита в учреждение, не требуя от клинического специалиста ожидать результатов тестов из лаборатории в течение нескольких часов или даже дней. Например, при посещении пациентом клиники медсестра или другой медицинский работник могут взять у пациента образец и начать тестирование с использованием описанной системы. Указанная система может обеспечить получение результата теста к моменту консультации пациента с врачом или клиническим специалистом для определения плана лечения. В частности, при применении для диагностики патологий, которые быстро прогрессируют, предложенные системы могут позволить избежать задержек, связанных с лабораторными исследованиями, способных негативно повлиять на лечение и исход у пациента.

[0194] Другое преимущество предложенных систем заключается в возможности применения вне клинических условий (например, в полевых условиях, в сельской местности в отсутствие легкого доступа к организованной медицинской клинике) для обнаружения таких состояний здоровья, как инфекционные заболевания (например, лихорадка Эбола), соответственно, позволяя подходящему персоналу принимать немедленные меры для предотвращения или уменьшения распространения заразного заболевания. Аналогичным образом, предложенные системы могут применяться в полевых условиях или на месте предполагаемого наличия опасного загрязняющего агента (например, сибирской язвы), чтобы быстро определить, содержит ли образец опасный загрязняющий агент, соответственно, позволяя подходящему персоналу принимать немедленные меры для предотвращения или смягчения воздействия на человека указанного загрязняющего агента. Кроме того, предложенные системы могут применяться для обнаружения загрязняющих агентов в запасах крови или плазмы, или в пищевой промышленности. Следует понимать, что предлагаемые системы могут обеспечивать аналогичные преимущества и при других сценариях, когда обнаружение мишени в режиме реального времени обеспечивает принятие более эффективных мер, чем отложенное обнаружение при отправке образца во внешнюю лабораторию.

[0195] Другим преимуществом таких систем является применение недорогостоящих расходных картриджей для однократного использования вместе с многоразовым считывающим устройством, которое может использоваться много раз с разными картриджами и/или для тестов на разные мишени.

[0196] На фиг. 1A-1D изображен пример картриджа 100, сконфигурированного для обнаружения мишени. Согласно описанию в настоящем документе указанная мишень может представлять собой вирусную мишень, бактериальную мишень, антигенную мишень, паразитарную мишень, микроРНК-мишень или аналит сельскохозяйственного значения. Некоторые варианты реализации картриджа 100 могут быть сконфигурированы для тестирования единственной мишени, тогда как некоторые варианты реализации картриджа 100 могут быть сконфигурированы для для тестирования нескольких мишеней.

[0197] На фиг. 1А изображен картридж 100 с крышкой 105 над основанием 125. При использовании крышка 105 может функционировать, герметизируя предоставленный образец в картридже 100, тем самым предотвращая воздействие образца на проводящих тестирование операторов и предотвращая попадание любой жидкости в электронику ассоциированного считывающего устройства. Крышка 105 может быть несъемно прикреплена к основанию 125 или может быть съемной согласно определенным вариантам реализации. Крышка 105 может быть сформирована из подходящих материалов, таких как пластик, и может быть непрозрачной, как на изображении, или, в других примерах, может быть полупрозрачной или прозрачной.

[0198] Крышка 105 включает отверстие 115, расположенное над областью ввода образца 120 основания 125. «Над» в настоящем документе относится к отверстию 115, располагающемуся над областью ввода образца 120, если смотреть на картридж 100 сверху вниз под прямым углом к плоской поверхности крышки 105, включающей отверстие 115. Крышка 105 также включает колпачок 110, сконфигурированный таким образом, чтобы герметизировать отверстие 115 за счет текучей среды до и после подачи образца через отверстие 115. Колпачок 110 включает цилиндрический выступ 111, который заглушает отверстие 115 при герметизации колпачка 110 с отверстием 115, пусковой фиксатор 113, сконфигурированный таким образом, чтобы облегчать снятие пользователем колпачка 110 с отверстия 115 при герметизации колпачка 110 с отверстием 115; и шарнир 112, сконфигурированный таким образом, чтобы позволять отодвижение колпачка 110 от отверстия 115 и от пути подачи образца при сохранении прикрепления колпачка 110 к крышке 105. Следует понимать, что другие варианты формы колпачка 110 могут аналогичным образом быть использованы для достижения герметизации отверстия 115; также согласно некоторым вариантам реализации указанный шарнир 112 и/или пусковой фиксатор 113 может быть модифицирован или может отсутствовать. Согласно проиллюстрированному варианту реализации крышка 105 и колпачок 110 выполнены как единое целое из одного фрагмента материала, однако в других вариантах реализации колпачок 110 может представлять собой отдельную от крышки 105 структуру.

[0199] При использовании пользователь открывает колпачок 110 и вносит образец, потенциально содержащий мишень или мишени, в указанную область ввода образца 120 основания 125 через отверстие 115 в крышке. Например, пользователь может проколоть палец и внести образец цельной крови в область ввода образца 120, например, через капилляр. Картридж 100 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы принимать какой-либо один или более из жидких, полутвердых и твердых типов образцов. После внесения образца пользователь может закрыть колпачок 110 для герметизации отверстия 115. Предпочтительно, герметизация входа в проточный канал основания 125 обеспечивает движение образца (и других жидкостей) через проточный канал основания 125 в тестовую ячейку. Например, пользователь может вставить герметизированный картридж 100, содержащий образец, в считывающее устройство согласно описанию в настоящем документе, и указанное считывающее устройство может активировать необязательное пневматическое устройство сопряжения для передвижения образца в тестовую ячейку. Проточный канал и тестовая ячейка описаны более подробно применительно к фиг. 1В и 1С, а пример считывающего устройства описан применительно к фиг. 6.

[0200] Крышка 105 также включает выемку 130 для экспонирования устройства сопряжения с электродом 135 основания 125, описанного более подробно ниже. Согласно некоторым вариантам реализации крышка 105 может включать подвижную заслонку или съемный кожух для защиты устройства сопряжения с электродом 135 до использования.

[0201] На фиг. 1В изображен картридж 100 по фиг. 1А со снятой крышкой, чтобы продемонстрировать признаки основания 125. Основание 125 может быть сформировано из непроницаемого для текучих сред материала, например, литьевого или фрезерованного акрила или пластика. Основание 125 включает область ввода образца 120, блистерную упаковку 140, пневматическое устройство 160 сопряжения, область тестирования 170А, включающую тестовые ячейки 175, и проточный канал 150, сконфигурированный таким образом, чтобы обеспечивать смешивание внесенного образца с жидкостями, содержащимися в блистерной упаковке 140, и перенос указанной перемешанной жидкости в тестовые ячейки 175. Следует понимать, что согласно другим вариантам реализации конкретные геометрические конфигурации или относительное расположение указанных признаков могут варьировать.

[0202] Блистерная упаковка 140 включает пленку, например, из термоформованного пластика, образующую герметизированную камеру, содержащую жидкости для смешивания с внесенным образцом. Указанные жидкости могут включать реагенты для амплификации, буферные растворы, воду или другие требуемые жидкие составляющие для процесса тестирования. Конкретный выбор и химические свойства указанных жидкостей могут быть индивидуализированы для конкретной мишени или мишеней, для тестирования который разработан картридж 100. Некоторые варианты реализации блистерной упаковки 140, могут, кроме того, включать нежидкие соединения, растворенные или суспензированные в заключенной внутри жидкости. Блистерная упаковка 140 может быть закреплена на основании 125, например, внутри непроницаемой для текучих сред камеры, содержащей пневматический канал 161 для текучей среды, ведущий в камеру, и отверстие 141, ведущее из камеры в проточный канал 150. Например, для закрепления блистерной упаковки 140 на месте может применяться кольцо из чувствительного к давлению клея, расположенное вдоль внешней кромки одной или обеих поверхностей блистерной упаковки 140.

[0203] При использовании пользователь или считывающее устройство может механически приводить в движение острие (например, иглу или другое остроконечное тело) для прокола блистерной упаковки 140 и высвобождения ее жидкого содержимого через отверстие 141 в первый сегмент 151 проточного канала 150. Указанное острие может быть включено в картридж 100, например, локализовано в камере, содержащей блистерную упаковку 140, при этом указанная камера соединена через текучую среду с указанным первым сегментом 151 проточного канала. В настоящем документе соединение через текучую среду относится к способности переносить текучие среды (например, сжиженный газ). Согласно другому варианту реализации указанный пользователь или считывающее устройство могут нажимать на нижнюю поверхность блистерной упаковки 140 (хотя нижняя поверхность не представлена на иллюстрациях, она располагается напротив поверхности, видимой на фиг. 1В), толкая ее наверх на острие и прокалывая блистерную упаковку 140. Согласно другим вариантам реализации указанное острие может отсутствовать, и пользователь или считывающее устройство могут сжимать блистерную упаковку 140 до тех пор, пока давление жидкого содержимого не приводит к разрыву блистерной упаковки 140. Несмотря на то, что описана способная к разрыву блистерная упаковка, другие варианты реализации могут предусматривать механически открываемые камеры, выполненные таким образом, чтобы аналогичным образом высвобождать заключенные внутри жидкости в первый сегмент 151 проточного канала 150.

[0204] Согласно описанию выше, после внесения образца пользователь герметизирует отверстие 115 крышки, таким образом герметизируя проточный канал 150 внутри картриджа 100. Пневматическое устройство 160 сопряжения выполнено с возможностью обеспечивать подачу текучей среды, такой как воздух, в герметизированный проточный канал 150 через камеру с блистерной упаковкой, способствуя потоку текучей среды в требуемом направлении вдоль проточного канала 150 в тестовые ячейки 175. Пневматическое устройство 160 сопряжения может представлять собой отверстие, ведущее в пневматический канал для текучей среды и соединенное через текучую среду с пневмоуправляемым путем потока 161, который, в свою очередь, ведет в блистерную упаковку 140 или содержащую блистерную упаковку 140 камеру, и соединен с ней через текучую среду. Согласно некоторым вариантам реализации указанный пневматическое устройство 160 сопряжения может представлять собой сжимаемый клапан одностороннего действия, проталкивающий воздух из окружающей среды в пневматический канал 161 для текучей среды при сжатии, и забирающий воздух из окружающей среды при декомпрессии. Согласно таким вариантам реализации повторяющееся сжатие пневматического устройства 160 сопряжения может проталкивать текучую среду в указанном картридже вдоль проточного канала.

[0205] Проточный канал 150 включает сегменты 151, 152, 153, 154, 155 и 156, а также область ввода образца 120, тестовую ячейку 175, впускной путь тестовой ячейки 176 и выпускной путь тестовой ячейки 177. Первый сегмент 151 проточного канала 150 ведет из блистерной упаковки 140 в область ввода образца 120. Второй сегмент 152 проточного канала 150 ведет из области ввода образца 120 в смесительную камеру 153. Смесительная камера 153 представляет собой третий сегмент проточного канала 150, который расширен по сравнению со вторым сегментом 152 и четвертым сегментом 154. Четвертый сегмент 154 проточного канала 150 ведет из смесительной камеры 153 в пятый сегмент 155 проточного канала. Пятый сегмент 155 проточного канала 150 сформирован в области тестирования 170А. Пятый сегмент 155 проточного канала 150 ведет одновременно во впускной путь первой тестовой ячейки 176 и в шестые сегменты 156 проточного канала 150. Каждый из шестых сегментов 156 проточного канала 150 формирует продолжение проточного канала 150 между смежными впусками тестовых ячейках до последнего впуска тестовой ячейки 176. Впускной путь тестовой ячейки 176 соединяет через текучую среду тестовую ячейку 175 с путем потока 150, и может закрываться клапаном 174, например, для предотвращения перекрестной амплификации между тестовыми ячейками. Выпускной путь тестовой ячейки 177 ведет из тестовой ячейки 175 в выпускное отверстие 178, которая позволяет газу выходить из тестовой ячейки 175 и из картриджа 100.

[0206] Равномерное или гомогенное перемешивание жидкости из блистерной упаковки 140 с внесенным образцом может давать более точные результаты тестов в некоторых вариантах реализации. Соответственно, смесительная камера 153 сконфигурирована таким образом, чтобы способствовать равномерному перемешиванию жидкости из блистерной упаковки 140 с внесенным образцом, например, путем включения изогнутых областей и/или формы поперечного сечения, способствующей турбулентному, а не ламинарному потоку жидкостей внутри смесительной камеры 153. Турбулентный поток представляет собой режим потока во флюидодинамике, характеризующийся хаотическими изменениями давления и скорость потока текучей среды. Турбулентный поток отличается от ламинарного потока, который наблюдается при протекании текучей среды в параллельных слоях, без разрывов между указанными слоями.

[0207] Сегменты 151, 152, 153, 154 проточного канала 150 могут быть полностью заключены внутри материала основания 125, или могут включать три поверхности, сформированные из материала основания 125, где крышка 105 формирует верхнюю поверхность, которая герметизирует указанные каналы. Сегменты 155, 156 проточного канала 150, впускной путь тестовой ячейки 176 и выпускной путь тестовой ячейки 177 могут быть полностью заключены внутри материала основания 125, могут включать три поверхности, сформированные из материала основания 125, где крышка 105 формирует верхнюю поверхность, которая герметизирует указанные признаки, или могут включать две поверхности, сформированные из материала основания 125, где монтажная плата 179 формирует нижнюю поверхность указанных признаков и крышка 105 формирует верхнюю поверхность указанных признаков.

[0208] Фиг. 1С иллюстрирует направление потока вдоль проточного канала 150, где обведенными кружками цифрами отмечены определенные точки вдоль проточного канала. Обведенные кружками цифры обсуждаются ниже в качестве примеров этапов продвижения текучей среды 180 по мере ее движения по проточного канала 150 внутри картриджа 100, где каждый этап отмечен стрелкой, указывающей направление движения текучей среды на указанном этапе.

[0209] Перед этапом (1) пользователь вносит образец в область ввода образца 120. Для ясности и простоты на фиг. 1С не помечены компоненты, помеченные референсными номерами на фиг. 1В. Также перед этапом (1) разрывается блистерная упаковка 140, так что ее жидкое содержимое высвобождаются из ранее герметизированной камеры.

[0210] На этапе (1) воздух или другая текучая среда, вытекающая из пневматического устройства 160 сопряжения, движется в показанном на иллюстрации направлении вдоль пневмоуправляемого проточного канала 161 в направлении разорванной блистерной упаковки 140.

[0211] На этапе (2) жидкость, высвобождаемая из разорванной блистерной упаковки 140 (называемой в настоящем документе «мастер-миксом»), движется через отверстие 141 в показанном на иллюстрации направлении к первому сегменту 151 проточного канала 150. Мастер-микс продолжает течь вдоль первого сегмента 151 до этапа (3), когда он входит в область ввода образца 120 и начинает переносить образец, увлекая его дальше вдоль проточного канала.

[0212] На этапе (4) мастер-микс и образец покидают область ввода образца 120 и протекают вдоль второго сегмента 152 проточного канала 150 в показанном на иллюстрации направлении. Объем мастер-микса может быть предварительно выбран таким образом, чтобы полностью или по существу полностью вымывать внесенный образец из области ввода образца 120 и/или чтобы по меньшей мере заполнять тестовые ячейки 175 и соответствующие им впускные пути 176.

[0213] На этапе (5) мастер-микс и образец текут в показанном на иллюстрации направлении ко входу в более широкий третий сегмент 153 проточного канала 150, а на этапе (6) мастер-микс и образец смешиваются в гомогенный раствор, где образец равномерно распределен в мастер-миксе. Согласно описанию выше третий сегмент 153 включает изогнутые сегменты и плоскую смесительную камеру, сконфигурированную таким образом, чтобы способствовать перемешиванию мастер-микса и образца. Согласно некоторым вариантам реализации скорость текучей среды, обеспечиваемая пневматическим устройством сопряжения 160, может быть выбрана таким образом, чтобы дополнительно содействовать указанному перемешиванию.

[0214] На этапе (7) смешанные мастер-микс и образец (называемые «исследуемой текучей средой») покидают смесительную камеру 153 и входят в четвертый сегмент 154 проточного канала 150, который ведет в область тестирования 170А.

[0215] На этапе (8) исследуемая текучая среда двигается вдоль пятого сегмента 155 проточного канала 150 в показанном на иллюстрации направлении через область тестирования 170А в направлении тестовых ячеек 175.

[0216] На этапе (9) исследуемая текучая среда достигает впускного пути первой тестовой ячейки 176, и ее поток направляется вдоль трех возможных путей, показанных тремя ответвлениями, отходящими от стрелки проточного канала этапа (9).

[0217] Путь на этапе (10) соответствует потоку исследуемой текучей среды дальше вдоль сегмента 156 проточного канала 150 во впускные пути следующих тестовых ячеек 176. Необязательно, клапан 174 на впускном пути тестовой ячейки 176 может быть закрыт, что предотвращает перетекание исследуемой текучей среды к этапу (10).

[0218] Путь на этапе (11) соответствует необязательному протеканию газовой части исследуемой текучей среды через клапан 174. Согласно некоторым вариантам реализации указанный клапан 174 может включать непроницаемый для жидкости газопроницаемый фильтр, позволяющий отводить какой-либо газ, присутствующий в исследуемой текучей среде, через клапан 174 перед входом в тестовую ячейку 175. Согласно некоторым вариантам реализации указанный клапан 174 не обязательно может быть сконфигурирован таким образом, чтобы отводить газ.

[0219] Путь на этапе (12) соответствует направлению потока исследуемой текучей среды в тестовую ячейку 175. Согласно некоторым вариантам реализации клапан 174 может быть закрыт для герметизации тестовой ячейки 175 в случае возникновения заданного пускового сигнала. Указанный пусковой сигнал может возникать после того, как заданный объем жидкости, соответствующий объему по меньшей мере тестовой ячейки 175 (и, дополнительно, впускного и выпускного путей 176, 177) протечет вдоль пути на этапе (12). Другой пример закрывающего клапан пускового сигнала может возникать после того, как прошел заданный период времени, соответствующий времени, за которое указанный объем жидкости предположительно протечет вдоль пути на этапе (12). Согласно другому варианту реализации указанный пусковой сигнал может вызывать отключение пневматического устройства 160 сопряжения, после чего текучая среда может начать течь назад вдоль изображенных путей, вызывая перекрестное загрязнение процессов амплификации, происходящих в других тестовых ячейках. Согласно некоторым вариантам реализации изображенная локализация клапана 174 может, как вариант, представлять собой выпускное отверстие для газа, необязательно накрытое непроницаемым для жидкости газопроницаемым фильтром, и описанный клапан может быть локализован вдоль впускного пути тестовой ячейки 176 или вдоль сегмента проточного канала 156.

[0220] Путь на этапе (13) соответствует направлению потока исследуемой текучей среды или ее газового компонента из тестовой ячейки 175 через выпускной путь 177. Выпускной путь 177 может представлять собой канал, ведущий из тестовой ячейки 175, и исследуемую текучую среду может проталкивать в выпускной путь 177 давление, обеспечиваемое пневматическим устройством сопряжения 160. Согласно некоторым вариантам реализации на устройстве сопряжения тестовой ячейки 175 и выпускном пути 177 может быть установлен непроницаемый для жидкости газопроницаемый фильтр, так что только газовый компонент исследуемой текучей среды протекает через выпускной путь 177.

[0221] На этапе (14) газ из исследуемой текучей среды отводится из картриджа 100 через выпускное отверстие 178. Выпускное отверстие 178 может быть накрыто непроницаемым для жидкости газопроницаемым фильтром, позволяющим отводить газ и предотвращающим выход жидкости из картриджа 100. Предпочтительно, обеспечение и облегчение отведения газа из исследуемой текучей среды может минимизировать количество газа, остающееся в тестовой ячейке, максимизировать количество жидкости в тестовой ячейке. Согласно приведенному ниже описанию, минимизация потенциального образования пузырьков газа на пути между электродами может благоприятным образом приводить к получению более надежных сигналов и более точных результатов тестов.

[0222] Возвращаясь к фиг. 1В, область тестирования 170А включает сегменты 155, 156 проточного канала 150, тестовые ячейки 175, впускные пути тестовой ячейки 176, выпускные пути тестовой ячейки 177, отверстия/клапаны 176, 178 и монтажная плата 179. Монтажная плата 179 включает электроды 171А, 171В тестовых ячеек, проводники 172 для переноса тока или других электрических сигналов, и устройство сопряжения с электродом 135. Устройство сопряжения с электродом 135 включает контактные площадки 173; половина контактных площадок 173 сконфигурирована таким образом, чтобы обеспечивать сопряжение возбуждающего электрода тестовой ячейки с источником напряжения или тока считывающего устройства, а другая половина контактных площадок 173 сконфигурирована таким образом, чтобы обеспечивать электрическое сопряжение сигнального электрода тестовой ячейки со считывающим сигнал проводниковым устройством для тестирования. Для ясности на фиг. 1В только определенные повторяющиеся признаки области тестирования 170А отмечены референсными номерами.

[0223] Монтажная плата 179 может представлять собой печатную монтажную плату, например, изготовленная методом трафаретной печати или шелкографии печатная монтажная плата с несколькими слоями. Монтажная плата 179 может быть напечатана на гибкой пластиковой подложке или полупроводниковой подложка. Монтажная плата 179 может быть сформирована по меньшей мере частично из материала, отличного от материала основания 125, и закреплена на обратной стороне основания 125, при этом располагающаяся сверху область 126 основания 125 включает сегменты 155, 156 проточного канала 150, тестовые ячейки 175, впуски тестовой ячейки 176, выпуски тестовой ячейки 178 и отверстия/клапаны 176, 178. Например, монтажная плата 179 может представлять собой многослойную печатную монтажную плату, прикрепленную, зафиксированную или присоединенную с использованием ламинирования к акрилу располагающейся сверху области 126. Устройство сопряжения с электродом 135 может выходить за пределы кромки, располагающейся сверху области 126. Тестовые ячейки 175 могут быть сформированы в виде проемов в материале располагающейся сверху области 126, таким образом, чтобы электроды 171А, 171В монтажной платы 179 были экспонированы внутри ячейки 175. Соответственно, электроды 171А, 171В могут находиться в прямом контакте с текучей средой, втекающей в ячейку 175. Верхняя поверхность монтажной платы 179 может быть покрыта толстым слоем смолы для получения гладкой плоской поверхности дна тестовых ячеек.

[0224] Тестовые ячейки 175 могут содержать твердые высушенные составляющие для процесса тестирования, например, праймеры и белки. Конкретный выбор указанных высушенных составляющих и их химические свойства могут быть индивидуализированы для конкретной мишени или мишеней, для тестирования на которых разработан картридж 100. Тестовые ячейки 175 могут содержать такие же или другие высушенные составляющие. Указанные высушенные составляющие могут быть увлажнены жидкостью, которая втекает в тестовую ячейку (например, жидкостью из блистерной упаковки 140, смешанной с внесенным образцом), и, соответственно, активированы для процедуры тестирования. Предпочтительным образом, введение жидких составляющих в блистерной упаковке 140 отдельно от высушенных твердых составляющих в тестовые ячейки 175 позволяет хранить до применения картридж 100, содержащий компоненты, необходимые для процесса амплификации, при этом также задерживая инициацию амплификации до момента внесения образца.

[0225] Тестовые ячейки 175 изображены в виде круглых ячеек, расположенных в два ряда в шахматном порядке, начиная от устройства сопряжения с электродом 135. Тестовые ячейки 175 могут быть в общем случае цилиндрическими, например, в форме круглых проемов в материале верхней части области 126, и ограничены плоскими поверхностями с верхней стороны (например, крышкой 105 или частью располагающейся сверху области 126) и нижней стороны (например, монтажной платой 179). Каждая тестовая ячейка 175 содержит два электрода 171А, 171В, один из которых представляет собой возбуждающий электрод, сконфигурированный таким образом, чтобы подавать ток на образец в тестовой ячейке 175, а другой представляет собой сигнальный электрод, сконфигурированный таким образом, чтобы обнаруживать ток, выходящий из возбуждающего электрода через жидкий образец. Согласно некоторым вариантам реализации одна или более тестовых ячеек может содержать термистор вместо электродов, чтобы обеспечить мониторинг температуры текучей среды внутри картриджа 100.

[0226] Мониторинг каждой тестовой ячейки может проводиться независимо от мониторинга других тестовых ячеек, и, соответственно, каждая тестовая ячейка может представлять другой тест. Изображенные электроды 171А, 171В внутри каждой тестовой ячейки представляют собой линейные электроды, расположенные параллельно относительно друг друга. Изображенное расположение тестовых ячеек 175 обеспечивает получение компактной области тестирования 170А с доступом из проточного канала 150 к каждой тестовой ячейке 175. Некоторые варианты реализации могут включать только одну тестовую ячейку, а другие варианты реализации могут включать две или более тестовых ячеек, расположенных в других конфигурациях. Кроме того, форма тестовых ячеек может варьировать согласно другим вариантам реализации, и формы электродов могут соответствовать любым электродам, показанным на фиг. 4A-4G.

[0227] Согласно некоторым вариантам реализации пузырьки газа внутри тестовой ячейки 175, в частности, при ее расположении вдоль пути тока между электродами 171А, 171В, могут создавать шум в сигнале, принимаемом сигнальным электродом. Указанный шум может снижать точность результатов тестов, определяемых на основании сигнала с сигнального электрода. Требуемый высококачественный сигнал может быть получен, когда вдоль пути тока присутствует только жидкость или минимум пузырьков газа. Согласно описанию выше, какой-либо воздух, исходно присутствующий в текучей среде, протекающей вдоль проточного канала 150, может выталкиваться через выпускное отверстие 178. Кроме того, электроды 171А, 171В и/или тестовая ячейка 175 могут иметь форму, смягчающую или предотвращающую образование пузырьков воздуха или газа в жидком образце и их скопление вдоль электродов.

[0228] Например, электроды 171А, 171В расположены на дне тестовой ячейки 175. Это может позволять какому-либо воздуху или газу подниматься в текучей среде в верхнюю часть тестовой ячейки и отдаляться от пути между электродами. В настоящем документе дно тестовой ячейки относится к части тестовой ячейки, куда опускается более тяжелая жидкость под действием гравитации, а верхняя часть тестовой ячейки относится к части тестовой ячейки, куда поднимается более легкий газ, над более тяжелыми жидкостями. Кроме того, электроды 171А, 171В отдалены от периметра или кромок тестовой ячейки 175, то есть от локализации, где, как правило, происходит образование пузырьков.

[0229] Кроме того, электроды 171А, 171В могут быть сформированы из тонкого плоского слоя материала с минимальной высотой относительно подлежащего слоя монтажной платы, образующего дно тестовой ячейки. Согласно некоторым вариантам реализации электроды 171А, 171В могут быть сформированы с применением электроосаждения и литографии, с получением тонкого слоя металлической пленки, например, высотой примерно 300 нм. Указанная минимальная высота может содействовать предотвращению или уменьшению захвата пузырьков воздуха вдоль устройства сопряжения между электродом и подлежащим слоем. Согласно некоторым вариантам реализации слой проводящего материала может быть нанесен поверх всех электродов для создания более плавного перехода между кромкой электрода и дном тестовой ячейки. Например, тонкий полиимидный слой (например, высотой примерно 5 мкм) может быть нанесен поверх электрода, или на монтажную плату может быть нанесен слой смолы. Согласно дополнительному или альтернативному варианту электроды могут быть расположены в канавках в подлежащем слое, имеющих глубину, приблизительно равную высоте электрода. Указанные и другие подходящие способы могут обеспечивать получение электрода, почти плоского или утопленного в поверхность дна ячейки.

