(57)【要約】プラズモン共鳴（ＰＲ）システムおよび機器、デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）カートリッジ、ならびに検体の分析のために局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）および液滴操作を使用する方法が開示されている。例えば、検体の分析のための固定LSPRセンシング能力と溶液中LSPRセンシング能力との両方をサポートし得るＤＭＦカートリッジを含み得るＰＲシステムが提供される。ＤＭＦカートリッジは、液滴操作を実行するための電極構成を含み得、ここで、液滴操作は、固定LSPRセンシング操作および溶液中LSPRセンシング操作を実行するために使用され得る。さらに、ＤＭＦカートリッジ内の液滴操作を使用して、固定LSPRセンシング操作および／または溶液中LSPRセンシング操作を実行する方法が提供される。
2021536012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の測定を実行するための機器とともに使用するためのカートリッジであって、
ＤＭＦ部分中の流体液滴に対して液滴操作を実行するように動作する複数の液滴アクチュエータを備えるデジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）部分と、
前記複数の液滴アクチュエータに関連して配置されたセンサー媒体を備える反応部分と、を備え、前記複数の液滴アクチュエータは、前記センサー媒体と接触している間、前記センサー媒体に対する流体液滴の動きを誘発するように動作する、
カートリッジ。
【請求項２】
前記複数の液滴アクチュエータは、複数の反応電極を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記複数の反応電極は、エレクトロウェッティングによって液滴操作を実行する、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記センサー媒体は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサー媒体を備える、請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記ＳＰＲセンサー媒体は、検体流体の標的分子が結合して前記ＳＰＲセンサー媒体の光信号を変化させる捕捉分子で機能化されている、請求項４に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記捕捉分子は、前記検体流体の標的分子との結合に対して感度が高く、前記ＳＰＲセンサー媒体の光学特性を変化させて前記ＳＰＲセンサー媒体の前記光信号の変化をもたらす、ＳＰＲセンサー媒体上に固定化されたリガンドを備える、請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記光学特性の変化は、前記ＳＰＲセンサー媒体と相互作用する光から生じる光信号の変化を含む、請求項６に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記反応部分に複数の反応電極に関連して配置されたＳＰＲセンサー表面を備え、前記ＳＰＲセンサー媒体は、前記ＳＰＲセンサー表面上に配置され、前記液滴は、前記複数の反応電極の操作によって前記ＳＰＲセンサー表面と接触して係合可能である、請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記ＳＰＲセンサー媒体は、前記センサー表面上に分布したナノサイズの構造の１つ、またはナノサイズの特徴を備える連続フィルム、を備える、請求項８に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記反応部分は、離間して配置された第１の基板と第２の基板とを備え、それらの間に反応チャンバーを画定する、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記ＳＰＲセンサー表面は、前記第１の基板に配置され、前記複数の反応電極は、前記第１の基板の反対側の前記第２の基板に配置される、請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記ＳＰＲセンサー表面は、前記第１の基板に配置され、前記複数の反応電極は、前記第１の基板に配置される、請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
前記ＳＰＲセンサー表面は、少なくとも１つの光ファイバーを備える光学部材の末端部分に隣接して配置され、前記光学部材は、前記第１の基板または前記第２の基板の１つから離れて延在し、前記反応チャンバー内に表面前記ＳＰＲセンサーを配置する、請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１４】
前記光学部材は、前記光信号が前記ＳＰＲセンサー表面から送信される第１の光ファイバーを備える、請求項１３に記載のカートリッジ。
【請求項１５】
前記光学部材は、照明源からの光が前記ＳＰＲセンサー表面に提供される第２の光ファイバーを備える、請求項１４に記載のカートリッジ。
【請求項１６】
前記光学部材は、前記第１の基板に対して移動可能であり、前記ＳＰＲセンサー表面が前記反応チャンバー内に配置される伸長位置と前記ＳＰＲセンサー表面が反応チャンバー内に配置されていない格納位置との間に前記ＳＰＲセンサー表面を配置する、請求項１３に記載のカートリッジ。
【請求項１７】
前記反応チャンバーは、充填媒体を含有する、請求項１３に記載のカートリッジ。
【請求項１８】
前記光学部材は、前記ＳＰＲセンサー表面と前記充填媒体との間の接触を低減するために格納可能である、請求項１７に記載のカートリッジ。
【請求項１９】
前記ＳＰＲセンサー表面は、第１の反応電極と第２の反応電極との間に配置される、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項２０】
前記第１の反応電極および前記第２の反応電極が交互に活性化され、前記第１の反応電極と前記第２の反応電極との間の液滴の振動を誘発し、前記ＳＰＲセンサー表面に対する流体液滴の動きを誘発する、請求項１９に記載のカートリッジ。
【請求項２１】
前記第１の反応電極と前記第２の反応電極との間の前記液滴の振動は線形である、請求項２０に記載のカートリッジ。
【請求項２２】
前記ＳＰＲセンサー表面は３つ以上の反応電極間に配置され、前記３つ以上の反応電極は交互に活性化されて前記３つ以上の反応電極間で前記液滴の振動を誘発し、前記SPRセンサー表面に対する前記流体液滴の動きを誘発する、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項２３】
前記３つ以上の反応電極間の液滴の振動は円形である、請求項２２に記載のカートリッジ。
【請求項２４】
前記センサー媒体は、前記反応部分に配置されたセンサー液滴に懸濁された複数のセンサーナノ粒子を備える、請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項２５】
前記流体液滴は、センサー液滴に同化し、反応液滴中の前記ＳＰＲセンサー媒体の前記光信号を測定するための反応液滴を形成する、請求項２４に記載のカートリッジ。
【請求項２６】
前記複数の液滴アクチュエータによって誘発される動きは、前記反応液滴を混合するように動作する、請求項２５に記載のカートリッジ。
【請求項２７】
前記複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、磁気応答性である、請求項２６に記載のカートリッジ。
【請求項２８】
前記複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、磁気応答性コアを備える、請求項２７に記載のカートリッジ。
【請求項２９】
前記複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、前記センサーナノ粒子につながれた磁気応答素子を備える、請求項２７に記載のカートリッジ。
【請求項３０】
前記磁気応答素子は、前記センサーナノ粒子に物理的または化学的に結合されている、請求項２９に記載のカートリッジ。
【請求項３１】
前記磁気応答性センサーナノ粒子に作用して前記センサーナノ粒子を前記反応部分に固定化して前記複数のナノ粒子を磁石に対する抑制位置に配置するように選択的に動作可能な磁石を備える、請求項２７に記載のカートリッジ。
【請求項３２】
前記複数の液滴アクチュエータは、前記磁気応答性センサーナノ粒子が前記抑制位置で前記磁石によって固定化されるときに前記センサーナノ粒子から流体を遠ざけるように動作し、前記磁気応答性センサーナノ粒子が前記抑制位置にある前記磁石によって固定化されるときに前記センサーナノ粒子と接触するように流体を移動させるように動作する、請求項３１に記載のカートリッジ。
【請求項３３】
前記流体液滴の動きは、前記センサー媒体の光信号を測定する光学システムのサンプリングレートよりも速い速度である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３４】
前記複数の液滴アクチュエータに流体を供給するように動作する前記ＤＭＦ部分内の複数の液滴操作電極をさらに備える、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項３５】
前記ＤＭＦ部分中に流体を受け入れて維持するための前記ＤＭＦ部分中にリザーバ電極をさらに備える、請求項３４のカートリッジ。
【請求項３６】
前記液滴操作は、液滴の同化、液滴の分割、液滴の分注、または液滴の希釈のうちの少なくとも１つを含む、請求項３４に記載のカートリッジ。
【請求項３７】
前記流体液滴は、検体流体液滴を備え、前記センサー媒体と接触している間の前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の動きが、前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の有効拡散速度を含む、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３８】
前記検体流体液滴の前記有効拡散速度は、前記ＳＰＲセンサーに対する検体の結合速度よりも高い、請求項３７に記載のカートリッジ。
【請求項３９】
前記複数の液滴アクチュエータと電気的に通信する電気接点をさらに備え、前記電気接点は、複数の液滴アクチュエータを制御するためのコントローラとのインターフェースを構成する、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４０】
前記電気接点を備える前記カートリッジのプラガブルインターフェースをさらに備え、前記プラガブルインターフェースは、機器のコントローラと前記複数の液滴アクチュエータとの間の電気通信を確立するために、機器と物理的および電気的に係合可能である、請求項３９に記載のカートリッジ。
【請求項４１】
前記反応部分は、反射モードでの前記センサー媒体のリアルタイム光学測定を容易にするために、前記反応部分の少なくとも片側の前記反応部分に入射する照明源に対して実質的に透明である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４２】
前記反応部分は、伝送モードでの前記センサー媒体のリアルタイム光学測定を容易にするために、前記反応部分の反対側の前記反応部分に入射する照明源に対して実質的に透明である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４３】
前記流体液滴は検体流体液滴を備え、前記ＳＰＲセンサー媒体は、前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の前記動作中に前記検体流体液滴の検体親和性を検出するように動作可能であり、ここで、前記検体親和性は、検体の親和性値（KD）によって特徴付けられる、請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項４４】
前記ＫＤは、前記SPRセンサーでの前記検体流体の会合段階中に測定されたオンレート（ＫＯＮ）および前記SPRセンサーでの前記検体流体の解離段階中に測定されたオフレート（ＫＯFF）に基づいて決定される、請求項４３に記載のカートリッジ。
【請求項４５】
請求項１に記載のカートリッジと、
前記カートリッジが係合可能なＰＲ機器と、
を備え、前記ＰＲ機器は、
前記複数の液滴アクチュエータを制御するための前記カートリッジの電気接点と動作可能に通信するコントローラと、
前記センサー媒体の光信号を測定するように動作する光学検出システムと、を備える、
プラズモン共鳴（PR）システム。
【請求項４６】
前記光学検出システムは、
前記センサー媒体に入射する光を向けるために動作する照明源と、
前記センサー媒体の前記光信号を測定する光学測定デバイスと、
をさらに備える、請求項４５に記載のＰＲシステム。
【請求項４７】
前記流体液滴は、検体流体液滴を備え、前記コントローラは、前記センサー媒体に対して動いている間、前記検体流体液滴の存在下での前記センサー媒体の光信号に基づいて前記検体流体液滴中の標的分子を検出するように動作する、請求項４５に記載のＰＲシステム。
【請求項４８】
前記コントローラは、前記検体流体液滴が前記センサー媒体に対して動いている間、前記センサー媒体の前記光信号に基づいて、リアルタイムで前記検体流体液滴中の前記標的分子の結合事象を測定するように動作する、請求項４７に記載のＰＲシステム。
【請求項４９】
前記コントローラは、検体親和性値（ＫＤ）を備える検体親和性の定量的測定値を決定するように動作する、請求項４８に記載のＰＲシステム。
【請求項５０】
前記ＫＤは、前記センサー媒体の会合段階中に測定されたオンレート（ＫＯＮ）および前記センサー媒体の解離段階中に測定された前記オフレート（ＫＯFF）に基づいて決定される、請求項４９に記載のＰＲシステム。
【請求項５１】
前記反応部分の前記流体液滴は、前記会合段階の間に検体流体液滴を備え、前記反応部分の流体は、前記解離段階の間に緩衝液流体を備える、請求項５０に記載のＰＲシステム。
【請求項５２】
検体流体を測定するためのカートリッジの操作方法であって、
前記カートリッジの反応部分のセンサー媒体を検体の流体液滴と接触させるステップと、
前記検体流体液滴を前記センサー媒体と接触させて維持しながら、前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の動きを誘発し、前記誘発は、前記センサー媒体に対して配置された複数の液滴アクチュエータの操作を含む、ステップと、
前記センサー媒体に対する前記検体の流体液滴の移動中に、前記センサー媒体で第１の光信号を生成するステップと、
を備える、方法。
【請求項５３】
前記第１の光信号は、前記検体流体液滴の前記存在下での前記センサー媒体の会合段階に対応する会合信号を備える、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記会合信号に基づいて前記検体流体液滴のオンレート（KON）を決定するステップを、
さらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
ＫＯＮを決定するステップは、会合曲線を前記会合信号に適合させることを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記検体流体液滴が前記センサー媒体と接触して係合しないように、前記検体流体液滴を前記反応部分から移動させるステップと、
前記反応部分に緩衝液流体液滴を導入し、前記緩衝液は前記センサー媒体と接触して係合しているステップと、
前記緩衝液流体液滴を前記センサー媒体と接触させて維持しながら、前記センサー媒体に対する前記緩衝液流体液滴の動きを誘発し、前記誘発は、前記センサー媒体に対して配置された前記複数の液滴アクチュエータの動作を含む、ステップと、
前記センサー媒体に対する前記緩衝液流体液滴の移動中に、前記センサー媒体で第２の光信号を生成するステップと、
をさらに備える、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２の光信号は、前記緩衝液流体液滴の存在下での前記センサー媒体の解離段階に対応する解離信号を備える、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記解離信号に基づいて前記検体流体のオフレート（KOFF）を決定するステップ、をさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
ＫＯFFを決定するステップは、解離曲線を前記解離信号に適合させることを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記KONと前記KOFFとに基づいて検体親和性値（KD）を計算するステップと、
をさらに含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
KDはKONとKOFFとの商である、請求項60に記載の方法。
【請求項６２】
前記センサー媒体は、前記反応部分に配置された複数のセンサーナノ粒子を備える、請求項５２に記載の方法。
【請求項６３】
前記複数のセンサーナノ粒子は、センサー液滴内に配置され、この方法はさらに、
前記検体の流体液滴と前記センサーとを同化させて、前記反応液滴中の前記センサー媒体の前記光信号を測定するための反応液滴を形成するステップと、
を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、磁気応答性である、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
磁石を活性化させて前記ナノ粒子を前記磁石に対する抑制位置に配置し、前記センサーナノ粒子を前記反応部分に固定化するステップをさらに備える、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記ナノ粒子は、前記反応部分に対する液滴の移動中に前記磁石に対する抑制位置に維持される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記センサー媒体は、可動部材の前記末端部分に隣接して配置され、前記方法は、
