УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ КОДИРОВАННЫЕ МИКРОНОСИТЕЛИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИХ ТЕСТ-СИСТЕМЫ И СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗА
IMPROVED CODED MICROCARRIERS, TEST SYSTEMS AND ANALYSIS METHODS USING THEM

Настоящее изобретение относится к кодированному микроносителю и, в частности, к микроносителю, содержащему пространственный элемент, к тест-системе и к способу проведения химического и/или биологического анализа.
В рамках данного изобретения термины "микрочастица" или "микроноситель" относятся к любому типу частиц, соответственно к любому типу носителей микроскопического размера, наибольший размер обычно составляет от 100 нм до 300 микрометров, предпочтительно от 1 µм до 200 µм.
В соответствии с настоящим изобретением, термин "микроноситель" относится к функционализированной или предназначенной для функционализации микрочастице, которая содержит или может содержать один или несколько лигандов или функциональных единиц, связанных с поверхностью микроносителей или введенных внутрь них. В качестве лигандов к микроносителю могут быть присоединены разнообразные химические и биологические молекулы. Микроноситель может иметь много функциональностей и/или лигандов. Как используется в данном документе, термин "функциональная единица означает любой объект, который модифицирует, присоединяется к, выступает с, образует покрытие на или ковалентно или нековалентно связан с поверхностью указанного микроносителя или введен внутрь него. Такие функциональности включают все функциональности, которые обычно используют в высокопроизводительной технологии скрининга и диагностики.
Любая ссылка в этом раскрытии на код микроносителя или микрочастицы включает коды, записанные на поверхности указанного микроносителя или указанной микрочастицы, а также коды, записанные внутри в глубине микроносителя или микрочастицы. Такие коды и способы записи кодов раскрыты, например, в патентной заявке WO 00/63695, которая с помощью ссылки включена в данный документ. В частности, все аспекты патентной заявки WO 00/63695, относящиеся к кодам и способам записи и считывания, определенно включены в данный документ путем ссылки.
Разработка или скрининг лекарственных средств и определение последовательности ДНК обычно требует проведения исследования очень большого числа соединений или молекул. Такие исследования обычно включают, например, скрининг химических библиотек в поисках интересующих соединений или определенных целевых молекул, или тестирование в поисках интересующих химических и биологических взаимодействий между молекулами. Такие исследования часто требуют выполнения тысяч индивидуальных химических и/или биологических реакций.
Некоторые практические проблемы возникают при проведении такого большого числа индивидуальных реакций. Наиболее значительной проблемой, пожалуй, является необходимость маркировать и отслеживать каждую индивидуальную реакцию.
Одним из известных способов отслеживания идентичности реакций является физическое разделение, т.е. проведение каждой реакции на планшете для микротитрования. Однако использование планшета для микротитрования имеет ряд недостатков, как, в частности, физическое ограничение размера используемого планшета для микротитрования и, таким образом, числа различных реакций, которые могут быть проведены на планшете.
В свете ограничений при использовании микрочипов, в настоящее время их успешно заменяют функционализированными кодированными микрочастицами для выполнения химических и/или биологических исследований. Каждая функционализированная кодированная микрочастица содержит код, который идентифицирует конкретный лиганд(ы) I', присоединенный(ые) к ее поверхности. Использование таких функционализированных кодированных микрочастиц позволяет проводить произвольную обработку, что означает, что тысячи уникально закодированных функционализированных микроносителей могут быть смешаны и подвергнуты анализу одновременно. Примеры функционализированных кодированных микрочастиц описаны в международной патентной заявке WO 00/63695 и проиллюстрированы на фигуре 1.
