(57)【要約】企図された方法およびデバイスは、生物学的宿主中の病原体の存在を検出することを含む。ある特定の実行では、試料は、生物学的宿主から提供される。バイオセンサーが提供され、このバイオセンサーは、試料中の対照マーカーを検出するように構成された第１のプローブを有し、この対照マーカーは、生物学的宿主の内因性要素である。このバイオセンサーは、試料中の標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを有し、この標的マーカーは、生物学的宿主中の病原体由来である。この試料はバイオセンサーに適用され、試料中の対照マーカーの存在または非存在は、第１のプローブを使用して同定される。試料中の標的マーカーの存在または非存在は、第２のプローブを使用して同定される。
2015529080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法であって、
前記生物学的宿主由来の試料を提供するステップと、
前記試料中で、前記生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーを検出するように構成された第１のプローブ、および前記試料中で、前記生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを有するバイオセンサーを提供するステップと、
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップと、
前記第１のプローブを使用して、前記試料中の前記対照マーカーの存在または非存在を同定するステップと、
前記第２のプローブを使用して、前記試料中の前記標的マーカーの存在または非存在を同定するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記バイオセンサーが第１のセンサーおよび第２のセンサーを有し、前記第１のプローブが前記第１のセンサーに連結し、前記第２のプローブが前記第２のセンサーに連結している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記試料に電気化学的溶解手順を適用するステップをさらに含む、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記試料中のマーカーの存在または非存在を同定するステップが、前記バイオセンサーにおいて電極触媒信号を測定するステップを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記対照マーカーおよび前記標的マーカーのうち少なくとも１つがリボ核酸配列を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブのうち少なくとも１つが、チオール結合で前記バイオセンサーに係留されたペプチド核酸配列を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記試料中の前記対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、
前記試料中の前記標的マーカーの存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップと、
前記第１のバイオセンサー信号および前記第２のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在することを決定するステップと
をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記試料中の前記対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、
前記試料中の前記標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップと、
前記第１のバイオセンサー信号および前記第２のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップと
をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記試料中の前記対照マーカーの非存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、
前記第１の信号に基づいてエラーを決定するステップと
をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記バイオセンサーが第３のプローブを有し、前記第３のプローブが、ペプチド核酸を含むナンセンスプローブである、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
固体支持基盤と、
前記支持基盤に固定されたセンサーと
を含み、
前記センサーは、生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブと、
前記生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブと
を含む、バイオセンサー。
【請求項１２】
前記第１のプローブが、前記センサーに係留された核酸配列を含み、前記第２のプローブが、前記センサーに係留されたペプチド核酸配列を含む、請求項１１に記載のバイオセンサー。
【請求項１３】
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブのうち少なくとも１つが、チオール結合で前記センサーに係留されている、請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４】
前記対照マーカーおよび前記標的マーカーのうち１つがリボ核酸配列を含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５】
前記バイオセンサーが第３のプローブを有し、前記第３のプローブが、ペプチド核酸を含むナンセンスプローブである、請求項１１〜１４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記第１のプローブを使用してベースライン測定を実施するステップをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記対照マーカーの存在を同定するステップが、前記第１のプローブからの前記ベースライン測定を、前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの後に前記第１のプローブを使用して実施した測定と比較するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記第２のプローブを使用してベースライン測定を実施するステップをさらに含む、請求項１〜１０および１６〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記標的マーカーの存在を同定するステップが、前記第２のプローブからの前記ベースライン測定を、前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの後に前記第２のプローブを使用して実施した測定と比較するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
電極触媒試薬を前記バイオセンサーに適用するステップをさらに含む、請求項１〜１０および１６〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記対照マーカーの存在を同定するステップが、前記第１のプローブに電圧信号を適用するステップと、第１の電極からの電流信号を測定するステップとを含む、請求項１〜１０および１６〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記標的マーカーの存在を同定するステップが、前記第２のプローブに電圧信号を適用するステップと、第２の電極からの電流信号を測定するステップとを含む、請求項１〜１０および１６〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のプローブが、前記バイオセンサー上の第１の位置に係留された核酸配列を含む、請求項１〜１０および１６〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のプローブが、前記バイオセンサー上の第１の位置に係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１〜１０および１６〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のプローブが、チオール結合で前記バイオセンサーに係留されている、請求項１〜１０および１６〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記第２のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記第２のプローブが、前記バイオセンサー上の第２の位置に係留された核酸配列を含む、請求項１〜１０および１６〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記第２のプローブが、前記バイオセンサー上の第２の位置に係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１〜１０および１６〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記第２のプローブが、チオール結合で前記バイオセンサーに係留されている、請求項１〜１０および１６〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記対照マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記対照マーカーが核酸配列を含む、請求項１〜１０および１６〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記標的マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記標的マーカーが核酸配列を含む、請求項１〜１０および１６〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、ハイブリダイゼーション条件下で、前記試料を前記第１のプローブおよび前記第２のプローブと接触させるステップを含む、請求項１〜１０および１６〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記第１のプローブおよび前記第２のプローブがチャンバー中に位置し、前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、ある流量で前記チャンバーを通して前記試料を流すステップを含む、請求項１〜１０および１６〜３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記流量が固定されている、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記流量が可変である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記流量が層流を生じる、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、前記試料を撹拌するステップを含む、請求項１〜１０および１６〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記対照マーカーがヒト上皮細胞由来である、請求項１〜１０および１６〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記病原体が細菌である、請求項１〜１０および１６〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記病原体がＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである、請求項１〜１０および１６〜４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のセンサーが伝導性である、請求項１〜１０および１６〜４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
前記第１のセンサーが微小電極である、請求項１〜１０および１６〜４４のいずれかに記載の方法。
【請求項４６】
前記第１のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１〜１０および１６〜４５のいずれかに記載の方法。
【請求項４７】
前記第１のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜４６のいずれかに記載の方法。
【請求項４８】
前記第１のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１〜１０および１６〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
前記第２のセンサーが伝導性である、請求項１〜１０および１６〜４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
前記第２のセンサーが微小電極である、請求項１〜１０および１６〜４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
前記第２のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１〜１０および１６〜５０のいずれかに記載の方法。
【請求項５２】
前記第２のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１〜１０および１６〜５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
前記第２のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１〜１０および１６〜５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
前記バイオセンサーが、第３のプローブを有する第３のセンサーを有し、前記第３のプローブがナンセンスプローブである、請求項１〜９および１６〜５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
前記第３のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１０または請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第３のプローブが、前記バイオセンサーに係留された核酸プローブを含む、請求項１０および５４〜５５のいずれかに記載の方法。
【請求項５７】
前記第３のプローブが、前記バイオセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１０および５４〜５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
前記第３のプローブが、チオール結合で前記バイオセンサーに係留されている、請求項１０および５４〜５７のいずれかに記載の方法。
【請求項５９】
前記第３のセンサーが伝導性である、請求項１０および５４〜５８のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
前記第３のセンサーが微小電極である、請求項１０および５４〜５９のいずれかに記載の方法。
【請求項６１】
前記第３のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１０および５４〜６０のいずれかに記載の方法。
【請求項６２】
前記第３のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１０および５４〜６１のいずれかに記載の方法。
【請求項６３】
前記第３のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１０および５４〜６２のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法であって、
生物学的宿主由来の生物学的試料を提供するステップと、
第１の伝導性センサーおよび第２の伝導性センサーを有するバイオセンサーを提供するステップであって、前記第１の伝導性センサーは、前記試料中の対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブを有し、前記対照マーカーは、前記生物学的宿主の内因性要素であり、前記第２の伝導性センサーは、前記試料中の標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを有し、前記標的マーカーは、前記生物学的宿主中の病原体由来であるステップと、
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップと、
前記対照マーカーと前記第１の核酸プローブとのハイブリダイゼーションによって生成される第１の電極触媒信号を前記第１の伝導性センサーにおいて測定することによって、前記試料中の前記対照マーカーの存在または非存在を同定するステップと、
前記標的マーカーと前記第２の核酸プローブとのハイブリダイゼーションによって生成される第２の電極触媒信号を前記第２の伝導性センサーにおいて測定することによって、前記試料中の前記標的マーカーの存在または非存在を同定するステップと
を含む、方法。
【請求項６５】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記試料に溶解手順を適用するステップをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記溶解手順が電気化学的溶解手順である、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記第１の伝導性センサーにおいてベースライン測定を実施するステップをさらに含む、請求項６４〜６６のいずれかに記載の方法。
【請求項６８】
前記対照マーカーの存在を同定するステップが、前記第１の伝導性センサーの前記ベースライン測定を、前記第１の電極触媒信号と比較するステップを含む、請求項６４〜６７のいずれかに記載の方法。
【請求項６９】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記第２の伝導性センサーにおいてベースライン測定を実施するステップをさらに含む、請求項６４〜６８のいずれかに記載の方法。
【請求項７０】
前記標的マーカーの存在を同定するステップが、前記第２の伝導性センサーの前記ベースライン測定を、前記第２の電極触媒センサーと比較するステップを含む、請求項６４〜６９のいずれかに記載の方法。
【請求項７１】
電極触媒試薬を前記バイオセンサーに適用するステップをさらに含む、請求項６４〜７０のいずれかに記載の方法。
【請求項７２】
前記第１の電極触媒信号を測定するステップが、電圧信号を前記第１のセンサーに適用するステップと、第１の電極において電流信号を測定するステップとを含む、請求項６４〜７１のいずれかに記載の方法。
【請求項７３】
前記第２の電極触媒信号を測定するステップが、電圧信号を前記第２のセンサーに適用するステップと、第２の電極において電流信号を測定するステップとを含む、請求項６４〜７２のいずれかに記載の方法。
【請求項７４】
前記第１のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜７３のいずれかに記載の方法。
【請求項７５】
前記第１のプローブが前記第１の伝導性センサーに係留された核酸配列である、請求項６４〜７４のいずれかに記載の方法。
【請求項７６】
前記第１のプローブが前記第１の伝導性センサーに係留されたペプチド核酸プローブである、請求項６４〜７５のいずれかに記載の方法。
【請求項７７】
前記第１のプローブが、チオール結合で前記第１のセンサーに係留されている、請求項６４〜７６のいずれかに記載の方法。
【請求項７８】
前記第２のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜７７のいずれかに記載の方法。
【請求項７９】
前記第２のプローブが、前記第２の伝導性センサーに係留された核酸配列を含む、請求項６４〜７８のいずれかに記載の方法。
【請求項８０】
前記第２のプローブが、前記第２の伝導性センサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項６４〜７９のいずれかに記載の方法。
【請求項８１】
前記第２のプローブが、チオール結合で前記第２のセンサーに係留されている、請求項６４〜８０のいずれかに記載の方法。
【請求項８２】
前記対照マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜８１のいずれかに記載の方法。
【請求項８３】
前記対照マーカーが核酸配列を含む、請求項６４〜８２のいずれかに記載の方法。
【請求項８４】
前記対照マーカーがリボ核酸配列である、請求項６４〜８３のいずれかに記載の方法。
【請求項８５】
前記標的マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜８４のいずれかに記載の方法。
【請求項８６】
前記標的マーカーが核酸配列を含む、請求項６４〜８５のいずれかに記載の方法。
【請求項８７】
前記標的マーカーがリボ核酸配列を含む、請求項６４〜８６のいずれかに記載の方法。
