(57)【要約】  一局面において、試料内の分析物の存在および／またはレベルが、磁性部分および蛍光部分を含む構築物の使用によって求められる。一実施形態において、構築物は透明表面に磁気的に移動し、次に当該表面に沿って引きずられる。一局面において、エバネッセント場が印加され、蛍光部分が移動してエバネッセント場に出入りするにつれて蛍光部分の拡散特性または回転特性の変化がその蛍光発光の変化によって測定され、構築物と試料の成分との相互作用の測定が提供される。
2017531804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料内の分析物を分析するための方法であって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記蛍光部分および／または前記連結体は分析対象物に結合可能であり、前記方法はさらに、
前記構築物を試料と接触させて、前記蛍光部分および／または前記連結体に、前記試料内に前記分析対象物が存在している場合は前記分析対象物と相互作用させるステップと、
第１の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を表面に向けて移動させるステップとを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
第２の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるステップを備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を前記表面に印加するステップと、
前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す前記蛍光部分の蛍光発光を測定するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記第２の磁場を印加するステップは、前記蛍光部分を前記エバネッセント場に交互に出入りさせて拡散移動させるのに十分な前記横方向の磁場成分の強度を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定するステップは、前記蛍光部分の前記蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または前記蛍光発光の偏光を測定することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記蛍光発光の大きさおよび／または位相は、前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性の測定を提供する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、前記分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記試料は生体試料である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記連結体は、前記磁性部分および前記蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記分析対象物と前記構築物との特異的結合と、前記構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記構築物から前記分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で前記蛍光部分および／または前記連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は、周期的に取消されるか減少する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は、前記第１の磁場の前記軸方向の磁場成分を維持しつつ周期的に取消されるか減少する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、流体力学的クロスフローが前記蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記表面は透明である、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
試料内の分析物を分析するための方法であって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記蛍光部分および／または前記連結体は分析対象物に結合可能であり、前記蛍光部分および／または前記連結体は、流体力学的クロスフローが前記蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を含み、前記方法はさらに、
前記構築物を試料と接触させて、前記蛍光部分および／または前記連結体に、前記試料内に前記分析対象物が存在している場合は前記分析対象物と相互作用させるステップと、
第１の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を表面に向けて移動させるステップとを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
第２の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるステップを備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記構築物の横方向の移動は前記蛍光部分の一方向回転を誘発し、前記方法はさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を前記表面に印加するステップと、
前記蛍光部分の蛍光発光のサイクルを測定するステップとを備え、前記サイクルの頻度は、前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す、方法。
【請求項２１】
前記測定するステップは、前記蛍光部分の前記蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または前記蛍光発光の偏光を測定することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、前記分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含む、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記試料は生体試料である、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記連結体は、前記磁性部分および前記蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである、請求項２０から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記分析対象物と前記構築物との特異的結合と、前記構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに備える、請求項２０から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記構築物から前記分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに備える、請求項２０から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で前記蛍光部分および／または前記連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに備える、請求項２０から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は維持される、請求項２０から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は、前記第１の磁場の前記軸方向の磁場成分を維持しつつ維持される、請求項２０から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記エバネッセント場は偏光される、請求項２０から３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項２０から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記表面は透明である、請求項２０から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
試料内の分析物を分析するための方法であって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記蛍光部分および／または前記連結体は分析対象物に結合可能であり、前記方法はさらに、
前記構築物を試料と接触させて、前記蛍光部分および／または前記連結体に、前記試料内に前記分析対象物が存在している場合は前記分析対象物と相互作用させるステップと、
第１の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を表面に向けて移動させるステップとを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
第２の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるステップを備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分な偏光されたエバネッセント場を前記表面に印加するステップと、
前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す前記蛍光部分の蛍光偏光角を測定するステップとを備える、方法。
【請求項３８】
前記測定するステップは、前記蛍光部分の前記蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または前記蛍光発光の偏光を測定することをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、前記分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含む、請求項３７または３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む、請求項３７から４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記試料は生体試料である、請求項３７から４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項３７から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記連結体は、前記磁性部分および前記蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする、請求項３７から４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである、請求項３７から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記分析対象物と前記構築物との特異的結合と、前記構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに備える、請求項３７から４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記構築物から前記分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに備える、請求項３７から４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で前記蛍光部分および／または前記連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに備える、請求項３７から４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は維持される、請求項３７から４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分は、前記第１の磁場の前記軸方向の磁場成分を維持しつつ維持される、請求項３７から４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項３７から５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記表面は透明である、請求項３７から５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