В международной патентной заявке WO 2010/072011 описано тестирующее устройство, содержащее по меньшей мере один микрожидкостной канал, который выполняет роль реакционной камеры, в которой может быть помещено множество функционализированных кодированных микрочастиц 1 (фигура 1). Микрожидкостной канал снабжен перекрывающими средствами, выполняющими роль фильтров, которые позволяют содержащему химические и/или биологические реагенты жидкому раствору течь сквозь канал, в то время как функционализированные кодированные микрочастицы 1 удерживаются внутри. Геометрическая высота таких микрожидкостных каналов и размеры указанных функционализированных кодированных микрочастиц 1 выбирают таким образом, чтобы указанные микрочастицы обычно располагались в виде монослоя внутри каждого микрожидкостного канала, предотвращая перекрывание указанных микрочастиц 1 друг с другом.
Затем с тех функционализированных кодированных микрочастиц 1, которые положительно демонстрируют представляющую интерес реакцию между присоединенным к ним лигандом(ами) и протекающими сквозь химическими и/или биологическими реагентами, считывают их код, таким образом опознавая лиганд, который участвовал в интересующей реакции.
Термин "микрожидкостной канал" относится к закрытому каналу, т.е. удлиненному проходу для жидкостей, с микроскопическим размером поперечного сечения, т.е. наибольший размер поперечного сечения обычно составляет от примерно 1 до примерно 500 микрометров, предпочтительно от примерно 10 до примерно 300 микрометров. Микрожидкостной канал имеет продольное направление, которое необязательно представляет собой прямую линию, и которое совпадает с направлением, в котором жидкости направляются внутри микрожидкостного канала, т.е. предпочтительно в основном в направлении, соответствующем вектору средней скорости жидкости, считая режим течения ламинарным.
При использовании тестирующего устройства, описанного в WO 2010/072011, обнаружение представляющей интерес реакции может быть основано на непрерывном измерении интенсивности флуоресценции каждой функционализированной кодированной микрочастицы 1, находящейся в микрожидкостном канале, как представлено на фигуре 6a. Фигура 6a ясно показывает, что извлечение количественной информации со склонов в начале на ранней стадии анализа является трудным или даже невозможным, если рассматривать интенсивность каждой функционализированной кодированной микрочастицы 1 как функцию времени. Поэтому функционализированные кодированные микрочастицы 1 и тестирующее устройство, описанные в WO 2010/072011, не позволяют проводить быстрый количественный анализ реагента или лиганда до достижения равновесного состояния, когда флуоресцентные сигналы достигают насыщения. Несмотря на то, что тестирующее устройство, описанное в WO 2010/072011, снижает время, необходимое для достижения равновесия при типичных значениях концентрации анализируемого вещества в наномолярном интервале, для проведения анализа по-прежнему требуется от десяти до двадцати минут, в то время как при более низких концентрациях в пикомолярном интервале достижение условий для проведения количественных измерений может потребовать часы. Более того, расхождения в их флуоресцентных сигналах, в частности, диффузионная картина даже после достижения равновесного состояния не позволяет проводить количественные измерения с пределом погрешности ниже 15%.
Целью данного изобретения является исправить все или часть недостатков, упомянутых выше.
Настоящее изобретение достигает поставленной задачи путем предоставления кодированного микроносителя, содержащего считываемый код для идентификации микроносителя, причем указанный микроноситель содержит тело, имеющее по меньшей мере одну поверхность обнаружения для обнаружения химической и/или биологической реакции, причем микроноситель содержит по меньшей мере один пространственный элемент, выступающий из тела и имеющий форму, которая, когда кодированный микроноситель лежит на плоскости, причем поверхность обнаружения обращена к этой плоскости, обеспечивает зазор между указанной плоскостью и этой поверхностью обнаружения.
Изобретение также относится к тест-системе, включающей множество кодированных микроносителей в соответствии с данным изобретением, и дополнительно включающей тестирующее устройство, имеющее по меньшей мере один микрожидкостной канал, имеющий форму, позволяющую разместить множество указанных кодированных микроносителей, причем указанный микрожидкостной канал имеет по меньшей мере одну стенку для наблюдений, через которую осуществляют аналитический контроль, где указанный микрожидкостной канал и пространственные элементы каждого микроносителя имеют такую форму, при которой, когда указанный кодированный микроноситель введен в указанный микрожидкостной канал, причем указанная поверхность обнаружения обращена к указанной стенке для наблюдений, между указанной поверхностью обнаружения и указанной стенкой для наблюдений существует зазор для обеспечения циркуляции жидкости в указанном зазоре.