【請求項８８】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、ハイブリダイゼーション条件下で、前記試料を前記第１の伝導性センサーおよび前記第２の伝導性センサーと接触させるステップを含む、請求項６４〜８７のいずれかに記載の方法。
【請求項８９】
前記第１の伝導性センサーおよび前記第２の伝導性センサーがチャンバー中に位置し、前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、ある流量で前記チャンバーを通して前記試料を流すステップを含む、請求項６４〜８８のいずれかに記載の方法。
【請求項９０】
前記流量が固定されている、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記流量が可変である、請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記流量が層流を生じる、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップが、前記試料を撹拌するステップを含む、請求項６４〜９２のいずれかに記載の方法。
【請求項９４】
前記対照マーカーがヒト上皮細胞由来である、請求項６４〜９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９５】
前記病原体が細菌である、請求項６４〜９４のいずれかに記載の方法。
【請求項９６】
前記病原体がＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである、請求項６４〜９５のいずれかに記載の方法。
【請求項９７】
前記第１の伝導性センサーが微小電極である、請求項６４〜９６のいずれかに記載の方法。
【請求項９８】
前記第１の伝導性センサーがナノ構造化微小電極である、請求項６４〜９７のいずれかに記載の方法。
【請求項９９】
前記第１の伝導性センサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜９８のいずれかに記載の方法。
【請求項１００】
前記第１の伝導性センサーが複数のセンサーを含む、請求項６４〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０１】
前記第２の伝導性センサーが微小電極である、請求項６４〜１００のいずれかに記載の方法。
【請求項１０２】
前記第２の伝導性センサーがナノ構造化微小電極である、請求項６４〜１０１のいずれかに記載の方法。
【請求項１０３】
前記第２の伝導性センサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項６４〜１０２のいずれかに記載の方法。
【請求項１０４】
前記第２の伝導性センサーが複数のセンサーを含む、請求項６４〜１０３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０５】
前記バイオセンサーが、第３のプローブを有する第３の伝導性センサーを有し、前記第３のプローブがナンセンスプローブである、請求項６４〜１０４のいずれかに記載の方法。
【請求項１０６】
前記第３のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留された核酸プローブを含む、請求項１０５または請求項１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０８】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１０５〜１０７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０９】
前記第３のプローブが、チオール結合で前記第３のセンサーに係留されている、請求項１０５〜１０８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１０】
前記第３のセンサーが伝導性である、請求項１０５〜１０９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１１】
前記第３の伝導性センサーが微小電極である、請求項１０５〜１１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１１２】
前記第３の伝導性センサーがナノ構造化微小電極である、請求項１０５〜１１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１１３】
前記第３の伝導性センサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１０５〜１１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１１４】
前記第３の伝導性センサーが複数のセンサーを含む、請求項１０５〜１１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１１５】
前記第１のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１１６】
前記第１のプローブが、前記バイオセンサー上の第１の位置に係留された核酸配列を含む、請求項１１〜１５および１１５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１１７】
前記第１のプローブが、前記バイオセンサー上の第１の位置に係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１１〜１５および１１５〜１１６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１１８】
前記第１のプローブが、チオール結合で前記バイオセンサー上の第１の位置に係留されている、請求項１１〜１５および１１５〜１１７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１１９】
前記第２のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１１８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２０】
前記第２のプローブが、前記バイオセンサー上の第２の位置に係留された核酸プローブを含む、請求項１１〜１５および１１５〜１１９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２１】
前記第２のプローブが、前記バイオセンサー上の第２の位置に係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２２】
前記第２のプローブが、チオール結合で前記バイオセンサー上の第２の位置に係留されている、請求項１１〜１５および１１５〜１２１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２３】
前記対照マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２４】
前記対照マーカーが核酸配列を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２５】
前記対照マーカーがリボ核酸配列を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２６】
前記標的マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２７】
前記標的マーカーが核酸配列を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２８】
前記対照マーカーがリボ核酸配列を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１２９】
前記固体支持基盤がプリント回路基板を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３０】
前記固体支持基盤がケイ素を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１２９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３１】
前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーが、前記バイオセンサーのチャンバー中に位置している、請求項１１〜１５および１１５〜１３０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３２】
前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーが、前記チャンバーの長さに沿って直線状に位置している、請求項１１〜１５および１１５〜１３１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３３】
前記第１のセンサーが伝導性である、請求項１１〜１５および１１５〜１３２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３４】
前記第１のセンサーが微小電極である、請求項１１〜１５および１１５〜１３３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３５】
前記第１のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１１〜１５および１１５〜１３４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３６】
前記第１のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１３５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３７】
前記第１のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１１〜１５および１１５〜１３６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３８】
前記第２のセンサーが伝導性である、請求項１１〜１５および１１５〜１３７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１３９】
前記第２のセンサーが微小電極である、請求項１１〜１５および１１５〜１３８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４０】
前記第２のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１１〜１５および１１５〜１３９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４１】
前記第２のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１１〜１５および１１５〜１４０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４２】
前記第２のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１１〜１５および１１５〜１４１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４３】
第３のプローブを有する第３のセンサーを有し、前記第３のプローブがナンセンスプローブである、請求項１１〜１４および１１５〜１４２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４４】
前記第１のセンサー、前記第２のセンサーおよび前記第３のセンサーが、前記チャンバーの長さに沿って直線状に位置している、請求項１５または請求項１４３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４５】
前記第３のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１５、１４３および１４４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４６】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留された核酸プローブを含む、請求項１５および１４３〜１４５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４７】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１５および１４３〜１４６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４８】
前記第３のプローブが、チオール結合で前記第３のセンサーに係留されている、請求項１５および１４３〜１４７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１４９】
前記第３のセンサーが伝導性である、請求項１５および１４３〜１４８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５０】
前記第３のセンサーが微小電極である、請求項１５および１４３〜１４９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５１】
前記第３のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１５および１４３〜１５０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５２】
前記第３のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１５および１４３〜１５１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５３】
前記第３のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１５および１４３〜１５２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５４】
前記チャンバーの第１の終端に連結した第１の幅を有する入口チャネルをさらに含み、前記チャンバーが第２の幅を有する、請求項１１〜１５および１１５〜１５３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５５】
前記第１の幅および前記第２の幅がほぼ等しい、請求項１５４に記載のバイオセンサー。
【請求項１５６】
溶解チャンバーをさらに含む、請求項１１〜１５および１１５〜１５５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１５７】
前記溶解チャンバーが少なくとも１つの電極を含む、請求項１５６に記載のバイオセンサー。
【請求項１５８】
前記溶解チャンバーの前記電極が、銅、ニッケルおよび金のうち少なくとも１種を含む、請求項１５７に記載のバイオセンサー。
【請求項１５９】
入口チャネルと、
前記入口チャネルに連結した第１の終端を有するチャンバーと、
前記チャンバーの第２の終端に連結した出口チャネルと、
前記チャンバーに連結し、前記チャンバーの長さに沿って支持体を形成する基盤と、
前記基盤に固定され、前記チャンバー内に位置付けられた第１のセンサーと、
前記基盤に固定され、前記チャンバー内に位置付けられ、前記チャンバーの長さに沿って前記第１のセンサーと整列している第２のセンサーと
を含む、バイオセンサーであって、
前記第１のセンサーは、対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブを含み、前記対照マーカーは、生物学的宿主の内因性要素であり、そして
前記第２のセンサーは、標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを含み、前記標的マーカーは、前記生物学的宿主由来の病原体由来である、バイオセンサー。
【請求項１６０】
前記入口チャネルが第１の幅を有し、前記チャンバーが第２の幅を有し、前記第１の幅および前記第２の幅がほぼ等しい、請求項１５９に記載のバイオセンサー。
【請求項１６１】
前記出口チャネルが第３の幅を有し、前記第３の幅が前記入口チャネルの前記第１の幅とほぼ等しい、請求項１６０に記載のバイオセンサー。
【請求項１６２】
前記第１のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１６１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６３】
前記第１のプローブが、前記第１のセンサーに係留された核酸配列を含む、請求項１５９〜１６２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６４】
前記第１のプローブが、前記第１のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１５９〜１６３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６５】
前記第１のプローブが、チオール結合で前記第１のセンサーに係留されている、請求項１５９〜１６４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６６】
前記第２のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１６５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６７】
前記第２のプローブが、前記第２のセンサーに係留された核酸配列を含む、請求項１５９〜１６６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６８】
前記第２のプローブが、前記第２のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１５９〜１６７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１６９】
前記第２のプローブが、チオール結合で前記第２のセンサーに係留されている、請求項１５９〜１６８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７０】
前記対照マーカーが、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１６９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７１】
前記対照マーカーが核酸配列を含む、請求項１５９〜１７０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７２】
前記対照マーカーがリボ核酸配列を含む、請求項１５９〜１７１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７３】
前記標的マーカーが、核酸、タンパク質およびペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１７２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７４】
前記標的マーカーが核酸配列を含む、請求項１５９〜１７３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７５】
前記対照マーカーがリボ核酸配列を含む、請求項１５９〜１７４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７６】
前記固体支持基盤がプリント回路基板を含む、請求項１５９〜１７５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７７】
前記固体支持基盤がケイ素を含む、請求項１５９〜１７６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７８】
前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーが、前記バイオセンサーのチャンバー中に位置している、請求項１５９〜１７７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１７９】
前記第１のセンサーおよび前記第２のセンサーが、前記チャンバーの長さに沿って直線状に位置している、請求項１５９〜１７８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８０】
前記第１のセンサーが伝導性である、請求項１５９〜１７９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８１】
前記第１のセンサーが微小電極である、請求項１５９〜１８０のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８２】
前記第１のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１５９〜１８１のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８３】
前記第１のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１８２のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８４】
