УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ СБОРА И АНАЛИЗА КОНДЕНСАТА ПАРА, В ЧАСТНОСТИ КОНДЕНСАТА ВЫДЫХАЕМОГО ВОЗДУХА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
APPARATUS AND SYSTEM FOR COLLECTING AND ANALYZING STEAM CONDENSATE, IN PARTICULAR AN EXHALED AIR CONDENSATE, AS WELL AS A METHOD FOR USE THEREOF

Перекрестные ссылки
Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительными заявками с порядковыми номерами 62/218455, поданной 14 сентября 2015 г., 62/293188, поданной 9 февраля 2016 г., 62/305123, поданной 8 марта 2016 г., 62/369181, поданной 31 июля 2016 г., заявкой по PCT с порядковым номером PCT/US16/46437, поданной 20 августа 2016 г., при этом заявка по PCT испрашивает приоритет в соответствии с предварительными заявками с порядковыми номерами 62/202989, поданной 10 августа 2015 г., 62/218455, поданной 14 сентября 2015 г., 62/293188, поданной 9 февраля 2016 г., 62/305123, поданной 8 марта 2016 г., и 62/369181, поданной 31 июля 2016 г., причем все эти заявки включены в данный документ во всей своей полноте для всех целей.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к области отбора образцов, обнаружения, проведения анализов при биохимических исследованиях и вариантам их применения.
Предшествующий уровень техники
При анализе образцов конденсата пара для биохимических исследований, в частности конденсата выдыхаемого воздуха (EBC), существует потребность в способах и устройствах, с помощью которых можно упростить отбор образцов и процессы измерения, с помощью которых можно ускорить процесс (например, связывание, смешивание реагентов и т.д.) и количественно измерить параметры (например, концентрацию аналитов, объем образца и т.д.), при которых можно использовать образцы небольшого объема, которые обеспечивают возможность выполнения всего анализа менее чем за минуту, которые обеспечивают возможность выполнения анализа с помощью смартфона (например, мобильного телефона), которые позволяют лицу, не являющемуся профессионалом, выполнять анализ самостоятельно и которые позволяют передавать результаты теста локально, удаленно или посредством беспроводной связи различным заинтересованным лицам. Настоящее изобретение относится к способам, устройствами и системам, которые могут удовлетворить данные потребности.
Краткое описание изобретения
Следующее краткое описание не предусматривает включение всех признаков и аспектов настоящего изобретения. Настоящее изобретение относится к области обнаружения, проведения анализов при биохимических исследованиях и вариантам их применения. В частности, настоящее изобретение относится к сбору небольшого количества образца конденсата пара (например, конденсата выдыхаемого воздуха (EBC) от субъекта, объем которого составляет до 10 фл (фемтолитров) в одной капле), предотвращению или значительному снижению испарения собранного образца конденсата пара, анализу образца, анализу образца с помощью мобильного телефона и осуществлению такого сбора и анализа лицом без каких-либо профессиональных навыков.
Краткое описание графических материалов
Специалисту в данной области будет понятно, что графические материалы, описанные ниже, представлены лишь в иллюстративных целях. Данные графические материалы никоим образом не предназначены для ограничения объема идей настоящего изобретения. Графические материалы могут быть предоставлены не в масштабе. На фигурах, на которые представлены точки экспериментальных данных, линии, которые соединяют эти точки данных, предусмотрены лишь в целях обеспечения просмотра данных и не имеют других значений.
На фиг.1 представлена иллюстрация некоторых аспектов иллюстративного устройства и способов сбора конденсата выдыхаемого воздуха (EBC) с применением SiEBCA (однокапельного коллектора/анализатора EBC).
На фиг. 2 представлена иллюстрация различных вариантов образования EBC при закрытой конфигурации SiEBCA в зависимости от высоты разделителя. В случае закрытой конфигурации-1: если высота разделителя меньше, чем средняя высота EBC при открытой конфигурации; то при закрытой конфигурации EBC превращается в сплошную тонкую пленку, контактирующую как с собирающей, так и с покровной пластинами, и может иметь изолированные воздушные карманы. В случае закрытой конфигурации-2: если высота разделителя больше, чем средняя высота EBC при открытой конфигурации; то при закрытой конфигурации EBC превращается в изолированную лужицу(ы), которая контактирует как с собирающей, так и с покровной пластинами, и эти лужицы крупнее, но их меньшее количество, чем при открытой конфигурации.
На фиг. 3 представлена иллюстрация варианта осуществления устройств и способов SiEBCA (однокапельного коллектора/анализатор EBC).
На фиг. 4 представлена иллюстрация SiEBCA как с «разделителем открытого типа», так и с «разделителем ограждающего типа», где разделитель открытого типа представляет собой стойку (столбик), в то время как разделитель ограждающего типа представляет собой кольцевой разделитель (d) и четырехкамерный решетчатый разделитель (e).
На фиг. 5 представлены свойства смачивания поверхности в случае необработанной и обработанной (для лучшего смачивания по сравнению с необработанной поверхности) поверхности собирающей пластины.
На фиг. 6 представлены способы сдавливания пластин SiEBCA с помощью руки человека.
На фиг. 7 представлены экспериментальные данные о размере и плотности капель EBC на собирающей пластине (необработанная пленка из PMMA) при «открытой конфигурации» (например, в случае только собирающей пластины без покровной пластины).
На фиг. 8 представлены экспериментальные данные по образованию EBC на собирающей пластине, которая является пленкой из PMMA с обработанной поверхностью при открытой конфигурации пластины.
На фиг. 9 представлены фотографии и измеренное время испарения (при открытой конфигурации пластины) EBC (непосредственное 2-секундное дыхание субъекта), собранного на необработанную и обработанную пластину из PMMA.
На фиг. 10 представлены фотографии влияния высоты разделителя (1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 30 мкм соответственно) на EBC, собранный с применением SiEBCA при закрытой конфигурации.
На фиг. 11 представлены экспериментальные данные по влиянию высоты разделителя (1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 30 мкм соответственно) на EBC, собранный с применением SiEBCA при закрытой конфигурации, полученные на основании фотографий.
На фиг. 12 представлены фотографии воздуха дыхания, собранного с применением собирающих пластин, которые представляют собой обработанную и не обработанную пластины из PMMA.
На фиг. 13 представлены экспериментальные данные по влиянию (a) обработанной и необработанной собирающих пластин из PMMA и (b) времени задержки при накрывании покровной пластиной при сборе воздуха дыхания.
На фиг. 14 представлены экспериментальные данные по объему воздуха дыхания (т.е. EBC), собранного на собирающую пластину, относительно времени задержки (измеренного от окончания дыхания до накрывания покровной пластиной) для случая собирающей пластины (PMMA) с обработанной (которая является более гидрофильной, чем необработанная) и необработанной поверхностью соответственно.
На фиг. 15 показано снижение времени связывания или смешивания путем уменьшения толщины образца с применением двух пластин, разделителей и сжатия (показано на поперечном сечении). На панели (a) проиллюстрировано снижение времени при связывании объектов в образце с участком связывания на твердой поверхности (X-(из объема на поверхность)). На панели (b) проиллюстрировано снижение времени при связывании объектов (например, реагента), хранящихся на поверхности пластины, с участком связывания на поверхности другой пластины (X-(из поверхности на поверхность)). На панели (c) проиллюстрировано снижение времени при добавлении реагентов, хранящихся на поверхности, в образец, который помещен посередине между пластиной и другой пластиной (X-(из поверхности в объем)).
На фиг. 16 схематически проиллюстрирован иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с применением одного участка связывания на одной пластине и множества участков хранения на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно.
На фиг. 17 схематически проиллюстрирован дополнительный иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с применением одного участка хранения на одной пластине и нескольких участков связывания на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно.
На фиг. 18 схематически представлен дополнительный иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с несколькими участками связывания на одной пластине и несколькими соответствующими участками хранения на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно.
Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления
В следующем подробном описании проиллюстрированы некоторые варианты осуществления настоящего изобретения в качестве примера, но не в качестве ограничения. Названия разделов и любые подзаголовки, используемые в данном документе, предназначены лишь для организационных целей и никоим образом не предполагают ограничения описываемого объекта изобретения. Информация, находящаяся под заголовком и/или подзаголовком раздела, не ограничивается заголовком и/или подзаголовком раздела, а применима ко всему описанию настоящего изобретения.
Цитирование любой публикации означает ее раскрытие до даты подачи и не должно рассматриваться как признание того, что формула настоящего изобретения не имеет права датировать такую публикацию задним числом в силу того, что она представляет собой предшествующее изобретение. Кроме того, приводимые даты публикации могут отличаться от фактических дат публикации, которые могут потребовать независимого подтверждения.
Настоящее изобретение относится к области обнаружения, проведения анализов при биохимических исследованиях и вариантам их применения. В частности, настоящее изобретение относится к сбору небольшого количества образца конденсата пара (например, конденсата выдыхаемого воздуха (EBC) от субъекта, объем которого составляет до 10 фл (фемтолитров) в одной капле), предотвращению или значительному снижению испарения собранного образца конденсата пара, анализу образца, анализу образца с помощью мобильного телефона и осуществлению такого сбора и анализа лицом без каких-либо профессиональных навыков. Поскольку конденсат выдыхаемого воздуха (EBC) и конденсат другого пара имеют множество общих свойств, в настоящем раскрытии EBC используют в качестве типичного примера для иллюстрации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения, но такое представление не должно толковаться в качестве каких-либо ограничений настоящего изобретения.
Определения
Если не определено иное, все технические и научные термины, применяемые в данном документе, имеют то же значение, которое обычно понятно специалисту в данной области техники, к которой принадлежит настоящее раскрытие. Хотя при применении на практике или тестировании идей настоящего изобретения можно также применять любые способы и материалы, аналогичные описанным в данном документе или эквивалентные им, далее описаны некоторые иллюстративные способы и материалы.
Термины «полинуклеотид», «нуклеотид», «нуклеотидная последовательность», «нуклеиновая кислота», «молекула нуклеиновой кислоты», «последовательность нуклеиновой кислоты» и «олигонуклеотид» используются взаимозаменяемо и могут также включать множественное число каждого соответственно, в зависимости от контекста, в котором данные термины используются.
Термин «средство для захвата», используемый в данном документе, относится к элементу связывания, например, молекуле нуклеиновой кислоты, полипептидной молекуле или любой другой молекуле или соединению, которые могут специфически связываться со своим партнером по связыванию, например, второй молекулой нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидные последовательности, комплементарные первой молекуле нуклеиновой кислоты, к антителу, которое специфически распознает антиген, к антигену, специфически распознаваемому антителом, к аптамеру нуклеиновой кислоты, который специфически связывается с целевой молекулой и т.д.
nd
Термин «вторичное средство для захвата», которое также может называться «средством для выявления», относится к группе биомолекул или химических соединений, которые обладают высокоспецифической аффинностью в отношении антигена. Вторичное средство для захвата может быть прочно связано с оптической выявляемой меткой, например, ферментом, флуоресцентной меткой, или само по себе может выявляться с помощью другого средства для выявления, которое связывается с оптической выявляемой меткой в ходе биоконъюгации (Hermanson, “Bioconjugate Techniques” Academic Press, 2Ed., 2008).
Термин «реакционно-способная группа для средства для захвата» относится к фрагменту химического функционального элемента в молекуле, который является реакционно-способным по отношению к средствам для захвата, т.е. может реагировать с фрагментом (например, гидроксильной, сульфгидрильной, карбоксильной или аминогруппой) в средстве для захвата с образованием стабильной прочной, например, ковалентной связи.
Термины «специфическое связывание» или «селективное связывание» относятся к способности средства для захвата предпочтительно связываться с определенным целевым аналитом, который присутствует в гетерогенной смеси из различных целевых аналитов. Взаимодействие при специфическом или селективном связывании будет разграничивать требуемые (например, активные) и неподходящие (например, неактивные) целевые аналиты в образце, при этом отличие, как правило, будет составлять более чем приблизительно 10–100 раз или более (например, в более чем приблизительно 1000 или 10000 раз).
Термин «аналит» относится к молекуле (например, белку, пептидам, ДНК, РНК, нуклеиновой кислоте или другим молекулам), клеткам, тканям, вирусам и наночастицам различных форм.
Термин «анализ» относится к тестированию образца с целью выявления присутствия и/или содержания аналита.
Используемые в данном документе термины «определение», «измерение», а также «оценка» и «анализ» используются взаимозаменяемо и включают как количественные, так и качественные определения.
Используемый в данном документе термин «светоиспускающая метка» относится к метке, которая может испускать свет при внешнем возбуждении. Это может представлять собой люминесценцию. Флуоресцентные метки (которые включают молекулы красителей или квантовые точки) и люминесцентные метки (например, электро- или хемилюминесцентные метки) являются типами светоиспускающей метки. Внешнее возбуждение представляет собой свет (фотоны) в случае флуоресценции, электрический ток в случае электролюминесценции и химическую реакцию в случае хемилюминесценции. Внешнее возбуждение может представлять собой комбинацию из вышеуказанного.
Фраза «меченый аналит» относится к аналиту, который мечен выявляемым образом с помощью светоиспускающей метки, вследствие чего аналит может быть выявлен путем оценки присутствия метки. Меченый аналит может быть меченым непосредственно (т.е. аналит сам по себе может быть непосредственно конъюгирован с меткой, например, с помощью прочной связи, например, ковалентной или нековалентной связи), или меченый аналит может быть меченым опосредованно (т.е. анализ связывается вторичным средством для захвата, которое мечено напрямую).
Термины «гибридизация» и «связывание» по отношению к нуклеиновым кислотам используются взаимозаменяемо.
th
Термин «комплекс средство для захвата/аналит» представляет собой комплекс, который образуется в результате специфического связывания средства для захвата с аналитом. Средство для захвата и аналит для средства для захвата обычно будут специфически связываться друг с другом в «условиях специфического связывания» или «условиях, подходящих для специфического связывания», при этом такие условия представляют собой условия (с точки зрения концентрации солей, pH, содержания детергентов, концентрации белков, температуры и т.д.), которые обеспечивают возможность осуществления связывания между средствами для захвата и аналитами, подлежащими связыванию, в растворе. Такие условия, в частности, по отношению к антителам и их антигенам и гибридизации нуклеиновых кислот, хорошо известны из уровня техники (см., например, Harlow and Lane (Antibodies: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y. (1989), и Ausubel, et al., Short Protocols in Molecular Biology, 5 ed., Wiley & Sons, 2002).
Субъект может представлять собой либо человека, либо не относящееся к человеку животное. Субъект может представлять собой индивидуума, выполняющего способ по настоящему изобретению, пациента, клиента в центре тестирования и т.д.
Используемый в данном документе термин «диагностический образец» относится к любому биологическому образцу, который представляет собой продукт обмена организма, такой как биологические жидкости, который был получен от субъекта. Диагностический образец может быть непосредственно получен от субъекта в форме жидкости или может быть получен от субъекта путем изначального помещения продукта обмена организма в раствор, такой как буфер. Иллюстративные диагностические образцы включают без ограничения слюну, сыворотку крови, кровь, мокроту, мочу, пот, слезы, семенную жидкость, кал, воздух дыхания, биоптаты, слизь и т.д.
Используемый в данном документе термин «образец из окружающей среды» относится к любому образцу, который получен из окружающей среды. Образец из окружающей среды включает образцы жидкости из реки, озера, пруда, океана, ледников, айсбергов, дождя, снега, сточных вод, водохранилищ, водопроводной воды, питьевой воды и т.д.; твердые образцы из почвы, компоста, песка, камней, бетона, древесины, кирпича, отходов и т.д.; и газообразные образцы из воздуха, гидротермальных источников, промышленных выбросов, выбросов транспортных средств и т.д. Обычно образцы, которые не находятся в жидкой форме, превращают в жидкую форму перед анализом образца с помощью способа по настоящему изобретению.
Используемый в данном документе термин «пищевой образец» относится к любому образцу, который является подходящим для потребления животным, например, потребления человеком. Пищевой образец может включать сырые ингредиенты, приготовленную пищу, растительные и животные источники пищи, предварительно обработанную пищу, а также частично или полностью обработанную пищу и т.д. Обычно образцы, которые не находятся в жидкой форме, превращают в жидкую форму перед анализом образца с помощью способа по настоящему изобретению.
Термин «диагностический», как используется в данном документе, относится к применению способа или аналита для идентификации, прогнозирования результата и/или прогнозирования ответа на лечение представляющего интерес заболевания или состояния. Диагноз может включать прогнозирование вероятности или предрасположенности к наличию заболевания или состояния, оценку тяжести заболевания или состояния, определение риска прогрессирования заболевания или состояния, оценку клинического ответа на лечение и/или прогнозирование ответа на лечение.
Используемый в данном документе термин «биомаркер» представляет собой любую молекулу или соединение, которые встречаются в представляющем интерес образце и которые, как известно, имеют диагностическое значение или ассоциированы с присутствием представляющего интерес заболевания или состояния или предрасположенностью к ним у субъекта, от которого получен образец. Биомаркеры включают без ограничения полипептиды или их комплекс (например, антиген, антитело), нуклеиновые кислоты (например, ДНК, миРНК, мРНК), лекарственные метаболиты, липиды, углеводы, гормоны, витамины и т.д., которые, как известно, ассоциированы с представляющим интерес заболеванием или состоянием.
Термин «состояние», используемый в данном документе в отношении диагностики состояния здоровья, относится к физиологическому состоянию психики или тела, которое отличимо от других физиологических состояний. В некоторых случаях состояние здоровья может не диагностироваться как заболевание. Иллюстративные представляющие интерес состояния здоровья включают без ограничения алиментарное здоровье; старение; воздействие токсинов окружающей среды, пестицидов, гербицидов, синтетических аналогов гормонов; беременность; менопаузу; андропаузу; сон; стресс; преддиабет; физические нагрузки; усталость; кислотно-основное равновесие и т.д.
Термин «объект» относится без ограничения к белками, пептидам, ДНК, РНК, нуклеиновой кислоте, молекулам (малым или большим), клеткам, тканям, вирусам, наночастицам различных форм, которые будут связываться с «участком связывания». Объект включает средство для захвата, средство для выявления или блокирующее средство. Термин «объект» включает «аналит», и эти два термина используются взаимозаменяемо.
Термин «участок связывания» относится к местоположению на твердой поверхности, которое может иммобилизировать «объект» в образце.