Кроме того, изобретение касается способа проведения химического и/или биологического анализа, включающего этап использования по меньшей мере одного кодированного микроносителя в соответствии с данным изобретением, где контроль за химической и/или биологической реакцией осуществляют на поверхности обнаружения указанного кодированного микроносителя.
Так, по меньшей мере один кодированный микроноситель в соответствии с данным изобретением может быть использован в тестирующем устройстве, имеющем микрожидкостной канал для проведения химического и/или биологического анализа в быстром, мультиплексном и количественном виде. Кодированный микроноситель в соответствии с данным изобретением позволяет проводить количественные определения на ранней стадии мультиплексного количественного анализа обычно в течение первых нескольких секунд анализа, поэтому значительно снижает продолжительность (обычно сокращая продолжительность по меньшей мере в десять раз) количественного анализа, проводимого на функционализированных кодированных микрочастицах, описанных в WO 2010/072011. Также было обнаружено, что тестирующее устройство в соответствии с данным изобретением также требует значительно меньше микроносителей для получения надежного количественного анализа по сравнению с количеством функционализированных кодированных микрочастиц, требуемых в соответствии с существующим уровнем техники, таким образом увеличивая уровень мультиплексности и снижая время считывания. Когда кодированный микроноситель вводят в микрожидкостной канал тестирующего устройства, обращая поверхность обнаружения к стенке для наблюдений, жидкий раствор, содержащий химические и/или биологические реагенты, используемые для анализов, может течь через зазор, образованный пространственными элементами между указанной поверхностью обнаружения и указанной стенкой для наблюдений. Пространственные элементы позволяют выстраивать кодированные микроносители по геометрической высоте микрожидкостного канала и таким образом позволяют жидкому раствору течь сквозь микрожидкостной канал.
Точное положение функционализированных кодированных микрочастиц 1 в известном уровне техники не контролируется во время их упаковки в микрожидкостной канал, и некоторые из них находятся в контакте с одной из поверхностей микрожидкостного канала, а именно со стенкой для наблюдений. Такие контакты препятствуют возникновению конвективного потока между соприкасающимися поверхностями (одна из которых может быть поверхностью обнаружения) и ограничивают массоперенос реагентов только диффузным потоком к этим поверхностям обнаружения на функциональных кодированных микрочастицах, находящихся в контакте в поверхностью микрожидкостного канала.
Напротив, в кодированных микроносителях настоящего изобретения каждый пространственный элемент предотвращает любой контакт между поверхностью обнаружения и стенкой микрожидкостного канала, стимулирует конвективный поток и позволяет избежать регулирования реакции на поверхности обнаружения только диффузным потоком. Определенная стенка микрожидкостного канала представляет собой, например, стенку для наблюдений тестирующего устройства.
Согласно одному варианту осуществления, когда кодированный микроноситель уложен на плоскость, причем поверхность обнаружения обращена к плоскости, контактная поверхность, предназначенная находиться в контакте с указанной плоскостью, составляет менее 20% поверхности обнаружения, предпочтительно менее 15%, и более предпочтительно менее 7%. Таким образом возможно стимулировать массоперенос по сравнению с диффузионным потоком. Определенная плоскость представляет собой, например, стенку для наблюдений тестирующего устройства. Когда кодированный микроноситель лежит на плоской поверхности, причем поверхность обнаружения обращена к плоскости, контактная поверхность, предназначенная находиться в контакте с указанной плоскостью, составляет менее 20% части поверхности обнаружения, обращенной к указанной плоскости, предпочтительно менее 15% и более предпочтительно менее 7%.