試料内の分析物を分析するためのシステムであって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記蛍光部分および／または前記連結体は分析対象物に結合可能であり、前記システムはさらに、
表面と、
第１の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を前記表面に向けて移動させるための手段とを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記システムはさらに、
第２の磁場を前記試料に印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるための手段を備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記システムはさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を前記表面に印加するための手段と、
前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す前記蛍光部分の蛍光発光を測定するための手段とを備える、システム。
【請求項５４】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、流体力学的クロスフローが前記蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を含み、前記蛍光発光を測定するための手段は、前記蛍光発光のサイクルを測定するための手段を含む、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記エバネッセント場を印加するための手段は、前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分な偏光されたエバネッセント場を前記表面に印加するための手段を含み、前記蛍光発光を測定するための手段は、前記蛍光部分の蛍光偏光角を測定するための手段を含む、請求項５３または５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記第２の磁場を印加するための手段は、前記蛍光部分を前記エバネッセント場に交互に出入りさせて拡散移動させるのに十分な前記横方向の磁場成分の強度を変化させるための手段を含む、請求項５３から５５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５７】
前記蛍光発光を測定するための手段は、前記蛍光部分の前記蛍光発光の大きさおよび／または位相を測定するための手段を含む、請求項５３から５６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５８】
前記蛍光発光の大きさおよび／または位相は、前記試料内の前記分析対象物の存在、レベル、および／または活性の測定を提供する、請求項５３から５７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５９】
前記蛍光部分および／または前記連結体は、前記分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含む、請求項５３から５８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６０】
前記第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む、請求項５３から５９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６１】
前記第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む、請求項５３から６０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６２】
前記試料は生体試料である、請求項５３から６１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６３】
前記連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項５３から６２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６４】
前記連結体は、前記磁性部分および前記蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする、請求項５３から６３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６５】
前記連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである、請求項５３から６４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６６】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記分析対象物と前記構築物との特異的結合と、前記構築物との非特異的結合を区別するための手段をさらに備える、請求項５３から６５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６７】
前記横方向の磁場成分を変化させて、前記構築物から前記分析対象物を分離するのに必要な力を求めるための手段をさらに備える、請求項５３から６６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６８】
前記横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で前記蛍光部分および／または前記連結体の流体力学的挙動を求めるための手段をさらに備える、請求項５３から６７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６９】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分を周期的に取消すか減少させるための手段をさらに備える、請求項５３から６８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７０】
前記第１の磁場の前記軸方向の磁場成分を維持しつつ前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分を周期的に取消すか減少させるための手段をさらに備える、請求項５３から６９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７１】
前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分を維持するための手段をさらに備える、請求項５３から６８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７２】
前記第１の磁場の前記軸方向の磁場成分を維持しつつ前記第２の磁場の前記横方向の磁場成分を維持するための手段をさらに備える、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項５３から７２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７４】
前記表面は透明である、請求項５３から７３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７５】
分析物を分析するための方法であって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記連結体は、結合パートナーに結合する分析対象物を含み、前記分析物は、前記結合パートナーが前記磁性部分に連結されている間に前記蛍光部分に連結され、逆もまた同様であり、前記方法はさらに、
第１の磁場を印加して、前記構築物を表面に向けて移動させるステップを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
第２の磁場を印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるステップを備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記方法はさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を前記表面に印加するステップと、
前記分析物の特性を示す前記蛍光部分の蛍光発光を測定するステップとを備える、方法。
【請求項７６】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記表面は透明である、請求項７５または７６に記載の方法。
【請求項７８】
分析物を分析するためのシステムであって、
磁性部分および蛍光部分を含む構築物を備え、前記磁性部分および前記蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、前記連結体は、結合パートナーに結合する分析対象物を含み、前記分析物は、前記結合パートナーが前記磁性部分に連結されている間に前記蛍光部分に連結され、逆もまた同様であり、前記システムはさらに、
表面と、
第１の磁場を印加して、前記構築物を前記表面に向けて移動させるための手段とを備え、前記第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、前記システムはさらに、
第２の磁場を印加して、前記構築物を前記表面に沿って移動させるための手段を備え、前記第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、前記システムはさらに、
前記蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を前記表面に印加するための手段と、
前記分析物の特性を示す前記蛍光部分の蛍光発光を測定するための手段とを備える、システム。
【請求項７９】
前記表面は、前記蛍光発光が通過することを可能にする、請求項７８に記載のシステム。
【請求項８０】
前記表面は透明である、請求項７８または７９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２０１４年１０月２０日に出願された米国仮特許出願番号第６２／０６６，２１７号に基づく優先権を主張し、その内容全体をすべての目的のために本明細書に引用により援用する。
【０００２】
技術分野
本開示は、たとえば複合生体試料などの試料の内部の分析物を検出し、当該分析物の存在（もしくは欠如）、レベル、および／または活性を求めるための組成、装置、ならびに方法に関する。ある局面において、当該方法は制御可能な磁場内で１つ以上の構築物を使用し、各構築物は蛍光部分に接続または連結された磁性部分を含む。
【背景技術】
【０００３】
背景
以下の記述では、背景および導入目的で一定の物および方法を説明する。本明細書に含まれているものはいずれも先行技術の「承認」と解釈されるべきでない。出願人は、適切な場合、本明細書において参照する物および方法は該当する法律条項の下で先行技術を構成しないことを実証する権利を明示的に留保する。
【０００４】
血液などの生体媒質の分析のための方法が利用可能である。これらは、光学蛍光、光位相、電気化学、および磁気技術に大きく分類され得る。たとえば、代表的な光学蛍光法は酵素結合免疫吸着検定法（Enzyme Linked ImmunoSorbent Assay：ＥＬＩＳＡ）である。表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）は、一般に用いられている光位相法である。微分パルスボルタンメトリー（Differential Pulse Voltammetry：ＤＰＶ）などの電気化学法、および磁気緩和免疫測定法（MAgnetic Relaxation ImmunoAssay ：ＭＡＲＩＡ）などの磁気法も使用可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
典型的に、上記の方法は、再生または置換のいずれか一方を必要とする検知要素を含む。再生は一連の試薬を用いる処理を伴うことが多く、制御された実験室環境の外部での使用を排除し、較正問題の注意深い検討を必要とする。さらに、支持ハードウェアは嵩張って高価であり得る。置換は非実験室環境（住居用途など）に適している場合があるが、継続的に必要となる費用の検討が使用の普及を妨げ得る。
【０００６】
また、上記の方法は、分析物濃度の正確な測定に干渉する非特異的結合に対する脆弱性を示すことが多い。複合生体試料は多量の分子を含み、これら分子は分析対象物分子に結合するよう意図されている受容体と、弱くではあるが相互作用し得る。このため、代理挙動によって分析物濃度の測定が誤って実際よりも多く示されるか、または分析物の結合を阻止することによって分析物濃度の測定が誤って実際よりも少なく示される場合がある。
