(57)【要約】  標的分子検出システムは、撮像装置と、機能化面を有するフローセルと、光源と、磁石と、を含む。機能化面は磁石を介して機能化面に引き付けられた標的分子を結合するように構成される。標的分子はナノ粒子を結合するように構成され、光源は結合したナノ粒子に光線を向けるように構成される。ナノ粒子からの光が撮像装置により取り込まれ分析され、標的分子の存在を検出する。
2019533816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル内の標的分子検出システムであって、該システムは、
撮像装置と、
透明な面、及び標的分子を結合するように構成された複数の捕捉プローブを備える機能化面を備えるフローセルと、
前記標的分子を前記機能化面に向けるように構成され前記機能化面の反対側に配置された磁石と、
結合した標的分子に光線を向けるように構成された光源と、を備え、
前記撮像装置が前記標的分子からの光を取り込み前記標的分子の存在を検出するように構成される、システム。
【請求項２】
複数の磁性粒子が前記標的分子と結合するように構成され、前記磁石が前記磁性粒子と相互作用し前記標的分子を前記機能化面に向けるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フローセルは前記撮像装置への光線の拡散を妨げるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記撮像装置が暗視野像を取り込むように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記標的分子が前記機能化面に結合したとき前記標的分子がナノ粒子に結合するように構成され、前記ナノ粒子は光線を前記撮像装置へ反射するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ナノ粒子が金ナノ粒子である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ナノ粒子はさらに拡大ナノ粒子の成長のための核形成部位として働くように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記撮像装置と前記フローセルの間に配置されたレンズをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
撮像装置と、機能化面に結合した複数の捕捉プローブを有する前記機能化面を備えるフローセルと、磁石と、光源と、を備えるセンサを用いたサンプル内の標的分子検出方法であって、
標的分子を磁性粒子に結合するステップと、
前記磁石を介して前記磁性粒子及び標的分子を前記機能化面に向けるステップと、
前記標的分子を前記複数の捕捉プローブの一つに結合するステップと、
ナノ粒子を前記標的分子に結合するステップと、
前記光源からの光線を前記ナノ粒子に向けるステップと、
前記撮像装置で前記ナノ粒子からの光を取り込むステップと、
前記標的分子を検出するために記ナノ粒子からの前記光を分析するステップと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記光を取り込むステップは暗視野像を取り込むステップを含み、前記光を分析するステップは前記暗視野像に取り込まれた光のスポットを定量化するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
拡大ナノ粒子を成長させるステップをさらに含み、前記ナノ粒子はさらに核形成部位として働くように構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子を結合するステップは前記ナノ粒子を前記標的分子に直接結合するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子を結合するステップは前記標的分子に結合した前記磁性粒子の結合部位に前記ナノ粒子を結合するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記光線を前記ナノ粒子に向けるステップは前記撮像装置への光線の拡散を妨げるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記標的分子を前記磁性粒子からほどくように前記標的分子を変性するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁性粒子は、磁性体と、前記磁性粒子を前記標的分子に結合するように構成された結合部位とを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記磁性粒子はさらに金コーティングを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁性粒子はさらにナノ粒子結合部位を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