Термин «партнеры объекта» относится без ограничения к белками, пептидам, ДНК, РНК, нуклеиновой кислоте, молекулам (малым или большим), клеткам, тканям, вирусам, наночастицам различных форм, которые находятся на «участке связывания» и будут связываться с объектом. Объект включает без ограничения средства для связывания, средства для выявления, вторичные средства для выявления или «комплекс средство для захвата/аналит».
Термин «смартфон» или «мобильный телефон», которые используются взаимозаменяемо, относится к типу телефонов, которые имеют камеру, аппаратуру для передачи данных и программное обеспечение, с помощью которых можно сделать изображение с применением камеры, преобразовать изображение, полученное с помощью камеры, и передать данные в удаленное место. В некоторых вариантах осуществления смартфон имеет фотовспышку.
Термин «средний линейный размер» области определяется как длина, которая равна области, умноженная на 4, затем деленная на периметр области. Например, если область представляет собой прямоугольник, который имеет ширину w и длину L, то среднее значение линейного размера прямоугольника составляет 4*W*L/(2*(L+W)) (где «*» означает умножить, и «/» означает разделить). В соответствии с этим определением средний линейный размер представляет собой W для квадрата шириной W и d для круга диаметром d соответственно. Область включает без ограничения область участка связывания или участка хранения.
Термин «период» массива периодической структуры относится к расстоянию от центра структуры до центра ближайшей соседней идентичной структуры.
Термин «участок хранения» относится к участку области на пластине, при этом участок содержит реагенты, подлежащие добавлению в образец, и при этом реагенты способны растворяться в образце, который находится в контакте с реагентами, и диффундировать в образце.
Термин «подходящий» означает, что он подходит для выявления аналитов, количественного определения и/или контроля аналита или объекта в образце или на пластине или количественного определения или контроля реагента, подлежащего добавлению в образец или на пластину.
Термин «гидрофильный», «смачиваемый» или «влажный» по отношению к поверхности означает, что угол смачивания образца на поверхности составляет меньше 90 градусов.
Термин «гидрофобный», «несмачиваемый» или «невлажный» по отношению к поверхности означает, что угол смачивания образца на поверхности равен 90 градусов или более.
Термин «вариация» по отношению к количеству относится к разнице между фактическим значением и требуемым значением или средним значением количества. Термин «относительная вариация» по отношению к количеству относится к отношению вариации к требуемому значению или среднему значению количества. Например, если требуемое значение количества составляет Q, а фактическое значение составляет (Q+), то /(Q+) представляет собой относительную вариацию. Термин «относительная вариация толщины образца» относится к отношению вариации толщины образца к средней толщине образца.
Термин «оптически прозрачный» относится к материалу, который обеспечивает возможность передачи оптического сигнала, при этом термин «оптический сигнал» относится, если не указано иное, к оптическому сигналу, который применяется для исследования свойства образца, пластины, разделителей, делений шкалы, любых используемых структур или любых их комбинаций.
Термин «не принадлежащий образцу объем» относится, при закрытой конфигурации процесса CROF, к объему между пластинами, который занят не образцом, а другими объектами, которые не представляют собой образец. Объекты включают без ограничения разделители, воздушные пузыри, пылевидные частицы или любые их комбинации. Зачастую не принадлежащий образцу объем(ы) смешиваются внутри образца.
Термин «время инкубации до насыщения» относится к времени, необходимому для связывания двух типов молекул (например, средств для захвата и аналитов) для достижения равновесия. При анализе поверхностной иммобилизации «время инкубации до насыщения» относится к времени, необходимому для того, чтобы связывание между целевым аналитом (объектом) в образце и участком связывания на поверхности пластины достигло равновесия, а именно, к времени, после которого среднее количество целевых молекул (объектов), захваченных и иммобилизированных участком связывания, является статистически почти постоянным.
В некоторых случаях «аналит», а также «связывающий объект» и «объект» используются взаимозаменяемо.
Термины «первая пластина» и «собирающая пластина» взаимозаменяемы. Термины «вторая пластина» и «покровная пластина» взаимозаменяемы.
Термины «процессор», «устройство связи», «мобильное устройство» относятся к компьютерным системам, которые содержат основные электронные элементы (в том числе одно или более из памяти, интерфейса ввода-вывода, центрального процессора, инструкций, сетевого интерфейса, источника питания и т.д.) для выполнения вычислительных задач. Компьютерная система может представлять собой компьютер общего назначения, которой содержит инструкции для выполнения специальной задачи, или может представлять собой специализированный компьютер.
«Участок» или «местоположение», используемые в данном документе при описании передачи сигнала или данных, относится к локальной области, в которой находится устройство или субъект. Участок может представлять собой комнату внутри здания, такого как больница, или более мелкую географически определяемую область в пределах более крупной географически определяемой области. Удаленный участок или удаленное местоположение в отношении первого участка, который удален от второго участка, представляет собой первый участок, который физически отделен от второго участка расстоянием и/или физическим препятствием. Удаленный участок может представлять собой первый участок, который находится в отделенной комнате в здании относительного второго участка, первый участок, который находится в другом здании относительно второго участка, первый участок, который находится в другом городе относительно второго участке и т.д.
Используемый в данном документе термин «участок сбора образцов» относится к местоположению, в котором образец может быть получен от субъекта. Участок сбора образцов может представлять собой, например, местоположение розничной торговли (например, торговую сеть, аптеку, супермаркет или универмаг), офис поставщика, кабинет врача, больницу, дом субъекта, военный объект, участок нанимателя или другой участок или комбинацию участков. Используемый в данном документе термин «участок сбора образцов» может также относиться к владельцу или представителю бизнеса, сервиса или учреждения, расположенного в участке или имеющего филиал в составе участка.
Используемый в данном документе термин «первичные данные» включает сигналы и непосредственные показания сенсоров, камер и других компонентов и инструментов, которые выявляют или измеряют свойства или характеристики образца.
Используемый в данном документе термин «управление процессами» относится к любому числу способов и систем для планирования и/или мониторинга эффективности процесса, такого как процесс анализа образцов.
Специалисту в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается в своем применении особенностями конструкции, расположением компонентов, выбором категорий, измерениями, предварительно заданными границами сигналов или стадиями, изложенными в описании или графических материалах в данном документе. Настоящее изобретение можно реализовывать в соответствии с другими вариантами осуществления и можно осуществлять на практике или выполнять многими различными путями.
Необходимо отметить, что используемые в данном документе и прилагаемой формуле изобретения формы существительного единственного числа включают формы множественного числа, если контекст четко не определяет иное, например, если используется слово «один». Например, ссылка на «аналит» включает один аналит и нескольких аналитов, ссылка на «средство для захвата» включает одно средство для захвата и несколько средств для захвата, ссылка на «средство для выявления» включает одно средство для выявления и несколько средств для выявления, а ссылка на «средство» включает одно средство и несколько средств.
Устройство и система для сбора и анализа конденсата пара, в частности конденсата выдыхаемого воздуха, а также способ их применения
В данном документе представлено устройство для сбора и анализа образца конденсата пара (VC), содержащее:
собирающую пластину и покровную пластину, где
i. пластины являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
ii. одна или обе пластины являются гибкими;
iii. каждая из пластин на своей соответствующей поверхности имеет область контакта с образцом для осуществления контакта с образцом конденсата пара (VC), который содержит аналит;
iv. одна или обе пластины содержат разделители, которые закреплены на соответствующей пластине, где разделители характеризуются предварительно заданной практически однородной высотой и предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, и где по меньшей мере один из разделителей расположен внутри области контакта с образцом;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо полностью, либо частично отделены друг от друга, при этом пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец VC размещен на одной или обеих пластинах, и
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца VC в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации по меньшей мере часть образца VC находится между двумя пластинами и контактирует с двумя пластинами, а также характеризуется высокооднородной толщиной, которая регулируется разделителями и двумя поверхностями для образца у пластин и равна 30 мкм или меньше с незначительной вариацией.
В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит на одной или обеих пластинах один или множество сухих участков связывания и/или один или множество участков реагента. В некоторых вариантах осуществления образец представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха.
В некоторых вариантах осуществления образец представляет собой пар из биологического образца, образца из окружающей среды, химического образца или клинического образца. В некоторых вариантах осуществления при этом аналит предусматривает молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другие молекулы), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различных форм. В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает летучие органические соединения (VOC). В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает азот, кислород, CO2, H2O и инертные газы. В некоторых вариантах осуществления при этом аналит является окрашенным.
В некоторых вариантах осуществления устройство может содержать сухой реагент, нанесенный на одну или обе пластины. В некоторых вариантах осуществления сухой реагент может связываться с аналитом в крови и иммобилизировать аналит на поверхности на одной или обеих пластин. В данных вариантах осуществления реагент, например, может представлять собой антитело или другое специфическое связывающее средство. Такой сухой реагент может иметь предварительно заданную область, в других вариантах осуществления устройство может содержать высвобождаемый сухой реагент на одной или обеих пластинах, например, меченый реагент, такой как краситель для клеток или меченое средство для выявления, такое как антитело и т.п. В некоторых случаях на пластине, которая содержит высвобождаемый сухой реагент, может находиться материал для регуляции времени высвобождения, причем материал для регуляции времени высвобождения замедляет время, в течение которого высвобождаемый сухой регент высвобождается в образец крови. В некоторых случаях материал для регуляции времени высвобождения задерживает время, за которое сухой реагент начинает высвобождаться в образец крови по меньшей мере на 3 секунды, например, по меньшей мере на 5 секунд или по меньшей мере на 10 секунд. В некоторых вариантах осуществления узел может содержать несколько сухих участков связывания и/или несколько участков реагента, обеспечивая тем самым возможность проведения мультиплексных анализов. В некоторых случаях области, занятые сухими участками связывания, могут быть расположены напротив областей, занятых участками реагентов, когда пластины находятся в закрытом положении.
В некоторых вариантах осуществления реагент предусматривает меченый или окрашивающий реагент(ы).
4
6
3
5
3
4
3
3
3
В некоторых вариантах осуществления разделители, регулирующие слой однородной толщины (т. e. разделители, которые отделяют пластины друг от друга в слое) характеризуются «коэффициентом заполнения», составляющим по меньшей мере 1%, например, по меньшей мере 2% или по меньшей мере 5%, где коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящейся в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины. В некоторых вариантах осуществления для разделителей, регулирующих слой однородной толщины, произведение модуля Юнга разделителей и коэффициента заполнения разделителей равно 10 МПа или более, например, по меньшей мере 15 МПа или по меньшей мере 20 МПа, где коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящегося в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины. В некоторых вариантах осуществления произведение толщины гибкой пластины и модуля Юнга гибкой пластины находится в диапазоне 60–750 ГПа-мкм, например, 100–300 ГПа-мкм, 300–550 ГПа-мкм или 550–750 ГПа-мкм. В некоторых вариантах осуществления в случае гибкой пластины четвертая степень расстояния между разделителями (ISD), деленная на толщину (h) гибкой пластины и модуль Юнга (E) гибкой пластины, ISD/(hE), равна 10 мкм/ГПа или меньше, например, меньше 10 мкм/ГПа, меньше 10 мкм/ГПа или меньше 10 мкм/ГПа.
В некоторых вариантах осуществления одна или обе пластины содержат метку местоположения либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о местоположении на пластине, например, местоположении, которое будет подвергаться анализу, или местоположении, на которое должна размещаться кровь. В некоторых случаях одна или обе пластины могут содержать масштабную метку либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о размере структуры образца крови и/или пластины в горизонтальной проекции. В некоторых вариантах осуществления, одна или обе пластины содержат метку для визуализации либо на поверхности, либо внутри пластины, что облегчает визуализацию образца. Например, метка для визуализации может помогать фокусировать устройство формирования изображения или направлять устройство формирования изображения в местоположение на устройстве. В некоторых вариантах осуществления разделители могут функционировать в качестве метки местоположения, масштабной метки, метки для визуализации или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления на одной поверхности для образца оно дополнительно содержит разделитель ограждающего типа, который заключает часть образца или весь образец VC, размещенные на собирающей пластине.
В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением, равным 0,5 мкм или меньше. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 0,5 мкм до 1 мкм, от 1 мкм до 2 мкм, от 2 мкм до 10 мкм, от 10 мкм до 20 мкм или от 20 мкм до 30 мкм.
В некоторых вариантах осуществления толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации больше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации меньше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления при этом пространство закреплено на пластине за счет прямого тиснения пластины или литьевого формования пластины.
В некоторых вариантах осуществления при этом материалы для пластины и разделителей выбраны из полистирола, PMMA, PC, COC, COP или другого пластика.
В некоторых вариантах осуществления пространство между разделителями находится в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм, от 50 мкм до 100 мкм, от 100 мкм до 200 мкм или от 200 мкм до 1000 мкм.
В некоторых вариантах осуществления образец VC представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха от человека или животного.
В некоторых вариантах осуществления разделители, регулирующие слой однородной толщины, характеризуются коэффициентом заполнения, составляющим по меньшей мере 1%, где коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящегося в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины.
В некоторых вариантах осуществления для разделителей, регулирующих слой однородной толщины, произведение модуля Юнга разделителей и коэффициента заполнения разделителей равно 10 МПа или более, где коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящегося в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины.
В некоторых вариантах осуществления в случае гибкой пластины произведение толщины гибкой пластины и модуля Юнга гибкой пластины находится в диапазоне 60–750 ГПа-мкм.
4
6
3
В некоторых вариантах осуществления в случае гибкой пластины четвертая степень расстояния между разделителями (ISD), деленная на толщину (h) гибкой пластины и модуль Юнга (E) гибкой пластины, ISD/(hE), равна 10 мкм/ГПа или меньше.
В некоторых вариантах осуществления одна или обе пластины содержат метку местоположения либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о местоположении на пластине.
В некоторых вариантах осуществления одна или обе пластины содержат масштабную отметку либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о размере структуры образца и/или пластины в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления одна или обе пластины содержат метку для визуализации либо на поверхности, либо внутри пластины, что облегчает визуализацию образца.
В некоторых вариантах осуществления разделители функционируют в качестве метки местоположения, масштабной метки, метки для визуализации или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления средняя толщина слоя однородной толщины приблизительно равна минимальному размеру аналита в образце.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями находится в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм, или от 50 мкм до 120 мкм, или от 120 мкм до 200 мкм.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями является практически регулярным.
В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой столбики с формой поперечного сечения, выбранной из круглой, многоугольной, круговой, квадратной, прямоугольной, овальной, эллиптической или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления разделители имеют форму столбика и имеют практически ровную верхнюю поверхность, где для каждого разделителя отношение размера разделителя в горизонтальной проекции к его высоте составляет по меньшей мере 1.
В некоторых вариантах осуществления каждый разделитель характеризуется отношением размера разделителя в горизонтальной проекции к его высоте, составляющим по меньшей мере 1.
В некоторых вариантах осуществления минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции меньше, чем минимальный размер аналита в образце, или фактически равен ему.
В некоторых вариантах осуществления минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции находится в диапазоне от 0,5 мкм до 100 мкм.
В некоторых вариантах осуществления минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции находится в диапазоне от 0,5 мкм до 10 мкм.
2
В некоторых вариантах осуществления разделители характеризуются плотностью, составляющей по меньшей мере 100/мм.
2
В некоторых вариантах осуществления разделители характеризуются плотностью, составляющей по меньшей мере 1000/мм.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин является прозрачной.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин изготовлена из гибкого полимера.
В некоторых вариантах осуществления в отношении давления, которое сжимает пластины, разделители являются несжимаемыми и/или, независимо, только одна из пластин является гибкой.
В некоторых вариантах осуществления гибкая пластина характеризуется толщиной в диапазоне от 10 мкм до 200 мкм (например приблизительно 10 мкм, 25 мкм, 50 мкм, 75 мкм, 100 мкм, 125 мкм, 150 мкм, 175 мкм).
В некоторых вариантах осуществления вариация составляет меньше 30%, 10%, 5%, 3% или 1%.
В некоторых вариантах осуществления первая и вторая пластины соединены и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию путем складывания пластин.
В некоторых вариантах осуществления первая и вторая пластины соединены шарниром и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую путем складывания пластин вдоль шарнира.
В некоторых вариантах осуществления первая и вторая пластины соединены шарниром, то есть материалом, отличающимся от пластин, и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую путем складывания пластин вдоль шарнира.
В некоторых вариантах осуществления первая и вторая пластины изготовлены из одной части материала и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию путем складывания пластин.
2
В некоторых вариантах осуществления слой образца однородной толщины является однородным на протяжении площади в горизонтальной проекции, которая составляет по меньшей мере 100 мкм.
2
В некоторых вариантах осуществления слой образца однородной толщины является однородным на протяжении площади в горизонтальной проекции, которая составляет по меньшей мере 1 мм.
В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью проведения анализа образца за 60 секунд или меньше.
В некоторых вариантах осуществления при закрытой конфигурации устройство с конечной толщиной образца выполнено с возможностью проведения анализа образца за 60 секунд или меньше.
В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит на одной или обеих пластинах один или множество участков усиления, каждый из которых способен усиливать сигнал от аналита или метки аналита, если аналит или метка находятся в пределах 500 нм от участка усиления.
В некоторых вариантах осуществления при закрытой конфигурации устройство с конечной толщиной образца выполнено с возможностью проведения анализа образца за 10 секунд или меньше.
В некоторых вариантах осуществления сухой участок связывания содержит средство для захвата.
В некоторых вариантах осуществления сухой участок связывания содержит антитело или нуклеиновую кислоту. В некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченый реагент. В некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченый флуоресцентной меткой реагент, в некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой краситель. В некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой гранулы, в некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой квантовую точку. В некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченое флуоресцентной меткой антитело.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина дополнительно содержит на своей поверхности первый предварительно заданный участок для анализа и второй предварительно заданный участок для анализа, где расстояние между краями участка для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над предварительно заданными участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере три участка для анализа аналита, и при этом расстояние между краями любых двух соседних участков для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере два соседних участка для анализа аналита, которые не разделены расстоянием, которое значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
В некоторых вариантах осуществления высвобождаемый сухой реагент представляет собой краситель для клеток. В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит детектор, который представляет собой оптический детектор для выявления оптического сигнала. В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит детектор, который представляет собой электрический детектор для выявления электрического сигнала.