【０００７】
上記の不利点のために、病気診断のための血液試料などの複合生体試料の携帯型の、安価な、信頼性の高い、かつ適応可能な分析に幅広い適用性がある新たな方法、組成、および／またはシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
要約
要約は、特許請求される主題の範囲を限定するために用いられることが意図されていない。特許請求される主題の他の特徴、詳細、実用、および利点は、添付の図面および添付の特許請求の範囲に開示されているそれらの局面を含む詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
一局面において、試料内の分析物を分析するための方法であって、磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを含み、磁性部分および蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、蛍光部分および／または連結体は分析対象物に結合可能であり、方法はさらに、構築物を試料と接触させて、蛍光部分および／または連結体に、試料内に分析対象物が存在している場合は分析対象物と相互作用させるステップと、第１の磁場を試料に印加して、構築物を表面に向けて移動させるステップとを含み、第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、方法はさらに、第２の磁場を試料に印加して、構築物を表面に沿って移動させるステップを含み、第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、方法はさらに、蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を表面に印加するステップと、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す蛍光部分の蛍光発光を測定するステップとを含む方法が本明細書に開示される。
【００１０】
一実施形態において、第２の磁場を印加するステップは、蛍光部分をエバネッセント場に交互に出入りさせて拡散移動させるのに十分な横方向の磁場成分の強度を変化させることを含む。
【００１１】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、測定するステップは、蛍光部分の蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または蛍光発光の偏光を測定することを含み得る。一局面において、蛍光発光の大きさおよび／または位相は、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性の測定を提供する。
【００１２】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光部分および／または連結体は、分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含み得る。一局面において、第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む。別の局面において、第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む。
【００１３】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、試料は生体試料を含み得る。
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリヌクレオチド、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、およびそれらの組合せからなるグループから選択され得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および／またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含み得る。一局面において、連結体は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする。いくつかの実施形態において、連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである。他の実施形態において、連結体は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの長さである。さらに他の実施形態において、連結体は、約１ｎｍから約５ｎｍ、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約５０，０００ｎｍから約１００，０００ｎｍ、約１００，０００ｎｍから約５００，０００ｎｍ、または約５００，０００ｎｍから約１，０００，０００ｎｍの長さである。
【００１４】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、分析対象物と構築物との特異的結合と、構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに含み得る。別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、構築物から分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに含み得る。さらに別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光部分および／または連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに含み得る。
【００１５】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第２の磁場の横方向の磁場成分は、周期的に取消され得るか減少し得る。一局面において、第２の磁場の横方向の磁場成分は、第１の磁場の軸方向の磁場成分を維持しつつ周期的に取消されるか減少する。
【００１６】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光部分および／または連結体は、流体力学的クロスフローが蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を含み得る。
【００１７】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は、蛍光発光が通過することを可能にし得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は透明であり得る。
【００１８】
さらなる局面において、試料内の分析物を分析するための方法であって、磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを含み、磁性部分および蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、蛍光部分および／または連結体は分析対象物に結合可能であり、蛍光部分および／または連結体は、流体力学的クロスフローが蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を含み、方法はさらに、構築物を試料と接触させて、蛍光部分および／または連結体に、試料内に分析対象物が存在している場合は分析対象物と相互作用させるステップと、第１の磁場を試料に印加して、構築物を表面に向けて移動させるステップとを含み、第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、方法はさらに、第２の磁場を試料に印加して、構築物を表面に沿って移動させるステップを含み、第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、構築物の横方向の移動は蛍光部分の一方向回転を誘発し、方法はさらに、蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を表面に印加するステップと、蛍光部分の蛍光発光のサイクルを測定するステップとを含み、サイクルの頻度は、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す方法が本明細書に開示される。
【００１９】
一実施形態において、測定するステップは、蛍光部分の蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または蛍光発光の偏光を測定することを含む。
【００２０】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光部分および／または連結体は、分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含み得る。一局面において、第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む。別の局面において、第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む。
【００２１】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、試料は生体試料を含み得る。
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、およびそれらの組合せからなるグループから選択され得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および／またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含み得る。一局面において、連結体は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする。いくつかの実施形態において、連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである。他の実施形態において、連結体は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの長さである。さらに他の実施形態において、連結体は、約１ｎｍから約５ｎｍ、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約５０，０００ｎｍから約１００，０００ｎｍ、約１００，０００ｎｍから約５００，０００ｎｍ、または約５００，０００ｎｍから約１，０００，０００ｎｍの長さである。
【００２２】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、分析対象物と構築物との特異的結合と、構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに含み得る。別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、構築物から分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに含み得る。さらに別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光部分および／または連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに含み得る。
【００２３】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第２の磁場の横方向の磁場成分は維持され得る。別の局面において、第２の磁場の横方向の磁場成分は、第１の磁場の軸方向の磁場成分を維持しつつ維持される。
【００２４】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、エバネッセント場は偏光され得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は、蛍光発光が通過することを可能にし得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は透明であり得る。
【００２５】
さらに別の局面において、試料内の分析物を分析するための方法であって、磁性部分および蛍光部分を含む構築物を提供するステップを含み、磁性部分および蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、蛍光部分および／または連結体は分析対象物に結合可能であり、方法はさらに、構築物を試料と接触させて、蛍光部分および／または連結体に、試料内に分析対象物が存在している場合は分析対象物と相互作用させるステップと、第１の磁場を試料に印加して、構築物を表面に向けて移動させるステップとを含み、第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、方法はさらに、第２の磁場を試料に印加して、構築物を表面に沿って移動させるステップを含み、第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、方法はさらに、蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分な偏光されたエバネッセント場を表面に印加するステップと、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す蛍光部分の蛍光偏光角を測定するステップとを含む方法が提供される。