撮像装置と、機能化面に結合した複数の捕捉プローブを有する前記機能化面を備えるフローセルと、磁石と、光源と、を備えるセンサを用いたサンプル内の標的分子検出方法であって、
標的分子を磁性粒子に結合するステップと、
前記磁石を介して前記磁性粒子及び標的分子を前記機能化面に向けるステップと、
前記標的分子を前記複数の捕捉プローブの一つに結合するステップと、
前記光源からの光線を前記磁性粒子に向けるステップと、
前記撮像装置で前記磁性粒子からの光を取り込むステップと、
前記標的分子を検出するために前記磁性粒子からの光を分析するステップと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記磁性粒子が鉄−金の複合材料である、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１０月２６日に出願された“光検知を用いた自動核酸検出及び定量”と題する米国仮特許出願第６２／４１３１４４号の利益及び優先権を主張し、その全ての内容を参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本明細書に開示される主題は核酸分子などの標的分子を検出することに関し、より具体的には、標的分子の光検知システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
生体サンプルを分析し、核酸分子などの標的分子の存在を検出するため、種々の方法が開発されてきた。これらの方法は、例えば、サンプル内の病原体を検出するのに用いることができる。
【０００４】
通常、検出方法はポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などの破壊技術を用いてサンプルから核酸分子を抽出及び複製する。ＰＣＲは微量のＤＮＡフラグメントの分析に充分な量への複製及び増幅を可能にする技術である。そのため、ＰＣＲはＤＮＡ塩基配列決定法及びサンプル内のＤＮＡフラグメントの検出などのさまざまな応用に用いることができる。
【０００５】
特定の標的核酸分子を検出する電子センサは、一連の電極対の間のセンサ面に固定された捕捉プローブを含み得る。標的核酸分子を検出するシステム及び方法の例が、その全ての内容を参照により本明細書に援用する、特許文献１に記載されている。ＰＣＲ後、増幅した生成物又は標的の病原体配列由来のアンプリコンがプローブにより捕捉される。相補配列で機能化されたナノ金クラスターがアンプリコンへの局所ハイブリダイゼーションに用いられる。続いて、金デベロッパー試薬での短期処理を用いて、ナノ金クラスターは金属化のための触媒核形成部位として働き、それが充分な導電性の膜の成長につながる。金膜の存在は電極間のギャップを短絡し抵抗の減少により測定され、それにより測定される捕捉増幅生成物の存在が認められる。しかしながら、そのようなセンサは少量の標的分子には反応しない可能性があり、偽陰性の結果又は標的分子の検出不良をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６４５５７４号明細書
【発明の概要】
【０００７】
標的分子検出システムは、撮像装置と、機能化面を有するフローセルと、光源と、磁石と、を含む。機能化面は磁石を介して機能化面に引き付けられた標的分子を結合するように構成される。標的分子はナノ粒子を結合するように構成され、光源は光線を結合したナノ粒子に向けるように構成される。標的分子又はナノ粒子からの光が撮像装置により取り込まれ分析され、標的分子の存在を検出する。
【０００８】
実施形態では、サンプル内の標的分子検出システムが記載されている。システムは撮像装置と、透明な面及び機能化面を有するフローセルと、を含む。機能化面は標的分子を結合するように構成された複数の捕捉プローブを含む。磁石が機能化面の反対側に配置され、標的分子を機能化面に向けるように構成される。光源は光線を結合した標的分子に向けるように構成される。撮像装置が標的分子からの光を取り込み標的分子の存在を検出するように構成される。
【０００９】
他の実施形態では、センサを用いたサンプル内の標的分子検出方法が記載されている。センサは撮像装置と、フローセルと、磁石と、光源と、を含む。フローセルは機能化面に結合した複数の捕捉プローブを有する機能化面を含む。方法は、標的分子を磁性粒子に結合すること、磁石を介して磁性粒子及び標的分子を機能化面に向けること、を含む。方法は標的分子を複数の捕捉プローブの一つに結合すること、ナノ粒子を標的分子に結合すること、をさらに含む。光源からの光線をナノ粒子に向け、撮像装置でナノ粒子からの光を取り込む。ナノ粒子からの光を分析し標的分子を検出する。