[0230] Предпочтительно, вышеописанные признаки могут содействовать поддержанию окружения жидкостью электродов 171А, 171В и предотвращать или уменьшать расположение пузырьков газа вдоль пути тока между электродами 171А, 171В.

[0231] На фиг. 1D представлено графическое изображение вида сверху области тестирования 170В картриджа 100. Как и на фиг. 1В, на фиг. 1D определенные повторяющееся признаки отмечены референсными номерами только в одной локализации для простоты и ясности изображения.

[0232] Область тестирования 170В представляет собой альтернативный вариант реализации области тестирования 170А, при этом разница между указанными двумя вариантами реализации заключается в разной конфигурации электродов внутри тестовых ячеек 175. Согласно варианту реализации области тестирования 170В предложены тестовые ячейки с кольцевыми электродами 171С и 171D. В случае линейных электродов 171А, 171В области тестирования 170А любой электрод может быть возбуждающим электродом или сигнальным электродом. Согласно варианту реализации области тестирования 170В внутренний электрод 171D представляет собой возбуждающий электрод, а внешний электрод 171С представляет собой сигнальный электрод.

[0233] Внутренний электрод 171D может представлять собой электрод дисковой или кольцевой формы, сопряженный с токоподводящим проводником 172В, который в свою очередь, сопряжен с токоподводящей площадкой 173 устройства сопряжения с электродом 135, который передает ток (например, ПТ-ток заданной частоты) на внутренний электрод 171D со считывающего устройства. Внутренний электрод 171D может быть расположен в центре тестовой ячейки 175. Внешний электрод 171С представляет собой полукруглый электрод, располагающийся концентрически вокруг внутреннего электрода 171D и отделенный от внутреннего электрода 171D зазором. Полукруг внешнего электрода 171С разомкнут там, где кондуктивный вывод соединяет внутренний электрод 171D с токоподводящим проводником 172В. Внешний электрод 171С сопряжен с сенсорным проводником для сенсорного обнаружения тока 172В, который в свою очередь, сопряжен с площадкой для сенсорного обнаружения тока 173 устройства сопряжения с электродом 135, который передает обнаруженный ток на считывающее устройство.

[0234] Картридж 100 по фиг. 1A-1D представляет собой обособленное простое в использовании устройство для проведения тестирования на мишень на основе амплификации, например, тестирования на нуклеиновые кислоты, отличающегося тем, что геномный материал в образце экспоненциально копируют с помощью процесса молекулярной амплификации. Предпочтительно, пользователю необходимо только внести образец и вставить картридж 100 в считывающее устройство для гарантированного получения результатов теста, согласно некоторым вариантам реализации, поскольку жидкие и твердые составляющие процесса амплификации помещены внутрь картриджа и автоматически смешиваются с образцом. Согласно некоторым вариантам реализации один или оба картриджа или считыватель могут включать нагреватель и контроллер, сконфигурированный таким образом, чтобы управлять нагревателем для поддержания требуемой для амплификации температуры указанного картриджа. Согласно некоторым вариантам реализации один или оба картриджа или считыватель может включать двигатель, чтобы передавать вибрации на картридж или иным образом встряхивать его, в результате чего какой-либо захваченный газ поднимается в жидкости наверх и отводится из тестовых ячеек.

[0235] На фиг. 2 приведена фотография другого примера картриджа 200, сконфигурированного для обнаружения мишени. Картридж 200 использовали для генерации некоторых данных тестирования, описанных в настоящем документе, и он представляет альтернативную конфигурацию некоторых компонентов, описанных применительно к картриджу 100.

[0236] Картридж 200 включает слой печатной монтажной платы 205 и слой из акрила 210, располагающийся сверху и прикрепленный к части слоя печатной монтажной платы 205 с применением чувствительного к давлению клея. Слой из акрила 210 включает ряд тестовых ячеек 215А и ряд ячеек для мониторинга температуры 215В в виде круглых отверстий, проходящих через слой из акрила 210 по всей высоте. Слой печатной монтажной платы 205 может быть сформирован аналогично монтажной плате 179, описанной выше, и включает пару электродов 220, расположенных внутри каждой тестовой ячейки 215А, и термистор 225, расположенный внутри каждой ячейки для мониторинга температуры 215В. Каждый из электродов 220 и термисторов 225 сопряжен с проводниками, заканчивающимися рядом выводов 230 печатной монтажной платы. На иллюстрации шесть выводов обозначены как «SIG» с номерами 1-6 для сигнальных электродов, шесть выводов обозначены как «ЕХС» с номерами 1-6 для возбуждающих электродов, и два вывода для термисторов обозначены как RT1 и RT2.

[0237] Во время некоторых тестов, описанных в настоящем документе, следовали представленному ниже примеру протокола. Сначала пользователь заполнял ячейки 215А исследуемой текучей средой и блокировал указанную текучую среду минеральным маслом. Иследуемая текучая среда может не содержать контрольных праймеров, что обеспечивает однозначный отрицательный контроль за счет отсутствия праймеров, способных вызвать амплификацию.

[0238] Затем пользователь нагревал картридж 200 до 65 градусов по Цельсию в течение 10 минут для расширения какого-либо захваченного воздуха в исследуемой текучей среде, заставляя его подняться наверх в жидкости в виде пузырьков. При указанном исходном нагревании в ячейках 215А формировались пузырьки.

[0239] На следующем этапе пользователь снимает пузырьки с поверхности жидкости в ячейках 215А с применением пипетки или другого инструмента. Согласно описанию выше элиминация пузырьков воздуха может способствовать получению более точных результатов тестов.

[0240] После элиминации пузырьков пользователь позволял картриджу 200 охладиться до комнатной температуры. Затем пользователь вводил положительный контроль (ПК) для петлевой изотермической амплификации (LAMP) на дно каждой из тестовых ячеек 215А, помещал картридж 200 на термоблок и начинал выполнение тестов LAMP. Детектированные сигналы с сигнальных электродов анализировали согласно описанию в настоящем документе для идентификации положительного перепада сигнала.

[0241] На фиг. 3А и 3В изображен другой пример картриджа 300, сконфигурированного для обнаружения мишени. На фиг. 3А приведен вид в перспективе сверху, спереди и слева картриджа 300, а на фиг. 3В изображен вид в перспективе с разрезом, демонстрирующим контур ячеек 320 картриджа 300. Указанный картридж 300 представляет альтернативную конфигурацию некоторых из компонентов, описанных применительно к картриджу 100.

[0242] Указанный картридж 300 включает область ввода образца 305, центральный канал 310, тестовые ячейки 320, ответвления 315, соединяющие через текучую среду тестовые ячейки 320 с центральным каналом 310, электроды 325А, 325В расположенные внутри каждой тестовой ячейки 320, и устройство сопряжения с электродом 320, включающий контактные площадки, сопряженные с проводниками, которые, в свою очередь, сопряжены с соответствующими площадками электродов 325А, 325В и сконфигурированы таким образом, чтобы получать или посылать сигналы со считывающего устройства или на считывающее устройство. Как показано на фиг. 3В, поверхность дна ячеек 320 может быть изогнута таким образом, что каждая ячейка в целом является полусферической. Картридж 300 на изображении открыт сверху, чтобы показать внутренние компоненты, однако при использовании может присутствовать крышка или другой верхний слой для герметизации путей для текучей среды картриджа 300. Крышка может включать отводные отверстия, позволяющие газу выходить из картриджа 300, например, содержать непроницаемые для жидкости газопроницаемые фильтры, согласно описанию выше применительно к фиг. 1A-1D.

[0243] Текучий образец, введенный в область ввода образца 305, стекает по центральному каналу 310, например, под давлением со считывающего устройства, закачивающим указанный образец в картридж 300 через сопряженный порт выше области ввода образца 305. Согласно некоторым вариантам реализации может быть предложено такое считывающее устройство с набором картриджей, например, расположенных один над другим, которое может обеспечивать поступление в каждый картридж одинаковых или разных образцов. Текучий образец может быть в основном жидким с растворенным или захваченным газом (например, пузырьками воздуха). Текучая среда может вытекать из центрального канала 310 через разветвленные каналы 315 и втекать в тестовые ячейки 320. Разветвленные каналы 315 могут входить в верхнюю часть ячейки и могут быть извилистыми (например, включать ряд поворотов с малым радиусом) для предотвращения или ослабления обратного потока текучей среды, который может приводить к перекрестному загрязнению процессов амплификации между различными ячейками.

[0244] На фиг. 4A-4G изображены различные примеры конфигураций электрода, которые могут применяться в тестовой ячейке картриджей по фиг. 1А-3В или в тестовой ячейке или канале другого подходящего картриджа для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе. Тестовые ячейки, показанные на фиг. 4A-4G, изображены кольцевыми, однако указанные электроды могут применяться в тестовых ячейках другой геометрии в других примерах. Если не указано иное, закрашенные кружки на фиг. 4A-4G соответствуют контактам между описанными электродами и проводниками, ведущими к электроду или от электрода. «Ширина» в настоящем документе ниже относится к размерам в горизонтальном измерении на странице по фиг. 4A-4G, а «высота» в настоящем документе ниже относится к размерам в вертикальном измерении на странице по фиг. 4A-4G. Хотя иллюстративные электроды по фиг. 4A-4G изображены в конкретной ориентации, согласно другим вариантам реализации они могут быть развернуты. Кроме того, описанные примеры размеров соответствуют определенным потенциальным вариантам реализации конфигураций электродов 400A-400G, и их варианты могут иметь другие размеры с теми же соотношениями, что и в предложенных примерах размеров. Электроды, показанные на фиг. 4A-4G, могут быть изготовлены из подходящих материалов, в том числе платины, золота, стали или олова. При экспериментальном тестировании олово и платина функционировали аналогичным образом и подходили для определенных условий проведения тестирования и мишеней.

[0245] На фиг. 4А изображена первая конфигурация электрода 400А, отличающаяся тем, что каждый из первого и второго электродов 405А, 405В сформирован с полукруглым периметром. Прямая кромка первого электрода 405А смежна прямой кромке второго электрода 405В и отделена зазором вдоль измерения ширины в конфигурации 400А. Указанный зазор больше радиуса полукруглых электродов. Соответственно, первый и второй электроды 405А, 405В с полукруглыми периметрами расположены зеркально-симметрично. В одном примере первой конфигурации электрода 400А, зазор между расположенными максимально близко частями указанных первого и второго электродов 405А, 405В составляет приблизительно 26,369 мм, высота (вдоль прямой кромки) каждого из электродов 405А, 405В составляет приблизительно 25,399 мм, а радиус полуокружности каждого из электродов 405А 405В составляет приблизительно 12,703 мм.

[0246] На фиг. 4В изображена вторая конфигурация электрода 400В. Аналогично первой конфигурации электрода 400А, каждый из первого и второго электродов 410A, 410В во второй конфигурации электрода 400В сформирован с полукруглым периметром и их полуокружности расположены зеркально-симметрично, при этом их прямые кромки обращены друг к другу. Первый и второй электроды 410А, 410В во второй конфигурации электрода 400В могут быть такого же размера, что и первый и второй электроды 405А, 405В в первой конфигурации 400А. Во второй конфигурации электрода 400В зазор вдоль измерения ширины в конфигурации 400В между первым и вторым электродами 410А, 410В меньше, чем в первой конфигурации 400А, и указанный зазор меньше радиуса полуокружности электродов 410A, 410В. В одном примере во второй конфигурации электрода 400В зазор между расположенными максимально близко частями первого и второго электродов 410A, 410В составляет приблизительно 10,158 мм, высота (вдоль прямой кромки) каждого из электродов 410А, 410В составляет приблизительно 25,399 мм, а радиус полуокружности каждого из электродов 410А, 410В составляет приблизительно 12,703 мм.

[0247] На фиг. 4С изображена третья конфигурация электрода 400С с первым и вторым линейными электродами 415А, 415В, отделенными зазором вдоль измерения ширины в конфигурации 400С, где зазор приблизительно равен высоте электродов 415А, 415В. Ширина электродов 415А, 415В составляет приблизительно от половины до одной трети от высоты электродов. В одном примере третьей конфигурации электрода 400С зазор между расположенными максимально близко частями первого и второго электродов 415А, 415В составляет приблизительно 25,399 мм, высота каждого из электродов 415А, 415В составляет также приблизительно 25,399 мм, а ширина каждого из электродов 415А, 415В составляет приблизительно 10,158 мм. Концы указанных первого и второго электродов 415А, 415В могут быть закруглены, например, иметь радиус, равный примерно 5,078 мм.

[0248] На фиг. 4D изображена четвертая конфигурация электрода 400D с первым и вторым прямоугольными электродами 420А, 420В, отделенными зазором вдоль измерения ширины в конфигурации 400D, где указанный зазор приблизительно равен ширине электродов 420А, 420В. В одном примере четвертой конфигурации электрода 400D зазор между расположенными максимально близко частями указанных первого и второго электродов 420А, 420В составляет приблизительно 20,325 мм, высота каждого из электродов 420А, 420В составляет также приблизительно 23,496 мм, а ширина каждого из электродов 420А, 420В составляет приблизительно 17,777 мм.

[0249] На фиг. 4Е изображена пятая конфигурация электрода 400Е с первым и вторым линейными электродами 425А, 425В, отделенными зазором вдоль измерения ширины в конфигурации 400Е, где указанный зазор приблизительно равен высоте электродов 425А, 425В. Пятая конфигурация электрода 400Е аналогична третьей конфигурации электрода 400С, при этом ширина электродов 425А, 425В уменьшена примерно до половины - двух третей ширины электродов 415А, 415В, при такой же высоте. В одном примере пятой конфигурации электрода 400Е зазор между расположенными максимально близко частями указанных первого и второго электродов 425А, 425В составляет приблизительно 25,399 мм, высота каждого из электродов 425А, 425В составляет также приблизительно 25,399 мм, а ширина каждого из электродов 425А, 425В составляет приблизительно 5,078 мм. Концы указанных первого и второго электродов 425А, 425В могут быть закруглены, например, иметь радиус, равный примерно 2,542 мм.

[0250] На фиг. 4F изображена шестая конфигурация электрода 400F с концентрическими кольцевыми электродами 430А, 430В. Шестая конфигурация электрода 400F представляет собой конфигурацию, показанную для тестовых ячеек 175 по фиг. 1D. Внутренний электрод 430В может представлять собой электрод дисковой или кольцевой формы и может быть расположен в центре тестовой ячейки. Внешний электрод 430А может представлять собой полукруглый электрод, располагающийся концентрически вокруг внутреннего электрода 430В и отделенный от внутреннего электрода 430В зазором. В шестой конфигурации электрода 400F зазор приблизительно равен радиусу внутреннего электрода 430В. Полукруг внешнего электрода 430А разомкнут там, где кондуктивный вывод соединяет внутренний электрод 430В с токоподводящим проводником. В одном примере шестой конфигурации электрода 400F зазор между внутренней кромкой кольцевого первого электрода 430А и внешним периметром круглого второго электрода 430В составляет приблизительно 11,430 мм, радиус круглого второго электрода 430В составляет приблизительно 17,777 мм, а толщина кольца кольцевого первого электрода 430А составляет приблизительно 5,080 мм. Концы первого электрода 430А могут быть закруглены, например, иметь радиус, равный примерно 2,555 мм, и зазор между открытыми концами кольца первого электрода 435А может быть равен примерно 28,886 мм, от вершины до вершины.

[0251] На фиг. 4G изображена седьмая конфигурация электрода 400G с концентрическими кольцевыми электродами 435А, 435В. Аналогично варианту реализации по фиг. 4F внутренний электрод 435В может представлять собой электрод дисковой или кольцевой формы с таким же радиусом, что и у внутреннего электрода 430В, и может быть расположен в центре тестовой ячейки. Внешний электрод 435А может представлять собой полукруглый электрод, располагающийся концентрически вокруг внутреннего электрода 435А и отделенный от внутреннего электрода 435А зазором. В седьмой конфигурации электрода 400G указанный зазор больше радиуса внутреннего электрода 435В, например, в два - три раза больше. Соответственно, радиус внешнего электрода 435В больше, чем у внешнего электрода 430В. В одном примере седьмой конфигурации электрода 400G зазор между внутренней кромкой кольцевого первого электрода 435А и внешним периметром круглого второго электрода 435В составляет приблизительно 24,131 мм, радиус круглого второго электрода 435В составляет приблизительно 17,777 мм, а толщина кольца кольцевого первого электрода 435А составляет приблизительно 5,080 мм. Концы первого электрода 435А могут быть закруглены, например, иметь радиус, равный примерно 2,555 мм, а зазор между открытыми концами кольца первого электрода 435А может составлять примерно 46,846 мм, от вершины до вершины.

[0252] Согласно вариантам реализации по фиг. 4А-4Е любой электрод может быть использован в качестве возбуждающего электрода, а другой электрод может быть использован в качестве сигнального электрода. Согласно вариантам реализации по фиг. 4F и 4G внутренний электрод 430В, 435В сконфигурирован для использования в качестве возбуждающего электрода (например, сопряжен с источником тока), а внешний электрод 430A, 435А сконфигурирован для использования в качестве сигнального электрода (например, обеспечивает передачу сигнала в память или процессор). В некоторых примерах тестов шестая конфигурация электрода 400F демонстрировала наилучшую производительность из показанных на фиг. 4A-4G конфигураций.

[0253] На фиг. 5А изображен первый электрод, или возбуждающий электрод; и второй электрод, или сигнальный электрод, которые могут быть расположены на расстоянии друг от друга внутри тестовой ячейки картриджей по фиг. 1А-3В, или в тестовой ячейке или канале другого подходящего картриджа для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе.

[0254] Образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера, например, в ходе процесса амплификации в тестовых ячейках картриджей по фиг. 1А-3В, может влиять на характеристики длин волн одного или более электрических сигналов, посылаемых через канал. Как показано на фиг. 5А, первый электрод, или возбуждающий электрод 510А расположен на расстоянии от второго электрода, или сенсорного электрода 510В внутри тестовой ячейки 505. Тестовая ячейка 505 может содержать тестовый раствор, подвергающийся процессу амплификации. Во время некоторой части или всего указанного процесса напряжение возбуждения 515 может подаваться на возбуждающий электрод 510А, с которого напряжение возбуждения 515 передается в текучую среду (предпочтительно всю или по существу всю жидкую) внутри ячейки 505.

[0255] После прохождения через жидкий образец и затухания вследствие взаимодействия с ним (схематично обозначенных как сопротивление R и реактивность X) аттенуированное напряжение возбуждения воспринимается или обнаруживается на сенсорном электроде 510В. Текучая среда функционирует как последовательный резистор R с возбуждающим электродом 510А и сенсорным электродом 510В. Текучая среда также функционирует как последовательный(ые) конденсатор(ы), обозначенный(ые) как реактивность X. Зависимость необработанного воспринятого сигнала на протяжении некоторой части или всей продолжительности теста от времени может быть представлена синусоидальной кривой с варьирующими амплитудами, аналогичными показанным на графике 520.

[0256] Напряжение возбуждения 515 может представлять собой переменный ток с заранее определенной задающей частотой. Выбор конкретной частоты может зависеть, например, от конкретной мишени, которую нужно обнаруживать, среды тестируемого образца, химического состава составляющих процесса амплификации, температуры процесса амплификации и/или напряжения возбуждения. Согласно некоторым вариантам реализации картриджей по фиг. 1А-3В задающая частота возбуждения может составлять от 1 кГц и 10 кГц при при минимальном возможном напряжении возбуждения. В одном примере в тестах, выполняемых для идентификации мишени Н. Influienza (10⁶ копий на реакцию), внесенной в 5% цельной крови, задающая частота возбуждения сенсора варьировала от 100 Гц до 100000 Гц при 0,15Вольт. Указанные тесты показали, что требуемый «перепад сигнала», артефакт части сигнала, указывающий на положительный результат для тестируемого образца, описанный более подробно ниже, становится легче обнаруживать при значениях ниже 100 Гц, и легче всего обнаруживать при значениях от 1 кГц до 10 кГц. Кроме того, при частотах в диапазоне от 1 кГц до 10 кГц перепад сигнала благоприятным образом может быть идентифицирован до истечения 12 минут времени тестирования. Благоприятным образом, более быстрая идентификация перепада сигнала может привести к сокращению времени тестирования, что, в свою очередь, обеспечивает более быстрое предоставление результатов тестов и возможность выполнять большее количество тестов в день. При частотах ниже 1 кГц реактивная составляющая сигнала (в котором может быть обнаружен перепад сигнала для положительного образца) монотонно уменьшается. Задающая частота сенсора может быть аналогичным образом точно настроен для других тестов, чтобы оптимизировать производительность, то есть оптимизировать детектируемость перепада сигнала. Детектируемость перепада сигнала относится к возможности стабильно различать положительный образец и отрицательный образец.

[0257] На фиг. 5В приведен пример графика 525, отражающий сигнал импеданса 530, который может быть извлечен из необработанного сигнала 520, обеспечиваемого сенсорным электродом 510В. Сигнал импеданса 530 соответствует электрическому импедансу Z тестовой ячейки на протяжении периода времени. Импеданс Z может быть представлен следующим уравнением для комплексных чисел в декартовой системе координат:

Z=R+jX

где R соответствует сопротивлению тестовой ячейки и является вещественной частью вышеприведенного уравнения, а X соответствует реактивности тестовой ячейки и является мнимой частью вышеприведенного уравнения (обозначена как j).

Соответственно, импеданс тестовой ячейки может быть разложен на два компонента, сопротивление R и реактивность X.

[0258] Исходно значение сопротивления R может быть определено путем базового измерения в тестовой ячейке до процесса или в начале процесса амплификации. Хотя сопротивление исследуемой текучей среды может отклоняться относительно указанного базового значения на протяжении теста, ток, воспринимаемый сенсорным электродом 510В за счет сопротивления исследуемой текучей среды может совпадать по фазе с сигналом, проходящим через возбуждающий электрод 510А. Соответственно, изменения или отклонение сопротивления может быть идентифицировано по значениям совпадающего по фазе компонента сигнала 520 на протяжении периода времени. Реактивность может возникать в результате эффекта индуктивности в исследуемой текучей среде, емкости в исследуемой текучей среде, или их обоих; указанный эффект может приводить к временному сохранению тока в текучей среде (например, тока электронов, обеспечиваемого возбуждающим электродом 510А). Через некоторое время указанный сохраняемый ток попадает из исследуемой текучей среды в сенсорный электрод 510В. Ввиду указанной задержки ток, воспринимаемый сенсорным электродом 510В, возникающий за счет реактивности исследуемой текучей среды, может не совпадать по фазе с воспринимаемым током, возникающим в результате сопротивления исследуемой текучей среды. Соответственно, значения реактивности исследуемой текучей среды могут быть идентифицированы по значениям несинфазной составляющей сигнала 520 на протяжении периода времени. Реактивность может колебаться в течение всей продолжительности теста за счет изменений химических составляющих исследуемой текучей среды в результате процесса амплификации. Перепад сигнала (например, повышение или снижение реактивности на уровне или выше порогового показателя или величины, и/или в пределах заданного окна времени), указывающий на положительный образец, может быть обнаружен в реактивности X.

[0259] Во время теста может происходить синусоидальное возбуждение возбуждающего электрода 510A с некоторой амплитудой и напряжением. Возбуждающий электрод 510A расположен последовательно относительно тестовой жидкости в ячейке, которая может рассматриваться как резистор R. Резистор (например, исследуемая текучая среда) и электрод образуют делитель напряжения, с напряжением, определяемым соотношением резисторов и химией/импедансом электрода. Итоговая форма колебаний напряжения, воспринимаемая сенсорным электродом 510В, соответствует сигналу комплексного импеданса 530. Согласно некоторым вариантам реализации кривая, например, сигнала импеданса 530, может не генерироваться, вместо этого необработанный воспринятый сигнал 520 может быть разложен на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления согласно описанию в настоящем документе. Сигнал импеданса 530 приведен в качестве примера представления комбинированной кривой, отражающей как сопротивление исследуемой текучей среды, так и реактивность исследуемой текучей среды на протяжении периода времени. Сигнал комплексного импеданса 530 может быть интерпретирован как квадратурно-модулированная форма колебаний (например, комбинация синфазной формы колебаний в результате сопротивления исследуемой текучей среды и нефазной формы колебаний в результате реактивности исследуемой текучей среды), где синфазная и нефазная составляющие изменяются со временем значительно больше, чем модулирующая частота. Синфазная форма колебаний совпадает по фазе со сложной формой колебаний комплексного импеданса. Согласно некоторым вариантам реализации может быть использован синхронный детектор, например, с умножителем и фильтрами нижних частот, реализованными в программируемой пользователем вентильной матрице (ППВМ), для извлечения синфазной и несинфазной составляющих из необработанного сигнала 520 и расчета их амплитуды и фазы.

[0260] Для разложения сигнала 530 импеданса (или необработанного воспринятого сигнала 520) на образующие его составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления, при этом волновой сигнал 520 напряжения на сенсорном электроде 510В замеряют с частотой большей, чем его частота Найквиста (например, с частотой, в два раза превышающей максимальную частоту напряжения возбуждения) и затем разбивают на синфазную составляющую (активное сопротивление) и несинфазную составляющую (реактивное сопротивление). Синфазная и несинфазная составляющие напряжения могут быть рассчитаны с применением известного последовательного сопротивление (например, значения R) для вычисления вещественной составляющей импеданса (активного сопротивления) и мнимой составляющей импеданса (реактивного сопротивления).

[0261] На фиг. 5С приведен график 541 составляющей активного сопротивления 540А и составляющей реактивного сопротивления 540В на протяжении промежутка времени (от t=3 минуты до t=45 минут), извлеченных из необработанного сигнала 520, сгенерированного на основании примера положительного теста. На иллюстрации перепад сигнала 545 соответствует изменению Δ_R реактивности 540В на протяжении конкретного окна времени T_W. Перепад сигнала 545 указывает на положительный образец. В моменты времени до перепада сигнала 545 кривая реактивности 540В является относительно пологой или стабильной; и, аналогичным образом, после перепада сигнала 545 кривая реактивности 540В является относительно пологой или стабильной. Соответственно, согласно указанному варианту реализации перепад сигнала 545 для конкретных параметров теста, представленных на графике 541, представлен снижением Δ_R в ожидаемой области 535.