前記可動部材を、前記伸長位置と前記格納位置との間で前記反応部分に画定された反応チャンバーに対して移動させ、前記センサー媒体は、前記伸長位置で前記反応チャンバー内に配置され、前記格納位置で前記反応チャンバーから除去される、ステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項６８】
前記反応チャンバーは充填媒体を備え、方法は、
前記可動部材を前記格納位置に格納するステップと、
前記収縮後に前記反応部分に流体液滴を導入し、前記複数の液滴アクチュエータに隣接する領域から前記充填媒体を移動させる、ステップと、
前記伸長位置に導入した後、前記可動部材を前進させて、前記センサー媒体を流体液滴中に配置する、ステップと、をさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記カートリッジを機器に係合させる、ステップをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項７０】
前記流体液滴が前記センサー媒体と接触している状態を維持しながら、前記流体液滴が前記センサー媒体に対して移動している間に前記センサー媒体からの信号を測定するステップを、さらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記センサー媒体は、ＳＰＲセンサー媒体を備え、前記信号は、前記ＳＰＲセンサー媒体の光信号を備える、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
SPRセンサー媒体に入射する機器の光源からの光を提供するステップと、をさらに含み、
ここで、前記測定は、前記機器の光学測定デバイスで前記ＳＰＲセンサー媒体の前記光信号を測定することを備える、
請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記係合は、
前記機器のコントローラと前記DMF部分の前記複数の液滴アクチュエータとの間の電気通信を確立するステップと、
前記ＤＭＦ部分の前記複数の液滴アクチュエータを制御するステップと、
をさらに含み、
ここで、前記流体の誘発運動は、前記ＤＭＦ部分の前記複数の液滴アクチュエータの制御に応答する、
請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
第１の期間において、前記流体は、緩衝流体液滴を備え、前記測定は、前記センサー媒体との接触を維持しながら、前記緩衝液が前記センサー媒体に対して移動されるときのベースライン光信号を記録することを含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記方法は、
第２の期間に検体流体液滴を前記反応部分に導入し、ここで、前記測定は、前記第２の期間における前記検体流体液滴の会合段階に対応する会合信号を捕捉するステップをさらに含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の有効拡散速度は、前記センサー媒体に対する前記検体流体液滴の結合速度よりも速い、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記会合信号に基づいて前記検体流体液滴のオンレート（KON）を決定するステップと、
をさらに含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記ＫＯＮを決定することは、会合曲線を前記会合信号に適合させることを含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記検体流体液滴をセンサー媒体から遠ざけるステップと、
第３の期間で前記反応部分に緩衝流体液滴を導入するステップと、
をさらに含み、ここで、前記測定は、前記第３の期間での前記検体の解離段階に対応する解離信号を捕捉することを含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記解離信号に基づいて前記検体の流体のオフレート（KOFF）を決定するステップと、をさらに含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記ＫＯFFを決定することは、解離曲線を前記解離信号に適合させることを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
KONとKOFFとに基づいて検体親和性値（KD）を計算するステップと、
をさらに含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
KDは、KONとKOFFとの商である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
第４の期間において、再生緩衝液流体液滴を前記反応部分に供給するステップと、
前記再生緩衝液流体液滴を前記センサー媒体と接触させて、前記センサー媒体を再生するステップと、
をさらに含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
リガンドを備える機能化流体液滴に接触させて、前記リガンドを前記センサー媒体に結合させることにより、前記センサー媒体を機能化するステップをさらに含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記センサー媒体の機能化の前に、活性化流体液滴を前記センサー媒体と接触させることによって前記センサー媒体を活性化するステップをさらに含む、請求項８５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）
本出願の主題は、２０１８年９月６日に出願された“PLASMON RESONANCE (PR) SYSTEM AND INSTRUMENT, DIGITAL MICROFLUIDIC (DMF) CARTRIDGE, AND METHODS OF USING LOCALIZED SURFACE PLASMON RESONANCE (LSPR) FOR ANALYSIS OF ANALYTES”と題する米国仮特許出願第62/727,934号と、２０１９年５月２９日に出願された“PLASMON RESONANCE (PR) SYSTEM AND INSTRUMENT, DIGITAL MICROFLUIDIC (DMF) CARTRIDGE, AND METHODS OF USING LOCALIZED SURFACE PLASMON RESONANCE (LSPR) FOR ANALYSIS OF ANALYTES”と題する米国仮特許出願第62/854,103号と、関連しており、それらに基づく優先権を主張し、それらの全体は参照により本明細書に援用される。
（技術分野）
【０００２】
現在開示されている主題は、一般に、ＤＮＡ、タンパク質、薬剤などの分子の検出に関連し、より具体的には、プラズモン共鳴（ＰＲ）システムおよび機器、デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）カートリッジ、ならびに検体の分析のための局在表面プラズモン共鳴（LSPR）および液滴操作を使用する方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
従来のアッセイでは、タンパク質またはDNAアレイに標識された標的生体分子を含有する溶液を注入し、一晩インキュベートし、すすぎ、次に蛍光検出法を使用して「読み出し」する。これは時間がかかるだけでなく、高いサンプル濃度を必要とする。表面プラズモン共鳴（SPR）など、標識のない直接的な検出技術が存在する。しかしながら、これらの手法は感度とスループットが低いため、非常に低濃度の対象検体の検出には適していない。具体的には、SPR技術にはいくつかの欠点がある。たとえば、SPRテクノロジーを使用した免疫測定は、費用がかかり、複雑なマイクロ流体システムと高精度の光学系とが必要になり得、複雑なアッセイが必要となり得る、専門家がほとんどいないニッチな技術である。
【０００４】
ＳＰＲ技術は、例えば、ＤＭＦカートリッジに組み込まれ得る。DMFでは、DMFカートリッジ内の液滴操作は、嵩高剤流体（たとえば、シリコーンオイルやヘキサデカン充填流体などの低粘度オイル）で発生し得る。別の例では、ＤＭＦカートリッジ内の液滴操作は空気中で起こり得、液滴はその上に薄いオイルコーティング（またはオイルシェル）を有し得る。この技術のさらなる実施形態は、オイルシェルのない空気中での液滴操作を用い得る。
【発明の概要】
【０００５】
第１の態様は、流体の測定を実行するために機器と共に使用するためのカートリッジを含む。カートリッジは、ＤＭＦ部分中の流体液滴に対して液滴操作を実行するように動作する複数の液滴アクチュエータを備えるデジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）部分と、複数の液滴アクチュエータに関連して配置されるセンサー媒体を備える反応部分とを含み、複数の液滴アクチュエータは、センサー媒体と接触している間、センサー媒体に対する流体液滴の動きを誘発するように動作する。
【０００６】
多くの機能の改良と追加機能を第１の態様に適用可能である。これらの機能の改良と追加機能は、個別に、または任意の組み合わせで使用され得る。説明する以下の機能のそれぞれは、第１の態様の他の機能または機能の組み合わせとともに使用され得るが、必須ではない。
【０００７】
例えば、一例では、複数の液滴アクチュエータは、反応電極を備え得る。複数の反応電極は、エレクトロウェッティングによって液滴操作を実行し得る。
【０００８】
一例では、カートリッジのセンサー媒体は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサー媒体を備え得る。ＳＰＲセンサー媒体は、検体流体の標的分子が結合してＳＰＲセンサー媒体の光信号を変化させる捕捉分子で機能化され得る。捕捉分子は、検体流体の標的分子との結合に対して感度が高く、SPRセンサー媒体の光学特性を変化させてSPRセンサー媒体の光信号を変化させる、SPRセンサー媒体に固定化されたリガンドを含み得る。光学特性の変化は、SPRセンサー媒体と相互作用する光に起因する光信号の変化であり得る。
【０００９】
一例では、カートリッジは、反応部分に配置され、複数の反応電極に関連してＳＰＲセンサー表面を含み得る。ＳＰＲセンサー媒体は、ＳＰＲセンサー表面上に配置され得、液滴は、複数の反応電極の動作によって、ＳＰＲセンサー表面と接触して係合可能であり得る。ＳＰＲセンサー媒体は、センサー表面に分布するナノサイズの構造の１つ、またはナノサイズの特徴を備える連続フィルムを含み得る。反応部分は、離間して配置された第１の基板と第２の基板とを含み得、それらの間に反応チャンバーを画定する。ＳＰＲセンサー表面は、第１の基板に配置され得、複数の反応電極は、第１の基板の反対側の第２の基板に配置され得る。あるいは、ＳＰＲセンサー表面は第１の基板に配置され得、複数の反応電極は第１の基板に配置され得る。
【００１０】
一例では、ＳＰＲセンサー表面は、少なくとも１つの光ファイバーを備える光学部材の末端部分に隣接して配置され得る。光学部材は、第１または第２の基板の１つから離れて延在し、反応チャンバー内にＳＰＲセンサー表面を配置し得る。この例では、光学部材は、光信号がＳＰＲセンサー表面から送信される第１の光ファイバーを含み得る。光学部材は、照明源からの光がＳＰＲセンサー表面に提供される第２の光ファイバーを含み得る。光学部材は、ＳＰＲセンサー表面が反応チャンバー内に配置される伸長位置とＳＰＲセンサー表面が反応チャンバー内に配置されない格納位置との間にＳＰＲセンサー表面を配置するために、第１の基板に対して移動可能であり得る。一例では、反応チャンバーは充填媒体を含有する。光学部材は、ＳＰＲセンサー表面と充填媒体との間の接触を減らすために格納可能であり得る。
【００１１】
一例では、ＳＰＲセンサー表面は、第１の反応電極と第２の反応電極との間に配置され得る。第１の反応電極および第２の反応電極は、交互に活性化されて、第１の反応電極と第２の反応電極との間の液滴の振動を誘発し、ＳＰＲセンサー表面に対する流体液滴の動きを誘発し得る。第１の反応電極と第２の反応電極との間の液滴の振動は線形であり得る。あるいは、ＳＰＲセンサー表面は、３つ以上の反応電極の間に配置され得る。３つ以上の反応電極を交互に活性化して、３つ以上の反応電極間で液滴の振動を誘発し、ＳＰＲセンサー表面に対する流体液滴の動きを誘発し得る。次に、第１の反応電極と第２の反応電極との間の液滴の振動は、円形であり得る。
【００１２】
一例では、センサー媒体は、反応部分に配置されたセンサー液滴に懸濁された複数のセンサーナノ粒子を含み得る。流体液滴は、センサー液滴と同化して、反応液滴中のＳＰＲセンサー媒体の光信号を測定するための反応液滴を形成し得る。複数の液滴アクチュエータによって誘発される動きは、反応液滴を混合するように動作し得る。
【００１３】
一例では、複数のセンサーナノ粒子のそれぞれが磁気応答性である。例えば、複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、磁気応答性コアを含み得る。あるいは、複数のセンサーナノ粒子のそれぞれは、センサーナノ粒子につながれた磁気応答素子を含み得る。磁気応答素子は、センサーナノ粒子に物理的または化学的に結合し得る。
【００１４】
次に、カートリッジはまた、磁気応答性センサーナノ粒子に作用して、センサーナノ粒子を反応部分に固定化して、磁石に対する抑制位置に複数のナノ粒子を配置するように選択的に動作可能な磁石をも含み得る。複数の液滴アクチュエータは、磁気応答性センサーナノ粒子が磁石によって抑制位置に固定化されるときに流体をセンサーナノ粒子から遠ざけるように移動し、磁気応答性センサーナノ粒子が磁石によって抑制位置に固定化されるときに流体をセンサーナノ粒子と接触させるように移動するように動作し得る。
【００１５】
一例では、流体液滴の動きは、センサー媒体の光信号を測定する光学システムのサンプリングレートよりも速い速度である。
【００１６】
一例では、カートリッジは、複数の液滴アクチュエータに流体を供給するように動作するＤＭＦ部分中に複数の液滴操作電極を含み得る。カートリッジは、ＤＭＦ部分中の流体を受け入れて維持するために、ＤＭＦ部分中にリザーバ電極を含み得る。液滴操作は、液滴の同化、液滴の分割、液滴の分配、または液滴の希釈のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００１７】
一例では、流体液滴は、検体流体液滴を含み得、センサー媒体と接触している間のセンサー媒体に対する検体流体液滴の動きは、センサー媒体に対する検体流体液滴の有効拡散速度であり得る。検体の流体液滴の有効拡散速度は、SPRセンサーに対する検体の結合速度よりも速くなり得る。
【００１８】
一例では、カートリッジは、複数の液滴アクチュエータと電気的に通信する電気接点を含む。電気接点は、複数の液滴アクチュエータを制御するためのコントローラとのインターフェースを構成し得る。カートリッジは、電気接点を備えるカートリッジのプラガブルインターフェースを含み得る。プラガブルインターフェースは、機器のコントローラと少なくとも１つの電極との間の電気通信を確立するために、機器と物理的および電気的に係合可能であり得る。
【００１９】
一例では、反応部分は、反射モードにおけるセンサー媒体のリアルタイム光学測定を容易にするために、反応部分の少なくとも片側の反応部分に入射する照明源に対して実質的に透明であり得る。あるいは、反応部分は、伝送モードでのセンサー媒体のリアルタイムの光学的測定を容易にするために、反応部分の反対側の反応部分に入射する照明源に対して実質的に透明であり得る。
【００２０】
一例では、流体液滴は検体流体液滴であり得、ＳＰＲセンサー媒体は、センサー媒体に対する検体流体液滴の移動中に検体流体液滴の検体親和性を検出するように動作可能であり得、検体親和性は検体親和性値（KD）によって特徴付けられ得る。ＫＤは、ＳＰＲセンサーでの検体流体の結合段階中に測定されたオンレート（ＫＯＮ）およびＳＰＲセンサーでの検体流体の解離段階中に測定されたオフレート（ＫＯFF）に基づいて決定され得る。
【００２１】
本開示の別の態様は、プラズモン共鳴（ＰＲ）システムを含む。ＰＲシステムは、第１の態様に関連して論じられた前述の例のいずれかを含む、第１の態様によるカートリッジを含む。このシステムは、カートリッジが係合可能であるPR機器をも含む。ＰＲ機器は、複数の液滴アクチュエータを制御するための電気接点と動作可能に通信するコントローラと、センサー媒体の光信号を測定するように動作する光学検出システムとを含む。
【００２２】
いくつかの機能の改良と追加機能が第2の態様に適用可能である。これらの機能の改良と追加機能は、個別に、または任意の組み合わせで使用され得る。したがって、説明する以下の機能のそれぞれは、第２の態様の他の機能または機能の組み合わせとともに使用され得るが、必須ではない。
【００２３】
一例では、光学検出システムは、センサー媒体に入射する光を向けるように動作する照明源と、センサー媒体の光信号を測定する光学測定デバイスとをさらに備える。
【００２４】
第２の態様のＰＲシステムでは、流体液滴は検体流体液滴であり得、コントローラは、センサー媒体に対して動いている間の検体流体液滴の存在下でのセンサー媒体の光信号に基づいて、検体流体液滴中の標的分子を検出するように動作する。コントローラは、検体流体液滴がセンサー媒体に対して動いている間、センサー媒体の光信号に基づいて、検体流体液滴中の標的分子の結合事象をリアルタイムで測定するように動作し得る。
【００２５】
したがって、コントローラは、検体親和性値（ＫＤ）を備える検体親和性の定量的測定を決定するように動作し得る。ＫＤは、センサー媒体の会合段階中に測定されたオンレート（ＫＯＮ）およびセンサー媒体の解離段階中に測定されたオフレート（ＫＯFF）に基づいて決定され得る。反応部分の流体液滴は、会合段階中の検体流体液滴であり得、反応部分の流体は、解離段階中の緩衝液流体（例えば、緩衝液流体液滴）であり得る。
【００２６】
第３の態様は、検体流体を測定するためのカートリッジの操作方法を含む。この方法は、カートリッジの反応部分中のセンサー媒体を検体の流体液滴と接触させることを含む。この方法はまた、検体の流体液滴をセンサー媒体と接触させたまま、センサー媒体に対する検体の流体液滴の動きを誘発することを含む。誘発は、センサー媒体に対して配置された複数の液滴アクチュエータの動作を含む。この方法はまた、センサー媒体に対する検体の流体液滴の移動中にセンサー媒体で第１の光信号を生成することを含む。