【００１０】
さらに他の実施形態では、センサを用いたサンプル内の標的分子検出方法が記載されている。センサは撮像装置と、フローセルと、磁石と、光源と、を含む。フローセルは機能化面に結合した複数の捕捉プローブを有する機能化面を含む。方法は、標的分子を磁性粒子に結合すること、磁石を介して磁性粒子及び標的分子を機能化面に向けること、を含む。方法は標的分子を複数の捕捉プローブの一つに結合すること、をさらに含む。光源からの光線を磁性粒子に向け、撮像装置で磁性粒子からの光を取り込む。磁性粒子からの光を分析し標的分子を検出する。
【００１１】
いくつかの開示された実施形態の実施に際して実現することができる利点は、核酸センサの感度の向上及び低濃度標的分子の検出の改善である。
【００１２】
上記の実施形態は単なる例示である。他の実施形態は開示された主題の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の特徴を理解することができるように、そのいくつかが添付図面に示されている特定の実施形態を参照することにより本発明の詳細な説明が行われてもよい。しかしながら、開示された主題の範囲が他の実施形態を同様に包含するため、図面は本発明の特定の実施形態を示すのみであり、したがって、その範囲の限定とみなされてはならないことに留意されたい。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、概して本発明の特定の実施形態の特徴を示すことに重点が置かれている。図面において、種々の図全体にわたり、同様の数字は同様の部分を示すために用いられている。
【００１４】
【図１】採取した血液／食品／生体サンプルの流体サンプルを検査するように構成された複数の使い捨てカートリッジの一つを受け入れるように機能するポータブル診断アッセイシステムの斜視図である。
【図２】血液／食品／生体サンプルを検査するように構成された使い捨てカートリッジの一つの分解斜視図である。
【図３】その一つが検査された流体サンプルの特定の属性を検出するため流体サンプルを破壊するのにふさわしいアッセイ化学薬品を含む、中央アッセイチャンバを含むさまざまなアッセイチャンバを示す使い捨てカートリッジの一つの上面図である。
【図４】流体サンプルに複数の操作を行うために流体サンプルの少なくとも一部を一つのチャンバから他のチャンバへ送るよう機能するさまざまなチャネルを示す、図３に示す使い捨てカートリッジの底面図である。
【図５】機能化面を有するセンサシステムの実施形態の図である。
【図６】標的分子の検出方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図７】磁性粒子と結合した標的分子を有する、図５のセンサシステムの図である。
【図８Ａ】磁性粒子の実施形態の断面図である。
【図８Ｂ】磁性粒子の他の実施形態の断面図である。
【図８Ｃ】ナノ粒子と結合した磁性粒子の実施形態の図である。
【図８Ｄ】ナノ粒子と結合した磁性粒子の他の実施形態の図である。
【図８Ｅ】磁性粒子及びナノ粒子と結合した標的分子の実施形態の図である。
【図８Ｆ】磁性粒子及びナノ粒子と結合した標的分子の他の実施形態の図である。
【図８Ｇ】ナノ粒子及び磁性粒子と結合した標的分子のさらに他の実施形態の図である。
【図９】機能化面と結合した標的分子を有する、図５及び７のセンサシステムの図である。
【図１０】標的分子と結合した機能化ナノ粒子を有する、図５及び７〜８のセンサシステムの図である。
【図１１】機能化ナノ粒子に向けられた光源を有する、図５、７〜８、及び１０のセンサシステムの図である。
【図１２Ａ】暗視野顕微鏡検査での５０ｎｍ単分散ナノ粒子の散乱の兆候の実施形態である。
【図１２Ｂ】暗視野顕微鏡検査での１００ｎｍ単分散ナノ粒子の散乱の兆候の実施形態である。
【図１３】暗視野顕微鏡検査での成長したナノ粒子と充分に成長していないナノ粒子の散乱の兆候の比較である。
【図１４】光学センサシステムの実施形態の図である。
【図１５Ａ】磁石を縮めた状態の図１４の光学センサシステムの拡大部分図である。
【図１５Ｂ】磁石を延ばした状態の図１４の光学センサシステムの拡大部分図である。
【図１６】図１４の光学センサシステムを内蔵する光学機器の実施形態の側面図である。
【図１７Ａ】機能化面を有するセンサシステムの他の実施形態の図である。
【図１７Ｂ】機能化面と結合した標的分子を有する、図１７Ａのセンサシステムの図である。
【図１７Ｃ】標的分子と結合したナノ粒子を有する、図１７Ａ〜１７Ｂのセンサシステムの図である。
【００１５】
いくつかの図全体にわたり、同様の参照文字は同様の部分を示す。本明細書に設定される例はいくつかの実施形態を示すが、いかなる方法によっても範囲を制限して解釈されるべきものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