[0262] Величина изменения реактивности Δ_R, которая соответствует перепаду сигнала 545 положительного образца, а также положение и/или продолжительность конкретного окна времени T_W, когда ожидается возникновение перепада сигнала 545, может варьировать в зависимости от ряда параметров теста. Указанные параметры включают конкретную мишень для тестирования (например, скорость, с которой происходит амплификация указанной мишени), частоту напряжения возбуждения, конфигурацию возбуждающего электрода и сенсорного электрода (например, их индивидуальной формы и размеров, зазора, разделяющего электроды; и материала электродов), частоту замеров, количество агентов для амплификации в начале теста, температуру процесса амплификации и количество мишени, присутствующее в образце. Согласно некоторым вариантам реализации ожидаемые характеристики перепада сигнала в положительном образце, заранее определенные, например, экспериментальным путем, могут применяться для различения положительных образцов и отрицательных образцов. Согласно некоторым вариантам реализации ожидаемые характеристики перепада сигнала могут применяться для определения тяжести или прогрессирования медицинского состояния, например, путем установления корреляции между конкретными характеристиками перепада сигнала и конкретными исходными количествами мишени в образце. Заранее определенные ожидаемые характеристики могут поступать в устройство считывания, храниться в нем и затем при определении результатов тестирования быть доступными для обращения устройства считывания, сконфигурированным для приема сигналов от сенсорного электрода (электродов) тестового картриджа.

[0263] Для заданного теста ожидаемая величина изменения реактивности Δ_R и ожидаемое окно времени T_W перепада сигнала 545 для положительного образца могут быть определены экспериментальным путем на основании мониторинга и анализа кривых реактивности, сгенерированных образцами для положительного контроля (и, необязательно, образцами для отрицательного контроля). Согласно некоторым вариантам реализации параметры тестирования, влияющие на перепад сигнала, могут варьировать и могут быть точно настроены для идентификации параметров, которые соответствуют точно различимому перепаду сигнала. Считыватель и картридж согласно описанию в настоящем документе могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы подходить для тестируемой конфигурации, и снабжены характеристиками для ожидаемого перепада сигнала для указанного теста.

[0264] Например, в серии экспериментальных тестов на Н. influenza исследуемая текучая среда исходно включала праймеры для амплификации и 1000000 добавленных копий мишени, напряжение возбуждения составляло 200 мВ Р2Р, параметры тестирования включали начало качания частоты в диапазоне 10 кГц и окончание качания частоты в диапазоне 10 МГц для частоты тока возбуждения, ближний и дальний межэлектродные зазоры, настроенные на 2,55 мм и 5 мм, соответственно. Устанавливали температуру амплификации, равную 65,5 градусов по Цельсию, и компоновка двух электродов (по одному для каждого из ближних и дальних зазоров) включала платиновые электроды. При низких частотах (10 кГц - 100 кГц) детектируемые перепады сигнала идентифицировали, начиная примерно с 23 минут амплификации, при примерно 10 кГц и примерно на 30 минуте при примерно 100 кГц, при использовании конфигурации электрода с зазором 5 мм, с величиной изменения реактивности примерно 3,5-4 Ома при 10 кГц, падающей примерно до 3,25-3,5 Ома при 100 кГц. При низких частотах (10 кГц - 100кГц) детектируемые перепады сигнала идентифицировали, начиная примерно с 25 минут амплификации при примерно 10 кГц, и примерно с 30 минут при примерно 100 кГц, при использовании конфигурации электрода с зазором 2,5 мм, с величиной изменения реактивности примерно 3,5-4 Ома. При более высоких частотах падение реактивности перепада сигнала уменьшалось, и время идентификации указанных меньших перепадов сигнала сдвигалось на более поздний момент в процессе амплификации. Соответственно, в указанном примере тестовая ячейка в тестовом картридже может быть сконфигурирована с зазором электродов 5 мм, а считывающее устройство может быть сконфигурировано для подачи тока возбуждения 10 кГц на тестовый картридж во время амплификации. Считывающее устройство может быть снабжено инструкциями для обеспечения указанного тока и мониторинга итоговой реактивности тестовой ячейки на протяжении всей амплификации или окна времени вокруг ожидаемого момента перепада сигнала (в данном случае равного 23 минутам), например, от 20 до 35 минут. Считывающее устройство может также быть снабжено инструкциями для идентификации положительного образца на основании реактивности, демонстрирующей изменение, составляющее примерно 3,5-4 Ом, примерно через 23 минуты амплификации или в пределах окна времени вокруг ожидаемого момента перепада сигнала.

[0265] После идентификации значения Δ_R и T_W могут быть переданы в считывающие устройства для использования при различении положительных и отрицательных образцов в данном конкретном тесте. Согласно некоторым примерам такие устройства могут определять, содержит ли кривая реактивности 540В требуемое значение и/или имеет ли требуемый наклон в пределах идентифицированного окна времени T_W, чтобы соответствовать перепаду сигнала. Согласно другим вариантам реализации указанное считывающее устройство может анализировать форму кривой реактивности на протяжении периода времени для определения того, содержит ли она перепад сигнала. Согласно некоторым вариантам реализации считыватель может модифицировать процедуры тестирования на основании идентифицированного окна времени T_W, когда ожидается перепад сигнала 545, например, например, путем подачи напряжения возбуждения и мониторинга полученного сигнала только в пределах указанного окна, что позволяет благоприятным образом экономить энергию и ресурсы для обработки по сравнению с непрерывным мониторингом в течение всего времени тестирования.

[0266] На фиг. 5D приведен график 551 составляющей активного сопротивления и составляющей реактивного сопротивления, извлеченных из необработанных сенсорных данных воспринимающего электрода 510В при проведении примеров тестов с положительным и отрицательным контролем. В частности, на графике 551 показана кривая 550A сопротивления положительного образца, кривая реактивности 550В положительного образца, кривая 550С сопротивления положительного образца и кривая 550D реактивности положительного образца на протяжении 35-минутного теста. Как показано на фиг. 5D, перепад сигнала в случае положительного образца происходит примерно через 17 минут после начала теста, с относительно пологой и стабильной кривой реактивности 550В перед перепадом сигнала. И напротив, в то же самое время кривая реактивности 550D отрицательного образца не демонстрирует перепада сигнала, а сохраняет квадратичную кривизну с момента времени, примерно равного 8 минутам до конца теста.

[0267] На фиг. 5Е приведен график 561 составляющей активного сопротивления 560А и составляющей реактивного сопротивления 560В на протяжении периода времени (от t=0 минут до t=60 минут с начала амплификации), извлеченных из необработанного сигнала 520, сгенерированного на основе примера положительного теста. На иллюстрации перепад сигнала 565 соответствует изменению Δ_R реактивности 560В в пределах конкретного окна времени T_W. Перепад сигнала 565 указывает на положительный образец. В моменты времени до перепада сигнала 565 кривая реактивности 560В является относительно пологой или стабильной, и, аналогичным образом, после перепада сигнала 565 кривая реактивности 560В является относительно пологой или стабильной, и незначительно вогнутой. Перепад сигнала 565 для конкретных параметров тестирования, показанный на графике 561, выглядит как пик, выброс или колоколообразная кривая в ожидаемой области 535, когда значения реактивности растут и снижаются на значение Δ_R, образуя приближенно параболическую кривую. Согласно описанию в настоящем документе варьирование определенных параметров тестирования (например, конфигурации тестовых ячеек, химии и исходного количества составляющих амплификации, мишени и характеристик тока возбуждения) может изменять геометрию перепада сигнала, обеспечиваемого положительным образцом. Соответственно, согласно некоторым вариантам реализации геометрия «перепада сигнала» на кривой зависимости значений реактивности от времени может варьировать от теста к тесту, хотя для конкретного теста геометрия кривой и/или временные рамки перепада сигнала остаются стабильными в пределах параметров изменений реактивности и/или временных рамок во всех положительных образцах для указанного теста. [0266] На фиг. 6 приведена принципиальная блок-схема примера считывающего устройства 600, которое может применяться с картриджами, описанными в настоящем документе, например, картриджами 100 или 300. Считывающее устройство 600 включает память 605, процессор 610, коммуникационный модуль 615, пользовательский интерфейс 620, нагреватель 625, устройство сопряжения с электродом 630, источник напряжения 635, накопитель энергии на сжатом воздухе 640, двигатель 650 и полость 660, в которую может быть вставлен картридж.

[0268] Когда тестовый картридж 100 вставляют в считывающее устройство, происходит сопряжение устройства сопряжения с электродом 135 картриджа с устройством сопряжения с электродом 630 считывающего устройства 600. Это может обеспечивать обнаружение встраивания картриджа считывающим устройством 600, например, путем тестирования на наличие установленного коммуникационного пути. Кроме того, такие коммуникации могут обеспечивать идентификацию считывающим устройством 600 встраивания конкретного тестового картриджа 100 и доступ к соответствующим протоколам тестирования. Протоколы тестирования могут включать продолжительность теста, температуру теста, характеристики кривой импеданса положительного образца и информацию для выведения пользователю на основании различных полученных результатов тестов. Согласно другим вариантам реализации считывающее устройство 600 может принимать через пользовательский интерфейс 620 указание на то, что картридж встроен (например, за счет ввода пользователем команды «начать тестирование» и, необязательно, идентификатора тестового картриджа).

[0269] Память 605 включает одно или более физических устройств для электронного хранения, сконфигурированных таким образом, чтобы обеспечивать хранение исполняемых компьютером инструкций для управления операциями считывающего устройства 600 и данных, генерируемых при использовании считывающего устройства 600. Например, память 605 может получать и хранить данные с сенсорных электродов, сопряженных с устройством сопряжения с электродом 630.

[0270] Процессор 610 включает один или более аппаратных процессоров, которые исполняют исполняемые компьютером инструкции для управления операциями считывающего устройства 600 во время теста, например, путем организации пользовательского интерфейса 620, управления нагревателем 625, управления коммуникационным модулем 615 и активации источника напряжения 635, сжатого воздуха 640 и двигателя 650. Один пример операций тестирования описан применительно к фиг. 7А ниже. Процессор 610 может быть также сконфигурирован указанными инструкциями для определения результатов тестов на основании данных, полученных с возбуждающих электродов вставленного тестового картриджа, например, путем выполнения процесса по фиг. 7В, описанного ниже. Процессор 610 может быть сконфигурирован для идентификации разных мишеней в одном тестовом образце на основании сигналов, полученных из разных тестовых ячеек одного картриджа, или может идентифицировать одну мишень на основании индивидуального или совокупного анализа сигналов из разных тестовых ячеек.

[0271] Коммуникационный модуль 615 может необязательно содержаться в считывающем устройстве 600 и включать сетевые аппаратные компоненты, например, проводные или беспроводные компоненты сети для обеспечения сетевой коммуникации между считывающим устройством 600 и удаленными вычислительными устройствами. Подходящие компоненты сети включают WiFi, Bluetooth, модемы сотовой связи, порты Ethernet, USB-порты и т.п. Предпочтительно, сетевые возможности могут позволять считывающему устройству 600 посылать результаты тестов и другие данные тестирования по сети в идентифицированные удаленные вычислительные устройства, такие как больничные информационные системы и/или лабораторные информационные системы, которые хранят электронные медицинские записи, базы данных национальных агентств здравоохранения и вычислительные устройства клинических специалистов или другого назначенного персонала. Например, врач может получать результаты тестов для конкретного пациента на мобильное устройство, ноутбук или офисный стационарный компьютер по мере того как считывающее устройство определяет результаты тестов, что позволяет врачу добиваться более коротких сроков реализации диагностики и планов лечения. Кроме того, сетевые возможности могут позволять считывающему устройству 600 принимать информацию по сети с удаленных вычислительных устройств, например, обновленные параметры перепада сигнала для текущего теста, новые параметры перепада сигнала для новых тестов, и обновленные или новые протоколы тестирования.

[0272] Пользовательский интерфейс 620 может включать дисплей для представления результатов тестов и другой тестовой информации пользователям, а также пользовательские устройства ввода (например, кнопки, дисплей с сенсорным управлением), позволяющие пользователю вводить команды или данные тестирования в считывающее устройство 600.

[0273] Нагреватель 625 может быть расположен смежно с полостью 660 для нагревания вставленного картриджа до температуры, требуемой для процесса амплификации. Хотя изображенный нагреватель 625 расположен с одной стороны полости 660, согласно некоторым вариантам реализации он может окружать указанную полость.

[0274] Согласно описанию в настоящем документе источник напряжения 635 может подавать сигнал возбуждения при заранее определенных напряжении и частоте на каждый возбуждающий электрод вставленного тестового картриджа. Накопитель энергии на сжатом воздухе 640 может применяться для подачи пневматического давления через канал 645 на пневматическое устройство 160 сопряжения тестового картриджа 100, что способствует протеканию жидкости внутри тестового картриджа. Накопитель энергии на сжатом воздухе 640 может сохранять ранее сжатый воздух или генерировать сжатый воздух по мере необходимости для считывающего устройства 600. Согласно другим вариантам реализации могут применяться другие подходящие пневматические насосы и подающие давление механизмы вместо сохранения или генерации сжатого воздуха. Двигатель 650 может приводиться в действие для перемещения привода 655 в направлении блистерной упаковки 140 вставленного картриджа и в обратном направлении, для прорыва блистерной упаковки согласно описанию выше.

[0275] На фиг. 7А приведена технологическая карта примера процесса 700 для эксплуатации считывающего устройства во время проведения теста согласно описанию в настоящем документе. Процесс 700 может быть выполнен считывающим устройством 600, описанным выше.

[0276] В блоке 705 считывающее устройство 600 может обнаруживать вставленный аналитический картридж 100, 200, 300, например, в ответ на ввод пользователем или в ответ на установление пути сигнала при вставленном картридже. Согласно некоторым вариантам реализации указанный картридж 100, 200, 300 может включать информационный элемент, который идентифицирует конкретный тест или тесты для выполнения на считывающем устройстве 600 и необязательно включает информацию о протоколе теста.

[0277] В блоке 710 считывающее устройство 600 может нагревать картридж 100, 200, 300 до заданной температуры для амплификации. Например, температура может быть определена исходя из информации, которая хранится на картридже 100, 200, 300, или становится доступной из внутренней памяти считывающего устройства 600 в результате идентификации картриджа 100, 200, 300.

[0278] В блоке 715 считывающее устройство 600 может активировать механизм прокалывания блистерной упаковки, например, двигатель 650 и привод 655. Прокалывание блистерной упаковки может вызывать высвобождение жидкого содержимого, в том числе химических составляющих, способствующих амплификации, из ранее герметизированной камеры.

[0279] В блоке 720 считывающее устройство 600 может активировать пневматический насос для передвижения образца и жидкости из блистерной упаковки через проточный канал картриджа в направлении тестовой ячейки. Согласно описанию выше тестовые ячейки могут включать отводные отверстия, позволяющие проталкивать жидкость по проточному каналу картриджа, а также позволяют выходить какому-либо захваченному воздуху. Пневматический насос может содержать сжатый воздух 640 или другой подходящий источник давления, и может сообщаться через текучую среду с пневматическим устройством сопряжения 160.

[0280] В блоке 725 считывающее устройство 600 может высвобождать какой-либо захваченный воздух из тестовых ячеек, например, путем проталкивания текучей среды по проточному каналу картриджа до обнаружения определенного сопротивления (например, жидкость в проточном канале проталкивается через непроницаемый для жидкости газопроницаемый фильтр отводного отверстия). Блок 725 может необязательно включать встряхивание вставленного картриджа, что способствует движению какого-либо захваченного воздуха или пузырьков газа вверх через жидкость и наружу через отводные отверстия. Кроме того, в блоке 725 считывающее устройство 600 необязательно может обеспечивать сигналы, поступающие на картридж, что вызывает закрытие клапанов, расположенных между тестовыми ячейками, чтобы избежать смешивания процессов амплификации.

[0281] В блоке принятия решения 730 считывающее устройство 600 может определять, не превышена ли заданная продолжительность теста. Например, если известно окно времени, когда должен возникать перепад сигнала в положительном образце, тест может заканчиваться с окончанием указанного окна или через некоторое заданное время после окончания указанного окна. В таком случае процесс 700 переходит в необязательный блок принятия решения 735 или, согласно вариантам реализации без блока 735, в блок 740.

[0282] В необязательном блоке принятия решения 735 считывающее устройство 600 определяет, проводить ли мониторинг амплификации в тестовой ячейке, путем регистрации данных с сенсорного электрода тестовой ячейки. Например, считыватель 600 может быть снабжен инструкциями для мониторинга только импеданса тестовой ячейки в пределах конкретного окна или окно на протяжении теста. В том случае, когда считывающее устройство 600 определяет, что проведение мониторинга амплификации в тестовой ячейке не нужно, процесс 700 возвращается назад в блок принятия решения 730.

[0283] В том случае, когда считывающее устройство 600 определяет мониторинг амплификации в тестовой ячейке, процесс 700 переходит в блок 740. В блоке 740 считывающее устройство 600 обеспечивает сигнал возбуждения на возбуждающий электрод тестовой ячейки или ячеек вставленного картриджа. Согласно описанию выше, указанный сигнал может представлять собой переменный ток при конкретной частоте и напряжении.

[0284] В блоке 745 считывающее устройство 600 обнаруживает и регистрирует данные с воспринимающего электрода тестовой ячейки или ячеек вставленного картриджа. Согласно некоторым вариантам реализации указанные данные могут храниться для проведения анализа позднее, например, после завершения теста. Согласно некоторым вариантам реализации считывающее устройство 600 может анализировать указанные данные в реальном времени (например, пока тест еще продолжается) и может останавливать тест после идентификации перепада сигнала в положительном образце.

[0285] Когда считывающее устройство 600 в блоке 730 определяет, что продолжительность теста уже превысила заданную, процесс 700 перемещается в блок 750 для анализа данных тестирования и вывода результата теста. Результат теста может включать указание на то, что тестирование образца на присутствие мишени привело к положительному или отрицательному результату, или может более конкретно указывать на расчетное количество мишени в тестируемом образце.

[0286] На фиг. 7В приведена технологическая карта примера процесса для анализа данных теста для обнаружения мишени согласно описанию в настоящем документе, который может быть выполнен считывающим устройством 600 в виде блока 750 по фиг. 7А.

[0287] В блоке 755 считывающее устройство 600 может получать доступ к зарегистрированным данным сигнала, полученным с электрода ячейки. Даже если картридж содержит несколько ячеек, данные из каждой ячейки могут быть проанализированы индивидуально. Результаты тестов из ячеек могут позже быть проанализированы в совокупности для получения одного результата теста для одной мишени на основании всех тестов, проведенных в картридже, или для получения нескольких результатов тестов на несколько мишеней.

[0288] В блоке 760 считывающее устройство 600 может раскладывать сигнал на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления в некоторых разных точках времени или всех точках времени теста. Например, согласно описанию выше в каждой точке времени считывающее устройство 600 может определять совпадающую по фазе и не совпадающую по фазе составляющие необработанной дискретизированной формы колебаний напряжения, и затем может восстанавливать указанные составляющие из свертки с применением известного последовательного сопротивления схемы электродов для вычисления синфазной (сопротивление) и нефазной (реактивность) частей импеданса тестовой ячейки.

[0289] В блоке 765 считывающее устройство 600 может генерировать кривую значений реактивности на протяжении периода времени. Также в блоке 765 считывающее устройство 600 может необязательно генерировать кривую значений сопротивления на протяжении периода времени.

[0290] В блоке 770 считывающее устройство 600 может анализировать кривую реактивности для идентификации изменения сигнала, указывающего на положительные результаты теста. Согласно описанию выше применительно к перепаду сигнала по фиг. 5С считывающее устройство 600 может ожидать изменения реактивности, превышающего пороговое, может ожидать такого изменения в пределах заданного окна времени, может анализировать наклон кривой реактивности в заданное время или может анализировать общую форму кривой реактивности для определения наличия перепада сигнала (например, повышения или снижения сигнала, до и после которых наблюдаются относительно более стабильные значения).

[0291] В блоке принятия решения 775 на основании анализа, выполненного в блоке 770, считывающее устройство 600 может определять, было ли идентифицировано искомое изменение сигнала на кривой реактивности. Если это так, процесс 750 переходит в блок 780 для вывода указания на положительный результат теста пользователю. Если это не так, процесс 750 переходит в блок 785 для вывода указания на отрицательный результат теста пользователю. Результат может быть выведен локально, например, на дисплей устройства, или через сеть на назначенное удаленное вычислительное устройство.

Обзор примеров устройств

[0292] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают устройства, содержащие возбуждающий электрод и сенсорный электрод. Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод и указанный сенсорный электрод измеряют электрические свойства образца. Согласно некоторым вариантам реализации указанный электрические свойства включают комплексный адмиттанс, импеданс, проводимость, резистивность, сопротивление и/или диэлектрическую константу.

[0293] Согласно некоторым вариантам реализации электрические свойства измеряют в образце, имеющем электрические свойства, не изменяющиеся в ходе измерения. Согласно некоторым вариантам реализации электрические свойства измеряют в образце, имеющем динамические электрические свойства. Согласно некоторым таким вариантам реализации динамические электрические свойства измеряют в реальном времени.

[0294] Согласно некоторым вариантам реализации сигнал возбуждения подается на возбуждающий электрод. Указанный сигнал возбуждения может включать постоянный ток или напряжение, и/или переменный ток или напряжение. Согласно некоторым вариантам реализации указанный сигнал возбуждения является емкостно-сопряженным с образцом/через образец. Согласно некоторым вариантам реализации указанный возбуждающий электрод и/или указанный сенсорный электрод запассивированы для предотвращения прямого контакта образца и электрода.

[0295] Согласно некоторым вариантам реализации параметры оптимизированы для электрических свойств образца. Согласно некоторым таким вариантам реализации параметры могут включать подаваемое напряжение, подаваемую частоту и/или конфигурацию электрода в зависимости от объема и/или геометрии образца.

[0296] Согласно некоторым вариантам реализации указанное напряжение и указанная частота напряжения возбуждения могут быть фиксированными или варьировать в ходе измерения. Например, измерение может задействовать качающиеся напряжение и частоту во время обнаружения, или выбор специфических напряжения и частоты, которые могут быть оптимизированы для каждого образца. Согласно некоторым вариантам реализации напряжение возбуждения индуцирует ток на сигнальном электроде, который может варьировать с зависимости от адмиттанса устройства и/или характеристик образца.

[0297] Согласно некоторым вариантам реализации параметры обнаружения оптимизируют путем моделирования адмиттанса, устройства и образца в эквивалентной схеме с сосредоточенными параметрами, состоящей из импедансов связи электрод-образец, импеданса образца и межэлектродного паразитного импеданса. Параметры эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами определяют путем измерения адмиттанса системы электрод-образец при одной или многих частотах возбуждения для устройства. Согласно некоторым вариантам реализации комплексный (содержащий как вещественный, так и мнимый компоненты) адмиттанс системы электрод-образец измеряют с применением как чувствительных к величине, так и фазочувствительных методик обнаружения. Согласно некоторым вариантам реализации параметры обнаружения оптимизируют путем определения частот, соответствующих переходам между областями частот, путем измерения адмиттанса в широком диапазоне частот. Согласно некоторым вариантам реализации параметры обнаружения оптимизируют путем определения частот, соответствующих переходам между областями частот, путем расчета по значениям заданной модели с сосредоточенными параметрами.

[0298] Согласно некоторым вариантам реализации адмиттанс системы, в которой электрод связан с образцом емкостной связью, содержит три частотных области: область низких частот, где преобладает импеданс, обусловленный связью электрода с образцом, область средних частот, где преобладает импеданс образца, и область высоких частот, где преобладает паразитный межэлектродный импеданс. Адмиттанс, обусловленный связью электрода с образцом, имеет емкостную природу и характеризуется величиной, увеличивающейся линейно с частотой, со сдвигом по фазе 90 градусов. Адмиттанс в области образца кондуктивен по природе и значимо не варьирует относительно частоты, со сдвигом по фазе приблизительно 0 градусов. Адмиттанс межэлектродной области имеет емкостную природу и характеризуется величиной, увеличивающейся линейно с частотой, и сдвигом по фазе 90 градусов.

[0299] Согласно некоторым вариантам реализации индуцированный ток на отводящем электроде связан с напряжением возбуждения и комплексным адмиттансом следующей зависимостью:

ток = (комплексный адмиттанс) X (напряжение)

[0300] Согласно некоторым вариантам реализации указанное устройство измеряет как величину напряжения возбуждения, так и величину индуцированного тока для определения величины комплексного адмиттанса. Согласно некоторым вариантам реализации указанное устройство калибруют до известных значений напряжения возбуждения и измеряют величину индуцированного тока. Для определения фазы комплексного адмиттанса указанное устройство может измерять относительную разность фаз между напряжением возбуждения и индуцированным током.

[0301] Согласно некоторым вариантам реализации указанные величину и фазу измеряют прямо.

[0302] Согласно некоторым вариантам реализации указанные величину и фазу измеряют непрямо, например, с применением как синхронного, так и асинхронного обнаружения. Синхронный детектор обеспечивает синфазную составляющую индуцированного тока. Асинхронный детектор обеспечивает квадратурную составляющую индуцированного тока. Обе составляющие могут быть скомбинированы для определения комплексного адмиттанса.

[0303] Согласно некоторым вариантам реализации указанные электроды не пассивированы.

[0304] Согласно некоторым вариантам реализации возбуждающий электрод и/или электрод обнаружения пассивированы. Указанный возбуждающий электрод и/или указанный электрод обнаружения могут быть пассивированы для предотвращения, например, нежелательной адгезии, загрязнения, адсорбции или других разрушительных физических взаимодействий между электродом и образцом или его составляющими. Согласно некоторым вариантам реализации пассивирующий слой содержит диэлектрический материал. Согласно некоторым вариантам реализации пассивирование обеспечивает эффективное емкостное сопряжение электродов с образцом. Эффективность сопряжения определяют путем измерения характеристик системы электрод/образец, например, которые могут включать: диэлектрические свойства пассивирующего слоя, толщину пассивирующего слоя, площадь устройства сопряжения между пассивирующим слоем/образцом, шероховатость поверхности пассивирующего слоя, двойной электрический слой на устройстве сопряжения между пассивирующим слоем/образцом, температуру, подаваемое напряжение и подаваемую частоту, электрические свойства образца, электрические и/или химические свойства материалов электродов.

[0305] Согласно некоторым вариантам реализации конфигурация электрода и изготовление оптимизируют для ослабления нежелательного паразитного сопряжения между электродами. Это может осуществляться путем экранирования электрического поля, применения электродной подложки с варьирующей диэлектрической константой, оптимизации топологии и/или заземляющих слоев.

Обзор примеров устройств для обнаружения биомолекул

[0306] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают устройства для обнаружения мишени, такой как биомолекула. Согласно некоторым таким вариантам реализации измерение электрических свойств образца используют в качестве стратегии обнаружения для биомолекулярных анализов.

[0307] Согласно некоторым вариантам реализации указанная мишень представляет собой нуклеиновую кислоту, белок, малую молекулу, лекарственное средство, метаболит, токсин, паразита, интактный вирус, бактерии, спору или любой другой антиген, который может быть распознан и/или связан фрагментом зонда для захвата и/или обнаружения.