【００２７】
いくつかの機能の改良および追加機能が第3の態様に適用可能である。これらの機能の改良および追加機能は、個別に、または任意の組み合わせで使用され得る。したがって、説明する以下の機能のそれぞれは、第３の態様の他の機能または機能の組み合わせとともに使用することができるが、必須ではない。
【００２８】
例えば、一例では、第１の光信号は、検体の流体液滴の存在下でのセンサー媒体の会合段階に対応する会合信号であり得る。この方法はまた、会合信号に基づいて検体の流体液滴のオンレート（ＫＯＮ）を決定することを含み得る。ＫＯＮの決定は、会合曲線を会合信号に適合させることを含み得る。
【００２９】
一例では、この方法はまた、検体流体液滴がもはやセンサー媒体と接触して係合しないように、検体流体液滴を反応部分から移動させることをも含む。次に、この方法は、緩衝液流体液滴を反応部分に導入することを含み得る。緩衝液は、センサー媒体と接触して係合し得る。この方法はまた、緩衝流体液滴をセンサー媒体と接触させたままにしながら、センサー媒体に対する緩衝流体液滴の動きを誘発することを含み得る。誘発は、センサー媒体に対して配置された複数の液滴アクチュエータの動作を含み得る。この方法はまた、センサー媒体に対する緩衝流体液滴の移動中にセンサー媒体で第２の光信号を生成することを含み得る。第２の光信号は、緩衝流体液滴の存在下でのセンサー媒体の解離段階に対応する解離信号であり得る。次に、この方法は、解離信号に基づいて検体流体のオフレート（KOFF）を決定することを含み得る。KOFFの決定には、解離曲線を解離信号に適合させることが含まれ得る。一例では、第３の態様の方法は、ＫＯＮおよびKOFFに基づいて検体親和性値（KD）を計算することを含み得る。
KDはKONとKOFFとの商であり得る。
【００３０】
別の例では、センサー媒体は、反応部分に配置された複数のセンサーナノ粒子であり得る。複数のセンサーナノ粒子をセンサー液滴に配置し得る。これに関して、この方法はまた、検体の流体液滴とセンサーとを合流させて、反応液滴中のセンサー媒体の光信号を測定するための反応液滴を形成することをも含み得る。
【００３１】
一例では、複数のセンサーナノ粒子のそれぞれが磁気応答性であり得る。次に、この方法は、磁石を活性化して、ナノ粒子を磁石に対する抑制位置に配置して、センサーナノ粒子を反応部分に固定化することを含み得る。ナノ粒子は、反応部分に対して液滴が移動する間、磁石に対する抑制位置に維持され得る。
【００３２】
一例では、センサー媒体は、可動部材の末端部分に隣接して配置され得る。この方法は、伸長位置と格納位置との間で反応部分に画定された反応チャンバーに対して可動部材を移動させることを含み得る。センサー媒体は、伸長位置で反応チャンバー内に配置され得、後退位置で反応チャンバーから除去され得る。反応チャンバーは、充填媒体を含み得る。次に、この方法は、可動部材を格納位置に格納すること、格納後に反応部分に流体液滴を導入して複数の液滴アクチュエータに隣接する領域から充填媒体を転置すること、および伸長位置に導入した後に可動部材を前進させてセンサー媒体を流体液滴内に配置することと、を含み得る。
【００３３】
一例では、この方法は、カートリッジを機器と係合させることを含む。この方法はまた、流体液滴がセンサー媒体と接触していることを維持しながら、流体液滴がセンサー媒体に対して移動している間にセンサー媒体からの信号を測定することを含み得る。センサー媒体は、ＳＰＲセンサー媒体であり得、そして信号は、ＳＰＲセンサー媒体の光信号であり得る。次に、この方法は、ＳＰＲセンサー媒体に入射する機器の光源からの光を提供することを含み得る。測定は、機器の光学測定デバイスでＳＰＲセンサー媒体の光信号を測定することを含み得る。
【００３４】
一例では、この方法はまた、機器のコントローラとＤＭＦ部分の複数の液滴アクチュエータとの間の電気通信を確立し、ＤＭＦ部分の複数の液滴アクチュエータを制御することを含み得る。流体の誘発運動は、ＤＭＦ部分の複数の液滴アクチュエータの制御に応答し得る。一例では、第１の期間において、流体は緩衝流体液滴であり得、測定は、センサー媒体との接触を維持しながら緩衝流体がセンサー媒体に対して移動するときのベースライン光信号を記録することを含む。この方法はまた、第２の期間に検体の流体液滴を反応部分に導入することを含み得る。測定は、第２の期間における検体流体液滴の会合段階に対応する会合信号を捕捉することを含み得る。センサー媒体に対する検体流体液滴の有効拡散速度は、センサー媒体に対する検体流体液滴の結合速度よりも高くなり得る。この方法は、会合信号に基づいて検体の流体液滴のオンレート（ＫＯＮ）を決定することを含み得る。ＫＯＮの決定は、会合曲線を会合信号に適合させることを含み得る。
【００３５】
さらなる例では、この方法は、検体の流体液滴をセンサー媒体から遠ざけ、第３の期間において緩衝流体液滴を反応部分に導入することを含み得、ここで測定は、第３の期間において検体の解離段階に対応する解離信号を捕捉することを含む。この方法は、解離信号に基づいて検体流体のオフレート（KOFF）を決定することをさらに含み得る。KOFFの決定には、解離曲線を解離信号に適合させることが含まれ得る。この方法は、ＫＯＮおよびKOFFに基づいて検体親和性値（ＫＤ）を計算することを含み得る。KDはKONとKOFFとの商であり得る。
【００３６】
この方法はまた、第４の期間において、再生緩衝液流体液滴を反応部分に供給し、再生緩衝液流体液滴をセンサー媒体と接触させてセンサー媒体を再生することを含み得る。この方法は、リガンドを備える機能化流体液滴への接触によってセンサー媒体を機能化し、リガンドをセンサー媒体に結合させることを含み得る。この方法はまた、センサー媒体の機能化の前に、活性化流体液滴をセンサー媒体と接触させることによってセンサー媒体を活性化することを含み得る。
【００３７】
この要約は、以下の詳細な説明でさらに説明される簡略化された形式で構想の選択を紹介するために提供されている。この要約は、主張された主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、主張された主題の範囲を制限するために使用されることも意図されていない。
【００３８】
他の実装態様もまた、本明細書で説明および列挙されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
こうして現在開示されている主題を一般的な用語で説明したため、次に、必ずしも原寸に比例して描かれているわけではない、添付の図面を参照されたい。
【図１】検体の分析のためのLSPRセンシング機構を含むＤＭＦカートリッジを含む、現在開示されているＰＲシステムの実施形態のブロック図を示す。
【図２】図１に示すＰＲシステムのＤＭＦカートリッジの一例の斜視図を示す。
【図３】検体の分析のための現在開示されているＤＭＦカートリッジのＬＳＰＲセンサーの実施形態の概略図を示す。
【図４】検体の分析のための現在開示されているＤＭＦカートリッジのＬＳＰＲセンサーの実施形態の概略図を示す。
【図５Ａ】図２に示されるＤＭＦカートリッジの実施形態の一部の断面図および液滴操作電極に関連するＬＳＰＲセンサーの異なる構成の例を示す。
【図５Ｂ】図２に示されるＤＭＦカートリッジの実施形態の一部の断面図および液滴操作電極に関連するＬＳＰＲセンサーの異なる構成の例を示す。
【図５Ｃ】図２に示されるＤＭＦカートリッジの実施形態の一部の断面図および液滴操作電極に関連するＬＳＰＲセンサーの異なる構成の例を示す。
【図６】複数の液滴操作電極に関連する単一のＬＳＰＲセンサーの例の平面図を示す。これは、現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの固定LSPRセンシングの実施形態の一例である。
【図７】複数の液滴操作電極に関連する単一のＬＳＰＲセンサーの例の平面図を示す。これは、現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの固定LSPRセンシングの実施形態の一例である。
【図８】複数の液滴操作電極に関連する複数のＬＳＰＲセンサーの実施形態の平面図を示す。これは、現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの固定LSPRセンシングの別の例である。
【図９】複数の液滴操作電極に関連する複数のＬＳＰＲセンサーの実施形態の平面図を示す。これは、現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの固定LSPRセンシングの別の例である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｂは、ＤＭＦカートリッジ内の固定LSPRセンシングのために光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーを使用する実施形態の側面図を示す。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｂは、ＤＭＦカートリッジ内の固定LSPRセンシングのために光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーを使用する別の実施形態の側面図を示す。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｂは、ＤＭＦカートリッジ内の固定LSPRセンシングのために光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーを使用するさらに別の実施形態の側面図を示す。
【図１３】図１３Ａは、ＤＭＦカートリッジの下部基板を通して提供される光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーの例の側面図を示す。図１３Ｂは、ＤＭＦカートリッジの側面を通しておよび下部基板と上部基板との間に提供される光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーの例の側面図を示す。図１３Ｃは、ロボティクスを使用して光ファイバープローブとLSPRセンサーとをDMFカートリッジに出し入れする例の側面図を示す。図１３Ｄは、ロボティクスを使用して光ファイバープローブとLSPRセンサーとをDMFカートリッジに出し入れする例の側面図を示す。
【図１４Ａ】複数の液滴を処理するための複数のLSPRセンサーのさまざまな配置の例を示す。
【図１４Ｂ】複数の液滴を処理するための複数のLSPRセンサーのさまざまな配置の例を示す。
【図１４Ｃ】複数の液滴を処理するための複数のLSPRセンサーのさまざまな配置の例を示す。
【図１５】複数の液滴を処理するための複数のLSPRセンサーのさまざまな配置の例を示す。
【図１６】複数の液滴を処理するための複数のLSPRセンサーのさまざまな配置の例を示す。
【図１７】検体の分析のためにDMFカートリッジ、固定LSPRセンシングプロセス、および液滴操作を使用する方法の例のフロー図を示す。
【図１８】検体の分析のためのＤＭＦカートリッジおよびLSPRセンシング機構を含む、現在開示されているＰＲシステムの光学システムの例のブロック図を示す。
【図１９】ＤＭＦカートリッジの一部の側面図および溶液中のLSPRセンシングのプロセスの実施形態を示す。
【図２０】ＤＭＦカートリッジの一部の側面図および溶液中のLSPRセンシングのプロセスの実施形態を示す。
【図２１】図２１Ａは、現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの溶液中LSPRセンシングで使用され得る磁気応答性ナノ粒子の実施形態の側面図を示す。図２１Ｂは。現在開示されているＰＲシステムおよびＤＭＦカートリッジの溶液中LSPRセンシングで使用され得る磁気応答性ナノ粒子の実施形態の側面図を示す。
【図２２】液滴操作を使用して磁気応答性ナノ粒子を機能化する溶液中プロセスの実施形態のフロー図を示す。
【図２３】図２３Ａ〜図２３Fは、22に示される溶液中プロセスの特定のステップを図式化して示す。
【図２４】図２４Ａ〜図２４Ｄは、液滴操作が空気中で起こる、ＤＭＦカートリッジ内の溶液中LSPRセンシングプロセスの実施形態を示す。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｄは、油で覆われた液滴を伴う空気中で液滴操作が行われる、ＤＭＦカートリッジ内の溶液中LSPRセンシングプロセスの別の実施形態を示す。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｄは、液滴操作が油（または充填流体）中で起こる、ＤＭＦカートリッジにおける溶液中LSPRセンシングプロセスのさらに別の実施形態を示す。
【図２７】検体の分析のためのDMFカートリッジ、溶液中のLSPRセンシングプロセス、および液滴操作を使用する方法の実施形態のフロー図を示す。
【図２８】ＤＭＦカートリッジ内の固定LSPRセンシングに関連して伝送モードで動作する光学検出システムの実施形態の側面図を示す。
【図２９】ＤＭＦカートリッジ内の固定LSPRセンシングに関連して反射モードで動作する光学検出システムの実施形態の側面図を示す。
【図３０】ＤＭＦカートリッジ内の溶液内LSPRセンシングに関連して伝送モードで動作する光学検出システムの実施形態の側面図を示す。
【図３１】ＤＭＦカートリッジ内の溶液内LSPRセンシングに関連して反射モードで動作する光学検出システムの実施形態の側面図を示す。
【図３２】光学検出システムと共に使用するための光学的開口部を含むＤＭＦカートリッジの実施形態の側面図を示す。
【図３３】最初にDI水中に1％グリセロールを滴下し、次にDI水中に2％グリセロールを滴下した場合の、SPR応答と時間との関係のプロットの例を示す。
【図３４】カルボキシルゴールド光ファイバーの活性化、プロテインAの結合、エタノールアミンによるブロッキング、およびIgGの結合のピーク位置のプロットの例を示す。
【図３５】DMF機器とOpenSPRとの両方からのプロテインA/IgG実験データのプロットの例であり、感度の向上と分散の減少を示す。
【図３６】結合速度論のDMFプロテインAデータへのフィッティングを示しているプロットの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本開示の主題は、添付の図面を参照して以下でより完全に説明され、本開示の主題のすべてではないがいくつかの実施形態が示されている。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。現在開示されている主題は、多くの異なる形態で具体化され得、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。代わりに、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。実際、本明細書に記載の現在開示されている主題の多くの修正および他の実施形態は、前述の説明および関連する図面に提示された教示の利益を有する、現在開示されている主題に関係する当業者にとって思い浮かぶものであろう。したがって、現在開示されている主題は、開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、修正および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。
【００４１】
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、プラズモン共鳴（ＰＲ）システムおよび機器、デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）カートリッジ、ならびに検体の分析のための局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）および液滴操作を使用する方法を提供し得る。
【００４２】
一実施形態では、ＰＲシステムは、ＬＳＰＲシステムであり得る。ここで、ＬＳＰＲシステムは、検体の分析のためのLSPRセンシング機能をさらに含むＤＭＦカートリッジを含む。DMFカートリッジは、一般に、同化、分割、分注、希釈、輸送、およびその他のタイプの液滴操作のためのDMF機能を容易にするために使用され得る。これらのDMF機能の1つの用途は、サンプルの調製であり得る。さらに、ＤＭＦカートリッジは、（１）例えば、サンプル中の特定の分子（例えば、標的検体）および／または化学物質の検出、および（２）オンレート情報、オフレート情報、親和性情報、アビディティ、凝集、特異性情報、構造変化、熱力学的パラメータ、および/または調査中の分子に関連する他のデータ/情報を抽出する結合事象のリアルタイム測定などの、検体の分析のためのLSPRセンシング手段を含み得る。この実施形態の別の用途は、薬物と生体分子との間の相互作用を調査すること、またはポリマーの化学的性質を研究することであり得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、ＤＭＦカートリッジのLSPRセンシング能力は、液滴操作を使用して実行され得る固定LSPRセンシング操作を含み得る。他の実施形態では、ＤＭＦカートリッジのLSPRセンシング能力は、溶液中のLSPRセンシングを含み得、これは、液滴自体において、および液滴操作を使用して起こり得るLSPRセンシングプロセスである。いくつかの実施形態では、ＤＭＦカートリッジのLSPRセンシング能力は、複数の液滴を処理するための複数のＬＳＰＲセンサーの様々な配置を含み得る。
【００４４】
現在開示されているＰＲシステム、ＰＲ機器、ＤＭＦカートリッジ、および方法のいくつかの実施形態では、ＬＳＰＲセンサーでの流体の拡散または流量は、結合速度よりも速くあり得、それにより、LSPRセンシングが結合速度を測定し遅い拡散または流速によって制限されない可能性を高める。ＤＭＦカートリッジでは、液滴操作を使用して、例えば、液滴を前後にまたは円運動で振動させて、固定LSPRセンシングプロセスで流を生成し、および／または溶液中のLSPRセンシングプロセスで混合を生成し、それによってLSPRセンサーの表面への分子の流束を増加させる。他の実施形態では、LSPRセンシングプロセスは、例えば、流を生成するため、および／または混合を生成するために、液滴に関してＬＳＰＲセンサー自体を振動させることを含み得る。したがって、現在開示されているＰＲシステム、ＰＲ機器、ＤＭＦカートリッジ、および方法では、ＬＳＰＲセンサーでのサンプルの連続的な一方向の流は必要でない場合がある。代わりに、サンプルまたは検体の液滴は、液滴操作を使用してLSPRセンシング素子で迅速に操作され、再循環流を生成し得る。