Согласно техническому признаку, поверхность обнаружения имеет по меньшей мере одну площадь, где, когда указанный микроноситель уложен на плоскость, причем поверхность обнаружения обращена к плоскости, каждая точка указанной площади принадлежит к двум различным поперечным сечениям указанного кодированного микроносителя, которые перпендикулярны друг другу и указанной плоскости, причем указанные поперечные сечения свободны от пространственных элементов. Этот технический признак обеспечивает то, что, когда микроноситель плоско лежит на указанной плоскости и находится в ламинарном течении, в основном параллельном этой плоскости, ориентация микроносителя относительно оси, перпендикулярной указанной плоскости, не имеет существенного влияния на течение в зазоре. Другими словами, для микроносителя не существует предпочтительной вращательной ориентации по отношению к потоку, которая могла бы изменить эффективность реакции, происходящей на поверхности обнаружения.
В одном варианте осуществления указанная контактная поверхность образована только пространственными элементами. Более предпочтительно, контактная поверхность содержится, по меньшей мере, в части пространственного элемента(ов), удаленной от поверхности обнаружения. Такая часть также называется дистальной.
В одном варианте осуществления контактная поверхность удалена от поверхности обнаружения.
В одном варианте осуществления кодированный микроноситель содержит по меньшей мере два, предпочтительно по меньшей мере три пространственных элемента, сконструированных таким образом, что, когда кодированный микроноситель лежит на плоскости, указанные по меньшей мере два пространственных элемента обращены к плоскости.
Согласно одному варианту осуществления данного изобретения тело имеет цилиндрическую форму или форму пластинки.
В предпочтительном варианте осуществления, поверхность обнаружения является в основном плоской.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один пространственный элемент представляет собой одно целое с указанным телом. В другом варианте осуществления по меньшей мере один пространственный элемент представляет собой отдельную часть, которая соединена с телом.
Согласно одному варианту осуществления, когда кодированный микроноситель лежит на плоскости таким образом, что поверхность обнаружения обращена к указанной плоскости, наибольшее расстояние между указанной поверхностью обнаружения и указанной плоскостью составляет более 5%, предпочтительно более 10% от наибольшей высоты кодированного микроносителя. Таким образом, размер поперечного сечения зазора между поверхностью обнаружения и плоскостью увеличивается, в то время как застой, вызванный кодированным микроносителем в микрожидкостном канале, снижается, что способствует ламинарному течению в указанном микрожидкостном канале. Такое увеличение размера поперечного сечения зазора повышает скорость течения относительно поверхности обнаружения, и таким образом повышает возможности контакта между интересующими молекулами в жидком растворе и лигандом(ами), присоединенными к кодированному микроносителю. Это повышает чувствительность анализа. Более того, это отношение снижает жидкостное сопротивление текущей мимо жидкости, когда указанные кодированные микроносители загружены в микрожидкостной канал. Снижение микрожидкостного сопротивления означает, что можно увеличить число кодированных микроносителей, загружаемых в данный микрожидкостной канал во время анализа, что повышает уровень мультиплексирования. Было обнаружено, что кодированный микроноситель данного изобретения предохраняет целостность тестирующего устройства во время анализа.
В одном варианте осуществления, каждый пространственный элемент выступает из по меньшей мере одной поверхности обнаружения.
В предпочтительном варианте осуществления каждый пространственный элемент имеет форму, которая обеспечивает то, что, когда кодированный микроноситель уложен на плоскость, причем поверхность обнаружения обращена к указанной плоскости, указанная плоскость и указанная поверхность обнаружения в основном параллельны друг другу. Таким образом, зазор между поверхностью обнаружения и указанной плоскостью способствует ламинарному течению, когда кодированный микроноситель загружен в микрожидкостной канал. Кодированный микроноситель в соответствии с данным изобретением, где расстояние между указанной плоскостью и поверхностью обнаружения является постоянным, способствует ламинарному течению.