[0308] Согласно некоторым вариантам реализации указанная мишень представляет собой нуклеиновую кислоту. Согласно некоторым вариантам реализации способы включают амплификацию нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации амплификация включает изотермическую амплификацию. Согласно некоторым вариантам реализации реакцию амплификации нуклеиновой кислоты количественно определяют путем измерения электрических свойств или из изменения в реакционном растворе. Согласно некоторым вариантам реализации электрические свойства реакции амплификации измеряют в реальном времени на всем протяжении реакции, или сравнительные измерения проводят, измеряя электрические свойства до и после реакции.

[0309] Согласно некоторым вариантам реализации целевой антиген обнаруживают посредством специфического связывания зонда для обнаружения, такого как например, антитело, аптамер или другой фрагмент для молекулярного распознавания и/или связывания с антигеном. Согласно примеру варианта реализации антитело для обнаружения соединено с последовательностью нуклеиновой кислоты с образованием химерного комплекса антитела с нуклеиновой кислотой. Указанный химерный комплекс синтезируют до анализа с целью обнаружения антигена. Множество разных нуклеиновых кислот могут быть конъюгированы с одним антителом, с увеличением таким образом чувствительности для обнаружения связывания химерного комплекса с антигеном. После удаления какого-либо избытка химерного комплекса, не связанного с антигеном, нуклеиновокислотную часть химерного комплекса амплифицируют и проводят количественный анализ реакции амплификации путем измерения электрических свойств (или их изменений) реакционного раствора согласно описанию в настоящем документе. Таким образом, степень амплификации нуклеиновых кислот, связанных с антигеном в химерном комплексе, указывает на присутствие целевого антигена и позволяет провести количественное определение антигена. Применение вторичной амплификации, соответствующей распознаванию антигена, в сочетании с электрической детекцией обеспечивает большие простоту, чувствительность и динамический диапазон по сравнению с другими способами обнаружения антигенов.

[0310] Согласно некоторым вариантам реализации зонд захвата, такой как антитело, аптамер или другой фрагмент для молекулярного распознавания и/или связывания с антигеном, связывается с поверхностью путем конъюгации или связи. Иммобилизация зонда захвата на поверхности позволяет обеспечить удаление избыточных несвязанных реагентов и/или антигена путем промывания. Химерный комплекс связывается с захваченным на поверхности антигеном, что позволяет удалить несвязанный химерный комплекс путем промывания. Таким образом, остается только захваченный антиген для обнаружения химерным комплексом. Пример варианта реализации представлен на фиг. 8. Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата и антитело для обнаружения одинаковы.

[0311] Согласно некоторым вариантам реализации указанный зонд захвата иммобилизован на поверхности за счет ковалентной конъюгации, использования стрептавидин-биотиновых связей или других методов биоконъюгации и молекулярной иммобилизации, часто используемых и знакомых специалистам в данной области техники. Согласно некоторым вариантам реализации указанная поверхность представляет собой плоскую поверхность, скаффолд, фильтр, микросферу, частицу любой формы, наночастицу или гранулу, или т.п. Пример варианта реализации представлен на фиг. 9.

Обзор примеров магнитных гранул

[0312] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают магнитные гранулы или их применение. Согласно некоторым вариантам реализации указанная микросфера, частица или гранула является магнитной и/или намагничиваемой. Применение магнитной подложки согласно таким вариантам реализации может облегчать отмывание гранул для удаления избытка антигена и/или неспецифически адсорбированного химерного комплекса с поверхностей. Способ, который включает применение подложки из магнитных частиц, может включать магнитный иммунологический анализ с амплификацией (MAIA). Пример варианта реализации представлен на фиг. 10.

[0313] Согласно некоторым вариантам реализации магнитные гранулы подходят для захвата мишеней и используются для магнитофоретических манипуляций в контексте чисто электрической обработки (MEMS) образца и/или картриджа для амплификации/обнаружения, и снижают или элиминируют зависимость от управляемой потоком/давлением подвижности во флюидной системе. Согласно некоторым вариантам реализации магнитные гранулы используют для экстракции и/или концентрации целевого геномного материала из образца. См. например, источник: Tekin, НС, et al., Lab Chip. DOI: 10.1039/c31c50477h, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Автоматическая микрофлюидная платформа для обработки, подходящая для вариантов реализации настоящего изобретения, описана в источнике: Sasso, LA., et al., Microfluid Nanofluidics. 13:603-612, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Примеры гранул, подходящих для применения согласно вариантам реализации, предложенным согласно настоящему изобретению, включают Dynabeads® для IVD-диагностики нуклеиновых кислот (ThermoFisher Scientific) или набор для обнаружения вирусных НК Dynabeads® SILANE Viral NA Kit (ThermoFisher Scientific).

Обзор примеров возбуждения и обнаружения ƒC⁴D

[0314] Согласно некоторым вариантам реализации описанные устройства, системы и/или способы задействуют подход на основе ƒC⁴D для мониторинга амплификации нуклеиновой кислоты в реальном времени. Соответственно, одно или более фазочувствительных измерений электрической проводимости может указывать на наличие одной или более мишеней в образце.

[0315] Согласно некоторым аспектам способ включает быстро качающиеся частоты при специфических значениях управляющего напряжения для определения оптимальной частоты возбуждения (ƒ_opt), когда проводимость образца, связанная с амплификацией, максимальна. При ƒ_opt выходной сигнал с сенсора соответствует минимуму относительной разности фаз между напряжением возбуждения и индуцированным током, что обеспечивает высокочувствительное количественное определение биомолекулы путем измерений проводимости.

[0316] Согласно некоторым вариантам реализации система обнаружения ƒC⁴D задействует по меньшей мере два электрода. Указанные два электрода размещают относительно близко к микроканалу, где осуществляется амплификация нуклеиновой кислоты. Сигнал ПТ подается на один из указанных двух электродов. Электрод, на который подается указанный сигнал, может быть емкостно-сопряжен через микроканал со вторым из указанных двух электродов. Соответственно, согласно некоторым аспектам первый электрод представляет собой сигнальный электрод, а второй электрод представляет собой сигнальный электрод.

[0317] В общем случае, частота детектируемого сигнала на сигнальном электроде идентична частоте сигнала ПТ (переменного тока), который подается на сигнальный электрод, но меньше по величине и отличается отрицательным сдвигом по фазе. Затем снимаемый ток может быть амплифицирован. Согласно некоторым аспектам снимаемый ток преобразуется в напряжение. Согласно некоторым аспектам напряжение выпрямляют. Согласно некоторым аспектам выпрямленное напряжение преобразуют в сигнал ПтТ (постоянного тока) с применением низкочастотного фильтра. Сигнал может быть смещен к нулю перед отправкой в систему DAQ для дальнейшей обработки.

[0318] Вышеописанная система может быть представлена рядом конденсаторов и резисторов. Изменения электрической проводимости, которые происходят при амплификации нуклеиновой кислоты внутри канала, могут вызывать снижение общего импеданса системы и, соответственно, увеличение уровня продуцируемого снимаемого сигнала. Такие изменения уровня итогового сигнала могут возникать в виде одного или более пиков в системе DAQ.

[0319] Электронику для генерации и демодуляции сигналов реализуют в виде схем. Например, печатную монтажную плату («РСВ»), устройство ИССН или другую интегральную схему («ИС») получают с применением традиционных методик производства и изготовления. Согласно некоторым аспектам такая электроника разработана полностью или частично с компонентами для однократного использования и/или одноразовыми компонентами. Для достижения требуемых результатов используют варьирующие физическую геометрию и электрические характеристики (толщину пассивирующего слоя, площадь площадки электрода, площадь поперечного сечения и длина канала, а также диэлектрическую прочность) таких цепей.

[0320] Пример системы обнаружения нуклеиновых кислот включает по меньшей мере один канал, и обнаруживает одно или более физических свойств, таких как рН, оптические свойства, электрические свойства и/или характеристики, вдоль по меньшей мере части длины канала для определения того, содержит ли канал конкретную представляющую интерес нуклеиновую кислоту и/или конкретный представляющий интерес нуклеотид.

[0321] Пример системы обнаружения сконфигурирован таким образом, чтобы включать один или более каналов для размещения образца и одного или более сенсорных соединений (например, одного или более зондов для нуклеиновой кислоты), один или более портов ввода для введения образца и сенсорных соединений в канал и, согласно некоторым вариантам реализации, один или более портов вывода, через которые содержимое канала может быть извлечено.

[0322] Одно или более сенсорных соединений (например, один или более зондов для нуклеиновой кислоты) может быть выбрано таким образом, что прямое или непрямое взаимодействие между представляющей интерес нуклеиновой кислотой и/или представляющим интерес нуклеотидом (при присутствии в образце) и частицами сенсорных соединений приводит к образованию агрегата, что изменяет одно или более физических свойств, таких как рН, оптические свойства или электрические свойства и/или характеристики, по меньшей мере в части длины канала.

[0323] В определенных случаях образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера ингибирует или блокирует поток текучей среды в канале и, соответственно, вызывает измеряемое падение электрической проводимости и электрического тока при измерении вдоль длины канала. Аналогичным образом, в указанных случаях образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера вызывает измеряемое увеличение резистивности вдоль длины канала. В определенных других случаях агрегат, комплекс с нуклеиновой кислотой или полимер является электропроводящим, и образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера усиливает электрический путь вдоль по меньшей мере части длины канала, вызывая таким образом измеряемое увеличение электрической проводимости и электрического тока при измерении вдоль длины канала. В указанных случаях образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера вызывает измеряемое снижение резистивности вдоль длины канала.

[0324] В определенных случаях образование агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера влияет на характеристики формы колебаний одного или более электрических сигналов, посылаемых через канал. Как показано, например, на фиг. 11, первый электрод или возбуждающий электрод 1116 и второй электрод («снимающий», или «сенсорный» электрод) 118 расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала 1104. На фиг. 11 представлен альтернативный подход или дополняющий описанный выше на фиг. 5A-5D. Указанные первый и второй электроды 1116, 1118 не обязательно находятся в контакте с раствором, где проводят измерения, содержащимся внутри канала 1104. В этом смысле указанные первый и второй электроды 1116, 1118 емкостно сопряжены с раствором внутри канала 1104. Сила емкостного сопряжения зависит от геометрии электродов, толщины пассивирующего слоя и материала пассивирующего слоя (в частности, его относительной диэлектрической прочности).

[0325] Согласно некоторым аспектам раствор ограничен каналом 1104. Площадь поперечного сечения указанного канала может измеряться микрометрами. Соответственно, указанный раствор ведет себя как резистор, сопротивление которого зависит от проводимости раствора и геометрии канала 1104.

[0326] Согласно некоторым вариантам реализации переменный ток/напряжение подается на возбуждающий электрод 1116, и индуцированный ток измеряют на сигнальном электроде 1118. Индуцированный ток пропорционален межэлектродному импедансу, который может изменяться с проводимостью раствора. Как показано, напряжение возбуждения 1400 подается на возбуждающий электрод 1116, и индуцированный ток 1410 обнаруживают с помощью сигнального электрода 1118.

[0327] Согласно некоторым вариантам реализации чувствительность детектора по меньшей мере частично зависит от частоты возбуждения. Соответственно, согласно некоторым аспектам максимальная чувствительность наблюдается при минимуме абсолютного значения фазы индуцированного тока. В указанной области импеданс чипа определяется в основном импедансом текучей среды. Импеданс текучей среды представляет собой функцию от проводимости текучей среды и геометрии чипа. Информация о комплексном импедансе важна для обеспечения максимальной чувствительности детектора и корректной работы детектора.

[0328] Анализ модели с сосредоточенными параметрами для эквивалентной схемы показал, что чувствительность детектора тесно связана с прочностью емкости сопряжения, C_WALL, сопротивления раствора, R_LAMP, и паразитной емкости, С_Х. В частности, изменение межэлектродного импеданса применительно к изменению проводимости максимально, когда частота возбуждения, ƒ, удовлетворяет следующему неравенству:

1/(πR_LAMPC_WALL) << ƒ << 1/(π R_LAMPC_X)

[0329] Как показано на фиг. 12, импеданс сигнала зависит от частоты возбуждения и изменяется после протекания реакции LAMP в канале 1104. Также, как видно на фиг. 12, неравенство слева может определять область частот, ниже которой преобладает импеданс сопряжения, и изменения импеданса раствора становятся практически незаметными. Неравенство справа может определять область частот, выше которой преобладают паразитные эффекты, и электроды 1116, 1118 фактически шунтированы.

[0330] Как показано на фиг. 13, в обеих крайних областях импеданс является конденсаторным и не совпадает по фазе (приближается к 90°) с напряжением возбуждения. Между указанными двумя областями импеданс начинает приближаться к пределу для простого резистора, и зависимость от импеданса относительно частоты выравнивается. Фактически максимальная чувствительность детектора соответствует минимальной фазе импеданса.

[0331] Чтобы выяснить необходимость в синхронной обнаружения, можно рассмотреть два параллельных пути для тока в упрощенной модели: ток через чип по каналу для текучей среды, и паразитная или определяемая геометрией емкость. При наличии сигнала возбуждения, V, при заданной частоте, ƒ, индуцированный ток, I, равен:

где Y - адмиттанс чипа, обусловленный сопряжением с путем текучей среды, С_х - паразитная емкость и j - мнимая единица. Умножение на j означает, что ток через паразитный путь на 90° не совпадает по фазе с напряжением возбуждения. Измеренный импеданс чипа с образцом относительно частоты возбуждения показан на фиг. 14.

[0332] В синхронном детекторе снимаемый ток умножается на синфазную прямоугольную волну, m, а затем подвергается низкочастотной фильтрации.

[0333] Нетрудно показать, что вклад сигналов, на 90° не совпадающих по фазе с модулирующим сигналом, будет нулевым, поэтому в данном анализе можно игнорировать паразитную емкость. Чтобы увидеть эффект синхронной обнаружения на ток по пути текучей среды, можно умножить индуцированный ток (за вычетом паразитного вклада) на модулирующую волну

где |Y| - величина адмиттанса, ϕ=arg(Y), a H.F.T. означает высокочастотные члены (например, выше, чем ƒ). После низкочастотной фильтрации можно выделить ПтТ-член синхронного выводного сигнала:

Указанное выражение может быть упрощено, принимая во внимание тот факт, что:

что дает:

Как вариант, можно выразить это через импеданс Z, принимая во внимание тот факт, что

где чертой обозначено комплексное сопряжение. Выводной сигнал синхронного детектора, соответственно, становится равным:

[0334] Принимая во внимание простые модели схем для чипа, импеданс вычисляют в явном виде и предсказывают выводной сигнал синхронного детектора.

[0335] Простая модель эквивалентной схемы содержит два конденсатора, С, последовательных с резистором R. Согласно обсуждению выше, сопротивление R представляет собой в первую очередь функцию микрофлюидной геометрии и электропроводности раствора. Емкость представляет собой в первую очередь функцию от площади электрода, диэлектрика, использованного для пассивирующего слоя и толщины пассивирующего слоя. Импеданс Z упрощенной схемы задан следующим образом:

Квадрат величины импеданса:

|Z|²=R²+(πƒC)^-2

а выражение для выводного сигнала синхронного детектора:

где числитель и знаменатель умножают на квадрат электропроводности, G=1/R.

[0336] Для измерителей проводимости константа элемента, k, может быть задана как:

где k выражена в единицах обратной длины. Константа элемента k, в первую очередь, зависит от размещения, площади электродов и пути текучей среды, и не обязательно определяется простой линейной зависимостью. Тогда выводной сигнал синхронного детектора выражаются следующим образом:

Для облегчения анализа можно ввести безразмерный параметр проводимости, , где:

Таким образом:

Следует отметить зависимость выходных данных детектора от безразмерной проводимости,

1) Ответ детектора асимптотически пропорционален для

2) Ответ детектора достигает локального максимума s_max=|V|ƒC при

3) Ответ детектора асимптотически пропорционален для

[0337] Учитывая зависимость ответа детектора от безразмерной электропроводности, важно тесно связать дизайн чипа и детектора. Рассмотрение ранее изложенных моментов в ракурсе фактической электропроводности приводит к следующим утверждениям:

1) Ответ детектора асимптотически пропорционален σ для

2) Ответ детектора асимптотически пропорционален для

3) Ответ детектора становится немонотонным при σ=kƒC

[0338] Другими словами, увеличение частоты возбуждения расширяет диапазон проводимости, при котором выводной сигнал синхронного детектора является линейным. Строят график зависимости ответа синхронного детектора от безразмерной проводимости на фиг. 15.

[0339] Для оценки валидности модели с сосредоточенными параметрами измеряли ответ детектора для известной проводимости растворов KCl. Канал чипа имел размер 2 мм при площади поперечного сечения 0,01 мм². Площадь каждого из двух электродов, пассивированных слоем фоторезиста SU8 толщиной 10 мкм, составляла 9 мм². Определяли расчетные константу элемента и емкость, и выбирали частоту возбуждения таким образом, чтобы проводимость, соответствующая нелинейности выводного сигнала детектора, составляла приблизительно 5 мСм/см. Эксперимент повторяли при частотах возбуждения 10, 15 и 20 кГц.

[0340] Измеренная проводимость химических компонентов до проведения LAMP составляла приблизительно 10 мСм/см. В таблице 1 ниже приведены расчетные значения минимальной частоты детектора, регулируемой установленным ранее ограничением, а именно:

[0341] Результаты в модели, приведенные на фиг. 16, демонстрируют хорошее согласие с выходными данными детектора для широкого диапазона проводимости и для заданных шагов частот. Важно отметить, что одни и те же два показателя, k и С, используют при каждой частоте. Указанная модель предсказывает качественное поведение ответа детектора, а именно, функциональной формы ответа, зависимости критической проводимости, при которой наблюдается нелинейность на частоте возбуждения. Модель переоценивает расхождение частотно-зависимого поведения для значений проводимости за пределами критической проводимости.

[0342] В качестве инструмента для быстрой оценки электропроводности и емкости стенок можно игнорировать эффекты поверхностной проводимости и емкости наряду с эффектами краевых полей. Геометрическую конечно-элементную модель можно использовать для дальнейшего уточнения указанной примерной оценки.

[0343] Электрод моделируют как плоскопараллельный конденсатор с площадью А_Е, отделенный диэлектриком с относительной диэлектрической прочностью ε_r и толщиной t. Затем аппроксимируют емкость как:

где ε₀ - диэлектрическая константа.

[0344] Текучая среда может быть смоделирована как простой резистор с площадью поперечного сечения A_F, длиной и проводимостью σ. Соответственно, электропроводность пути текучей среды может быть аппроксимирована следующим образом:

Исходя из этого, также аппроксимируют константу элемента.

[0345] Согласно некоторым аспектам указанное устройство сконфигурировано таким образом, чтобы определять «спектр импеданса» после введения чипа. Указанное устройство может предусматривать цифровое управление частотой возбуждения. Указанное устройство может быть способно обеспечивать быстрое качание частоты. Указанное устройство может включать синфазная и квадратурная составляющие индуцированного сигнала, по которым может быть определен комплексный импеданс. Пригодность спектра импеданса определяют, по меньшей мере частично, на основании подбора кривой или другим эвристическим методом определения надлежащим образом вставленного чипа и/или надлежащего введения образца. Согласно некоторым аспектам указанное устройство сначала тестируют путем возбуждения на частоте, определенной первоначальным качанием. Согласно некоторым вариантам реализации указанное устройство включает детектор, использующий синхронную обнаружение. Таким образом, измеренные индуцированные токи, обусловленные путем текучей среды (при минимальной фазе), могут быть детектированы в реальном времени.

Обзор примеров каналов

[0346] Согласно некоторым вариантам реализации канал имеет следующие размеры: длину, измеряемую вдоль самого длинного измерения (оси Y) и простирающуюся вдоль плоскости, параллельной подложке системы обнаружения; ширину, измеряемую вдоль оси (ось X), перпендикулярную самому длинному измерению и простирающуюся вдоль плоскости, параллельной указанной подложке; и глубину, измеряемую вдоль оси (оси z), перпендикулярной плоскости, параллельной указанной подложке. Пример канала может иметь длину, по существу чем его ширина и глубина. В некоторых случаях, пример соотношений между длиной : шириной может составлять: 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1, 13:1, 14:1, 15:1, 16:1, 17:1, 18:1, 19:1, или 20:1, или находиться в пределах диапазона, определяемого любыми двумя из вышеупомянутых соотношений.

[0347] Согласно некоторым вариантам реализации канал сконфигурирован таким образом, чтобы иметь глубину и/или ширину, по существу равную диаметру или меньшую, чем диаметр агрегата, комплекса с нуклеиновой кислотой или полимера, образующегося в канале, предпочтительно, при нахождении в суспензии в канале, за счет взаимодействия между представляющей интерес нуклеиновой кислотой и частицами сенсорных соединений (например, одним или более зондами для нуклеиновой кислоты), используемых для обнаружения указанной представляющей интерес нуклеиновой кислоты.

[0348] Согласно некоторым вариантам реализации канал сконфигурирован таким образом, чтобы иметь ширину вдоль оси X в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 50000 нм, или ширину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя числами в вышеупомянутом диапазоне, однако не ограниченную указанными примерами диапазонов. Пример канала имеет длину вдоль оси Y в диапазоне от приблизительно 10 нм до приблизительно 2 см, или длину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя числами в вышеупомянутом диапазоне, однако не ограниченную указанными примерами диапазонов. Пример канала имеет глубину вдоль оси z в диапазоне от приблизительно 1 нм до приблизительно 1 мкм, или глубину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя числами в вышеупомянутом диапазоне, однако не ограниченную указанными примерами диапазонов.

[0349] Согласно некоторым вариантам реализации канал имеет любую подходящую форму поперечного сечения (например, форму поперечного сечения вдоль плоскости x-z), в том числе, но не ограничиваясь перечисленными, кольцевую, эллиптическую, прямоугольную, квадратную, D-образную (в результате изотропного травления) и т.п.

[0350] Согласно некоторым вариантам реализации канал имеет длину в диапазоне от 10 нм до 10 см, например, составляющую по меньшей мере или равную 10 нм, 50 нм, 100 нм, 200 нм, 400 нм, 600 нм, 800 нм, 1 мкм, 10 мкм, 50 мкм, 100 мкм, 300 мкм, 600 мкм, 900 мкм, 1 см, 3 см, 5 см, 7 см или 10 см, или длину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя значениями длины из вышеупомянутых. Согласно некоторым вариантам реализации канал имеет глубину в диапазоне от 1 нм до 1 мкм, например, составляющую по меньшей мере или равную 1 нм, 5 нм, 7 нм, 10 нм, 50 нм, 100 нм, 200 нм, 400 нм, 600 нм, 800 нм, 1 мкм, 10 мкм, 20 мкм, 30 мкм, 40 мкм, 50 мкм, 100 мкм, 500 мкм или 1 мм, или глубину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя значениями глубины из вышеупомянутых. Согласно некоторым вариантам реализации канал имеет ширину в диапазоне от 1 нм до 50 мкм, такую как, например, 1 нм, 5 нм, 7 нм, 10 нм, 50 нм, 100 нм, 200 нм, 400 нм, 600 нм, 800 нм, 1 мкм, 10 мкм, 20 мкм, 30 мкм, 40 мкм, 50 мкм, 100 мкм, 500 мкм или 1 мм, или ширину в пределах диапазона, определяемого любыми двумя значениями ширины из вышеупомянутых.

[0351] Согласно некоторым вариантам реализации каналы сформированы в картридже, позже вставляемом в устройство. Согласно некоторым аспектам указанный картридж может представлять собой одноразовый картридж. Согласно некоторым аспектам указанный картридж изготовлен из экономичных пластиковых материалов. Согласно некоторым аспектам по меньшей мере часть картриджа изготовлена из бумаги и слоистых материалов для флюидики.

[0352] Вариант реализации системы обнаружения 2100, которую применяют для обнаружения присутствия или отсутствия конкретной нуклеиновой кислоты и/или конкретного нуклеотида в образце изображен на фиг. 17А-17В. На фиг. 17А приведена горизонтальная проекция системы, а на фиг. 17В приведена вертикальная проекция системы в поперечном сечении. Система обнаружения 2100 включает подложку 2102, которая располагается по существу вдоль горизонтальной плоскости х-у. Согласно некоторым вариантам реализации подложка 2102 может быть сформирована из диэлектрического материала, например, диоксида кремния. Другие примеры материалов для подложки 2102 включают, не ограничиваясь перечисленными, стекло, сапфир или алмаз.

[0353] Подложка 2102 поддерживает или включает канал 2104, содержащий по меньшей мере внутреннюю поверхность 2106 и внутреннее пространство 2108 для вмещения текучей среды. В некоторых случаях канал 2104 вытравливают в верхней поверхности подложки 2102. Примеры материалов для внутренних поверхностей 2106 канала 2104 включают, не ограничиваясь перечисленными, стекло или диоксид кремния.

[0354] Согласно определенным вариантам реализации канал 2104 и подложка 2102 сформированы из стекла. В биологических условиях применение имплантатов, полученных из стекла, затруднено из-за медленного растворения стекла в биологических жидкостях и адгезии белков и малых молекул на стеклянной поверхности. Согласно определенным неограничивающим вариантам реализации способ модификации стеклянных поверхностей для обнаружения и анализа нуклеиновой кислоты представлен модификацией поверхности с применением самособирающегося монослоя. Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере часть внутренней поверхности 2106 канала 2104 предварительно обработана или ковалентно модифицирована путем включения материала или покрытия материалом, обеспечивающим специфическое ковалентное связывание го соединения с внутренней поверхностью. Согласно некоторым вариантам реализации сдвигающаяся крышка 2114, закрывающая канал, может также быть ковалентно модифицирована материалом.

[0355] Примеры материалов, которые используют для модификации внутренней поверхности 2106 канала 2104 включают, не ограничиваясь перечисленными, силановое соединение (например, трихлорсилан, алкилсилан, триэтоксисилан, перфторсилан), цвиттерионный сультон, поли(6-9)этиленгликоль (ПЭГ), перфтороктил, флуоресцеин, альдегид или графеновое соединение. Ковалентная модификация внутренней поверхности канала уменьшает неспецифическую абсорбцию определенных молекул. Согласно одному примеру ковалентная модификация внутренней поверхности может обеспечивать ковалентное связывание молекул сенсорных соединений с внутренней поверхностью наряду с предотвращением неспецифической абсорбции внутренней поверхностью других молекул. Например, для модификации внутренней поверхности 2106 канала 2104 применяют поли(этиленгликоль) (ПЭГ), чтобы уменьшить неспецифическую адсорбцию материалов на указанной внутренней поверхности.

[0356] Согласно некоторым вариантам реализации указанный канал 2104 изготовлен нанотехнологическим или микротехнологическим методом с четко очерченной гладкой внутренней поверхностью 2106. Примеры методик изготовления канала и модификации внутренней поверхности канала описаны в источнике: Sumita Pennathur and Pete Crisallai (2014), "Low Temperature Fabrication and Surface Modification Methods for Fused Silica Micro- and Nanochannels," MRS Proceedings, 1659, pp 15-26. doi:10.1557/opl.2014.32, содержание которого полностью и явным образом включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0357] Первая концевая секция канала 2104 включает порт ввода 2110 или сообщается через текучую среду с портом ввода 2110, а вторая концевая секция канала 2104 включает порт вывода 2112 или сообщается через текучую среду с портом вывода 2112. Согласно определенным неограничивающим вариантам реализации порты 2110 и 2112 предложены на концах канала 2104.