【００２６】
一実施形態において、測定するステップは、蛍光部分の蛍光発光の大きさおよび／もしくは位相ならびに／または蛍光発光の偏光を測定することをさらに含む。
【００２７】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光部分および／または連結体は、分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含み得る。一局面において、第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含む。別の局面において、第２の磁場は横方向の磁場勾配を含む。
【００２８】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、試料は生体試料を含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリヌクレオチドなどの核酸、ポリマー鎖、ポリペプチドなどのタンパク質、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、およびそれらの組合せからなるグループから選択され得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および／またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含み得る。一局面において、連結体は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする。いくつかの実施形態において、連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである。他の実施形態において、連結体は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの長さである。さらに他の実施形態において、連結体は、約１ｎｍから約５ｎｍ、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約５０，０００ｎｍから約１００，０００ｎｍ、約１００，０００ｎｍから約５００，０００ｎｍ、または約５００，０００ｎｍから約１，０００，０００ｎｍの長さである。
【００２９】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、分析対象物と構築物との特異的結合と、構築物との非特異的結合を区別するステップをさらに含み得る。別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、構築物から分析対象物を分離するのに必要な力を求めるステップをさらに含み得る。さらに別の局面において、方法は、横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光部分および／または連結体の流体力学的挙動を求めるステップをさらに含み得る。
【００３０】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第２の磁場の横方向の磁場成分は維持され得る。別の局面において、第２の磁場の横方向の磁場成分は、第１の磁場の軸方向の磁場成分を維持しつつ維持される。
【００３１】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は、蛍光発光が通過することを可能にし得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は透明であり得る。
【００３２】
別の局面において、試料内の分析物を分析するためのシステムであって、磁性部分および蛍光部分を含む構築物を含み、磁性部分および蛍光部分は、当該２つの部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、蛍光部分および／または連結体は分析対象物に結合可能であり、システムはさらに、表面と、第１の磁場を試料に印加して、構築物を表面に向けて移動させるための手段とを含み、第１の磁場は軸方向の磁場成分を含み、システムはさらに、第２の磁場を試料に印加して、構築物を表面に沿って移動させるための手段を含み、第２の磁場は横方向の磁場成分を含み、システムはさらに、蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を表面に印加するための手段と、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性を示す蛍光部分の蛍光発光を測定するための手段とを含むシステムが本明細書において提供される。
【００３３】
一実施形態において、蛍光部分および／または連結体は、流体力学的クロスフローが蛍光部分の一方向回転を誘発するように１つ以上の非対称成分を含み、蛍光発光を測定するための手段は、蛍光発光のサイクルを測定するための手段を含む。別の実施形態において、エバネッセント場を印加するための手段は、蛍光部分の内部で蛍光を励起するのに十分な偏光されたエバネッセント場を表面に印加するための手段を含み、蛍光発光を測定するための手段は、蛍光部分の蛍光偏光角を測定するための手段を含む。
【００３４】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第２の磁場を印加するための手段は、蛍光部分をエバネッセント場に交互に出入りさせて拡散移動させるのに十分な横方向の磁場成分の強度を変化させるための手段を含み得る。
【００３５】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光発光を測定するための手段は、蛍光部分の蛍光発光の大きさおよび／または位相を測定するための手段を含み得る。
【００３６】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光発光の大きさおよび／または位相は、試料内の分析対象物の存在、レベル、および／または活性の測定を提供し得る。
【００３７】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、蛍光部分および／または連結体は、分析対象物に特異的に結合可能な１つ以上の受容体を含み得る。
【００３８】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第１の磁場は軸方向の磁場勾配を含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、第２の磁場は横方向の磁場勾配を含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、試料は生体試料であり得る。
【００３９】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体は、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素、多糖、高分子、およびそれらの組合せからなるグループから選択され得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および／またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、連結体は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にし得る。いくつかの実施形態において、連結体は、約１０ｎｍから約５０ｎｍ、約５０ｎｍから約１００ｎｍ、約１００ｎｍから約５００ｎｍ、約５００ｎｍから約１，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍから約５，０００ｎｍ、約５，０００ｎｍから約１０，０００ｎｍ、または約１０，０００ｎｍから約５０，０００ｎｍの長さである。他の実施形態において、連結体は、約５０ｎｍから約２００ｎｍの長さである。さらに他の実施形態において、連結体は、約１ｎｍから約５ｎｍ、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約５０，０００ｎｍから約１００，０００ｎｍ、約１００，０００ｎｍから約５００，０００ｎｍ、または約５００，０００ｎｍから約１，０００，０００ｎｍの長さである。
【００４０】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、横方向の磁場成分を変化させて、分析対象物と構築物との特異的結合と、構築物との非特異的結合を区別するための手段をさらに含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、横方向の磁場成分を変化させて、構築物から分析対象物を分離するのに必要な力を求めるための手段をさらに含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、横方向の磁場成分を変化させて、異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光部分および／または連結体の流体力学的挙動を求めるための手段をさらに含み得る。
【００４１】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、第２の磁場の横方向の磁場成分を周期的に取消すか減少させるための手段をさらに含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、第１の磁場の軸方向の磁場成分を維持しつつ第２の磁場の横方向の磁場成分を周期的に取消すか減少させるための手段をさらに含み得る。
【００４２】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、第２の磁場の横方向の磁場成分を維持するための手段をさらに含み得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、システムは、第１の磁場の軸方向の磁場成分を維持しつつ第２の磁場の横方向の磁場成分を維持するための手段をさらに含み得る。
【００４３】
前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は、蛍光発光が通過することを可能にし得る。前述の実施形態のうちのいずれかにおいて、表面は透明であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本開示の一局面に係る、蛍光粒子上に受容体部位がある分子連結体を有する構築物の概略図である。
【図２】本開示の一局面に係る、連結体上に受容体部位がある分子連結体を有する構築物の概略図である。
【図３】本開示の一局面に係る、磁性粒子への樹状付着、および分子連結体と蛍光粒子との単一点接続を有する構築物の概略図である。
【図４】本開示の一局面に係る、非対称連結体を有する構築物の概略図である。
【図５】本開示の一局面に係る、ポリヌクレオチド連結体を有する構築物の概略図である。
【図６】本開示の一局面に係る、受容体と分析物との結合からなる接合部を含む連結体を有する構築物の概略図である。
【図７】本開示の一局面に係る、一対の磁場勾配およびエバネッセント場の内部の構築物の概略図である。
【図８】本開示の一局面に係る、分析物の存在（もしくは欠如）、レベル、および／または活性の測定として蛍光強度を示す図である。
【図９】本開示の一局面に係る、分析物の存在（もしくは欠如）、レベル、および／または活性の測定として蛍光強度のサイクルを示す図である。
【図１０】本開示の一局面に係る、分析物の存在（もしくは欠如）、レベル、および／または活性の測定として蛍光偏光角を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
詳細な説明