【００４５】
ＰＲシステムのＰＲ機器は、ＤＭＦカートリッジ、光学検出システム、およびコントローラを含み得る。光学検出システムは、例えば、LSPRセンシング素子に関連する照明源および光学測定デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、光学検出システムは、伝送モードで動作し得、他の実施形態では、光学検出システムは、反射モードで動作し得る。コントローラは、ＤＭＦカートリッジ内の電極を活性化／不活性化することによって液滴操作を制御するために提供され得る。コントローラはまた、ＰＲシステムの全体的な動作を管理し得る。さらに、ＤＭＦカートリッジ内の液滴操作を使用して、固定LSPRセンシング操作および／または溶液中LSPRセンシング操作を実行する方法が提供され得る。
【００４６】
現在開示されているＰＲシステム、ＰＲ機器、ＤＭＦカートリッジ、および方法のいくつかの実施形態では、嵩高剤流体（例えば、シリコーンオイルまたはヘキサデカン充填流体などの油）が存在する場合、および／または油で覆われた液滴が存在する場合、固定LSPRセンシングおよび/または溶液中LSPRセンシングは、LSPRセンシング素子での油汚染を最小限に抑えるように設計され得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、現在開示されているＰＲシステム、ＰＲ機器、ＤＭＦカートリッジ、および方法は、固定化リガンドを有する検体サンプルのＫＤ値、ＫＯＮ値、および／またはKOFF値を決定するために使用され得、ＫＤ値は検体とリガンドとの間の親和性の定量的測定値であり、ＫＯＮ値は結合の動的オンレートを示し、KOFF値は結合の動的オフレートを示す。
【００４８】
いくつかの実施形態では、固定ＬＳＰＲセンサーは、その上に固定化されたナノ構造を有する表面を含み得、ここで、ナノ構造は、リガンドなどの捕捉分子で機能化され得る。次に、標的検体がその中に懸濁されているサンプル液滴は、固定ＬＳＰＲセンサーと接触し得、標的検体は、固定ＬＳＰＲセンサーの捕捉分子との結合パートナーであり得る。次に、光学検出システムを使用して、結合プロセスのリアルタイムの速度論的測定値（例えば、会合段階（すなわち、KON値）、解離段階（すなわち、KOFF値）、および検体親和性（すなわち、KD値）を取得し得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、溶液中のLSPRセンシングプロセスは、（１）ナノ構造がその中に懸濁されており、ここでナノ構造はリガンドなどの捕捉分子で機能化されている、ＬＳＰＲ液滴と、（2）標的検体がその中に懸濁されており、ここで標的検体はLSPR液滴中の捕捉分子との結合パートナーであり得るサンプル液滴と、（3）捕捉分子（リガンドなど）と同化した液滴内のターゲット検体との間で結合が発生し得るように、液滴操作を使用して、LSPR液滴をサンプル液滴と同化（および/または混合）させるプロセスと、(4)光学的検出システムを使用して、結合プロセスのリアルタイムの速度論的測定値（例えば、会合段階（すなわち、KON値）、解離段階（すなわち、KOFF値）、および検体親和性（すなわち、KD値）を取得するプロセスと、を含み得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、溶液中のLSPRセンシングプロセスのＬＳＰＲ液滴に懸濁されたナノ構造は、磁気応答性ナノ構造であり得る。
【００５１】
図１は、検体の分析のためのLSPRセンシング機構を含み得るＤＭＦカートリッジを含む、現在開示されているＰＲシステム１００の実施形態のブロック図を示す。したがって、ＰＲシステム１００は、ＬＳＰＲシステムであり得る。ここで、ＰＲシステム１００は、検体の分析のためのLSPRセンシング能力をさらに含むＤＭＦカートリッジ１１０を含む。検体の分析のためのＰＲシステム１００において、分析は、例えば、検体の検出、識別、定量化、または測定、および／または結合速度論などの他の物質との検体の相互作用を意味し得る。例示的な検体には、小分子、タンパク質、ペプチド、抗体、核酸、原子、イオン、ポリマーなどが含まれ得るが、これらに限定されない。例えば、ＰＲシステム１００を使用して、受容体などの高分子へのリガンドの結合動態を測定し得る。
【００５２】
ＤＭＦカートリッジ１１０は、一般に、液滴の同化、分割、分注、希釈などを含む流体作動のためのＤＭＦ機能を容易にし得る。これらのDMF機能の1つの用途は、サンプルの調製である。ただし、DMF機能は、廃棄物の除去などの他のプロセスに使用され得る。ＰＲシステム１００のＤＭＦカートリッジ１１０は、例えば、使い捨ておよび／または再利用可能なカートリッジとして提供され得る。ＤＭＦカートリッジ１１０の例の詳細は、図2を参照して以下に示され、説明される。
【００５３】
さらに、ＤＭＦカートリッジ１１０は、LSPRセンシング１１２を含み得る。LSPRセンシング１１２は、（１）例えば、サンプル中の特定の分子（例えば、標的検体）および／または化学物質を検出するため、および／または（２）オンレート情報、オフレート情報、および/または親和性情報を抽出するリアルタイム結合事象を測定するため、などの検体の分析のために使用され得る。LSPRセンシング１１２は、例えば、固定LSPRセンシングおよび／または任意の溶液中LSPRセンシングプロセスであり得る。加えて、固定LSPRセンシングおよび溶液中LSPRセンシングは、LSPRセンシング素子での油汚染を最小限に抑えるように設計され得る。固定LSPRセンシングの詳細は、図５Ａから図18までを参照して以下に示され、説明される。溶液中のLSPRセンシングの詳細は、図１９から図２７までを参照して以下に示され、説明される。
【００５４】
本明細書に提示される議論は、ＳＰＲセンサー（例えば、特定の実施形態におけるＬＳＰＲセンサー）の使用を含み得るが、ＳＰＲまたはＬＳＰＲセンサーの代わりに、またはそれに加えて、他のセンサーも使用できることが企図される。そのような代替または追加のセンサーオプションには、電子センサー、電気化学センサー、機械的センサー、または他の適切なセンサータイプが含まれ得る。例えば、生体層干渉測定または圧電センサーなどのセンサーを使用し得る。これに関して、サンプル／センサー相互作用について本明細書に記載のＤＭＦ性能を使用する検体とセンサーとの間の相互作用は、一般に、任意の適切なセンサーを使用する検体の分析に適用可能であり得る。
【００５５】
ＰＲシステム１００は、コントローラ１５０、ＤＭＦインターフェース１５２、照明源１５４、光学測定デバイス１５６、および熱制御機構１５８をさらに含み得る。コントローラ１５０は、ＤＭＦカートリッジ１１０、照明源１５４、および光学測定デバイス１５６などの、ＰＲシステム１００の様々なハードウェア構成要素に電気的に結合され得る。特に、コントローラ１５０は、ＤＭＦインターフェース１５２を介してＤＭＦカートリッジ１１０に電気的に結合され得、ＤＭＦインターフェース１５２は、例えば、ＤＭＦカートリッジ１１０に機械的および電気的に接続するためのプラガブルインターフェースであり得る。共に、ＤＭＦカートリッジ１１０、コントローラ１５０、ＤＭＦインターフェース１５２、照明源１５４、および光学測定デバイス１５６は、ＰＲ機器１０５を備え得る。
【００５６】
コントローラ１５０は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、パーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサ、または他のプログラム可能なデータ処理装置であり得る。コントローラ１５０は、ソフトウェア命令を格納、解釈、および／または実行する、ならびにＰＲシステム１００の全体的な動作を制御するなどの処理機能を提供し得る。ソフトウェア命令は、命令の実行のためにコントローラ１５０によってアクセス可能である非一時的メモリに格納された機械可読コードを備え得る。コントローラ１５０は、これらのデバイスのデータおよび／または電力の態様を制御するように構成およびプログラムされ得る。例えば、ＤＭＦカートリッジ１１０に関して、コントローラ１５０は、電極を活性化／不活性化することによって液滴操作を制御し得る。一般に、コントローラ１５０は、ＰＲシステム１００の任意の機能に使用され得る。例えば、コントローラ１５０は、プリンタ製造業者がブランドのインクカートリッジをチェックする方法と同様の方法でＤＭＦカートリッジ１１０を認証するために使用され得、コントローラ１５０は、ＤＭＦカートリッジ１１０が期限切れになっていないことを確認するために使用され得、コントローラ１５０は、その目的のために特定のプロトコルを実行することにより、ＤＭＦカートリッジ１１０の清浄度を確認することなどに使用され得る。
【００５７】
さらに、いくつかの実施形態では、ＤＭＦカートリッジ１１０は、容量フィードバックセンシングを含み得る。例えば、信号は、液滴の位置、速度、およびサイズを検出し得る静電容量センサーによって生成または検出され得る。さらに、他の実施形態では、静電容量フィードバックセンシングの代わりに、ＤＭＦカートリッジ１１０は、液滴の位置、速度、およびサイズの光学的測定を提供するためのカメラまたは他の光学デバイスを含み得、これは、コントローラ１５０をトリガーして、適切な位置に液滴を再ルーティングし得る。フィードバックは、液滴の作動速度を最適化し、液滴の操作が正常に完了したことを確認するためのクローズドループ制御システムを作成するために使用され得る。
【００５８】
必要に応じて、ＰＲ機器１０５をネットワークに接続し得る。例えば、コントローラ１５０は、ネットワーク１６２を介してネットワークコンピュータ１６０と通信し得る。ネットワークコンピュータ１６０は、例えば、任意の集中型サーバーまたはクラウドサーバーであり得る。ネットワーク１６２は、例えば、インターネットに接続するためのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）であり得る。
【００５９】
ＰＲシステム１００では、照明源１５４および光学測定デバイス１５６は、ＤＭＦカートリッジ１１０のLSPRセンシング１１２（例えば、固定LSPRセンシングおよび／または溶液中LSPRセンシング）に関して配置され得る。照明源１５４は、例えば、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲン電球、アークランプ、白熱電球、レーザーなどであるがこれらに限定されない、可視範囲（４００〜８００ｎｍ）の光源であり得る。照明源１５４は、白色光源に限定されない。照明源１５４は、ＰＲシステム１００で有用な任意の色光であり得る。光学測定デバイス１５６を使用して、ＬＳＰＲ光強度の読み取り値を取得し得る。光学測定デバイス１５６は、例えば、電荷結合デバイス、光検出器、分光計、フォトダイオードアレイ、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。さらに、ＰＲシステム１００は、１つの照明源１５４および１つの光学測定デバイス１５６のみに限定されない。ＰＲシステム１００は、複数のLSPRセンシング素子をサポートするために、複数の照明源１５４および／または複数の光学測定デバイス１５６を含み得る。熱制御機構１５８は、ＤＭＦカートリッジ１１０の動作温度を制御するための任意の機構であり得る。熱制御機構１５８の例は、ペルチェ素子および抵抗性ヒーターを含み得る。
【００６０】
図２は、図１に示されるＰＲシステム１００のＤＭＦカートリッジ１１０の一例の斜視図を示す。ＤＭＦカートリッジ１１０は、下部基板１１６および上部基板１１８を含み得る。一例では、下部基板１１６は、ガラス、プラスチック、または熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）として知られるポリマーのクラスなど、白色光に対して実質的に透明である材料であり得る。別の例では、下部基板１１６は、実質的に透明であるかまたは光透過を可能にする穴または開口部を含むものであるプリント回路基板（ＰＣＢ）であり得る。さらに、一組の電気接点１３８が、下部基板１１６の一端または両端に提供され得る。電気接点１３８は、例えば、ＤＭＦインターフェース１５２に、次にコントローラ１５０に接続するために、使用され得る。下部基板１１６と同様に、上部基板１１８は、ガラス、プラスチック、またはＴＰＥなどの白色光に対して実質的に透明な材料で形成され得る。さらに、上部基板１１８の内面は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、または他の同様の透明導電性コーティングなどの透明導電層でコーティングされ得る。他の実施形態では、ＤＭＦカートリッジ１１０のすべての領域は、実質的に透明な基板および／またはコーティングまたは層を含む必要はない。例えば、基板および／またはコーティングまたは層は、検出領域を除いて、透明、半透明、および／または不透明でなくてもよい。
【００６１】
「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上方（over）」、「下方（under）」、「中（in）」、および「上（on）」という用語は、DMFカートリッジの上部および下部基板上部の相対位置など、ＤＭＦカートリッジの構成要素の相対位置を参照して説明全体で使用される。ＤＭＦカートリッジは、空間内でのその向きに関係なく機能することを理解されたい。
【００６２】
ＤＭＦカートリッジ１１０において、下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップは、反応（またはアッセイ）チャンバー１２２を画定し得る。例えば、反応（またはアッセイ）チャンバー１２２は、液滴操作を介して目的の液体、すなわち液体試薬、緩衝液、サンプル液滴などであるがこれらに限定されない液体を処理するために、下部基板１１６と上部基板１１８との間に空間を備え得る。したがって、電極構成１２４は、反応（またはアッセイ）チャンバー１２２内の下部基板１１６の上に提供され得る。電極構成１２４は、例えば、液滴操作電極１２６（例えば、エレクトロウェッティング電極）およびリザーバ電極１２８の任意の配置を含み得る。例えば、電極構成１２４は、任意の数のリザーバ電極１２８に関連して、液滴操作電極１２６の任意の線または経路を含み得る。
【００６３】
電極構成１２４は、エレクトロウェッティングを介して液滴操作を実行するために使用され得る。「液滴操作」とは、DMFデバイスまたはカートリッジ上の液滴の操作を意味する。液滴操作は、例えば、ＤＭＦデバイスへ液滴を搭載すること；液滴源から1つ以上の液滴を分注すること;液滴を2つ以上の液滴に分滴、分離、または分割すること;液滴をある場所から別の場所に任意の方向に輸送すること；2つ以上の液滴を1つの液滴に同化させまたは組み合わせること；液滴を希釈すること;液滴を混合すること;液滴をかき混ぜること; 液滴を変形させること;液滴を所定の位置に保持すること;液滴をインキュベートすること; 液滴を加熱すること;液滴を気化させること;液滴を冷却すること;液滴を配置すること; 液滴アクチュエータから液滴を輸送すること；本明細書に記載されている他の液滴操作；および/または前述の任意の組み合わせを含み得る。さらに、反応（またはアッセイ）チャンバー１２２内で発生するプロセスの温度を制御するために、ペルチェヒートポンプなどの温度制御要素（図示せず）を、ＤＭＦカートリッジ１１０と組み合わせて使用することができる。
【００６４】
さらに、図２は、エレクトロウェッティング法を介して（例えば、液滴操作電極１２６を使用して）液滴を操作するものとしてＤＭＦカートリッジ１１０を説明しており、これは単なる例示である。他の実施形態では、液滴は、光学的方法、磁気的方法、熱キャピラリー法、表面弾性波法など、およびそれらの任意の組み合わせなどであるがこれらに限定されない他の方法を介して、ＤＭＦカートリッジ１１０内で操作され得る。
【００６５】
例として、LSPRセンシング１１２の例は、液滴操作電極１２６の線または経路に関して示されている。一例では、図２の詳細Ａを参照すると、LSPRセンシング１１２は、ＤＭＦカートリッジ１１０の液滴操作ギャップ内またはその近くに、液滴操作電極１２６に関連して統合されたＬＳＰＲセンサー１３６を含み得る。ＬＳＰＲセンサー１３６は、（１）例えば、サンプル中の特定の分子（例えば、標的検体）および／または化学物質を検出するため、および／または（２）オンレート情報、オフレート情報、および/または親和性情報を抽出する結合事象をリアルタイムで測定するためなどの検体の分析のために使用することができる。
【００６６】
本明細書に記載されるように、「局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）」は、ナノ粒子ベースまたはナノ構造ベースのトランスデューサーを使用して、追加標識なくリアルタイムで結合事象を観測することを意味する。例えば、ナノ粒子ベースのトランスデューサーは、様々な寸法で約１ｎｍ〜約１０００ｎｍの金属ナノ粒子を含み得る。例えば、ナノ構造ベースのトランスデューサーは、ナノサイズの特徴（例えば、ナノサイズの出っ張り、柱、穴、隆起、線など）を含む金膜を含み得る。一部のナノ粒子ベースまたはナノ構造ベースの診断アッセイは「標識なし」である。
【００６７】
LSPRは、貴金属ナノ粒子に関連する現象であり、鋭いスペクトル吸光度と散乱ピークとを生成し、強力な電磁近接場増強を生成する。これらのスペクトルピークは、吸光度分光法を使用して観測可能である。スペクトルピークは、ナノ粒子表面のすぐ近くでの屈折率の変化に伴って変化する。化学ターゲットが金属ナノ粒子の表面近くに結合すると、局所的な屈折率の変化によりスペクトルピークのシフトが発生する。これは、複雑な培地中の特定のターゲットの濃度を決定するために使用され得る。あるいは、スペクトルのピークシフトは、所与の波長での吸収の変化を通じて検出され得る。
【００６８】