[0358] Согласно некоторым вариантам реализации верхняя поверхность подложки 2102 с каналом 2104 и портами 2110, 2112 накрыта и герметизирована сдвигающейся крышкой 2114. Согласно некоторым вариантам реализации для формирования каналов, в том числе верхней части, применяют жесткий пластик; может также применяться полупроницаемая мембрана.

[0359] Первый электрод 2116 электрически подсоединен в первой концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта ввода 2110. Второй электрод 2118 электрически подсоединен во второй концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта вывода 2112. Первый и второй электроды 2116, 2118 электрически подсоединены к источнику питания или источнику напряжения 2120 с обеспечением разности потенциалов между первым и вторым электродами. Таким образом разность потенциалов подается по меньшей мере на часть длины канала. При наличии текучей среды в канале 2104 и действии на нее подаваемой разности потенциалов электроды 2116, 2118и указанная текучая среда создают полный электрический путь.

[0360] Источник питания или источник напряжения 2120 сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрическое поле обратимым образом, так что разность потенциалов подается в первом направлении вдоль длины канала (вдоль оси Y), а также во втором, противоположном направлении (вдоль оси Y). В одном примере, в случае первого направления электрического поля или разности потенциалов положительный электрод присоединен в первой концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта ввода 2110, а отрицательный электрод присоединен во второй концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта вывода 2112. В другом примере, в случае второго, противоположного направления электрического поля или разности потенциалов, отрицательный электрод присоединен в первой концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта ввода 2110, а положительный электрод присоединен во второй концевой секции канала 2104, например, в порте или возле порта вывода 2112.

[0361] Согласно некоторым вариантам реализации источник питания или источник напряжения 2120 сконфигурирован таким образом, чтобы подавать сигнал ПТ. Частота сигнала ПТ может динамически изменяться. Согласно некоторым аспектам источник питания или источник напряжения 2120 сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал с частотой 10-10⁹ Гц. Согласно некоторым аспектам источник питания или источник напряжения 2120 сконфигурирован таким образом, чтобы подавать электрический сигнал с частотой 105-107 Гц.

[0362] Первая и вторая концевые секции канала 2104 (например, в порте или возле порта ввода 2110 и порта вывода 2112) электрически присоединены к схемам обнаружения нуклеиновых кислот 2122, запрограммированным или сконфигурированным таким образом, чтобы обнаруживать значения одного или более электрических свойств канала 2104 для определения того, присутствует или отсутствует конкретная нуклеиновая кислота и/или нуклеотид в канале 2104. Значения электрических свойств обнаруживают в течение одного периода времени (например, в течение определенного периода времени после введения образца и одного или более сенсорных соединений в канал) или в течение нескольких разных периодов времени (например, до и после введения и образца, и одного или более сенсорных соединений в канал). Согласно некоторым аспектам значения электрических свойств обнаруживают непрерывно на протяжении установленного периода времени от введения образца путем амплификации LAMP. Примеры детектируемых электрических свойств включают, не ограничиваясь перечисленными, электрический ток, напряжение проводимости, сопротивление, частоту или форму колебаний. Определенные примеры схем обнаружения нуклеиновых кислот 2122 включают процессор или вычислительное устройство, или сконфигурированы в виде процессора или вычислительного устройства, например, устройства 1700, изображенного на фиг. 18. Определенный другие схемы обнаружения нуклеиновых кислот 2122 включают, не ограничиваясь перечисленными, амперметр, вольтметр, омметр или осциллограф.

[0363] Согласно одному варианту реализации схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 содержит измерительную схему 2123, запрограммированную или сконфигурированную таким образом, чтобы измерять одно или более значений электрических свойств вдоль по меньшей мере части длины канала 2104. Схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 также содержит выравнивающую схему 2124, запрограммированную или сконфигурированную таким образом, чтобы периодически или непрерывно проводить мониторинг одного или более значений электрического свойства канала на протяжении периода времени, и/или выбирать всего одно из указанных значений после достижения ими равновесия (например, после прекращения изменений, превышающих определенный порог дисперсии или допуска).

[0364] Схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 может также содержать схему сравнения 2126, запрограммированную или сконфигурированную таким образом, чтобы сравнивать два или более значений электрических свойств канала, например, референсное значение электрического свойства (например, измеренное до того состояния, когда и образец, и все сенсорные соединения уже были введены в канал) и значение электрического свойства (например, измеренное после введения образца и всех сенсорных соединений в канал). Схема сравнения 2126 может использовать указанное сравнение для определения того, присутствует или отсутствует нуклеиновая кислота в канале. Согласно одному варианту реализации схема сравнения 2126 вычисляет разницу между измеренным значением электрического свойства и референсным значением электрического свойства, и сравнивает разницу с заранее определенным значением, указывающим на присутствие или отсутствие нуклеиновой кислоты в канале и указанную информацию используют для диагностики или прогнозирования болезненного состояния, или присутствия или отсутствия инфекции у субъекта.

[0365] Согласно некоторым вариантам реализации при введении и образца, и воспринимающего соединения в канал схема сравнения 2126 программируется или конфигурируется таким образом, чтобы сравнивать первое значение электрического свойства (например, величину электрического тока) при подаче электрического поля или разности потенциалов через канал в первом направлении вдоль длины канала, со вторым значением электрического свойства (например, величиной электрического тока) при подаче электрического поля или разности потенциалов через канал во втором, противоположном направлении вдоль длины канала. Согласно одному варианту реализации схема сравнения 2126 вычисляет разницу между величинами указанных первого и второго значений, и сравнивает указанную разницу с заранее определенным значением (например, определяет, является ли по существу указанная разница нулевой), указывающим на присутствие или отсутствие нуклеиновой кислоты в канале. Например, если указанная разница является по существу нулевой, это указывает на отсутствие нуклеиновой кислоты, которая может находиться в канале в диспергированной, полимерной форме или агрегатной форме. В том случае, когда разница по существу не является нулевой, это указывает на присутствие нуклеиновой кислоты, которая может находиться в канале в диспергированной форме, полимерной форме или агрегатной форме.

[0366] Согласно некоторым вариантам реализации схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 запрограммирована или сконфигурирована таким образом, чтобы определять абсолютную концентрацию нуклеиновой кислоты в образце, и/или относительную концентрацию нуклеиновой кислоты по отношению к одному или более дополнительным веществам в образце.

[0367] Согласно некоторым вариантам реализации схема сравнения 2124 и выравнивающая схема 2126 сконфигурированы в виде отдельных схем или модулей, тогда как согласно другим вариантам реализации они сконфигурированы в виде одной интегральной схемы или модуля.

[0368] Схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 содержит вывод 2128, который может, согласно некоторым вариантам реализации, сообщаться с одним или более внешних устройств или модулей. Например, схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 может передавать референсное значение электрического свойства и/или одно или более измеренных значений электрических свойств на что-либо одно или более из: процессора 2130 для дальнейших расчетов, обработки и анализа, устройства для долговременного хранения информации или памяти 2132 для хранения значений; и/или устройства визуального отображения 2134 для отображения указанных значений пользователю. Согласно некоторым вариантам реализации схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 генерирует указание на то, включает ли образец нуклеиновую кислоту, и передает это указание в процессор 2130, устройство для долговременного хранения или память 2132 и/или устройство визуального отображения 2134.

[0369] В примере способа применения системы по фиг. 17А и фиг. 17В одно или более сенсорных соединений (например, один или более зондов для нуклеиновой кислоты) и образец последовательно или одновременно вводят в канал. Когда поток текучей среды и/или поток заряженных частиц в текучей среде не ингибирован (например, ввиду отсутствия агрегатов), кондуктивные частицы или ионы в текучей среде двигаются вдоль по меньшей мере части длины канала 2104 вдоль оси Y от порта ввода 2110 к порту вывода 2112. Движение кондуктивных частиц или ионов производит или генерируют первое, или «референсное» значение электрического свойства или диапазон значений (например, электрического тока, проводимости, резистивности или частоты), детектируемые схемой обнаружения нуклеиновых кислот 2122 вдоль по меньшей мере части длины канала 2104. Согласно некоторым вариантам реализации выравнивающая схема 2124 периодически или непрерывно проводит мониторинг значения электрических свойств на протяжении периода времени до тех пор, пока значения не достигают равновесия. Затем выравнивающая схема 2124 выбирает одно из значений в качестве референсного значения электрического свойства, чтобы избежать влияния временных изменений указанного электрического свойства.

[0370] В настоящем документе «референсное» значение электрического свойства относится к значению или диапазону значений электрического свойства канала до введения образца и всех сенсорных соединений (например, одного или более зондов для нуклеиновой кислоты) в канал; то есть референсное значение представляет собой значение, характеризующее указанный канал до какого-либо взаимодействия между нуклеиновой кислотой в образце и всеми сенсорными соединениями. В некоторых случаях референсное значение обнаруживают в период времени после введения сенсорного соединения в канал, но до введения в канал образца и дополнительных сенсорных соединений. В некоторых случаях референсное значение обнаруживают в период времени после введения сенсорного соединения и образца в канал, но до введения в канал дополнительных сенсорных соединений. В некоторых случаях референсное значение обнаруживают в период времени до введения образца или сенсорных соединений в канал. В некоторых случаях референсное значение заранее определено и хранится на носителе для долговременного хранения информации, с которого к нему может осуществляться доступ.

[0371] В некоторых случаях образование электрически кондуктивного агрегата, полимера или комплекса с нуклеиновой кислотой в канале (например, в результате взаимодействий между представляющей интерес нуклеиновой кислотой в образце и одним или более зондами для нуклеиновой кислоты) усиливает электрический путь вдоль по меньшей мере части длины канала 2104. В указанном случае схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 обнаруживает второе значение или диапазон значений электрического свойства (например, электрического тока, проводимости, резистивности или частоты) вдоль по меньшей мере части длины канала 2104. Согласно некоторым вариантам реализации схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 обеспечивает период ожидания или корректировки после введения образца и всех сенсорных соединений в канал, до обнаружения второго значения электрического свойства. Указанный период ожидания или корректировки позволяет агрегату, полимеру или комплексу с нуклеиновой кислотой образоваться в канале, предпочтительно, при нахождении в суспензии в канале, и позволяет образовавшемуся агрегату, полимеру или комплексу с нуклеиновой кислотой изменить электрические свойства канала, предпочтительно, при нахождении в суспензии в канале.

[0372] Согласно некоторым вариантам реализации выравнивающая схема 2124 периодически или непрерывно проводит мониторинг значения электрических свойств на протяжении периода времени после введения образца и всех сенсорных соединений до тех пор, пока значения не достигают равновесия. Затем выравнивающая схема 2124 может выбирать одно из значений в качестве второго значения электрического свойства, чтобы избежать влияния временных изменений указанного электрического свойства.

[0373] Схема сравнения 2126 сравнивает второе значение электрического свойства с референсным значением электрического свойства. Если указанная схема определяет, что разница между вторым значением и референсным значением соответствует заданному диапазону увеличения тока или проводимости (или снижения резистивности), схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 определяет, что в канале присутствует агрегат, полимер или комплекс с нуклеиновой кислотой и, соответственно, целевая нуклеиновая кислота присутствует или обнаруживается в образце. На основании этого можно диагностировать или идентифицировать наличие или отсутствие цели и болезненного состояния или инфекционного состояния у субъекта.

[0374] Согласно определенным другим вариантам реализации при частичном или полном блокировании потока текучей среды в канале и/или потока заряженных частиц в текучей среде (например, за счет образования агрегата, полимера или комплекса с нуклеиновой кислотой) кондуктивные частицы или ионы в текучей среде неспособны свободно двигаться вдоль по меньшей мере части длины канала 2104 вдоль оси Y от порта ввода 2110 к порту вывода 2112. Затрудненное движение или остановка движения кондуктивных частиц или ионов производит или генерирует третье значение электрического свойства или диапазон значений (например, электрического тока или сигнала, проводимости, резистивности или частоты), детектируемые схемой обнаружения нуклеиновых кислот 2122 вдоль по меньшей мере части длины канала 2104. Третье значение электрического свойства обнаруживают помимо или вместо второго значения электрического свойства. Согласно некоторым вариантам реализации схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 может ожидать в течение периода ожидания или корректировки после введения и образца, и всех сенсорных соединений в канал, до обнаружения третьего значения электрического свойства. Указанный период ожидания или корректировки позволяет агрегату, полимеру или комплексу с нуклеиновой кислотой образоваться в канале, позволяет образовавшемуся агрегату, полимеру или комплексу с нуклеиновой кислотой изменять электрические свойства канала.

[0375] Согласно некоторым вариантам реализации выравнивающая схема 2124 периодически или непрерывно проводит мониторинг значений электрических свойств в период времени после введения образца и всех сенсорных соединений, до тех пор пока указанные значения не достигают равновесия. Затем выравнивающая схема 2124 выбирает одно из значений в качестве третьего значения электрического свойства, чтобы избежать влияния временных изменений электрического свойства.

[0376] Схема сравнения 2126 сравнивает третье значение электрического свойства с референсным значением электрического свойства. Если указанная схема определяет, что разница между третьим значением и референсным значением соответствует заранее определенному диапазону снижения тока или проводимости (или увеличения резистивности), схема обнаружения нуклеиновых кислот 2122 определяет, что агрегат, полимер или комплекс с нуклеиновой кислотой присутствует в канале и, соответственно, целевая нуклеиновая кислота идентифицирована как присутствующая в образце.

[0377] Поток текучей среды вдоль длины канала зависит от размера агрегата, полимера или комплекса с нуклеиновой кислотой относительно размеров канала, и образования двойного электрического слоя (ДЭС) на внутренней поверхности канала.

[0378] В общих чертах, ДЭС представляет собой область полного заряда между заряженным твердым веществом (например, внутренней поверхностью канала, частицей аналита, агрегатом, полимером или комплексом с нуклеиновой кислотой) и содержащим электролит раствором (например, текучим содержимым канала). ДЭС наблюдается как вокруг внутренней поверхности канала, так и вокруг каких-либо частиц нуклеиновой кислоты и агрегатов, полимеров или комплексов нуклеиновой кислоты внутри канала. Противоионы из электролита притягиваются зарядом внутренней поверхности канала и индуцируют область полного заряда. ДЭС влияет на поток ионов внутри канал и вокруг частиц аналита и представляющих интерес агрегатов, полимеров или комплексов нуклеиновой кислоты, не позволяя каким-либо противоионам проходить по длине канала, что обуславливает диодоподобное поведение.

[0379] Чтобы математически определить характеристическую длину ДЭС, решают уравнение Пуассона-Больцмана («РВ») и/или уравнения Пуассона-Нернста-Планка («PNP»). Указанные решения связывают с уравнениями Навье-Стокса (NS) для потока текучей среды для создания нелинейной системы связанных уравнений, которые анализируют для понимания функционирования примера системы.

[0380] Учитывая размерные взаимодействия между поверхностью канала, ДЭС и агрегатами, полимерами или комплексами нуклеиновой кислоты, примеры каналов конфигурируют и конструируют с тщательно выбранными размерными параметрами, обеспечивающих ингибирование по существу потока кондуктивных ионов вдоль длины канала при образовании в канале агрегата, полимера или комплекса с нуклеиновой кислотой определенного заданного размера. В определенных случаях пример канала сконфигурирован таким образом, чтобы иметь глубину и/или ширину, по существу равную диаметру или меньшую, чем диаметр частицы агрегатов, образующихся в канале во время обнаружение нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации размеры ДЭС также учитывают при выборе размерных параметров канала. В определенных случаях пример канала сконфигурирован таким образом, чтобы иметь глубину и/или ширину, по существу равную размерам ДЭС или меньшую, чем размеры ДЭС, генерируемого вокруг внутренняя поверхность канала и агрегата, полимера или комплекса с нуклеиновой кислотой в канале.

[0381] Согласно некоторым вариантам реализации до применения системы обнаружения канал не содержит сенсорных соединений (например, одного или более зондов для нуклеиновой кислоты). Таким образом, производитель системы обнаружения может предварительно не обрабатывать или не модифицировать указанный канал с включением воспринимающего соединения. В указанном случае при использовании пользователь вводит одно или более сенсорных соединений, например, в электролитическом буфере, в канал и обнаруживает референсное значение электрического свойства канала с помощью сенсорного соединения, но в отсутствие образца.

[0382] Согласно определенным другим вариантам реализации до применения системы обнаружения канал предварительно обрабатывают или модифицируют так, что по меньшей мере часть внутренней поверхности канала включает сенсорное соединение или покрыта сенсорным соединением (например, один или более зондов для захвата нуклеиновой кислоты). Согласно одному примеру производитель обнаруживает референсное значение электрического свойства канала, модифицированного сенсорным соединением, и при использовании пользователем может использовать сохраненное референсное значение электрического свойства. Таким образом, производитель системы обнаружения может предварительно обрабатывать или модифицировать канал таким образом, чтобы он включал сенсорное соединение. В указанном случае пользователю необходимо ввести образец и одно или более дополнительных сенсорных соединений в канал.

[0383] Некоторые примеры систем обнаружения включают один канал. Некоторые другие примеры систем обнаружения включают несколько каналов на одной подложке. Такие системы обнаружения могут включать любой подходящее число каналов, в том числе, но не ограничиваясь перечисленным, по меньшей мере или точно 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 каналов, или несколько каналов в пределах диапазона, определяемого любыми двумя из вышеупомянутых чисел.

[0384] Согласно одному варианту реализации система обнаружения включает совокупность каналов, где по меньшей мере два канала функционируют независимо друг от друга. Пример канала 2104 и ассоциированные составляющие по фиг. 17А-17В воспроизводят на одной подложке для получения такой многоканальной системы обнаружения. Указанные несколько каналов используются для обнаружения одной нуклеиновой кислоты в одном образце, разных нуклеиновых кислот в одном образце, одинаковой нуклеиновой кислоты в разных образцах; и/или разных нуклеиновых кислот в разных образцах. Согласно другому варианту реализации система обнаружения включает совокупность каналов, где по меньшей мере два канала функционируют, взаимодействуя друг с другом. Согласно некоторым аспектам указанные каналы имеют различную форму в зависимости от мишени, которую требуется обнаруживать.

Обзор примеров устройств для применения в месте предоставления медицинских услуг

[0385] Согласно некоторым вариантам реализации указанное устройство является портативным и сконфигурировано таким образом, чтобы обнаруживать одну или более мишеней в образце. Как показано на фиг. 19, указанное устройство включает процессор 900, сконфигурированный таким образом, чтобы управлять схемой ƒC⁴D 905. Указанная схема ƒC⁴D 905 включает генератор сигнала 907. Генератор сигнала 907 сконфигурирован таким образом, чтобы подавать один или более сигналов через канал 2104 или тестовую ячейку согласно описанию выше. Генератор сигнала 907 сопряжен с предусилителем 915 для усиления одного или более сигналов с генератора сигнала 907. Указанные один или более сигналов проходят через мультиплексор 909 и через канал 2104. Сигнал из канала 2104 усиливают на пост-усилителе 911 и демодулируют демультиплексором 913. Аналого-цифровой преобразователь 917 получает сигнал и направляет цифровой сигнал в процессор 900. Процессор 900 включает схему, сконфигурированную таким образом, чтобы измерять, уравновешивать, сравнивать и т.п., для определения того, была ли детектирована требуемая мишень в образце. Согласно некоторым вариантам реализации указанное аналого-цифровое преобразование может происходить первым. Согласно некоторым таким вариантам реализации индуцированные волны могут быть полностью дискретизированы и демодулированы программно в цифровом виде.

[0386] Процессор 900 также сопряжен с одним или более нагревательными элементами 920 согласно некоторым вариантам реализации. Указанные один или более нагревательных элементов 920 могут представлять собой резистивные нагревательные элементы. Один или более нагревательных элементов 920 сконфигурированы таким образом, чтобы нагревать образец и/или раствор в канале 2104. Согласно некоторым вариантам реализации указанный образец нагревают до температуры, превышающей или равной 0°С, 5°С, 10°С, 15°С, 20°С, 25°С, 30°С, 35°С, 40°С, 45°С, 50°С, 55°С, 60°С, 65°С, 70°С, 75°С, 80°С, 85°С, 90°С, 95°С, 100°С, 105°С, 110°С, 115°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, 190°С, 200°С, 210°С, 220°С, 230°С, 240°С, 250°С, 260°С, либо до любой температуры или до любого диапазона температур между двумя вышеперечисленными значениями. Согласно некоторым вариантам реализации указанный образец охлаждают до температуры ниже или равной 40°С, 35°С, 30°С, 25°С, 20°С, 15°С, 10°С, 5°С, 0°С, -5°С, -10°С, -15°С, -20°С, либо до любой температуры или до любого диапазона температур между двумя вышеперечисленными значениями. С учетом вышеизложенного процессор 900 и/или другая схема сконфигурирован(а) таким образом, чтобы считывать температуру 925 образца и/или канала 2104, и управлять одним или несколькими нагревательными элементами 920 до тех пор, пока не будет достигнута желаемая заданная точка нагрева 930. Согласно некоторым аспектам весь канал 2104 сконфигурирован таким образом, чтобы нагреваться одним или более нагревательными элементами 920. Согласно другим аспектам только части канала 2104 сконфигурированы таким образом, чтобы нагреваться одним или более нагревательными элементами 920.

[0387] Процессор 900 сконфигурирован таким образом, чтобы принимать ввод пользователем 940 с одного или более средств ввода пользователем, таких как клавиатура, сенсорные экраны, кнопки, переключатели или микрофоны. Данные выводятся (950) и регистрируются (951), сообщаются пользователю (953), отправляются в облачную систему хранения 952 и т.п. Данные отправляются в другое устройство для обработки и/или дополнительно обрабатываются согласно некоторым вариантам реализации. Например, данные ƒC⁴D могут быть отправлены в облако и позднее обработаны для определения присутствия или отсутствия мишени (мишеней) в образце.

[0388] Согласно некоторым аспектам указанное устройство сконфигурировано таким образом, чтобы потреблять относительно малую мощность. Например, указанное устройство может требовать всего 1-10 Вт мощности. Согласно некоторым аспектам указанное устройство требует 7 Вт мощности или меньше. Указанное устройство сконфигурировано таким образом, чтобы обрабатывать данные, коммуницировать путем беспроводной связи с одним или более другими устройствами, посылать и обнаруживать сигналы через канал, нагревать образец/канал, и/или обнаруживать и отображать ввод/вывод через дисплей с сенсорным управлением.

[0389] Согласно некоторым вариантам реализации устройство для сбора образцов, устройство для подготовки образцов и картридж для текучей среды сформированы как отдельные физические устройства. Соответственно, первое устройство для сбора образцов применяют для сбора образца. Указанный образец может содержать слюну, секрет слизистых оболочек, кровь, плазму, кал или спинномозговую жидкость. Затем образец переносят во второе устройство для подготовки образцов. Устройство для подготовки образцов включает компоненты и реагенты, необходимые для амплификации нуклеиновых кислот. После подготовки образца его переносят в третье устройство, содержащее картридж для текучей среды, где проходят амплификация, возбуждение и измерения ƒC⁴D. Согласно некоторым вариантам реализации сбор образцов и подготовка образцов осуществляются одним устройством. Согласно некоторым вариантам реализации в одном и том же устройстве проводится подготовка образцов и находится картридж для текучей среды. Согласно некоторым вариантам реализации одно устройство сконфигурировано таким образом, чтобы обеспечивать взятие образцов, подготовку образцов, амплификацию по меньшей мере части образца и анализ образца с использованием ƒC⁴D.

Обзор примеров компактных картриджей для текучей среды

[0390] Согласно некоторым аспектам указанное устройство включает съемный картридж для текучей среды, который может быть сопряжен с другим сопутствующим устройством. Указанный съемный картридж для текучей среды сконфигурирован для применения в качестве картриджа для одноразового использования. Согласно некоторым вариантам реализации указанный картридж включает совокупность каналов. Каналы могут иметь разную форму. Согласно некоторым аспектам используют четыре формы каналов и повторяют их для обеспечения точности. Согласно некоторым аспектам используют более чем четыре формы каналов, повторяющиеся для обеспечения точности. Согласно некоторым аспектам каждый канал сконфигурирован таким образом, чтобы обнаруживать одну уникальную мишень. Согласно другим аспектам каждый канал сконфигурирован таким образом, чтобы обнаруживать одинаковые мишени. Согласно некоторым вариантам реализации указанный картридж включает один или более нагревательных элементов. В общем случае, картридж для текучей среды может включать по меньшей мере один канал, сконфигурированный таким образом, чтобы обеспечивать анализ ƒC⁴D.

[0391] Согласно некоторым аспектам указанный картридж включает многослойную пластинчатую структуру. Один или более каналов выштамповывают и/или вырезают лазером в подложке. Подложка, согласно некоторым вариантам реализации, включает полипропиленовую пленку. Одну или обе стороны пленки покрывают клеем. Указанный слой с каналами закрепляют над полиамидной нагревательной спиралью для нагревания всего канала или части канала. Указанный канал по меньшей мере частично закрывает гидрофильный слой ПЭТ. Печатные электроды могу располагаться под указанным слоем ПЭТ. Согласно некоторым аспектам обеспечивают по меньшей мере один термистор на канал для получения обратной связи относительно температуры.

[0392] Согласно другим аспектам указанный картридж содержит полученный литьем под давлением пластик. Один или более каналов располагаются внутри полученного литьем под давлением пластика. Слоем ПЭТ или ПЭТ-пленкой покрывают каналы полностью или частично, нанося ПЭТ методом лазерной сварки на PET на литьевой пластик. Литье под давлением может обеспечить такие преимущества, как жесткость и трехмерная структура, а также изготовление таких признаков, как клапаны, и каркас для легкости манипуляций. Картридж может необязательно включать печатную электронику, и/или нагревательные элементы, и/или термисторы в зависимости от конкретного дизайна.