その全ての内容が参照により本明細書に含まれる、２０１６年５月１８日に出願された“サンプル調製方法及びシステム”と題する同一出願人による同時係属米国特許出願第１５／１５７５８４号明細書に記載のもののように、使い捨てカートリッジをポータブル／自動アッセイシステム（portable/automated assay system、携帯／自動分析システム）用と記載する。使い捨てカートリッジの主な用途にＤＮＡ検査を含むが、使い捨てカートリッジを、ポータブル／自動アッセイシステムが検出するように構成された種々の血液感染性疾患のごく一部の名前を挙げるだけだが、血液、食品、又は生体を検出する肝炎、自己免疫不全症候群（ＡＩＤＳ／ＨＩＶ）、糖尿病、白血病、バセドウ病、ループス、多発性骨髄腫などで見られ得るさまざまな疾患のいずれかを検出するのに用いてもよい。食品診断カートリッジはサルモネラ菌、大腸菌、黄色ブドウ球菌、又は赤痢菌を検出するのに用いてもよい。診断カートリッジはまた、昆虫からのサンプル及び試料を検査するのに用いてもよい。例えば、血液診断カートリッジは、ほんの数例を挙げれば、マラリア、脳炎、及びウエストナイルウイルスなどの疾患を検出するため動物に有用な専用カートリッジであってもよい。
【００１７】
より具体的には、図１及び図２を参照すると、ポータブルアッセイシステム１０は、それぞれが血液、食品、又は生物学的（動物媒介性）疾患マーカーを提供する可能性がある流体サンプルの特定の属性を検出するよう選択的に構成されたさまざまな使い捨てアッセイカートリッジ２０のいずれかを収容する。ポータブルアッセイシステム１０は、流体の属性を識別又は検出するための使い捨てアッセイカートリッジ２０の種々のコンパートメント又はチャンバへ流体を出し入れするように機能する一つ以上の線形及び回転型アクチュエータを含む。より具体的には、カートリッジ２０はそこから水平に延びるフローセル２１を含む。ポータブルアッセイシステム１０の回転型アクチュエータ（図示せず）は、円筒状ロータ１８の周りに配置されたさまざまなポート１８Ｐの一つを固定カートリッジボディ２２のシリンジバレル２２Ｂと合わせる。線形アクチュエータ２４は、シリンジバレル２２内の圧力を展開させる、すなわち正又は負（真空）にするようにプランジャシャフト２６を動かす。つまり、プランジャシャフト２６は、チャンバ３０、３２の一つ以上に含まれる流体を送る及び／又は混ぜるようにシリンジ２２内のエラストマープランジャ２８を動かす。
【００１８】
使い捨てカートリッジ２０は、分析用流体サンプルを準備する及び／又は流体サンプル分析を行うための自動工程を提供する。サンプル準備工程は、細胞の破壊、ＤＮＡ及びＲＮＡのサイジング、及び分析用材料の濃縮／浄化を可能にする。より具体的には、本開示のサンプル準備工程は、約１００〜１００００の塩基対のサイズ範囲内のＤＮＡ及びＲＮＡのフラグメントを準備する。チャンバはエンドリペア及びキナーゼ処理に必要な試薬を送るのに用いることができる。酵素を使い捨てカートリッジ２０に乾燥及び再水和して保存してもよく、又は使用直前に使い捨てカートリッジ２０に加えてもよい。回転型アクチュエータを導入すると、何度も開閉するバルブの複雑なシステムの必要なくシングルプランジャ２６、２８が流体サンプルを吸引及び投与できるようになる。従来のシステムに比べ、これは漏出の可能性及び装置の障害を大幅に減らす。そして、システムが人的過誤の可能性を大幅に減少することも理解されよう。
【００１９】
図３及び図４において、円筒状ロータ１８は、中央チャンバ３０及び一つ以上の放射又は円周方向壁により取り囲まれ隔てられた複数のアッセイチャンバ３２、３４を含む。記載の実施形態において、中央チャンバ３０が流体サンプルを収容する一方で、周囲のチャンバ３２、３４は流体サンプルの属性を検出するための前処理したアッセイ化学薬品又は試薬を含む。化学薬品又は試薬をまず、検査を行う直前に乾燥及び再水和してもよい。一部のチャンバ３２、３４は、アッセイ手順が進行中又は工程内である間にアッセイ化学薬品が導入できるよう開口していてもよい。チャンバ３０、３２、３４は、下部パネル４４に沿って、すなわちロータ１８の裏面に沿って成形されたチャネル４０、４２により、流体連結、すなわちポート１８Ｐの一つからチャンバ３０、３２、３４の一つの間に配置される。例えば、開口部４２に相当する第１のポート１８Ｐは、開口部５０を介して中央チャンバ３０との流体連結にあってもよい。
【００２０】