LSPRセンサーは、金属ナノ粒子を、たとえば平坦な表面または微細構造の表面を含み得る固体支持体に固定化することによって動作する。ナノ粒子は、抗体であり得る特定の捕捉分子で機能化され得る。対象のサンプルを金属ナノ粒子の上部にわたって流し、対象の標的化学物質をそれぞれの捕捉分子に結合させ、センサーの全体的なスペクトルピークを捕捉分子上の化学標的の濃度に応じてシフトさせる。平面上にナノ粒子を備えたLSPRセンサーは、サンプルを表面上方で縦方向に流すことによって動作する。このシフトを測定するために、反射率または透過吸光度分光法を使用し得る。さらに、「強度または比色法」による分析は、LSPRセンサーを使用して実行され得る。ＬＳＰＲセンサーの例のより詳細は、図３および図4を参照して以下に示され、説明される。
【００６９】
図３および図４は、検体の分析のために現在開示されているＤＭＦカートリッジ１１０のＬＳＰＲセンサー１３６の実施形態の概略図を示す。一般に、LSPRは、リアルタイムでの標識なしの相互作用分析である。ただし、LSPRを標識とともに使用して、信号を強化することもできる。アッセイの基本構造は、表面に分布する個別のナノ構造の集合など、LSPRを生成する表面を有するガラスまたはプラスチック基板を備え得るセンサーチップ（例えば、LSPRセンサー136）、またはナノサイズの特徴が形成されている。次に、2つの結合パートナーのうちの1つをセンサーの表面に固定化し得る。ＬＳＰＲにおいて、「リガンド」は、センサーの表面に固定化され得る結合パートナーを指し得る。「検体」は、センサーの表面上のリガンド上方を溶液中で流れるものを指し得る。検体がリガンドに結合すると、センサーの表面の光学特性が変化する。これはリアルタイムで測定可能である。
【００７０】
この例では、ＬＳＰＲセンサー１３６は、ガラス、プラスチック、またはＴＰＥ基板などの実質的に透明または不透明な基板２１０を含み得る。すなわち、基板２１０は、伝送モード構成で使用される場合、実質的に透明であり得る。対照的に、基板２１０は、反射モード構成で使用される場合、不透明であり得る。ＬＳＰＲセンサー層２１２は、基板２１０の上に提供され得る。ＬＳＰＲセンサー層２１２は、例えば、ＬＳＰＲ効果を生み出す特定のナノ構造を含有する金膜であり得る。ＬＳＰＲセンサー層２１２は、１つ以上の捕捉分子２１４で機能化し得る。一例では、捕捉分子214は、LSPRセンサー層212の表面に固定化されたリガンドを備え得る。この例では、リガンドは２つの結合パートナーのうちの１つを備え得、他の結合パートナーは標的検体２１６であり得、ここで、標的検体２１６は、図３に示されるように、捕捉分子２１４上の溶液中において流れる。対照的に、図４は、捕捉分子２１４に結合する標的検体２１６を示している。この結合は、結合事象と呼ばれ得る。
【００７１】
ここで再び図３を参照すると、結合事象が発生する前のＬＳＰＲセンサー層２１２の吸光度ピークを示すプロット２１８が提供されている。例えば、プロット２１８は、標的検体２１６がＬＳＰＲセンサー１３６内の捕捉分子２１０に結合する前のピーク位置または強度を示している。ここで図４に示されるように、標的検体２１６の捕捉分子２１４への結合によって誘発されるピーク位置または強度の変化は、リアルタイムで観測され得る。例えば、結合前のピーク位置（すなわち、プロット２１８）を結合後のピーク位置（すなわち、プロット２２０）と比較することによってである。一般に、ＬＳＰＲセンサー１３６において、検体が表面に結合すると、光の共鳴ピークは、リアルタイムで測定可能な、より高い波長にシフトする。
【００７２】
ここで再び図１から図４を参照すると、現在開示されているＰＲシステム１００、ＰＲ機器１０５、およびＤＭＦカートリッジ１１０において、LSPRセンシング１１２（例えば、固定ＬＳＰＲセンサー１３６および／または溶液中LSPRセンシング）に関する流体の拡散または流量は、結合速度よりも速い可能性があり、それにより、LSPRセンシング１１２が結合速度を測定し、遅い拡散または流速によって制限されないことを確実にし得る。ＤＭＦカートリッジ１１０では、液滴操作を使用して、例えば、液滴を前後にまたは円運動で振動させて、ＬＳＰＲセンサーで流れを生成し、および／または溶液中のLSPRセンシングプロセスで混合を生成し、それによってLSPRセンサーの表面への分子の流束を確保し得る。したがって、現在開示されているＰＲシステム１００、ＰＲ機器１０５、およびＤＭＦカートリッジ１１０では、ＬＳＰＲセンサーでのサンプルの連続的な流れは必要でない場合がある。代わりに、サンプル液滴は、液滴操作を使用してLSPRセンサーで迅速に操作され得る。
【００７３】
本開示のＰＲシステム１００、ＰＲ機器１０５、およびＤＭＦカートリッジ１１０において、液滴操作を使用して、液滴をＤＭＦ表面上で直線または円形の方法で前後に迅速に移動させることによって、流れを人工的に作り出すことができる。液滴が光学サンプリングレートよりも速く移動する場合、この移動によるアーティファクトは光学測定にほとんどまたはまったく影響を与えないであろう。別の例では、液滴が複数の電極に広がる場合、液滴をセンサー位置から移動させずに運動量を変更して、移動アーティファクトを回避し得る。以下の図５Ａから図２６Ｄは、LSPRセンサースポットでのサンプルの連続的な流れを使用するのではなく、流れを作り出すために液滴操作を利用し得る、現在開示されているＰＲシステム１００、ＰＲ機器１０５、およびＤＭＦカートリッジ１１０の固定LSPRセンシングおよび溶液中LSPRセンシングの両方の例を示し、説明する。
【００７４】
（DMFでの固定LSPRセンシング）
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、図２に示されるＤＭＦカートリッジ１１０の実施形態の一部の断面図を示し、液滴操作電極１２６に関連するＬＳＰＲセンサー１３６の異なる構成の例を示す。ここで参照する図５Ａは、ＤＭＦカートリッジ１１０の上部基板１１８におけるＬＰＳＲ検出スポットの例である。例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６は、ＤＭＦカートリッジ１１０の上部基板１１８内におよび液滴操作電極１２６の任意の配置の反対側に設置され得る。サンプル（または検体）液滴１４０は、下部基板１１６上の液滴操作電極１２６と上部基板１１８との間のギャップに配置され得、サンプル液滴１４０は、液滴操作を介して液滴操作電極１２６に沿って輸送され得る。サンプル液滴１４０は、任意の標的検体２１６を含み得る。サンプル液滴１４０がＬＳＰＲセンサー１３６と接触させられると、ＰＲシステム１００の照明源１５４および光学測定デバイス１５６は、LSPRセンサー136の捕捉分子214（例えば、リガンド）に対するサンプル液滴140中の標的検体216のリアルタイム動的測定（例えば、会合段階（すなわち、ＫＯＮ値）、解離段階（すなわち、KOFF値）、および検体親和性（すなわち、KD値））を取得するために使用され得る。
【００７５】
ここで参照する図５Ｂは、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６にあるが、液滴操作電極１２６とは異なる層または平面にあるＬＰＳＲ検出スポットの例である。例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６は、下部基板１１６内に、および特定の液滴操作電極１２６の上に設置され得る。
【００７６】
ここで参照する図５Ｃは、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６内であるが、液滴操作電極１２６と同じ層または平面内にあるＬＰＳＲ検出スポットの例である。例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６は、２つの液滴操作電極１２６の間でおよびそれらを有する線に沿って設置され得る。
【００７７】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示される例では、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６および／または上部基板１１８内および／またはその近くに設置された任意のＬＳＰＲセンサー１３６は、LSPRセンシング１１２の例であり得る。特に、下部基板１１６および／または上部基板１１８内および／またはその近くに設置された任意のＬＳＰＲセンサー１３６は、ＤＭＦカートリッジ１１０内の固定LSPRセンシング１１２の例であり得る。さらに、固定ＬＳＰＲセンサー１３６が結合速度を測定し、遅い拡散または流速によって制限されない可能性を高めるのを助けるために、ＬＳＰＲセンサー１３６は、例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６にあるときサンプル液滴１４０の急速な動きと組み合わせて使用され得、およびこの急速な動きは、液滴操作を介して達成される。
【００７８】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示される例では、ＬＳＰＲセンサー１３６の位置は、２つの液滴操作電極１２６間のほぼ境界にあり得る。次に、２つの液滴操作電極１２６および液滴操作を使用して、サンプル液滴１４０は、２つの液滴操作電極１２６間で急速に前後に移動され得、したがって、ＬＳＰＲセンサー１３６の表面を横切って急速に前後に移動され得る。さらに、サンプル液滴１４０は、例えば、光学測定システムのサンプリングレートよりも速い速度で急速に前後に移動され得る。これにより、取得した信号における光学的アーティファクトを減らし得る。一例では、光学サンプリングレートが約４Ｈｚ（約２５０msごと）である場合、サンプル液滴１４０は、約４Ｈｚよりも速い速度で（液滴操作を介して）２つの液滴操作電極１２６間を前後に移動し得る。
【００７９】
さらに、サンプル液滴１４０を移動させることは、（１）ＬＳＰＲセンサー１３６の表面への分子の流束を増加させるのに役立ち、（２）拡散または流量の制限なしに結合速度がＬＳＰＲセンサー１３６で測定される可能性を改善するのに役立つ。ＤＭＦカートリッジでは、液滴操作を使用して、例えば、液滴を前後にまたは円運動で振動させて、ＬＳＰＲセンサーで流れを生成しおよび／または溶液中のLSPRセンシングプロセスで混合を生成し、それによってLSPRセンサーの表面への分子の流束の増加を助け得る。別の実施形態では、サンプル液滴１４０は、２つ以上の液滴操作電極１２６に広がり得る。次に、液滴操作電極１２６は、バルク液滴がセンサー位置から移動し得るよりも速い速度で作動され得、液体を攪拌し、同様に分子の流束を促進し得る。固定LSPRセンシング１１２および液滴操作を使用してサンプル液滴のリアルタイムの動的測定値を捕捉するより詳細な例は、図５Ａから図17を参照して以下に示され、説明される。
【００８０】
図６および図７は、複数の液滴操作電極１２６に関連する単一のＬＳＰＲセンサー１３６の実施形態の平面図を示し、これは、現在開示されているＰＲシステム１００およびＤＭＦカートリッジ１１０の固定LSPRセンシング１１２の一例である。ここで図６を参照すると、単一のＬＳＰＲセンサー１３６は、２×２構成、例えば、液滴操作電極１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ、１２６Ｄに配置された４つの液滴操作電極１２６に関連して設置され得る。例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６は、液滴操作電極１２６の２×２構成のほぼ中心に配置され得る。さらに、ＬＳＰＲセンサー１３６の面積は、液滴の動きの妨害を最小限にするために、液滴操作電極１２６のそれぞれの面積と比較して比較的小さい場合があり得る。
【００８１】
操作中において、図７を参照すると、液滴操作電極１２６のそれぞれは、１つずつ活性化され得る。例えば、液滴操作電極１２６Ａが活性化され、次に液滴操作電極１２６Ｂ、次に液滴操作電極１２６Ｃ、そして次に液滴操作電極１２６Ｄが活性化され得る。したがって、標的検体２１６をその中に含むサンプル液滴１４０は、（液滴操作を使用して）液滴操作電極１２６の２×２構成の周りを円形に移動し得る。そうすることで、サンプル液滴１４０は、（液滴操作を使用して）ＬＳＰＲセンサー１３６の表面の周りを円形に移動し得る。この例では、サンプル液滴１４０の底面積は、液滴操作電極１２６のそれぞれの底面積（すなわち、面積）とほぼ等しいか、またはそれより大きくてもよい。このようにして、サンプル液滴１４０は、それがどの液滴操作電極１２６に配置されているかに関係なく、ＬＳＰＲセンサー１３６と接触し得る。この場合も、例えば、光学測定システムのサンプリングレートよりも速い速度でサンプル液滴１４０を急速に前後に動かすと、（１）ＬＳＰＲセンサー１３６の表面への分子の流束が増加し得、（２）遅い拡散または流速の制限なしに、結合速度がＬＳＰＲセンサー１３６で測定されている可能性が増加し得る。電極の動きに関しては、例えば、液滴が単位電極の約２倍の底面積である場合、両方の対角電極を同時に作動させることにより、上下および／または左右の動きが可能である。
【００８２】
図８および図９は、複数の液滴操作電極に関連する複数のＬＳＰＲセンサー１３６の実施形態の平面図を示し、これは、現在開示されているＰＲシステム１００およびＤＭＦカートリッジ１１０の固定LSPRセンシング１１２の別の例である。複数の固定ＬＳＰＲセンサー１３６のこの構成は、サンプル液滴１４０の多重測定を可能にし得る。ここで図８を参照すると、液滴操作電極１２６の２×２構成、例えば、液滴操作電極１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ、１２６Ｄが提供され得る。さらに、液滴操作電極１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ、１２６Ｄのそれぞれは、対応するＬＳＰＲセンサー１３６Ａ、１３６Ｂ、１３６Ｃ、１３６Ｄを有し得る。例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６は、各液滴操作電極１２６のほぼ中心に配置され得る。この場合も、各ＬＳＰＲセンサー１３６の面積は、液滴の動きの妨害を最小限にするために、対応する液滴操作電極１２６の面積と比較して比較的小さくてもよい。
【００８３】
操作中において、ここで図９を参照すると、液滴操作電極１２６のそれぞれは、一度に１つずつ活性化され得る。例えば、液滴操作電極１２６Ａが活性化され、次に液滴操作電極１２６Ｂ、次に液滴操作電極１２６Ｃ、そして次に液滴操作電極１２６Ｄが活性化され得る。したがって、標的検体２１６をその中に含むサンプル液滴１４０は、（液滴操作を使用して）液滴操作電極１２６の２×２構成の周りを円形に移動し得る。そうすることで、サンプル液滴１４０は、（液滴操作を使用して）１つのＬＳＰＲセンサー１３６から次のものへ、例えば、ＬＳＰＲセンサー１３６Ａ、次にＬＳＰＲセンサー１３６Ｂ、次にＬＳＰＲセンサー１３６Ｃ、そして次にＬＳＰＲセンサー１３６Ｄへと、円形に移動し得る。この場合も、例えば、光学測定システムのサンプリングレートよりも速い速度でサンプル液滴１４０を急速に前後に動かすと、（１）ＬＳＰＲセンサー１３６の表面への分子の流束が増加し得、（２）遅い拡散または流速の制限なしに、結合速度がＬＳＰＲセンサー１３６で測定されている可能性が増加し得る。
【００８４】
図６から図９に関して上記で説明した液滴パターンに関して、液滴運動パターンは、円運動パターンのみに限定されない。他の運動パターンも可能である。たとえば、液滴の運動パターンは、X字型またはランダムであり得る。別の例では、液滴をその上に有する特定の液滴操作電極１２６は、単にパルスオンおよびオフであり得、特定のＬＳＰＲセンサー１３６で液滴を攪拌し得る。
【００８５】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、ＤＭＦカートリッジ１１０内の固定LSPRセンシング１１２のためにＬＳＰＲセンサー１３６と組み合わせて光ファイバープローブを使用する実施形態の側面図を示す。この例では、ＬＳＰＲセンサー１３６は、光ファイバープローブ１７０の先端に機械的および光学的に結合され得る。光ファイバープローブ１７０は、ＬＳＰＲセンサー１３６が液滴操作電極１２６（下部基板１１６上）と上部基板１１８との間のギャップ内に延在するように、上部基板１１８を介して設置され得る。一例では、光学測定システムが伝送モードで動作しているとき、光ファイバープローブ１７０を光学測定デバイス１５６に結合し得、照明源１５４は、ＬＳＰＲセンサー１３６の反対側に配置され得る。別の例では、光学測定システムが反射モードで動作している場合、光ファイバープローブ１７０は、実際には少なくとも２つの光ファイバーを含有し得、少なくとも第１のファイバーは照明源１５４に結合し、少なくとも別のファイバーは光学測定デバイス１５６に結合する。あるいは、1本のファイバーを照明と読み出しとの両方に使用し得る。他の実施形態では、ＬＳＰＲセンサー１３６は、このファイバー（またはファイバー束）上に構築され得る。
【００８６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６がサンプル液滴１４０内に突出させ得るように、光ファイバープローブ１７０にサンプル液滴１４０を輸送するプロセスの実施形態を示す。この場合も、サンプル液滴１４０は、液滴操作を介して迅速に移動して、ＬＳＰＲセンサー１３６の表面への分子の流束を増加させ得る。例えば、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６は、図６、図７、図８、図９に示される固定LSPRセンシング１１２を参照して、上記で説明された構成で実装され得る。
【００８７】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるプロセスにおいて、液滴操作は空気中で起こり得る。例えば、下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップは、空気で満たされ得る。しかしながら、他の実施形態では、ＤＭＦカートリッジ１１０内の液滴操作は、空気中で起こり得、液滴は、その上に薄いオイルコーティング（またはオイルシェル）を有し得る。さらに他の実施形態では、ＤＭＦカートリッジ１１０内の液滴操作は、嵩高剤流体（例えば、シリコーンオイルまたはヘキサデカン充填流体などの低粘度油）において起こり得る。例えば、下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップは、充填流体で満たされ得る。DMFカートリッジ内に油が存在することの欠点は、LSPRセンシング素子において油汚染のリスクがあり得ることである。しかしながら、ＰＲシステム１００では、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６は、LSPRセンシング素子での油汚染を最小化または完全に排除する機構を提供し得る。