Система для ускоренного анализа образца конденсата пара с применением мобильного телефона, содержащая:
(a) устройство по любому из предыдущих пунктов;
(b) устройство мобильной связи, содержащее:
i. одну или множество камер для выявления и/или визуализации образца конденсата пара; и
ii. интегральные схемы, процессоры обработки сигналов, аппаратные средства и программное обеспечение для получения и/или обработки выявляемого сигнала и/или изображения образца конденсата пара и для удаленной передачи данных.
В некоторых вариантах осуществления система дополнительно содержит источник света либо в устройстве мобильной связи, либо внешний источник.
В некоторых вариантах осуществления одна из пластин имеет участок связывания, который связывает аналит, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины образца расположена над участком связывания, и при это она является значительно меньшей, чем средний линейный размер участка связывания в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления дополнительно содержится:
(d) корпус, выполненный с возможностью удерживания образца и подлежащий закреплению на устройстве мобильной связи.
В некоторых вариантах осуществления корпус содержит оптические средства, способствующие визуализации и/или обработке сигнала от образца с помощью устройства мобильной связи, и монтажную систему, выполненную с возможностью удерживания оптических средств на устройстве мобильной связи.
В некоторых вариантах осуществления элемент оптических средств в корпусе является перемещаемым относительно корпуса.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи выполнено с возможностью передачи результатов теста медицинскому специалисту, в медицинское учреждение или в страховую компанию.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста и субъекта медицинскому специалисту, в медицинское учреждение или в страховую компанию.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста в облачную сеть, и в облачной сети происходит обработка информации для уточнения результатов теста.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста и субъекта в облачную сеть, при этом в облачной сети происходит обработка информации для уточнения результатов теста, а уточненные результаты теста будут отправлены субъекту обратно.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи выполнено с возможностью получения назначения, диагноза или рекомендации от медицинского специалиста.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи выполнено с возможностью применения аппаратных средств и программного обеспечения для:
a. захвата изображения образца;
b. проведения анализа тестируемого местоположения и контрольного местоположения на изображении; и
c. сравнения значения, полученного в результате анализа тестируемого местоположения, с пороговым значением, которое характеризует ускоренный диагностический тест.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин содержит участок хранения, в котором хранятся реагенты для анализа. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из камер считывает сигнал от устройства для CROF. В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи осуществляет обмен данными с удаленным местоположением посредством технологии wi-fi или сети мобильной сотовой связи.
В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи представляет собой мобильный телефон.
Способ ускоренного анализа аналита в образце с применением мобильного телефона, предусматривающий:
a) размещение образца на устройстве по любому из предыдущих пунктов, относящихся к системе;
b) проведение анализа аналита в образце, размещенном на устройстве, с получением результата; и
c) передачу результата от устройства мобильной связи в местоположение, удаленное от устройства мобильной связи.
В некоторых вариантах осуществления аналит содержит молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другую молекулу), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различных форм.
В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает лейкоцит, эритроцит и тромбоциты.
В некоторых вариантах осуществления способ предусматривает:
а. проведение анализа результатов в удаленном местоположении с получением проанализированного результата и
b. передачу проанализированного результата от удаленного местоположения в устройство мобильной связи.
В некоторых вариантах осуществления анализ проводит медицинский специалист в удаленном местоположении. В некоторых вариантах осуществления устройство мобильной связи получает назначение, диагноз или рекомендацию от медицинского специалиста, находящегося в удаленном местоположении.
В некоторых вариантах осуществления толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации больше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации меньше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления стадия проведения анализа предусматривает выявление аналита в образце. В некоторых вариантах осуществления аналит представляет собой биомаркер. В некоторых вариантах осуществления аналит представляет собой белок, нуклеиновую кислоту, клетку или метаболит. В некоторых вариантах осуществления анализ, проводимый на стадии (b), представляет собой анализ связывания или биохимический анализ.
Способ анализа аналита в образце конденсата пара, предусматривающий:
получение устройства по любому из предыдущих пунктов, относящихся к устройству;
размещение образца конденсата пара на одной или обеих пластинах устройства;
помещение пластин в закрытую конфигурацию и приложение внешней силы на протяжении по меньшей мере части пластин; и
проведение анализа аналитов в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления при этом способ предусматривает:
(a) получение образца;
(b) получение первой и второй пластин, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где каждая пластина имеет поверхность контакта с образцом, которая является практически плоской, одна или обе пластины являются гибкими, и одна или обе пластины содержат разделители, которые закреплены на соответствующей поверхности контакта с образцом, и где разделители характеризуются:
i. предварительно заданной практически однородной высотой,
ii. формой столбика с практически однородным поперечным сечением и ровной верхней поверхностью;
iii. отношением ширины к высоте, равным единице или больше;
iv. предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, которое находится в диапазоне от 10 мкм до 200 мкм;
v. коэффициентом заполнения, равным 1% или больше; и
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию, где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) применение двух пластин для сжатия по меньшей мере части образца в слой практически однородной толщины, который ограничен поверхностями контакта с образцом у пластин, где однородная толщина слоя регулируется разделителями и пластинами и характеризуется средним значением, равным 30 мкм или меньше с вариацией меньше 10%, где сжатие предусматривает:
сведение двух пластин вместе и
конформное сдавливание либо одновременно, либо последовательно области по меньшей мере одной из пластин со сдавливанием пластин вместе в закрытую конфигурацию, где конформное сдавливание создает практически однородное давление на пластины над по меньшей мере частью образца, и сдавливание распространяется по меньшей мере на части образца, расположенные в горизонтальной проекции между поверхностями контакта с образцом у пластин, и где закрытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой пространство между пластинами в слое участка однородной толщины регулируется разделителями; и
(e) проведение анализа в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации;
где коэффициент заполнения представляет собой отношение площади контакта разделителя к общей площади пластины;
где конформное сдавливание представляет собой способ, который делает давление, прилагаемое над областью, практически постоянным, независимо от вариации формы внешних поверхностей пластин; и
где при одновременном сдавливании давление прилагается на заданную область в одно время, а при последовательном сдавливании давление прилагается на часть заданной области и постепенно перемещается на другую область.
В некоторых вариантах осуществления при этом способ предусматривает:
удаление внешней силы после приведения пластин в закрытую конфигурацию; и
визуализацию аналитов в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации; и
подсчет количества аналитов или меток в области на изображении.
В некоторых вариантах осуществления при этом способ предусматривает:
удаление внешней силы после приведения пластин в закрытую конфигурацию; и
измерение оптического сигнала в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями находится в диапазоне от 20 мкм до 200 мкм. В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями находится в диапазоне от 5 мкм до 20 мкм.
В некоторых вариантах осуществления произведение коэффициента заполнения и модуля Юнга разделителя составляет 2 МПа или больше.
В некоторых вариантах осуществления вариация поверхности составляет меньше 50 нм.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно предусматривает стадию расчета концентрации аналита в подходящем объеме образца, где расчет основан на подходящем объеме образца, определенном с помощью предварительно заданной площади участка хранения, однородной толщины образца при закрытой конфигурации, а также количестве выявленного целевого объекта.
В некоторых вариантах осуществления стадия проведения анализа предусматривает подсчет аналита в образце.
В некоторых вариантах осуществления визуализацию и подсчет клеток осуществляют путем:
- освещения клеток в слое однородной толщины;
- получения одного или более изображений клеток с применением ПЗС- или КМОП-сенсора;
- идентификации клеток на изображении с применением компьютера и
- подсчета количества клеток в области на изображении.
В некоторых вариантах осуществления внешняя сила обеспечивается с помощью руки человека. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно предусматривает сухой реагент, нанесенный на одну или обе пластины.
В некоторых вариантах осуществления слой образца однородной толщины характеризуется однородностью толщины, составляющей не более +/-5%.
В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой столбики с формой поперечного сечения, выбранной из круглой, многоугольной, круговой, квадратной, прямоугольной, овальной, эллиптической или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления промежуток между разделителями составляет примерно минимальный размер аналита.
Способ по любому из предыдущих пунктов, где поверхности контакта с образцом одной или обеих пластин содержат один или множество участков усиления, каждый из которых способен усиливать сигнал от аналита или метки аналита, если аналит или метка находятся в пределах 500 нм от участка усиления.
В некоторых вариантах осуществления образец представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха. В некоторых вариантах осуществления образец представляет собой пар из биологического образца, образца из окружающей среды, химического образца или клинического образца. В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другую молекулу), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различных форм. В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает летучие органические соединения (VOC). В некоторых вариантах осуществления аналит предусматривает азот, кислород, CO2, H2O и инертные газы.
В некоторых вариантах осуществления на одной поверхности для образца оно дополнительно содержит разделитель ограждающего типа, который заключает часть образца или весь образец VC, размещенные на собирающей пластине. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением равным 0,5 мкм или меньше. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 0,5 мкм до 1 мкм. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 1 мкм до 2 мкм. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 2 мкм до 10 мкм. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 10 мкм до 20 мкм. В некоторых вариантах осуществления высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 20 мкм до 30 мкм.
В некоторых вариантах осуществления на одной поверхности для образца оно дополнительно содержит разделитель ограждающего типа, который заключает часть образца или весь образец VC, размещенные на собирающей пластине.
Вариант осуществления (EBC)-1. SiEBCA (однокапельный коллектор и анализатор конденсата выдыхаемого воздуха)
Анализ конденсата выдыхаемого воздуха (EBC) является неинвазивным методом выявления биомаркеров, главным образом связанных с нижними дыхательными путями. EBC собирают во время спокойного дыхания, в виде продукта охлаждения и конденсации выдыхаемого аэрозоля.
Иллюстративный способ сбора конденсата выдыхаемого воздуха (EBC) с применением SiEBCA (однокапельный коллектор/анализатор EBC), как проиллюстрировано на фиг. 1, предусматривает основные стадии:
(1) выдыхания воздуха на собирающую пластину (фиг. 1-1). Субъект (например, человек) дышит на пластину, называемую «собирающей пластиной», и воздух дыхания конденсируется в EBC, который представляет собой капельки разных размеров, в зависимости от времени дыхания. В случае короткого времени дыхания большинство капель отделены друг от друга. Поверхность собирающей пластины, которая собирает EBC, называется поверхностью для образца;
(2) помещения покровной пластины над собирающей пластиной и сдавливание их вместе (фиг. 1-2). Покровную пластину с разделителями (которые применяются для регулирования пространства между покровной пластиной и пластиной-подложкой) помещают поверх поверхности для образца; и
(3) сдавливания пластин в закрытую конфигурацию (фиг. 1-3). Покровную пластину и субстрат сжимают вместе по меньшей мере с частью EBC между пластинами.
В способе, показанном на фиг. 1, исходные капли сдавливают в тонкий слой EBC с толщиной, которая регулируется пластинами и разделителями (не показано).
Одной из причин использования формулировки «однокапельный» в SiEBCA является то, что в принципе SiEBCA может выявлять и анализировать одну каплю EBC, размещенную на пластине.
В описании настоящего изобретения «пластина-подложка» и «покровная пластина» соответственно взаимозаменяемы с «первой пластиной» и «второй пластиной».
В некоторых вариантах осуществления пластины охлаждают, чтобы уменьшить испарение собранного EBC.
A1. Способ сбора EBC в качестве основного варианта осуществления настоящего изобретения для сбора EBC от субъекта, как проиллюстрировано на фиг. 1, предусматривает стадии:
(a) получения собирающей пластины и покровной пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители (не показано на фиг. 1, но показано на фиг. 2), которые закреплены на соответствующей пластине и имеют предварительно заданную среднюю высоту, составляющую 100 мкм или меньше;
(b) размещения образца EBC, когда пластины приведены в открытую конфигурацию, за счет выдыхания воздуха субъектом в направлении собирающей пластины, где:
(i) выдыхаемый воздух конденсируется на собирающей поверхности собирающей пластины с образованием капель и/или лужиц, которые имеют различные размеры в горизонтальной проекции и различную высоту, в зависимости от свойств смачивания поверхности у собирающей поверхности; и
(ii) открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями; и
(c) после (b) наложения покровной пластины поверх собирающей поверхности собирающей пластины, а затем перевода двух пластин в закрытую конфигурацию путем сдавливания пластин, где:
(i) закрытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой по меньшей мере часть разделителей находится между покровной пластиной и собирающей пластиной, и подходящая область собирающей поверхности собирающей пластины покрыта покровной пластиной и имеет пространство между пластинами, которое регулируется разделителями; и
(ii) при закрытой конфигурации в подходящей области значительное количество капель или лужиц или все капли или лужицы, образованные на стадии (b) при открытой конфигурации, сливаются в лужицу(ы), которые (1) имеют гораздо больший размер в горизонтальной проекции, но меньшее количество, чем при открытой конфигурации, и (2) соприкасаются с внутренними поверхностями как покровной пластины, так собирающей пластины, толщина лужицы(лужиц) тем самым ограничена внутренними поверхностями пластин и равна расстоянию между внутренними поверхностями, а общая площадь поверхности осажденного EBC, находящегося под воздействием окружающей среды, значительно снижена;
где пространство между пластинами представляет собой пространство между двумя внутренними поверхностями (двумя поверхностями, обращенными друг к другу) покровной пластины и собирающей пластины, при этом подходящая область представляет собой часть или всю поверхность собирающей поверхности, а собирающая поверхность представляет собой часть или всю поверхность собирающей пластины.
На основании проведенных экспериментов (подробно описанных в примерах) авторы настоящего изобретения обнаружили, что конечная форма EBC, собранного при помощи SiEBCA, когда пластины находятся в закрытой конфигурации, зависит от высоты разделителя. Авторы настоящего изобретения экспериментальным путем (см. фиг. 13) обнаружили, как проиллюстрировано на фиг. 2, что:
(1) при закрытой конфигурации SiEBCA, если пространство между внутренними поверхностями пластин меньше, чем средняя высота капель или лужиц EBC при открытой конфигурации, капли или лужицы EBC сжимаются собирающей пластиной и покровной пластиной в сплошную пленку толщиной тоньше, чем при открытой конфигурации, и также в пленке могут присутствовать воздушные карманы; и
(2) в противном случае (т.е. если пространство равно или больше, чем средняя высота в открытой конфигурации) капли и/или лужицы самостоятельно сливаются в дискретные лужицы, которых меньше по количеству, но которые имеют больший размер (площадь) в горизонтальной проекции, чем при открытой конфигурации, соприкасаются с поверхностями контакта с образцом (внутренними) как покровной пластины, так и собирающей пластины, а также имеют толщину, ограниченную внутренними поверхностями пластин и равную пространству между внутренними поверхностями. В этом случае толщина образца EBC при закрытой конфигурации равна или больше средней толщины образца EBC при открытой конфигурации. Увеличение толщины лужицы EBC при закрытой конфигурации, как экспериментальным путем наблюдали авторы настоящего изобретения, связано с взаимодействием между пластинами и образцом EBC.
EBC-1.2. Устройство для сбора EBC
На фиг. 3 представлена иллюстрация варианта осуществления устройств и способов SiEBCA (однокапельного коллектора/анализатора EBC): (a) имеющего первую пластину и вторую пластину, где одна или обе пластины имеют разделители (здесь показано, что только первая пластина имеет разделители); (b) размещение образца (показана только одна из множества капель EBC) на первой пластине (показано), или на второй пластине (не показано), или на обеих (не показано) при открытой конфигурации; а также (c) (i) применение двух пластин для распределения образца (образец растекается между пластинами) и снижения толщины образца, и (ii) применение разделителей и пластины для регуляции толщины образца при закрытой конфигурации.
A2. Устройство для сбора EBC в качестве основного варианта осуществления настоящего изобретения для сбора образца EBC от субъекта, как проиллюстрировано на фиг. 1, содержит:
- первую пластину и вторую пластину, где пластины являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, и одна или обе пластины являются гибкими;
- область контакта с образцом на соответствующей поверхности каждой из пластин для осуществления контакта с образцом EBC,
- разделители на одной или обеих пластинах, где разделители закреплены на соответствующей пластине, характеризуются предварительно заданной практически однородной высотой, составляющей 30 мкм или меньше, и предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, которое составляет 250 мкм или меньше, и где по меньшей мере один из разделителей расположен в пределах области контакта с образцом;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины отделены друг от друга, при этом пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец EBC от субъекта размещен на одной или обеих пластинах; и
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца EBC в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации по меньшей мере часть образца EBC сжата двумя пластинами в слой высокооднородной толщины, где слой однородной толщины соприкасается и ограничивается внутренними поверхностями двух пластин и регулируется пластинами и разделителями.
В некоторых вариантах осуществления по пунктам A1 и A2, размещение образца EBC выполняется путем непосредственного выдоха субъекта на одну их пластин.
В некоторых вариантах осуществления по пунктам A1 и A2, размещение образца EBC образец выполняется путем непосредственного выдоха субъекта на обе пластины.
«Время задержки накрывания» означает период времени, который занимает от стадии (b) размещения EBC по пункту A1 до конца стадии (c) по пункту A1, в которой покровную пластину и собирающую пластину переводят в закрытую конфигурацию.
В способе по пункту A1 время задержки накрывания должно быть максимально коротким для снижения испарения размещенного EBC. В одном предпочтительном варианте осуществления время задержки накрывания равно 2 с или меньше. В другом предпочтительном варианте осуществления время задержки накрывания равно 5 с или меньше. В другом предпочтительном варианте осуществления время задержки накрывания равно 10 с или меньше. В другом предпочтительном варианте осуществления время задержки накрывания равно 30 с или меньше. И в другом предпочтительном варианте осуществления время задержки накрывания находится в диапазоне от 30 с до 300 с (например, от 30 до 60 с, от 60 с до 120 с или от 120 с до 300 с).
EBC-1.3. Значительное снижение скорости испарения EBC. Одним из ключевых преимуществ способа и устройства, описанных в пунктах A1 и A2, является то, что по сравнению с открытой конфигурацией собирающей пластины и покровной пластины, закрытая конфигурация пластин значительно снижает площадь поверхности EBC, находящуюся под воздействием окружающей среды, и, следовательно, значительно снижает скорость испарения образца EBC и значительно увеличивает время, в течение которого образец EBC находится в жидкой форме (т.е. время, когда образец EBC не полностью испарился). Например, авторы настоящего изобретения обнаружили, что время высыхания (время, которое занимает полное высыхание образца EBC) увеличилось от 30 с при открытой конфигурации до 70 минут, что составляет в 140 раз больше.