図５はセンサシステム７０の実施形態を示す。センサシステム７０は、静止画、動画、又はそれらの組み合わせを取り込むように構成された撮像装置７２を含む。例えば、撮像装置７２は高解像度静止画を取り込むように構成され得る。図示した実施形態では、撮像装置７２はピクセルアレイ７４及びアレイ回路７６を含む。ピクセルアレイ７４はいくつもの適切な画素を含み得る。例えば、ピクセルアレイ７４は少なくとも６メガピクセルを含む高密度アレイであり得る。さらなる例では、カメラは広視野を有し得る。ピクセルアレイ７４は、アクティブアレイ、パッシブアレイ、平坦フーリエ捕捉アレイ、アングルセンシティブアレイ、フォトダイオードアレイ、電荷結合素子、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、又は電荷注入装置などの感光性ピクセルアレイである。
【００２１】
センサシステム７０はまた、フローセル７８を含む。フローセル７８は、中でもポリプロピレン又はポリスチレンポリマー、又はガラスなどの適した材料から形成することができる。実施形態では、フローセルは射出成形により形成される。フローセル７８は、透明な又は光学的に透明な面８０及び透明な機能化面８２を含む。機能化面８２は、面８２上に捕捉プローブ分子８４の付着及び固定を可能にする機能化酸化物面の形で複数の捕捉プローブ８４を含む。捕捉プローブ８４は、相補配列間の相互作用により標的分子８６（図７）を捕捉又は結合するように設計されている。標的分子８６は生体サンプルから採取することができる。生体サンプルは、中でも血液、粘液、及び皮膚などの適した種類の材料であり得る。例えば、標的分子８６はタンパク質配位子又はＤＮＡセグメントであり得る。
【００２２】
対物レンズ又はレンズ７５を撮像装置７２とフローセル７８の間に任意に配置することができる。磁石８８を機能化面８２の反対側に配置することができる。磁石８８は、単一磁石又は磁石のアレイであり得る。
【００２３】
図６は標的分子の検出方法９０の実施形態を示す。方法９０は、センサシステム７０などのセンサシステムにより用いられ得る。ブロック９２では、図７に示すように、標的分子８６は磁性粒子１１０と結合する。実施形態では、標的分子８６はフローセル７８に導入される前に磁性粒子１１０と結合する。他の実施形態では、標的分子８６と磁性粒子１１０はフローセル７８に非結合状態で導入され、標的分子８６はフローセル７８内で磁性粒子１１０と結合する。
【００２４】
図８Ａ〜図８Ｂは磁性粒子１１０の二つの実施形態を示す。図８Ａに示すように、一つの実施形態では、磁性粒子１１０Ａは、鉄などの磁性材料から形成された磁気コア１１２及びナノ粒子コーティング１１４を有する複合粒子である。例えば、コーティング１１４は金コーティングであり得る。コーティング１１４は、さらなるナノ粒子の成長のために核形成部位として働くように構成され得る。磁性粒子１１０Ａは、標的分子８６に結合するための配位子Ａの少なくとも一つの結合部位を含む。チオール、アミン、又はアルデヒドなどの化学反応基は配位子結合を仲介又は促進する。
【００２５】
図８Ｂに示すように、他の実施形態では、磁性粒子１１０Ｂは、鉄などの磁性材料から形成された磁性体１１６を有し得る。磁性粒子１１０Ｂは、標的分子に結合するための少なくとも一つの結合部位又は配位子Ａを含む。図示した実施形態では、磁性粒子１１０Ｂはさらに、磁性ナノ粒子に結合するための少なくとも一つの結合部位又は配位子Ｂを含む。磁性粒子は結合部位Ａ、Ｂの適した組み合わせを含み得ることを理解すべきである。例えば、磁性粒子は結合部位Ａ、Ｂどちらの種類も含み得る、又は磁性粒子は標的分子結合部位Ａのみを含み得る。
【００２６】
図８Ｃに示すように、磁気コア上のナノ粒子コーティングではなく、磁性粒子１１０は磁性体１１２及び磁性体１１２に結合した複数のナノ粒子１２２を含み得る。あるいは図８Ｄで示されるように、磁性粒子１１０は、複数のナノ粒子１２２に結合した複数の磁性体１１２を含む、不均一合金などの合金であり得る。
【００２７】
図８Ｅ〜図８Ｇに示すように、標的分子８６、磁性粒子１１０、及びナノ粒子１２２はさまざまな配置で結合することができる。図８Ｅに示すように、磁性粒子１１０及びナノ粒子１２２はそれぞれ標的分子８６に直接結合することができる。あるいは図８Ｆに示すように、磁性粒子１１０は標的分子８６に直接結合することができ、一つ以上のナノ粒子１２２は磁性粒子１１０に結合することができる。あるいは図８Ｇに示すように、ナノ粒子１２２は標的分子８６に直接結合することができ、一つ以上の磁性粒子１１０はナノ粒子１２２に結合することができる。
【００２８】
図６に戻って、ブロック９４では、結合した磁性粒子１１０及び標的分子８６は、機能化面８２に向けられ移される。図７を参照すると、磁石８８は、磁石８８を機能化面８２に近づけたり（縮めたり）機能化面８２から離したり（延ばしたり）するように構成されたアクチュエータ（図示せず）と結合する。磁石８８が機能化面８２から離される１１８と、磁石８８に引き付けられた磁性粒子１１０は機能化面８２に近づく１２０。標的分子８６が磁性粒子１１０に結合すると、磁性粒子１１０により標的分子８６は機能化面８２に向けられ引き寄せられる。
【００２９】