Согласно одной возможности, каждый пространственный элемент размещен по краю поверхности обнаружения.
2
Кодированные микроносители данного изобретения могут быть изготовлены или содержать любой материал, используемый в высокопроизводительной технологии скрининга и диагностики. Неограничивающие примеры таких материалов включают латекс, полистирол, сшитые декстраны, полиметилстирол, поликарбонат, полипропилен, целлюлозу, полиакриламид, полидиметилакриламид, фторированный этилен-полипропилен, а также материалы, обычно используемые в микроизготовлении или микроразмоле, такие, как стекло, SiO, кремний, ПММА (полиметилметакрилат), поликремний, молибден, полиимид, золото, серебро, алюминий, сталь или другие металлы или фоточувствительные материалы на основе эпоксидов такие, как SU-8. Кодированные микроносители могут иметь любую форму и размер. Предпочтительно кодированные микроносители изготавливают из кристалла кремния.
В одном осуществлении кодированный микроноситель данного изобретения кодируют таким образом, что его функциональность может быть определена путем считывания кода.
В предпочтительном варианте осуществления тело кодированного микроносителя данного изобретения имеет форму пластинки. Термин «пластинка» означает, что тело кодированного микроносителя содержит две в основном параллельные и в основном плоские основные поверхности, одна из которых, по крайней мере, служит как поверхность обнаружения, а его высота между двумя основными поверхностями значительно меньше (например, по меньшей мере в два раза), чем его ширина и длина.
Согласно техническому признаку, каждая основная поверхность может иметь любую форму; неограничивающими примерами являются квадрат, прямоугольник, круг, треугольник или шестиугольник.
Так при введении кодированных микроносителей, имеющих тело в форме пластинки, в микрожидкостной канал с прямоугольным или близким к прямоугольному сечением, как описано в патентной заявке W02010/072011, их две основные поверхности в основном обращены к двум основным поверхностям микрожидкостного канала, одна из которых является стенкой для наблюдений, и они могут быть легко обнаружены с помощью оптических средств через стенку для наблюдений.
В другом варианте осуществления кодированные микроносители обладают магнитными свойствами. Таким образом они могут быть закреплены в микрожидкостном канале.
В одном варианте осуществления способ в соответствии с данным изобретением дополнительно содержит этап введения одного или нескольких кодированных микроносителей в микрожидкостной канал тестирующего устройства в соответствии с данным изобретением.
В предпочтительном варианте осуществления способ в соответствии с данным изобретением дополнительно содержит этап считывания присоединенного кода указанного микроносителя через указанную стенку для наблюдений тестирующего устройства.
В одном варианте осуществления способ дополнительно содержит этап считывания присоединенного кода указанного микроносителя через указанную стенку для наблюдений тестирующего устройства.
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрировано с помощью последующего подробного описания, изложенного в связи с прилагаемыми графическими материалами, которые представляют иллюстративные и объясняющие варианты осуществления кодированного микроносителя, не ограничивая данного изобретения, где:
на фигуре 1 показан перспективный вид сверху кодированных микрочастиц известного уровня техники;
на фигуре 2 показан перспективный вид сверху кодированных микроносителей в соответствии сданным изобретением;
на фигуре 3 показан вид микрожидкостного канала тестирующего устройства в разрезе в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 4 показан вид сверху кодированных микроносителей фигуры 2, загруженных в микрожидкостной канал фигуры 3;
на фигуре 5 показан подробный вид в разрезе кодированных микроносителей фигуры 2, загруженных в микрожидкостной канал фигур 3 и 4;
на фигуре 6a показано флуоресцентное излучение на функционализированных кодированных микрочастицах фигуры 1, наблюдаемое в течение первой минуты проведения анализа;
на фигуре 6b показано флуоресцентное излучение на кодированных микроносителях фигуры 2, наблюдаемое в течение первой минуты проведения анализа;
на фигуре 7a показаны кинетические кривые флуоресцентного сигнала, возникающего на функционализированных кодированных микрочастицах фигуры 1;
на фигуре 7b показаны кинетические кривые флуоресцентного сигнала, возникающего на кодированных микроносителях фигуры 2.