EBC-1.4. Предохранительное кольцо (разделители ограждающего типа). Для дальнейшего снижения скорости испарения образца EBC могут применяться разделители ограждающего типа или предохранительные кольца, чтобы окружить образец для отделения образца от окружающей среды. Предохранительное кольцо может окружать область, которая является такой же, или большей или меньшей, чем образец EBC, размещенный при открытой конфигурации. Предохранительное кольцо может быть выполнено с возможностью дальнейшего разделения образца EBC на несколько камер (фиг. 4)
На фиг. 4 представлена иллюстрация SiEBCA как с «разделителем открытого типа», так и с «разделителем ограждающего типа», где разделитель открытого типа представляет собой стойку (столбик), в то время как разделитель ограждающего типа представляет собой кольцо. Разделитель ограничивающего типа снижает испарение EBC, собранного внутри разделителя ограничивающего типа, поскольку при закрытой конфигурации разделитель ограничивающего типа, покровная пластина и собирающая пластина образуют замкнутую камеру, если имеются только разделители открытого типа, но отсутствует разделитель ограничивающего типа при закрытой конфигурации пластины собранный EBC продолжает испаряться с края пленки, образованной EBC, хотя такое испарение происходит намного медленнее, чем без покровной пластины.
В способе и устройстве по пунктам А1 и А2 разделители могут представлять собой разделитель(и) открытого типа, разделитель(и) ограничивающего типа или их комбинацию.
Подробная информация об устройствах и способах поддержания однородности толщины EBC приведена в другой части настоящего раскрытия.
EBC-2. Анализ EBC
Другим существенным преимуществом настоящего изобретения является то, что способ и устройство по пункту A1–2 могут применяться в качестве анализатора EBC самостоятельно или с помощью определенных модификаций. Анализатор EBC анализирует один или несколько целевых аналитов в EBC. Целевые аналиты дополнительно обсуждаются в разделе 3.
Модификации, вносимые в способ и устройство по пунктам 1–2, включают без ограничения следующие модификации, которые могут применяться отдельно (индивидуально) или в комбинациях.
(1) Участки связывания. Одна или обе пластины имеют один или несколько участков связывания
Каждый (тип) реагентов находится на одной из них в хорошо отделенных местоположениях (термин «хорошее отделение» будет определен позже).
(2) Участки хранения. Одна или обе пластины имеют один или несколько участков связывания
Каждый (тип) реагентов находится на одной из них в хорошо отделенных местоположениях (термин «хорошее отделение» будет определен позже).
(3) Участок усиления.
(4) Мультиплексирование выявления аналитов.
Более подробная информация об участках связывания, участках хранения, участках усиления и участках мультиплексирования, а также их применении для анализа VC и EBC приведены в другой части настоящего раскрытия.
A-3. Способ анализа EBC от субъекта для проведения анализа EBC субъекта, предусматривающий:
(a) получения собирающей пластины и покровной пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители (не показано на фиг. 1, но показано на фиг. 2), которые закреплены на соответствующей пластине, и имеют предварительно заданную среднюю высоту, составляющую 100 мкм или меньше;
(b) размещения образца EBC, когда пластины приведены в открытую конфигурацию, за счет выдыхания воздуха субъектом в направлении собирающей пластины, где:
(i) выдыхаемый воздух конденсируется на собирающей поверхности собирающей пластины с образованием капель и/или лужиц, которые имеют различные размеры в горизонтальной проекции и различную высоту, в зависимости от свойств смачивания поверхности у собирающей поверхности; и
(ii) открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(c) после (b) наложения покровной пластины поверх собирающей поверхности собирающей пластины, а затем перевода двух пластин в закрытую конфигурацию путем сдавливания пластин, где:
(i) закрытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой по меньшей мере часть разделителей находится между покровной пластиной и собирающей пластиной, и подходящая область собирающей поверхности собирающей пластины покрыта покровной пластиной и имеет пространство между пластинами, которое регулируется разделителями; и
(ii) при закрытой конфигурации в подходящей области значительное количество капель или лужиц или все капли или лужицы, образованные на стадии (b) при открытой конфигурации, сливаются в лужицу(ы), которые (1) имеют гораздо больший размер в горизонтальной проекции, но меньшее количество, чем при открытой конфигурации, и (2) соприкасаются с внутренними поверхностями как покровной пластины, так собирающей пластины, толщина лужицы(лужиц) тем самым ограничена внутренними поверхностями пластин и равна расстоянию между внутренними поверхностями, а общая площадь поверхности осажденного EBC, находящегося под воздействием окружающей среды, значительно снижена; и
(d) проведение анализа EBC,
где пространство между пластинами представляет собой пространство между двумя внутренними поверхностями (две поверхности, которые обращены друг к другу) покровной пластины и собирающей пластины, при этом подходящая область представляет собой часть или всю поверхность собирающей поверхности, а собирающая поверхность представляет собой часть или всю поверхность собирающей пластины.
Собирающую пластину обычно поддерживают при температуре, такой же, как температура окружающей среды, но в некоторых вариантах осуществления температура может отличаться от температуры окружающей среды, она может быть либо выше, либо ниже, в зависимости от цели сбора. Например, для снижения испарения EBC может применяться температура, ниже температуры окружающей среды; а температура, выше температуры окружающей среды, может применяться для уровня испарения, превышающего таковой, для которого требуется температура окружающей среды.
EBC-3. Варианты применения
Анализ EBC можно применять для выявления маркеров воспаления, которые указывают на состояние таких хронических заболеваний дыхательных путей, как хроническая обструктивная болезнь легких (COPD), астма и кистозный фиброз (CF), при этом анализ EBC также можно применять для идентификации метаболических, протеомных и геномных фингерпринтов в воздухе дыхания, целью которой является ранняя диагностика не только респираторных, но также системных заболеваний.
EBC-3.1. Анализ EBC
Тесты с применением воздуха дыхания относятся к числу наименее инвазивных способов, доступных для клинической диагностики, мониторинга болезненного состояния, мониторинга состояния здоровья и оценки воздействия окружающей среды.
Основу воздуха дыхания субъекта составляет смесь азота, кислорода, CO2, H2O и инертных газов. Остальную небольшую фракцию составляют более 1000 следовых летучих органических соединений (VOC), концентрация которых находится в диапазоне от частей на миллион (ppm) до частей на триллион (ppt) по объему. С точки зрения их происхождения эти летучие вещества могут быть образованы в организме (эндогенные) или могут быть абсорбированы в качестве загрязнителей из окружающей среды (экзогенные). Состав VOC в воздухе дыхания значительно варьируется от человека к человеку, как качественно, так и количественно.
Хотя количество VOC, обнаруженное на сегодняшний день в воздухе дыхания человека, составляет более 1000, только некоторые VOC являются общими для всех людей. Эти общие VOC, которые включают изопрен, ацетон, этан и метанол, являются продуктами базовых метаболических процессов и являются очень информативными для клинической диагностики. Массовая основа и следовые VOC в воздухе дыхания обмениваются между кровью и альвеолярным воздухом на границе раздела крови и газа в легких. Единственным исключением является NO, который высвобождается в дыхательные пути в случае воспаления дыхательных путей.
Эндогенные соединения, обнаруженные в воздухе дыхания человека, такие как неорганические газы (например, NO и СО), VOC (например, изопрен, этан, пентан, ацетон) и другие обычно нелетучие вещества, такие как изопростаны, пероксинитрит или цитокины, можно измерять в конденсате воздуха дыхания. Тестирование эндогенных соединений может предоставить ценную информацию, касающуюся возможного болезненного состояния. Кроме того, экзогенные молекулы, в частности галогенированные органические соединения, могут указывать на недавнее воздействие лекарственных средств или загрязнителей окружающей среды.
Летучие органические соединения (VOC) представляют собой органические вещества, которые характеризуются высоким давлением паров и поэтому испаряются при комнатной температуре. VOC, которые можно анализировать в качестве целевых аналитов с помощью способов и устройств, предусмотренных в настоящем изобретении, включают без ограничения образуемые биологическим путем VOC (например, терпены, изопрен, метан, летучие вещества зеленых листьев) и антропогенные VOC (например, типичные растворители, применяемые в красках и покрытиях, такие как этилацетат, простые эфиры гликолей и ацетон, пары из адгезивов, красок, средств для удаления адгезивов, строительных материалов и т.д., такие как метиленхлорид, MTBE и формальдегид, хлорфторуглероды и перхлорэтилен, применяемые в химической чистке, парогазовые продукты и выхлопные газы из ископаемых видов топлива, такие как бензол и монооксид углерода). Подробные сведения об определенных биомаркерах приведены в таблице 1.
Таблица 1. Маркеры для воздуха дыхания при определенных заболеваниях или вариантах применения
Заболевание или применение
Маркер для воздуха дыхания
Оксидативный стресс
Перекисное окисление липидовАстма, COPD, бронхоэктаз, ARDS
Пентан, этанH<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, контур метилированных алканов в воздухе дыхания
Заболевания легких
АстмаCOPDКистозный фиброзДисфункция аллогенного трансплантата легкихРак легкогоРеципиент легочного трансплантата с острой реакцией отторжения
NO, CO, H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, изопростаны, нитрит/нитратNO, H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, эйкозаноиды (лейкотриены, простаноиды, изопростаны), изопростаныNO, CO, H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, изопростаны, нитрат/нитратNONOВыдыхаемый карбонилсульфид
Метаболические заболевания
Диабет
Ацетон
Желудочно-кишечные заболевания
Нарушения пищеварения и всасывания (лактазная недостаточность, нарушения в виде мальабсорбции ди- и моносахаридов, мальабсорбции крахмала и чрезмерное развитие микрофлоры в тонком кишечнике)Гастрит, язва двенадцатиперстной кишки, язва желудка и рак желудка
H<sub>2</sub>Изотопы углерода (<sup>13</sup>C или <sup>14</sup>C)
Оценка воздействия VOC
Винилхлорид и цис-1,2-дихлорэтен, хлороформ и бромдихлорметан, трихлорэтен
Другие варианты применения
Мониторинг дыханияВыведение лекарственных средств
Соотношение CO<sub>2</sub>/O<sub>2</sub>
EBC~3.2. Сбор и анализ конденсатов других паров
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения связаны с вариантами применениями способов и устройств SiEBCA для сбора и анализа конденсатов пара, отличных от EBC. Другие виды влаги включают без ограничения туман, облака, пары и т.д. Целевой анализ конденсатов данных паров может осуществляться для мониторинга окружающей среды различного назначения, контроля выбросов и т.д. В некоторых вариантах осуществления образец представляет собой пар из биологического образца, образца из окружающей среды, химического образца или клинического образца.
EBC-3.3. Автоматизация и высокая пропускная способность
В некоторых вариантах осуществления устройства и способы по настоящему изобретению являются автоматическими и высокоскоростными, при этом стадии осуществляются машинами. В некоторых вариантах осуществления пластины имеют форму рулона из листов и управляются роликами для помещения определенной области пластин в открытую конфигурацию или закрытую конфигурацию.
EBC-4. Дополнительные примеры экспериментов по сбору и анализу EBC
Приведены дополнительные иллюстративные экспериментальные тесты и наблюдения, а также дополнительные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.
Все иллюстративные экспериментальные тесты и демонстрация настоящего изобретения, описанные в разделе 4 (примеры), выполнялись при следующих условиях и объединены следующими общими наблюдениями.
Пластины. Только одна из двух пластин из устройства SiEBCA, называемая «X-пластина», имеет разделители, закрепленные на поверхности для образца пластины, а другая пластина, называемая «пластиной-подложкой», имеет плоскую поверхность и не имеет разделителей. Пластину-подложку применяли в качестве собирающей пластины, а X-пластину применяли в качестве покровной пластины. Были протестированы пластины из различных материалов (в том числе стекло, PMMA (полиметакрилат) и PS (полистирол)), а также различные значения толщины пластин. Плоская поверхность пластин обычно характеризуется неровностью поверхности, составляющей меньше 30 нм.
Разделители. Разделители, применяемые на X-пластине, представляют собой прямоугольные столбики в виде периодического массива с фиксированным расстоянием между разделителями (ISD) и однородной высотой разделителей. Столбчатые разделители имеют прямую боковую стенку с углом наклона от перпендикуляра, составляющим меньше 5 градусов. Тестировали разделители разной высоты, размера, расстояния между разделителями, формы и материалов.
Изготовление разделителей. Разделители изготавливают с помощью наноимпринтинга на пластиковой пластине, при этом пресс-форму вдавливают непосредственно в пластину. Пресс-форму изготавливали с помощью литографии и травления. Примеры разделителей на пластинах для SiEBCA. Разделители изготавливают путем прямого впечатывания на поверхности пластмассовой пластины с применением пресс-формы, с получением размера по ширине, длине и высоте 30 мкм, 40 мкм и 2 мкм.
Размещение образца EBC. Все образцы EBC размещали на собирающие пластины при непосредственном выдохе человека в направлении собирающей пластины, которую помещали в пределах нескольких дюймов от рта субъекта.
Размещение образцов проводили в стандартных условиях помещения без какого-либо специального контроля температуры или использования фильтров для пыли. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в проведенных экспериментах пыль не влияет на достижение предварительно заданной конечной толщины образца на протяжении большой области образца, а при закрытой конфигурации толщина образца на протяжении области без пыли регулируется разделителями. Это продемонстрировало, что варианты осуществления, которые авторы настоящего изобретения применяли для CROF, показали результаты, ожидаемые в соответствии с настоящим изобретением.
Свойства смачивания поверхности пластины. Если не указано специально все поверхности для образца (т.е. внутренняя поверхность, которая контактирует с образцом) у пластин являются необработанными. Авторы настоящего изобретения протестировали свойства смачивания у этих необработанных поверхностей в зависимости от материала пластины (стекло, PMMA и PS), структуры поверхности (плоская или с разделителями) и типа образца (вода, буфер PBS и кровь) с помощью наливания небольшой капли образца на поверхность пластины и измерения угла смачивания образца на пластине. Экспериментальным путем обнаружено, что углы смачивания различных поверхностей различными образцами были следующими. Для жидкости типа воды, PBS и крови, угол смачивания составляет приблизительно 46 градусов в случае необработанного стекла, 60 градусов в случае необработанной поверхности из PMMA, 60 градусов в случае необработанного PS (полистирол) и приблизительно 61 градус в случае необработанной X-пластины из PMMA. Следовательно, все они являются гидрофильными. Но свойство смачивания этих поверхностей можно изменить, сделав их либо гидрофильными, либо гидрофобными, с помощью обработки поверхности. Для хорошего сбора конденсата пара предпочтительной является гидрофильная поверхность, которая, при заданном уровне конденсации, будет иметь меньшую площадь поверхности, чем при ручном сдавливании. В случае всех экспериментов в данном разделе все пластины в способе SiEBCA сводили вместе и сжимали в закрытую конфигурацию пластин с помощью руки(рук) человека. При конечном сдавливании для получения однородной толщины образца на большой площади пластин для SiEBCA зачастую большим пальцем сдавливают одну область, а затем растирают ее в разные области пластин для CROF, и при этом наблюдали отличную однородность толщины образца, как указано ниже. Процесс, при котором используют руку(и) для сдавливания устройства (пластин) для SiEBCA в закрытую конфигурацию, называется «ручным сдавливанием».
На фиг. 5 представлены иллюстративные способы сдавливания пластин для SiEBCA с помощью руки человека. SiEBCA можно сдавливать либо (a) путем помещения SiEBCA на поверхность и применения большого пальца для сдавливания в одном местоположении на SiEBCA, а также сдавливания и растирания в другие местоположения, либо (b) путем помещения SiEBCA между большим пальцем и другим пальцем, а также сдавливания и растирания. В некоторых случаях можно использовать обе руки.
Самоудерживание. Самоудерживание означает, что после того, как устройство SiEBCA (пластины) сжаты в закрытую конфигурацию с помощью внешней силы (например, силы руки) и после удаления данного внешнего усилия устройство SiEBCA может поддерживать само по себе толщину образца без изменений. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что во всех экспериментах в разделе все устройства SiEBCA и способ (если не указано конкретно) характеризуются самоудерживанием, как продемонстрировано в экспериментах. Другой проведенный экспериментальный тест показал, что при условии, что одна пластина является гидрофильной, пластины SiEBCA могут характеризоваться самоудерживанием.
EBC-4.1. Образование EBC на собирающей пластине при открытой и закрытой конфигурациях
4.1.1. Размер капель EBC на собирающей пластине из PMMA с необработанной и обработанной поверхностью
На фиг. 6 представлены экспериментальные данные о размерах и плотности капель EBC на собирающей пластине (необработанная пленка из PMMA) при «открытой конфигурации» (например, в случае только собирающей пластины без покровной пластины). На фотографиях показан EBC, собранный на собирающую пластину после того, как субъект дышал непосредственно на пластину на протяжении четырех разных периодов времени дыхания: (a) выдох в течение 1 секунды, (b) выдох в течение 2 секунд, (c) выдох в течение 5 секунд и (d) выдох в течение 10 секунд. Фотографии были сделаны сразу же после выдоха.
2
2
В таблице показаны измеренный средний размер капель, рассчитанная средняя высота капель, средний объем капли, измеренная плотность капель и общая площадь поверхности жидкости на 1 мм площади собирающей пластины (PMMA). Экспериментальные данные показывают, что (1) при применении необработанной пленки из PMMA в качестве собирающей поверхности собирающей пластины EBC, получаемый непосредственно от субъекта, образует капли, которые имеют разные размеры и, в случае большинства капель, хорошо отделены друг от друга; и (2) измеренный средний размер капель, рассчитанная средняя высота капель, средний объем капель, плотность капель и общая площадь поверхности жидкости на 1 мм площади собирающей пластины (PMMA) первоначально возрастают с временем дыхания, но, по-видимому, после 5-секундного дыхания наступает насыщение. Это может быть обусловлено тем фактом, что в эксперименте, после 5-секундного дыхания, скорость размещения EBC при выдохе воздуха и скорость испарения существующего EBC достигают равновесия.
В приведенном выше эксперименте расчет средней высоты капель основан на угле смачивания для воды на PMMA, а объемная плотность рассчитывается путем умножения среднего объема капель на измеренную плотность количества капель.
2
В таблице также показано, что средний объем EBC составляет 172 пл, 250 пл, 491 пл и 507 пл на мм площади собирающей пластины, соответственно, в течение 1 с, 2 с, 5 с и 10 с времени дыхания.