図６に戻って、ブロック９６では、図９に示すように、標的分子８６が機能化面８２の捕捉プローブ８４に結合する。図示した実施形態では、磁性粒子１１０は結合した標的分子８６に結合したままである。あるいは、標的分子８６が機能化面８２に到達すると、標的分子８６が変性し磁性粒子１１０を標的分子８６からほどき、その後に標的分子８６が機能化面８２に結合し得る。
【００３０】
図６に戻って、ブロック９８では、図１０に示すように、機能化ナノ粒子１２２はフローセル７８に導入され標的分子８６に結合する。実施形態では、機能化ナノ粒子１２２は標的分子８６に直接結合する。あるいは、機能化ナノ粒子１２２はそれぞれが標的分子８６に結合した磁性粒子１１０に結合する。実施形態では、複数の機能化ナノ粒子１２２はそれぞれの標的分子８６に結合する。ナノ粒子１２２を標的分子８６にハイブリダイズ又は結合するどんな適した方法でも用いることができる。実施形態では、機能化ナノ粒子１２２は金粒子である。他の実施形態では、機能化ナノ粒子１２２は金触媒試薬などの触媒ナノ粒子である。実施形態では、ナノ粒子１２２は触媒クラスターの形をしている。
【００３１】
図示した実施形態では、標的分子８６が機能化面８２に結合した後にナノ粒子１２２が標的分子８６に結合する。別の実施形態では、標的分子８６が機能化面８２に結合する前にナノ粒子１２２が標的分子８６又は磁性粒子１１０に結合し得る。
【００３２】
ナノ粒子１２２が標的分子８６に結合した後、ナノ粒子１２２を金属化し拡大ナノ粒子又はさらに膜を成長又は形成させるため、任意の金属化工程を行うことができる。成長したナノ粒子は標的分子の検出を改善し得る。この金属化工程では、ナノ粒子１２２は拡大ナノ粒子１２４の成長のための核形成部位として働く。
【００３３】
図６に戻って、ブロック１００では、フローセル７８内で光源１２６は光線１２８を標的分子８６及び機能化ナノ粒子１２２、１２４に向ける。光がもっぱら標的分子８６及びナノ粒子１２２、１２４に向き、光源１２６からの光１２８が撮像装置７２に取り込まれないように光線１２８を向ける。実施形態では、フローセル７８は撮像装置７２への光線１２８の拡散を妨げるように構成される。
【００３４】
図６を参照すると、ブロック１０２では、ナノ粒子１２２、１２４、標的分子８６、磁性粒子１１０、又はそれらの組み合わせからの光１３０（図１１）が撮像装置７２により取り込まれる。実施形態では、光１３０は粒子８６、１１０、１２２、１２４、又はそれらの組み合わせから反射又は放出され得る。ブロック１０４では、撮像装置７２により取り込まれた光１３０を分析し標的分子８６の存在を検出する。例えば、取り込まれた光１３０は暗視野顕微鏡検査を用いて分析することができる。この実施形態では、検出された光のスポットを定量化し標的分子８６の存在を判断する。
【００３５】
図１２Ａ〜図１３は暗視野顕微鏡検査で取り込まれた金ナノ粒子１２２の光、又は散乱の兆候、又は取り込み画像の実施形態を示す。図１２Ａは５０ｎｍの金ナノ粒子の散乱の兆候、図１２Ｂは１００ｎｍの金ナノ粒子の散乱の兆候である。図１３は充分に成長していない（２０ｎｍ）ナノ粒子１２２の散乱の兆候１３２を成長した（１００ｎｍ）ナノ粒子１２４の散乱の兆候１３４と比較する画像である。実施形態では、一連の暗視野像を取り込むことができる。この実施形態では、ナノ粒子１２２の成長前に第１の画像を取り込むことができ、ナノ粒子が成長したときに少なくとも一つの付加画像を取り込むことができる。あるいは、標的分子８６の結合前に第１の画像を取り込むことができ、ナノ粒子１２２の結合後に少なくとも一つの付加画像を取り込むことができる。取り込み画像は除去した背景アーチファクトと比較することができ、暗視野像の分析を改善することができる。
【００３６】
別の実施形態では、標的分子８６の検出のため染料粒子（図示せず）が標的分子８６に結合する。この実施形態では、光源１２８を染料の波長に合わせ、染料で覆われた領域が蛍光を発する。蛍光は撮像装置７２に検出される。
【００３７】
他の実施形態では、標的分子８６の存在を検出するため、標的分子８６とナノ粒子１２２の結合後に機能化面が放射線源（図示せず）にさらされる。放射線源にさらされると、ナノ粒子の領域は優先的に放射線を吸収し局所加熱を引き起こす。局所加熱は撮像装置７２に取り込まれ記録され、標的分子８６の存在を検出する。
【００３８】
光学センサシステム１４０の例を図１４に示す。上述の光学センサシステム７０と同じように、光学センサシステム１４０は、撮像装置１４２及び撮像装置１４２に結合した対物レンズ又はレンズ１４４を含む。実施形態では、撮像装置１４２は広角度又は広視野を有する高解像度撮像装置である。対物レンズ１４４はフローセル１４６に向けられる。先に述べたように、フローセル１４６の内部は標的分子を結合するための機能化面を含む。種々の粒子のフローセル１４６への導入を促進するため、一つ以上の分配線１４７をフローセル１４６に結合することができる。