特許請求される主題の１つ以上の実施形態の詳細な説明が、特許請求される主題の原理を示す添付の図面に沿って以下に与えられる。特許請求される主題はそのような実施形態に関連して説明されるが、いずれの特定の実施形態にも限定されない。特許請求される主題はさまざまな形態で具体化されてもよく、多数の代替、修正および均等物を包含することを理解すべきである。したがって、本明細書に開示される具体的な詳細は限定的であると解釈されるべきでなく、むしろ特許請求される主題を事実上どのような適切に詳述されたシステム、構造、または態様でも利用できるように当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が以下の説明で述べられる。これらの詳細は例示目的で与えられており、特許請求される主題はこれらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくても特許請求の範囲に従って実施され得る。特許請求される主題の範囲から逸脱することなく他の実施形態を用いることができ、構造的変更を行うことができることを理解すべきである。個々の実施形態の１つ以上において説明されているさまざまな特徴および機能は、それらが説明されている特定の実施形態にその用途が限定されないことを理解すべきである。それらは代わりに、そのような実施形態が記載されているか否かに係わらず、かつそのような特徴が説明されている実施形態の一部として提示されているか否かに係わらず、単独でまたは何らかの組合せで、本開示の他の実施形態の１つ以上に適用され得る。明確にする目的で、特許請求される主題に関連する技術分野において公知の技術的材料は、特許請求される主題を不要に曖昧にしないために詳細に説明していない。
【００４６】
特に規定のない限り、本明細書において使用するすべての技術用語、表記ならびに他の技術および科学用語または術語は、特許請求される主題が関連する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有することが意図されている。場合によっては、一般に理解される意味を有する用語は明確にするためおよび／または容易に参照できるように本明細書において定義されており、本明細書におけるそのような定義の包含は、当該技術において一般的に理解されているものに対する実質的な相違を表わしていると必ずしも解釈されるべきでない。本明細書において記載または参照する技術または手順の多くは、当業者によってよく理解され、従来の技法を用いて一般に利用される。
【００４７】
本願において参照する特許文献、科学論文およびデータベースを含むすべての刊行物は、個々の各刊行物が引用により個々に援用されているのと同じ程度まで、その全体をすべての目的のために引用により援用する。本明細書に記載の定義が、本明細書に引用により援用する特許、特許出願、公開出願または他の刊行物に記載されている定義に反するか、またはそうでなければ当該定義と矛盾する場合は、本明細書に記載の定義が本明細書に引用により援用する定義より優先する。刊行物または文書の引用は、それらのいずれかが関連の先行技術であるという承認であることが意図されておらず、また、これらの刊行物もしくは文書の内容もしくは日付に関するいずれかの承認を構成するものでもない。
【００４８】
すべての表題は読者の便宜のためであり、そのように規定のない限り、表題に続く本文の意味を制限するために用いられるべきでない。
【００４９】
本明細書および添付の請求項において使用する単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに要求する場合を除いて複数の指示対象を含む。たとえば、「ａ」または「ａｎ」は「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味する。ゆえに、「分析物（an analyte）」の参照は１つ以上の分析物を指し、「当該方法（the method）」の参照は、本明細書に開示されるならびに／または当業者に公知である同等のステップおよび方法の参照を含む、などである。
【００５０】
本開示全体にわたって、特許請求される主題のさまざまな局面が範囲の形態で提示されている。範囲の形態での説明は便宜および簡潔化のために過ぎないことを理解すべきであり、特許請求される主題の範囲に対する柔軟性のない限定と理解すべきでない。したがって、ある範囲の記載は、具体的に開示されているすべての可能な部分範囲、およびその範囲内の個々の数値を有すると見なされるべきである。たとえば、ある範囲の値が与えられている場合、その範囲の上限と下限との間に介在する各値、およびその記載範囲内のその他の記載されているまたは介在する値が特許請求される主題に包含されていると理解される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、より小さい範囲に独立して含まれていてもよく、その記載範囲内のいずれかの具体的に除外された限界を条件として、特許請求される主題にも包含されている。記載範囲が限界の一方または両方を含む場合、それらの含まれている限界の一方または両方を除外する範囲も特許請求される主題に含まれている。これは、範囲の幅に係わらず適用される。
【００５１】
一局面において、たとえば、２つ、３つ、またはそれ以上の相互作用において、分子が生体試料内でどのように相互作用するかを測定するための技術が本明細書に開示される。特定の実施形態において、本明細書に開示される組成および方法を用いて、たとえば、血液などの生体試料内の分析物と結合パートナーとの相互作用を分析する。これらの方法は、バイオマーカ発見、薬物発見、および薬物評価に幅広い適用性があり得る。別の局面において、生体試料内の分析物の存在、欠如、レベル、および／または活性を発見するための技術が本明細書に開示される。これらの方法は、血液などの生体試料のバイオマーカ決定に幅広い適用性があり得る。
【００５２】
本明細書において使用する「試料」とは、分析対象物を含む任意の好適な材料であってもよい。特定の実施形態において、試料は生体試料である。本明細書において使用する「生体試料」は、生体またはウイルス性（もしくはプリオン）源または他の高分子および生体分子源から得られる任意の試料を含み、かつ、そこから核酸、タンパク質および／もしくは他の高分子を得ることができる被験体の任意の細胞型または組織を含む。生体試料は、生物源から直接得られる試料、または処理される試料であってもよい。たとえば、増幅される分離核酸が生体試料を構成する。生体試料は、血液、血漿、血清、脳脊髄液、滑液、尿および汗などの体液、動物および植物からの組織および器官試料、ならびにそれらに由来する処理済の試料を含むがこれらに限定されない。いくつかの実施形態において、生体試料は、血液、血漿、唾液、脳脊髄液、尿、細胞培養液、細胞懸濁液、細胞溶解液、生物起源の任意の流体、または生物学的使用を対象とした任意の流体を含む。いくつかの実施形態において、生体試料は複合生体媒質である。生体分子または生物学的に関連した分子が生体試料内に存在していてもよく、本開示の装置または方法を用いて検出または分析することができる。
【００５３】
本明細書において使用する試料はさらに、ゼラチン、アガロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、透過性ポリマー、透過性コポリマー、デンプン、エーロゲル、コロジオン、透析膜、化学修飾された形態の上記に列挙した材料のうちのいずれか、および分析対象物に包埋された上記に列挙した材料のうちのいずれかを含んでいてもよい。
【００５４】
本明細書において使用する「分析物」という用語は、タンパク質、核酸、脂質、炭水化物、イオン、または上記のいずれかを含む多成分複合体、細胞、多細胞構造、細胞分画物、ウイルス、プリオン、ポリマー、およびコロイドなどの分子を含む。対象の細胞内分析物の例として、細胞小器官、たとえば、ミトコンドリア、ゴルジ体、小胞体、葉緑体、エンドサイトーシス小胞、エキソサイトーシス小胞、液胞、リソソーム等が挙げられる。例示的な核酸分析物として、さまざまな立体配座のゲノムＤＮＡ（たとえばＡ−ＤＮＡ、Ｂ−ＤＮＡ、Ｚ−ＤＮＡ）、ミトコンドリアＤＮＡ（ｍｔＤＮＡ）、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｈＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ、およびｐｉＲＮＡが挙げられ得る。分析物は試料内に懸濁または溶解していてもよい。分析物は生体分子または複合体それ自体である必要はないが、いくつかの実施形態において、分析物は生体試料内に存在しており、それらと生体試料の他の成分との相互作用は生物学的に関連していてもよい。たとえば、相互作用は試料内の生理学的または病理学的症状を表わしていてもよい。いくつかの実施形態において、分析物は分析すべき粒子である。
【００５５】
本明細書において使用する「結合剤」、「結合薬剤」、「結合パートナー」、「結合部分」、および「結合基」という用語は、たとえば生体分子または一部または他の分子とのそれらの複合体などの分析対象物分子に特異的に結合する任意の薬剤またはその任意の部分もしくは基を指す。
【００５６】
本明細書において使用する「結合」という用語は、２つの分子同士が互いに近接している安定した会合をもたらす当該分子同士の間の誘因性相互作用を指す。分子結合は以下の種類、すなわち、非共有結合、可逆的な共有結合および非可逆的な共有結合に分類され得る。分子結合に関与し得る分子は、タンパク質、核酸、炭水化物、脂質、および医薬化合物などの小有機分子を含む。たとえば、他の分子と安定した複合体を形成するタンパク質は受容体と称されることが多く、それらの結合パートナーはリガンドと称される。また、核酸は、たとえば、ＤＮＡ−タンパク質複合体、ＤＮＡ−ＤＮＡ複合体、ＤＮＡ−ＲＮＡ複合体など、それら自体で、または他のものと安定した複合体を形成することができる。
【００５７】
本明細書において使用する「特異的結合」という用語は、たとえば抗体などの結合剤が、ポリペプチド抗原などの標的に優先的に結合するような、当該結合剤の特異性を指す。たとえばタンパク質、核酸、抗体または他の親和性捕捉剤等の結合パートナーを参照する場合、「特異的結合」は、指定されたアッセイ条件下での選択的なハイブリダイゼーションを保証するように高い親和性および／または相補性での２つ以上の結合パートナーの結合反応を含んでいてもよい。典型的に、特異的結合は、バックグラウンドシグナルの標準偏差の少なくとも３倍になる。ゆえに、指定条件下で結合パートナーはその特定の標的分子に結合し、試料内に存在している他の分子には大量には結合しない。他の可能性のある妨害物質の存在下で特定の標的を結合剤または抗体によって認識することは、そのような結合の１つの特徴である。好ましくは、標的に対して特異的であるかまたは標的に特異的に結合する結合剤、抗体または抗体フラグメントは、他の非標的物質との結合よりも高い親和性で標的に結合する。また、好ましくは、標的に対して特異的であるかまたは標的に特異的に結合する結合剤、抗体または抗体フラグメントは、たとえば試験試料内に存在している非標的物質などの非標的物質のかなりの割合と結合することを回避する。いくつかの実施形態において、本開示の結合剤、抗体または抗体フラグメントは、非標的物質の約９０％よりも多い割合と結合することを回避するが、より高い割合も明らかに考えられて好まれる。たとえば、本開示の結合剤、抗体または抗体フラグメントは、非標的物質の約９１％、約９２％、約９３％、約９４％、約９５％、約９６％、約９７％、約９８％、約９９％、および約９９％以上と結合することを回避する。他の実施形態において、本開示の結合剤、抗体または抗体フラグメントは、非標的物質の約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、または７０％を超える、または約７５％を超える、または約８０％を超える、または約８５％を超える割合と結合することを回避する。
【００５８】
本明細書において使用する「磁性部分」という用語は、帯磁率および／または透磁率および／または磁化率および／または磁気モーメントを示す構造を形成する分子、コロイド、および原子の集まりを含む。いくつかの局面において、本明細書に開示される構築物内の磁性部分は磁性粒子である。
【００５９】
磁性部分は、磁場の存在下で磁性部分の自己凝集を最小化するのに十分なシェルで覆われていてもよい。これは、立体障害または静電気反発によって達成されてもよい。
【００６０】
磁性部分には２つの連結体が付着していてもよく、各々が蛍光体とともに遠位端にある。磁性粒子が表面に沿って引きずられると、２つの蛍光体が互いに近づけられることによって蛍光共鳴エネルギー移動（Forster Resonance Energy Transfer：ＦＲＥＴ）が可能となる。引きずりが停止すると、２つの蛍光体は移動して互いに離れ、ＦＲＥＴを減少させ得る。蛍光が減少する速度は蛍光体の拡散率に依存しており、当該拡散率は次に、蛍光体またはそれらの連結体との分析物結合に依存している。同様に、そのような構築物は、一方の蛍光体上にリガンドを有し、他方の蛍光体上に受容体を有してもよく、または他の関連の構成を有していてもよい。
【００６１】
本明細書に記載の測定は一連の温度で実行可能であるため、分析物の拡散特性および結合の温度依存性についての情報を得ることができる。
【００６２】
本明細書において使用する「蛍光部分」という用語は、蛍光を示す構造を形成する分子、タンパク質、コロイド、量子ドット、および原子の集まりを含む。蛍光部分は受容体部位を含んでいてもよい。いくつかの局面において、本明細書に開示される構築物内の蛍光部分は蛍光粒子である。
【００６３】