2
2
На фиг. 7 представлены экспериментальные данные по образованию EBC на собирающей пластине, которая представляет собой пленку из PMMA с обработанной поверхностью (обработка делает поверхность более гидрофильной, чем необработанная поверхность пленки из PMMA), при открытой конфигурации пластины. На фотографиях показан EBC, который был собран на собирающую пластину от непосредственного выдоха субъекта на протяжении четырех разных периодов времени дыхания: (a) выдох в течение 1 секунды, (b) выдох в течение 2 секунд, (c) выдох в течение 5 секунд и (d) выдох в течение 10 секунд. Фотографии были сделаны сразу же после выдоха. При условии, что на собирающей пластине с обработанной поверхностью было такое же количество размещенного EBC, как и в случае необработанной поверхности, среднюю толщину жидкости, следовательно, рассчитывали путем деления общего объема на наблюдаемую площадь образца жидкости на 1 мм собирающей пластины. В таблице показана объемная плотность на единицу площади поверхности, рассчитанная средняя толщина жидкости и общая площадь поверхности жидкости на 1 мм площади собирающей пластины (PMMA).
2
Экспериментальные данные на фиг. 7 явно показывают, что: (1) вследствие гидрофильной поверхности с меньшим углом смачивания у обработанной PMMA (подробности приведены на фиг. 8), EBC, размещаемый на собирающую пластину непосредственно от субъекта, образует при открытой конфигурации несколько лужиц EBC с большой площадью, а не множество мелких капелек; и (2) общая площадь поверхности жидкости (EBC) на площади 1 мм для EBC, собранного с использованием собирающей пластины с обработанной поверхностью (следовательно, с улучшенным смачиванием), примерно в 4 раза меньше, чем без обработки поверхности.
На фиг. 8 представлены фотографии и измеренное время испарения (при открытой конфигурации пластины) EBC (непосредственное 2-секундное дыхание субъекта), собранного на необработанную и обработанную пластину из PMMA. На фотографиях показано, что EBC, собранный на необработанную собирающую пластину из PMMA, образует множество небольших хорошо отделенных капель (a), в то время как EBC, собранный на обработанную собирающую пластину из PMMA, образует несколько тонких пленок и больших лужиц с большими пустотами (b). Рассчитанная площадь поверхности EBC, собранного на необработанную поверхность, в 4 раза больше, чем в случае необработанной поверхности. При этом EBC, собранный на необработанную поверхность, характеризуется общим временем испарения, составляющим 7 с, что примерно в 4 раза меньше, чем для собранного на обработанную поверхность, которое составляет 30 с. Дополнительные исследования времени испарения приведены на фиг. 13 и 14 и описаны ниже.
4.1.2. Образование EBC, когда пластины находятся в закрытой конфигурации
Экспериментальным путем авторы настоящего изобретения обнаружили, что конечная форма EBC, собранного при помощи SiEBCA, когда пластины находятся в закрытой конфигурации, зависит от высоты разделителя.
На фиг. 9 и 10 показаны, соответственно фотографии и экспериментальные данные влияния высоты разделителя (1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 30 мкм соответственно) на EBC, собранный с применением SiEBCA при закрытой конфигурации. Время дыхания составляет 2 с, а время задержки накрывания составляет около 0 с. Разделители представляют собой столбики однородного поперечного сечения (30 мкм x 38 мкм) с ровной верхней и нижней поверхностями и постоянным расстоянием между разделителями, составляющим 80 мкм и 82 мкм (в направлении по оси х и у). Покровная пластина представляет собой необработанную X-пластину из пленки PMMA толщиной 175 мкм, а собирающая пластина представляет собой ровную стеклянную пластину (25 мм x 25 мм x 1 мм). Как подсчитано, средняя высота капель при открытой конфигурации, которые собраны на необработанную поверхность за 2-секундное дыхание, составляет 1,7 мкм. В данном случае эксперименты показали следующее.
(1) В случае всех протестированных значений высоты разделителя (показано на фиг. 9) EBC на собирающей пластине сливался из капель, образованных, когда пластины находились при открытой конфигурации, в лужицы, которых меньше по количеству, но которые намного крупнее по размеру в горизонтальной проекции, когда пластины находились при закрытой конфигурации.
(2) X-устройства с промежутками в 1 мкм позволяли собирать наибольшее количество жидкости из воздуха дыхания с наилучшей однородностью толщины жидкости и в виде сплошных пленок.
(3) X-устройства с промежутками больше 1 мкм позволяли собирать меньше жидкости из воздуха дыхания и хуже проявляли самоудерживание, таким образом, характеризуются худшими показателями однородности толщины жидкости и отклонения от высоты столбиков.
Таким образом, авторы настоящего изобретения экспериментальным путем продемонстрировали следующее.
(1) При закрытой конфигурации SiEBCA, если пространство между поверхностями для образца у пластин меньше, чем средняя высота капель или лужиц EBC при открытой конфигурации (например, пространство составляло 1 мкм, а средняя высота составляла 1,7 мкм), капли или лужицы EBC сжимаются собирающей пластиной и покровной пластиной в сплошную пленку толщиной тоньше, чем при открытой конфигурации, и также в пленке могут присутствовать воздушные карманы; и
(2) с противном случае (например, если высота столбика составляла 2 мкм, 10 мкм или 30 мкм соответственно, а высота EBC при открытой конфигурации составляла только 1,7 мкм) капли и/или лужицы сначала поднимаются, чтобы соприкоснуться с поверхностями контакта с образцом (внутренними) как покровной пластины, так и собирающей пластины, а затем самостоятельно сливаются в дискретные лужицы, которые меньше по количеству, но крупнее в размере (площади) в горизонтальной проекции, чем при открытой конфигурации, а также имеют толщину, ограниченную внутренними поверхностями пластин и равную пространству между внутренними поверхностями. В этом случае толщина образца EBC при закрытой конфигурации равна или больше средней толщины образца EBC при открытой конфигурации. Увеличение толщины лужицы EBC при закрытой конфигурации, как экспериментальным путем наблюдали авторы настоящего изобретения, связано с взаимодействием между пластинами и образцом EBC.
4.1.3 Время испарения EBC в зависимости от времени задержки накрывания
2
На фиг. 11 и 12 показаны, соответственно, фотографии и экспериментальные данные о влиянии на сбор воздуха дыхания (a) обработанной и необработанной собирающих пластин из PMMA и (b) времени задержки накрывания покровной пластиной. В экспериментах EBC собирали непосредственно за счет 2-секундного дыхания субъекта на собирающую пластину (PMMA, 25 мм х 25 мм х 1 мм); некоторые собирающие пластины были необработанными, а некоторые были обработанными для лучшей гидрофильности, чем у необработанных собирающих пластин из PMMA; при этом покровная пластина представляла собой X-пластину из PMMA толщиной 175 мкм с квадратной решеткой из разделителей в виде столбиков с ровной верхней поверхностью (высота 1 мкм, ширина 30 мкм и длина 38 мкм) с расстоянием между разделителями, составляющим 80 мкм и 82 мкм в направлении оси x и y соответственно; причем тестировали два разных времени задержки накрывания собирающей пластиной покровной пластиной: сразу же после выдыхания или через 5 с после завершения выдоха; и толщину жидкости, объем собранной жидкости из воздуха дыхания, отклонение толщины жидкости от высоты столбика, однородность толщины жидкости и другие параметры (например, площадь жидкости (мм) на собирающей пластине 25 мм х 25 мм, (площадь жидкости) относительно (общей площади - площадь разделителя)) измеряли при закрытой конфигурации пластины.
С помощью экспериментального исследования авторы настоящего изобретения обнаружили следующее.
(1) По сравнению с необработанной собирающей пластиной из PMMA, на обработанных собирающих пластинах (с лучшим смачиванием) собирается больше жидкости из воздуха дыхания при обоих периодах времени задержки и при «немедленном сдавливании», и «при сдавливании через 5 с».
(2) В случае применения необработанных собирающих пластин (менее гидрофильных) при времени задержки 5 с до накрывания почти половина жидкости испарялась.
(3) Для всех образцов после ручного сдавливания пластины в SiEBCA могут проявлять самоудерживание.
(4) В большинстве случаев при закрытой конфигурации для большинства периодов времени задержки измеренное отклонение средней толщины EBC от высоты разделителя равно 7,4% или меньше, а измеренная однородность толщины EBC (т.е. вариация) равна 6,4% или меньше. Однако, если собирающая поверхность является необработанной (менее гидрофильной), а время задержки до накрывания покровной пластиной составляет 5 с, отклонение средней толщины EBC от высоты разделителя является большим (1,52 мкм по сравнению с 1 мкм, что приводит к относительному отклонению, составляющему 52%), и однородность толщины неудовлетворительная: вариация составляет 22%.
На фиг. 13 представлены экспериментальные данные по объему воздуха дыхания (т.е. EBC), собранного на собирающую пластину, относительно времени задержки (измеренного от окончания выдоха до накрывания покровной пластиной) в случае собирающей пластины (PMMA) с обработанной (которая является более гидрофильной, чем необработанная) и необработанной поверхностью соответственно. В экспериментах время дыхания составляло 2 с. Собранный объем воздуха дыхания измеряли после сдавливания покровной пластины и собирающей пластины в закрытую конфигурацию. В ходе экспериментов авторы настоящего изобретения обнаружили следующее.
(1) При определенном времени задержки на собирающей пластине с обработанной поверхностью (с лучшим смачиванием, чем у необработанной) собиралось больше жидкости из воздуха дыхания.
(2) Без накрывания собирающей пластиной EBC после 2-секундного дыхания сохранялся всего 7 с в случае собирающей пластины с необработанной поверхностью, однако 30 с в случае собирающей пластины с обработанной поверхностью, что в 4 раза дольше.
Наблюдение (2) дополнительно показывает, что в случае более смачиваемой поверхности собирающей пластины по показателю общая площадь поверхности EBC, размещенный на пластине, характеризуется меньшей площадью поверхности, чем размещенный на необработанной области, и, следовательно, в случае обработанной поверхности наблюдается более длительное время высыхания (т.е. время до полного высыхания).
4.1.4. Время испарения EBC при открытой и закрытой конфигурациях пластин
Авторы настоящего изобретения экспериментальным путем исследовали время испарения EBC, размещенного на собирающей пластине, в отсутствие и при наличие покровной пластины, помещенной сверху EBC (т.е. время испарения для пластин, находящихся в открытой конфигурации и закрытой конфигурации).
Скорость испарения EBC на обирающей пластине при открытой конфигурации приведена и описана на фиг. 8.
На фиг. 14 представлены экспериментальные данные о времени высыхания EBC, собранного посредством SiEBCA при «закрытой конфигурации», в случае собирающей пластины (PMMA) с обработанной (которая является более гидрофильной, чем необработанная) и необработанной поверхностью соответственно и при разной высоте разделителя. В экспериментах время дыхания составляло 2 с, и покровную пластину накрывали сразу же после завершения выдоха. Эксперименты показали, что обработанная собирающая пластина из PMMA с разделителем 1 мкм обеспечивала время высыхания, составляющее 70 с, однако, если размер разделителя составлял 10 мкм, то время высыхания сокращалось до 45 с. Причина более короткого времени высыхания при размере разделителя 10 мкм обусловлена тем фактом, что EBC при закрытой конфигурации пластин образует много отдельных лужиц, которые имеют большую площадь поверхности, которая подвергается воздействию окружающей среды, чем в случае SiEBCA с разделителем высотой 1 мкм, где EBC находится в виде одной или нескольких больших областей.
Авторы настоящего изобретения поняли, что путем применения разделителя ограничивающего типа в дополнение к отдельным разделителям можно дополнительно снижать скорость испарения EBC при закрытой конфигурации SiEBCA.
Скорость высыхания в случае обработанных и необработанных собирающих пластин. Для обоих экспериментов с применением обработанных и необработанных собирающих пластин также рассчитывали скорость высыхания EBC, которая определяется как сокращение длины кромки образца жидкости за единицу времени при закрытой конфигурации X-устройства. Расчет показывает, что в случае обработанной собирающей пластины из PMMA образец жидкости высыхал при более низкой скорости (74 мкм/мин) по сравнению с необработанной собирающей пластиной из PMMA (117 мкм/мин).
Обработка поверхности. Обработку поверхности пластины из PMMA проводили с помощью кислородной плазмы с последующим нанесением оксида кремния толщиной 10 нм. В некоторых вариантах осуществления химическую обработку проводили с применением триметоксисилана.
Сжатый регулируемый открытый поток (CROF)
Во многих вариантах осуществления по настоящему изобретению осуществляют преобразование геометрического размера, местоположения, площадей контакта, а также смешивание образца и/или реагента с применением способа, обозначаемого как «сжатый регулируемый открытой поток (CROF)», и устройства, которое осуществляет CROF.
Термин «сжатый открытый поток (COF)» относится к способу, при котором форма жидкотекучего образца, размещенного на пластине, изменяется в результате (i) помещения другой пластины сверху по меньшей мере части образца и (ii) последующего сжатия образца между двумя пластинами путем надавливания двух пластин по направлению друг к другу; где сжатие снижает толщину по меньшей мере части образца и заставляет образец перетекать в открытое пространство между пластинами.
Термин «сжатый регулируемый открытый поток» или «CROF» (или «самокалибруемый сжатый открытый поток», или «SCOF», или «SCCOF») относится к конкретному типу COF, при котором конечная толщина части или всего образца после сжатия «регулируется» разделителями, где разделители размещены между двумя пластинами.
Термин «конечная толщина части или всего образца регулируется разделителями» в CROF означает, что во время CROF, как только достигается определенная толщина образца, относительное движение двух пластин и, следовательно, изменение толщины образца, останавливается, при этом определенная толщина определяется разделителем.
Один вариант осуществления способа CROF, как проиллюстрировано на фиг. 1–4, предусматривает:
(a) получение образца, который является жидкотекучим;
(b) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где каждая пластина имеет поверхность контакта с образцом, которая является практически плоской, где одна или обе пластины содержат разделители, а разделители имеют предварительно заданную высоту, и при этом разделители находятся на соответствующей поверхности контакта с образцом;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями; и
(d) после (c) распределение образца за счет перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и соответствующий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, где соответствующий объем составляет по меньшей мере часть от всего объема образца, и где во время распределения образца образец перетекает в горизонтальной проекции между двумя пластинами.
Термин «пластина» относится, если конкретно не указано иное, к пластине, применяемой в процессе CROF, которая представляет собой твердое вещество, которое имеет поверхность, которую можно применять вместе с другой пластиной для сжатия образца, помещенного между двумя пластинами, с целью снижения толщины образца.
Термины «пластины» или «пара пластин» относятся к двум пластинам в процессе CROF.
Термины «первая пластина» или «вторая пластина» относятся к пластине, применяемой в процессе CROF.
Термин «пластины обращены друг к другу» относится к случаям, когда пара пластин по меньшей мере частично обращена друг к другу.
Термины «разделители» или «стопоры» относятся, если не указано иное, к механическим объектам, которые устанавливают, при помещении между двумя пластинами, границу минимального пространства между двумя пластинами, которое может достигаться при сжатии пластин вместе. А именно, при сжатии разделители будут останавливать относительное движение двух пластин для предупреждения того, чтобы пространство между пластинами становилось меньше предварительно установленного (т.е. предварительно заданного) значения. Существуют два типа разделителей: «разделители открытого типа» и «разделители ограждающего типа».
Термин «разделитель открытого типа» означает, что разделитель имеет форму, которая обеспечивает возможность перетекания жидкости вокруг всего периметра разделителя и перетекания за пределы разделителя. Например, столбик представляет собой разделитель открытого типа.
Термин «разделитель ограждающего типа» означает разделитель, имеющий форму, при которой жидкость не может перетекать вокруг всего периметра разделителя и не может перетекать за пределы разделителя. Например, разделитель кольцевой формы представляет собой разделитель ограждающего типа для жидкости внутри кольца, при этом жидкость внутри кольцевого разделителя остается внутри кольца и не может выходить наружу (за пределы периметра).
Термины «разделитель имеет предварительно определенную высоту» и «разделители имеют предварительно заданное расстояние между разделителями» означают, соответственно, что значение высоты разделителя и расстояние между разделителями известно перед процессом CROF. Они не являются предварительно заданными в том случае, если значение высоты разделителя и расстояния между разделителями не известно перед процессом CROF. Например, в случае, когда в качестве разделителей на пластину распыляют гранулы, при этом гранулы попадают на случайные местоположения на пластине, расстояние между разделителями не является предварительно заданным. Другим примером не заданного предварительно расстояния между разделителями является то, что разделители движутся во время процессов CROF.
Термин «разделитель закреплен на своей соответствующей пластине» при выполнении способа CROF означает, что разделитель прикреплен к местоположению на пластине и прикрепление к этому местоположению сохраняется во время CROF (т.е. местоположение разделителя на соответствующей пластине не меняется). Примером того, что «разделитель закреплен на своей соответствующей пластине», является то, что разделитель выполнен монолитно в виде одной части материала с пластиной, и местоположение разделителя относительно поверхности пластины не меняется во время CROF. Примером того, что «разделитель не закреплен на своей соответствующей пластине», является то, что разделитель приклеен к пластине с помощью адгезива, однако в ходе применения пластины во время CROF адгезив не может удерживать разделитель в его исходном местоположении на поверхности пластины, и разделитель смещается от своего исходного местоположения на поверхности пластины.
Термин «разделитель закреплен на пластине монолитно» означает, что разделитель и пластина ведут себя как единая часть объекта, при этом во время применения разделитель не движется или не отделяется от своего исходного местоположения на пластине.
Термин «открытая конфигурация» двух пластин в процессе CROF означает конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, и пространство между пластинами не регулируется разделителями.
Термин «закрытая конфигурация» двух пластин в процессе CROF означает конфигурацию, при которой пластины обращены друг к другу, при этом разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, причем толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, где соответствующий объем составляет по меньшей мере часть от всего объема образца.
Термин «толщина образца регулируется пластиной и разделителями» в процессе CROF означает, что при заданном состоянии пластин, образца, разделителей и способа сжатия пластин толщину по меньшей мере части образца при закрытой конфигурации пластин можно задавать предварительно, исходя из свойств разделителей и пластины.
Термин «внутренняя поверхность» или «поверхность для образца» пластины в устройстве для CROF относится к поверхности пластины, которая соприкасается с образцом, в то время как другая поверхность (которая не соприкасается с образцом) пластины называется «внешняя поверхность».
Термин «X-пластина» устройства для CROF относится к пластине, которая содержит разделители, которые расположены на поверхности для образца у пластины, где разделители имеют предварительно заданное расстояние между разделителям и высоту разделителей, и где по меньшей мере один из разделителей находится внутри области контакта с образцом.