Кодированный микроноситель 2 данного изобретения, показанный на фигурах 2, 4, 5 и 6b, содержит тело 3, имеющее форму прямого кругового цилиндра, схематически изображенного цилиндрической поверхностью 4 и двумя круглыми основными поверхностями 5, как показано на фигурах 2, 4, 5 и 6b. По меньшей мере одна из этих основных поверхностей 5 содержит в основном плоскую поверхность обнаружения 6, показанную на фигураз 2 и 5, для распознавания химической и/или биологической реакции. Типичный диаметр кодированного микроносителя 2 варьируется от 1 до примерно 200 µм.
Тело 3 указанного кодированного микроносителя 2 имеет форму цилиндрической пластинки, это означает, что высота прямого круглого цилиндра значительно меньше (по меньшей мере в два раза), чем радиус основных поверхностей 5. Для того чтобы иметь возможность обнаруживать химическую и/или биологическую реакцию, поверхность обнаружения 6 кодированного микроносителя 2 преимущественно частично или полностью функционализирована.
Кодированный микроноситель 2 данного изобретения дополнительно содержит считываемый код. Тем самым, кодированный микроноситель 2 кодирован и функционализирован таким образом, что функционализацию можно обнаружить путем считывания ее кода. Как показано на фигурах 2 и 6b, код содержит отличительный рисунок множества проходных отверстий 7. Код также предпочтительно включает асимметричную установочную отметку 8, такую как значок в форме буквы L (фигура 2) или треугольник. Эта асимметричная установочная отметка 8 предназначена для того, чтобы отличать основные поверхности 5 друг от друга.
Кодированный микроноситель 2 в соответствии с данным изобретением выполнен из оксида кремния. Кодированному микроносителю 2 в соответствии с данным изобретением можно придать форму, используя технологию сухого и/или мокрого травления.
Дополнительно кодированный микроноситель 2 в соответствии с данным изобретением содержит множество пространственных элементов 9, показанных на фигурах 2 и 5, в частности, двадцать пространственных элементов 9, выступающих из тела 3. Кодированному микроносителю 2 с пространственными элементами 9 придают такую форму, при которой, когда кодированный микроноситель 2 лежит на плоскости 10, причем поверхность обнаружения 6 обращена к указанной плоскости 10, между указанной плоскостью 10 и поверхностью обнаружения 6 существует зазор 11, как показано на фигуре 5.
Каждый пространственный элемент 9 имеет форму усеченного прямого цилиндра 12, размещен на периферии поверхности обнаружения 6 и проходит в направлении продолжения цилиндрической поверхности 4 к дистальной части 13. Каждый прямой цилиндр 12 отсечен по высоте цилиндрической поверхностью 4 кодированного микроносителя 2.
В качестве альтернативного варианта, не показанного на фигурах, каждый пространственный элемент 9 может иметь форму усеченного конуса или шипа.
Высоты каждого из пространственных элементов 9 равны между собой. Дистальные части 13 каждого пространственного элемента 9 вместе образуют контактную поверхность 14, показанную на фигуре 2, которая в значительной степени параллельна поверхности обнаружения 6. Когда указанный кодированный микроноситель 2 лежит на плоскости 10, причем поверхность обнаружения 6 обращена к указанной плоскости 10, контактная поверхность 14 предназначена находиться в контакте с указанной плоскостью 10. Размер контактной поверхности 14 составляет менее 20% размера поверхности обнаружения 6, предпочтительно менее 15%.