[0393] Пример варианта реализации картриджа для текучей среды 500 приведен на фиг. 20. Как показано, указанный картридж 2500 включает четыре слоя. Слой РСВ (печатная монтажная плата)/PWB (печатная монтажная схема) 2501 с нанесенными электродами 2505. Электроды могут быть пассивированы слоем диоксида титана толщиной 30 нм с применением таких способов, как атомное осаждение. Слой PCB/PWB может включать точки доступа 2506 для винтов или других удерживающих средств для скрепления четырех слоев. Источник питания и схемы обнаружения могут быть сопряжены со слоем PCB/PWB. Уплотнительный слой 2510 с вырезами 2513 и 2514, и точки доступа 2506. Уплотнительный слой может быть изготовлен из такого материала, как фторсиликон. Нижний жесткий слой подложки 2520, который включает точки доступа 2506 и впускные порты 2522. Верхний жесткий слой 2530, который включает точки доступа 2506 и впускные порты 2522. И нижний, и верхний жесткие слои могут быть изготовлены из такого материала, как акрил. Четыре канала формируются при сборке четырех слоев путем фиксации винтами или другими удерживающими средствами через несколько точек доступа 2506 нескольких слоев. Вырезы 2513 и 2514 образуют стороны каналов. Вырез 513 образует канал с двумя трапециевидными концами, а вырез 2514 образует канал по существу с прямыми сторонами. Части слоя PCB/PWB 2501, включающие электроды 2505, образуют дно каналов. Нижний жесткий слой 2520 образует верхнюю часть каналов, а впускные порты 2522 образуют впускные и выпускные порты для каналов. Впускные порты 2522 верхнего слоя и впускные порты верхнего жесткого слоя обеспечивают доступ реагентов во все каналы. Согласно некоторым вариантам реализации канал с двумя трапециевидными концами может иметь объем от приблизительно 30 мкл до приблизительно 50 мкл. Согласно некоторым вариантам реализации канал по существу с прямыми сторонами может иметь объем от приблизительно 20 мкл до приблизительно 30 мкл. Такие объемы могут быть скорректированы путем варьирования сжатия по меньшей мере уплотнительного слоя. На фиг. 21 приведен вид сверху картриджа для текучей среды 2500 по фиг. 20, и показаны точки доступа 506 для винтов или других удерживающих средств, впускные порты 2522, сообщающиеся с каналами 2550, и электроды 2505. На фиг. 22 приведен пример размеров для двух электродов 2505. На фиг. 23 приведен пример размеров для канала 2550 с двумя трапециевидными концами. Согласно некоторым вариантам реализации указанный канал нагревают до температуры 60°С, 61°С, 62°С, 63°С, 64°С, 65°С, 66°С, 67°С, 68°С, 69°С, 70°С, 71°С, 72°С, 73°С, 74°С или 75°С, или до температуры в пределах диапазона, определяемого любыми двумя из вышеупомянутых чисел, и подают на него давление. Согласно некоторым аспектам на указанный канал может быть подано давление 1, 2, 3, 4, 5 или 6 атмосфер, или давление в пределах диапазона, определяемого любыми двумя из вышеупомянутых показателей давления.

[0394] Согласно некоторым вариантам реализации канал флюидного устройства может быть адаптирован или сконфигурированный таким образом, чтобы удерживать образец с объемом, превышающим или равным 1 мкл, 2 мкл, 3 мкл, 4 мкл, 5 мкл, 6 мкл, 7 мкл, 8 мкл, 9 мкл, 10 мкл, 20 мкл, 30 мкл, 40 мкл, 50 мкл, 60 мкл, 70 мкл, 80 мкл, 90 мкл, 100 мкл, 200 мкл, 300 мкл, 400 мкл, 500 мкл, 600 мкл, 700 мкл, 800 мкл, 900 мкл или 1000 мкл, или с объемом или диапазоном объемов между любыми двумя из вышеприведенных объемов. Согласно некоторым вариантам реализации канал флюидного устройства может быть адаптирован для подачи в него давления. Согласно некоторым вариантам реализации на образец в канале может быть подано давление, превышающее или равное 1 атмосфере, 2 атмосферам, 3 атмосферам, 4 атмосферам, 5 атмосферам, 6 атмосферам, 7 атмосферам, 8 атмосферам, 9 атмосферам, 10 атмосферам; или давление, соответствующее любому диапазону между любыми двумя вышеприведенными значениями давления. Согласно некоторым вариантам реализации канал флюидного устройства может быть адаптирован для температуры, превышающей или равной -20°С, -15°С, -10°С, -5°С, 0°С, 5°С, 10°С, 15°С, 20°С, 25°С, 30°С, 35°С, 40°С, 45°С, 50°С, 55°С, 60°С, 65°С, 70°С, 85°С, 80°С, 85°С, 90°С, 95°С, 100°С, 105°С, 110°С, 115°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С, 160°С, 170°С, 180°С, 190°С, 200°С, 210°С, 220°С, 230°С, 240°С, 250°С, 260°С, либо любой температуры или любого диапазон температур между любыми двумя вышеприведенными значениями температуры.

Обзор примеров сбора образцов

[0395] Согласно некоторым вариантам реализации способы, системы и устройство согласно описанию в настоящем документе задействуют упрощенный прямой процесс сбора образцов. Таким образом уменьшается число этапов между сбором образцов и анализом. Другими словами, согласно некоторым вариантам реализации желательно минимизировать количество переносов образца и/или манипуляций пользователя с образцом, чтобы избежать загрязнения образца. Согласно некоторым аспектам устройства согласно описанию в настоящем документе сконфигурированы для совместимости с различными способами сбора образцов, чтобы подходить для всех типов сред тестирования. Соответственно, согласно некоторым аспектам используют однородные устройства сопряжения «из сосуда на чип». При коррекции систем сбора образцов аппаратные средства обнаружения остаются прежними независимо от отбираемого и анализируемого типа образца.

Обзор примеров анализа

[0396] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают простые лизис/амплификацию/обнаружение мишеней из неочищенных образцов в одном сосуде. Некоторые варианты реализации включают амплификацию на основе иммунных реакций для обнаружения не являющихся нуклеиновыми кислотами мишеней. Некоторые варианты реализации включают добавленные в реакцию реагенты, которые обеспечивают увеличение изменения проводимости. Некоторые варианты реализации включают стратегии изотермической амплификации, такие как LAMP, SDA и/или RCA. Согласно некоторым вариантам реализации мишени для обнаружения представляют собой биомаркеры, такие как белки, малые молекулы, такие как фармацевтические или наркотические средства, или биологическое оружие, такое как токсины. Обнаружение таких мишеней может быть достигнута путем конъюгации иммунных связывающих реагентов, таких как антитела или аптамеры, с нуклеиновыми кислотами, которые участвуют в реакции изотермической амплификации. Согласно некоторым вариантам реализации добавки для реакции амплификации могут увеличивать изменение проводимости раствора, коррелирующее с результатами количественного определения мишени. Применение добавок может обеспечивать более высокую чувствительность и динамический диапазон обнаружения.

[0397] Некоторые варианты реализации способов, предложенных согласно настоящему изобретению, обеспечивают один или более из следующих желательных признаков при сборе и обработке образцов: отсутствие центрифугирования; портативность; низкая стоимость; однократность использования; могут не требоваться настенные сетевые выводы; использование может быть простым и/или интуитивным; для использования могут требоваться лишь относительно незначительные технические навыки; может иметься возможность экстракции РНК и/или ДНК из образца малого объема (например, 70 мкл); может иметься возможность стабилизации РНК и/или ДНК до амплификации; могут применяться термостабильные реагенты, не требующие для хранения наличия холодовой цепи; возможность совместимости с анализом образцов с низким уровнем детализации (например, образцов, содержащих 1000 копий/мл или менее) и/или динамический диапазон, позволяющий обнаруживать вирусную нагрузку, например, различающуюся по меньшей мере на 4 порядка величины.

[0398] Некоторые варианты реализации предложенных способов, систем и композиций включают сбор и обработку образцов для применения в диагностическом устройстве согласно описанию в настоящем документе. Примеры собранного образца, также называемого биологическим образцом, могут включать, например, растение, кровь, сыворотку, плазму, мочу, слюну, асцитную жидкость, спинномозговую жидкость, сперму, жидкость легочного лаважа, мокроту, слизь, секрет слизистых оболочек, испражнения, жидкую среду, содержащую клетки или нуклеиновые кислоты, твердую среду, содержащую клетки или нуклеиновые кислоты, ткань и т.п. Способы получения образцов могут включать прокол пальца, прокол пятки, венепункцию, взятие назального аспирата у взрослых, взятие назального аспирата у детей, промывание носоглотки, взятие аспирата из носоглотки, взятие мазка, сбор содержимого толстого кишечника в контейнер, проведение тканевой биопсии или взятие образца путем лаважа. Дополнительные примеры включают образцы из окружающей среды, например, образец почвы и образец воды.

Обзор примеров амплификации

[0399] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают амплификация целевых нуклеиновых кислот. Способы амплификации нуклеиновых кислот хорошо известны и включают способы, отличающиеся изменениями температуры в ходе реакции, такие как ПЦР.

[0400] Дополнительные примеры включают изотермическую амплификацию, отличающуюся тем, что реакция может происходить по существу при постоянной температуре. Согласно некоторым вариантам реализации изотермическая амплификация целевых нуклеиновых кислот приводит к изменениям проводимости раствора. Существует несколько типов способов изотермической амплификации нуклеиновых кислот, такие как амплификация, основанная на последовательности нуклеиновых кислот (NASBA), амплификация с вытеснением цепей (SDA), петлевая амплификация (LAMP), анализ по методу Invader, амплификация по типу катящегося кольца (RCA), технология сигнальной амплификации РНК (SMART, «signal mediated amplification of RNA technology))), хеликазная амплификация (HDA), рекомбиназная полимеразная амплификация (RPA), сигнальная амплификация с никующей эндонуклеазой (NESA) и активация наночастиц с использованием никующей эндонуклеазы (NENNA), рециклинг мишени с использованием экзонуклеаз, стратегии амплификации на границах сплайсинга или с использованием Y-зондов, расщепленного ДНКзима, и дезоксирибозимной амплификации, направляемые матрицей химические реакции, которые приводят к усилению сигналов, нековалентные каталитические реакции с ДНК, цепные реакции гибридизации (HCR) и обнаружение посредством самосборки ДНК-зондов с получением супрамолекулярных структур. См., например, источник: Yan L., et al., Mol. BioSyst, (2014) 10: 970-1003, который включен в настоящий документ явным образом и полностью посредством ссылки.

[0401] В примере LAMP два праймера в наборе прямых праймеров называются внутренним (F1c-F2, где «с» означает «комплементарный») и внешним (F3) праймерами. При 60°С область F2 внутреннего праймера сначала гибридизуется с мишенью и удлиняется ДНК-полимеразой. Затем внешний праймер F3 связывается с той же целевой цепью на F3c, и полимераза удлиняет F3c вытеснением вновь синтезированной цепи. Вытесненная цепь образует структуру «петля-на-стебле» на 5'-конце в результате гибридизации областей F1c и F1. На 3'-конце набор обратных праймеров может гибридизоваться с указанной цепью, и полимераза генерирует новую цепь со структурами «петля-на-стебле» на обоих концах. «Гантелеобразная» структурированная ДНК входит в цикл экспоненциальной амплификации, и путем повторяющихся удлинения и вытеснения цепей могут быть получены цепи с несколькими инвертированными повторами целевой ДНК. Согласно некоторым вариантам реализации способов, предложенных согласно настоящему изобретению, компоненты для LAMP включают 4 праймера, ДНК-полимеразу и дНТФ. Примеры применения LAMP включают вирусные патогены, в том числе вирус лихорадки Денге (М. Parida, et al., J. Clin. Microbiol, 2005, 43, 2895-2903) японского энцефалита (M. M. Parida, et al., J. Clin. Microbiol., 2006, 44, 4172-4178), лихорадки чикунгунья (M. M. Parida, et al., J. Clin. Microbiol., 2007, 45, 351-357), лихорадки Западного Нила (M. Parida, et al., J. Clin. Microbiol., 2004, 42, 257-263), тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС) (Т. С. Т. Hong, Q. L. Mai, D. V. Cuong, M. Parida, H. Minekawa, Т. Notomi, F. Hasebe and K. Morita, J. Clin. Microbiol., 2004, 42, 1956-1961) и высокопатогенного птичьего гриппа (HPAI) H5N1 (М. Imai, et al., J. Virol. Methods, 2007, 141, 173-180); каждый из перечисленных источников явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.

[0402] В примере SDA зонд включает две части: сайт распознавания Hinc II на 5'-конце и другой сегмент, который включает последовательности, комплементарные мишени. ДНК-полимераза может удлинять праймер и включать дезоксиаденозин-5'-[α-тио]трифосфат (дАТФ[αS]). Затем рестрикционная эндонуклеаза Hinc II «никирует» цепь зонда в сайте распознавания Hinc II, поскольку указанная эндонуклеаза не может расщеплять другую цепь, которая включает тиофосфатную модификацию. Расщепление эндонуклеазой обнажает 3'-ОН, который затем удлиняется ДНК-полимеразой. Вновь генерированная цепь все еще содержит сайт никирования Hinc II. Последующее никирование вновь синтезированного дуплекса с последующим опосредованным ДНК-полимеразой удлинением повторяется несколько раз и это приводит к каскаду изотермической амплификации. Согласно некоторым вариантам реализации способов, предложенных согласно настоящему изобретению, компоненты SDA включают 4 праймера, ДНК-полимеразу, фермент REase HincII, дГТФ, дЦТФ, дТТФ и дАТФαS. Примеры применения SDA включают геномную ДНК Mycobacterium tuberculosis (источник: М. Vincent, et al., EMBO Rep., 2004, 5, 795-800, который явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки).

[0403] В примере NASBA прямой праймер 1 (Р1) состоит из двух частей, одна из которых комплементарна 3'-концу РНК-мишени, а другая - последовательности промотора Т7. Когда Р1 связывается с РНК-мишенью (РНК (+)), обратная транскриптаза (ОТ) удлиняет праймер в комплементарную ДНК (DNA (+)) указанной РНК. Затем РНКаза Н разрушает РНК-цепь гибрида РНК-ДНК (+). Затем обратный праймер 2 (Р2) связывается с ДНК (+), и обратная транскриптаза (ОТ) продуцирует двуцепочечную ДНК (дцДНК), которая содержит последовательность промотора Т7. После указанной начальной фазы система входит в фазу амплификации. РНК-полимераза Т7 генерирует множество цепей РНК (РНК (-)) на основе дцДНК, а обратный праймер (Р2) связывается с вновь образованной РНК (-). ОТ удлиняет обратный праймер, а РНКаза Н разрушает РНК в дуплексе РНК-кДНК с получением оцДНК. Затем вновь продуцированная кДНК (ДНК (+)) становится матрицей для Р1 и цикл повторяется. Согласно некоторым вариантам реализации способов, предложенных согласно настоящему изобретению, компоненты NASBA включают 2 праймера, обратную транскриптазу, РНКазу Н, РНК-полимеразу, дНТФ и рНТФ. Примеры применения NASBA включают геномную РНК HIV-1 (D. G. Murphy, et al., J. Clin. Microbiol., 2000, 38, 4034-4041), РНК вируса гепатита С (М. Damen, et al., J. Virol. Methods, 1999, 82, 45-54), мРНК цитомегаловируса человека (F. Zhang, et al., J. Clin. Microbiol., 2000, 38, 1920-1925), 16S РНК бактериальных видов(S. A. Morre, et al., J. Clin. Pathol.: Clin. Mol. Pathol., 1998, 51, 149-154) и геномную РНК энтеровируса (J. D. Fox, et al., J. Clin. Virol., 2002, 24, 117-130). Каждый из вышеупомянутых источников явным образом включен в настоящий документ посредством ссылки полностью.

[0404] Дополнительные примеры способов изотермической амплификации включают: самоподдерживающуюся реакцию репликации последовательностей (3SR); 90-I; BAD Amp; амплификацию с перекрестным праймированием (CPA); реакцию экспоненциальной изотермической амплификации (EXPAR); изотермическую инициируемую химерными праймерами амплификацию нуклеиновых кислот (ICAN); изотермическую амплификацию с множественным вытеснением (IMDA); опосредованную лигированием SDA; амплификацию с множественным вытеснением; полимеразную спиральную реакцию (PSR); экспоненциальную амплификацию с рестрикционным каскадом (RCEA); процесс Smart-амплификации (SMAP2); реакцию амплификации одиночным праймером (SPIA); систему амплификации на основе транскрипции (TAS); опосредованную транскрипцией амплификацию (ТМА); лигазную цепную реакцию (LCR); и/или перекрестную амплификацию с множественным вытеснением (MCDA).

Обзор примеров иммунной изотермической амплификации

[0405] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают применение иммунной изотермической амплификации для обнаружения не являющихся нуклеиновыми кислотами мишеней. Согласно некоторым таким вариантам реализации праймеры, подходящие для применения в способе изотермической амплификации, связаны с антителом или его фрагментом, или аптамером. В настоящем документе «аптамер» может включать пептид или олигонуклеотид, который специфически связывается с целевой молекулой. Согласно некоторым вариантам реализации указанное антитело или указанный аптамер может быть связан с праймерами, подходящими для применения в способе изотермической амплификации посредством ковалентных или нековалентных связей. Согласно некоторым вариантам реализации праймеры, подходящие для применения в способе изотермической амплификации, могут быть связаны с антителом или аптамером через биотиновые и стрептавидиновые линкеры. Согласно некоторым вариантам реализации праймеры, подходящие для применения в способе изотермической амплификации, могут быть связаны с антителом или аптамером с помощью THUNDER-LINK (Innova Biosciences, Великобритания).

[0406] Согласно некоторым вариантам реализации целевой антиген связывается с антителом или аптамером, и праймеры, связанные с указанным антителом или аптамером, являются субстратом для изотермической амплификации и/или инициируют изотермическую амплификацию. См. например, источник: Pourhassan-Moghaddam et al., Nanoscale Research letters, 8:485-496, который явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Согласно некоторым вариантам реализации целевой антиген захватывают в «сэндвич»-форме между двумя антителами или аптамерами (AT), антителом для захвата и антителом для обнаружения, которые специфически связаны с целевым антигеном. AT для захвата, предварительно иммобилизованное на поверхности твердой подложки, захватывает целевой Ag, и AT для обнаружения, которое связано с праймерами, подходящими для применения в способе изотермической амплификации, прикрепляется к захваченному Ag. После промывания осуществляют изотермическую амплификацию, и присутствие амплифицированных продуктов непрямо указывает на присутствие целевого Ag в образце.

Обзор примеров усиления изменений проводимости

[0407] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают усиление изменений проводимости раствора в результате амплификации нуклеиновой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации хелатирование пирофосфата («PPi»), которое является результатом амплификации нуклеиновой кислоты, может использоваться для усиления изменений проводимости раствора по мере продолжения реакции амплификации. Без связи с конкретной теорией, изменения проводимости, которые могут происходить во время амплификации нуклеиновых кислот, могут быть основаны на осаждении катионов магния и ионов PPi из раствора. Некоторые варианты реализации способов, предложенных согласно настоящему изобретению, могут включать увеличение изменения проводимости путем изменения равновесных состояний, что в ином случае приводит к осаждению катионов магния и ионов PPi. Согласно некоторым вариантам реализации это осуществляют путем добавления молекул, конкурирующих с катионами магния за PPi. Согласно некоторым таким вариантам реализации предложены соединения с высокой подвижностью ионов, которые обеспечивают значительный вклад в чистую проводимость раствора. Соответственно, удаление указанного соединения из раствора путем осаждения указанных соединений PPi обеспечивает резкое изменение проводимости раствора. Согласно некоторым вариантам реализации предложенных согласно настоящему изобретению способов, соединения/комплексы, которые могут связывать PPi и приводят к изменениям и/или усилению изменений проводимости раствора по мере продолжения амплификации, включают Cd²⁺-циклен-кумарин; комплексы Zn²⁺ с бис(2-пиридилметил)аминовой (DPA) единицей; DРА-2Zn²⁺-феноксид; акридин-DPA-Zn²⁺; DPA-Zn²⁺-пирен; и комплексы азакраун-Cu²⁺. См. например, источники: Kim S.K. et al., (2008) Accounts of Chemical Research 42: 23-31; и Lee D-H, et al., (2007) Bull. Korean Chem. Soc. 29: 497-498; Credo G.M. et al., (2011) Analyst 137:1351-1362; и Haldar B.C. (1950) "Pyrophosphato-Complexes of Nickel and Cobalt in Solution" Nature 4226:744-745, каждый из которых явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.

[0408] Некоторые варианты реализации включают такие соединения, как 2-амино-6-меркапто-7-метилпуриновый рибонуклеозид (MESG). MESG используют в наборах для обнаружения пирофосфата, таких как EnzChek® Pyrophosphate Assay Kit (ThermoFischer Scientific), где фермент пуриновая нуклеозидфосфорилаза (PNP) преобразует MESG в рибоза-1-фосфат и 2-амино-6-меркапто-7-метилпурин в присутствии неорганического фосфата. Ферментативное преобразование MESG приводит к сдвигу максимума поглощения с 330 нм до 360 нм. PNP катализирует преобразование пирофосфата на два эквивалента фосфата. Затем фосфат уходит в реакцию MESG/PNP и обнаруживается по увеличению поглощения при 360 нм. Дополнительную чувствительность обеспечивает амплификация одной молекулы пирофосфата с получением двух молекул фосфата. Другой набор включает PIPER Pyrophosphate Assay Kit (ThermoFischer Scientific).

[0409] Согласно некоторым вариантам реализации усиление изменений проводимости раствора в результате амплификации нуклеиновой кислоты включают соединения, которые связывают амплифицированную ДНК. Согласно некоторым таким вариантам реализации по мере продолжения амплификации вещества-носители заряда связывается с возрастающими количествами амплифицированной ДНК, что приводит к абсолютному снижению проводимости раствора. Согласно некоторым вариантам реализации заряженные вещества-носители могут включать положительно заряженные молекулы, обычно используемые для окрашивания/ в качестве красителей для ДНК/РНК, такие как бромид этидия, кристаллический фиолетовый, SYBR, которые связываются с нуклеиновыми кислотами за счет электростатического притяжения. Связывание указанных малых заряженных молекулярных веществ с большими и менее подвижными продуктами амплификации может уменьшать проводимость раствора за счет эффективного уменьшения подвижности заряженных молекул красителя. Следует отметить, что хотя указанное электростатическое притяжение представляет собой механизм, часто используемый при окрашивании ДНК для гель-электрофореза, молекулы, которые связываются с ампликонами, не обязательно представлены соединениями, традиционно применяемыми для окрашивания ДНК. Поскольку указанные молекулы используют ввиду их функции носителей заряда (вносящих вклад в проводимость раствора), а также их способности связываться с ампликоном, они необязательно обладают способностью к какому-либо окрашиванию ДНК.

[0410] Некоторые варианты реализации включают применение антител или аптамеров связан с наночастицей. Согласно некоторым таким вариантам реализации присутствие целевого антигена приводит к агрегации антител и изменению проводимости раствора. Без связи с конкретной теорией, эффективная электрическая проводимость коллоидных наносуспензий в жидкости может демонстрировать комплексную зависимость от характеристик двойного электрического слоя (ДЭС), объемного содержания, ионных концентраций и других физико-химических свойств. См., например, источник: Angayarkanni SA., et al., Journal of Nanofluids, 3: 17-25, который явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Конъюгированные с антителами наночастицы хорошо известны в данной области техники. См., например, источники: Arruebo М. et al., Journal of Nanomaterials 2009: Article ID 439389; и Zawrah MF., et al., HBRC Journal 2014.12.001, каждый из которых явным образом и полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Примеры наночастиц, которые подходят для применения в способах, предложенных согласно настоящему изобретению, включают γ-Al₂O₃, SiO₂, TiO₂ и α-Al₂O₃, и золотые наночастицы, см. например, источник: Abdelhalim, MAK., et al., International Journal of the Physical Sciences, 6:5487-5491, явным образом и полностью включенный в настоящий документ посредством ссылки. Применение антител, связанных с наночастицами, может также усиливать сигнал, генерированный на поверхности, при измерениях, проводимых с применением электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС). См., например, источник: Lu J., et al., Anal Chem. 84:327-333 который полностью включен посредством ссылки в настоящий документ.

[0411] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают применение антител или аптамеров, связанных с ферментом. Согласно некоторым вариантам реализации активность фермента обеспечивает изменение проводимости раствора. Согласно некоторым таким вариантам реализации изменение проводимости обнаруживают по переносу заряда на подложку, контактирующую с компонентами анализа.

Обзор примеров вирусных мишеней

[0412] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных вирусов и вирусных мишеней. Вирусная мишень может включать вирусную нуклеиновую кислоту, вирусный белок и/или продукт вирусной активности, такой как фермент или его активность. Примеры вирусных белков, которые обнаруживают с применением способов и устройств, предложенных согласно настоящему изобретению, включают белки вирусного капсида, вирусные структурные белки, вирусные гликопротеины, вирусные белки слияния с мембраной, вирусные протеазы или вирусные полимеразы. Последовательности вирусных нуклеиновых кислот (РНК и/или ДНК), соответствующие по меньшей мере части гена, кодирующего вышеупомянутые вирусные белки, также обнаруживают с применением способов и устройств, описанных в настоящем документе. Последовательности нуклеотидов таких мишеней легко получить из общедоступных баз данных. Праймеры, подходящие для изотермической амплификации, легко разработать на основе последовательностей нуклеиновых кислот требуемых вирусных мишеней. Антитела и аптамеры к белкам таких вирусов также легко получить коммерческим путем и/или с применением методик, хорошо известных в данной области техники. Примеры вирусов, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают ДНК-вирусы, такие как двухцепочечные ДНК-вирусы и одноцепочечные вирусы; РНК-вирусы, такие как двухцепочечные РНК-вирусы, одноцепочечные (+) РНК-вирусы и одноцепочечные (-) РНК-вирусы; а также обратно-транскрибируемые вирусы, такие как одноцепочечные обратно-транскрибируемые РНК-вирусы и двухцепочечные обратно-транскрибируемые ДНК-вирусы. Вирусы, которые обнаруживают с применением указанной технологии, включают вирусы животных, такие как вирусы человека, вирусы домашних животных, вирусы домашнего скота или вирусы растений. Примеры вирусов человека, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают перечисленные в таблице 2 ниже, где также приведены примеры последовательностей нуклеотидов, на основе которых могут быть легко разработаны праймеры, подходящие для амплификации.

Обзор примеров бактериальных мишеней

[0413] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных бактерий и бактериальных мишеней. Бактериальная мишень включает бактериальную нуклеиновую кислоту, бактериальный белок и/или продукт бактериальной активности, такой как токсины, и активности ферментов. Последовательности нуклеотидов, указывающие на определенные бактерии, легко получить из общедоступных баз данных. Праймеры, подходящие для изотермической амплификации, легко разработать на основе последовательностей нуклеиновых кислот таких бактериальных мишеней. Антитела и аптамеры к белкам определенных бактерий легко получить коммерческим путем и/или с применением методик, хорошо известных в данной области техники. Примеры бактерий, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают грамотрицательные или грамположительные бактерии. Примеры бактерий, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают: Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas acidovorans, Pseudomonas alcaligenes, Pseudomonas putida, Stenotrophomonas maltophilia, Burkholderia cepacia, Aeromonas hydrophilia, Escherichia coli, Citrobacter freundii, Salmonella typhimurium, Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Salmonella enteritidis, Shigella dysenteriae, Shigella Jlexneri, Shigella sonnei, Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Serratia marcescens, Francisella tularensis, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Providencia alcalifaciens, Providencia rettgeri, Providencia stuartii, Acinetobacter baumannii, Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter haemolyticus, Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis, Yersinia intermedia, Bordetella pertussis, Bordetella parapertussis, Bordetella bronchiseptica, Haemophilus influenzae, Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus haemolyticus, Haemophilus parahaemolyticus, Haemophilus ducreyi, Pasteurella multocida, Pasteurella haemolytica, Branhamella catarrhalis, Helicobacter pylori, Campylobacter fetus, Campylobacter jejuni, Campylobacter coli, Borrelia burgdorferi, Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Legionella pneumophila, Listeria monocytogenes, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Kingella, Moraxella, Gardnerella vaginalis, Bacteroides fragilis, Bacteroides distasonis, группу гомологии Bacteroides 3452A, Bacteroides vulgatus, Bacteroides ovalus, Bacteroides thetaiotaomicron, Bacteroides uniformis, Bacteroides eggerthii, Bacteroides splanchnicus, Clostridium difficile, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium avium, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium leprae, Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium ulcerans, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus, Staphylococcus intermedius, Staphylococcus hyicus, подвид hyicus, Staphylococcus haemolyticus, Staphylococcus hominis и/или Staphylococcus saccharolyticus. Дополнительные примеры включают В. anthracis, В. globigii, Brucella, E. herbicola или F. tularensis.