【００８８】
例えば、ここで図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、サンプル液滴１４０は、その上にオイルシェル（またはコーティング）１４５を有し得る。サンプル液滴１４０が光ファイバープローブ１７０に輸送されるとき、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６は、オイルシェル１４５を短時間通過し、次いで、サンプル液滴１４０の水性部分に突出し得る。ＬＳＰＲセンサー１３６の表面は一般に親水性であるため、ＬＳＰＲセンサー１３６の表面上に水層が存在する傾向があり、これは油汚染に抵抗し、信頼できる読み取りを促進するのに役立ち得る。さらに、この構成を使用して、ＬＳＰＲセンサー１３６が油相にさらされる時間を最小限に抑え得る。
【００８９】
さらなる実施形態として、ここで図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップは、充填流体１４６で満たされ得る。充填流体１４６は、例えば、シリコーンオイルまたはヘキサデカン充填流体などの低粘度油であり得る。したがって、ＤＭＦカートリッジ１１０内の液滴操作は、油中で起こり得る。この例では、サンプル液滴１４０が光ファイバープローブ１７０に輸送されると、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６は、ＤＭＦカートリッジ１１０の完全な油性環境からサンプル液滴１４０の完全な水性環境に移行する。この場合も、ＬＳＰＲセンサー１３６の表面は一般に親水性であるため、ＬＳＰＲセンサー１３６の表面上に水層が存在する傾向があり、これは油汚染に抵抗し、信頼できる読み取りを促進するのに役立つ。
【００９０】
別の実施形態では、光ファイバープローブ１７０およびＤＭＦカートリッジ１１０は、それらの間の相対的な動きのために配置され得る。例えば、光ファイバープローブ１７０は、ＤＭＦカートリッジ１１０から選択的に転置されて、光ファイバープローブ１７０を下部基板１１６と上部基板１１８との間から除去し得る（図１３Ｃおよび図１３Ｄを参照のこと）。これに関して、下側基板１１６と上部基板１１８との間のＤＭＦカートリッジ１１０内に油環境が存在する間、光ファイバープローブ１７０をＤＭＦカートリッジ１１０から取り外し得る。しかしながら、液滴が所定の位置にあり、下部基板１１６と上部基板１１８との間に水性環境が存在すると、光ファイバープローブ１７０は、ＬＳＰＲセンサー１３６が液滴によって確立された水性環境に配置され得るような位置に移動され得る。これに関して、ＬＳＰＲセンサー１３６の油汚染は、液滴操作中に光ファイバープローブ１７０を位置から移動させることによって最小限に抑えることができ、その場合、DMFカートリッジ110に対する挿入位置にあるときに光ファイバープローブ１７０が占める領域に油が存在し得る。しかしながら、液滴が所定の位置にあり、ＤＭＦカートリッジ１１０に対して挿入位置にあるときに光ファイバープローブ１７０が占める領域が水性環境を含むと、ＬＳＰＲセンサー１３６が油接触のほとんどないか全くない状態を経験するように光ファイバープローブ１７０を挿入し得る。さらに、複数の光ファイバープローブ１７０のうちの異なるものをこの方法で選択的に導入して、新しいプローブおよび／または異なる種類のセンサーを備えるプローブの使用を可能にし得る。
【００９１】
ここで再び図１０Ａから図１２Ｂを参照すると、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６は交換可能であり得る。例えば、アッセイが完了すると、光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６を取り外し、新しい光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６を、ＤＭＦカートリッジ１１０の上部基板１１８を通して再挿入し得る。
【００９２】
図５Ａから図１２Ｂに示される固定LSPRセンシングプロセスにおいて、サンプル液滴１４０の検体溶液は、サンプル液滴１４０における検体の蓄積を回避するために、必要に応じて（液滴操作を介して）緩衝液で置き換え得る。
【００９３】
ＤＭＦカートリッジ１１０に関する光ファイバープローブ（例えば、光ファイバープローブ１７０）の構成は、例えば、図１０Ａから図12Bに示されるものに限定されない。例えば、図１３Ａから図１３Ｄは、ＤＭＦカートリッジ１１０内の固定LSPRセンシングのための光ファイバープローブおよびＬＳＰＲセンサーのさらに他の構成の側面図を示す。一例では、図１３Ａは、上部基板１１８を通るかわりに、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６を通して挿入された光ファイバープローブ１７０を示している。別の例では、図１３Ｂは、ＬＳＰＲセンサー１３６を有する光ファイバープローブ１７０が、ＤＭＦカートリッジ１１０の側面から、上部基板１１８と下部基板１１６との間のギャップに挿入されることを示している。この例では、図１０Ａから図12Bに示されるように、光ファイバープローブ１７０は、上部基板１１８の平面に垂直ではなく、上部基板１１８の平面に平行に配向される。光ファイバープローブ１７０のこの構成の利点は、それがデバイスの流体機能に最小限の外乱のみを提供し得ることである。
【００９４】
さらに別の例では、図１３Ｃおよび図１３Ｄは、ロボティクス１７４を使用して、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップ内またはギャップから光ファイバープローブ１７０を移動または後退させることを示している。このようにして、光ファイバープローブ１７０は移動可能である。移動する光ファイバープローブ１７０の別の例では、振動作用を光ファイバープローブ１７０に適用して、混合を助けることができる。
【００９５】
さらに別の例では、ロボット工学システム（図示せず）を使用して、ＬＳＰＲセンサー１３６を備えた光ファイバープローブ１７０を、ＤＭＦカートリッジ１１０内の特定の液滴位置に移動させ得る。例えば、ロボット工学システムを使用して、ＬＳＰＲセンサー１３６を備えた光ファイバープローブ１７０を、ＤＭＦカートリッジ１１０の下部基板１１６および／または上部基板１１８を通して、および／またはDMFカートリッジ110の側面から、下部基板１１６と上部基板１１８との間のギャップに移動させることができる。一般に、光ファイバープローブ１７０は、例えば、ＤＭＦカートリッジ１１０内で、機械的、電気的および／または磁気的に、異なるサンプルレーンおよび／または場所に移動し得る。
【００９６】
いくつかの実施形態では、ＤＭＦカートリッジ１１０のLSPRセンシング能力は、複数の液滴を処理するための複数のＬＳＰＲセンサー１３６の様々な配置を含み得、その例は図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１５、および図16に示されている。例えば、ここで図１４Ａを参照すると、例えば、複数の光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６の配置を含むセンサー構成２４０が提供され、ここで、異なるＬＳＰＲセンサー１３６の特性（例えば、固定化化学）は、サンプル液滴１４０が実質的に同じである一方で変化し得る。別の例では、ここで図１４Ｂを参照すると、例えば、複数の光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６の配置を含むセンサー構成２４２が提供され、異なるＬＳＰＲセンサー１３６の特性は実質的に同じであるが、サンプル液滴１４０は異なる。さらに別の例では、図１４Ｃを参照すると、例えば、複数の光ファイバープローブ１７０およびＬＳＰＲセンサー１３６の配置を含むセンサー構成２４４が提供され、異なるＬＳＰＲセンサー１３６の特性は、LSPRセンサー136すべてにまたがる単一のサンプル液滴１４０を処理するために変化し得る。
【００９７】
さらに別の例では、ここで図１５を参照すると、センサー構成２４６が提供される。センサー構成２４６は、例えば、ＤＭＦカートリッジ１１０にわたって配置され得る単一の光ファイバー１７６を含み、光ファイバー１７６は、複数の検出スポット（例えば、複数のＬＳＰＲセンサ１３６）を含む。一例では、検出スポットは、スペクトル的に分解されるように、各スポットに異なるナノ構造を有することによって分解され得る。別の例では、複数の検出スポット（例えば、複数のＬＳＰＲセンサ１３６）を備えた光ファイバー１７６は、カメラで上方から画像化され得、次いで、画像処理を使用して空間的に分解され得る。一例では、各検出スポット（例えば、各ＬＳＰＲセンサ１３６）は、個別にアドレス指定可能であるように、液滴操作電極１２６の列に対して整列し得る。さらに、各検出スポット（例えば、各ＬＳＰＲセンサ１３６）は、個々の機能化／センシングのために別個の電極トラック上にあり得る。この方法は、多数のＬＳＰＲセンサー１３６を多重化する方法の一例である。この方法はまた、光ファイバーをＤＭＦカートリッジ１１０と統合するために利用可能な物理的空間によって課せられる特定の制限を克服する。
【００９８】
さらに別の例では、ここで図１６を参照すると、センサー構成２４８が提供される。センサー構成２４８は、光ファイバー１７６のＵ字部分に配置された検出スポット（例えば、ＬＳＰＲセンサ１３６）を有するＵ字型曲げ光ファイバー１７６を含む。センサー構成２４８では、反射モード測定を行う代わりに、Ｕ字型曲げ光ファイバー１７６によって伝送モード測定が可能になる。曲げにより、いくつかの有用な光学的効果が可能になり得る。
【００９９】
図１７は、検体の分析のためにＤＭＦカートリッジ１１０、固定LSPRセンシングプロセス、および液滴操作を使用する方法３００の実施形態のフロー図を示している。例として、方法３００は、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）ベースのＤＭＦカートリッジ１１０のプロセスを説明している。しかしながら、反応性表面基は、例えば、ＣＯＯＨ、ストレプトアビジン、チオール、プロテインＡ、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）などを含み得る。方法３００は、以下のステップを含み得るが、これらに限定されない。
【０１００】
ステップ３１０において、ＤＭＦカートリッジ１１０を含むＰＲシステム１００が提供され得、ここで、固定LSPRセンシングプロセス（例えば、固定ＬＳＰＲセンサー１３６）は、検体の分析のために使用され得る。
【０１０１】
ステップ３１５で、固定ＬＳＰＲセンサー１３６は、液滴操作を使用して活性化され得る。例えば、「活性化」は、ＬＳＰＲセンサー１３６上のＣＯＯＨ機能性表面コーティングが活性エステルに変換されるアミンカップリングステップを含み得る。例えば、その中にＥＤＣ／ＮＨＳを有する活性化緩衝液滴は、液滴操作を使用して、特定の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に輸送され得る。EDCは1-エチル-3-（3-ジメチルアミノプロピル）-カルボジイミドである。NHSはN-ヒドロキシスクシンイミドである。ＥＤＣ／ＮＨＳをその中に有する活性化緩衝液滴は、一定期間、固定ＬＳＰＲセンサー１３６に存在し得る。ＥＤＣ／ＮＨＳ溶液は、固定ＬＳＰＲセンサー１３６上のＣＯＯＨ部位と反応し、それらをリガンド上の任意のアミン基に共有結合し得る活性機能基に変える。そうすることで、固定ＬＳＰＲセンサー１３６を作動させ得る。
【０１０２】
ステップ３２０において、固定ＬＳＰＲセンサー１３６は、液滴操作を使用して機能化され得る。例えば、その中にリガンドを有する緩衝液滴は、液滴操作を使用して、特定の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に輸送され得る。リガンドを有する緩衝液滴は、固定されたＬＳＰＲセンサー１３６に一定期間存在し得る。そうすることで、固定ＬＳＰＲセンサー１３６が機能化され得る。
【０１０３】
ステップ３２５で、固定ＬＳＰＲセンサー１３６は、液滴操作を使用して不活性化され得る。不活性化は、ＬＳＰＲセンサー１３６上の残りの任意の活性結合部位を不活性部位に変換するために実行され得る。例えば、エタノールアミンなどの「ブロッキング」溶液を使用して、残っている任意のＣＯＯＨ部位と反応し、それらを不活性化し得る。例えば、エタノールアミンの液滴は、液滴操作を使用して、特定の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に輸送され得る。エタノールアミン液滴は、固定されたＬＳＰＲセンサー１３６に一定期間存在し得る。そうすることで、固定ＬＳＰＲセンサー１３６は不活性化され得る。
【０１０４】
ステップ３３０において、アッセイプロトコルは、ＤＭＦカートリッジ１１０内の液滴操作を使用して、および固定LSPRセンシングプロセスを使用して実行され得る。さらに、センサーの読み取り値はリアルタイムで取得され得る。例えば、照明源１５４および光学測定デバイス１５６を使用して、特定の固定ＬＳＰＲセンサー１３６からのＬＳＰＲ信号は、アッセイプロトコルを実行している間にリアルタイムで捕捉され得る。例えば、サンプル液滴（例えば、サンプル液滴１４０）が液滴操作を使用して特定の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に輸送され、会合段階の読み取り値が記録され得るアッセイプロトコルが実行され得る。次に、緩衝液滴は、液滴操作を使用して固定ＬＳＰＲセンサー１３６に輸送され得、そして解離段階の読み取り値が記録され得る。次に、異なる濃度の検体（通常は前のものの３倍）を、液滴操作を使用して輸送し得、固定ＬＳＰＲセンサー１３６および上記を繰り返し得る。これは通常、少なくとも3つの検体濃度に対して実行され、速度論的分析の実行を容易にし得る。一般に、このステップのDMF操作は、分析に必要な希釈を自律的に実行する。
【０１０５】
ステップ３３５で、固定ＬＳＰＲセンサー１３６からのセンサーデータを処理し得、対象検体のＫＯＮ値、ＫＯFF値、およびＫＤ値を決定し得る。例えば、ＰＲシステム１００のコントローラ１５０を使用し、固定ＬＳＰＲセンサー１３６からのセンサーデータは、結合モデルをデータに適合させ、回帰を使用して、実験データを最もよく表す対象の検体のＫＯＮ値、ＫＯFF値、およびＫＤ値を見つけることによって処理され得る。これは、例えば、ステップ３３０で説明された少なくとも３つの検体濃度を含むデータセットを使用して達成し得る。
【０１０６】
ここで、DＭＦカートリッジ１１０における固定LSPRセンシングプロセスを説明する図５Ａから図１７を再び参照すると、固定ＬＳＰＲセンサー１３６での液滴の急速な運動は存在しない可能性がある。このケースでは、会合段階データ（つまり、KON値）と解離段階データ（つまり、KOFF値）を取得し得るが、このケースは、検体の親和性データ（つまり、KD値）を取得するのに役立ち得る。
【０１０７】
図１８は、現在開示されているＰＲシステム１００の光学システム４００の例のブロック図を示している。反射モード構成の別の例では、現在開示されているＰＲシステム１００の光学システム４００は、照明源および反射光が単一の光ファイバーを共有することを可能にするｙカプラーを含有する。例えば、光学システム４００は、ＬＥＤ光源４１０、分光計４１２、およびＹカプラー４１４を含む。光学システム４００はまた、ＳＭＡコネクタ４１８と光ファイバー４２２を介して光学的に結合された金ナノ粒子（ＡｕＮＰ）チップ４２０とをさらに含むファイバセンサ４１６を含む。ファイバセンサ４１６のＡｕＮＰチップ４２０は、ＤＭＦカートリッジ１１０などのＤＭＦデバイスに関連して提供される。例えば、ファイバセンサ４１６は、ＡｕＮＰチップ４２０を介してＤＭＦカートリッジ１１０に光学的に結合されている。さらに、ファイバセンサ４１６は、ＳＭＡコネクタ４１８を介してＹカプラー４１４に光学的に結合されている。
【０１０８】
光学システム４００において、Ｙカプラー４１４は、ＬＥＤ光源４１０（照明源）およびＡｕＮＰチップ４２０からの反射光が単一の光ファイバー４２２を共有することを可能にする。この例の利点は、照明源（例えば、ＬＥＤ光源４１０）およびセンサー（例えば、分光計４１２）が、活性化されたファイバーチップ（例えば、ＡｕＮＰチップ４２０）に本質的に位置合わせされることである。例えば、９０：１０分割を有するＹカプラー４１４は、１０％側がＬＥＤ光源４１０に接続され、９０％側が分光計４１２に接続された状態で使用することができる。次に、ＬＥＤ光源４１０は、Ｙカプラー４１４を通過して、ＤＭＦデバイス内の金ナノ粒子（例えば、ＡｕＮＰチップ４２０）を備えたファイバセンサ４１６に至る。この光はナノ粒子の層で反射し、特定の波長はSPR信号に従って吸収される。次に、反射光は、分析のためにＹカプラー４１４を通過して分光計４１２に至る。
【０１０９】
（DMFでの溶液中LSPRセンシング）
「溶液中のLSPRセンシング」は、液滴自体で発生する任意のLSPRセンシングプロセスなど、溶液中で発生する任意のLSPRセンシングプロセスを指し得る。以下、図１９および図２０は、一般的な溶液中のLSPRセンシングプロセスの実施形態を示し、図２１Ａから図２７は、溶液中のLSPRセンシングプロセスの特定の実施形態を示している。
【０１１０】
図１９および図２０は、ＤＭＦカートリッジ１１０の実施形態の一部の側面図、および溶液中のLSPRセンシング１１２の例である一般的な溶液中のLSPRセンシングプロセスの実施形態を示す。この例では、ＬＳＰＲ液滴１４２は、ＤＭＦカートリッジ１１０に提供され得る。ＬＳＰＲ液滴１４２は、その中に懸濁された複数のナノ粒子２３２を含有する水性液滴を備え得る。ナノ粒子２３２は、図３および図４を参照して上記で説明したように、金および／または銀ナノ粒子などの金属ナノ粒子であり得る。ナノ粒子２３２のそれぞれは、ＬＳＰＲ効果を作り出すために、捕捉分子２１４（例えば、リガンド）で機能化され得る。ＬＳＰＲセンサー１３６において、ナノ粒子２３２を表面に固定化し得る。しかしながら、ここでは、ナノ粒子２３２は表面に固定化されていない可能性があり、むしろナノ粒子２３２は、LSPR液滴142に懸濁するなど、溶液中に懸濁されている可能性がある。
【０１１１】