Термин «устройство для CROF» относится к устройству, которое выполняет процесс CROF. Термин «повергнут процессу CROF» означает, что используется процессу CROF. Например, термин «образец был подвергнут процессу CROF» означает, что образец был помещен внутрь устройства для CROF, был выполнен процесс CROF, и образец удерживали, если не указано иное, при конечной конфигурации CROF.
Термин «пластины для CROF» относится к двум пластинам, применяемым в ходе выполнения процесса CROF.
Термин «гладкость поверхности» или «вариация гладкости поверхности» плоской поверхности относится к среднему отклонению плоской поверхности от идеальной плоскости на протяжении короткого расстояния, которое составляет приблизительно несколько микрометров или менее. Гладкость поверхности отличается от вариации ровности поверхности. Плоская поверхность может характеризоваться хорошей ровностью поверхности, но неудовлетворительной гладкостью поверхности.
Термин «ровность поверхности» или «вариация ровности поверхности» плоской поверхности относится к среднему отклонению плоской поверхности от идеальной плоской поверхности на протяжении длинного расстояния, которое составляет приблизительно 10 мкм или более. Вариация ровности поверхности отличается от гладкости поверхности. Плоская поверхность может характеризоваться хорошей гладкостью поверхности, но неудовлетворительной ровностью поверхности (т.е. высокой вариацией ровности поверхности).
Термин «относительная ровность поверхности» пластины или образца представляет собой отношение вариации ровности поверхности пластины к конечной толщине образца.
Термин «конечная толщина образца» в процессе CROF относится, если не определено иное, к толщине образца при закрытой конфигурации пластин в процессе CORF.
Термин «способ сжатия» в CROF относится к способу, с помощью которого две пластины переводят из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию.
Термин «интересующая область» или «область, представляющая интерес» пластины относится к области пластины, которая соответствует функции, выполняемой пластинами.
Термин «не более» означает «равный или меньше». Например, если высота разделителя составляет не более 1 мкм, это означает, что высота разделителя равна 1 мкм или меньше.
Термин «площадь образца» означает площадь образца в направлении, примерно параллельном пространству между пластинами и перпендикулярному толщине образца.
Термин «толщина образца» относится к размеру образца в направлении, перпендикулярном к поверхности пластин, которые обращены друг к другу (например, направлению пространства между пластинами).
Термин «пространство между пластинами» относится к расстоянию между внутренними поверхностями двух пластин.
Термин «отклонение конечной толщины образца» в CROF означает разницу между предварительно заданной высотой разделителя (заданной при изготовлении разделителя) и средним значением конечной толщины образца, где средняя конечная толщина образца является усредненной в пределах определенной области (например, среднее из 25 различных точек (на расстоянии 4 мм) в пределах области 1,6 см на 1,6 см).
Термин «однородность измеренной конечной толщины образца» в процессе CROF означает стандартное отклонение измеренной конечной толщины образца в пределах определенной области образца (например, стандартное отклонение относительно среднего значения).
Термины «подходящий объем образца» и «подходящая площадь образца» в процессе CROF относятся, соответственно, к объему и площади части или всего объема образца, размещенного на пластинах во время процесса CROF, который соответствует функции, выполняемой с помощью подходящего способа или устройства, где функция включает без ограничения снижение времени связывания аналита или объекта, выявление аналитов, количественное определение аналитов, количественное определение объема, количественное определение концентрации, смешивание реагентов или контроль концентрации (аналитов, объекта или реагентов).
Термин «некоторые варианты осуществления», «в некоторых вариантах осуществления», «в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения», «вариант осуществления», «один вариант осуществления», «другой вариант осуществления», «определенные варианты осуществления», «многие варианты осуществления» и т.п. относится, если специально не указано иное, к варианту(ам) осуществления, который(е) применим(ы) ко всему раскрытию (т.е. ко всему настоящему изобретению).
Термины «высота» или «толщина» объекта в процессе CROF относятся, если специально не указано иное, к размеру объекта, который находится в направлении, перпендикулярном к поверхности пластины. Например, высота разделителей представляет собой размер разделителя в направлении, перпендикулярном к поверхности пластины, и высота разделителя и толщина разделителя означают одно и то же.
Термин «площадь» объекта в процессе CROF относится, если специально не указано иное, к площади объекта, которая параллельна поверхности пластины. Например, площадь разделителя представляет собой площадь разделителя, которая параллельна поверхности пластины.
Термин «горизонтальный» или «в горизонтальной проекции» в процессе CROF относится, если специально не указано иное, к направлению, которое является параллельным поверхности пластины.
Термин «ширина» разделителя в процессе CROF относится, если специально не указано иное, к размеру разделителя в горизонтальной проекции.
Термин «разделитель внутри образца» означает, что разделитель окружен образцом (например, разделитель-столбик находится внутри образца).
Термин «размах критического изгиба» пластины в процессе CROF относится к размаху (т.е. расстоянию) пластины между двумя опорами, при котором изгиб пластины в случае определенной гибкой пластины, образца и силы сжатия, равен допустимому изгибу. Например, если допустимый изгиб составляет 50 нм и размах критического изгиба составляет 40 мкм для определенной гибкой пластины, образца и силы сжатия, то изгиб пластины между двумя соседними разделителями, расположенными на расстоянии 40 мкм, будет составлять 50 нм, и изгиб будет составлять меньше 50 нм, если два соседних разделителя расположены на расстоянии меньше 40 мкм.
Термин «жидкотекучий» в случае образца означает, что в том случае, если толщина образца снижается, то размер в горизонтальной проекции увеличивается. Например, образец кала считается жидкотекучим.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения образец в условиях процесса CROF не должен быть жидкотекучим, чтобы получить преимущество от процесса, при условии, что толщина образца может снижаться в условиях способа CROF. Например, для окрашивания ткани путем помещения красителя на поверхность пластины для CROF с помощью процесса CROF можно снижать толщину ткани и, следовательно, ускорять время инкубации до насыщения в случае окрашивания красителем.
1. Снижение (укорочение) связывания или времени смешивания (X)
При выполнении анализов или других химических реакций желательным является уменьшение времени инкубации/реакции. Например, при анализах иммобилизации на поверхности, где целевой аналит в образце выявляют путем захвата средствами для захвата, иммобилизированными на поверхности пластины (т.е. твердой фазы), зачастую желательно иметь короткое время инкубации до насыщения для захвата целевых аналитов в образце или иммобилизации средств для захвата и средств для выявления, находящихся в растворе, на поверхности пластины, или и то, и другое. Другим примером является потребность в сокращении времени нанесения средства для захвата на поверхность пластины. Другим примером является потребность в сокращении времени смешивания реагента в образце.
Настоящее изобретение предусматривает способы и устройство, которые снижают (т.е. сокращают) время инкубации до насыщения, необходимое для связывания объекта в образце с участком связывания на твердой поверхности (т.е. время для связывания объекта из объема с поверхностью). Другим аспектом настоящего изобретения является снижение времени, необходимого для связывания объекта, хранящегося на поверхности пластины, с участком связывания на поверхности другой пластины (т.е. времени для связывания объекта из одной поверхности с другой поверхностью). Другим аспектом настоящего изобретения является снижение времени, необходимого для добавления/смешивания реагента, хранящегося на поверхности, к объему/с объемом образца (т.е. времени для добавления/смешивания реагента с поверхности с объемом образца).
Настоящее изобретение предусматривает снижение времени инкубации до насыщения при связывании и/или смешивании в анализе с применением устройств и способов, с помощью которых распределяют образец (или жидкость) до более тонкой толщины, снижая тем самым время диффузии объекта через толщину образца. Время диффузии объекта в материале (например, жидком, твердом или полутвердом) пропорционально квадрату расстояния диффузии, поэтому снижение толщины образца может снизить расстояние диффузии, приводя к значительному снижению времени диффузии и времени инкубации до насыщения. Более тонкая толщина (например, плотно ограниченное пространство) также повышает частоту столкновений объекта с другими объектами в материале, дополнительно улучшая связывание и смешивание. Средства в настоящем изобретении также делают снижение толщины образца точным, однородным, быстрым, простым (меньше стадий обработки) и применимым для снижения толщины образца до микрометров или нанометров. Настоящее изобретения имеет значительную применимость при быстрой, недорогой PoC-диагностике и химическом/биологическом анализе. Несколько вариантов осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы на фиг. 1–4.
1.1. Снижение времени инкубации до насыщения при связывании объекта в образце с участком связывания на твердой поверхности за счет снижения толщины образца.
X1. Способ снижения времени инкубации до насыщения при связывании целевого объекта в образце с участком связывания на поверхности пластины, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15, предусматривающий:
(а) получение образца, который является жидкотекучим и содержит целевой объект, который способен к диффузии в образце;
(b) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, который выполнен с возможность связывания с целевым объектом, где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца за счет перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, участок связывания находится в контакте с подходящим объемом, а толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца; и
где сниженная толщина образца снижает время инкубации до насыщения при связывании целевого объекта в подходящем объеме с участком связывания.
В случае определенного объема образца CROF снижает толщину образца, но увеличивает размер образца в горизонтальной проекции. В настоящем изобретении этот факт используют для осуществления (a) локального связывания или смешивания с частью образца и (b) мультиплексирования множественного связывания или смешивания участков без жидкостного барьера для жидкостного разделения образца на различные карманы с отделением жидкостей.
X2. Устройство для снижения времени инкубации до насыщения при связывании целевого объекта в подходящем объеме образца с поверхностью, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые (a) являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, (b) каждая пластина имеет площадь контакта с образцом для приведения в контакт образца, который имеет целевой объект, в подходящем объеме образца, (c) одна из пластин имеет участок связывания, который связывает целевой объект, и (d) по меньшей мере одна из пластин содержит разделители, которые имеют предварительно заданное расстояние между разделителями и высоту и закреплены на своей соответствующей поверхности, где по меньшей мере один из разделителей находится внутри области контакта с образцом;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, и пространство между пластинами не регулируется разделителями,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца размещены между пластинами, участок связывания находится в контакте с подходящим объемом, а толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца; и где сниженная толщина образца снижает время инкубации до насыщения при связывании целевого объекта в подходящем объеме с участком связывания.
1.2. Снижение времени инкубации до насыщения при связывании объекта, хранящегося на поверхности одной пластины, с участком связывания на поверхности другой пластины
X3. Способ снижения времени инкубации до насыщения при связывании объекта, хранящегося на участке хранения одной пластины, с соответствующим участком связывания на другой пластине, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15b, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где поверхность первой пластины имеет участок связывания; а поверхность второй пластины имеет участок хранения, который содержит объект, подлежащий связыванию с участком связывания; где площадь участка связывания и площадь участка хранения меньше площади соответствующих пластин; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение передающей среды, где объект на участке хранения способен растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде;
(c) размещение передающей среды на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение передающей среды за счет перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания, участок хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами, участок связывания и участок хранения находятся по меньшей мере частично на поверхности друг друга, передающая среда контактирует по меньшей мере с частью участка связывания и участка хранения, толщина передающей среды регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем максимальная толщина передающей среды в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где сниженная толщина передающей среды снижает время связывания объекта, хранящегося на второй пластине, с участком связывания на первой пластине.
X4. Устройство для снижения времени инкубации до насыщения при связывании объекта, хранящегося на участке хранения одной пластины, с участком связывания на другой пластине, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15b, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где поверхность первой пластины имеет участок связывания; а поверхность второй пластины имеет участок хранения, который содержит объект, подлежащий связыванию с участком связывания; где площадь участка связывания и площадь участка хранения меньше площади соответствующих пластин; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а передающая среду может размещаться на одной или обеих пластинах, где объект на участке хранения способен растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения передающей среды в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания, участок хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами, участок связывания и участок хранения находятся по меньшей мере частично на поверхности друг друга, передающая среда контактирует по меньшей мере с частью участка связывания и участка хранения, толщина передающей среды регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем максимальная толщина передающей среды в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где сниженная толщина передающей среды снижает время инкубации до насыщения при связывании объекта на участке хранения второй пластины с участком связывания первой пластины.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту X3 и устройства по пункту X4 передающая среда предусматривает жидкость, которая обеспечивает возможность диффузии объекта или реагента или обоих.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту X3 и устройства по пункту X4 передающая среда представляет собой образец, при этом образец содержит аналит (также называемый целевой аналит), который связывается с участком связывания.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту X3 и устройства по пункту X4 передающая среда представляет собой образец, при этом образец содержит аналит (также называемый целевой аналит), который связывается с участком связывания, а реагент представляет собой средство для выявления, которое связывается с аналитами.
1.3. Снижение времени добавления (смешивания) реагента, хранящегося на поверхности, в образец жидкости
Для многих анализов требуется добавление реагентов в образец (в том числе жидкость). Зачастую необходимо контролировать концентрацию реагентов, добавляемых в образец или жидкость. Существуют потребности в новых способах для осуществления добавления таких реагентов и контроля их концентрации, которые являются простыми и/или недорогими. Два примера, при которых требуется добавление реагентов, представляют собой (a) подсчет эритроцитов, где антикоагулянт и/или реагент(ы) для окрашивания можно добавить в образец крови, и (b) иммунологические анализы, где средства для выявления добавляют для связывания целевого аналита в растворе.
Один аспект настоящего изобретения предусматривает способы, устройства и системы, которые делают добавление реагента и контроль концентрации реагента простыми и/или недорогими. В одном варианте осуществления настоящего изобретения слой реагента (например, слой высушенного реагента) вначале наносят на поверхность пластины в устройстве для CROF, а затем образец размещают в устройство для CROF, и в ходе способа CROF образец приводится в контакт с реагентом, и при этом толщина образца тоньше толщины в случае, когда образец находится при открытой конфигурации пластин CROF. За счет снижения толщины образца будет снижаться время диффузии, за которое реагент диффундирует с поверхности в весь образец, и, следовательно, снижается время смешивания реагента с образцом.
X5. Способ снижения времени смешивания реагента, хранящегося на поверхности пластины, с образцом, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15c, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в образец, и при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно определенную высоту;
(b) получение образца;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца за счет перевода пластин в закрытую конфигурацию, при этом в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок хранения и по меньшей мере часть образца находятся между пластинами, образец контактирует по меньшей мере с частью участка хранения, толщину образца на участке хранения регулируют с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где сниженная толщина образца снижает время смешивания реагентов на участке хранения с образцом.
В способе по пункту X5 пока пластины находятся в закрытой конфигурации, дополнительно предусмотрена стадия инкубации, где время инкубации выбрано таким образом, что она приводит к тому, что значительное количество реагентов, растворимых в образце, содержится в подходящем объеме образца, где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке связывания, а инкубация представляет собой процесс, который обеспечивает возможность растворения и диффузии реагента в образце.
В способе по пункту X5 после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, дополнительно предусмотрена стадия, на которой инкубация проводится в течение времени, равного или меньше времени, кратного времени диффузии реагента в образце через толщину образца, регулируемой пластинами при закрытой конфигурации, а затем инкубация прекращается; при этом инкубация обеспечивает возможность диффузии реагента в образце; и при этом коэффициент составляет 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,5, 2, 3, 4, 5, 10, 100, 1000, 10000 или находится в диапазоне между любыми из этих значений. Например, если коэффициент составляет 1,1, а время диффузии составляет 20 секунд, то время инкубации равно 22 секунды или меньше. В одном предпочтительном варианте осуществления коэффициент составляет 0,1, 1, 1,5 или находится в диапазоне между любыми из этих значений.
X6. Устройство для снижения времени добавления реагента, хранящегося на поверхности пластины, в образец, как проиллюстрировано на фиг. 1–4 и 15c, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в образец, при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения передающей среды в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок хранения и по меньшей мере часть образца находятся между пластинами, образец контактирует по меньшей мере с частью участка хранения, толщину образца на участке хранения регулируют с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где сниженная толщина образца снижает время смешивания реагентов на участке хранения с образцом.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройств по любому из пунктов X1–6 подходящий объем образца представляет собой объем образца, который располагается на (т.е. находится на поверхности) участке связывания или участке хранения.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройств по любому из пунктов X1–6 подходящий объем образца представляет собой объем образца, который располагается на (т.е. находится на поверхности) всей области или части области участка связывания или участка хранения.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройств по пунктам X1–6 отношение размера участка связывания или участка хранения в горизонтальной проекции к толщине образца при закрытой конфигурации составляет 1,5 или больше, 3 или больше, 5 или больше, 10 или больше, 20 или больше, 30 или больше, 50 или больше, 100 или больше, 200 или больше, 1000 или больше, 10000 или больше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В способе или устройствах по любому из пунктов X1–6 отношение размера участка связывания или участка хранения в горизонтальной проекции к толщине образца при закрытой конфигурации составляет от 3 до 20 в предпочтительном варианте осуществления, от 20 до 100 в другом предпочтительном варианте осуществления, от 100 до 1000 в другом предпочтительном варианте осуществления, от 1000 до 10000 в другом предпочтительном варианте осуществления.
В некоторых вариантах осуществления способа по любому из пунктов X1 и X3 конечная сниженная толщина образца значительно меньше площади участка связывания, поэтому объекту в области образца, который находится за пределами участка связывания, понадобится больше времени, чтобы связаться с участком связывания. При надлежащем выборе времени инкубации объект, который связывается с участками связывания, будет преимущественно представлять собой объект в объеме образца, который размещается на участке связывания (т.е. в объеме образца, который находится прямо над областью связывания). Тогда расчет концентрации объекта в образце будет основан на толщине образца и площади участка связывания.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту X5 конечная сниженная толщина образца значительно меньше площади участка хранения, так что объекту в области образца, который находится за пределами участка связывания, потребуется больше времени, чтобы связаться с участком связывания. При надлежащем выборе времени инкубации объект, который связывается с участками связывания, будет преимущественно представлять собой объект в объеме образца, который размещается на участке связывания (т.е. в объеме образца, который находится прямо над областью связывания). Тогда расчет концентрации объекта в образце будет основан на толщине образца и площади участка связывания.
В способе по любому из пунктов X2, X4, X6 дополнительно предусмотрено устройство для сжатия, которое переводит пластины из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, при этом в некоторых вариантах осуществления устройство для сжатия представляет собой один вариант осуществления или любую их комбинацию, описанные в настоящем изобретении.
В способе по любому из пунктов X2, X4, X6 дополнительно предусмотрено устройство для сжатия, которое переводит пластины из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, и устройство для удерживания, которое разработано с возможностью удерживания пластин в закрытой конфигурации, в некоторых вариантах осуществления устройство для удерживания представляет собой один вариант осуществления или любую их комбинацию, описанные в настоящем изобретении.