前記第１のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１５９〜１８３のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８５】
前記第２のセンサーが伝導性である、請求項１５９〜１８４のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８６】
前記第２のセンサーが微小電極である、請求項１５９〜１８５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８７】
前記第２のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１５９〜１８６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８８】
前記第２のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１５９〜１８７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１８９】
前記第２のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１５９〜１８８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１９０】
第３のプローブを有する第３のセンサーを有し、前記第３のプローブがナンセンスプローブである、請求項１５９〜１８９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１９１】
前記第１のセンサー、前記第２のセンサーおよび前記第３のセンサーが、前記チャンバーの長さに沿って直線状に位置している、請求項１９０に記載のバイオセンサー。
【請求項１９２】
前記第３のプローブが、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む、請求項１９０または請求項１９１のいずれかに記載の方法。
【請求項１９３】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留された核酸配列を含む、請求項１９０〜１９２のいずれかに記載の方法。
【請求項１９４】
前記第３のプローブが、前記第３のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項１９０〜１９３のいずれかに記載の方法。
【請求項１９５】
前記第３のプローブが、チオール結合で前記第３のセンサーに係留されている、請求項１９０〜１９４のいずれかに記載の方法。
【請求項１９６】
前記第３のセンサーが伝導性である、請求項１９０〜１９５のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１９７】
前記第３のセンサーが微小電極である、請求項１９０〜１９６のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１９８】
前記第３のセンサーがナノ構造化微小電極である、請求項１９０〜１９７のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項１９９】
前記第３のセンサーが、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１９０〜１９８のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項２００】
前記第３のセンサーが複数のセンサーを含む、請求項１９０〜１９９のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項２０１】
溶解チャンバーをさらに含む、請求項１９０〜２００のいずれかに記載のバイオセンサー。
【請求項２０２】
前記溶解チャンバーが少なくとも１つの電極を含む、請求項２０１に記載のバイオセンサー。
【請求項２０３】
前記溶解チャンバーの前記電極が、銅、ニッケルおよび金のうち少なくとも１種を含む、請求項２０２に記載のバイオセンサー。
【請求項２０４】
前記対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップをさらに含む、請求項１〜６、１０および１６〜１１４のいずれかに記載の方法。
【請求項２０５】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記信号が、前記生物学的宿主の前記内因性要素の量を指し示す、請求項７、８および２０４のいずれかに記載の方法。
【請求項２０６】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記信号が、溶解手順から得られる成分を指し示す、請求項７、８、２０４および２０５のいずれかに記載の方法。
【請求項２０７】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記信号が、前記第１のプローブの配列と前記対照マーカーの配列との間のハイブリダイゼーションを指し示す、請求項７、８および２０４〜２０６のいずれかに記載の方法。
【請求項２０８】
前記対照マーカーの非存在を指し示す第１の信号を受信するステップと、
第１の指示に基づいて、エラーを信号送信するステップであって、前記エラーは、前記生物学的宿主由来の不十分な量の物質を受け取ること、前記生物学的試料に対して溶解手順を不適切に実施すること、および不十分なハイブリダイゼーション条件を提供することのうち１つである、ステップと
をさらに含む、請求項１〜６、９、１０および１６〜１１４のいずれかに記載の方法。
【請求項２０９】
前記生物学的試料中の前記標的マーカーの存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップをさらに含む、請求項１〜６、１６〜１１４および２０４〜２０８のいずれかに記載の方法。
【請求項２１０】
前記標的マーカーの存在を指し示す前記信号が、前記病原体由来の前記標的マーカーの量を指し示す、請求項７、９、１０、１６〜１１４および２０４〜２０９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１１】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記第１のバイオセンサー信号および前記標的マーカーの存在を指し示す前記第２のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在することを決定するステップを含む、請求項２０９または請求項２１０のいずれかに記載の方法。
【請求項２１２】
前記標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップをさらに含む、請求項１〜６、９、１０、１６〜１１４および２０４〜２０９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１３】
前記第２のバイオセンサー信号が、前記病原体由来の前記標的マーカーの量の非存在を指し示す、請求項８〜１０、１６〜１１４および２０４〜２１２のいずれかに記載の方法。
【請求項２１４】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記第１のバイオセンサー信号および前記標的マーカーの非存在を指し示す前記第２のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップをさらに含む、請求項２１２または請求項２１３のいずれかに記載の方法。
【請求項２１５】
前記ナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションを指し示す第３のバイオセンサー信号を受信するステップをさらに含む、請求項１０、１６〜１１４および２０４〜２１４のいずれかに記載の方法。
【請求項２１６】
前記第３のバイオセンサー信号に基づいて、エラーを信号送信するステップをさらに含む、請求項２１２に記載の方法。
【請求項２１７】
前記ナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションの非存在を指し示す第３のバイオセンサー信号を受信するステップをさらに含む、請求項１０、１６〜１１４および２０４〜２１４のいずれかに記載の方法。
【請求項２１８】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記第１のバイオセンサー信号、前記標的マーカーの存在を指し示す前記第２のバイオセンサー信号、および前記ナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションの非存在を指し示す前記第３のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在することを決定するステップをさらに含む、請求項２１７に記載の方法。
【請求項２１９】
前記対照マーカーの存在を指し示す前記第１のバイオセンサー信号、前記標的マーカーの非存在を指し示す前記第２のバイオセンサー信号、および前記ナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションの非存在を指し示す前記第３のバイオセンサー信号に基づいて、前記病原体が前記生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップをさらに含む、請求項２１７に記載の方法。
【請求項２２０】
前記試料を前記バイオセンサーに適用するステップの前に、前記試料に溶解手順を適用するステップをさらに含む、請求項１〜１０、１６〜１１４および２０４〜２１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２２１】
前記溶解手順が電気化学的溶解手順である、請求項２２０に記載の方法。
【請求項２２２】
前記第１のバイオセンサー信号が前記第１のプローブから受信される、請求項７〜１０、１６〜１１４および２０４〜２２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２２３】
前記第１のバイオセンサー信号が前記第１のセンサーから受信される、請求項７〜１０、１６〜１１４および２０４〜２２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２２４】
前記第２のバイオセンサー信号が前記第２のプローブから受信される、請求項７〜１０、１６〜１１４および２０４〜２２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２２５】
前記第２のバイオセンサー信号が前記第２のセンサーから受信される、請求項７〜１０、１６〜１１４および２０４〜２２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２２６】
前記第３のバイオセンサー信号が前記第３のプローブから受信される、請求項２１５〜２２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２２７】
前記第３のバイオセンサー信号が前記第３のセンサーから受信される、請求項２１５〜２２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２２８】
前記第１のセンサーにおける前記対照マーカーの存在または非存在を指し示すように構成された第１のインジケーターをさらに含む、請求項１１〜１５および１１５〜２０３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２９】
前記第１のセンサーにおける前記標的マーカーの存在または非存在を指し示すように構成された第２のインジケーターをさらに含む、請求項１１〜１５、１１５〜２０３および２２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３０】
前記第３のセンサーにおけるハイブリダイゼーションの存在または非存在を指し示すように構成された第３のインジケーターをさらに含む、請求項１１〜１５、１１５〜２０３、２２８および２２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３１】
前記対照マーカーの存在または非存在を同定するステップが、前記第１のセンサーにおいて電極触媒信号を測定するステップを含み、前記標的マーカーの存在または非存在を同定するステップが、前記第２のセンサーにおいて電極触媒信号を測定するステップを含む、請求項２〜１０、１６〜１１４および２０４〜２２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２３２】
前記第１のプローブが、チオール結合で前記第１のセンサーに係留されたペプチド核酸を含み、前記第２のプローブが、チオール結合で前記第２のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む、請求項２〜１０、１６〜１１４、２０４〜２２７および２３１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３３】
前記ベースライン測定が電極触媒測定である、請求項２〜１０、１６〜１１４、２０４〜２２７、２３１および２３２のいずれかに記載の方法。
【請求項２３４】
前記第１のプローブが第１のセンサーに連結している、請求項１１〜１５、１１５〜２０３および２２８〜２３１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３５】
前記第２のプローブが第２のセンサーに連結している、請求項１１〜１５、１１５〜２０３、２２８〜２３１および２３４のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３６】
前記第３のプローブが第３のセンサーに連結している、請求項１６、１１５〜２０３、２２８〜２３１および２３４〜２３５のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３７】
前記電極触媒試薬が、第１の遷移金属錯体および第２の遷移金属錯体を有する酸化還元ペアリングである、請求項２０〜１１４、２０４〜２２７および２３１〜２３３のいずれかに記載の方法。
【請求項２３８】
固体支持基盤と、
前記支持基盤に固定されたセンサー手段と
を含み、
前記センサー手段は、生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブ手段と、
前記生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブ手段と
を含む、バイオセンサー。
【請求項２３９】
請求項１６、１１５〜２０３、２２８〜２３１および２３４〜２３６のいずれかに記載の要素の任意の組合せをさらに含む、請求項２３８に記載のバイオセンサー。
【請求項２４０】
生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法であって、
前記生物学的宿主由来の試料を提供するステップと、
前記試料中で、前記生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーを検出するように構成された第１のプローブ手段、および前記試料中で、前記生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブ手段を有するバイオセンサー手段を提供するステップと、
前記試料を前記バイオセンサー手段に適用するステップと、
前記第１のプローブ手段を使用して、前記試料中の前記対照マーカーの存在または非存在を同定するステップと、
前記第２のプローブ手段を使用して、前記試料中の前記標的マーカーの存在または非存在を同定するステップと
を含む、方法。
【請求項２４１】
請求項１〜１０、１６〜１１４、２０４〜２２７および２３１〜２３３のいずれかに記載の要素またはステップのいずれかの組合せをさらに含む、請求項２４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、２０１２年９月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／７００，２８５号（これは、その全体が参考として本明細書に援用される）への優先権の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明の分野は、核酸、タンパク質および小分子を含む広範囲の分析物を特徴付けまたは検出するための分析デバイスである。
【背景技術】
【０００３】
背景
種々の疾患についての診断試験は、首尾よい処置にとって重要な情報を提供し得る。診断アッセイは、細菌およびウイルスを含む病原体を検出するために使用される。多くの標準的な診断アッセイ、例えば、細胞培養、およびＰＣＲ増幅を用いた遺伝子試験は、実験室に試料を送る必要があり、数日間または数週間の長いターンアラウンド時間を有する。かかる場合、多くの患者は、結果または処置を受けるために看護提供者に戻ることがなく、ある場合には、長いターンアラウンドが、状態を適切に処置する能力を危うくし得る。
【０００４】
ある種のアッセイは自動化されているが、多くは未だ顕著な専門知識または訓練を必要とする。例えば、実験室技術者は一般に、アッセイを介して生物学的試料を処理するが、典型的には、アッセイが正確に実施されたことを確実にするために、複数の外部試験対照に依存する。
【０００５】
診断のための代替的なシステムおよび方法は、特にポイントオブケア適用において、改善された患者のアウトカムにとって有益であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、例えばポイントオブケア設定において、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための、システム、デバイスおよび方法が開示される。ある特定の態様では、方法は、生物学的宿主由来の試料を提供するステップと、内部対照を利用するバイオセンサーに試料を適用するステップとを含む。ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは、試料中で、生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーを検出するように構成された第１のプローブ、および試料中で、生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを含む。第１のプローブは、試料中の対照マーカーの存在または非存在を同定するために使用され、第２のプローブは、試料中の標的マーカーの存在または非存在を同定するために使用される。
【０００７】
ある特定の実施形態では、病原体の存在を検出するためのバイオセンサーは、第１のセンサーおよび第２のセンサーを含み、第１のプローブが第１のセンサーに連結し、第２のプローブが第２のセンサーに連結している。ある特定のアプローチでは、このバイオセンサーは第３のプローブを含む。例えば、この第３のプローブは、ペプチド核酸を含むナンセンスプローブであり得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサーの第３のセンサーに連結している。この方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、この試料に溶解手順を適用するステップを含み得る。ある特定のアプローチでは、この溶解手順は電気化学的溶解手順である。ある特定の実施形態では、試料中のマーカーの存在または非存在を同定するステップは、バイオセンサーにおいて電極触媒信号を測定するステップを含む。ある特定のアプローチでは、対照マーカーおよび標的マーカーのうち少なくとも１つがリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、第１のプローブおよび第２のプローブのうち少なくとも１つが、チオール結合でバイオセンサーに係留されたペプチド核酸配列を含む。
【０００８】
生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法は、試料中の対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、試料中の標的マーカーの存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップと、第１のバイオセンサー信号および第２のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在することを決定するステップとを含み得る。それに加えてまたはその代わりに、方法は、試料中の対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、試料中の標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップと、第１のバイオセンサー信号および第２のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップとを含み得る。ある特定のアプローチでは、方法は、試料中の対照マーカーの非存在を指し示す第１のバイオセンサー信号を受信するステップと、第１の信号に基づいてエラーを決定するステップとを含む。
【０００９】
ある特定の実施形態では、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、第１のプローブを使用してベースライン測定を実施するステップを含み得る。対照マーカーの存在を同定するステップは、第１のプローブからのベースライン測定を、試料をバイオセンサーに適用するステップの後に第１のプローブを使用して実施した測定と比較するステップによって実施され得る。ある特定のアプローチでは、この方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、第２のプローブを使用してベースライン測定を実施するステップを含む。標的マーカーの存在を同定するステップは、第２のプローブからのベースライン測定を、試料をバイオセンサーに適用するステップの後に第２のプローブを使用して実施した測定と比較するステップによって実施され得る。