図１９は、別個のサンプル液滴１４０と共にＬＳＰＲ液滴１４２を示している。この場合も、サンプル液滴１４０は、その中に懸濁された複数の標的検体２１６を含有する水性液滴（例えば、検体溶液の液滴）であり得る。この例では、サンプル液滴１４０内の標的検体２１６は、ＬＳＰＲ液滴１４２内のナノ粒子２３２上の分子２１４（例えば、リガンド）を捕捉するための結合パートナーを備え得る。ここで図２０を参照すると、この一般的な溶液中LSPRセンシングプロセスにおいて、ＬＳＰＲ液滴１４２およびサンプル液滴１４０は、液滴操作を使用して同化および／または混合され得、それによって反応ＬＳＰＲ液滴１４３を形成する。そうすることで、標的検体２１６は、ナノ粒子２３２のＬＳＰＲ効果のために、ナノ粒子２３２上の捕捉分子２１４（図示せず）に結合することができる。
【０１１２】
一般に、このプロセスでは、ナノ粒子２３２の表面への分子の流束は、液滴操作を使用して液滴を迅速に混合することによって作成することができる。例えば、液滴操作を使用して、液滴操作電極１２６の上の急速な円運動（図７および図９に示されるような）および／または急速な前後の振動運動（図５に示されるような）に影響を与えることができる。そうすることで、結合事象は、反応ＬＳＰＲ液滴１４３において促進され得る。反応ＬＳＰＲ液滴１４３における検体の結合は、ＬＳＰＲ波長のシフトを引き起こす。したがって、ＰＲシステム１００の光学測定システムを使用して、ナノ粒子２３２上の捕捉分子２１４（図示せず）に対する標的検体２１６のリアルタイムの動的測定（例えば、会合段階（すなわち、ＫＯＮ値）、解離段階（すなわち、ＫＯFF値）、および検体親和性（すなわち、ＫＤ値））を取得し得る。
【０１１３】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、現在開示されているＰＲシステム１００およびＤＭＦカートリッジ１１０の溶液中LSPRセンシングプロセスで使用することができる磁気応答性ナノ粒子２５０の実施形態の側面図を示す。「磁気応答性」とは、磁場に応答することを意味する。「磁気応答性ナノ粒子」は、磁気応答性材料を含むか、または備え得る。磁気応答性材料の例には、例えば、常磁性材料、強磁性材料、フェリ磁性材料、およびメタ磁性材料が含まれる。適切な常磁性材料の例には、鉄、ニッケル、コバルト、ならびにFe3O4、BaFe12O19、CoO、NiO、Mn2O3、Cr2O3、およびCoMnPなどの金属酸化物が含まれるが、これらに限定されない。
【０１１４】
一例では、ここで図２１Ａを参照すると、磁気応答性ナノ粒子２５０は、磁気応答性コア素子２５２が埋め込まれたナノ粒子２３２によって形成され得る。磁気応答性コア素子２５２は、例えば、磁気応答性粒子であり得る。さらに、磁気応答性ナノ粒子２５０において、ナノ粒子２３２は、２つ以上の磁気応答性コア素子２５２を含み得る。
【０１１５】
別の例では、ここで図２１Ｂを参照すると、別個の磁気応答性素子２５４は、ナノ粒子２３２につながれて、磁気応答性ナノ粒子２５０を形成し得る。例えば、磁気応答素子２５４は、物理的または化学的結合を使用してナノ粒子２３２に連結される磁気応答性粒子であり得る。一例では、磁気応答素子２５４は、リンカーを使用してナノ粒子２３２に結合され得る。さらに、２つ以上の磁気応答素子２５４をナノ粒子２３２に結合し得、または２つ以上のナノ粒子２３２を１つの磁気応答素子に結合し得る。溶液中のLSPRセンシングのために磁気応答性ナノ粒子２５０を使用する例は、図１９から図27を参照して以下に示され、説明される。
【０１１６】
図２２は、液滴操作を使用して磁気応答性ナノ粒子２５０を機能化する溶液中プロセス５００の実施形態のフロー図を示す。例として、溶液中プロセス５００は、ＣＯＯＨベースのＤＭＦカートリッジ１１０のプロセスを説明する。しかしながら、反応性表面基は、例えば、ＣＯＯＨ、ストレプトアビジン、およびＮＴＡを含み得る。さらに、図２３Ａから図２３Fは、溶液中プロセス５００の実施形態の特定のステップを図式的に示しており、したがって、図２３Ａから図２３Fは、溶液中のプロセス５００の特定のステップで参照され得る。溶液中プロセス５００は、以下のステップを含み得るが、これらに限定されない。
【０１１７】
ステップ５１０において、検体の分析のために液滴操作を使用する溶液中のLSPRセンシングプロセスをサポートするＤＭＦカートリッジ１１０を含むＰＲシステム１００が提供され得る。
【０１１８】
ステップ５１５で、溶液中のプロセスおよび液滴操作を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を活性化し得る。例えば、「活性化」は、磁気応答性ナノ粒子２５０上のＣＯＯＨ機能性表面コーティングが活性エステルに変換されるアミンカップリングステップを備え得る。例えば、ここで図２３Ａを参照すると、ナノ粒子液滴１８０は、ＤＭＦカートリッジ１１０中に提供され得る。ナノ粒子液滴１８０は、その上にＣＯＯＨコーティングを有する磁気応答性ナノ粒子２５０含有溶液であり得る。次に、ここで図２３Ａを参照すると、活性化緩衝液滴１８２は、ＤＭＦカートリッジ１１０に提供され得る。活性化緩衝液滴１８２は、ＥＤＣ／ＮＨＳを含む。次に、ここで図２３Ｂを参照すると、ナノ粒子液滴１８０および活性化緩衝液滴１８２は、液滴操作を使用して組み合わせ得るか、または同化され得る。そうすることで、ナノ粒子液滴１８０を活性化し得る。例えば、ナノ粒子液滴１８０と活性化緩衝液滴１８２とを一定期間同化することにより、ナノ粒子液滴１８０中の磁気応答性ナノ粒子２５０を活性化し得る。ナノ粒子液滴１８０中の磁気応答性ナノ粒子２５０は、リガンド機能化のために準備された。
【０１１９】
ステップ５２０で、溶液中のプロセスおよび液滴操作を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を洗浄し得る。例えば、ここで図２３Ｃを参照すると、磁石（例えば、永久磁石または電磁石である磁石１７２）を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を、特定の液滴操作電極１２６上のナノ粒子液滴１８０に固定化し得る。次に、ナノ粒子液滴１８０は、液滴操作を使用して移送され、磁気応答性ナノ粒子２５０を液滴操作電極１２６の頂上に固定化されたままにされ得る。磁気応答性ナノ粒子に関して「固定化」することは、ナノ粒子がDMFカートリッジ内の液滴操作電極の上の位置に実質的に拘束されることを意味し得、その結果、ナノ粒子に対する流体の流れから生じるナノ粒子に作用する力が抑制位置からナノ粒子を取り除くのに不十分である。次に、ここで図２３Ｃおよび図２３Ｄを参照すると、緩衝液滴１４４は、液滴操作を使用して、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０の部位に輸送され得る。緩衝液滴１４０は、構造を洗浄するために必要に応じて、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０上を複数回通過させることができる。
【０１２０】
ステップ５２５において、溶液中のプロセスおよび液滴操作は、磁気応答性ナノ粒子２５０を機能化するために使用され得る。次に、ここで図２３Ｅを参照すると、磁気応答性ナノ粒子２５０は、緩衝液滴１４４に放出され得る。次に、緩衝液滴１４４は、例えば、リガンド液滴１８２と組み合わせまたは同化することができ、ここで、リガンド液滴１８２は、捕捉分子またはリガンド２１４を備える。そうすることで、ＬＳＰＲ液滴１４２が形成され得、その中の磁気応答性ナノ粒子２５０が機能化される。例えば、緩衝液滴１４４（その中に磁気応答性ナノ粒子２５０を有する）とリガンド液滴１８２を一定期間同化することにより、リガンド２１４は磁気応答性ナノ粒子２５０に付着し、ＬＳＰＲ液滴１４２を形成し得る。次に、複数の緩衝液滴を交換することにより、特定の洗浄操作が発生し得る。
【０１２１】
ステップ５３０において、溶液中のプロセスおよび液滴操作は、磁気応答性ナノ粒子２５０を不活性化するために使用され得る。不活性化は、LSPR液滴142内の磁気応答性ナノ粒子250上の残りの活性結合部位を不活性部位に変換するために実行され得る。たとえば、エタノールアミンなどの「ブロッキング」溶液を使用して、残りのCOOH部位と反応し、それらを不活性化し得る。例えば、エタノールアミンの液滴は、LSPR液滴142と組み合わせ得るか、または同化され得る。例えば、ＬＳＰＲ液滴１４２（その中に磁気応答性ナノ粒子２５０を有する）とエタノールアミン液滴とを一定期間同化することにより、ＬＳＰＲ液滴１４２を不活性化し得る。次に、複数の緩衝液滴を交換することにより、特定の洗浄操作が発生し得る。
【０１２２】
図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、および図24D;図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ、および図25D;図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、および図２６Ｄは、磁気応答性ナノ粒子および液滴操作を使用する、ＤＭＦカートリッジ１１０における溶液中LSPRセンシングプロセスの実施形態を示す。例えば、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、および図２４Ｄは、液滴操作が空気中で起こり得る、ＤＭＦカートリッジ１１０における溶液中のLSPRセンシングプロセスを示している。図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ、および図２５Ｄは、ＤＭＦカートリッジ１１０内の溶液中のLSPRセンシングプロセスを示しており、液滴操作は、油で覆われた液滴を伴う空気中で起こり得る。図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、および図２６Ｄは、ＤＭＦカートリッジ１１０内の溶液中のLSPRセンシングプロセスを示しており、ここで、液滴操作は、油（または充填流体）中で起こり得る。
【０１２３】
ここで図２４Ａを参照すると、ＬＳＰＲ液滴１４２は、ＤＭＦカートリッジ１１０に提供され得る。ＬＳＰＲ液滴１４２は、例えば、図22に示される溶液中プロセス５００に従って調製され得る。さらに、その中に標的検体２１６を有するサンプル液滴１４０を提供し得る。ここで図２４Ｂを参照すると、ＬＳＰＲ液滴１４２およびサンプル液滴１４０は、液滴操作を使用して組み合わせまたは同化され、迅速に混合され得る。例えば、液滴は、液滴操作を使用して急速に混合され、液滴操作電極上での急速な円運動（図７および図９に示されるような）および／または急速な前後の振動運動（図５に示されるような）に影響を与える。そうすることで、結合事象は、LSPR液滴142内の磁気応答性ナノ粒子250で発生し得、これは現在、反応LSPR液滴143と呼ばれる。
【０１２４】
このプロセスでは、データの枯渇効果（すなわち、表面に結合しているためにバルク相中の検体の濃度が低下する）を回避するために、サンプル液滴１４０を新しいサンプル液滴１４０と定期的に交換する必要があり得る。あるいは、交換手順は、液滴またはその内容物のいくつかの測定可能な特性のリアルタイム観測を通じて誘発され得る。例えば、ここで図２４Ｃを参照すると、これは、磁石を使用して迅速に行うことができ、磁気応答性ナノ粒子２５０を固定化し、新しい検体液滴（例えば、サンプル液滴１４０）をもたらす。例えば、磁石１７２を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を、特定の液滴操作電極１２６上の反応ＬＳＰＲ液滴１４３に固定化し得る。次に、反応ＬＳＰＲ液滴１４３は、液滴操作を使用して輸送され得、磁気応答性ナノ粒子２５０を液滴操作電極１２６の上に固定化されたままにし得る。ここで、図２４Ｃおよび図２４Ｄの両方の図を参照すると、サンプル液滴１４０は、液滴操作を使用して、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０の部位に輸送され得る。次に、磁気応答性ナノ粒子２５０を放出して懸濁液に戻し得る。このプロセス中に、光学測定をリアルタイムで実行して、親和性データと会合段階データとを取得し得る。
【０１２５】
ここで再び図２４Ｃおよび図２４Ｄの両方を参照すると、設定された時間が経過すると、サンプル液滴１４０が緩衝液滴１４４と交換され得、光学測定をリアルタイムで行われ、解離段階データが取得され得る。例えば、再び、磁石１７２を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を、特定の液滴操作電極１２６の上の反応ＬＳＰＲ液滴１４３に固定化し得る。次に、反応ＬＳＰＲ液滴１４３は、液滴操作を使用して輸送され得、磁気応答性ナノ粒子２５０を液滴操作電極１２６の頂上に固定化されたままにし得る。次に、緩衝液滴１４４は、液滴操作を使用して、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０の部位に輸送され得る。次に、磁気応答性ナノ粒子２５０が放出されて懸濁液に戻され、解離段階が測定され得る。検体が蓄積しないように、複数の緩衝液滴を交換し得る。
【０１２６】
図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃ、および図２５Ｄに示されるプロセスは、液滴が油で覆われた液滴（例えば、オイルシェル１４５を有する液滴）であることを除いて、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、および図２４Ｄを参照して上記で説明したプロセスと実質的に同じであり得る。この例では、磁気応答性ナノ粒子２５０が固定化されると、それらはオイルシェル１４５を短時間通過し、次に液滴の水性部分に再懸濁される。磁気応答性ナノ粒子２５０の表面は一般に親水性であるため、磁気応答性ナノ粒子２５０の表面上に水層が存在する傾向があり、これは油汚染に抵抗し、信頼できる読み取りを促進するのに役立ち得る。さらに、この構成を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０が油相に曝露される時間を最小限に抑えることができる。
【０１２７】
さらに、図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、および図２６Ｄに示されるプロセスは、液滴操作が油（例えば、充填流体１４６）中で起こり得ることを除いて、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、および図２４Ｄを参照して上記で説明したプロセスと実質的に同じであり得る。この例では、磁気応答性ナノ粒子２５０が固定化されると、それらは、ＤＭＦカートリッジ１１０の完全な油環境から液滴の完全な水性環境に移行する。この場合も、磁気応答性ナノ粒子２５０の表面は一般に親水性であるため、磁気応答性ナノ粒子２５０の表面上に水層が存在する傾向があり、これは油汚染に抵抗し、信頼できる読み取りを促進するのに役立つ。
【０１２８】
さらに、図２３から図２６Ｄに示されるプロセスにおいて、磁石１７２（例えば、永久磁石または電磁石）の位置は、下部基板１１６の近くのみに限定されない。磁石１７２は、上部基板１１８の近く、またはＤＭＦカートリッジ１１０の側面または縁など、他の場所に配置され得る。
【０１２９】
図２７は、ＤＭＦカートリッジ１１０、溶液中LSPRセンシングプロセス、および検体の分析のための液滴操作を使用する方法６００の実施形態のフロー図を示す。例として、方法６００は、ＣＯＯＨベースのＤＭＦカートリッジ１１０のためのプロセスを含み得る。しかしながら、反応性表面基は、例えば、ＣＯＯＨ、ストレプトアビジン、およびＮＴＡを含み得る。方法６００は、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、および図24D;図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃおよび図25D;および図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、および図26Dに示されるプロセスのそれぞれを反映する。方法６００は、以下のステップを含み得るが、これらに限定されない。
【０１３０】
ステップ６１０において、検体の分析のために液滴操作を使用する溶液中のLSPRセンシングプロセスをサポートするＤＭＦカートリッジ１１０を含むＰＲシステム１００が提供され得る。
【０１３１】
ステップ６１５で、液滴操作は、溶液中のLSPRセンシングを使用して検体の分析のためにＬＳＰＲ液滴を準備するために、ＤＭＦカートリッジ１１０において使用され得る。例えば、ＬＳＰＲ液滴１４２は、図22を参照して示され、説明される溶液中プロセス５００に従って機能化され得る。
【０１３２】
ステップ６２０で、方法６００は、機能化されたＬＳＰＲ液滴およびサンプル液滴をＤＭＦカートリッジに提供することによってアッセイプロトコルを開始し、次いで液滴操作を使用してＬＳＰＲ液滴およびサンプル液滴を組み合わせまたは同化することを含み得る。例えば、ここで図２４Ａを参照すると、ＬＳＰＲ液滴１４２は、ＤＭＦカートリッジ１１０に提供され得る。さらに、その中に標的検体２１６を有するサンプル液滴１４０を提供し得る。ここで図２４Ｂを参照すると、ＬＳＰＲ液滴１４２およびサンプル液滴１４０は、液滴操作を使用して組み合わせまたは同化され、迅速に混合され得る。例えば、液滴は、液滴操作を使用して急速に混合され、液滴操作電極上での急速な円運動および／または急速な前後の振動運動に影響を及ぼし得る。そうすることで、結合事象は、LSPR液滴142内の磁気応答性ナノ粒子250で発生し、これは現在、反応LSPR液滴143と呼ばれている。
【０１３３】
ステップ６２５において、方法６００は、枯渇効果を回避し、親和性データおよび会合段階データを取得するために、サンプル液滴を新しいサンプル液滴と定期的に交換することによってアッセイプロトコルを継続することを含み得る。例えば、ここで図２４Ｃを参照すると、定期的に（例えば、数秒ごとに）、データの枯渇効果を低減するために、サンプル液滴１４０を新しいサンプル液滴１４０と交換する必要があり得る。例えば、磁石１７２を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を、特定の液滴操作電極１２６上の反応ＬＳＰＲ液滴１４３に固定化し得る。次に、反応ＬＳＰＲ液滴１４３は、液滴操作を使用して輸送され、磁気応答性ナノ粒子２５０を液滴操作電極１２６の上に固定化されたままにし得る。ここで、図２４Ｃおよび図２４Ｄの両方の図を参照すると、サンプル液滴１４０は、液滴操作を使用して、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０の部位に輸送され得る。次に、磁気応答性ナノ粒子２５０を放出して懸濁液に戻し得る。このプロセス中に、光学測定をリアルタイムで実行して、親和性データおよび会合段階データを取得し得る。