В способе по любому из пунктов X2, X4, X6 дополнительно предусмотрено устройство для сжатия, которое переводит пластины из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, и устройство для удерживания, которое разработано с возможностью удерживания пластин в закрытой конфигурации в течение времени, составляющего 0,001 с или меньше, 0,01 с или меньше, 0,1 с или меньше, 1 с или меньше, 5 с или меньше, 10 с или меньше, 20 с или меньше, 30 с или меньше, 40 с или меньше, 1 мин. или меньше, 2 мин или меньше, 3 мин или меньше, 5 мин или меньше, 10 мин или меньше, 20 мин или меньше, 30 мин или меньше, 60 мин или меньше, 90 мин или меньше, 120 мин или меньше, 180 мин или меньше, 250 мин или меньше или находящегося в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В способе по любому из пунктов X2, X4, X6 дополнительно предусмотрено устройство для сжатия, которое переводит пластины из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, и устройство для удерживания, которое выполнено с возможностью удерживания пластин в закрытой конфигурации в течение времени, составляющего в предпочтительном варианте осуществления 0,001 с или меньше, 0,01 с или меньше, 0,1 с или меньше, 1 с или меньше, 5 с или меньше, 10 с или меньше, 20 с или меньше, 30 с или меньше, 40 с или меньше, 1 мин или меньше, 2 мин или меньше, 3 мин или меньше или находящегося в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Время инкубации. В способе по любому из пунктов X1 и Х3 после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, дополнительно предусмотрена стадия, на которой инкубация проводится в течение времени, равного или меньше времени, кратного времени диффузии объекта в образце, диффундирующего через толщину образца, регулируемой пластинами при закрытой конфигурации, а затем инкубация прекращается; где инкубация обеспечивает возможность связывания объекта с участком связывания; и при этом коэффициент составляет 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,5, 2, 3, 4, 5, 10, 100, 1000, 10000 или находится в диапазоне между любыми из этих значений. Например, если коэффициент составляет 1,1, а время диффузии составляет 20 секунд, то время инкубации равно 22 секунды или меньше. В одном предпочтительном варианте осуществления коэффициент составляет 0,1, 1, 1,5 или находится в диапазоне между из этих значений.
В способе по пункту X5 после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, дополнительно предусмотрена стадия, на которой инкубация проводится в течение времени, равного или меньше времени, кратного времени диффузии реагентов, диффундирующих через толщину образца, регулируемой пластинами при закрытой конфигурации, а затем инкубация прекращается; где инкубация обеспечивает возможность связывания объекта с участком связывания; и при этом коэффициент составляет 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1, 1, 1,1, 1,2, 1,3, 1,5, 2, 3, 4, 5, 10, 100, 1000, 10000 или находится в диапазоне между любыми из этих значений. Например, если коэффициент составляет 1,1, а время диффузии составляет 20 секунд, то время инкубации равно 22 секунды или меньше. В одном предпочтительном варианте осуществления коэффициент составляет 0,1, 1, 1,5 или находится в диапазоне между любыми из этих значений.
Способ по любому из пунктов X1, X3 и X5 или устройство по любому из пунктов X2, X4 и X6, где по меньшей мере один из разделителей находится внутри области контакта с образцом.
Способ по любому из пунктов X1, X3 и X5 или устройство по любому из пунктов X2, X4 и X6, где разделители имеют предварительно заданное расстояние между разделителями,
В способе по любому из пунктов X1, X3, X5 дополнительно предусмотрена стадия инкубации, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, при этом время инкубации до насыщения составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с или меньше, 0,1 с или меньше, 1 с или меньше, 5 с или меньше, 10 с или меньше, 20 с или меньше, 30 с или меньше, 40 с или меньше, 1 мин или меньше, 2 мин или меньше, 3 мин или меньше, 5 мин или меньше, 10 мин или меньше, 20 мин или меньше, 30 мин или меньше, 60 мин или меньше, 90 мин или меньше, 120 мин или меньше, 180 мин или меньше, 250 мин или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В способе по любому из пунктов X1, X3, X5 время инкубации до насыщения при сниженной толщине образца в закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с или меньше, 0,1 с или меньше, 1 с или меньше, 5 с или меньше, 10 с или меньше, 20 с или меньше, 30 с или меньше, 40 с или меньше, 1 мин или меньше, 2 мин или меньше, 3 мин или меньше, 5 мин или меньше, 10 мин или меньше, 20 мин или меньше, 30 мин или меньше, 80 мин или меньше, 90 мин или меньше, 120 мин или меньше, 180 мин или меньше, 250 мин или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления средства для захвата сначала иммобилизуют на участке связывания, затем образец приводят в контакт с участком связывания и объект в образце захватывается средствами для захвата и, наконец, добавляют средства для выявления, подлежащие связыванию с захваченным объектом, и сигнал от средств для выявления будут считывать (например, с помощью оптических способов, электрических способов или их комбинации). В некоторых вариантах осуществления кроме средств для захвата и средств для выявления добавляют другие реагенты (например, блокирующее средство).
Во многих вариантах применения, таких как PoC, желательно иметь простые и/или недорогие устройства и способы для добавления дополнительных реагентов в образец. Один аспект настоящего изобретения связан с простыми и/или недорогими устройствами и способами для добавления дополнительных реагентов в образец. Добавляемые дополнительные реагенты включают средства для выявления, блокирующие средства, усилители светового сигнала, гасители светового сигнала или другие. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения процессы анализа регулируются за счет применения различного времени высвобождения реагентов, хранящихся в одном и том же местоположении. Различного времени высвобождения можно достичь за счет добавления других материалов, которые имеют различную скорость растворения.
В определенных вариантах осуществления концентрацию реагента, смешиваемого с образцом, можно регулировать путем контроля толщины образца (например, регуляции отношения толщины образца к области участка хранения и/или времени смешивания).
2. Пластины, разделители, деления шкалы, регуляция толщины образца
2.1. Конфигурации пластин и регуляция толщины образца
Открытая конфигурация. В некоторых вариантах осуществления в открытой конфигурации две пластины (т.е. первая пластина и вторая пластина) отделены друг от друга. В определенных вариантах осуществления у двух пластин одна сторона соединена вместе во время всех операций с пластинами (в том числе при открытой и закрытой конфигурации), при этом две пластины открываются и закрываются подобно книге. В некоторых вариантах осуществления две пластины имеют прямоугольную (или квадратную) форму и две стороны прямоугольника соединены вместе во время всех операций с пластинами.
В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой пластины находятся далеко друг от друга, вследствие чего образец размещается на одной пластине из пары без препятствия в виде другой пластины из пары.
В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация предусматривает конфигурацию, при которой пластины размещены далеко друг от друга, вследствие чего образец размещается непосредственно на одной пластине, как если бы другая пластина не существовала.
В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация предусматривает конфигурацию, при которой пара пластин разделена друг от друга расстоянием, составляющим по меньшей мере 10 нм, по меньшей мере 100 нм, по меньшей мере 1000 нм, по меньшей мере 0,01 см, по меньшей мере 0,1 см, по меньшей мере 0,5 см, по меньшей мере 1 см, по меньшей мере 2 см или по меньшей мере 5 см или находящимся в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация предусматривает конфигурацию, при которой пара пластин ориентирована в различных направлениях. В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация предусматривает конфигурацию, которая определяет промежуток доступа между парой пластин, в которую они приводятся для осуществления добавления образца.
В некоторых вариантах осуществления открытая конфигурация предусматривает конфигурацию, где каждая пластина имеет поверхность контакта с образцом, и где по меньшей мере одна из поверхностей контакта у пластин является не покрытой, когда пластины находятся в открытой конфигурации.
Закрытая конфигурация и регуляция толщины образца. В настоящем изобретении закрытая конфигурация двух пластин представляет собой конфигурацию, при которой пространство (т.е. расстояние) между внутренними поверхностями двух пластин регулируется разделителями между двумя пластинами. Поскольку внутренние поверхности (также называемые «поверхность для образца») пластин находятся в контакте с образцом во время стадии сжатия процесса CROF, то при закрытой конфигурации толщина образца регулируется с помощью разделителей.
Во время процесса перевода пластин из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию пластины обращены друг к другу (по меньшей мере часть пластин обращена друг к другу), и при этом для перевода двух пластин вместе прилагают силу. Если две пластины приводят из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, то внутренние поверхности двух пластин сжимают образец, размещенный на пластине(ах), со снижением толщины образца (при этом образец перемещается в виде открытого потока в направлении горизонтальной проекции между пластинами), а толщина подходящего объема образца определяется с помощью разделителей, пластин и способа, который применяется, а также механических/жидкостных свойств образца. Толщину при закрытой конфигурации можно предварительно задавать для определенного образца и определенных разделителей, пластин и способа сдавливания пластин.
Термины «регуляция пространства между внутренними поверхностями пластин с помощью разделителей», или «регуляция толщины образца с помощью пластин и разделителя», или «толщина образца регулируется с помощью разделителей и пластин» означают, что толщина образца в процессе CROF задается с помощью определенных пластин, разделителей, образца и способа сдавливания.
В некоторых вариантах осуществления регулируемая толщина образца при закрытой конфигурации является такой же, как и высота разделителя; в этом случае при закрытой конфигурации разделители непосредственно контактируют с обеими пластинами (при одна пластина представляет собой пластину, на которой закреплен разделитель, а другая пластина представляет собой пластину, которая приводится в контакт с разделителем).
В определенных вариантах осуществления регулируемая толщина образца при закрытой конфигурации больше, чем высота разделителя; в этом случае при закрытой конфигурации разделители непосредственно контактируют только с пластиной, на которой разделители закреплены или присоединены к ее поверхности, и опосредованно контактируют с другой пластиной (т.е. опосредованный контакт). Термин «опосредованный контакт» с пластиной означает, что разделитель и пластина отделены за счет тонкого слоя образца, который называется «остаточным слоем образца», а его толщина называется «остаточной толщиной». В случае определенных разделителей и пластин, определенного способа сдавливания пластин и определенного образца остаточная толщина может быть предварительно заданной (предварительно заданный означает перед достижением закрытой конфигурации), что приводит к предварительному заданию толщины образца при закрытой конфигурации. Это происходит благодаря тому, что остаточный слой является одинаковым в случае определенных условий (образца, разделителей, пластин и силы сдавливания) и его можно предварительно калибровать и/или рассчитывать. Регулируемая толщина образца примерно равна высоте разделителя вместе с остаточной толщиной образца.
Во многих вариантах осуществления размер и форма столбиков являются предварительно охарактеризованными (т.е. предварительно заданными) перед их применением. Информацию о предварительно заданных параметрах применяют для проведения в дальнейшем анализа, такого как определение объема образца (или подходящего объема) и т.д.
В некоторых вариантах осуществления регулирование толщины образца включает применение замыкающей силы (силы сжатия) в отношении пластин для поддержания пространства между пластинами.
В некоторых вариантах осуществления регулирование толщины образца включает установление пространства между пластинами с помощью разделителей, замыкающую силу, применяемую к пластинам, и физические свойства образца, и необязательно при этом физические свойства образца включают по меньшей мере одно из вязкости и сжимаемости.
2.2. Пластины
В настоящем изобретении, как правило, пластины для CROF изготовлены из любого материала, который (i) способен применяться вместе с разделителями для регуляции толщины части или всего объема образца, и (ii) не имеет значительных нежелательных эффектов в отношении образца, анализу или цели, которую предполагается осуществить с помощью пластин. Однако в некоторых вариантах осуществления для достижения определенных целей для пластины применяют конкретные материалы (что связано с их свойствами).
В некоторых вариантах осуществления две пластины характеризуются одинаковыми или различными параметрами в случае каждого из следующих параметров: материал пластины, толщина пластины, форма пластины, площадь пластины, гибкость пластины, свойства поверхности пластины и оптическая прозрачность пластины.
Материалы для пластин. Пластины изготавливаются из одного материала, композитных материалов, нескольких материалов, многослойных материалов, сплавов или их комбинации. Каждый из материалов для пластины представляет собой неорганический материал, органический материал или смесь, где примеры материалов представлены в пунктах Mat-1 и Mat-2.
Mat-1. Неорганические материалы для пластин включают без ограничения стекло, кварц, оксиды, диоксид кремния, нитрид кремния, оксид гафния (HfO), оксид алюминия (AIO), полупроводники: (кремний, GaAs, GaN и т.д.), металлы (например, золото, серебро, медь, алюминий, Ti, Ni и т.д.), керамические материалы или любые их комбинации.
Mat-2. Органические материалы для разделителей включают без ограничения полимеры (например, пластики) или аморфные органические материалы. Полимерные материалы для разделителей включают без ограничения акрилатные полимеры, виниловые полимеры, олефиновые полимеры, целлюлозные полимеры, нецеллюлозные полимеры, сложнополиэфирные полимеры, нейлон, циклический олефиновый сополимер (COC), поли(метилметакрилат) (PMMA), поликарбонат (PC), циклический олефиновый полимер (COP), жидкокристаллический полимер (LCP), полиамид (PA), полиэтилен (PE), полиимид (PI), полипропилен (PP), поли(фенилэфир) (PPE), полистирол (PS), полиоксиметилен (POM), полиэфирный эфиркетон (PEEK), полиэфирсульфон (PES), поли(этиленфталат) (PET), политетрафторэтилен (PTFE), поливинилхлорид (PVC), поливинилиденфторид (PVDF), полибутилентерефталат (PBT), фторированный этилен-пропилен (FEP), перфторалкоксиалкан (PFA), полидиметилсилоксан (PDMS), резины или любые их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления каждая из пластин независимо изготовлена по меньшей мере из одного из стекла, пластика, керамического материала и металла. В некоторых вариантах осуществления каждая пластина независимо включает по меньшей мере одно из стекла, пластика, керамического материала и металла.
В некоторых вариантах осуществления одна пластина отличается от другой пластины площадью в горизонтальной проекции, толщиной, формой, материалами или обработкой поверхности. В некоторых вариантах осуществления одна пластина является такой же, как и другая пластина, по площади в горизонтальной проекции, толщине, форме, материалам или обработке поверхности.
Материалы для пластин являются жесткими, гибкими или характеризуются любой гибкостью между этими двумя состояниями. Жесткость (т.е. неэластичность) или гибкость определяются относительно определенных сил сдавливания, применяемых при переводе пластин в закрытую конфигурацию.
В некоторых вариантах осуществления выбор жесткой или гибкой пластины определяют, исходя из требований контроля однородности толщины образца при закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из двух пластин является прозрачной (для света). В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть или несколько частей одной пластины или обеих пластин являются прозрачными. В некоторых вариантах осуществления пластины являются непрозрачными.
Толщина пластин. В некоторых вариантах осуществления средняя толщина по меньшей мере одной из пластин составляет 2 нм или меньше, 10 нм или меньше, 100 нм или меньше, 500 нм или меньше, 1000 нм или меньше, 2 мкм (микрона) или меньше, 5 мкм или меньше, 10 мкм или меньше, 20 мкм или меньше, 50 мкм или меньше, 100 мкм или меньше, 150 мкм или меньше, 200 мкм или меньше, 300 мкм или меньше, 500 мкм или меньше, 800 мкм или меньше, 1 мм (миллиметр) или меньше, 2 мм или меньше, 3 мм или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления средняя толщина по меньшей мере одной из пластин составляет не более 3 мм (миллиметров), не более 5 мм, не более 10 мм, не более 20 мм, не более 50 мм, не более 100 мм, не более 500 мм или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления толщина пластины не является однородной на всем протяжении пластины. Применение различной толщины пластин в разных местоположениях можно применять для контроля изгиба пластины, сворачивания, регуляции толщины образца и т.д.
Форма и площадь пластин. Как правило, пластины могут иметь любую форму, при условии, что форма обеспечивает возможность сжатия открытого потока образца и регуляции толщины образца. Однако в определенных вариантах осуществления может быть предпочтительной определенная форма. Форма пластины может быть круглой, эллиптической, прямоугольной, треугольной, многоугольной, кольцевой или представлять собой любые наложения из этих форм.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В некоторых вариантах осуществления две пластины могут иметь одинаковый размер или форму или могут отличаться. Площадь пластин зависит от применения. Площадь пластины составляет не более 1 мм (квадратного миллиметра), не более 10 мм, не более 100 мм, не более 1 см (квадратного сантиметра), не более 5 см, не более 10 см, не более 100 см, не более 500 см, не более 1000 см, не более 5000 см, не более 10000 см или свыше 10000 см или находится в любом диапазоне между любыми двумя из этих значений. Форма пластины может быть прямоугольной, квадратной, круглой или другой.
В определенных вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин имеет форму полоски (или ленты), которая характеризуется шириной, толщиной и длиной. Ширина составляет не более 0,1 см (сантиметра), не более 0,5 см, не более 1 см, не более 5 см, не более 10 см, не более 50 см, не более 100 см, не более 500 см, не более 1000 см или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений. Длина может быть такой длины, как требуется. Полоска может быть свернута в рулон.
Ровность поверхности пластины. Во многих вариантах осуществления внутренняя поверхность пластин является ровной или в значительной степени ровной, плоской. В определенных вариантах осуществления при закрытой конфигурации две внутренние поверхности расположены параллельно друг другу. Ровные внутренние поверхности облегчают количественное определение и/или контроль толщины образца просто путем применения предварительно заданной высоты разделителей при закрытой конфигурации. В случае внутренних поверхностей пластины, не являющихся ровными, для количественного определения и/или контроля толщины образца при закрытой конфигурации необходимо знать не только высоту разделителя, но также точную топологию внутренней поверхности. Для определения топологии поверхности необходимы дополнительные измерения и/или поправки, которые могут быть сложными, затратными по времени и дорогостоящими.
Ровность поверхности пластины определяется относительно конечной толщины образца (конечная толщина образца представляет собой толщину при закрытой конфигурации), и зачастую она характеризуется термином «относительная ровность поверхности», который представляет собой отношение вариации ровности поверхности пластины к конечной толщине образца.
В некоторых вариантах осуществления относительная поверхность составляет меньше 0,01%, 0,1%, меньше 0,5%, меньше 1%, меньше 2%, меньше 5%, меньше 10%, меньше 20%, меньше 30%, меньше 50%, меньше 70%, меньше 80%, меньше 100% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Параллельность поверхности пластин. В некоторых вариантах осуществления две поверхности пластины являются в значительной степени параллельными друг другу. В определенных вариантах осуществления две поверхности пластины не являются параллельными друг другу.