Выбор высоты каждого усеченного прямого цилиндра 12 позволяет устанавливать расстояние d, представленное на фигуре 5, между поверхностью обнаружения 6 и указанной плоскостью 10, на которой лежит кодированный микроноситель 2, как описано ниже (фигура 5). Предпочтительно, чтобы это расстояние d, т.е. высота зазора 11, было меньше 30% наибольшей высоты Н кодированного микроносителя 2 (фигура 5). Наиболее предпочтительно, чтобы расстояние d было больше 5% высоты Н, более предпочтительно 10%. В примере, представленном на фигурах, высота Н кодированного микроносителя 2 составляет примерно 10 µм и расстояние d составляет примерно 1 µм.
В дополнение поверхность обнаружения 6 имеет площадь 15, где, когда кодированный микроноситель 2 лежит на плоскости 10, причем поверхность обнаружения 6 обращена к указанной плоскости 10, каждая точка указанной площади 15 принадлежит двум различным поперечным сечениям, проходящим вдоль осей АА и ВВ, показанным на фигуре 2, которые перпендикулярны друг другу и указанной плоскости 10. Указанные поперечные сечения свободны от пространственных элементов 9. Это обеспечивает то, что, когда микроноситель 2 плоско лежит на указанной плоскости 10 и находится в ламинарном течении, в основном параллельном этой плоскости 10, ориентация микроносителя 2 относительно оси, перпендикулярной указанной плоскости 10, не имеет существенного влияния на течение в зазоре 11. Другими словами, для микроносителя 2 не существует предпочтительной вращательной ориентации по отношению к потоку, которая могла бы изменить эффективность реакции, происходящей на поверхности обнаружения 6.
Функционализированные кодированные микроносители 2 пригодны для выполнения химических и/или биологических анализов в тест-системе согласно данному изобретению. Действительно, кодированный микроноситель 2 служит подложкой для химических и/или биологических анализов. В этой роли кодированный микроноситель 2 содержит один или несколько лигандов, связанных с поверхностью, в частности, связанных с поверхностью обнаружения 6. При контакте кодированного микроносителя 2, содержащего связанные с ним лиганды, с раствором, который может содержать один или несколько целевых анализируемых веществ, на поверхности обнаружения 6 может происходить представляющая интерес реакция, в зависимости от присутствия или отсутствия надлежащего анализируемого вещества. В качестве примера, представляющая интерес реакция может испускать или ингибировать флуоресцентный сигнал, за которым может осуществляться контроль. Обнаружение реакции на поверхности обнаружения 6 может позволить определить присутствие или отсутствие определенного представляющего интерес анализируемого вещества.
Тест-система 100 в соответствие с настоящим изобретением содержит множество кодированных микроносителей 2 данного изобретения и дополнительно содержит тестирующее устройство 101, частично показанное на фигурах 3-5. Тестирующее устройство 101 имеет, по крайней мере, один микрожидкостной канал 102, показанный на фигурах 3-5. Такое тестирующее устройство 101 описано, например, в патентной заявке WO 2010/072011, которая включена в данный документ ссылкой в этом отношении. Микрожидкостной канал 102 содержит входное отверстие 103 и выходное отверстие 104 и выполнен в форме, которая позволяет разместить множество указанных кодированных микроносителей 2. Микрожидкостной канал 102 снабжен перекрывающими средствами 105, размещенными вблизи выходного отверстия 104 микрожидкостного канала 102 и выполняющими роль фильтров, которые позволяют жидкому раствору течь сквозь канал, в то время как указанные кодированные микроносители 2 удерживаются внутри. Микрожидкостной канал 102 имеет поперечное сечение, которое позволяет по меньшей мере двум кодированным микроносителям 2 размещаться один за другим вдоль длины указанного микрожидкостного канала 102 в один слой, как показано на фигуре 4. Размер микрожидкостного канала 102 и кодированного микроносителя 2 выбирают таким образом, чтобы высота Н указанного кодированного микроносителя 2 варьировалась от примерно 51% до примерно 95% наименьшей высоты D (фигура 5) микрожидкостного канала 102.