【００１０】
ある特定のアプローチでは、検出の方法は、電極触媒試薬をバイオセンサーに適用するステップを含む。例えば、第１の遷移金属錯体および第２の遷移金属錯体を有する酸化還元ペアが、電極触媒信号を増幅するために、この試料に添加され得る。ある特定のアプローチでは、対照マーカーの存在を同定するステップは、第１のプローブに電圧信号を適用するステップと、電極からの電流信号を測定するステップとを含む。ある特定のアプローチでは、標的マーカーの存在を同定するステップは、第２のプローブに電圧信号を適用するステップと、電極からの電流信号を測定するステップとを含む。
【００１１】
対照マーカーを検出するための第１のプローブが提供される。この第１のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、バイオセンサー上の第１の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、バイオセンサー上の第１の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この対照マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーは核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーはヒト上皮細胞由来である。
【００１２】
標的マーカーを検出するための第２のプローブが提供される。この第２のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、バイオセンサー上の第２の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、バイオセンサー上の第２の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この標的マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーは核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この標的マーカーは病原体由来であり、この病原体は細菌である。特定のアプローチでは、この細菌はＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである。
【００１３】
ある特定のアプローチでは、検出の方法は、ハイブリダイゼーション条件下で、試料を第１のプローブおよび第２のプローブと接触させるステップを含む。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブおよび第２のプローブは、チャンバー中に位置している。試料をバイオセンサーに適用するステップは、ある流量でこのチャンバーを通して試料を流すステップを含み得る。例えば、この流量は、固定されていても可変であってもよい。ある特定のアプローチでは、この流れは層流である。ある特定のアプローチでは、試料をバイオセンサーに適用するステップは、試料を撹拌するステップを含む。
【００１４】
ある特定のアプローチでは、第１のセンサーが提供される。例えば、第１のプローブが、この第１のセンサーに連結し得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第１のセンサーは微小電極である。この第１のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第１のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００１５】
ある特定のアプローチでは、第２のセンサーが提供される。例えば、第２のプローブが、この第２のセンサーに連結し得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第２のセンサーは微小電極である。この第２のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第２のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００１６】
ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは第３のセンサーを含む。例えば、この第３のセンサーは第３のプローブを有し得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブはナンセンスプローブである。この第３のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。
【００１７】
ある特定のアプローチでは、第３のセンサーが提供される。例えば、第３のプローブが、この第３のセンサーに連結し得る。ある特定のアプローチでは、この第３のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第３のセンサーは微小電極である。この第３のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第３のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第３のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００１８】
ある特定の態様では、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法は、生物学的宿主由来の試料を提供するステップと、試料中の対照マーカーの存在を検出するように構成された第１の核酸プローブを有する第１の伝導性センサーおよび試料中の標的マーカーの存在を検出するように構成された第２の核酸プローブを有する第２の伝導性センサーを有するバイオセンサーを提供するステップと、試料をバイオセンサーに適用するステップと、電極触媒試薬をバイオセンサーに適用するステップと、対照マーカーと第１の核酸プローブとのハイブリダイゼーションによって生成される第１の電極触媒信号を第１の伝導性センサーにおいて測定するステップと、ならびに標的マーカーと第２の核酸プローブとのハイブリダイゼーションによって生成される第２の電極触媒信号を第２の伝導性センサーにおいて測定するステップとを含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーは、生物学的宿主の内因性要素であり、この標的マーカーは生物学的宿主中の病原体由来である。
【００１９】
ある特定のアプローチでは、これらの方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、この試料に溶解手順を適用するステップを提供する。ある特定のアプローチでは、この溶解手順は電気化学的溶解手順である。ある特定の実施形態では、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するための方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、第１の伝導性センサーにおいてベースライン測定を実施するステップを含み得る。対照マーカーの存在を同定するステップは、第１の伝導性センサーのベースライン測定を、第１の電極触媒信号と比較するステップによって実施され得る。ある特定のアプローチでは、この方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、第２の伝導性センサーにおいてベースライン測定を実施するステップを含む。標的マーカーの存在を同定するステップは、第２の伝導性センサーのベースライン測定を、第２の電極触媒信号と比較するステップによって実施され得る。
【００２０】
ある特定のアプローチでは、検出の方法は、電極触媒試薬をバイオセンサーに適用するステップを含む。例えば、第１の遷移金属錯体および第２の遷移金属錯体を有する酸化還元ペアが、電極触媒信号を増幅するために、この試料に添加され得る。ある特定のアプローチでは、第１の電極触媒信号を測定するステップは、電圧信号を第１のセンサーに適用するステップと、電極からの電流信号を測定するステップとを含む。ある特定のアプローチでは、第１の電極触媒信号を測定するステップは、電圧信号を第２のセンサーに適用するステップと、電極からの電流信号を測定するステップとを含む。
【００２１】
対照マーカーを検出するための第１のプローブが提供される。この第１のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、第１のセンサーに係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、第１のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この対照マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーはヒト上皮細胞由来である。
【００２２】
標的マーカーを検出するための第２のプローブが提供される。この第２のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、第２のセンサーに係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、第２のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この標的マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この標的マーカーは病原体由来であり、この病原体は細菌である。ある特定のアプローチでは、この細菌はＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである。
【００２３】
ある特定のアプローチでは、検出の方法は、ハイブリダイゼーション条件下で、試料を第１の伝導性センサーおよび第２の伝導性センサーと接触させるステップを含む。ある特定のアプローチでは、この第１の伝導性センサーおよび第２の伝導性センサーは、チャンバー中に位置している。試料をバイオセンサーに適用するステップは、ある流量でチャンバーを通して試料を流すステップを含み得る。例えば、この流量は、固定されていても可変であってもよい。ある特定のアプローチでは、この流れは層流である。ある特定のアプローチでは、試料をバイオセンサーに適用するステップは、試料を撹拌するステップを含む。
【００２４】
ある特定の実施形態では、この第１のセンサーは微小電極である。この第１の伝導性センサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第１の伝導性センサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第１の伝導性センサーは複数のセンサーを含み得る。ある特定の実施形態では、この第２の伝導性センサーは微小電極である。この第２の伝導性センサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第２の伝導性センサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第２の伝導性センサーは複数のセンサーを含み得る。
【００２５】
ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは第３の伝導性センサーを含む。例えば、この第３の伝導性センサーは、第３のプローブを有し得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブはナンセンスプローブである。この第３のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、第３の伝導性センサーに係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、第３の伝導性センサーに係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、第１のプローブが、チオール結合でこの第３の伝導性センサーに係留されている。ある特定の実施形態では、第３の伝導性センサーは微小電極である。この第３の伝導性センサーはナノ構造化微小電極であり得る。この第３の伝導性センサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含み得る。この第３の伝導性センサーは複数のセンサーを含み得る。
【００２６】
本明細書に記載されるシステムおよびデバイスのある特定の態様では、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するためのバイオセンサーが提供される。このバイオセンサーは、支持基盤（ｓｕｐｐｏｒｔ  ｂａｓｅ）に固定されたセンサーを有する固体支持基盤を含む。このセンサーは、対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブを含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーは、生物学的宿主の内因性要素である。このセンサーは、標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを含む。ある特定のアプローチでは、この標的マーカーは、生物学的宿主中の病原体由来である。
【００２７】
ある特定の実施形態では、この第１のプローブは、センサーに係留された核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この第２のプローブは、センサーに係留されたペプチド核酸配列を含む。一部のアプローチでは、第１のプローブおよび第２のプローブのうち少なくとも１つが、チオール結合でこのセンサーに係留されている。一部の実施形態では、対照マーカーおよび標的マーカーのうち少なくとも１つがリボ核酸配列を含む。このバイオセンサーは、第３のプローブを含み得る。例えば、この第３のプローブは、ペプチド核酸を含むナンセンスプローブであり得る。
【００２８】
対照マーカーを検出するための第１のプローブが提供される。この第１のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、バイオセンサー上の第１の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、バイオセンサー上の第１の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この対照マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーはヒト上皮細胞由来である。
【００２９】
標的マーカーを検出するための第２のプローブが提供される。この第２のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、バイオセンサー上の第２の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、バイオセンサー上の第２の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。この標的マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この標的マーカーは病原体由来であり、この病原体は細菌である。ある特定のアプローチでは、この細菌はＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである。
【００３０】
ある特定のアプローチでは、このバイオセンサーは固体支持基盤を含む。ある特定のアプローチでは、この固体支持基盤はプリント回路基板を含む。それに加えてまたはその代わりに、この固体支持基盤はケイ素を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーおよび第２のセンサーは、バイオセンサーのチャンバー中に位置している。この第１のセンサーおよび第２のセンサーは、チャンバーの長さに沿って直線状に位置し得る。
【００３１】
ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第１のセンサーは微小電極である。この第１のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第１のセンサーは複数のセンサーを含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第２のセンサーは微小電極である。この第２のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第２のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００３２】
ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは第３のセンサーを含む。例えば、この第３のセンサーは第３のプローブを有し得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブはナンセンスプローブである。この第３のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。ある特定のアプローチでは、第３のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第３のセンサーは微小電極である。この第３のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第３のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第３のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００３３】
ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは、チャンバーの第１の終端に連結した第１の幅を有する入口チャネルを含み、このチャンバーは第２の幅を有する。この第１の幅および第２の幅は、およそ等しくてよい。ある特定のアプローチでは、このバイオセンサーは溶解チャンバーを含む。ある特定の実施形態では、この溶解チャンバーは少なくとも１つの電極を含む。この溶解チャンバーの電極は、銅、ニッケルおよび金のうち少なくとも１種を含み得る。
【００３４】
ある特定の態様では、入口チャネルと、この入口チャネルに連結した第１の終端を有するチャンバーと、このチャンバーの第２の終端に連結した出口チャネルと、このチャンバーに連結し、チャンバーの長さに沿って支持体を形成する基盤と、この基盤に固定され、チャンバー内に位置付けられた第１のセンサーと、この基盤に固定され、チャンバー内に位置付けられた第２のセンサーとを有するバイオセンサーが提供される。この第２のセンサーは、チャンバーの長さに沿って第１のセンサーと整列している。この第１のセンサーは、対照マーカーの存在を検出するように構成された第１のプローブを含み、この対照マーカーは、生物学的宿主の内因性要素である。この第２のセンサーは、標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを含み、この標的マーカーは、生物学的宿主由来の病原体由来である。
【００３５】
ある特定の実施形態では、この入口チャネルは第１の幅を有し、このチャンバーは第２の幅を有し、第１の幅および第２の幅はほぼ等しい。ある特定のアプローチでは、この出口チャネルは第３の幅を有し、この第３の幅は入口チャネルの第１の幅とほぼ等しい。
【００３６】
対照マーカーを検出するための第１のプローブが提供される。この第１のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、第１のセンサーに係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、第１のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合で第１のセンサーに係留されている。この対照マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この対照マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この対照マーカーはヒト上皮細胞由来である。
【００３７】
標的マーカーを検出するための第２のプローブが提供される。この第２のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、第２のセンサーに係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、第２のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、チオール結合で第２のセンサーに係留されている。この標的マーカーは、核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーは核酸配列を含む。ある特定の実施形態では、この標的マーカーはリボ核酸配列を含む。ある特定のアプローチでは、この標的マーカーは病原体由来であり、この病原体は細菌である。ある特定のアプローチでは、この細菌はＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓである。
【００３８】
ある特定のアプローチでは、このバイオセンサーは固体支持基盤を含む。ある特定のアプローチでは、この固体支持基盤はプリント回路基板を含む。それに加えてまたはその代わりに、この固体支持基盤はケイ素を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーおよび第２のセンサーは、バイオセンサーのチャンバー中に位置している。この第１のセンサーおよび第２のセンサーは、チャンバーの長さに沿って直線状に位置し得る。