本明細書において使用する「連結体」という用語は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示しつつ当該部分同士が互いに接続されることを可能にする、樹状分子、デンドリマー分子、分子鎖、キラル分子鎖、グラフェンナノチューブ、グラフェンナノロッド、ポリ核酸、ポリマー鎖、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多環芳香族分子、多環分子、ポリマー炭素分子、多糖、高分子、上記の組合せ、ならびに任意の分子構造を含む。いくつかの実施形態において、連結体はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）および／またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含む。一局面において、連結体は受容体部位を含んでいてもよい。他の局面において、連結体は剛性であってもよく、可撓性であってもよく、または１つ以上の可撓性の継ぎ目を有する剛性部分の配列であってもよい。いくつかの実施形態において、１つ以上の可撓性の継ぎ目は、蛍光部分の移動に影響する受容体部位を含む。
【００６４】
本明細書において使用する「ある程度の拡散非依存性」という用語は、蛍光部分に連結された磁性部分を含む構築物の特性であって、磁性部分が所定位置に保持されている場合に、蛍光部分が磁性部分との物理的連結を維持しつつ磁性部分の外部環境で拡散または回転運動を示すことができる特性を含む。いくつかの実施形態において、構築物は磁性部分および蛍光部分のヘテロ二量体である。他の実施形態において、構築物は１つ以上の磁性部分を含む。いくつかの実施形態において、構築物は１つ以上の蛍光部分を含む。
【００６５】
本明細書において使用する「軸方向の磁場勾配」という用語は、透明表面に対して垂直な磁場勾配を指し、これは透明表面に対して傾斜して方向付けられている磁場勾配の成分であってもよい。
【００６６】
本明細書において使用する「横方向の磁場勾配」という用語は、透明表面に対して平行な磁場勾配を指し、これは透明表面に対して傾斜して方向付けられている磁場勾配の成分であってもよい。
【００６７】
当該表面は、たとえば、ポリマー、プラスチック、樹脂、多糖、シリカもしくはシリカ系材料、炭素、金属、無機ガラス、膜、または上記に列挙した基質材料のいずれかの組合せなどの多種多様な材料のうちのいずれかを含んでいてもよい。ある実施形態において、表面は、ゴム、セラック、ピロキシリン（セルロイド（Celluloid）、ピロリン（Pyrolin）等の商品名で公知）、フェノールホルムアルデヒド樹脂（商品名ベークライト）、カゼイン、尿素ホルムアルデヒド樹脂、チオ尿素樹脂、酢酸セルロース、ビニルおよびスチロールタイプのプラスチック、ならびにそれらのいずれかの組合せを含む。メタクリル酸のメチルエステルは、ガラス繊維または金属をその中に組込み得るプラスチックの例である。一局面において、表面は剛性または半剛性である。一局面において、表面は可撓性または軟性である。一局面において、表面は透明である。表面は、解剖学的測定を最適化するパターンでテクスチャ加工されてもよい。たとえば、透明表面は格子パターンまたはホログラフィックパターンを含んでいてもよく、構築物は溝内に位置しており、溝に沿って動く。透明表面は、構築物の付加または試料からの構築物の除去を最適化するパターンでテクスチャ加工されてもよい。いくつかの実施形態において、表面は２つの非混和性液同士の間の界面を含む。いくつかの実施形態において、表面は分子コーティングを有する表面を含む。
【００６８】
本明細書に開示される構築物は多数の方法で合成可能である。たとえば、Nanogea, Inc.社がそのナノコン（Nanocone）技術を平坦面上に利用するのと同様の態様で、またはBong Jin Hong et al., Langmuir 2005, Vol 21, pg. 4257-4261によって記載されているように、磁性ナノ粒子をＰＡＭＡＭ（ポリ（アミドアミン））デンドリマーで処理することができる。いくつかの実施形態において、デンドリマーが十分に大きく磁性粒子が十分に小さい場合は、デンドリマーは単一の外向きのアミノ基で磁性粒子全体を効果的にコーティングする。一局面において、この単一の外向きのアミノ基は次に、ペプチド連結反応でカルボキシル基に結合し得る。周知のペプチド連結反応は、ＥＤＣ（１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド）を用いてアミノ基をカルボキシル基に接続する。いくつかの実施形態において、収率を増加させるためにスルホ−ＮＨＳ（Ｎ−ヒドロキシスルホスクシンイミド）も用いられる。上記カルボキシル基がＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）またはＰＥＧ（ポリエチレングリコール）の長鎖の端にある場合は、これによって長鎖は単一の外向きのアミノ基に付着して、単一長鎖が付着した磁性粒子が生成される。長鎖の一端にビオチンを有し、他端にカルボン酸を有するビオチン−ＰＥＧ−カルボン酸およびビオチン−ＰＥＯ−カルボン酸を含む、市販の試薬を用いてもよい。そのような試薬を用いた場合は、単一長鎖が付着した、ビオチンを遠位端に有する磁性粒子が生成される。ストレプトアビジンコーティングされた量子ドット（または他の蛍光体）を付加すると量子ドットがビオチンに結合し、単一長鎖が付着した、量子ドットを遠位端に有する磁性粒子が生成される。
【００６９】
いくつかの実施形態において、カルボキシルコーティングされた磁性ナノ粒子を水に懸濁させ、ＤＣＣ（Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド）を含む非混和性液相を適用する。ＤＣＣは非水溶性であるが、水非混和性のさまざまな低極性溶媒に溶解する。ＤＣＣは、液体境界に影響を与えるいずれかのカルボキシル基と反応して中間化合物を形成する。影響は、液体境界に対して軸方向の磁場勾配によって補助され得る。磁性粒子は液体境界において所定位置に保持され、中間化合物の一方側が極性であり（水に引寄せられる残りのカルボキシル基）、他方側が不極性である（低極性溶媒に引寄せられるＤＣＣのシクロヘキサン環）ため、十分に回転または拡散して離れることができない。回転または拡散の制限は、低極性溶媒へのアンカーとして機能するＤＣＣのシクロヘキサン環への長いアルカン鎖を含むことによって向上し得る。この構成によって、磁性粒子の表面の小さい領域のみをＤＣＣと反応させることができる。反応後、残りのＤＣＣは洗い流される。市販の試薬は、長鎖の一端にビオチンを有し、他端にアミンを有するビオチン−ＰＥＧ−アミンおよびビオチン−ＰＥＯ−アミンである。水層はビオチン−ＰＥＧ−アミンまたはビオチン−ＰＥＯ−アミンで処理され、アミノ基が中間化合物のＤＣＣ基と反応して、単一長鎖が付着した、ビオチンを遠位端に有する磁性粒子が生成される。ストレプトアビジンコーティングされた量子ドット（または他の蛍光体）を付加すると量子ドットがビオチンに結合し、単一長鎖が付着した、量子ドットを遠位端に有する磁性粒子が生成される。
【００７０】
いくつかの実施形態において、ＥＤＣまたはＤＣＣ試薬は、そのペプチド結合を形成する能力が維持される態様で表面に化学的に結合し得る。カルボキシルコーティングされた磁性ナノ粒子でそのような表面を処理すると、中間化合物の形成によって表面への付着が生じる。次に、残りのカルボキシル基が保護または誘導体化され得、最終的にビオチン−ＰＥＧ−アミンまたはビオチン−ＰＥＯ−アミンが付加されてペプチド結合が形成され、表面からナノ粒子が放出され、単一長鎖が付着した、ビオチンを遠位端に有する磁性粒子が生成される。ストレプトアビジンコーティングされた量子ドット（または他の蛍光体）を付加すると量子ドットがビオチンに結合し、単一長鎖が付着した、量子ドットを遠位端に有する磁性粒子が生成される。
【００７１】
上記の合成の例では、アミンとカルボキシルとの役割を交換する、磁性粒子と量子ドットとの役割を交換する、および長鎖をポリヌクレオチドなどの別の長い分子で置換するなど、可能な変形は多数ある。連結化学は当該技術において一般的に公知であり、本明細書ではいずれかの好適な連結化学法を用いることができる。上記の例は、連結化学および構築物の構築に利用可能な選択肢の網羅的な一覧であることが意図されていない。
【００７２】
本明細書において使用する「流体力学的クロスフロー」という用語は、構築物が横方向の磁場勾配によって作用されたときの構築物にぶつかる溶媒分子の相対移動を指し、溶媒分子の粘度によって、構築物およびそれに結合する材料に作用する引きずり力が生じる。いくつかの実施形態において、溶媒は水である。
【００７３】
磁性粒子および蛍光粒子の構築物は公知である。これらはナノコンポジット、ヤヌス粒子、または共役粒子とも称され得る。これらの構築物は、間を保って互いに貼付く磁性粒子および蛍光粒子を含む。これらの技術の構造は互いに拡散非依存性を示さない。１つ以上の蛍光検出可能部分を含む磁性粒子が米国特許第７，５７５，９３４  Ｂ２号に開示されている。蛍光指示色素を含む粒子と、磁場および／またはブラウン運動を用いて当該粒子の光学特性を調節する方法が、米国特許第８，６９７，０２９  Ｂ２号に開示されている。異なる材料からなるコアおよびシェルを含む多機能ナノコンポジットは、磁性材料からの磁気特性と、無機半導体材料からの光学特性とを有し得る。これらの多機能ナノコンポジットは米国特許第７，７４１，１２０  Ｂ２号に開示されている。すべての３つの米国特許の開示全体を本明細書に引用により援用する。
【００７４】
一局面において、本明細書に記載の装置および方法を用いて、複合生体媒質内の分析物の存在および／または濃度を測定する。一局面において、１つ以上の構築物が制御可能な磁場内で使用され、各構築物は蛍光部分に接続された磁性部分を含み、当該連結体は、磁性部分および蛍光部分がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする。特定の実施形態において、連結体は剛性であってもよく、可撓性であってもよく、または可撓性の継ぎ目を有する剛性部分の配列であってもよい。一局面において、蛍光部分または連結体には分析物に結合可能な分析物受容体が提供され、蛍光部分の一種類の発光波長またはスペクトルが分析すべき分析物ごとに提供される。
【００７５】
一局面において、磁性部分および蛍光部分を含む構築物を、分析対象物を含むかまたは含むと思われる生体試料と混合する。一局面において、構築物上の分析物受容体を、複合生体媒質内に存在し得るいずれかの分析物に結合させる。結合が起こるインキュベーション時間の後、軸方向の磁場勾配が構築物を透明表面に向かって移動させ、次に横方向の磁場勾配がそれらを透明表面に沿って引きずる。結果として得られる流体力学的クロスフローによって、蛍光部分は透明表面の近くで磁性部分を追跡する。一局面において、分析物と蛍光部分または連結体上の受容体との結合は蛍光部分の流体力学的挙動に影響し、これは、エバネッセント場を生成する蛍光励起によって生じる蛍光発光によって光学的に検出することができる。一局面において、透明表面から離れる蛍光部分の移動は、測定蛍光の減少を伴うエバネッセント場から出る移動に対応する。
【００７６】
いくつかの実施形態において、透明表面は光源によって照らされて、試料体積内に減衰長を有するエバネッセント場を生成する。一局面において、本明細書に開示される装置またはシステムは、たとえばエバネッセント場の減衰長を変更して、試料体積内の減衰長を調整するための手段をさらに含む。別の局面において、本明細書に開示される装置またはシステムは、検出した信号をエバネッセント場の減衰長の変化と相関付けるための手段をさらに含む。エバネッセント場の減衰長を変更するいくつかの方法が使用可能である。たとえば、エバネッセント場の減衰長を変更するために、透明表面が照らされている入射角を変えてもよい。エバネッセント場の減衰長を変更するための他の方法は、光源の波長を変えることを含む。
【００７７】
一実施形態において、蛍光部分は量子ドットである。一局面において、量子ドットの発光波長はその物理的サイズに、したがって拡散特性に比例する。一局面において、狭帯域光学フィルタを用いて、蛍光測定が、高度に均一な拡散特性を有する蛍光部分のサブセットに限定される。一局面において、任意の分析物結合によって均一な拡散特性から明確な偏差がもたらされ、分析性能が向上する。
【００７８】
特定の実施形態において、本明細書に開示される装置および方法は、病気診断のための血液試料などの複合生体媒質の携帯型の、安価な、信頼性の高い、かつ適応可能な分析に幅広い適用性がある。
【００７９】
特定の実施形態において、本明細書に開示される装置および方法に必要なのは、従来の方法に使用されるものよりも単純で小型であり、したがって携帯性および費用について既存の方法に比べて利点を提示する支持ハードウェアである。一局面において、本明細書に開示される装置および方法は、最低限の電子機器とともに手持ちのユニット内に収容可能である。
【００８０】
特定の実施形態において、本開示における検知要素は、保存、品質制御、および較正のために容易に管理されて、信頼性について既存の方法に比べて利点を提示する構築物の集団である。
【００８１】
特定の実施形態において、構築物の集団は容易に除去されて調整されるため、一組の分析物を実行した後、構築物の別の集団を同じ試料に追加して、構築物の最初の集団によって示されるさらなる分析を行なうことができる。これは、適応性について既存の方法に比べて利点を提示する。