【００３９】
光源１４８はフローセル１４６に向けられている。光源１４８は適した光源であり得る。例えば、光源１４８は所定の周波数の光を提供することができる。例えば、光源１４８は白色光であり得る。光源１４８はもっぱらフローセル１４６に向けられている。図示した実施形態では、光源１４８は対物レンズが配置されたＸ軸線に対して直角に向けられている。フローセル１４６は、光源１４８からの光を撮像装置１４２ではなくフローセル１４６内の粒子に向かわせ、撮像装置１４２への光源１４８からの光拡散が妨げられるように構成される。
【００４０】
磁石１５０が対物レンズ１４４からフローセル１４６の反対側に配置される。ソレノイドなどのアクチュエータ１５２は磁石１５０と結合し、磁石を動かすように構成される。図１５Ａ〜１５Ｂに示すように、実施形態では、アクチュエータ１５２は磁石１５０をフローセル１４６に縮めたり近づけたり（図１５Ａ）、磁石１５０をフローセル１４６から延ばしたり離したり（図１５Ｂ）するように構成される。
【００４１】
図１６は光学センサシステム７０、１４０などの光学システムを含む分析システム１６０の実施形態を示す。この実施形態では、分析システム１６０はベース１６２及びヘッド１６４を含む。撮像装置１４２及び対物レンズ１４４はベース１６２内に配置される。フローセル１４６は対物レンズ１４４と位置をそろえてベース１６２の上面に配置される。磁石１５０はヘッド１６４内に配置され、フローセル１４６に延びフローセル１４６とかみ合うように構成される。
【００４２】
図示した実施形態では、分析システム１６０の設置面積（footprint）を最小限にするため、図１４に示すように撮像装置１４２及び対物レンズ１４４は軸線に沿っていない。それどころか、撮像装置１４２はベース１６２の側面１６６、１６７間でベース１６２を通って長手方向に延びるＹ軸線に沿っている。対物レンズ１４４はＹ軸線に対して直角に配置され、ベース１６２を通って上方へ延びる。ミラー１６８は対物レンズ１４４の下に配置され、撮像装置１４２に対して傾くことで対物レンズ１４４と撮像装置１４２の間に光路１７０を作る。
【００４３】
図１７Ａ〜図１７Ｃはセンサシステム１８０の別の実施形態を示す。この実施形態では、センサシステム１８０はクレッチマン配置を有するプリズム型基板１８２を含む。基板１８２は表面プラズモン共鳴又はラマン散乱に適した金属膜１８６で被覆された面１８４を有する。例えば、金属膜は金、銀、銅、チタン、又はクロムであり得る。膜１８６は生体特異性のコーティングで機能化され捕捉プローブ８４を含む。光源１８８はプリズム基板１８２を通して光線１９０を膜１８６に向け、検出器１９２は膜１８６により反射又は放出された光などの膜１８６からの光１９４を取り込む。
【００４４】
操作では、取り込まれた光のベースライン測定を行う。実施形態では、取り込まれた光のベースライン測定は吸光度角（absorbance angle）を較正するために用いられる（図１７Ａ）。さらに、後述するように、ベースライン測定は標的分子８６の結合前又は大きくなったナノ粒子サイズの成長前にセンサ上の汚染物質又は破片を識別するために用いられ得る。ベースライン測定後、標的分子８６を含むサンプルはセンサシステム１８０に導入され、標的分子８６は捕捉プローブ８４と結合する（図１７Ｂ）。実施形態では、先に述べたように、標的分子８６は磁性粒子を介して面膜１８６に向けられ得る。機能化ナノ粒子１２２はシステム１８０に導入され標的分子８６に結合される（図１７Ｃ）。結合したナノ粒子１２２のサイズを大きくするためにめっき浴を任意に用いることができる。標的分子８６の存在を検出するため、光線１９０を膜１８６に向け、反射又は放出された膜１８６からの光１９４を取り込む。標的分子８６の存在を検出するため、ベースライン測定と最終測定の間の反射率又は強度の違いを観察する。実施形態では、ベースライン測定は破片として識別された粒子を最終測定から引くために用いられ得る。
【００４５】
上記方法の見込みのある利点は、標的分子検出の感度の改善及び少量の標的分子の検出の改善を含む。さらに、上記方法は標的分子の検出速度の向上を含む。例えば、ＰＣＲ工程においてなどの標的分子の初期の複製がなくても上記方法は標的分子の検出を可能にする。
【００４６】
本発明を特定の好ましい実施形態を参照して具体的に示し説明してきたが、明細書及び図面により裏付けられ得る本発明の精神と範囲から逸脱することなく種々の変更を詳細にできることは当業者には理解されるだろう。さらに、好ましい実施形態を一定の要素を参照して説明しているところで、一定より少ない又は多い要素を用いて好ましい実施形態を実行できることが理解されるだろう。
【００４７】