【００３９】
ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第１のセンサーは微小電極である。この第１のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第１のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第１のセンサーは複数のセンサーを含み得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第２のセンサーは微小電極である。この第２のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第２のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第２のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００４０】
ある特定の実施形態では、このバイオセンサーは第３のセンサーを含む。例えば、この第３のセンサーは第３のプローブを有し得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブはナンセンスプローブである。この第３のプローブは、適切な係留化分子で官能化された核酸、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質またはペプチドのうち少なくとも１種を含み得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留された核酸配列である。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、バイオセンサー上の第３の位置に係留されたペプチド核酸プローブである。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合でバイオセンサーに係留されている。ある特定のアプローチでは、第３のセンサーは伝導性である。ある特定の実施形態では、この第３のセンサーは微小電極である。この第３のセンサーはナノ構造化微小電極であり得る。ある特定のアプローチでは、この第３のセンサーは、金、白金およびパラジウムのうち少なくとも１種を含む。この第３のセンサーは複数のセンサーを含み得る。
【００４１】
ある特定のアプローチでは、このバイオセンサーは溶解チャンバーを含む。ある特定の実施形態では、この溶解チャンバーは少なくとも１つの電極を含む。この溶解チャンバーの電極は、銅、ニッケルおよび金のうち少なくとも１種を含み得る。
【００４２】
ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、対照マーカーの存在を指し示す信号を受信するステップを含む。対照マーカーの存在を指し示すこの信号は、生物学的宿主の内因性要素の量を指し示し得る。対照マーカーの存在を指し示すこの信号は、溶解手順から得られる成分を指し示し得る。対照マーカーの存在を指し示すこの信号は、第１のプローブの配列と対照マーカーの配列との間のハイブリダイゼーションを指し示し得る。ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、対照マーカーの非存在を指し示す第１の信号を受信するステップと、この第１の指示に基づいて、エラーを信号送信する（ｓｉｇｎａｌｌｉｎｇ）ステップとを含む。このエラーは、生物学的宿主由来の不十分な量の物質を受け取ること、生物学的試料に対して溶解手順を不適切に実施すること、および不十分なハイブリダイゼーション条件を提供することのうち１つであり得る。
【００４３】
ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、生物学的試料中の標的マーカーの存在を指し示す信号を受信するステップを含む。標的マーカーの存在を指し示すこの信号は、病原体由来の標的マーカーの量を指し示す。ある特定のアプローチでは、方法は、対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号および標的マーカーの存在を指し示す第２のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在することを決定するステップを含む。
【００４４】
ある特定の実施形態では、方法は、標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号を受信するステップを含む。ある特定のアプローチでは、この第２のバイオセンサー信号は、病原体由来の標的マーカーの量の非存在を指し示す。この方法は、対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号および標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップを含み得る。
【００４５】
ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、ナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションを指し示す第３のバイオセンサー信号を受信するステップを含む。この方法は、第３のバイオセンサー信号に基づいて、エラーを信号送信するステップをさらに含み得る。ある特定の実施形態では、この方法は、対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号、標的マーカーの存在を指し示す第２のバイオセンサー信号、およびナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションの非存在を指し示す第３のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在することを決定するステップを含む。ある特定の実施形態では、この方法は、対照マーカーの存在を指し示す第１のバイオセンサー信号、標的マーカーの非存在を指し示す第２のバイオセンサー信号、およびナンセンスプローブにおけるハイブリダイゼーションの非存在を指し示す第３のバイオセンサー信号に基づいて、病原体が生物学的宿主中に存在しないことを決定するステップを含む。
【００４６】
ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、試料をバイオセンサーに適用するステップの前に、試料に溶解手順を適用するステップを含む。ある特定のアプローチでは、この溶解手順は電気化学的溶解手順である。
【００４７】
ある特定のアプローチでは、第１のバイオセンサー信号は、第１のプローブから受信される。例えば、この第１のバイオセンサー信号は、第１のセンサーから受信され得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、第１のセンサーに連結している。ある特定のアプローチでは、第２のバイオセンサー信号は、第２のプローブから受信される。例えば、この第２のバイオセンサー信号は、第２のセンサーから受信され得る。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、第２のセンサーに連結している。ある特定のアプローチでは、第３のバイオセンサー信号は、第３のプローブから受信される。例えば、この第３のバイオセンサー信号は、第３のセンサーから受信され得る。ある特定のアプローチでは、この第３のプローブは、第３のセンサーに連結している。
【００４８】
ある特定のアプローチでは、本明細書に記載されるデバイスおよびシステムは、第１のセンサーにおける対照マーカーの存在または非存在を指し示すように構成された第１のインジケーターを含む。本明細書に記載されるデバイスおよびシステムは、第１のセンサーにおける標的マーカーの存在または非存在を指し示すように構成された第２のインジケーターを含み得る。本明細書に記載されるデバイスおよびシステムは、第３のセンサーにおけるハイブリダイゼーションの存在または非存在を指し示すように構成された第３のインジケーターを含み得る。
【００４９】
ある特定のアプローチでは、病原体の存在を検出するための方法は、電極触媒信号を第１のセンサーにおいて測定することによって、対照マーカーの存在または非存在を同定するステップを含む。標的マーカーの存在または非存在を同定するステップは、電極触媒信号を第２のセンサーにおいて測定するステップを含み得る。ある特定のアプローチでは、この第１のプローブは、チオール結合で第１のセンサーに係留されたペプチド核酸を含む。ある特定のアプローチでは、この第２のプローブは、チオール結合で第２のセンサーに係留されたペプチド核酸プローブを含む。ある特定のアプローチでは、ベースライン測定は電極触媒測定である。ある特定のアプローチでは、電極触媒試薬は、第１の遷移金属錯体および第２の遷移金属錯体を有する酸化還元ペアリング（ｒｅｄｏｘ  ｐａｉｒｉｎｇ）である。
【００５０】
当業者は、本開示を読めばこれらの実施形態の変形および改変に思い至る。上述の特徴および態様は、本明細書に記載される１つまたは複数の他の特徴との、任意の組合せおよびサブコンビネーション（複数の従属的な組合せおよびサブコンビネーションを含む）で実行され得る。その任意の成分を含む、上に記載または例示された種々の特徴は、組み合わされ得る、または他のシステムへと一体化され得る。さらに、ある特定の特徴は、省略されてもよく、実行されなくてもよい。
【００５１】
上述および他の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すれば明らかであり、図中、同様の参照文字は全体にわたって同様の部品を指す。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、ヌクレオチド鎖の電極触媒検出を示す図である。
【図２】図２は、電極触媒検出信号を示す図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、ヌクレオチド鎖の電極触媒検出のためのナノ構造化微小電極システムを示す図である。
【図４】図４は分析チャンバーを示す図である。
【図５】図５は分析チャンバーを示す図である。
【図６】図６は分析チャンバーを示す図である。
【図７】図７は分析チャンバーを示す図である。
【図８】図８は分析チャンバーを示す図である。
【図９】図９は分析チャンバーを示す図である。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｂは、分析チャンバーを通った試料の流れを示す図である。
【図１１】図１１は、分析チャンバーのための電極構成の一実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は、電気的溶解チャンバーを示す図である。
【図１３】図１３は、生物学的試料を調製および分析するためのシステムを示す図である。
【図１４】図１４は、２プローブシステムの適用のための解釈表を示す図である。
【図１５】図１５は、３プローブシステムの適用のための解釈表を示す図である。
【図１６】図１６は、生物学的試料を受け取り、調製し分析するためのカートリッジシステムを示す図である。
【図１７】図１７は、分析的検出システムのためのカートリッジを示す図である。
【図１８】図１８は、自動化試験システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法の全体的な理解を提供するために、ある特定の例示的実施形態を記載する。本明細書に開示されるシステム、デバイスおよび方法は、Ｃｈｌａｍｙｄｉａなどの細菌疾患のための診断システムにおける使用について示されているが、他の細菌、ウイルス、真菌、プリオン、植物物質、動物物質、タンパク質、ＲＮＡ配列、ＤＮＡ配列の検出、ならびに遺伝形質および障害についてのスクリーニングを含むがんスクリーニングおよび遺伝子試験が含まれるがこれらに限定されない他の適用において適用され得ることを理解すべきである。
【００５４】
例えばポイントオブケア設定において、生物学的宿主中の病原体の存在を検出するためのシステム、デバイスおよび方法が、本明細書で開示される。ある特定の態様では、方法は、生物学的宿主由来の試料を提供するステップと、内部対照を利用するバイオセンサーに試料を適用するステップとを含む。ある特定の適用では、このバイオセンサーは、試料中で、生物学的宿主の内因性要素である対照マーカーを検出するように構成された第１のプローブ、および試料中で、生物学的宿主中の病原体由来である標的マーカーの存在を検出するように構成された第２のプローブを含む。第１のプローブは、試料中の対照マーカーの存在または非存在を同定するために使用され、第２のプローブは、試料中の標的マーカーの存在または非存在を同定するために使用される。
【００５５】
本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法は、生きた生物、例えばヒトまたは動物において疾患を診断するために使用され得る。例えば、Ｃｈｌａｍｙｄｉａは、ヒトを苦しめる細菌疾患であり、細菌Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓによって引き起こされる。看護師または医師などの看護人は、この障害についての診断を受けることを望む患者から試料を得ることができる。例えば、看護人は、膣の表面をぬぐうために医療用スワブを使用し、それによって、膣液および膣上皮細胞の生物学的試料を得ることができる。患者がＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ細菌を保菌している場合、この細菌は試料中に存在する。ヒトゲノムに対して特異的なさらなるマーカーもまた存在する。次いで、看護人または技術者は、試料中の細菌もしくは他の病原体、細胞、タンパク質または遺伝子の存在または非存在を検出するために、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法を使用する。
【００５６】
図１〜３Ｄは、電極触媒方法によって細胞成分、分子成分または組織成分を検出するための例示的なツール、センサー、バイオセンサーおよびテクノロジーを示す。かかるツールおよびテクノロジーが最初に例示され、一般に、種々の実行および適用の議論が後に続く。
【００５７】
図１は、バイオセンサーシステムを使用したヌクレオチド鎖の電極触媒検出を示す。システム１００は、会合プローブ１０６がリンカー１０４を用いて電極１０２に結合された、電極１０２を含む。プローブ１０６は、分子または分子の群、例えば、試料中のリガンドまたは受容体の存在の指示を提供するためにバイオマーカー標的（例えば、受容体、リガンド）と結合または他の方法で相互作用することができる、核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｒＲＮＡなど）、オリゴヌクレオチド、ペプチド核酸、ロックト核酸、タンパク質（例えば、抗体、酵素など）またはペプチドである。リンカー１０４は、例えば、チオール結合などの化学結合を介して、プローブ１０６を電極１０２へと係留する分子または分子の群である。
【００５８】
ある特定の実施形態では、プローブ１０６は、１つまたは複数の型の化学結合、例えば相補的塩基対合および水素結合の形成を介して、標的核酸配列に結合することが可能なポリヌクレオチドである。この結合は、ハイブリダイゼーションまたはアニーリングとも呼ばれる。例えば、プローブ１０６は、天然に存在するヌクレオチドおよびヌクレオシド塩基、例えばアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）およびウラシル（Ｕ）、または改変塩基、例えば７−デアザグアノシンおよびイノシンを含み得る。プローブ１０６中の塩基は、ホスホジエステル結合（例えば、ＤＮＡおよびＲＮＡ分子）によって、または他の型の結合によって連結し得る。例えば、プローブ１０６は、構成塩基がホスホジエステル結合以外のペプチド結合によって連結したペプチド核酸オリゴマーであり得る。ペプチド核酸オリゴマーは、ペプチド結合によって連結したＮ−（２−アミノエチル）−グリシン単位から構成される骨格を含有し得る。ペプチド核酸は、相補的核酸オリゴマーに対するより高い結合親和性および増加した特異性を有し、従って、本明細書に記載されるように、診断および他の感知適用において特に有益であり得る。
【００５９】
ある特定の実施形態では、プローブ１０６は、探索される核酸配列などの標的マーカー１１２に対して部分的または完全に相補的な配列を有する。標的マーカー１１２は、以下にさらに詳細に記載されるように、検出のための分子である。ある特定の実施形態では、プローブ１０６は、検出すべき探索される標的核酸の少なくとも一部分に結合することが可能な一本鎖オリゴヌクレオチドである。ある特定のアプローチでは、プローブ１０６は、例えば、鎖間のハイブリダイゼーションを調整するため、またはアッセイの間にナンセンスもしくは陰性対照として機能するために、標的配列に対して相補的でない領域を有する。プローブ１０６は、縦方向スペーサー、二本鎖領域、一本鎖領域、ポリ（Ｔ）リンカーおよび二本鎖二重鎖、例えば剛性リンカーおよびＰＥＧスペーサーなどの、他の特徴もまた含有し得る。ある特定のアプローチでは、電極１０２は、複数の異なる標的１１２に対する複数の異なるプローブ１０６を用いて構成され得る。
【００６０】
プローブ１０６は、電極１０２へのプローブ１０６の結合を促進するリンカー１０４を含む。ある特定のアプローチでは、リンカー１０４は、プローブ１０６と会合し、電極１０２に結合する。例えば、リンカー１０４は、チオール、ジチオール、アミン、カルボン酸またはアミノ基などの官能基であり得る。例えば、リンカー１０４は、ポリヌクレオチドプローブの５’末端に連結した４−メルカプト安息香酸であり得る。ある特定のアプローチでは、リンカー１０４は、電極１０２と会合し、プローブ１０６に結合する。例えば、電極１０２は、アミン、シランまたはシロキサン官能基を含み得る。ある特定のアプローチでは、リンカー１０４は、電極１０２およびプローブ１０６から独立している。例えば、リンカー１０４は、電極１０２およびプローブ１０６の両方に結合する、溶液中の分子であり得る。
【００６１】
適切な条件下で、プローブ１０６は、相補的標的マーカー１１２とハイブリダイズして、試料中の標的マーカー１１２の存在の指示を提供し得る。ある特定のアプローチでは、この試料は、生物学的宿主由来の生物学的試料である。例えば、試料は、組織、細胞、タンパク質、体液、遺伝子材料、細菌物質もしくはウイルス物質、植物、動物、細胞培養物または他の生物もしくは宿主であり得る。この試料は、生物全体、またはその組織、細胞もしくは成分部分のサブセットであり得、細胞性または非細胞性の生物学的材料を含み得る。体液および組織には、血液、血漿、血清、脳脊髄液、リンパ、涙、唾液、血液、粘液、リンパ液、滑液、脳脊髄液、羊水、羊膜帯血液、尿、膣液、精液、涙、乳汁および組織切片が含まれ得るが、これらに限定されない。この試料は、核酸、例えばデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、もしくはデオキシリボ核酸およびリボ核酸のコポリマー、またはそれらの組合せを含有し得る。ある特定のアプローチでは、標的マーカー１１２は、宿主、病原体、疾患または形質に独自であることが公知の核酸配列であり、プローブ１０４は、試料中の宿主配列の検出を可能にするために、標的マーカー１１２の配列に対する相補的配列を提供する。
【００６２】
ある特定の態様では、システム、デバイスおよび方法は、この試料に対して、精製および抽出などの処理ステップを実施するために提供される。検出のための分析物または標的分子、例えば核酸は、細胞、細菌またはウイルスの内側に隔離され得る。この試料は、試料中に含まれる種々の成分、組織、細胞、画分および分子を、分離、単離または他の方法でアクセス可能にするために、処理され得る。処理ステップには、精製、均質化、溶解および抽出のステップが含まれ得るが、これらに限定されない。これらの処理ステップは、試料中のまたは試料由来の標的マーカー、例えば標的マーカー１１２を、分離、単離または他の方法でアクセス可能にし得る。
【００６３】
ある特定のアプローチでは、標的マーカー１１２は、任意の天然に存在する原核生物、例えば病原性または非病原性細菌（例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、Ｃｈｌａｍｙｄｉａなど）、真核生物（例えば、原生動物、寄生生物、真菌および酵母）、ウイルス（例えば、ヘルペスウイルス、ＨＩＶ、インフルエンザウイルス、エプスタイン・バーウイルス、Ｂ型肝炎ウイルスなど）、植物、昆虫、およびヒトを含む動物、ならびに組織培養物中の細胞から得られた、ＤＮＡまたはＲＮＡの形態の遺伝子材料である。これらの供給源由来の標的核酸は、例えば、ヒトを含む動物由来の体液の生物学的試料中に見出され得る。ある特定のアプローチでは、この試料は、ヒト患者などの生物学的宿主から得られ、これには、非ヒト材料または生物、例えば、細菌、ウイルス、他の病原体が含まれる。
【００６４】
以下の図４を参照してさらに詳細に議論するように、患者試料中の病原体由来の標的マーカーは、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法によって検出され得る。ある特定のアプローチでは、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法は、宿主および／または細菌由来の標的分子の存在または非存在を検出するために試料からまた採取される対照マーカーに依存し、ポイントオブケア設定において、その検出を看護人に知らせる。例えば、第１のプローブは、試料中に見出される生物学的宿主の内因性要素に関するマーカー（例えば、ヒト核酸配列）について、対照としての使用について試験し得、第２のプローブは、その資料由来の病原体に関するマーカー（例えば、細菌ＲＮＡ）について試験する。以下にさらに議論するように、内因性要素および病原体が共に試料中に存在すると検出される場合、これらのシステムおよびデバイスは、看護提供者に信号送信し得、その標的が検出されていることを指し示し得る。