【００８２】
一局面において、構築物を透明表面に沿って引きずる横方向の磁場勾配は、（構築物を透明表面に向かって保持する軸方向の磁場勾配を維持しつつ）周期的に減少する。これによって蛍光部分の流体力学的追跡が減少するため、蛍光部分は自由に拡散して透明表面から離れる。一局面において、この拡散の速度は結合する分析物の存在に依存している。一局面において、透明表面を通って延びる励起エバネッセント場が最初の高い蛍光発光を生成し、続いて、蛍光部分が拡散してエバネッセント場から出るにつれて強度減衰が起こる。一局面において、この強度減衰は、構築物への分析物結合がなければ迅速であり、分析物結合があれば緩慢である。特定の実施形態において、各蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物が同時に検出される。たとえば、各分析物が認識され、結合パートナーによって蛍光部分上に特異的に結合し得、その蛍光部分からの蛍光が他の分析物からの分析物を一意に同定する。
【００８３】
別の実施形態において、構築物を透明表面に沿って引きずる横方向の磁場勾配は、（構築物を透明表面に向かって保持する軸方向の磁場勾配を維持しつつ）維持される。一局面において、連結体または蛍光部分は、流体力学的クロスフローが連結体および蛍光部分の一方向回転運動を生じさせて、蛍光部分が回転して透明表面に近づくおよび透明表面から離れるように、非対称成分を含む。一局面において、上記回転の頻度および大きさは結合する分析物の存在に依存している。一局面において、透明表面を通って延びる励起エバネッセント場は、蛍光部分が回転してエバネッセント場に出入りするにつれて、サイクル循環する蛍光発光を生成する。一局面において、このサイクルは、分析物結合がなければ迅速であり、分析物結合があれば緩慢である。特定の実施形態において、各々が分析対象物を同定している蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物を同時に検出することができる。
【００８４】
一局面において、磁場勾配は時間とともに変化し、それに伴って上記回転の頻度および大きさが変化する。これによって、分析物結合と非特異的結合とを区別するなど、分析値の付加的なデータが提供され得る。
【００８５】
別の局面において、構築物を透明表面に沿って引きずる横方向の磁場勾配は、（構築物を透明表面に向かって保持する軸方向の磁場勾配を維持しつつ）維持される。一局面において、この連結体によって、蛍光部分が透明表面の近くにある間に自由に回転できるように、蛍光部分の回転拡散移動が可能となる。一局面において、この回転の速度は結合する分析物の存在に依存している。一局面において、蛍光部分の回転拡散移動に依存する程度まで回転する、偏光された蛍光発光を、透明表面を通って延びる偏光された励起エバネッセント場が生成する。一局面において、この偏光は分析物結合がなければ散乱性であり、分析物結合があれば明確である。一局面において、各蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物を同時に検出することができる。
【００８６】
ある実施形態において、本明細書に記載の方法は、「ラブオンチップ（lab-on-a-chip）」技術と一般に称される、従来の半導体マイクロチャネルアレイ技術と組合される。いくつかの実施形態において、本システムおよび方法は好適なアッセイで用いられて、特に小さい反応体積を伴うアッセイについて、アッセイ精度、再現性、および／または感度を向上させる。たとえば、核酸同士の相互作用、タンパク質を伴う免疫反応、タンパク質と核酸との相互作用、リガンド−受容体相互作用、ならびに小分子およびタンパク質もしくは核酸相互作用等の、さまざまな分子または複合体同士の相互作用をアッセイすることができる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、本システムおよび方法はマルチプレックスアッセイにおいて用いられる。たとえば、多数の核酸配列などの多数の標的の存在および／または量を、１つよりも多い結合パートナー（たとえば、磁性部分および蛍光部分を含む構築物に各々が含まれている）を用いることによって同時にアッセイすることができ、その各々が、たとえば蛍光特性（たとえば励起波長、発光波長、発光強度、ＦＷＨＭ（半値全幅ピーク高さ）、もしくは蛍光寿命）または一意の核酸もしくはタンパク質配列特徴などの、少なくとも１つの異なる検出特性を有する。
【００８８】
いくつかの実施形態において、本システムおよび方法は、１つの分析物と複数の構築物との相互作用を検出する際に用いられる。一局面において、本方法はハイスループットモードで、たとえば、複数の分析対象物を、および／または複数の分析物同士の相互作用を検出する際に用いられる。複数の分析物と複数の構築物との相互作用も同時にまたは連続して検出することができる。
【００８９】
本特許明細書全体にわたって、同様の参照番号は同様の部分を指すのに用いられている。
【００９０】
図１、図２、図３、図４、図５および図６を参照して、本開示は制御された磁場勾配内で構築物の集団を使用し、各構築物は連結体３によって蛍光部分２に接続された磁性部分１を含み、連結体３は、磁性部分１および蛍光部分２がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする。連結体３は剛性であってもよく、可撓性であってもよく、または可撓性の継ぎ目を有する剛性部分の配列であってもよい。蛍光部分２または連結体３には、蛍光部分２の発光波長またはスペクトルごとに１つずつ、分析物５に結合可能な分析物受容体４が提供されている。
【００９１】
図７を参照して、構築物を複合生体媒質と混合し、分析物受容体４を複合生体媒質内に存在し得るいずれかの分析物５に結合させる。結合が起こるインキュベーション時間の後、軸方向の磁場勾配６が構築物を透明表面８に向かって移動させ、次に横方向の磁場勾配７が構築物を透明表面８に沿って引きずる。結果として得られる流体力学的クロスフローによって、蛍光部分２は透明表面８の近くで磁性部分１を追跡する。分析物５と蛍光部分２または連結体３上の受容体４との結合は蛍光部分２の流体力学的挙動に影響し、これは、エバネッセント場を生成する蛍光励起９によって生じる蛍光発光１０によって光学的に検出することができる。透明表面８から離れる蛍光部分２の移動１１は、測定蛍光の減少を伴うエバネッセント場から出る移動に対応する。
【００９２】
図７を参照して、上記蛍光励起９は、光学分野で一般に理解される態様で上記エバネッセント場を生成する。一例では、レーザ光が、その反射角度がスネルの法則によって定義される臨界角よりも大きいように透明表面８と複合生体媒質との間の境界から反射し、全内部反射をもたらす。これらの条件下で、レーザ光の波ベクトルは、レーザ光の波長の約３分の１の距離だけ複合生体媒質内に延びる。
【００９３】
一局面において、本明細書に開示される方法は、検出のために光学蛍光法と組合されてもよい。一局面において、透明表面（典型的に、受容体が誘導体化された光ファイバ）においてエバネッセント場が生成され、蛍光の変化は分析物の存在、濃度、または活性と相関している。蛍光体が表面に付着して、分析物の結合によってクエンチもしくはアンクエンチされてもよく、または分析物に標識付けられて分析物が結合すると励起されてもよい。一局面において、分析物と構築物との結合による蛍光変化と、分析物と受容体が誘導体化された透明表面との結合による蛍光変化とを区別するために、蛍光体は構築物の蛍光体とは異なる。
【００９４】
一局面において、本明細書に開示される方法は、検出のために光位相法と組合されてもよい。一局面において、受容体が誘導体化された部分的に金属化された透明表面（典型的に、平坦なガラス板）においてエバネッセント場が生成され、表面近くの屈折率の変化は分析物の存在、濃度、または活性と相関している。屈折率は分析物の結合によって変わる。
【００９５】
さらに別の局面において、本明細書に開示される方法は、検出のために電気化学法と組合されてもよい。一局面において、受容体が誘導体化された金属電極が対電極および基準電極に電気的に結合され、電位および電極は分析物の存在、濃度、または活性と相関している。分析物結合は、電荷移動経路によって直接的に、またはストリッピング・ボルタンメトリー法によってなどで間接的に、レドックスイベントを誘発する。
【００９６】
別の局面において、本明細書に開示される方法は磁気法と組合されてもよい。一局面において、受容体が誘導体化された磁性粒子が外部から印加される磁場によって磁化されて方向付けられ、磁場が解放され、粒子からの残留磁場の減衰は分析物の存在、濃度、または活性と相関している。磁性粒子の表面との分析物結合によってそのブラウン回転運動が減少し、残留磁場の減衰が緩慢になる。
【００９７】
一局面において、蛍光部分２が量子ドットである場合は、量子ドットの発光波長はその物理的サイズに、およびしたがって拡散特性に比例する。一局面において、狭帯域光学フィルタを用いて、蛍光測定が、高度に均一な拡散特性を有する蛍光部分のサブセットに限定される。特定の実施形態において、任意の分析物結合によって均一な拡散特性から明確な偏差がもたらされ、分析性能が向上する。
【００９８】
特定の実施形態において、蛍光部分２は、フルオレセインまたは緑色蛍光タンパク質などの蛍光分子である。
【００９９】
特定の実施形態において、連結体３はポリ核酸である。一局面において、分析物検出は、蛍光部分２の移動を制約する相補ポリ核酸の使用を含む。
【０１００】
特定の実施形態において、軸方向の磁場勾配６および横方向の磁場勾配７が組合されて単一の傾斜した磁場勾配にされてもよく、当該勾配は、構築物を透明表面８に向かって移動させ、かつ、構築物を透明表面８に沿って引きずる。
【０１０１】
構築物の磁気特性は、構築物を試料に付加する、および分析物の完了後に除去するためのさまざまな選択肢を可能にする。構築物は、構築物懸濁液の付加による希釈を必要とせずに、試料内に磁気的に引込まれ得る。同じく、構築物は、分析が完了すると試料から同様に除去され得る。除去されると、さらなる研究のために構築物の別の集団を試料に付加してもよい。
【０１０２】
特定の実施形態において、構築物を透明表面８に沿って引きずることによって流体力学的クロスフローが発生し、これは、流体環境の粘度のために、蛍光部分２または連結体３に結合する材料に対して応力を生じさせる。一局面において、引きずり速度は横方向の磁場勾配７の強度を高めることによって増加し、結合する材料（分析対象物および非特異的に結合する材料を含む）は特定の引きずり速度で切り離され、分析物５の結合強度の判定が提供される。一局面において、非特異的に結合する材料は、特異的に結合する分析物５よりも容易に切り離される。別の局面において、弱くまたは非特異的に吸着する材料は引きずりによって減少するため、分析物５の測定の干渉が減少する。
【０１０３】
図３を参照して、一局面において、連結体は、磁性部分１もしくは蛍光部分２に接続する樹状またはデンドリマー構造２４を含んでいてもよい。
【０１０４】
図６を参照して、一局面において、連結体３は受容体４と分析物５との結合を含む接合部を含んでいてもよい。一局面において、引きずり速度は横方向の磁場勾配７の強度を高めることによって増加し、受容体４と分析物５との結合は流体力学的クロスフローのために特定の引きずり速度で切断され、分析物５の結合強度の判定が提供される。一局面において、結合切断の前は、蛍光部分２は透明表面８の近くにあり、強い蛍光を示すが、結合切断の後は、蛍光部分２は自由に拡散して透明表面８から離れるため、蛍光を示さないか減少した蛍光を示す。
【０１０５】
一局面において、透明表面は蛍光部分２または連結体３に向かう静電気挙動を示すように処理される。たとえば、一実施形態において、透明表面８は、蛍光部分２と極性が同じ表面電荷を有するように誘導体化されるため、蛍光部分２の移動は拡散力よりも静電気力によって誘導される。
【０１０６】
別の局面において、磁性部分１は、磁場内の合体を最小化するように厚い非磁性層または静電気電荷でコーティングされる。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、蛍光部分２の流体力学的挙動は、本明細書に開示される方法によってアッセイされる。
【０１０８】
一局面において、図７を参照して、蛍光部分２の引きずりは、蛍光部分２の流体力学特性の測定を可能にするために周期的に停止される。この測定は分析物５の存在に比例する。
【０１０９】
一局面において、図８を参照して、構築物を透明表面８に沿って引きずる横方向の磁場勾配７は、（構築物を透明表面８に向かって保持する軸方向の磁場勾配６を維持しつつ）周期的に（１７）減少（１６）および回復（１５）する。これによって蛍光部分２の流体力学的追跡が減少するため、蛍光部分２は自由に拡散して透明表面８から離れる。一実施形態において、拡散の速度は結合する分析物５の存在に依存している。透明表面８を通って延びる励起エバネッセント場が最初の高い蛍光発光を生成し、続いて、蛍光部分２が拡散してエバネッセント場から出るにつれて強度減衰が起こる。一局面において、この強度減衰は、分析物結合がなければ（１３）迅速であり（１８）、分析物結合があれば（１４）緩慢である（１９）。各蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物を同時に検出することができる。