本発明の特許可能な範囲は請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含んでもよい。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉と差異のない構造要素を有する場合、又は請求項の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることを意図している。
【００４８】
複数の要素に関して「〜の少なくとも一つ」という表現を請求項が記述する限りでは、この記述は列挙された要素の少なくとも一つ以上を意味することを意図し、各要素の少なくとも一つに限定しない。例えば、「要素Ａ、要素Ｂ、及び要素Ｃの少なくとも一つ」は、要素Ａのみ、又は要素Ｂのみ、又は要素Ｃのみ、又はそれらの任意の組み合わせを示すことを意図している。「要素Ａ、要素Ｂ、及び要素Ｃの少なくとも一つ」は、要素Ａの少なくとも一つ、要素Ｂの少なくとも一つ、及び要素Ｃの少なくとも一つに限定されることを意図しない。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ    標的分子結合部位
Ｂ    ナノ粒子結合部位
Ｘ    軸線
Ｙ    軸線
１０    ポータブルアッセイシステム
１８    ロータ
１８Ｐ    ポート
２０    使い捨てアッセイカートリッジ
２１    フローセル
２２    カートリッジボディ
２２Ｂ    シリンジバレル
２４    線形アクチュエータ
２６    プランジャシャフト
２８    エラストマープランジャ
３０    中央チャンバ
３２    アッセイチャンバ
３４    アッセイチャンバ
４０    チャネル
４２    チャネル
４４    下部パネル
５０    開口部
７０    センサシステム
７２    撮像装置
７４    ピクセルアレイ
７５    レンズ／対物レンズ
７６    アレイ回路
７８    フローセル
８０    面
８２    機能化面
８４    捕捉プローブ
８６    標的分子
８８    磁石
９０    方法
９２〜１０４    方法の工程
１１０    磁性粒子
１１０Ａ    磁性粒子
１１０Ｂ    磁性粒子
１１２    磁気コア
１１４    ナノ粒子コーティング
１１６    磁性体
１１８    動き
１２０    動き
１２２    ナノ粒子
１２４    拡大ナノ粒子
１２６    光源
１２８    光線
１３０    光
１３２    散乱の兆候（画像）
１３４    散乱の兆候（画像）
１４０    光学センサシステム
１４２    撮像装置
１４４    対物レンズ／レンズ
１４６    フローセル
１４７    分配線
１４８    光源
１５０    磁石
１５２    アクチュエータ
１６０    分析システム
１６２    ベース
１６４    ヘッド
１６６    側面
１６７    側面
１６８    ミラー
１７０    光路
１８０    センサシステム
１８２    プリズム基板
１８４    面
１８６    膜
１８８    光源
１９０    光線
１９２    検出器
１９４    光
【図１】
2019533816.tif 000003
【図２】
2019533816.tif 000004
【図３】
2019533816.tif 000005
【図４】
2019533816.tif 000006
【図５】
2019533816.tif 000007
【図６】
2019533816.tif 000008
【図７】
2019533816.tif 000009
【図８Ａ】
2019533816.tif 000010
【図８Ｂ】
2019533816.tif 000011
【図８Ｃ】
2019533816.tif 000012
【図８Ｄ】
2019533816.tif 000013
【図８Ｅ】
2019533816.tif 000014
【図８Ｆ】
2019533816.tif 000015
【図８Ｇ】
2019533816.tif 000016
【図９】
2019533816.tif 000017
【図１０】
2019533816.tif 000018
【図１１】
2019533816.tif 000019
【図１２Ａ】
2019533816.tif 000020
【図１２Ｂ】
2019533816.tif 000021
【図１３】
2019533816.tif 000022
【図１４】
2019533816.tif 000023
【図１５Ａ】
2019533816.tif 000024
【図１５Ｂ】
2019533816.tif 000025
【図１６】
2019533816.tif 000026
【図１７Ａ】
2019533816.tif 000027
【図１７Ｂ】
2019533816.tif 000028
【図１７Ｃ】
2019533816.tif 000029
【国際調査報告】
2019533816.tif 000030
2019533816.tif 000031