【００６５】
標的核酸分子、例えば標的マーカー１１２は、任意選択で、検出前に増幅され得る。この標的核酸は、二本鎖形態または一本鎖形態であり得る。二本鎖形態は、加熱、アルカリ処理などの方法によって、または酵素処理によって、増幅反応の開始時に、２つの鎖を一本鎖形態または部分的に一本鎖の形態にするために、変性剤で処理され得る。
【００６６】
一旦試料が標的核酸、例えば、標的分子１１２を曝露するように処理されると、この試料溶液は、プローブ１０６と標的分子１１２との間のハイブリダイゼーションを検出するために、本明細書に記載されるように試験され得る。例えば、電極触媒検出は、以下により詳細に記載されるように適用され得る。標的分子１１２が試料中に存在しない場合、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法は、標的分子の非存在を検出し得る。例えば、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓなどの細菌性病原体を診断する場合、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ由来のＲＮＡ配列などの標的分子の、この試料中での存在は、生物学的宿主（例えば、ヒト患者）中のその細菌の存在を指し示し、試料中の標的分子の非存在は、その宿主がＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓに感染していないことを指し示す。同様に、他のマーカーが、他の病原体および疾患のために使用され得る。
【００６７】
図１を参照すると、システム１００のプローブ１０６は、相補的標的分子１１２にハイブリダイズする。ある特定のアプローチでは、このハイブリダイゼーションは、相補的塩基対合を介してである。ある特定のアプローチでは、ミスマッチまたは不完全なハイブリダイゼーションもまた生じ得る。「ミスマッチ」とは、典型的に、ハイブリダイゼーションの間の２つの異なる核酸鎖（例えば、プローブおよび標的）間の非相補的ヌクレオチド塩基の対合を指す。相補的対合は一般に、Ａ−Ｔ、Ａ−ＵおよびＣ−Ｇであると受け入れられている。局所的環境の条件、例えば、イオン強度、温度およびｐＨは、ハイブリダイゼーションの「特異性」または「ストリンジェンシー」とも呼ばれ得る、塩基間のミスマッチが生じ得る程度に影響し得る。他の因子、例えば、ヌクレオチド配列の長さおよびプローブの型もまた、ハイブリダイゼーションの特異性に影響し得る。例えば、より長い核酸プローブは、より短い核酸プローブよりもミスマッチに対する高い許容度を有する。一般に、タンパク質核酸プローブは、対応するＤＮＡプローブまたはＲＮＡプローブよりも高い特異性を提供する。
【００６８】
図に示すように、試料中の標的マーカー１１２の存在または非存在は、電極触媒技術を介して決定される。これらの電極触媒技術は、極度に低いレベルの核酸分子、例えば、生物学的宿主から得られた標的ＲＮＡ分子の検出を可能にする。電極触媒技術の適用は、米国特許第７，３６１，４７０号および米国特許第７，７４１，０３３号、ならびにＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１２／０２４０１５中にさらに詳細に記載され、これらは、その全体が本明細書で参照によって本明細書に組み込まれる。本システムに適用される場合の、これらの技術の簡潔な説明は以下に提供され、これらの電極触媒技術が例示的かつ非限定的であること、および他の技術が、本システムの他のシステム、デバイスおよび方法（例えば、図４〜１８）との使用について想定され得ることが理解されている。
【００６９】
図１〜３Ｃの電極触媒適用では、試料は、溶液中で電極１０２に適用される。実際においては、第１の遷移金属錯体１０８および第２の遷移金属錯体１１０を有する酸化還元ペアが、試料溶液に添加される。信号発生器またはポテンシオスタットが、電極１０２に電位（電圧）を適用するために使用され、電極１０２およびプローブ１０６とのその密な会合に起因して、第１の遷移金属錯体１０８に酸化状態の変化を起こさせる。次いで、電子が第２の遷移金属錯体１１０に移動され得、電極１０２を通り、試料を通り、信号発生器に戻る電流を作り出す。この電流信号は、以下に記載するように、第１の遷移金属錯体１０８および第２の遷移金属錯体１１０の存在によって増幅される。
【００７０】
第１の遷移金属錯体１０８および第２の遷移金属錯体１１０は一緒になって、信号を増幅する電極触媒レポーターシステムを形成する。遷移金属錯体は、中心遷移金属に移動され得る電子の孤立電子対を有するいくつかの負に荷電したまたは中性の配位子によって取り囲まれた、中心遷移金属原子またはイオン、一般にはカチオンから構成される構造である。遷移金属錯体（例えば、錯体１０８および１１０）には、周期表中のＩＩＡ族元素とＩＩＢ族元素との間に見出される遷移金属元素が含まれる。ある特定のアプローチでは、この遷移金属は、元素の周期表のＩＩＡ族元素とＩＩＢ族元素との間の第４周期、第５周期または第６周期由来の元素である。ある特定の実施形態では、第１の遷移金属錯体１０８および第２の遷移金属錯体１１０は、コバルト、鉄、モリブデン、オスミウム、ルテニウムおよびレニウムを含む群から選択される遷移金属を含む。ある特定の実施形態では、第１の遷移金属錯体１０８および第２の遷移金属錯体１１０の配位子は、ピリジンベースの配位子、フェナントロリン（ｐｈｅｎａｔｈｒｏｌｉｎｅ）ベースの配位子、複素環式配位子、アクオ（ａｑｕｏ）配位子、芳香族配位子、クロライド（Ｃｌ−）、アンモニア（ＮＨ３＋）またはシアニド（ＣＮ−）を含む群から選択される。ある特定のアプローチでは、第１の遷移金属錯体１０８は、遷移金属アンモニウム錯体である。例えば、図１に示すように、第１の遷移金属錯体１０８はＲｕ（ＮＨ３）６３＋である。ある特定のアプローチでは、第２の遷移金属錯体１１０は、遷移金属シアン酸錯体である。例えば、図１に示すように、第２の遷移金属錯体はＦｅ（ＣＮ）６３−である。ある特定のアプローチでは、第２の遷移金属錯体１１０は、ＩｒＣｌ６２−またはＩｒＣｌ６３−などの塩化イリジウム錯体である。
【００７１】
ある特定の適用では、標的分子１１２が試料溶液中に存在する場合、この標的分子１１２は、図１の右側に示すように、プローブ１０６とハイブリダイズする。第１の遷移金属錯体１０８（例えば、Ｒｕ（ＮＨ３）６３＋）は、カチオン性であり、核酸標的分子１１２がプローブ１０６においてハイブリダイズする際の静電気引力に起因して蓄積する。第２の遷移金属錯体１１０（例えば、Ｆｅ（ＣＮ）６３−）は、アニオン性であり、ハイブリダイズした標的分子１１２およびプローブ１０６から反発される。信号発生器、例えばポテンシオスタットが、電極に電圧信号を適用するために使用される。信号が適用されると、第１の遷移金属錯体１０８は還元される（例えば、Ｒｕ（ＮＨ３）６３＋からＲｕ（ＮＨ３）６２＋へ）。第２の金属錯体１１０（例えば、Ｆｅ（ＣＮ）６３−）の還元は、熱力学的により好ましく、従って、電子（ｅ−）が、還元形態の第１の遷移金属錯体１０８から第２の遷移金属錯体１１０へとシャトルされて、第２の遷移金属錯体を還元し（例えば、Ｆｅ（ＣＮ）６３−からＦｅ（ＣＮ）６４−へ）、元の第１の遷移金属錯体１０８（例えば、Ｒｕ（ＮＨ３）６３＋）を再生する。この触媒的シャトルプロセスは、電位が適用された場合に電極１０２を通る電子流の増加を可能にし、標的分子１１２が存在する場合に測定された信号（例えば、電流）を増幅する。標的分子１１２が試料に存在しない場合、測定された信号は顕著に低減される。
【００７２】
図２のチャート２００は、代表的電極触媒検出信号を示す。信号発生器、例えばポテンシオスタットが、図１の電極１０２などの電極において電圧信号を適用するために使用される。サイクリックボルタンメトリー、電流測定、時間電流測定、微分パルスボルタンメトリー、熱量測定および電位差測定が含まれるがこれらに限定されない電気化学的技術が、標的マーカーを検出するために使用され得る。ある特定のアプローチでは、適用される電位または電圧は、経時的に変更される。例えば、得られた電流を測定しながら、電位は、０ｍＶから−３００ｍＶまでなどの２つの電圧点間でサイクルまたは傾斜され得、０ｍＶに戻され得る。従って、チャート２００は、水平軸に沿った０ｍＶと−３００ｍＶとの間の対応する電位における、垂直軸に沿った電流を示す。データグラフ２０２は、標的マーカーの非存在下で、図１の電極１０２などの電極において測定された信号を示す。データグラフ２０４は、標的マーカーの存在下で、図１の電極１０２などの電極において測定された信号を示す。データグラフ２０４について見られ得るように、標的分子の存在下で記録された信号は、特にピーク２０８をおよそ−１００ｍＶに位置するピーク２０６と比較した場合に、より高い振幅の電流信号を提供する。従って、マーカーの存在および非存在は識別され得る。
【００７３】
ある特定の適用では、単一の電極またはセンサーが、より小さいポイントオブケアサイズの構成であっても標的マーカーおよび対照マーカーの検出を提供するように、隣同士に配置された、またはチャンバーの上部に配置された、もしくはチャンバー内でごく接近して配置された、２つ以上のプローブを用いて構成される。例えば、単一の電極センサーは、２つの異なるマーカーとハイブリダイズするように構成された２つの型のプローブに連結し得る。ある特定のアプローチでは、単一のプローブは、２つのマーカーをハイブリダイズおよび検出するように構成される。ある特定のアプローチでは、２つの型のプローブは、異なる比率で電極に連結し得る。例えば、第１のプローブは、第２のプローブに対して２：１の比率で電極センサー上に存在し得る。従って、このセンサーは、複数の分析物の別個の検出を提供することが可能である。例えば、第１のマーカーが存在する場合、第１の別個の信号（例えば、電流）の大きさが生成され、第２のマーカーが存在する場合、第２の別個の信号の大きさが生成され、第１のマーカーおよび第２のマーカーの両方が存在する場合、第３の別個の信号の大きさが生成され、いずれのマーカーも存在しない場合、第４の別個の信号の大きさが生成される。同様に、さらなるプローブもまた、増加した数の多標的検出のために実行され得る。
【００７４】
ある特定のアプローチでは、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法は、上で議論したように、電極触媒検出のために電位を適用するように構成された１つまたは複数のナノ構造化微小電極（ＮＭＥ）を含む。図３Ａ〜３Ｄは、ヌクレオチド鎖の電極触媒検出のためのナノ構造化微小電極システム３００を示す。ナノ構造化微小電極システムは、米国特許出願第１３／０６１，４６５号、米国特許第７，３６１，４７０号および米国特許第７，７４１，０３３号、ならびにＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１２／０２４０１５中にさらに詳細に記載され、これらは、その全体が本明細書で参照によって本明細書に組み込まれる。本システムに適用される場合の、ナノ構造化微小電極の簡潔な説明は、以下に提供される。
【００７５】
ナノ構造化微小電極は、ナノスケール特徴を有するマイクロスケール電極である。ある特定のアプローチでは、ナノ構造化微小電極は、約０．５ミクロン（μｍ）〜約１００μｍの範囲の高さおよび約１μｍ〜約５０μｍの範囲の直径を有する。ナノ構造化微小電極は、例えば約１ナノメートル（ｎｍ）と約３００ｎｍとの間のナノスケール範囲の形態を有するさらなる特徴、例えばスパイク、ナノワイヤーおよび隆起を含み得る。ある特定のアプローチでは、これらの形態的特徴は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲にある。これらの特徴は、半球状、変則的、円柱状またはフラクタルであり得る。例えば、図３Ａは、フラクタル構成にあるナノワイヤー延長３１０を有するナノ構造化微小電極３０８を有するセンサー３００を示す。これらのナノワイヤー延長３１０は、直径が約１０ｎｍ〜約８０ｎｍの範囲であり、これらのナノワイヤー延長３１０は、１平方センチメートル当たり約１×１０８〜約１×１０９の密度範囲のナノワイヤー延長を有する。
【００７６】
ある特定のアプローチでは、ナノ構造化微小電極は、貴金属（例えば、金、白金、パラジウム、銅、銀、オスミウム、インジウム、ロジウム、ルテニウム）、貴金属の合金（例えば、金−パラジウム、銀−白金など）、伝導性ポリマー（例えば、ポリピロール（ｐｏｌｙｐｙｒｏｌｅ）（ＰＰＹ））、非貴金属（例えば、ニッケル、アルミニウム、スズ、チタン、タングステン）、金属酸化物（例えば、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニッケル、酸化インジウムスズ、酸化チタン、窒素ドープ酸化チタン（ＴｉＯｘＮｙ））、金属ケイ化物（ケイ化ニッケル、ケイ化白金）、金属窒化物（窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）または窒化タンタル（ＴａＮ））、炭素（ナノチューブ、ファイバー、グラフェン、無定形炭素）、または上記のいずれかの組合せから構成される。
【００７７】
ナノ構造化微小電極は、固体基材３０２上に形成される。固体基材３０２は、半導体材料、例えば、ケイ素、シリカ、石英、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、炭化ケイ素およびインジウム化合物（例えば、ヒ化インジウム、インジウム、アンチモン化物、リン化インジウム）、硫化セレン、セラミック、ガラス、プラスチック、ポリカーボネートもしくは他のポリマー、または上記のいずれかの組合せを含み得る。システム３００は、集積回路（ＩＣ）チップなどのチップの形態で提供され得る。ある特定のアプローチでは、システム３００は、高い電気抵抗を有する材料から構成される絶縁層または誘電性層３０４を含む。適切な材料の例には、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）またはパリレンが含まれるがこれらに限定されない。ナノ構造化微小電極３０８は一般に、絶縁層３０４中の円柱状孔を伝導性リード３０６に提供することによって形成される。伝導性リード３０６は、金、銀、タングステン、窒化チタン、ポリシリコンまたは他の伝導性もしくは半伝導性材料から構成され得る。ナノ構造化微小電極３０８は、イオン形態の電極金属を含有する溶液中にセンサー３００を置き、電極３０８および得られたナノ構造、例えばナノワイヤー延長３１０を電気的に沈着または成長させるために電気信号を適用することによって、形成される。
【００７８】
図３Ｂに示すように、ナノ構造化微小電極３０８は、プローブ１０６と類似した、例えば、ペプチド核酸プローブであり得る、プローブ３１２で官能化され得る。ある特定のアプローチでは、プローブ３１２は、リンカー１０４に関して上記されたように、リンカー分子を用いてナノワイヤー延長３１０に結合される。ナノ構造化微小電極３０８の表面は、電極の高い伝導性を維持するがプローブ３１２との結合を促進する材料で、さらに被覆され得る。例えば、窒素含有ナノ構造化微小電極（例えば、ＴｉＮ、ＷＮまたはＴａＮ）は、プローブ３１２のアミン官能基と結合し得る。
【００７９】
図３Ｃおよび３Ｄは、標的マーカー１１２と類似の標的マーカー３１４の電極触媒検出のためのナノ構造化微小電極３０８の使用を示す。この電極触媒検出プロセスは、図１の電極触媒検出プロセスと類似である。存在する場合、標的マーカー３１４は、プローブ３１２とハイブリダイズして、ハイブリダイズした複合体３１６を形成する。電気信号（例えば、電圧）が電極３０８に適用される。第１の遷移金属錯体３１８は、図１および図２に関して記載されたように、第２の遷移金属錯体３２０を受容し、第２の遷移金属錯体３２０に電子をシャトルして、標的分子３１４が存在する場合に、増幅された信号を提供する。
【００８０】
ある特定の態様では、本明細書に記載されるセンサーおよび電極は、生物学的宿主由来の試料を分析するために、例えばポイントオブケアデバイスにおいて、感知チャンバーまたは分析チャンバーへと一体化される。図４は、病原体センサー４０６および宿主センサー４１０を有する分析チャンバー４００を示す。チャンバー４００は、試料が保持されセンサー４０６および４１０において分析される空間を形成する壁４０２および４０４を含む。病原体センサー４０６は、ポテンシオスタットなどの制御性計測手段にセンサー４０６を接続する伝導性トレース４０８を含む。宿主センサー４１０も、伝導性トレース４１２を用いて外部または制御性計測手段に接続される。病原体センサー４０６および宿主センサー４１０は、距離Ｘ１隔てられている。
【００８１】
病原体センサー４０６および宿主センサー４１０は、電極１０２およびナノ構造化微小電極３０８などの、以前に記載された電極およびセンサーと類似であり得る。病原体センサー４０６は、マーカーが試料中に存在するか否かを決定するために使用される。図４には示されていないが、病原体センサー４０６は、病原体由来の標的マーカーに連結するように構成された、プローブ１０６などのプローブを含む。ある特定のアプローチでは、このプローブはペプチド核酸プローブである。例えば、病原体センサー４０６に連結したプローブは、その病原体に独自の病原体由来のヌクレオチド配列に対して相補的なヌクレオチド配列を含み得る。ある特定のアプローチでは、このプローブは、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ由来のＲＮＡ分子に連結するように構成されている。Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓに対する標的マーカーの存在を同定するためのプローブの例には、ＣＧＴＴＡＣＴＣＧＧＡＴＧＣＣＣＡＡＡＴまたはＡＴＣＴＴＴＧＡＣＡＡＣＴＡＡＣＴＴＡＣの配列を有する１６ｓ  ｒＲＮＡに対するプローブ、ＣＴＴＧＡＣＣＣＴＴＡＣＧＧＧＣＣＡＴＴまたはＴＴＣＴＣＡＴＣＧＣＴＣＴＡＣＧＧＡＣＴの配列を有する２３ｓ  ｒＲＮＡに対するプローブ、ＡＴＡＴＡＣＡＣＣＣＡＧＧＣＴＣＣＣまたはＧＣＣＴＡＡＣＣＧＣＴＣＡＧＴＧＡＴＡＡの配列を有するＣＴＬｏｎ＿０３３２に対するプローブ、およびＴＡＣＧＡＣＡＡＣＡＡＣＴＡＣＴＴＡＡＡ、ＡＧＣＡＴＣＴＴＧＧＴＧＣＧＴＡＴＣＣＣまたはＴＧＣＡＴＴＴＧＣＣＧＴＣＡＡＣＴＧＧＡの配列を有するｏｍｃＡに対するプローブが含まれるがこれらに限定されない。
【００８２】
宿主センサー４１０は、宿主マーカーに連結するように構成されたプローブを含む。この宿主マーカーは、生物学的宿主由来の内因性要素、例えば、ＤＮＡ配列、ＲＮＡ配列またはペプチドである。例えば、宿主センサー４１０に連結するプローブは、ヒトゲノムに独自のヌクレオチド配列とハイブリダイズするヌクレオチド配列を用いて構成され得る。ある特定のアプローチでは、宿主マーカーに対するプローブは、ペプチド核酸プローブである。好ましくは、この宿主マーカーは、ヒト患者から採取された全ての生物学的試料中に存在し、従って、分析プロセスのための陽性内部対照として機能し得る。従って、宿主センサー４１０における宿主マーカーの検出は、アッセイのための対照として機能する。具体的には、宿主マーカーの検出は、その試料が宿主（例えば、患者）から正確に採取されたこと、その試料が正確に処理されたこと、ならびに分析チャンバー中のプローブおよびマーカーのハイブリダイゼーションが首尾よく起こったことを確認する。アッセイのいずれかの部分が失敗した場合、宿主マーカーは宿主センサー４１０では検出されず、アッセイは不定とみなされる。
【００８３】
病原体センサー４０６および宿主センサー４１０は、図１〜３に関連して以前に記載された電極触媒方法を使用して動作する（本明細書で議論されるかかるセンサーおよび内部対照技術は、他の診断方法においても適用できるが）。図４は、２つだけのセンサーを示すが、任意の数のセンサーが使用され得る。例えば、チャンバー４００は、複数の病原体センサー４０６および複数の宿主センサー４１０を含み得る。複数のセンサーが使用される場合、各センサーは、任意選択で、異なる病原体、異なる宿主、または同じ病原体もしくは同じ宿主の異なる部分の存在または非存在を検出するために、異なる標的マーカーを感知するように構成され得る。代替的アプローチでは、複数の病原体センサー４０６が使用されるが、各病原体センサーは、その標的マーカーの存在または非存在のさらなる検証を提供するために、同じ標的マーカーを感知するように構成される。同様に、複数の宿主センサー４１０もまた使用され得、各センサーは、測定のさらなる検証を提供するために、同じ宿主標的マーカーの存在または非存在を検出するように構成される。
【００８４】
図５は、分析チャンバーのさらなる一実施形態を示す。チャンバー５００は、壁４０２および４０４、病原体センサー４０６ならびに宿主センサー４１０を含むという点において、チャンバー４００と類似である。チャンバー５００はさらに、ナンセンスセンサー４１４を含む。病原体センサー４０６および宿主センサー４１０と同様に、ナンセンスセンサー４１４は、伝導性トレース４１６によって、ポテンシオスタットなどの制御性計測手段に電気的に連結する。ナンセンスセンサー４１４は、ナノ構造化微小電極などの電極もまた含み得る。ナンセンスセンサー４１４は、プローブ１０６などのプローブを含む。ある特定のアプローチでは、このナンセンスプローブはペプチド核酸プローブである。しかし、ナンセンスプローブは、病原体または生物学的宿主由来のマーカーと結合するようには構成されていない。その代り、ナンセンスセンサー４１４に連結したプローブは、病原体中にも生物学的宿主中にも見出されないヌクレオチド配列などの構造を有する。このナンセンスセンサーは、分析チャンバー５００内の条件が正確な感知結果を提供できることを検証するためのさらなる対照として機能する。ナンセンスセンサー４１４は、非特異的結合について試験する。ヌクレオチド配列の非特異的結合は、チャンバー５００中の不適切なハイブリダイゼーション条件下で生じ得る。例えば、非特異的結合は、ｐＨ、イオン強度または温度が正確な試験に適切でない場合に生じ得る。結合がナンセンスセンサー４１４において生じる場合、他の非特異的結合が、病原体センサー４０６および宿主センサー４１０において生じ得、従って、アッセイは不正確である。ナンセンスセンサー４１４は、それにより、試験条件についてのさらなる対照として作用できる。ナンセンスセンサー４１４は、以前に記載されたような電極触媒技術を使用しても機能し得る。図５は３つのセンサーを示しているが、任意の数のセンサーが使用され得る。センサー４０６、４１０および４１４は、直線状配置でチャンバー５００中に配置される。しかし、センサー４０６、４１０および４１４は、他のパターンでも配置され得る。