Микрожидкостной канал 102 содержит по меньшей мере одну стенку для наблюдений 106, через которую можно осуществлять контроль над анализом. Обычно, если контроль над анализом осуществляют с помощью флуоресцентного сигнала, стенка для наблюдений 106 является прозрачной.
В системе в соответствии с настоящим изобретением, если кодированные микроносители 2 расположены в микрожидкостном канале 102, причем указанная поверхность обнаружения 6 обращена к указанной стенке для наблюдений 106, пространственные элементы 9 образуют зазор 10 между указанной поверхностью обнаружения 6 и указанной стенкой для наблюдений 106, позволяя жидкости циркулировать в указанном зазоре 10. Эта жидкость, которая может течь в зазоре 10, содержит химический и/или биологический реагент, представляющий интерес для анализа.
Чтобы продемонстрировать преимущества использования кодированных микроносителей 2 в тест-системе 100 в соответствии с данным изобретением вместо использования существующих тест-систем, набор кодированных микрочастиц 1 известного уровня техники и набор кодированных микроносителей 2 функционализировали одним и тем же лигандом в одинаковых условиях. Химические процессы, происходящие во время функционализации указанного кодированного микроносителя 2 и указанной кодированной микрочастицы, хорошо известны и предполагают сначала силанизацию поверхности силанольными группами с последующим окислением до карбоксильных групп перед присоединением лиганда. В анализе, описанном здесь, присоединенный к поверхности лиганд представлял собой антитело белкового иммуноглобулина G (IgG). Набор кодированных микрочастиц 1 и набор кодированных микроносителей 2 затем загружали каждый в два сходных микрожидкостных канала 102 и приводили в контакт с одинаковой жидкостью, содержащей химический реагент, пригодный для реакции с указанным лигандом и для генерации флуоресцентного сигнала, за которым велся контроль. Для данного анализа жидкость содержала антииммуноглобулин G (анти-lgG).
Фигуры 6a и 6b показывают сигнал, испускаемый соответственно кодированными микрочастицами 1 и кодированными микроносителями 2 в течение первой минуты анализа при концентрации примерно 100 нМ.
Поверхность данной кодированной микрочастицы 1 известного уровня техники часто показывает диффузионную картину или рисунок линий, как проиллюстрировано на фигуре 6а. Напротив, кодированные микроносители 2 благодаря использованию пространственных элементов 9 демонстрируют равномерный сигнал на данной поверхности обнаружения 6, как показано на фигуре 6b.
Фигуры 7a и 7b показывают количественные измерения флуоресцентных сигналов соответственно для каждой кодированной частицы 1 и для каждого микроносителя 2 с течением времени. Кодированные микрочастицы 1 демонстрируют значительные расхождения в их флуоресцентных сигналах между микрочастицами, как показано на фигуре 7a и в конечном итоге требуют большой статистической панели с целью извлечения значимой информации.
Напротив, во время первых минут анализа, сигналы, записанные на каждой поверхности обнаружения 6 каждого кодированного микроносителя 2, не демонстрируют расхождений друг с другом, как показано на фигуре 7b.
Таким образом, пространственные элементы 9 обеспечивают гомогенный конвективный поток по всему микрожидкостному каналу 101, приводя к усилению гомогенной флуоресценции с течением времени, и через кодированные микроносители 2.
Усиление гомогенного сигнала позволяет проводить быстрый количественный анализ омывающего анализируемого вещества с первых секунд, о чем говорит скорость флуоресценции. Этого не происходит в случае кодированных микрочастиц 1 известного уровня техники, поскольку усиление флуоресцентного сигнала тонет в артефактах, вызываемых недостатком массопередачи, как показано на площади, подчеркнутой на фигуре 7a, если не прибегать к большой статистической панели микрочастиц.
Другие варианты осуществлений данного изобретения будут понятны специалистам в данной области техники из рассмотрения подробного описания и практического применения раскрытого здесь изобретения. Подробное описание и примеры должны рассматриваться только как иллюстрация, в то время как действительный охват изобретения изложен в формуле изобретения ниже.