Обзор примеров антигенных мишеней

[0414] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных антигенных мишеней. Антигены обнаруживают с применением антител, их связывающих фрагментов или аптамеров, соединенных с праймерами, сконфигурированными таким образом, чтобы обеспечивать амплификацию, такую как изотермическая амплификация. Антитела и аптамеры к определенным антигенам легко получить коммерческим путем и/или с применением методик, хорошо известных в данной области техники. В настоящем документе «антиген» включает соединение или композицию, которые специфически связывает антитело, его связывающий фрагмент или аптамер. Примеры антигенов, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают белки, полипептиды, нуклеиновые кислоты и малые молекулы, такие как фармацевтические соединения. Дополнительные примеры аналитов включают токсины, такие как рицин, абрин, ботулотоксин или стафилококковый энтеротоксин В.

Обзор примеров паразитарных мишеней

[0415] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных паразитарных мишеней. Паразитарная мишень включает нуклеиновую кислоту паразита, белок паразита и/или продукт активности паразита, такой как токсин и/или фермент, или ферментной активности. Последовательности нуклеотидов, указывающие на определенных паразитов, легко получить из общедоступных баз данных. Праймеры, подходящие для изотермической амплификации, легко разработать на основе последовательностей нуклеиновых кислот таких паразитарных мишеней. Антитела и аптамеры к белкам определенных паразитов легко получить коммерческим путем и/или с применением методик, хорошо известных в данной области техники. Примеры паразитов, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают определенных эндопаразитов, таких как организмы, относящиеся к простейшим, например, Acanthamoeba spp.Babesia spp., В. divergens, В. bigemina, В. equi, В. microfti, В. duncani, Balamuthia mandrillaris, Balantidium coli, Blastocystis spp., Cryptosporidium spp., Cyclospora cayetanensis, Dientamoeba fragilis, Entamoeba histolytica, Giardia lamblia, Isospora belli, Leishmania spp., Naegleria fowleri, Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale curtisi, Plasmodium ovale wallikeri, Plasmodium malariae, Plasmodium knowlesi, Rhinosporidium seeberi, Sarcocystis bovihominis, Sarcocystis suihominis, Toxoplasma gondii, Trichomonas vaginalis, Trypanosoma brucei или Trypanosoma cruzi. Определенные организмы, относящиеся к гельминтам, такие как Bertiella mucronata, Bertiella studeri, Cestoda, Taenia multiceps, Diphyllobothrium latum, Echinococcus granulosus, Echinococcus multilocularis, E. vogeli, E. oligarthrus, Hymenolepis nana, Hymenolepis diminuta, Spirometra erinaceieuropaei, Taenia saginata или Taenia solium. Определенные организмы, относящиеся к трематодам, такие как Clonorchis sinensis; Clonorchis viverrini, Dicrocoelium dendriticum, Echinostoma echinatum, Fasciola hepatica, Fasciola gigantica, Fasciolopsis buski, Gnathostoma spinigerum, Gnathostoma hispidum, Metagonimus yokogawai, Metorchis conjunctus, Opisthorchis viverrini, Opisthorchis felineus, Clonorchis sinensis, Paragonimus westermani; Paragonimus africanus; Paragonimus caliensis; Paragonimus kellicotti; Paragonimus skrjabini; Paragonimus uterobilateralis, Schistosoma haematobium, Schistosoma japonicum, Schistosoma mansoni и Schistosoma intercalatum, Schistosoma mekongi, Schistosoma sp, Trichobilharzia regenti или Schistosomatidae. Определенные организмы, относящиеся к аскаридам, такие как Ancylostoma duodenale, Necator americanus, Angiostrongylus costaricensis, Anisakis, Ascaris sp. Ascaris lumbricoides, Baylisascaris procyonis, Brugia malayi, Brugia timori, Dioctophyme renale, Dracunculus medinensis, Enterobius vermicularis, Enterobius gregorii, Halicephalobus gingivalis, возбудитель лоаоза, Mansonella streptocerca, Onchocerca volvulus, Strongyloides stercoralis, Thelazia californiensis, Thelazia callipaeda, Toxocara canis, Toxocara cati, Trichinella spiralis, Trichinella britovi, Trichinella nelsoni, Trichinella nativa, Trichuris trichiura, Trichuris vulpis или Wuchereria bancrofti. Другие паразиты, такие как Archiacanthocephala, Moniliformis moniliformis, Linguatula serrata, Oestroidea, Calliphoridae, Sarcophagidae, Cochliomyia hominivorax (семейство Calliphoridae), Tungapenetrans, Cimicidae: Cimex lectularius или Dermatobia hominis. Дополнительные примеры паразитов включают эктопаразитов, таких как Pediculus humanus, Pediculus humanus corporis, Pthirus pubis, Demodex folliculorum/brevis/canis, Sarcoptes scabiei, или таких паукообразных, как Trombiculidae, или Pulex irritans, или таких паукообразных, как Ixodidae и/или Argasidae.

Обзор примеров микроРНК-мишеней

[0416] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных микроРНК- (миРНК-)мишеней. миРНК включают малые некодирующие молекулы РНК, которые функционируют при сайленсинге РНК или посттранскрипционной регуляции генной экспрессии. Некоторые миРНК ассоциированы с разрегуляцией при различных заболеваниях человека, которые обусловлены аномальными эпигенетическими паттернами, в том числе аномальными метилированием ДНК и паттернами модификации гистонов. Например, присутствие или отсутствие определенных миРНК в образце от субъекта указывает на заболевание или болезненное состояние. Праймеры, подходящие для обнаружения миРНК и подходящие для изотермической амплификации, легко разработать на основе последовательностей нуклеотидов миРНК. Последовательности нуклеотидов миРНК легко получить из общедоступных баз данных. Примеры миРНК-мишеней, которые обнаруживают с применением способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают: hsa-miR-1, hsa-miR-1-2, hsa-miR-100, hsa-miR-100-1, hsa-miR-100-2, hsa-miR-101, hsa-miR-101-1, hsa-miR-101a, hsa-miR-101b-2, hsa-miR-102, hsa-miR-103, hsa-miR-103-1, hsa-miR-103-2, hsa-miR-104, hsa-miR-105, hsa-miR-106a, hsa-miR-106a-1, hsa-miR-106b, hsa-miR-106b-1, hsa-miR-107, hsa-miR-10a, hsa-miR-10b, hsa-miR-122, hsa-miR-122a, hsa-miR-123, hsa-miR-124a, hsa-miR-124a-1, hsa-miR-124a-2, hsa-miR-124a-3, hsa-miR-125a, hsa-miR-125a-5p, hsa-miR-125b, hsa-miR-125b-1, hsa-miR-125b-2, hsa-miR-126, hsa-miR-126-5p, hsa-miR-127, hsa-miR-128a, hsa-miR-128b, hsa-miR-129, hsa-miR-129-1, hsa-miR-129-2, hsa-miR-130, hsa-miR-130a, hsa-miR-130a-1, hsa-miR-130b, hsa-miR-130b-1, hsa-miR-132, hsa-miR-133a, hsa-miR-133b, hsa-miR-134, hsa-miR-135a, hsa-miR-135b, hsa-miR-136, hsa-miR-137, hsa-miR-138, hsa-miR-138-1, hsa-miR-138-2, hsa-miR-139, hsa-miR-139-5p, hsa-miR-140, hsa-miR-140-3p, hsa-miR-141, hsa-miR-142-3p, hsa-miR-142-5p, hsa-miR-143, hsa-miR-144, hsa-miR-145, hsa-miR-146a, hsa-miR-146b, hsa-miR-147, hsa-miR-148a, hsa-miR-148b, hsa-miR-149, hsa-miR-15, hsa-miR-150, hsa-miR-151, hsa-miR-151-5p, hsa-miR-152, hsa-miR-153, hsa-miR-154, hsa-miR-155, hsa-miR-15a, hsa-miR-15a-2, hsa-miR-15b, hsa-miR-16, hsa-miR-16-1, hsa-miR-16-2, hsa-miR-16a, hsa-miR-164, hsa-miR-170, hsa-miR-172a-2, hsa-miR-17, hsa-miR-17-3p, hsa-miR-17-5p, hsa-miR-17-92, hsa-miR-18, hsa-miR-18a, hsa-miR-18b, hsa-miR-181a, hsa-miR-181a-1, hsa-miR-181a-2, hsa-miR-181b, hsa-miR-181b-1, hsa-miR-181b-2, hsa-miR-181c, hsa-miR-181d, hsa-miR-182, hsa-miR-183, hsa-miR-184, hsa-miR-185, hsa-miR-186, hsa-miR-187, hsa-miR-188, hsa-miR-189, hsa-miR-190, hsa-miR-191, hsa-miR-192, hsa-miR-192-1, hsa-miR-192-2, hsa-miR-192-3, hsa-miR-193a, hsa-miR-193b, hsa-miR-194, hsa-miR-195, hsa-miR-196a, hsa-miR-196a-2, hsa-miR-196b, hsa-miR-197, hsa-miR-198, hsa-miR-199a, hsa-miR-199a-1, hsa-miR-199a-1-5p, hsa-miR-199a-2, hsa-miR-199a-2-5p, hsa-miR-199a-3p, hsa-miR-199b, hsa-miR-199b-5p, hsa-miR-19a, hsa-miR-19b, hsa-miR-19b-1, hsa-miR-19b-2, hsa-miR-200a, hsa-miR-200b, hsa-miR-200c, hsa-miR-202, hsa-miR-203, hsa-miR-204, hsa-miR-205, hsa-miR-206, hsa-miR-207, hsa-miR-208, hsa-miR-208a, hsa-miR-20a, hsa-miR-20b, hsa-miR-21, hsa-miR-22, hsa-miR-210, hsa-miR-211, hsa-miR-212, hsa-miR-213, hsa-miR-214, hsa-miR-215, hsa-miR-216, hsa-miR-217, hsa-miR-218, hsa-miR-218-2, hsa-miR-219, hsa-miR-219-1, hsa-miR-22, hsa-miR-220, hsa-miR-221, hsa-miR-222, hsa-miR-223, hsa-miR-224, hsa-miR-23a, hsa-miR-23b, hsa-miR-24, hsa-miR-24-1, hsa-miR-24-2, hsa-miR-25, hsa-miR-26a, hsa-miR-26a-1, hsa-miR-26a-2, hsa-miR-26b, hsa-miR-27a, hsa-miR-27b, hsa-miR-28, hsa-miR-296, hsa-miR-298, hsa-miR-299-3p, hsa-miR-299-5p, hsa-miR-29a, hsa-miR-29a-2, hsa-miR-29b, hsa-miR-29b-1, hsa-miR-29b-2, hsa-miR-29c, hsa-miR-301, hsa-miR-302, hsa-miR-302a, hsa-miR-302b, hsa-miR-302c, hsa-miR-302c, hsa-miR-302d, hsa-miR-30a, hsa-miR-30a-3p, hsa-miR-30a-5p, hsa-miR-30b, hsa-miR-30c, hsa-miR-30c-1, hsa-miR-30d, hsa-miR-30e, hsa-miR-30e, hsa-miR-30e-5p, hsa-miR-31, hsa-miR-31a, hsa-miR-32, hsa-miR-32, hsa-miR-320, hsa-miR-320-2, hsa-miR-320a, hsa-miR-322, hsa-miR-323, hsa-miR-324-3р, hsa-miR-324-5p, hsa-miR-325, hsa-miR-326, hsa-miR-328, hsa-miR-328-1, hsa-miR-33, hsa-miR-330, hsa-miR-331, hsa-miR-335, hsa-miR-337, hsa-miR-337-3р, hsa-miR-338, hsa-miR-338-5p, hsa-miR-339, hsa-miR-339-5p, hsa-miR-34a, hsa-miR-340, hsa-miR-340, hsa-miR-341, hsa-miR-342, hsa-miR-342-3p, hsa-miR-345, hsa-miR-346, hsa-miR-347, hsa-miR-34a, hsa-miR-34b, hsa-miR-34c, hsa-miR-351, hsa-miR-352, hsa-miR-361, hsa-miR-362, hsa-miR-363, hsa-miR-355, hsa-miR-365, hsa-miR-367, hsa-miR-368, hsa-miR-369-5p, hsa-miR-370, hsa-miR-371, hsa-miR-372, hsa-miR-373, hsa-miR-374, hsa-miR-375, hsa-miR-376a, hsa-miR-376b, hsa-miR-377, hsa-miR-378, hsa-miR-378, hsa-miR-379, hsa-miR-381, hsa-miR-382, hsa-miR-383, hsa-miR-409-3р, hsa-miR-419, hsa-miR-422a, hsa-miR-422b, hsa-miR-423, hsa-miR-424, hsa-miR-429, hsa-miR-431, hsa-miR-432, hsa-miR-433, hsa-miR-449a, hsa-miR-451, hsa-miR-452, hsa-miR-451, hsa-miR-452, hsa-miR-452, hsa-miR-483, hsa-miR-483-3р, hsa-miR-484, hsa-miR-485-5p, hsa-miR-485-3р, hsa-miR-486, hsa-miR-487b, hsa-miR-489, hsa-miR-491, hsa-miR-491-5p, hsa-miR-492, hsa-miR-493-3р, hsa-miR-493-5p, hsa-miR-494, hsa-miR-495, hsa-miR-497, hsa-miR-498, hsa-miR-499, hsa-miR-5, hsa-miR-500, hsa-miR-501, hsa-miR-503, hsa-miR-508, hsa-miR-509, hsa-miR-510, hsa-miR-511, hsa-miR-512-5p, hsa-miR-513, hsa-miR-513-1, hsa-miR-513-2, hsa-miR-515-3p, hsa-miR-516-5p, hsa-miR-516-3p, hsa-miR-518b, hsa-miR-519a, hsa-miR-519d, hsa-miR-520a, hsa-miR-520c, hsa-miR-521, hsa-miR-532-5p, hsa-miR-539, hsa-miR-542-3р, hsa-miR-542-5p, hsa-miR-550, hsa-miR-551a, hsa-miR-561, hsa-miR-563, hsa-miR-565, hsa-miR-572, hsa-miR-582, hsa-miR-584, hsa-miR-594, hsa-miR-595, hsa-miR-598, hsa-miR-599, hsa-miR-600, hsa-miR-601, hsa-miR-602, hsa-miR-605, hsa-miR-608, hsa-miR-611, hsa-miR-612, hsa-miR-614, hsa-miR-615, hsa-miR-615-3р, hsa-miR-622, hsa-miR-627, hsa-miR-628, hsa-miR-635, hsa-miR-637, hsa-miR-638, hsa-miR-642, hsa-miR-648, hsa-miR-652, hsa-miR-654, hsa-miR-657, hsa-miR-658, hsa-miR-659, hsa-miR-661, hsa-miR-662, hsa-miR-663, hsa-miR-664, hsa-miR-7, hsa-miR-7-1, hsa-miR-7-2, hsa-miR-7-3, hsa-miR-708, hsa-miR-765, hsa-miR-769-3р, hsa-miR-802, hsa-miR-885-3р, hsa-miR-9, hsa-miR-9-1, hsa-miR-9-3, hsa-miR-9-3р, hsa-miR-92, hsa-miR-92-1, hsa-miR-92-2, hsa-miR-9-2, hsa-miR-92, hsa-miR-92a, hsa-miR-93, hsa-miR-95, hsa-miR-96, hsa-miR-98, hsa-miR-99a и/или hsa-miR-99b.

Обзор примеров аналитов сельскохозяйственного значения

[0417] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных аналитов сельскохозяйственного значения. Аналиты сельскохозяйственного значения включают нуклеиновые кислоты, белки или малые молекулы. Последовательности нуклеотидов, указывающие на определенные аналиты сельскохозяйственного значения, легко получить из общедоступных баз данных. Праймеры, подходящие для изотермической амплификации, легко разработать на основе последовательностей нуклеиновых кислот таких аналитов сельскохозяйственного значения. Антитела и аптамеры к белкам определенных аналитов сельскохозяйственного значения легко получить коммерческим путем и/или с применением методик, хорошо известных в данной области техники.

[0418] Некоторые варианты реализации способов и устройств, предложенных согласно настоящему изобретению, применяют для идентификации присутствия организма или продукта указанного организма в мясной продукт, рыбный продукт или дрожжевой продукт, такой как пиво, вино или хлеб. Согласно некоторым вариантам реализации видоспецифические антитела или аптамеры, или видоспецифические праймеры используют для идентификации присутствия определенного организма в пищевом продукте.

[0419] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение пестицидов. Согласно некоторым вариантам реализации пестициды обнаруживают в таких образцах, как образцы почв или образцы пищи. Примеры пестицидов, которые обнаруживают с применением устройств и способов, описанных в настоящем документе, включают гербициды, инсектициды или фунгициды. Примеры гербицидов включают 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-D), атразин, глифосат, мекопроп, дикамбу, паракват, глюфосинат, метам-натрий, дазомет, дитопир, пендиметалин, ЕРТС, трифлуралин, флазасульфурон, метсульфурон-метил, диурон, нитрофен, нитрофторфен, ацифлуорфен, мезотрион, сулкотрион или нитизинон. Примеры инсектицидов, которые обнаруживают с применением устройств и способов, описанных в настоящем документе, включают хлорорганические соединения, фосфорорганические соединения, карбаматы, пиретроиды, неоникотиноиды или рианоиды. Примеры фунгицидов, которые обнаруживают с применением устройств и способов, описанных в настоящем документе, включают карбендазим, диэтофенкарб, азоксистробин, металаксил, металаксил-М, стрептомицин, окситетрациклин, хлороталонил, тебуконазол, цинеб, манкоцеб, тебуконазол, миклобутанил, триадимефон, фенбуконазол, дезоксиниваленол или манкоцеб.

Обзор примеров биомаркеров

[0420] Некоторые варианты реализации способов, систем и композиций, предложенных согласно настоящему изобретению, включают обнаружение определенных биомаркеров определенных расстройств. Биомаркеры могут включать нуклеиновые кислоты, белки, фрагменты белков и антигены. Некоторые биомаркеры могут включать мишень, предложенную согласно настоящему изобретению. Примеры расстройств включают рак, такой как рак молочной железы, рак ободочной и прямой кишки, рак желудка, желудочно-кишечные стромальные опухоли, лейкозы и лимфомы, рак легкого, меланомы, рак головного мозга и рак поджелудочной железы. Некоторые варианты реализации могут включать обнаружение присутствия или отсутствия биомаркера, или уровня биомаркера в образце. Указанный биомаркер может указывать на присутствие, отсутствие или стадию определенного расстройства. Примеры биомаркеров включают рецептор эстрогена, рецептор прогестерона, HER-2/neu, рЭФР, KRAS, UGT1A1, C-KIT, CD20, CD30, FIP1L1-рТРФ-альфа, рТРФ, филадельфийскую хромосому (BCR/ABL), PML/RAR-альфа, ТРМТ, UGT1A1, EML4/ALK, BRAF и повышенные уровни определенных аминокислот, таких как лейцин, изолейцин и валин.

ПРИМЕРЫ

Пример 1. Пре/постамплификационная ƒC4D LAMP обнаружение в ПДМС

[0421] Реакционную смесь для LAMP получали в соответствии со стандартным протоколом NEB, с использованием нетранслируемой 5' области генома Н. influenza в качестве мишени. Аликвоты смеси помещали в преамплификационный сосуд (- контроль) и постамплификационный сосуд (+ контроль).

Преамплификационный сосуд инактивировали нагреванием при 85°С в течение 20 минут для предотвращения амплификации. Постамплификационный сосуд амплифицировали при 63°С в течение 60 минут. Аликвоты из каждого сосуда вносили последовательно, чередуя два сосуда, при комнатной температуре, на полидиметилсилоксановый (ПДМС)/стеклянный чип v.1.1, проводя сбор данных в режиме реального времени. На фиг. 24 приведен график, отражающий напряжение сенсора на протяжении периода времени.

Пример 2. Пре/постамплификационная ƒC4D обнаружение с цельной кровью в ПДМС

[0422] Реакционную смесь получали с использованием нетранслируемой 5' области генома Н. influenza в качестве мишени, с 0%, 1% и 5% цельной крови (по объему). Аликвоты смеси помещали в преамплификационный сосуд (- контроль) и постамплификационный сосуд (+ контроль). Преамплификационный сосуд инактивировали нагреванием при 85°С в течение 20 минут для предотвращения амплификации. Постамплификационный сосуд амплифицировали при 63°С в течение 60 минут. Аликвоты из каждого сосуда вносили последовательно, чередуя два сосуда, при комнатной температуре, на ПДМС/стеклянный чип v.1.1, проводя сбор данных в режиме реального времени. На фиг. 25, фиг. 26 и фиг. 27 приведены графики, отражающие напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) для 0%, 1% и 5% цельной крови, соответственно.

Пример 3. Фильтрация до/после амплификации LAMP

[0423] Образцы получали согласно примеру 1. Перед измерением все образцы (за исключением одного, контрольного) фильтровали центрифугированием с фильтром с отсечением по массе 50 кД. Аликвоты из каждого сосуда вносили последовательно, чередуя два сосуда, при комнатной температуре, на ПДМС/стеклянный чип v.1.1, проводя сбор данных в режиме реального времени. Фильтрация улучшала отношение сигнала/шум и изменение проводимости. На фиг. 28 и фиг. 29 приведены графики, отражающие напряжение сенсора на протяжении периода времени до амплификации (- контроль) и после амплификации (+ контроль) с 0% цельной крови, для нефильтрованного образца и фильтрованного образца, соответственно.

Пример 4. Обнаружение проводимости для 10³-10⁶ копий мишени

[0424] Реакционную смесь получали с использованием нетранслируемой 5' области генома Н. influenza в качестве мишени. Обнаружение выполняли с применением инструмента ƒC⁴D. Усредняли данные для 3 повторностей. На фиг. 30 приведен график зависимости времени от нагрузки мишенью; планками погрешностей показано стандартное отклонение. Ни один из матричных отрицательных контролей не демонстрировал отсутствие сигнала при нагревании в течение 60 минут.

Пример 5. Пре/постамплификационная обнаружение ƒC4D с цельной кровью в ПДМС

[0425] Реакционную смесь получали с использованием нетранслируемой 5' области генома Н. influenza в качестве мишени, с 0% или 1% цельной крови (по объему). Аликвоты смеси помещали в преамплификационный сосуд (- контроль) и постамплификационный сосуд (+ контроль). Преамплификационный сосуд инактивировали нагреванием при 85°С в течение 20 минут для предотвращения амплификации. Постамплификационный сосуд амплифицировали при 63°С в течение 60 минут. Аликвоты из каждого сосуда вносили последовательно, чередуя два сосуда, при комнатной температуре, на ПДМС/стеклянный чип v.1.1, проводя сбор данных в режиме реального времени. На фиг. 31 приведен график проводимости для различных образцов из преамплификационного сосуда (- контроль) и постамплификационного сосуда (+ контроль).

Пример 6. Обнаружение поверхностного антигена гепатита В с применением MAIA

[0426] Биотинилированное поликлональное антитело - зонд захвата (анти-HBsAg) конъюгировали с функционализированными стрептавидином магнитными микросферами размером 1 мкм (Dynal Т1). Химерные комплексы для обнаружения синтезировали путем конъюгации биотинилированного поликлонального зонда захвата (анти-HBsAg) со стрептавидином, и конъюгации комплекса стрептавидин-антитело с биотинилированной ДНК-мишенью. Функционализированные антителом гранулы захватывали HBsAg из раствора. HBsAg детектировали по связыванию химерного комплекса антитела и ДНК с последующей амплификацией ДНК-матричной части химерного комплекса. На фиг. 32 изображено связывание антигена с антителом, конъюгированным с нуклеиновыми кислотами. На фиг. 33 приведен график, отражающий обнаружение поверхностного антигена гепатита В.

Пример 7. Обнаружение с буфером с низкой ионной силой

[0427] Коммерческий раствор для амплификации и раствор для амплификации Т10 готовили из реагентов, перечисленных в таблице 3 и таблице 4, соответственно. Коммерческий раствор для амплификации, как правило, использовали для общих реакций амплификации. Раствор для амплификации Т10 отличается пониженным содержанием Tris-HCl и отсутствием сульфата аммония. Готовили по 400 мкл каждого раствора, и приблизительно по 15 мкл каждого раствора вносили в разные каналы экспериментального картриджа. Растворы нагревали до 63,0°С. Данные собирали с использованием панели сбора данных.

[0428] Результаты приведены на фиг. 34. Буфер для амплификации Т10 обеспечивал по меньшей мере на 30% более сильный сигнал по сравнению с сигналом, обеспечиваемым коммерческим раствором для амплификации.

Пример 8. Характеристики импеданса картриджа для текучей среды

[0429] Каналы картриджа для текучей среды, изображенные на фиг. 17А, наполняли референсным буфером с проводимостью 1288 мСм/см, и частоту возбуждения доводили с менее чем приблизительно 100 Гц до более чем приблизительно 1 МГц, и измеряли импеданс («|Z|») или arg Z в зависимости от частоты. Результаты показаны на фиг. 35, в виде либо |Z|, либо arg Z в зависимости от частоты.

Пример 9. Амплификация нуклеиновых кислот, содержащих последовательности HCV

[0430] Образцы, содержащие нуклеиновые кислоты, содержащие последовательности вируса гепатита С (HCV), амплифицировали в ходе ряда экспериментов с применением LAMP в различных условиях, и определяли значения порогового цикла (C_t) наряду со стандартными отклонениями (SD), и относительное стандартное отклонение в % (RSD). Нуклеиновые кислоты включали синтетические нуклеиновые кислоты, содержащие последовательность HCV; синтетическую РНК, содержащую последовательность HCV. Все реакции содержали 5% Tween-20. Для экспериментов с реакциями, содержащими приблизительно миллион копий синтетических нуклеиновых кислот, содержащих последовательность HCV, среднее значение Ct составляло 856, при SD, равном 15, и RSD, равном 1,72%.