【００８５】
図６は、以前に記載されたチャンバー４００および５００と類似した分析チャンバー６００のさらなる一実施形態を示す。図６は、参照電極４１８および対電極４２２もまた示す。参照電極４１８および対電極４２２は、それぞれ伝導性トレース４２０および４２４によって、制御性計測手段（例えば、ポテンシオスタット）に接続される。参照電極４１８および対電極４２２は、電極触媒測定において使用される。参照電極４１８は、センサー４０６、４１０および４１４のいずれかにおいて電圧を適用するための参照として機能する。電圧がセンサー（例えば、センサー４０６、４１０および４１４）において適用される場合、発生した電流は、センサー（例えば、センサー４０６、４１０および４１４）を通り、プローブおよび標的のハイブリダイズした複合体を通り、試料を通り、対電極４２２を通って流れる。
【００８６】
図７は、図４〜６に示されたものと類似したバイオセンサーシステムと同様に適用されるように構成された、生物学的試料を分析するためのシステムを示す。システム７００は、出口チャネル７０６に連結した分析チャンバー７０４に連結した入口チャネル７０２を含む。分析チャンバー７０４は、以前に議論した分析チャンバー４００、５００および６００と類似である。分析チャンバー７０４は、２つの病原体センサー４０６、２つの宿主センサー４１０および２つのナンセンスセンサー４１４を含む。各型の２つのセンサーが示されているが、任意の数のセンサーが、チャンバー７０４において使用され得る。分析チャンバー７０４はさらに、図６に関して記載したように機能する参照電極４１８および対電極４２２を含む。
【００８７】
システム７００は、試料溶液の流れを、１つまたは複数のバイオセンサーと接触させるように構成されている。入口チャネル７０２は直径ｄ１を有する。分析チャンバー７０４は直径ｄ２を有する。出口チャンバー７０６は直径ｄ３を有する。ある特定のアプローチでは、直径ｄ１、ｄ２およびｄ３は、実質的に類似である。ある特定の実施形態では、直径ｄ１、ｄ２およびｄ３は、およそ２５ｍｍと３ｍｍとの間である。試料が入口チャネル７０２、チャンバー７０４および出口チャネル７０６を通ってシステム７００中を流れる場合、この流れは、一定の速度で維持され得る。ある特定の場合には層流であり得る一定の均一の流れは、試料がおよそ同じ量の時間にわたって各電極またはセンサーに曝露されることを確実にするために、特に望まれ得る。ある特定のアプローチでは、直径ｄ１、ｄ２およびｄ３は、実質的に異なる。異なる直径が、流量を調整するために、チャネル７０２の終端および中央部において使用され得る。例えば、速い流量は、入口チャネルを通してチャンバーに試料を移動させるために望まれ得るが、より遅い流量は、より長い曝露時間を提供するために試料がチャンバー７０４内に存在する場合に、望まれ得る。例えば、直径ｄ１は、チャンバーの中央部または直径ｄ２よりも小さくてもよい。
【００８８】
異なる直径ｄ１、ｄ２およびｄ３は、試料の容量における差異に関して調整するためにも有用であり得る。例えば、ある特定のアプローチでは、試薬は、サンプルがシステム７００の一部を通って移動する際に、試料に添加され得る。より広い直径は、増加した容量を相殺するため、およびある特定のアプローチでは試薬が試料に添加される際の試料の特定の流量を維持するために、その部分において使用され得る。
【００８９】
示されるように、入口チャネル７０２、分析チャンバー７０４および出口チャネル７０６は、直線状の様式で配置されるが、入口チャネル７０２、分析チャンバー７０４および出口チャネル７０６は、曲線、曲がり角を含み得、または異なる高さもしくは深さで配置され得る。例えば、図８は、異なるレベルに位置付けられた入口チャネル８０２、分析チャンバー８０４および出口チャネル８０６を有するシステム８００を示す。入口チャネル８０２および出口チャンバー８０６は、分析チャンバー８０４よりも高く、チャンバー８０２内の分析のための試料溶液の一部分が、他の一部分、例えば廃棄物から分離されるのを可能にし得る。それぞれ入口チャネル８０２、分析チャンバー８０４および出口チャネル８０６の直径ｄ４、ｄ５およびｄ６はまた、図７のシステム７００に関連して記載したものと、実質的に類似または実質的に異なってもよい。分析チャンバー８０４は、製造の簡便性のために、入口チャネル８０２または出口チャネル８０６とは異なるレベルに位置付けられ得る。例えば、センサーは、入口チャネル８０２および出口チャネル８０６とは別に製造され得、後者はチャンバー８０４内に位置付けられる。入口チャネル８０２および出口チャネル８０６は、金型から製造され得るが、センサー４０６、４１０、４１４ならびに電極４１８および４２２は、ケイ素支持体またはプリント回路基板上に製造され得、入口チャネル８０２および出口チャネル８０６に結合され得る。
【００９０】
図９は、分析チャンバーの一実施形態の断面図を示す。チャンバー９００は、基盤部分９０２、１つまたは複数のセンサー９０４、および弧をなして基盤上に広がる壁９０６を含む。壁９０６は、基盤９０２に連結して、試料が保持され流れる保持空間９０８を形成する。示されるように、空間９０８は、実質的に平らな基盤および弧状屋根を備えたハーフパイプ様の形状である。ある特定のアプローチでは、壁９０６は、基盤９０２および電極９０４とは別に製造される。例えば、壁９０６は、成形技術を介して製造され得、基盤９０２およびセンサー９０４は、集積回路テクノロジーを用いて製造され得る。次いで、壁９０６は、基盤９０２に連結して、チャンバー９００を形成し得る。
【００９１】
図１０Ａ〜１０Ｂは、分析チャンバーを通る試料の流れを示す。チャンバー１０００は、試料中の標的成分および対照メーカーを検出するために構成された少なくとも１つのセンサーを含む。この少なくとも１つのセンサーは、それぞれ標的マーカーおよび対照マーカーに対して特異的なプローブを含む。チャンバー１０００は、以前に示された分析チャンバーと類似である。チャンバー１０００は、壁１００２および１００４ならびに図４〜８のセンサー４０６、４１０、４１４と類似した複数のセンサー１００６、１００８、１０１０、１０１２、１０１４、１０１６を含む。ある特定のアプローチでは、この１つまたは複数のセンサーは、試料中の標的成分および対照成分に結合し得るヌクレオチド配列プローブ（例えば、ＰＮＡ）を用いて構成された、以前に記載されたような１つまたは複数のナノ構造化微小電極などの、プローブを有する１つまたは複数の電極を含む。これらのセンサーは、標的マーカー（例えば、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓを指し示す）を検出するための病原体センサー、対照マーカー（例えば、ヒト組織を指し示す）を検出するための宿主センサー、ナンセンスプローブを有するナンセンスセンサー、またはそれらの任意の組合せとして構成され得る。ある特定のアプローチでは、少なくとも１つのセンサーは、病原体センサーとして構成され、少なくとも１つのセンサーは、宿主センサーとして構成される。少なくとも１つのセンサーは、ナンセンスセンサーとしても構成され得る。チャンバー１０００は、複数の任意のまたは各々のセンサーを含み得る。例えば、センサー１００６および１０１２は、病原体センサーとして構成され得、センサー１００８および１０１４は、宿主センサーとして構成され得、センサー１０１０および１０１６は、ナンセンスセンサーとして構成され得る。チャンバー１０００は、参照電極４１８および対電極４２２などの参照電極および対電極もまた含み得る。
【００９２】
試料１０１８はチャンバー１０００を通って流れ、分析物、特に標的マーカーおよび対照マーカーが、センサー上でプローブとハイブリダイズし得る。ある特定のアプローチでは、試料１０１８は、チャンバー１０００を通って一定の流量で流れる。ある特定のアプローチでは、各センサーは、およそ同じ量の時間にわたって試料に曝露される。ある特定のアプローチでは、試料１０１８は、ハイブリダイゼーションを改善または加速させるために、チャンバー１０００中で撹拌される。
【００９３】
センサー１００６、１００８、１０１０、１０１２、１０１４および１０１６は、図１０中に直線状の配置で示される。ある特定のアプローチでは、他の配置が使用され得る。例えば、図１１は、アレイ構成または格子構成で位置付けられたセンサー１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０、１１１２、１１１４、１１１６および１１１８を有するチャンバー１１００を示す。格子構成は、増加した数のセンサーを提供するため、またはチャンバーを短縮するために、有用であり得る。ある特定のアプローチでは、各センサー型（例えば、病原体センサー、宿主センサーおよびナンセンスセンサー）は、各センサー型について試料に対する類似の曝露を確実にするために、格子構成の行を占める。ある特定のアプローチでは、各センサー型（例えば、病原体センサー、宿主センサーおよびナンセンスセンサー）は、格子構成の列を占める。ある特定のアプローチでは、各センサー型（例えば、病原体センサー、宿主センサーおよびナンセンスセンサー）は、格子構成の各行および各列に沿って互い違いである。
【００９４】
生物学的試料は、対象の標的分子または分析物、例えば標的マーカーおよび対照マーカーを、放出するまたは他の方法でアクセス可能にするために処理され得る。例えば、分析物、例えば核酸は、通常、それらが特徴付けの前にそこから放出される必要がある細胞、細菌またはウイルスの内側に隔離され得る。例えば、超音波処理、遠心分離、剪断力、熱および撹拌が含まれるがこれらに限定されない機械的アプローチが、生物学的試料を処理するために使用され得る。それに加えてまたはその代わりに、界面活性剤、カオトロープ、酵素または熱が含まれるがこれらに限定されない化学的方法が、化学的効果を生じるために適用され得る。
【００９５】
ある特定のアプローチでは、溶解技術が、試料内の細胞から標的マーカーを放出するために、生物学的試料に適用される。溶解技術は、細胞などの生物学的区画の完全性を破壊し、その結果、ＲＮＡなどの内部成分が外部環境に曝露され、外部環境に入り得る。溶解手順は、周囲の溶液中へと細胞内容物を放出するために、細胞膜における永続的もしくは一次的開口の形成または細胞膜の完全な破壊を引き起こし得る。例えば、モジュレートされた電位が、試料溶液中に核酸、特にＲＮＡを放出するために、試料に適用され得る。電気的溶解技術は、その全体が本明細書で参照によって本明細書に組み込まれるＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１２／２８７２１中にさらに詳細に記載されている。本システムに適用される場合の、これらの技術の簡潔な説明は、以下に提供される。
【００９６】
図１２は電気的溶解チャンバーを示す。チャンバー１２００は、試料が保持される空間１２０６を規定する第１の壁１２０２および第２の壁１２０４を含む。例えば、試料は、溶解チャンバー１２００の空間１２０６を通って流れ得る。チャンバー１２００は、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０もまた含む。第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、電気的に独立であり、スペーシング１２１２によって分離されている。
【００９７】
第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、伝導性材料から構成される。例えば、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、炭素、または金、銀、白金、パラジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、ルテニウムおよびそれらの合金が含まれるがこれらに限定されない金属を含み得る。第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、ポリピロール、ヨウ素ドープｔｒａｎｓ−ポリアセチレン、ポリ（ジオクチル−ビチオフェン）、ポリアニリン、金属含浸ポリマーおよびフルオロポリマー、炭素含浸ポリマーおよびフルオロポリマー、ならびにそれらの混合物が含まれるがこれらに限定されない伝導性ポリマーを含み得る。ある特定の実施形態では、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、これらの材料の組合せを含む。
【００９８】
ある特定の実施形態では、スペーシング１２１２は、およそ１ｎｍ〜およそ２ｍｍの範囲で、第１の電極１２０８と第２の電極１２１０とを分離する。ある特定の実施形態では、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、互いにかみ合った電極である。例えば、第１の電極１２０８は、第２の電極１２１０の指１２１６間に空間を空けられた指１２１４を有し得る。スペーシング１２１２は、電極に適用された電位差をさらに局在化させるために、絶縁性材料から構成され得る。例えば、スペーシング１２１２は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、パリレン、または他の絶縁性もしくは誘電性材料を含み得る。
【００９９】
示されるように、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、その上を試料が流れる平坦電極である。例えば、第１の電極１２０８、第２の電極１２１０およびスペーシング１２１２は、同一平面上にあって、チャンバー１２００の空間１２０６内の基盤を形成する。第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、アレイ、畝、チューブおよびレールが含まれるがこれらに限定されない他の構成もまた含み得る。第１の電極１２０８および第２の電極１２１０は、側面、下部表面、上部表面および終端が含まれるがこれらに限定されない、チャンバー１２００の任意の部分上に位置付けられ得る。溶解チャンバー１２００、第１の電極１２０８、第２の電極１２１０およびスペーシング１２１２は、任意の適切な長さＬを有し得る。図１２中では同じ長さＬを有すると示されているが、チャンバー１２００の各成分は、異なる長さを有し得る。ある特定のアプローチでは、チャンバー１２００の長さＬは、およそ０．１ｍｍと１００ｍｍとの間である。例えば、チャンバー１２００は、およそ５０ｍｍの長さＬを有し得る。同様に、溶解チャンバー１２００、第１の電極１２０８、第２の電極１２１０およびスペーシング１２１２は、任意の適切な幅Ｗを有し得る。チャンバーの各成分は、異なる幅を有し得る。ある特定のアプローチでは、チャンバー１２００の幅Ｗは、およそ０．１ｍｍと１０ｍｍとの間である。例えば、チャンバー１２００は、２ｍｍの幅Ｗを有し得る。チャンバー１２００は、直線状または一直線として示されるが、ある特定のアプローチでは、チャンバー１２００は、曲がり角、屈曲および他の非直線状構造を含む。図１２は、２つの電極１２０８および１２１０を示すが、任意の数の電極が使用され得る。２つより多い電極を含む実施形態では、これらの電極は、異なる電極間で異なる電位を適用することが可能なように、電気的に独立であり得る。複数の電極は、アレイなどの他の構成で配置され得る。
【０１００】
モジュレートされた電位は、試料内の生物学的区画（例えば、細胞、細菌など）から、核酸を試料溶液中へと放出するためおよび制御可能に断片化するために、生物学的試料と接触した場合に第１の電極１２０８および第２の電極１２１０に適用され得る。適用された電位は、試料内の生物学的区画の溶解を誘導するために、種々の方法でモジュレートされ得る。ある特定の実施形態では、約０．５Ｖ〜約３，０００Ｖの範囲の電圧が、第１の電極１２０８と第２の電極１２１０との間に適用される。ある特定の実施形態では、第１の電極１２０８と第２の電極１２１０との間に適用される電圧は、約４０Ｖである。この電圧は、一定であり得るか、またはパルスで適用され得る。ある特定のアプローチでは、かかる電圧パルスの持続時間は、最大約６０秒である。ある特定のアプローチでは、電圧パルスの持続時間またはパルス幅は、約３０ミリ秒である。パルス間間隔または電圧パルス間の時間は、約０．１秒と３６０秒との間である。ある特定の実施形態では、このパルス間間隔は約１秒である。電圧パルスは、反復波形として第１の電極１２０８および第２の電極１２１０に適用され得る。電圧波形には、三角波、方形波、サイン波、指数関数的減衰波、前進のこぎり波形および逆向きのこぎり波形が含まれるがこれらに限定されない。例えば、この電圧パルスは方形波であり得る。この電圧パルスは、任意の適切な周波数を有し得る。ある特定の実施形態では、このパルスは、約０．１Ｈｚと１ｋＨｚとの間の周波数を有する。例えば、この電圧パルスは、１Ｈｚの周波数を有し得る。ある特定のアプローチでは、溶解パルスは、試料がチャンバー１２００を通って絶え間なく流れる際に適用される。溶解パルスは、試料がチャンバー中で不動であるままで、または試料の撹拌の間にも、適用され得る。パルスの合計適用時間は、約１秒と１０００秒との間である。ある特定のアプローチでは、これらのパルスは、２分間適用される。ある特定のアプローチでは、これらのパルスは、２０秒間適用される。
【０１０１】
ある特定の実施形態では、電気的ベースの溶解手順は、ＤＮＡおよびＲＮＡなどの分析物分子を制御可能に断片化する。断片化は、放出された分析物を検出するためまたは他の方法で特徴付けるために必要な時間を有利に低減させ得る。例えば、分析物分子の断片化は、分子量を低減させ得、拡散の速度を増加させ得、それにより、分子衝突および反応速度を増強する。別の例では、核酸を断片化することは、二次構造の程度を低減させ得、それにより、相補的プローブ分子へのハイブリダイゼーションの速度を増強する。例えば、第１の電極１２０８および第２の電極１２１０へのモジュレートされた電位の適用によって溶解された細胞由来のＲＮＡは、溶解直後に２，０００塩基を超える平均の長さを有し得るが、継続された溶解条件下で低減された長さの断片へと迅速に切断される。かかる断片の平均サイズは、断片化されていない分析物のサイズまたは長さの、最大約２０％と約７５％との間であり得る。ある特定のアプローチでは、この分析物はＲＮＡである。例えば、断片化されたＲＮＡは、およそ２０塩基とおよそ５００塩基との間の長さを有する、分子の顕著な部分を有し得る。ある特定のアプローチでは、パルスは、試料および分析物を同時に溶解および断片化するためにモジュレートされる。それに加えてまたはその代わりに、第２のセットの電気パルスが、特異的な制御された断片化を提供するために、適用および構成され得る。例えば、第１のセットのパルスは、溶解を提供するために適用され得、第２のセットのパルスは、断片化を提供するために適用され得る。ある特定のアプローチでは、溶解のための第１のパルスセットおよび断片化のための第２のパルスセットは交互にされる。
【０１０２】
断片化は、上記のようなパルスパラメーター（大きさ、周波数、パルス間間隔、パルス幅、適用時間など）を変化させることによって、制御可能に調整される。従って、プローブにおける標的マーカーの引き続くハイブリダイゼーション時間は、制御され得、他の点では類似の条件下での断片化されていない核酸についてのハイブリダイゼーション時間と比較して低減され得る。例えば、ハイブリダイゼーション時間は、約２５％と約８０％との間で低減され得る。従って、例えばセンサー１０２、３０８、４０６および４１０における電気化学的分析に必要な時間もまた、低減され得る。
【０１０３】
図１３は、生物学的試料を調製および分析するためのシステムを示す。システム１３００は、受け取りチャンバー１３０２、第１のチャネル１３０４、溶解チャンバー１３０６、第２のチャネル１３０８、分析チャンバー１３１０および第３のチャネル１３１２を含み得る。他の処理チャンバーおよびチャネルもまた含まれ得る。実際においては、使用者は、生物学的宿主から試料を取得し、受け取りチャンバー１３０２中に試料を置く。受け取りチャンバー１３０２中にありつつ、試料は、望ましくない物質を除去するための濾過、試薬の添加および気体の除去などの処理を受け得る。次いで、試料は、チャネル１３０４を通して受け取りチャンバー１３０２から溶解チャンバー１３０６中へと移動される。試料は、流体または気体を用いて、例えばポンプまたは加圧気体を用いて外部圧力を適用することによって移動され得る。ある特定のアプローチでは、溶解チャンバー１３０６は、図１２の溶解チャンバー１２００と類似である。この試料は、以前に記載したように、電気的溶解手順などの溶解手順を受ける。この溶解手順は、標的マーカーおよび対照マーカーとして機能する、ＲＮＡなどの分析物の断片化もまた引き起こし得る。次いで、この試料は、チャネル１３０８を通して分析チャンバー１３１０中に移動される。分析チャンバー１３１０は、以前に記載された分析チャンバー４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００および１１００と類似であり得る。分析チャンバー１３１０は、１つまたは複数のセンサー、例えば病原体センサー、宿主センサーおよびナンセンスセンサーを含む。標的マーカーおよび対照マーカーは、そのそれぞれのセンサー上でプローブとハイブリダイズし得る。標的マーカーおよび対照マーカーの存在は、図１〜３に関して以前に記載したように、例えば電極触媒技術を用いて、これらのセンサーにおいて分析される。次いで、ある特定のアプローチでは、この試料は、さらなる処理、貯蔵または廃棄物エリアに、チャネル１３１２を通してポンピングされる。
【０１０４】
システム１３００の断面の長さ、幅および直径などの寸法は、異なる容量、流量または他のパラメーターに関して調整するように構成され得る。図１３は、直径ｄ７を有するチャネル１３０８、直径ｄ８を有する分析チャンバー１３１０および直径ｄ９を有するチャネル１３１２を示す。ある特定のアプローチでは、直径ｄ７、ｄ８およびｄ９は、各々およそ同じであり、分析チャンバー１３１０中におよび分析チャンバー１３１０を通る均一な流れを提供する。ある特定のアプローチでは、直径ｄ７、ｄ８およびｄ９は、異なる流量、試薬の添加、または試料の一部分の除去に対応するために、異なるサイズを有する。