【０１１０】
別の実施形態において、図７を参照して、蛍光部分２の引きずりによって蛍光部分２の一方向回転が生じ、これによって蛍光部分２の流体力学特性の測定が可能となる。一局面において、この測定は、蛍光部分または連結体との分析物結合の量および／または親和性に比例する。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、図９を参照して、構築物を透明表面８に沿って引きずる横方向の磁場勾配７は、（構築物を透明表面８に向かって保持する軸方向の磁場勾配６を維持しつつ）維持される。連結体３または蛍光部分２は、流体力学的クロスフローが連結体３および蛍光部分２の一方向回転運動を生じさせて、蛍光部分２が回転して透明表面８に近づくおよび透明表面８から離れるように、非対称成分を含む。いくつかの実施形態において、上記回転の頻度２１，２３および大きさ２０，２２は、結合する分析物５の存在に依存している。一局面において、透明表面８を通って延びる励起エバネッセント場は、蛍光部分２が回転してエバネッセント場に出入りするにつれて、サイクル循環する蛍光発光を生成する。いくつかの局面において、このサイクルは、分析物結合がなければ（１３）迅速であり、分析物結合があれば（１４）緩慢である。各蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物を同時に検出することができる。
【０１１２】
一局面において、横方向の磁場勾配７は時間とともに変化し、それに伴って上記回転の頻度２１，２３および大きさ２０，２２が変化する。これによって、分析物結合と非特異的結合とを区別するなど、分析値の付加的なデータが提供され得る。
【０１１３】
別の局面において、図７を参照して、蛍光部分２は、蛍光部分２の流体力学特性の測定を可能にするランダムな回転を示す。一局面において、この測定は、蛍光部分または連結体との分析物結合の量および／または親和性に比例する。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、図１０を参照して、構築物を透明表面８に沿って引きずる横方向の磁場勾配７は、（構築物を透明表面８に向かって保持する軸方向の磁場勾配６を維持しつつ）維持される。連結体３によって、蛍光部分２が透明表面８の近くにある間に自由に回転するように、蛍光部分２の回転拡散移動が可能となる。一局面において、この回転の速度は結合する分析物５の存在に依存している。一実施形態において、蛍光部分２の回転拡散移動に依存する程度まで回転する、偏光された蛍光発光を、透明表面８を通って延びる偏光された励起エバネッセント場が生成する。一局面において、この偏光角は分析物結合がなければ（１３）散乱性であり（ゼロに近い）、分析物結合があれば（１４）明確である。
【０１１５】
各蛍光発光波長またはスペクトルを観察することによって多数の分析物を同時に検出することができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示される方法は、複合生体媒質内の分析物の検出および定量化のために用いられる。これらのタスクを実行するための当該技術における方法には、概して、大型で高価な支持ハードウェア、複雑な検知要素の周期的な洗浄または交換、および操作要員の長期間の訓練が必要であるなど、さまざまな欠点がある。概して、所与の試料について一組の測定しか実行できず、最初の一組の試験によって示唆される付加的な試験には付加的な試料が必要となる。検知要素の保存、品質制御、較正、および信頼性の問題もある。これらの欠点は、本明細書に記載の方法によって減少する。
【０１１７】
一局面において、本明細書に開示される装置または方法は、たとえば、薬物投与量の変更、もしくはグルコースやコレステロールなどの代謝因子の変動を監視するため、またはウイルスもしくは細菌などの感染性病原体の検出および定量化のためなどの血液分析に用いられる。血液は、疾患検出のためおよび薬物療法の有効性モニタリングのために現在用いられている多種多様な疾患マーカを含む。いくつかの局面において、本明細書に開示される装置または方法は、反復的なまたはさらには連続的な血液モニタリングのために用いられる。
【０１１８】
本開示は以下の例示的な実施形態によってさらに示される。
実施形態１：複合生体試料内の分析物の存在および／または濃度を検出するための方法であって、磁性粒子および蛍光粒子を有する構築物を提供するステップを含み、磁性粒子および蛍光粒子は、当該２つの粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、方法はさらに；蛍光粒子または連結体上に分析物受容体を提供するステップと；分析物を含む試料に構築物を浸漬させるステップと；構築物が透明表面に向かって強制的に移動するように、軸方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；構築物が透明表面に沿って引きずられるように、横方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；蛍光粒子の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を透明表面に印加するステップと；蛍光粒子をエバネッセント場に交互に出入りさせて拡散移動させるのに十分な横方向の磁場勾配の強度を変化させるステップと；結果として得られる蛍光粒子の蛍光発光の大きさおよび位相を測定するステップとを含み、蛍光発光の大きさおよび位相は、分析物の存在および／または濃度の測定を提供する、方法。
【０１１９】
実施形態２：蛍光粒子は受容体部位を含む、実施形態１に記載の方法。
実施形態３：連結体は、磁性粒子および蛍光粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示しつつ互いに接続されることを可能にする、樹状分子；デンドリマー分子；分子鎖；キラル分子鎖；グラフェンナノチューブ；グラフェンナノロッド；ポリ核酸；ポリマー鎖；ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）；上記のいずれかの組合せ；ならびにいずれかの分子構造からなるグループから選択される、実施形態１または実施形態２に記載の方法。
【０１２０】
実施形態４：連結体は受容体部位を含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。
【０１２１】
実施形態５：連結体は、受容体と分析物との結合を含む接合部を含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
【０１２２】
実施形態６：分析物を構築物上に非特異的に吸着する材料と区別するため；受容体と分析物との結合を切断するのに必要な力を求めるため；および異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光粒子の流体力学的挙動を求めるため、からなるグループから選択される目的で、横方向の磁場勾配を変化させる、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
【０１２３】
実施形態７：複合生体試料内の分析物の存在および／または濃度を検出するための方法であって、磁性粒子および蛍光粒子を有する構築物を提供するステップを含み、磁性粒子および蛍光粒子は、当該２つの粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、方法はさらに；連結体および蛍光粒子を、流体力学的クロスフローが蛍光部分の一方向回転を誘発するように非対称成分を有するように構造化するステップと；蛍光粒子または連結体上に分析物受容体を提供するステップと；分析物を含む試料に構築物を浸漬させるステップと；構築物が透明表面に向かって強制的に移動するように、軸方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；構築物が透明表面に沿って引きずられるように、横方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；蛍光粒子の内部で蛍光を励起するのに十分なエバネッセント場を透明表面に印加するステップと；結果として得られる蛍光粒子の蛍光発光の大きさおよび位相を測定するステップとを含み、蛍光発光の大きさおよび位相は、分析物の存在および／または濃度の測定を提供する、方法。
【０１２４】
実施形態８：蛍光粒子は受容体部位を含む、実施形態７に記載の方法。
実施形態９：連結体は、磁性粒子および蛍光粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示すことを可能にする、樹状分子；デンドリマー分子；分子鎖；キラル分子鎖；グラフェンナノチューブ；グラフェンナノロッド；ポリ核酸；ポリマー鎖；ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）；上記のいずれかの組合せ；ならびにいずれかの分子構造からなるグループから選択される、実施形態７または実施形態８に記載の方法。
【０１２５】
実施形態１０：連結体は受容体部位を含む、実施形態７から９のいずれか１つに記載の方法。
【０１２６】
実施形態１１：連結体は、受容体と分析物との結合を含む接合部を含む、実施形態７から１０のいずれか１つに記載の方法。
【０１２７】
実施形態１２：分析物を構築物上に非特異的に吸着する材料と区別するため；受容体と分析物との結合を切断するのに必要な力を求めるため；および異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光粒子の流体力学的挙動を求めるため、からなるグループから選択される目的で、横方向の磁場勾配を変化させる、実施形態７から１１のいずれか１つに記載の方法。
【０１２８】
実施形態１３：複合生体試料内の分析物の存在および／または濃度を検出するための方法であって、磁性粒子および蛍光粒子を有する構築物を提供するステップを含み、磁性粒子および蛍光粒子は、当該２つの粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示すように連結体によって接続されており、方法はさらに；蛍光粒子または連結体上に分析物受容体を提供するステップと；分析物を含む試料に構築物を浸漬させるステップと；構築物が透明表面に向かって強制的に移動するように、軸方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；構築物が透明表面に沿って引きずられるように、横方向の磁場勾配を試料に印加するステップと；蛍光粒子の内部で蛍光を励起するのに十分な偏光されたエバネッセント場を透明表面に印加するステップと；結果として得られる蛍光粒子の蛍光発光の偏光を測定するステップとを含み、蛍光発光の大きさおよび位相は、分析物の存在および／または濃度の測定を提供する、方法。
【０１２９】
実施形態１４：蛍光粒子は受容体部位を含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１５：連結体は、磁性粒子および蛍光粒子がある程度の互いの拡散非依存性を示しつつ互いに接続されることを可能にする、樹状分子；デンドリマー分子；分子鎖；キラル分子鎖；グラフェンナノチューブ；グラフェンナノロッド；ポリ核酸；ポリマー鎖；ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）；上記のいずれかの組合せ；ならびにいずれかの分子構造からなるグループから選択される、実施形態１３または実施形態１４に記載の方法。
【０１３０】
実施形態１６：連結体は受容体部位を含む、実施形態１３から１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１３１】
実施形態１７：連結体は、受容体と分析物との結合を含む接合部を含む、実施形態１３から１６のいずれか１つに記載の方法。
【０１３２】
実施形態１８：分析物を構築物上に非特異的に吸着する材料と区別するため；受容体と分析物との結合を切断するのに必要な力を求めるため；および異なる流体力学的クロスフロー条件下で蛍光粒子の流体力学的挙動を求めるため、からなるグループから選択される目的で、横方向の磁場勾配を変化させる、実施形態１３から１７のいずれか１つに記載の方法。
【図１】
2017531804.tif 000003
【図２】
2017531804.tif 000004
【図３】
2017531804.tif 000005
【図４】
2017531804.tif 000006
【図５】
2017531804.tif 000007
【図６】
2017531804.tif 000008
【図７】
2017531804.tif 000009
【図８】
2017531804.tif 000010
【図９】
2017531804.tif 000011
【図１０】
2017531804.tif 000012
【国際調査報告】
2017531804.tif 000013
2017531804.tif 000014