[0431] Образцы плазмы, содержащие синтетическую РНК, содержащую последовательность HCV, амплифицировали с применением LAMP в различных условиях, в том числе: без обработки, после обработки нагреванием до добавления указанной синтетической РНК, с нагреванием после добавления указанной синтетической РНК и с добавлением 100 мМ ДТТ. Каждая реакция содержала приблизительно 25 тысяч копий нуклеиновой кислоты. В таблице 5 обобщены результаты.

[0432] Добавление 100 мМ ДТТ или обработка плазмы нагреванием до добавления указанной синтетической РНК улучшало амплификацию, как видно по RSD, по сравнению с необработанными образцами. Добавление ДТТ или обработка плазмы нагреванием до добавления указанной синтетической РНК также обеспечивало более быструю амплификацию (приблизительно в 50 раз более быструю) по сравнению с необработанными образцами (Р=0,03 и 0,002, соответственно).

[0433] Образцы плазмы, содержащие HCV (SeraCare, Милфорд, Массачусетс) амплифицировали с применением LAMP в различных условиях, в том числе: при обработке плазмы нагреванием, при добавлении 100 мМ ДТТ, при добавлении ДСН и/или ДТТ. В таблице 6 обобщены результаты.

[0434] Обработка плазмы нагреванием или добавление ДТТ улучшало результаты амплификации по сравнению с необработанной плазмой, как видно по значениям RSD. Добавление либо 0,05%, либо 0,1% ДСН снижало воспроизводимость и скорость амплификации по сравнению с плазмой, которая не была обработана, была обработана нагреванием или в которую был добавлен ДТТ.

Пример 10. Амплификация клинических образцов, содержащих HCV

[0435] Клинические образцы плазмы, содержащие HCV, амплифицировали с применением LAMP, используя различные концентрации ДТТ. Мастер-микс WarmStart для LAMP (New England Biolabs) использовали для получения образцов в четырех повторностях. Образцы включали: 5% плазму (SeraCare, Милфорд, Массачусетс), содержащую приблизительно ~20 тысяч копий HCV на реакцию, 50 Ед на реакцию ингибитора РНКазы мышей, при различных концентрациях Tween и ДТТ. Образцы, содержащие синтетические нуклеиновые кислоты, содержащие последовательность HCV (1 млн копий на реакцию), тестировали с 1% и 5% Tween. Также тестировали контроли без мишени (NTC). Проводили LAMP при 67°С и измеряли результаты с применением системы Zeus QS3 в течение 60 циклов по 1 мин/цикл, данные регистрировали в течение каждого цикла, и после завершения LAMP использовали восходящую/нисходящую кривую плавления. Результаты обобщены в таблице 7.

[0436] Образцы, содержащие 5% Tween, отличались улучшенной амплификацией по сравнению с образцами, содержащими 1% Tween, как видно по значениям RSD. Аналогичное исследование проводили, дополнительно варьируя концентрации Tween в реакционных пробирках. Результаты обобщены в таблице 8.

[0437] Реакционные объемы с более высокими концентрациями Tween и ДТТ отличались лучшей воспроизводимостью результатов амплификации образцов HCV, в частности, в повторных реакциях было меньше экстремальных выбросов, меньше неуспешных реакций амплификации, и меньшими значениями RSD для амплифицированных повторностей. При 5 мМ ДТТ и 10 мМ ДТТ неамплифицируемые повторности отсутствовали при любых концентрациях Tween. Сходным образом, при 4% и 5% Tween отсутствовали неуспешные повторности или экстремальные выбросы, кроме случаев использования низких (1 мМ и ниже) концентраций ДТТ.

Пример 11. Амплификация мишеней с картриджами

[0438] Проводили серию из трех экспериментов с использованием картриджа, по существу аналогичного картриджу, изображенному на фиг. 2, с шестью ячейками, каждая из которых содержит кольцевой электрод. Каждая ячейка была связана с измеряемым каналом. Образцы включали целевые нуклеиновые кислоты, содержащие последовательности Haemophilus influenza (Hinf) или вируса гепатита В (HBV). Образцы амплифицировали с применением LAMP, и измеряли изменения импеданса.

[0439] Ячейки подготавливали, предварительно нагревая картридж до 72°С в течение 20 минут, наполняя каждую ячейку 25 мкл «контрольного буфера без матрицы и праймеров» (NTPC), блокируя указанный буфер минеральным маслом, нагревания картриджа до 72°С в течение 20 минут, удаления пузырьков из ячеек, охлаждения картриджа при комнатной температуре в течение 10 минут. Образцы вводили на дно предварительно заполненных ячеек и картридж помещали в условия с температурой 67°С или 76,5°С для проведения LAMP в конкретном эксперименте. Для исследований с Hinf использовали частоту 60 кГц. Образцы и соответствующие ячейки/каналы для каждого картриджа перечислены в таблице 9. Целевые последовательностей и праймеры перечислены в таблице 10. Компоненты реакции перечислены в таблице 11.

[0440] Данные для LAMP, проведенной на картридже при 65°С, приведены на фиг. 36А и 36В. На фиг. 36А приведен график не совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения, обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где по оси X отмечено время, и отмечены линии, которые соответствуют LAMP на образцах для NTPC, примерам Hinf и синтетического HBV. На фиг. 36В приведен график совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения, обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где линии соответствуют синтетическому HBV (каналы (Ch) 1-3), NTPC (канал 4) и Hinf (каналы 5-6). Образцы, содержащие синтетический HBV, не амплифицировались на картридже при 65°С. Меченый образец с Hinf демонстрирует пример перепада сигнала, указывающий на положительный образец.

[0441] Данные для LAMP, проведенной на картридже при 67°С, приведены на фиг. 36С и 36D. На фиг. 36С приведен график не совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения, обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где по оси X отмечено время, и отмечены линии, которые соответствуют LAMP на образцах для NTPC, примерам Hinf и синтетического HBV. На фиг. 36D приведен график совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения, обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где линии соответствуют синтетическому HBV (каналы 1-3), NTPC (канал 4) и Hinf (каналы 5-6). Образцы, содержащие синтетический HBV, амплифицировались на картридже при 67°С приблизительно за 49 минут. Меченый образец с Hinf демонстрирует пример перепада сигнала, указывающий на положительный образец.

[0442] Данные LAMP, проведенной на картридже при 67°С, приведены на фиг. 36Е и 36F. На фиг. 36Е приведен график не совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где по оси X отмечено время, и отмечены линии, которые соответствуют LAMP на образцах для NTPC, и примерам Hinf и синтетического HBV. На фиг. 36F приведен график совпадающей по фазе части аттенуированного сигнала возбуждения, обнаруживаемого в тестовой ячейке картриджа по фиг. 2, где линии соответствуют синтетическому HBV (каналы 1-3), NTPC (канал 4) и Hinf (каналы 5-6). Образцы, содержащие синтетический HBV, амплифицировались на картридже при 67°С приблизительно за 46 минут.

[0443] Образцы также тестировали с применением количественной ПНР с применением системы ПЦР с реальном времени от Applied Biosystems QuantStudio™ 3 при 67°С. Пороговые циклы (C_t) вычисляли с применением программного обеспечения QS3 от Thermo Fisher при установленном пороге 10⁴ и одинаковом установленном базовом значении для всех наборов одинаковых реакций. В таблице 12 приведены средник значения Ct для образцов, содержащих Hinf или синтетический HBV.

Реализация систем и терминология

[0444] В вариантах реализации согласно описанию в настоящем документе предложены системы, способы и аппарат для обнаружения присутствия и/или количества целевого аналита. Специалисту в данной области техники будет понятно, что указанные варианты реализации могут быть реализованы в виде аппаратных средств или комбинации аппаратных средств и программного обеспечения, и/или аппаратно- программного обеспечения.

[0445] Функции обработки сигналов и управления считывающим устройством, описанные в настоящем документе, могут храниться в виде одной или более инструкций на считываемом процессором или машиночитаемом носителе. Термин «машиночитаемый носитель» относится к любой доступной среде, к которой может подключаться компьютер или процессор. Например, без ограничений, такая среда может включать ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память, КД-ПЗУ или другие средства хранения на оптических дисках, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие магнитные запоминающие устройства, или любую другую среду, которая может быть использована для хранения требуемого программного кода в форме инструкций или структуры данных, и к которой может подключаться компьютер. Следует отметить, что машиночитаемый носитель может быть материальным и долговременным. Термин «компьютерный программный продукт» относится к вычислительному устройству или процессору в комбинации с кодом или инструкциями (например, «программой»), которые могут быть исполнены, обработаны или вычислены указанным вычислительным устройством или процессором. В настоящем документе термин «код» может относиться к программному обеспечению, инструкциям, коду или данным, исполняемому или исполняемым вычислительным устройством или процессором.

[0446] Различные иллюстративные логические блоки и модули, описанные применительно к вариантам реализации в настоящем документе, могут быть реализованы или выполнены машиной, например, процессором общего назначения, процессором цифровой обработки сигналов (ЦОС), интегральной схемой специального назначения (ИССН), программируемой пользователем вентильной матрицей (ППВМ) или другим программируемым логическим устройством, логическим элементом на дискретных компонентах или транзисторной логической схемой, дискретными аппаратными компонентами, или любой их комбинацией, разработанной для выполнения функций, описанных в настоящем документе. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, однако в альтернативном варианте указанный процессор может представлять собой контроллер, микроконтроллер, их комбинации или т.п. Процессор может также быть реализован в виде комбинации вычислительных устройств, например, комбинации ЦОС и микропроцессора, совокупности микропроцессоров, одного или более микропроцессоров в сочетании с ядром ЦОС или любой другой такой конфигурации. Хотя описание в настоящем документе в первую очередь применимо к цифровой технологии, процессор может также включать в основном аналоговые компоненты. Например, любой из алгоритмов обработки сигналов, описанных в настоящем документе, может быть реализован в аналоговой схеме. Вычислительная среда может включать компьютерную систему любого типа, в том числе, но не ограничиваясь перечисленным, компьютерную систему на основе микропроцессора, большого компьютера, процессора цифровой обработки сигналов, портативного вычислительного устройства, персонального организатора, контроллера устройства и вычислительного механизма в приборе, в числе прочих.

[0447] Описанные в настоящем документе способы включают один или несколько этапов или действий для реализации описанного способа. Указанные этапы способа и/или действия могут быть взаимно заменены без отступления от объема, определяемого формулой изобретения. Другими словами, если для правильного выполнения описываемого способа не требуется специфический порядок этапов или действий, порядок и/или применение специфических этапов и/или действий могут быть модифицированы без отступления от объема формулы изобретения.

[0448] Термин «содержащий» в этом документе является синонимом терминов «включающий», «вмещающий» или «характеризующийся» чем-либо, является охватывающим или неограничивающим, и не исключает дополнительных не упоминаемых элементов или этапов.

[0449] В вышеприведенном описании раскрыты некоторые способы и материалы, предложенные согласно настоящему изобретению. Настоящим изобретением предусмотрены модификации способов и материалов, а также изменения технологических способов и оборудования. Такие модификации будут очевидными для специалистов в данной области техники после изучения настоящего документа или практической реализации настоящего изобретения согласно описанию в документе. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение не ограничено специфическими вариантами реализации, описанными в настоящем документе, а охватывает все модификации и альтернативы, входящие в объем и соответствующие существу настоящего изобретения.

[0450] Все источники, цитируемые в настоящем документе, в том числе, но без ограничения, опубликованные и неопубликованные заявки, патенты и литературные источники, включены в настоящий документ полностью посредством ссылки и, таким образом, составляют часть настоящего изобретения. В том случае, если публикации и патенты, или заявки на патенты, включенные посредством ссылок, противоречат раскрытому в настоящем описании изобретению, предполагается, что настоящее описание замещает любой такой противоречащий материал и/или имеет преимущественную силу.

Изобретение относится к биотехнологии. Описана система для обнаружения целевого агента, содержащая: аналитический картридж, включающий тестовую ячейку, содержащую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, причем тестовая ячейка выполнена с возможностью вмещать образец, содержащий целевой агент, подвергающийся процессу амплификации, причем указанный целевой агент содержит нуклеиновую кислоту; и считывающее устройство, включающее: область, выполненную с возможностью принимать аналитический картридж, нагреватель, располагающийся таким образом, чтобы нагревать используемый аналитический картридж внутри полости, память, хранящую по меньшей мере машиночитаемые инструкции по хранению, и процессор, конфигурируемый указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере: приводить к нагреванию аналитического картриджа нагревателем до заданной температуры для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки; подавать ток возбуждения на возбуждающий электрод на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, принимать сигнал от сенсорного электрода, соответствующий току возбуждения после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом внутри тестовой ячейки, раскладывать указанный сигнал на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления, анализировать составляющую реактивного сопротивления для определения наличия перепада сигнала относительно времени и на определенной частоте указанного сигнала, указывающего на положительный образец, содержащий целевой агент, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, и в ответ на определение возникновения перепада сигнала выводить положительный результат теста; или в ответ на определение отсутствия перепада сигнала выводить отрицательный результат теста. Также описано устройство и способ для исследования образца на целевой агент. Изобретение обеспечивает нетребовательное к ресурсам низкозатратное устройство, обеспечивает быстрые и устойчивые сенсорное обнаружение и идентификацию. Такое устройство может задействовать микрофлюидику, биохимию и электронику для обнаружения одной или более мишеней одновременно в полевых условиях, а также возле места или в месте предоставления медицинских услуг. 3 н. и 59 з.п. ф-лы, 36 ил., 12 табл., 11 пр.

1. Система для обнаружения целевого агента, содержащая:

аналитический картридж, включающий тестовую ячейку, содержащую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, причем тестовая ячейка выполнена с возможностью вмещать образец, содержащий целевой агент, подвергающийся процессу амплификации,

причем указанный целевой агент содержит нуклеиновую кислоту; и

считывающее устройство, включающее:

область, выполненную с возможностью принимать аналитический картридж,

нагреватель, располагающийся таким образом, чтобы нагревать используемый аналитический картридж внутри полости,

память, хранящую по меньшей мере машиночитаемые инструкции по хранению, и

процессор, конфигурируемый указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере:

приводить к нагреванию аналитического картриджа нагревателем до заданной температуры для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки;

подавать ток возбуждения на возбуждающий электрод на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации,

принимать сигнал от сенсорного электрода, соответствующий току возбуждения после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом внутри тестовой ячейки,

раскладывать указанный сигнал на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления,

анализировать составляющую реактивного сопротивления для определения наличия перепада сигнала относительно времени и на определенной частоте указанного сигнала, указывающего на положительный образец, содержащий целевой агент, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации, и

в ответ на определение возникновения перепада сигнала выводить положительный результат теста; или в ответ на определение отсутствия перепада сигнала выводить отрицательный результат теста.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный аналитический картридж дополнительно содержит:

область ввода образца, выполненную с возможностью принимать образец; и

проточный канал, соединяющий по текучей среде область ввода образца с тестовой ячейкой.

3. Система по п. 2, в которой аналитический картридж дополнительно содержит:

герметизированную камеру, содержащую жидкие составляющие процесса амплификации, расположенную в области аналитического картриджа, имеющего отверстие, ведущее в проточный канал, причем область ввода образца расположена между указанным отверстием и тестовой ячейкой вдоль проточного канала; и

пневматический канал для текучей среды, соединяющий по текучей среде пневматическое устройство сопряжения с областью аналитического картриджа,

при этом в указанную тестовую ячейку помещены высушенные составляющие процесса амплификации.

4. Система по п. 3, в которой считывающее устройство включает пневматическую систему, выполненную с возможностью подачи давления через пневматическое устройство сопряжения, процессор, дополнительно сконфигурированный указанными инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере:

приводить в действие двигатель, сопряженный с приводом, расположенным таким образом, чтобы прорывать герметизированную камеру и приводить к попаданию жидких составляющих в область аналитического картриджа; и

активировать пневматическую систему, в результате чего жидкие составляющие попадают в проточный канал и переносят образец, поступивший из области ввода образца, в тестовую ячейку.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанный аналитический картридж дополнительно содержит смесительную камеру, расположенную между областью ввода образца и тестовой ячейкой вдоль проточного канала, выполненную с возможностью смешения жидких составляющих и образца по существу в равномерно перемешанную исследуемую текучую среду.

6. Система по п. 1, в которой аналитический картридж содержит первое устройство сопряжения с электродом, включающее первую контактную площадку, ведущую к возбуждающему электроду, и вторую контактную площадку, ведущую к сенсорному электроду.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что указанное считывающее устройство содержит второе устройство сопряжения с электродом, выполненное с возможностью соединения с первым устройством сопряжения с электродом, при этом аналитический картридж поступает в область считывающего устройства.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что указанное считывающее устройство дополнительно содержит источник напряжения, сконфигурированный для генерации тока возбуждения, а второе устройство сопряжения с электродом включает:

третью контактную площадку, расположение которой обеспечивает сопряжение с первой контактной площадкой, причем указанная третья контактная площадка сопряжена с источником напряжения; и

четвертую контактную площадку, расположение которой обеспечивает сопряжение со второй контактной площадкой, причем указанная четвертая контактная площадка сопряжена с памятью.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что для разложения указанного сигнала на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления процессор дополнительно сконфигурирован инструкциями таким образом, чтобы по меньшей мере:

замерять сигнал с частотой большей, чем его частота Найквиста, где указанный сигнал соответствует импедансу указанного образца;

раскладывать указанный сигнал на синфазную составляющую и несинфазную составляющую; и

вычислять составляющую активного сопротивления на основании синфазной составляющей и вычислять составляющую реактивного сопротивления на основании несинфазной составляющей.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что для анализа составляющей реактивного сопротивления процессор дополнительно сконфигурирован указанными инструкциями по меньшей мере для оценки заданных ожидаемых характеристик перепада сигнала из памяти.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают окно времени на протяжении времени протекания процесса амплификации, когда указанный перепад сигнала должен произойти согласно прогнозу.

12. Система по п. 10, отличающаяся тем, что указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговое изменение значения составляющей реактивного сопротивления.

13. Система по п. 10, отличающаяся тем, что указанные заданные ожидаемые характеристики перепада сигнала, хранящиеся в памяти, включают пороговый уклон кривой составляющей реактивного сопротивления, соответствующей значениям составляющей реактивного сопротивления, замеряемым в течение по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации.

14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата.

15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты.

16. Система по п. 14, отличающаяся тем, что указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту.

17. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный процесс амплификации включает изотермическую амплификацию.

18. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный процесс амплификации включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

19. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки выше 30°C.

20. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанная заданная температура для выполнения процесса амплификации внутри тестовой ячейки находится в диапазоне от 60°C до 70°C.

21. Система по п. 3, отличающаяся тем, что жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

22. Система по п. 3, отличающаяся тем, что высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

23. Устройство для исследования образца на целевой агент, содержащее:

область ввода образца, выполненную с возможностью вмещать образец, содержащий целевой агент;

тестовую ячейку, содержащую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, причем указанная тестовая ячейка выполнена с возможностью:

вмещать образец во время процесса амплификации,

подавать ток на образец во время процесса амплификации с использованием возбуждающего электрода, и

воспринимать с использованием сенсорного электрода сигнал, соответствующий току после его затухания вследствие взаимодействия по меньшей мере с образцом внутри тестовой ячейки;

проточный канал, соединяющий по текучей среде область ввода образца с тестовой ячейкой; и

процессор, выполненный с возможностью:

принимать указанный сигнал,

раскладывать указанный сигнал на составляющую активного сопротивления и составляющую реактивного сопротивления,

анализировать составляющую реактивного сопротивления для определения наличия перепада сигнала относительно времени и на определенной частоте указанного сигнала, указывающего на положительный образец, содержащий целевой агент, на протяжении по меньшей мере части времени протекания процесса амплификации.

24. Устройство по п. 23, дополнительно содержащее:

герметизированную камеру, содержащую жидкие составляющие процесса амплификации, расположенную в области устройства, имеющей отверстие, ведущее в проточный канал, при этом область ввода образца расположена между указанным отверстием и тестовой ячейкой вдоль проточного канала; и

высушенные составляющие процесса амплификации, помещенные в тестовую ячейку.

25. Устройство по п. 24, дополнительно содержащее:

острие, выполненное с возможностью прорывать герметизированную камеру и приводить к попаданию жидких составляющих в указанную область; и

пневматический канал для текучей среды, соединяющий по текучей среде пневматическое устройство сопряжения с областью указанного устройства, при этом указанный пневматический канал для текучей среды выполнен с возможностью подавать давление в указанную область, что приводит к попаданию жидких составляющих в проточный канал и переносу образца, поступившего из области ввода образца, в тестовую ячейку.

26. Устройство по п. 25, дополнительно содержащее смесительную камеру, расположенную между областью ввода образца и тестовой ячейкой вдоль проточного канала, при этом указанная смесительная камера выполнена с возможностью смешивать жидкие составляющие и образец по существу в равномерно перемешанную исследуемую текучую среду.

27. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный аналитический картридж содержит первое устройство сопряжения с электродом, включающее первую контактную площадку, ведущую к электроду возбуждения, и вторую контактную площадку, ведущую на сенсорный электрод.

28. Устройство по п. 23, дополнительно содержащее монтажную плату, включающую возбуждающий электрод и сенсорный электрод, отличающееся тем, что область ввода образца и по меньшей мере часть проточного канала образуют единую деталь из непроницаемого для жидкости материала, и тем, что указанная монтажная плата прикреплена к части из непроницаемого для жидкости материала.

29. Устройство по п. 28, дополнительно содержащее крышку, расположенную над непроницаемым для жидкости материалом и монтажной платой, содержащую отверстие, расположенное над областью ввода образца, и колпачок, выполненный с возможностью герметизировать указанное отверстие с возможностью последующего открытия.

30. Устройство по п. 29, отличающееся тем, что боковые стороны тестовой ячейки образуют круглое отверстие в непроницаемом для жидкости материале, и тем, что дно тестовой ячейки образовано монтажной платой.

31. Устройство по п. 30, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод и указанный сенсорный электрод расположены на дне тестовой ячейки, в отдалении от боковых сторон тестовой ячейки.

32. Устройство по п. 28, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод и указанный сенсорный электрод выполнены с возможностью нахождения по существу на одном уровне с нижним слоем монтажной платы.

33. Устройство по п. 23, дополнительно содержащее отводное отверстие, выполненное с возможностью высвобождения газа из тестовой ячейки, отличающееся тем, что указанное отводное отверстие накрыто непроницаемым для жидкости, газопроницаемым фильтром.

34. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод содержит круглый электрод, расположенный в центре ячейки, и тем, что указанный сенсорный электрод содержит кольцевой электрод, располагающийся концентрически вокруг возбуждающего электрода.

35. Устройство по п. 34, отличающееся тем, что указанный кольцевой электрод отделен от указанного круглого электрода зазором, приблизительно равным радиусу кольцевого электрода.

36. Устройство по п. 34, отличающееся тем, что указанный кольцевой электрод отделен от указанного круглого электрода зазором, размер которого по меньшей мере в два раза больше радиуса кольцевого электрода.

37. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод содержит первый полукруглый электрод, а указанный сенсорный электрод содержит второй полукруглый электрод, отделенный зазором от первого полукруглого электрода, отличающийся тем, что прямолинейные части указанных первого и второго полукруглых электродов обращены друг к другу через зазор.

38. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод содержит первый линейный электрод, а указанный сенсорный электрод содержит второй линейный электрод, отделенный зазором от первого линейного электрода.

39. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный возбуждающий электрод содержит первый квадратный электрод, а указанный сенсорный электрод содержит второй квадратный электрод, отделенный зазором от первого линейного электрода.

40. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата.

41. Устройство по п. 40, отличающееся тем, что указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты.

42. Устройство по п. 40, отличающееся тем, что указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту.

43. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный процесс амплификации включает изотермическую амплификацию.

44. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанный процесс амплификации включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

45. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанная тестовая ячейка выполнена с возможностью нагрева образца до температуры выше 30°C.

46. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанная тестовая ячейка выполнена с возможностью нагрева образца до температуры в диапазоне от 60°C до 70°C.

47. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

48. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что указанные высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

49. Способ обнаружения целевого агента, включающий:

предоставление картриджа, содержащего тестовую ячейку, включающую возбуждающий электрод и сенсорный электрод;

введение образца, содержащего целевой агент, в указанный картридж;

ввод картриджа в считывающее устройство;

проведение амплификации целевого агента, содержащегося в образце, внутри тестовой ячейки;

подачу сигнала возбуждения со считывающего устройства на возбуждающий электрод;

сенсорное обнаружение с использованием возбуждающего электрода сигнала из тестовой ячейки, соответствующего импедансу образца, подвергающегося амплификации;

передачу сигнала на считывающее устройство; и

обнаружение целевого агента на основании анализа считывающим устройством реактивной части импеданса для идентификации перепада сигнала относительно времени и на определенной частоте указанного сигнала, указывающего на положительный результат теста.

50. Способ по п. 49, дополнительно включающий:

подачу образца в область ввода образца картриджа;

прорывание герметизированной камеры внутри картриджа для высвобождения жидких составляющих процесса амплификации в проточный канал картриджа; и

обеспечение протекания жидких составляющих и образца вдоль проточного канала в тестовую ячейку, с перемешиванием таким образом жидких составляющих и образца с получением исследуемой текучей среды.

51. Способ по п. 50, дополнительно включающий увлажнение высушенных компонентов процесса амплификации, содержащихся внутри тестовой ячейки, исследуемой текучей средой.

52. Способ по п. 49, дополнительно включающий выталкивание газа, захваченного исследуемой текучей средой, через отводное отверстие, сообщающееся через текучую среду с тестовой ячейкой.

53. Способ по п. 49, дополнительно включающий идентификацию перепада сигнала на основании части кривой, генерированной на основании реактивной части, которая отличается чем-либо одним или и первым, и вторым из более чем порогового изменения значения и временнóй локализации внутри заданного окна времени в процессе амплификации.

54. Способ по п. 49, отличающийся тем, что указанный процесс амплификации включает приведение обработанного образца в контакт с зондом захвата.

55. Способ по п. 54, отличающийся тем, что указанный зонд захвата выбран из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора и нуклеиновой кислоты.

56. Способ по п. 54, отличающийся тем, что указанный зонд захвата содержит детектируемую нуклеиновую кислоту.

57. Способ по п. 49, отличающийся тем, что указанная амплификация включает изотермическую амплификацию.

58. Способ по п. 49, отличающийся тем, что указанная амплификация включает петлевую изотермическую амплификацию (LAMP).

59. Способ по п. 49, отличающийся тем, что проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры, превышающей 30°C.

60. Способ по п. 49, отличающийся тем, что проведение амплификации целевого агента включает нагревание образца до температуры в диапазоне от 60°C до 70°C.

61. Способ по п. 50, отличающийся тем, что указанные жидкие составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.

62. Способ по п. 51, отличающийся тем, что указанные высушенные составляющие процесса амплификации содержат компонент, выбранный из группы, состоящей из антитела или его антигенсвязывающего фрагмента, белкового рецептора, нуклеиновой кислоты, такой как праймер, буфера и фермента, такого как полимераза.