【０１０５】
ある特定のアプローチでは、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法は、ヒトにおいて疾患を診断するために使用される。これらのシステム、デバイスおよび方法は、細菌、ウイルス、真菌、プリオン、植物物質、動物物質、タンパク質、ＲＮＡ配列、ＤＮＡ配列、がん、遺伝性障害および遺伝形質を検出するために使用され得る。例えば、Ｃｈｌａｍｙｄｉａは、細菌Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓによって引き起こされる細菌感染である。看護師または医師などの看護人は、この感染についての診断を受けることを望む患者から試料を得ることができる。例えば、看護人は、膣の表面をぬぐうために医療用スワブを使用し、それによって、膣液および膣上皮細胞の生物学的試料を得ることができる。患者がＣｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ細菌を保菌している場合、この細菌は試料中に存在する。さらに、ヒトゲノムに対して特異的なマーカーもまた存在する。次いで、看護人または技術者は、細菌もしくは他の病原体、細胞、タンパク質または遺伝子の存在または非存在を検出するために、本明細書に記載されるシステム、デバイスおよび方法を使用できる。
【０１０６】
図１４は、２プローブシステムの適用のための解釈表を示す。第１のプローブは病原体センサーとして機能し、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ（ＣＴ）に対する特異的ＲＮＡ配列などの標的マーカーを検出するためのプローブを用いて構成される。第２のプローブは宿主センサーまたは対照として機能し、膣上皮細胞由来のＲＮＡまたはＤＮＡ配列などの宿主マーカーを検出するためのプローブを用いて構成される。宿主マーカーは、生物学的試料中に存在すると予測される。実際、この宿主マーカーは、好ましくは、全ての試料中に内因的に存在するということに基づいて選択され、従って、分析プロセスのための陽性対照として機能し得る。従って、宿主マーカーの検出は、アッセイの３つの態様のための対照として機能する。具体的には、宿主マーカーの検出は、その試料が患者から正確に採取されたこと、溶解手順および断片化手順が首尾よく実施されたこと、および分析チャンバー中のハイブリダイゼーションが首尾よく起こったことを確認する。アッセイのいずれかの部分が失敗した場合、宿主マーカーは宿主センサーでは検出されず、アッセイは不定とみなされる。
【０１０７】
この２プローブシステムは、図１４中の試料１、試料２、試料３および試料４によって示されるアウトカムを有する。正の記号（＋）は陽性の検出結果またはそのマーカーが試料中で検出されたことを指し示し、負の記号（−）は陰性の検出結果、マーカーの検出なし、または試料中でのそのマーカーの非存在を指し示す。試料１は、試料中の標的マーカー（ＣＴ）の存在を指し示すＣＴについての陽性の検出結果、および試料が適切に取得および処理されたことを指し示す対照マーカーについての陽性の検出結果を示す。従って、試料１は、Ｃｈｌａｍｙｄｉａの陽性診断とみなされる。試料２は、試料中の標的マーカー（ＣＴ）の非存在を示すＣＴについての陰性の検出結果、および試料が適切に取得および処理されたことを示す対照マーカーについての陽性の検出結果を示す。従って、試料２は、Ｃｈｌａｍｙｄｉａの陰性診断またはＣｈｌａｍｙｄｉａの非存在の検出とみなされる。試料３および試料４は共に、試料が正確に取得されていないまたは正確に処理されていないことのいずれかを指し示す対照マーカーについての陰性の検出結果を示し、従って、結果は不定である。
【０１０８】
ある特定の実行では、図１４のシステムのセンサーは、図１〜８に記載されるように、１つまたは複数のＮＭＥを有する電極触媒センサーなどのバイオセンサーにおける使用のために構成されている。少なくとも１つのセンサーは、ＣＴに対して特異的な配列を有するプローブおよび膣上皮細胞由来の配列に対して特異的な第２のプローブを有するＮＭＥである。もちろん、ＣＴプローブに係留された第１のＮＭＥおよび上皮細胞プローブに係留された第２のＮＭＥを有する複数のＮＭＥが使用され得る。ＣＴ対照ＮＭＥを介して電流を測定することで、ＣＴの存在または非存在を同定し、対照プローブＮＭＥを介して電流を測定することで、上皮または他の対照成分の存在または非存在を同定する。他のセンサーシステムもまた、同じ試料由来の内部対照および標的マーカーの存在または非存在を検出するために使用され得る。
【０１０９】
図１５は、３プローブシステムの適用のための解釈表を示す。図１４と同様に、第１のプローブは病原体センサーとして機能し、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ（ＣＴ）に対する特異的ＲＮＡ配列などの標的マーカーを検出するためのプローブを用いて構成される。第２のプローブは宿主センサーまたは対照として機能し、膣上皮細胞由来のＲＮＡまたはＤＮＡ配列などの宿主マーカーを検出するためのプローブを用いて構成される。第３のプローブは、ナンセンスプローブを有するナンセンスセンサーである。しかし、このナンセンスプローブは、病原体または生物学的宿主由来のマーカーと結合するようには構成されていない。その代り、このナンセンスプローブは、病原体中でも生物学的宿主中でも見出されない配列を有する。このナンセンスセンサーは、感知チャンバー内の条件が正確な結果を提供できることを検証するための、さらなる対照として機能する。ナンセンスプローブにおける陽性結果は、ナンセンスプローブにおける非特異的ハイブリダイゼーションを指し示し得、従って、他の非特異的ハイブリダイゼーションは、他のプローブにおいて生じ得る。従って、ナンセンスセンサーにおける陽性結果は、他のセンサーにおける結果に信頼性がないことを指し示し、全体的な結果は不定である。
【０１１０】
この３センサーシステムは、図１５中の試料５、試料６、試料７、試料８、試料９、試料１０、試料１１および試料１２によって示されるアウトカムを有する。試料５は、試料中の標的マーカー（ＣＴ）の存在を指し示すＣＴについての陽性の検出結果、試料が適切に取得および処理されたことを指し示す対照マーカーについての陽性の検出結果、および正常なハイブリダイゼーションを示すナンセンスセンサーにおける陰性の検出結果を示す。従って、試料５は、Ｃｈｌａｍｙｄｉａの陽性診断とみなされる。試料６は、試料中の標的マーカー（ＣＴ）の非存在を指し示すＣＴについて陰性の検出結果、試料が適切に取得および処理されたことを指し示す対照マーカーについての陽性の検出結果、および正常なハイブリダイゼーションを指し示すナンセンスセンサーにおける陰性の検出結果を示す。従って、試料６は、Ｃｈｌａｍｙｄｉａの陰性診断とみなされる。試料７、試料８および試料１１は、試料が正確に取得されていないまたは正確に処理されていないことのいずれかを指し示す対照マーカーについての陰性の検出結果を示し、従って、結果は不定である。試料９、試料１０、試料１１および試料１２は、非特異的ハイブリダイゼーションが生じたことを指し示すナンセンスプローブにおける陽性の検出結果を示し、従って、結果は不定である。
【０１１１】
上記されたシステム、デバイス、方法ならびに電極および溶解ゾーンの実施形態は、分析のために試料を調製し、検出分析を実施するために、カートリッジ中に組み込まれ得る。図１６は、生物学的試料を受け取り、調製し分析するためのカートリッジシステム１６００を示す。例えば、カートリッジシステム１６００は、試料コレクターまたはスワブから生物学的試料の一部分を取り出し、溶解手順および断片化手順が実施される溶解ゾーンに試料を輸送し、種々のマーカーの存在を決定するためおよび生物学的宿主の疾患状態を決定するための分析チャンバーに試料を輸送するように、構成され得る。
【０１１２】
システム１６００は、ポート、チャネルおよびチャンバーを含む。システム１６００は、例えばポンプまたは加圧気体もしくは液体で、流体圧力を適用することによって、チャネルおよびチャンバーを通して試料を輸送し得る。ある特定の実施形態では、ポート１６０２、１６１２、１６２６、１６３４、１６３８および１６５０は、流体の流れを方向付けるために、開放および閉鎖され得る。使用の際に、試料は、患者から収集され、ポート１６０２を通してチャンバーに適用される。ある特定のアプローチでは、この試料は、ポート１６０２に接続する収集チャンバーまたは試験管中に収集される。実際においては、試料は流体であるか、または流体が試料に添加されて試料溶液を形成する。ある特定のアプローチでは、さらなる試薬が、試料に添加される。この試料溶液は、ポート１６１２を開放し、ポート１６２６、１６３４、１６３８および１６５０を閉鎖しながら、ポート１６０２を介して試料に流体圧力を適用することによって、チャネル１６０４を通り、試料入口１６０６を通過し、脱気チャンバー１６０８中に方向付けられる。試料溶液は脱気チャンバー１６０８に入り、その中に集まる。試料溶液からの気体または気泡もまたこのチャンバー中に集まり、チャネル１６１０およびポート１６１２を通して駆出される。気泡が除去されない場合、これらは、例えば、試料溶液の流れを遮断すること、または溶解電極もしくはセンサーなどのシステムの部品に溶液が到達するのを防止することによって、試料の処理および分析を妨害し得る。ある特定の実施形態では、チャネル１６１０およびポート１６１２は、脱気チャンバー１６０８よりも高く上げられ、その結果、気体は、チャンバー１６０８が満たされた際にチャネル１６１０中に昇る。ある特定のアプローチでは、試料溶液の一部分は、全ての気体が除去されたことを確実にするために、チャネル１６１０およびポート１６１２を通してポンピングされる。
【０１１３】
脱気後、この試料溶液は、ポート１６０２、１６３４、１６３８および１６５０を閉鎖し、ポート１６２６を開放し、ポート１６１２を介して流体圧力を適用することによって、溶解チャンバー１６１６中に方向付けられる。この試料溶液は、入口１６０６を通って溶解チャンバー１６１６中に流れる。ある特定のアプローチでは、システム１６００はフィルター１６１４を含む。フィルター１６１４は、試料溶液から、例えば、システム１６００を通る試料溶液の流れを塞ぎ得る組織の大きい片などの材料を除去するための物理的フィルター、例えばメンブレン、メッシュまたは他の材料であり得る。溶解チャンバー１６１６は、以前に記載された溶解チャンバー１２００または溶解チャンバー１３１０と類似であり得る。試料が溶解チャンバー１６１６中に存在する場合、溶解手順、例えば上記電気的溶解手順が、試料溶液中に分析物を放出するために適用され得る。例えば、この溶解手順は、病原体、疾患または宿主についてのマーカーとして使用され得る、核酸、タンパク質または他の分子を放出するために、細胞を溶解させ得る。ある特定のアプローチでは、この試料溶液は、溶解チャンバー１６１６を通って継続的に流れる。それに加えてまたはその代わりに、この試料溶液は、溶解手順の前、その間またはその後に、溶解チャンバー１６１６中にありつつ撹拌され得る。それに加えてまたはその代わりに、この試料溶液は、溶解手順の前、その間またはその後に、溶解チャンバー１６１６中で静止し得る。
【０１１４】
電気的溶解手順は、気泡を形成する気体（例えば、酸素、水素）を生じ得る。溶解から形成された気泡は、システムの他の部品を妨害し得る。例えば、気泡は、試料溶液の流れを遮断し得るか、またはハイブリダイゼーションならびにプローブおよびセンサーにおけるマーカーの感知を妨害し得る。従って、この試料溶液は、脱気チャンバーまたは気泡トラップ１６２２に方向付けられる。この試料溶液は、ポート１６２６を開放し、ポート１６０２、１６３４、１６３８および１６５０を閉鎖して維持しながら、ポート１６１２を介して試料溶液に流体圧力を適用することによって、溶解チャンバー１６１６から、開口部１６１８を通り、チャネル１６２０を通り、気泡トラップ１６２２中に方向付けられる。脱気チャンバー１６０８と同様に、この試料溶液は、気泡トラップ１６２２中に流れ、気体または気泡は集まって、チャネル１６２４およびポート１６２６を通して駆出される。例えば、チャネル１６２４およびポート１６２６は、気泡トラップ１６２２よりも高い場所にあってもよく、その結果、気体は、気泡トラップ１６２２が満たされた際にチャネル１６２４中に昇る。ある特定のアプローチでは、試料溶液の一部分は、全ての気体が除去されたことを確実にするために、チャネル１６２４およびポート１６２６を通してポンピングされる。
【０１１５】
気泡を除去した後、この試料溶液は、ポート１６５０を開放し、ポート１６０２、１６１２、１６３４および１６３８を閉鎖しつつ、ポート１６２６を介して流体圧力を適用することによって、チャネル１６２８を通して分析チャンバー１６４２中にポンピングされる。分析チャンバー１６４２は、以前に記載された分析チャンバー、例えばチャンバー４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００および１３０６と類似している。分析チャンバー１６４２は、センサー、例えば、以前に記載されたような病原体センサー、宿主センサーおよびナンセンスセンサーを含む。ある特定のアプローチでは、この試料溶液は、分析チャンバー１６４２を通って継続的に流れる。それに加えてまたはその代わりに、この試料溶液は、センサー上のプローブとマーカーとのハイブリダイゼーションを改善するために、分析チャンバー１６４２中にありつつ撹拌され得る。ある特定のアプローチでは、システム１６００は、ハイブリダイゼーションおよび撹拌の間、試料の一部分のための保持空間を提供する流体遅延ライン１６４４を含む。ある特定のアプローチでは、この試料溶液は、ハイブリダイゼーションを可能にするための遅延として、分析チャンバー１６４２中にありつつ遊んでいる。
【０１１６】
システム１６００は、試料溶液中のマーカーの電極触媒検出のための、遷移金属錯体Ｒｕ（ＮＨ３）６３＋およびＦｅ（ＣＮ）６３−などの電極触媒試薬を保持する試薬チャンバー１６３０を含む。ある特定のアプローチでは、この電極触媒試薬は、別々の再水和緩衝液と共に乾燥形態で貯蔵される。例えば、この再水和緩衝液は、再水和チャンバー１６３０上のホイルポーチ中に貯蔵され得る。このポーチは、試薬を再水和するために、割られ得るまたは他の方法で開口され得る。ある特定のアプローチでは、再水和緩衝液は、再水和チャンバー１６３０中にポンピングされ得る。緩衝液を添加することは、チャンバー１６３０中に気泡を導入し得る。気体または気泡は、ポート１６３４を開放し、ポート１６０２、１６２４、１６２６および１６５０を閉鎖しつつ、ポート１６３８を介して流体圧力を適用することによって、再水和チャンバー１６３０から除去され得、その結果、気体は、チャネル１６３０およびポート１６３４を通して駆出される。同様に、流体圧力は、ポート１６３８を開放しつつポート１６３４を通して適用され得る。試料溶液が、分析チャンバー中でマーカーをセンサープローブにハイブリダイズさせるのに十分な時間を有した後、水和および脱気された試薬溶液が、ポート１６５０を開放し、全ての他のポートを閉鎖しつつ、ポート１６３８を介して流体圧力を適用することによって、チャネル１６４０を通して分析チャンバー１６４２中にポンピングされる。この試薬溶液は、分析チャンバー１６４２から、遅延ライン１６４４を通って廃棄物チャンバー１６４６中に試料溶液を押し出し、分析チャンバー１６４２中のセンサーのプローブにおいてハイブリダイズした分子またはマーカーのみを後に残す。ある特定のアプローチでは、この試料溶液は、チャネル１６４８を通してカートリッジシステム１６００から取り出され得るか、または他の方法でさらに処理され得る。この試薬溶液は分析チャンバー１６４２を満たす。ある特定のアプローチでは、この試薬溶液は、試料溶液が分析チャンバー１６４２中に移動される前、または分析チャンバー１６４２中への試料溶液の流れの間に、試料溶液と混合される。試薬溶液が添加された後、マーカーの存在または非存在を検出するための電極触媒分析手順が、以前に記載されたように実施される。
【０１１７】
図１７は、分析検出システムのためのカートリッジの一実施形態を示す。カートリッジ１７００は、処理および分析システム、例えばシステム１６００を保持するための、外部ハウジング１７０２を含む。カートリッジ１７００は、内部処理および分析システムが、他の計測手段と一体化するのを可能にする。カートリッジ１７００は、試料コンテナ１７０４を受け取るためのレセプタクル１７０８を含む。試料は、例えば、スワブを用いて、患者から受け取られる。次いで、このスワブはコンテナ１７０４中に置かれる。次いで、コンテナ１７０４は、レセプタクル１７０８内に位置付けられる。レセプタクル１７０８は、コンテナを保持し、試料がこの分析システムにおいて処理されるのを可能にする。ある特定のアプローチでは、レセプタクル１７０８は、コンテナ１７０４をポート１６０２に連結し、その結果、試料は、コンテナ１７０４から方向付けられ得、システム１６００を介して処理され得る。カートリッジ１７００は、試料の処理の容易さのために、ポート１７０６などのさらなる特徴もまた含み得る。ある特定のアプローチでは、ポート１７０６は、ポートを開放もしくは閉鎖するため、またはシステム１６００を通して試料を移動させるために圧力を適用するための、システム１６００のポート、例えば、ポート１６０２、１６１２、１６２６、１６３４、１６３８および１６５０に対応する。
【０１１８】
カートリッジは、試料調製および試料分析のための任意の適切な形式、材料およびサイズ尺度を使用し得る。ある特定のアプローチでは、カートリッジは、マイクロ流体チャネルおよびチャンバーを使用する。ある特定のアプローチでは、このカートリッジは、マクロ流体チャネルおよびチャンバーを使用する。カートリッジは、単層デバイスまたは多層デバイスであり得る。製作の方法には、フォトリソグラフィー、機械加工、マイクロマシニング、成形およびエンボス加工が含まれるがこれらに限定されない。
【０１１９】
図１８は、試料を処理および分析することの容易さを提供するための、自動化試験システムを示す。システム１８００は、カートリッジ、例えばカートリッジ１７００を受け取るためのカートリッジレシーバー１８０２を含み得る。システム１８００は、他のボタン、制御装置およびインジケーターを含み得る。例えば、インジケーター１８０４は、使用者によって手動でタイプされ得る、またはカートリッジ１７００もしくはカートリッジコンテナ１７０４から自動的に読み取られ得る、患者ＩＤインジケーターである。システム１８００は、使用者が関連する患者記録情報にアクセスするもしくはかかる情報を記録するのを可能にする「記録」ボタン１８１２、結果を印刷するための「印刷」ボタン１８１４、アッセイの処理を開始するための「次のアッセイを実行」ボタン１８１８、処理ステップを選択するまたは他の方法でシステム１８００を制御するための「選択」ボタン１８１８、およびシステムをオンまたはオフに切り替えるための「電源」ボタン１８２２を含み得る。他のボタンおよび制御装置もまた、システム１８００の使用を補助するために提供され得る。システム１８００は、命令を提供するためまたは試料分析の進行を指し示すための、処理インジケーター１８１０を含み得る。システム１８００は、試験型インジケーター１８０６および結果インジケーター１８０８を含む。例えば、システム１８００は、インジケーター１８０６によって示されるように、Ｃｈｌａｍｙｄｉａについて現在試験されており、この試験は、インジケーター１８０８によって示されるように、陽性結果を生じている。システム１８００は、システムの機能性を改善するために、必要に応じて他のインジケーター、例えば、時間および日付インジケーター１８２０を含み得る。
【０１２０】
上述は、本開示の原則の例示に過ぎず、これらのシステム、デバイスおよび方法は、限定目的ではなく例示目的のために提示された、記載された実施形態以外の実施形態によって実施され得る。本明細書に開示されたシステム、デバイスおよび方法は、細菌、具体的にはＣｈｌａｍｙｄｉａ  Ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓについての検出システムでの使用について示されているが、他の細菌、ウイルス、真菌、プリオン、植物物質、動物物質、タンパク質、ＲＮＡ配列、ＤＮＡ配列の検出、ならびに遺伝性障害についてのスクリーニングを含むがんスクリーニングおよび遺伝子試験が含まれるがこれらに限定されない他の適用において使用されるシステム、デバイスおよび方法に適用され得ることを理解すべきである。
【０１２１】
当業者は、本開示を読めば変形および改変に思い至る。開示された特徴は、本明細書に記載される１つまたは複数の特徴との、任意の組合せおよびサブコンビネーション（複数の従属的な組合せおよびサブコンビネーションを含む）で実行され得る。その任意の成分を含む、上に記載または例示された種々の特徴は、組み合わされ得る、または他のシステムへと一体化され得る。さらに、ある特定の特徴は、省略されてもよく、実行されなくてもよい。
【０１２２】
変化、置換および変更の例は、当業者によって解明可能であり、本明細書に開示される情報の範囲から逸脱することなしに行われ得る。引用される全ての参考文献は、その全体が本明細書で参照によって本明細書に組み込まれ、本出願の一部を形成する。
【図１】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ−３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２】
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【図１４】
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【図１５】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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2015529080.tif 000025
2015529080.tif 000026