【０１３４】
ステップ６３０において、方法６００は、サンプル液滴を緩衝液滴と定期的に交換することによってアッセイプロトコルを継続し、解離段階データを捕捉し得る。例えば、ここで図２４Ｃおよび図２４Ｄを参照すると、所与の時間が経過するかまたは信号を観測して液体を交換する時期を決定すると、サンプル液滴１４０を緩衝液滴１４４と交換し得、光学的測定をリアルタイムで行って解離段階データを取得し得る。例えば、再び、磁石１７２を使用して、磁気応答性ナノ粒子２５０を、特定の液滴操作電極１２６の上の反応ＬＳＰＲ液滴１４３に固定化し得る。次に、反応ＬＳＰＲ液滴１４３は、液滴操作を使用して移送され、磁気応答性ナノ粒子２５０を液滴操作電極１２６の上に固定化されたままにし得る。次に、緩衝液滴１４４は、液滴操作を使用して、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０の部位に輸送され得る。次に、磁気応答性ナノ粒子２５０を放出して懸濁液に戻し得る。この場合も、緩衝液滴１４０は、構造を洗浄するために必要に応じて、固定化された磁気応答性ナノ粒子２５０上を複数回通過させることができる。
【０１３５】
ステップ６３５において、方法６００は、サンプル液滴１４０において異なる濃度の検体（通常、以前のものの３倍）を使用して、ステップ６２０、６２５、および６３０を繰り返すことによって、アッセイプロトコルを継続し得る。これは通常、速度論的分析を実行するために使用し得る少なくとも3つの検体濃度に対して行われる。
【０１３６】
ステップ６４０において、溶液中のLSPRセンシングプロセスのＬＳＰＲ液滴１４２からのセンサーデータが処理され得、そしてKON値、KOFF値、KD値、および／または対象の検体の親和性が決定される。例えば、ＰＲシステム１００のコントローラ１５０を使用して、ＬＳＰＲ液滴１４２からのセンサーデータは、結合モデルをデータに適合させ、回帰を使用して、実験データを最もよく表す対象検体の分析のKON値、KOFF値、KD値、および／または親和性を見つけることによって処理され得る。これは、例えば、ステップ６３５に記載された少なくとも３つの検体濃度を含むデータセットを使用して達成することができる。
【０１３７】
検体の分析のために溶液中のLSPRセンシングプロセスおよび液滴操作を使用する方法６００の特徴は、ＰＲシステム１００およびＤＭＦカートリッジ１１０を使用して多数（例えば、数百）の液滴を同時に処理できるという事実を含み得る。加えて、ＤＭＦカートリッジ１１０内の溶液中LSPRセンシングプロセスは、複数の検体および／または濃度に対して高い一貫性で容易に試験することを可能にし得る。図２２の溶液中プロセス５００に従って機能化されたＬＳＰＲ液滴１４２は複数の液滴に分割され得、別々に処理することができるためである。
【０１３８】
さらに、図２２の溶液中プロセス５００の別の特徴および図２７の方法６００は、液滴の化学的調製が図２２の溶液中プロセス５００を使用して行われ得、次に図２７の方法６００を使用して磁気応答性ナノ粒子２５０が固定化されている間に動的測定が実行され得るものであり得る。
【０１３９】
さらに、図２２の溶液中プロセス５００の別の特徴および図27の方法６００は、さまざまな分析において、検体/活性化の変更のみでまったく同じデバイスを使用し得るものであり得る。
【０１４０】
さらに、図２２の溶液中プロセス５００の別の特徴および図２７の方法６００は、この設計により、特定の検体の固定化化学の自律的な最適化が容易になり得る。
【０１４１】
さらに、図２２の溶液中プロセス５００の別の特徴および図２７の方法６００は、液滴中のナノ粒子２５０を容易に洗浄できることであり得る。これは、DMFカートリッジ110内のナノ構造上で直接行われるべき表面化学およびリガンドの固定化を容易にし得る。この特徴により、血液などの複雑なサンプルを処理し得る。
【０１４２】
ここで再びＤＭＦカートリッジ１１０における溶液中のLSPRセンシングプロセスを説明する図１９から図２７を参照すると、液滴の急速な運動が存在しない可能性がある。このケースでは、会合段階データ（つまり、KON値）と解離段階データ（つまり、KOFF値）を取得しなくともよいが、このケースは、検体の親和性データ（つまり、KD値）を取得するのに役立ち得る。加えて、KONとKOFFとは、拡散をモデル化する追加の方程式を介して推測され得る。
【０１４３】
再び図１から図２７を参照すると、ＰＲシステム１００の光学測定システムの様々な構成を使用し得る。例えば、図２８から図３２は、光学測定システムの異なる構成の例を示している。例えば、図２８は、ＤＭＦカートリッジ１１０内の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に関連して伝送モードで動作するように構成された照明源１５４および光学測定デバイス１５６を示す。この例では、下部基板１１６、上部基板１１８、および液滴操作電極１２６は、実質的に光学的に透明であるか、またはセンシング領域内に光学的に透明なウィンドウを含有し得る。
【０１４４】
図２９は、ＤＭＦカートリッジ１１０内の固定ＬＳＰＲセンサー１３６に関して反射モードで動作するように構成された照明源１５４および光学測定デバイス１５６を示す。反射モードで動作するとき、ＤＭＦカートリッジ１１０は、ＤＭＦカートリッジ１１０の所与の側からの光学的観察を可能にするように構成され得る。これに関して、光学測定システムが配置されているＤＭＦカートリッジ１１０の側面に応じて、上部基板１１８または下部基板１１６のいずれかが、光学的に透明であるか、または光学的に透明なウィンドウを含有し得る。具体的には、光学測定システムに隣接する基板の部分は、光学的に透明であり得る、そして反対側は、反射モードで操作されるとき、光学的に透明でなくともよい。したがって、図２９に示される実施形態では、上部基板１１８は、実質的に光学的に透明であり得るが、下部基板１１６（図示せず）および液滴操作電極１２６は、実質的に光学的に透明ではなくともよい。
【０１４５】
図３０は、ＤＭＦカートリッジ１１０内の溶液内LSPRセンシングプロセスに関連して伝送モードで動作するように構成された照明源１５４および光学測定デバイス１５６を示す。この例では、下部基板１１６、上部基板１１８、および液滴操作電極１２６は、実質的に光学的に透明である。
【０１４６】
図３１は、ＤＭＦカートリッジ１１０内の溶液内LSPRセンシングプロセスに関連して反射モードで動作するように構成された照明源１５４および光学測定デバイス１５６を示す。上記のように、反射モードで動作するとき、光学測定デバイス１５６に隣接する基板は、光学的に透明であり得るが、光学測定デバイス１５６の反対側は、光学的に透明ではなくてもよい。図３１に示す実施形態では、上部基板１１８は、実質的に光学的に透明であり得るが、下部基板１１６（図示せず）および液滴操作電極１２６は、実質的に光学的に透明であり得る。
【０１４７】
図３２は、照明源１５４および／または光学測定デバイス１５６に関連して光学開口部１４８を含み得るＤＭＦカートリッジ１１０の例を示す。この例では、光学開口部１４８は、液滴操作電極１２６の１つにあり得、液滴操作電極１２６は、実質的に光学的に透明ではなくてもよい。
【実施例】
【０１４８】
図３３は、最初にＤＩ水中の１％グリセロールの液滴についての、続いてＤＩ水中の２％グリセロールの液滴についてのＳＰＲ応答対時間のプロット７００の例を示す。例えば、プロット７００は、ＳＰＲ応答曲線７１０を示している。プロット700においては、COOH機能基を有するファイバーチップ上のLSPRセンサーが、最初に脱イオン水（0-33s）、脱イオン水中の1％グリセロール（33s-66s）、脱イオン水（66s-103s）、2％グリセロール（103s-140s）そして最後に再び脱イオン水にさらされた。実験は油環境で実施した。
【０１４９】
この実験は以下の2つの点を証明する。（1）光ファイバーの先端にLSPR活性金ナノ粒子があることである。センサーは、水から1％および2％の両方のグリセロールへの屈折率シフトを検出し得る。さらに、1％と2％との間の信号の差は、予想どおり線形である。（2）油環境（2％グリセロールの30倍超の屈折率シフト）が測定に干渉しないことである。
【０１５０】
以前は、一般的に親水性のLSPRセンサーが、油環境からセンサーを保護する水層を保持していることが指摘されていた。各溶液交換の間に油性媒体に2秒間曝露したにもかかわらず、この曝露の影響はデータに記載されていない。これは、保持された水層内にあるLSPRセンサーの相互作用距離が短いためである。
【０１５１】
リガンドによるLSPR光ファイバーの活性化のための構想実証実験が行われた。この原理実証実験では、ファイバー上のCOOH表面LSPRセンサーがDMFデバイスに埋め込まれ、リガンド固定化手順が実行された。以下に説明するこのプロセスは、EDC+NHSを有するCOOH表面の活性化、このセンサー表面へのプロテインAの付着、未反応の表面部位を不動態化するためのエタノールアミンの導入、最後にプロテインAに結合して検証するヒトIgGを導入してリガンドを固定化することで構成された。
【０１５２】
この実験では、先端にCOOH表面のLSPRセンサーを備えた光ファイバーを側面からDMFデバイスに挿入した。次に、DMFデバイスはコマンドを実行して、ファイバーチップを次のサンプルにさらした。各ステップは、特に明記されていない限り、議題となっている化学物質600nLを分注し、その量をファイバーチップに移動することで構成された。曝露時間中、デバイスは4Hzの速度で液体を振動させた。次の手順を実行した。
（１）10分間のリン酸緩衝生理食塩水（PBS）でセンサー表面を調整する、
（２）2分間の10mM塩酸（HCl）でセンサー表面を洗浄する、
（３）5分間のPBS、
（４）DMFデバイスで300nLのEDCと300nLのNHSとを分注し、成果物を混合し、センサーを混合物に5分間さらす、
（５）3.5分間のPBS、
（６）5分間の20μg/mLプロテインA、
（７）2分間のPBSで過剰なプロテインAを洗い流す、
（8）5分間のエタノールアミンで未反応の結合部位をブロックする、
（９）６分間のPBS、
（１０）プロテインA結合を検証するための100nMヒトIgGへの5分間の曝露、
（１１）８分間のPBS。
【０１５３】
この実験の結果を図34に示す。カルボキシル−ゴールド光ファイバーの活性化、プロテインAの結合、エタノールアミンによるブロッキング、およびIgGの結合のピーク位置のプロット800である。プロット800は、各液滴交換が従来の結合曲線を示す結合ステップ（タンパク質A、エタノールアミン、IgG）で予想通りに動作する曲線810を示している。これにより、SPRサンプルの混合と分析とを自動化する方法としてプラットフォームが検証される。
【０１５４】
LSPR光ファイバーをリガンドで活性化するための別の構想実証実験を実施した。この原理実証実験では、プロテインAで活性化されたLSPRセンサーがDMFデバイスに挿入され、再生ステップを間に挟んで一連の濃度の検体に導入された。これにより、検体の結合速度を決定可能である。
【０１５５】
この実験では、プロテインAで活性化されたLSPRセンサーを先端に備えた光ファイバーを側面からDMFデバイスに挿入した。次に、DMFデバイスはコマンドを実行して、ファイバーチップを次のサンプルにさらした。この実験では、各ステップは10Hzで振動した600nLのサンプルで構成された。次の手順を実行した。
（１）10分間のPBSでセンサー表面を調整する、
（２）2.5分間の11nMヒトIgG検体、
（３）12.5分間のPBSで放出動態を測定する、
（４）2.5分間のpH2.0グリシン/HClで表面を再生する、
（５）2.5分間の33nMIgGヒトIgG検体、
（６）12.5分間のPBSで放出動態を測定する、
（７）2.5分間のpH2.0グリシン/HClで表面を再生する、
（８）2.5分間の100nM IgGヒトIgG検体、
（９）12.5分間のPBSで放出動態を測定する。
【０１５６】
この実験の結果を図３５および図36に示す。ここで図３５を参照すると、ＤＭＦ機器およびＯｐｅｎＳＰＲの両方からのプロテインＡ／ＩｇＧ実験データのプロット９００が示されており、感度の改善および分散の減少を示している。この試験の結果は、速度論的分析のために、標準的な分析ソフトウェアであるTracedrawerにインポートされた（図35のプロット900を参照）。これは優れた適合パラメータを示し、1.36x105M-1s-1の測定された会合定数（KON）、1.17x10-4s-1の測定された解離定数（KOFF）および従来の装置で実行された同じアッセイに基づいて予想される0.86nMの測定された検体親和性（KD）をもたらした。
【０１５７】
ここで図３６を参照すると、ＤＭＦプロテインＡデータへの結合速度論のフィッティングを示すプロット１０００である。図36のプロット１０００は、DMFベースのテストの結果を、より従来型のフローセル流体システムを使用するOpenSPR分析デバイスと比較している。比較すると、DMFデバイスは、より高い感度と大幅に低減された分散を示す。分散とは、従来のフローセルベースのSPR分析中に、緩衝液とサンプルとの界面全体に信号が分散することを指す。サンプルがセンサー表面との間を行き来するとき、サンプルは通常、サンプルが拡散する界面である緩衝液に隣接する。これにより、サンプルの前縁と後縁とに、信号において明らかな傾斜した濃度勾配が生じる。DMFデバイスでは、サンプル量が少なく、緩衝液前面に曝露されることなくサンプル液滴を交換できるため、分散は測定されない。この分散の欠如により、非結合参照シグナルの変化がないため、より高速な結合化学のより正確な分析と改善された動的フィッティング精度が可能になる。
【０１５８】
長年の特許法条約に従い、「a」、「an」、および「the」という用語は、特許請求の範囲を含め、本出願で使用される場合、「1つまたは複数」を指す。したがって、例えば、「主題」への言及は、文脈が明らかに反対でない限り（例えば、複数の主題）、複数の主題を含む。
【０１５９】
本明細書および特許請求の範囲を通じて、「備える(comprise)」、「備える(comprises)」、および「備える(comprising)」という用語は、文脈上別段の必要がある場合を除き、非排他的な意味で使用される。同様に、「含む（include）」という用語およびその文法上の変形は、リスト内のアイテムの列挙が、リストされたアイテムに置換または追加できる他の同様のアイテムを除外しないように、非限定的であることを意図している。
【０１６０】
本明細書および添付の特許請求の範囲の目的のために、特に明記しない限り、明細書および特許請求の範囲で使用される、量、サイズ、寸法、比率、形状、配合、パラメータ、パーセンテージ、数量、特性、および他の数値を表すすべての数値は、「約（about）」という用語が値、量、または範囲で明示的に表示されない場合でも、「約（about）」という用語によってすべての場合に変更されると理解される。したがって、反対に示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、正確でなく、正確である必要はないが、公差、換算係数、四捨五入、測定誤差など、本開示の主題によって得られることが求められる所望の特性に応じて当業者に知られている他の要因を反映して、必要に応じておおよその値および／または大きくまたは小さくてもよい。例えば、値を指すときの「約」という用語は、いくつかの実施形態では特定の量から±１００％、いくつかの実施形態では±５０％、いくつかの実施形態では±２０％、いくつかの実施形態では±１０％、いくつかの実施形態では±５％、いくつかの実施形態では±１％、いくつかの実施形態では±０．５％、およびいくつかの実施形態では±０．１％の変動を包含することを意味し得、そのような変形は、開示された方法を実行するため、または開示された組成物を使用するために適切である。
【０１６１】
さらに、「約」という用語は、1つ以上の数値または数値範囲に関連して使用される場合、範囲内のすべての数値を含むそのようなすべての数値を指し、記載されている数値の上下の境界を拡張することによってその範囲を変更することを理解すべきである。終端による数値範囲の列挙には、その範囲内に含まれるすべての数値、たとえば、その小数を含む整数が含まれ（たとえば、1〜5の列挙には、1、2、3、4、5、およびその小数、例えば、１．５、２．２５、３．７５、４．１など）、およびその範囲内の任意の範囲が含まれる。
【０１６２】
前述の主題は、理解を明確にするために図示および例としていくらか詳細に説明されてきたが、特定の変更および修正は、添付の特許請求の範囲内で実施できることが当業者には理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３−１】
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【図２３−２】
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【図２３−３】
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【図２４−１】
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【図２４−２】
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【図２５−１】
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【図２５−２】
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【図２６−１】
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【図２６−２】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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