Гибкость пластин. В некоторых вариантах осуществления пластина является гибкой при сжатии в ходе процесса CROF. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются гибкими при сжатии в ходе процесса CROF. В некоторых вариантах осуществления одна пластина является жесткой, а другая пластина является гибкой при сжатии в ходе процесса CROF. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются жесткими. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются гибкими, однако характеризуются разной гибкостью.
Оптическая прозрачность пластин. В некоторых вариантах осуществления пластина является оптически прозрачной. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются оптически прозрачными. В некоторых вариантах осуществления одна пластина является оптически прозрачной, а другая пластина является непрозрачной. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются непрозрачными. В некоторых вариантах осуществления обе пластины являются оптически прозрачными, однако характеризуются разной оптической прозрачностью. Оптическая прозрачность пластины относится к части или всей площади пластины.
Свойства смачивания поверхности. В некоторых вариантах осуществления пластина имеет внутреннюю поверхность, которая смачивается (т.е. угол смачивания составляет менее 90 градусов) образцом, передающей жидкостью или обоими. В некоторых вариантах осуществления обе пластины имеют внутреннюю поверхность, которая смачивается образцом, передающей жидкостью или обоими; при этом смачиваемость является либо одинаковой, либо различной. В некоторых вариантах осуществления одна пластина имеет внутреннюю поверхность, которая смачивается образцом, передающей жидкостью или обоими; а другая пластина имеет внутреннюю поверхность, которая не смачивается (т.е. угол смачивания равен 90 градусов или более). Смачивание внутренней стороны пластины относится к части или всей площади пластины.
В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность пластины имеет другие нано- или микроструктуры для контроля горизонтального потока образца во время CROF. Нано- или микроструктуры включают без ограничения каналы, насосы и т.д. Нано- или микроструктуры также применяются для контроля свойств смачивания внутренней поверхности.
2.3. Разделители
Функция разделителей. В настоящем изобретении разделители выполнены с возможностью получения одной или любых комбинаций следующих функций и свойств: разделители выполнены с возможностью (1) контроля вместе с пластинами толщины образца или подходящего объема образца (предпочтительно контроль толщины является точным или однородным, или и то, и другое, на подходящей площади); (2) обеспечения сжатого регулируемого открытого потока (CROF) образца на поверхности пластины; (3) не занимания значительной площади (объема) поверхности в определенной площади (объеме) образца; (4) снижения или повышения эффекта осаждения частиц или аналитов в образце; (5) изменения и/или контроля свойств смачивания внутренней поверхности пластин; (6) идентификации местоположения на пластине, масштаба размера и/или информации, связанной с пластиной, или (7) выполнения любой комбинации из вышеуказанного.
Дизайн и формы разделителей. В определенных вариантах осуществления для достижения требуемого снижения и контроля толщины образца разделители закреплены на соответствующей пластине. Как правило, разделитель может иметь любую форму, при условии, что разделители способны регулировать толщину образца во время процесса CROF, однако для достижения определенных функций, таких как лучшая однородность, меньшее превышение при сдавливания и т.д., предпочтительными являются определенные формы.
Разделитель(и) представляет собой одиночный разделитель или множество разделителей (например, массив) В некоторых вариантах осуществления множество разделителей представляет собой массив из разделителей (например, столбиков), при этом расстояние между разделителями является периодическим или непериодическим, или является периодическим или непериодическим в определенных областях пластин, или они характеризуются разными расстояниями в разных областях пластин.
Существует два вида разделителей: разделители открытого типа и разделители ограждающего типа. Разделитель открытого типа представляет собой разделитель, который позволяет образцу протекать через разделитель (т.е. образец протекает вокруг и проходит мимо разделителя. Например, разделителем является стойка), а разделитель ограждающего типа представляет собой разделитель, который останавливает поток образца (т.е. образец не может перетекать за пределы разделителя. Например, разделитель имеет кольцевую форму, а образец находится внутри кольца.). В случае обоих типов разделителей их высота применяется для регуляции конечной толщины образца при закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой только разделители открытого типа. В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой только разделители ограждающего типа. В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой комбинацию разделителей открытого типа и разделителей ограждающего типа.
Термин «разделитель-столбик» означает, что разделитель имеет форму столбика, и разделитель-столбик относится к объекту, который характеризуется высотой и формой в горизонтальной проекции, которые обеспечивают возможность протекания образца вокруг него во время сжатого открытого потока.
В некоторых вариантах осуществления виды формы в горизонтальной проекции у разделителей-столбиков представляют собой форму, выбранную из группы, состоящей из (i) круглой, эллиптической, прямоугольной, треугольной, многоугольной, кольцевой, звездообразной, формы в виде букв (например, L-образной, C-образной, в виде букв от A до Z), формы в виде цифр (например, формы, подобной 0, 1, 2, 3, 4, …. до 9); (ii) форм из группы (i) по меньшей мере с одним закругленным углом; (iii) формы из группы (i) с зигзагообразными или шероховатыми краями и (iv) любого наложения (i), (ii) и (iii). В случае нескольких разделителей различные разделители могут иметь различную форму в горизонтальной проекции, а также размер и различное расстояние от соседних разделителей.
В некоторых вариантах осуществления разделители могут представлять собой и/или могут включать стойки, столбики, гранулы, сферы и/или другие подходящие геометрические фигуры. Форма и размер в горизонтальной проекции (т.е. пересечение с соответствующей поверхностью пластины) разделителей могут быть любыми, за исключением следующих ограничений в определенных вариантах осуществления: (i) геометрические характеристики разделителя не будут обусловливать значительную ошибку в измерении толщины и объема образца; или (ii) геометрические характеристики не будут препятствовать вытеканию образца между пластинами (т.е. они не имеют ограждающую форму). Однако в некоторых вариантах осуществления требуется, чтобы некоторые разделители представляли собой разделители закрытого типа для ограничения потока образца.
В некоторых вариантах осуществления формы разделителей имеют закругленные углы. Например, у разделителя в форме прямоугольника один, несколько или все углы закруглены (подобно кругу, вместо угла 90 градусов). Круглый угол зачастую облегчает изготовление разделителя, а в некоторых случаях он меньше повреждает биологических материал.
Боковая стенка столбиков может быть прямой, кривой, наклоненной или иметь различную форму в различных участках боковой стенки. В некоторых вариантах осуществления разделители представляют собой столбики, имеющие различные формы в горизонтальной проекции, боковые стенки и отношение высоты столбика к площади столбика в горизонтальной проекции.
В предпочтительном варианте осуществления разделители имеют форму столбиков, которая обеспечивает возможность открытого потока.
Материалы для разделителей. В настоящем изобретении разделители, как правило, изготовлены из любого материала, который способен применяться вместе с двумя пластинами для регуляции толщины подходящего объема образца. В некоторых вариантах осуществления материалы для разделителей отличаются от материалов для пластин. В некоторых вариантах осуществления материалы для разделителей являются по меньшей мере такими же, как часть материалов по меньшей мере одной пластины.
Разделители изготавливают из одного материала, композитных материалов, нескольких материалов, многослойных материалов, сплавов или их комбинации. Каждый из материалов для разделителей представляет собой неорганический материал, органический материал или смесь, где примеры материалов представлены в пунктах Mat-1 и Mat-2. В предпочтительном варианте осуществления разделители изготовлены из того же материала, что и пластина, применяемая в CROF.
Механическая прочность и гибкость разделителей. В некоторых вариантах осуществления механическая прочность разделителей является достаточной, чтобы во время сжатия и при закрытой конфигурации пластин высота разделителей оставалась такой же или в значительной степени такой же, как высота, когда пластины находятся в открытой конфигурации. В некоторых вариантах осуществления отличия разделителей в открытой конфигурации и закрытой конфигурацией могут быть охарактеризованными и предварительно заданными.
Материал для разделителей является жестким, гибким или характеризуется любой гибкостью между этими двумя состояниями. Жесткость определяется относительно определенных сил сдавливания, применяемых для перевода пластин в закрытую конфигурацию: если разделитель не деформируется более чем на 1% по своей высоте при приложении силы сдавливания, то материал разделителя считается жестким, в противном случае – гибким. Если разделитель изготовлен из гибкого материала, то конечная толщина образца при закрытой конфигурации все еще может быть предварительно заданной, исходя из силы сдавливания и механических свойств разделителя.
Разделитель внутри образца. Для достижения требуемого контроля и снижения толщины образца, в частности, для достижения удовлетворительной однородности толщины образца, в определенных вариантах осуществления разделители помещены внутри образца или подходящего объема образца. В некоторых вариантах осуществления имеется один или более разделителей внутри образца или подходящего объема образца, при этом с надлежащим расстоянием между разделителями. В определенных вариантах осуществления по меньшей мере один из разделителей находится внутри образца, по меньшей мере два из разделителей находятся внутри образца или подходящего объема образца, или по меньшей мере «n» разделителей находятся внутри образца или подходящего объема образца, где «n» может определяться однородностью толщины образца или требуемыми свойствами потока образца во время CROF.
Высота разделителей. В некоторых вариантах осуществления все разделители имеют одинаковую предварительно заданную высоту. В некоторых вариантах осуществления разделители имеют разную предварительно заданную высоту. В некоторых вариантах осуществления разделители могут быть разделены на группы или области, где каждая группа или область имеет свою собственную высоту разделителя. А также в определенных вариантах осуществления предварительно заданная высота разделителей представляет собой среднюю высоту разделителей. В некоторых вариантах осуществления разделители имеют примерно одинаковую высоту. В некоторых вариантах осуществления некоторая процентная доля из числа разделителей имеет одинаковую высоту.
Высоту разделителей выбирают на основании требуемой регулируемой конечной толщины образца и остаточной толщины образца. Высота разделителя (предварительно заданная высота разделителя) и/или толщина образца составляют 3 нм или меньше, 10 нм или меньше, 50 нм или меньше, 100 нм или меньше, 200 нм или меньше, 500 нм или меньше, 800 нм или меньше, 1000 нм или меньше, 1 мкм или меньше, 2 мкм или меньше, 3 мкм или меньше, 5 мкм или меньше, 10 мкм или меньше, 20 мкм или меньше, 30 мкм или меньше, 50 мкм или меньше, 100 мкм или меньше, 150 мкм или меньше, 200 мкм или меньше, 300 мкм или меньше, 500 мкм или меньше, 800 мкм или меньше, 1 мм или меньше, 2 мм или меньше, 4 мм или меньше или находятся в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Высота разделителя и/или толщина образца составляют от 1 нм до 100 нм в одном предпочтительном варианте осуществления, от 100 нм до 500 нм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 500 нм до 1000 нм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 1 мкм (т.е. 1000 нм) до 2 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 2 мкм до 3 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 3 мкм до 5 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 5 мкм до 10 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, а также от 10 мкм до 50 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 50 мкм до 100 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления.
В некоторых вариантах осуществления высота разделителя и/или толщина образца (i) равны или немного больше минимального размера аналита, или (ii) равны или немного больше максимального размера аналита. «Немного больше» означает, что значение на приблизительно 1% - 5% больше и на любое число между этими двумя значениями.
В некоторых вариантах осуществления высота разделителя и/или толщина образца больше минимального размера аналита (например, аналит имеет анизотропную форму), однако меньше максимального размера аналита.
Например, эритроцит имеет форму диска с минимальным размером 2 мкм (толщина диска) и максимальным размером 11 мкм (диаметр диска). В одном варианте осуществления настоящего изобретения выбирают разделители так, чтобы пространство между внутренними поверхностями пластин в подходящей области составило 2 мкм (равно минимальному размеру) в одном варианте осуществления, 2,2 мкм в другом варианте осуществления или 3 мкм (на 50% больше минимального размера) в другом варианте осуществления, однако меньше максимального размера эритроцита. Такой вариант осуществления имеет определенные преимущества при подсчете клеток крови, в одном варианте осуществления для подсчета эритроцитов путем получения промежутка между внутренними поверхностями, составляющего 2 или 3 мкм и любое число между этими двумя значениями, образец неразбавленной цельной крови заключается в промежуток, при этом в среднем каждый эритроцит (RBC) не перекрывается с другими, что обеспечивает возможность точного подсчета эритроцитов визуально. (Слишком много перекрытий между RBC может вызывать серьезные ошибки при подсчете).
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пластины и разделители применяются для регуляции не только толщины образца, но также ориентации и/или плотности распределения по поверхности аналитов/объектов в образце, когда пластины находятся в закрытой конфигурации. Если пластины находятся в закрытой конфигурации, то меньшая толщина образца приводит к меньшему количеству аналитов/объектов на площадь поверхности (т.е. к меньшей концентрации на поверхности).
Размер разделителя в горизонтальной проекции. В случае разделителя открытого типа размеры в горизонтальной проекции могут характеризоваться их размером в горизонтальной проекции (иногда называемого шириной) по оси x и y – двух ортогональных направлениях. Размер разделителя в горизонтальной проекции в каждом направлении является одинаковым или различным. В некоторых вариантах осуществления размер в горизонтальной проекции для каждого направления (x или y) составляет….
В некоторых вариантах осуществления соотношение размеров в горизонтальной проекции по направлению оси x и y составляет 1, 1,5, 2, 5, 10, 100, 500, 1000, 10000 или находится в диапазоне между любыми двумя из значений. В некоторых вариантах осуществления для регуляции направления движения образца применяется другое соотношение; при этом чем больше соотношение, тем больше поток вдоль одного направления (направления с большей величиной).
В некоторых вариантах осуществления применяют разделители с разными размерами в горизонтальной проекции в направлении оси x и y, чтобы (a) применять разделители в виде масштабных меток для указания ориентации пластин, (b) применять разделители для создания большего потока образца в предпочтительном направлении, или и для того, и для другого.
В предпочтительном варианте осуществления период, ширина и высота.
В некоторых вариантах осуществления все разделители имеют одинаковую форму и размеры. В некоторых вариантах осуществления каждый разделитель имеет отличающиеся размеры в горизонтальной проекции.
В случае разделителей ограждающего типа в некоторых вариантах осуществления внутреннюю форму и размер в горизонтальной проекции выбирают, исходя из общего объема образца, подлежащего ограничению с помощью разделителя(ей) ограждающего типа, где размер объема был описан в настоящем изобретении; и в определенных вариантах осуществления внешнюю форму и размер в горизонтальной проекции выбирают, исходя из силы, необходимой для сдерживания давления жидкости в направлении разделителя и давления сжатия, которое обеспечивает сдавливание пластин.
Аспектовое отношение высоты к среднему размеру разделителя-столбика в горизонтальной проекции.
В определенных вариантах осуществления аспектовое отношение высоты к среднему размеру разделителя-столбика в горизонтальной проекции составляет 100000, 10000, 1000, 100, 10, 1, 0,1, 0,01, 0,001, 0,0001, 0, 00001 или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Прецизионность высоты разделителей. Высоту разделителей можно контролировать точно. Относительная прецизионность разделителя (т.е. отношение отклонения к требуемой высоте разделителя) составляет 0,001% или меньше, 0,01% или меньше, 0,1% или меньше; 0,5% или меньше, 1% или меньше, 2% или меньше, 5% или меньше, 8% или меньше, 10% или меньше, 15% или меньше, 20% или меньше, 30% или меньше, 40% или меньше, 50% или меньше, 60% или меньше, 70% или меньше, 80% или меньше, 90% или меньше, 99,9% или меньше или находится в диапазоне между любыми из этих значений.
Расстояние между разделителями. Разделители могут представлять собой одиночный разделитель или множество разделителей на пластине или в подходящей площади образца. В некоторых вариантах осуществления разделители на пластинах выполнены с возможностью образования массива и/или упорядочены в форме массива, и массив является периодическим, непериодическим или периодическим в некоторых местоположениях на пластине, при этом является непериодическим в других местоположениях.
В некоторых вариантах осуществления периодический массив из разделителей имеет форму решетки из квадратов, прямоугольников, треугольников, шестиугольников, многоугольников или любой их комбинации, где комбинация означает, что различные местоположения на пластине имеют различные решетки из разделителей.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями в массиве из разделителей является периодическим (т.е. однородным расстоянием между разделителями) по меньшей мере в одном направлении массива. В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями выполнено с возможностью улучшения однородности пространства между пластинами при закрытой конфигурации.
Расстояние между соседними разделителями (т.е. расстояние между разделителями) составляет 1 мкм или меньше, 5 мкм или меньше, 10 мкм или меньше, 20 мкм или меньше, 30 мкм или меньше, 40 мкм или меньше, 50 мкм или меньше, 60 мкм или меньше, 70 мкм или меньше, 80 мкм или меньше, 90 мкм или меньше, 100 мкм или меньше, 200 мкм или меньше, 300 мкм или меньше, 400 мкм или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В определенных вариантах осуществления расстояние между разделителями составляет 400 мкм или меньше, 500 мкм или меньше, 1 мм или меньше, 2 мм или меньше, 3 мм или меньше, 5 мм или меньше, 7 мм или меньше, 10 мм или меньше или находится в любом диапазоне между этими значениями. В определенных вариантах осуществления расстояние между разделителями составляет 10 мм или меньше, 20 мм или меньше, 30 мм или меньше, 50 мм или меньше, 70 мм или меньше, 100 мм или меньше или находится в любом диапазоне между этими значениями.
Расстояние между соседними разделителями (т.е. расстояние между разделителями) выбирают таким образом, чтобы для определенных свойств пластин и образца при закрытой конфигурации пластин вариация толщины образца между двумя соседними разделителями в некоторых вариантах осуществления составляла не более 0,5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 50%, 80% или находилась в любом диапазоне между этими значениями; или в определенных вариантах осуществления составляла не более 80%, 100%, 200%, 400% или находилась в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Очевидно, что для поддержания определенной вариации толщины образца между двумя соседними разделителями в случае применения более гибкой пластины требуется меньшее расстояние между разделителями.
Необходимо определить точность расстояния между разделителями.
В предпочтительном варианте осуществления разделитель представляет собой периодический массив из квадратов, где разделитель представляет собой столбик, который имеет высоту 2–4 мкм, средний размер в горизонтальной проекции от 5 до 20 мкм, а пространство между разделителями составляет от 1 мкм до 100 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления разделитель представляет собой периодический массив из квадратов, где разделитель представляет собой столбик, который имеет высоту 2–4 мкм, средний размер в горизонтальной проекции от 5 до 20 мкм, а пространство между разделителями составляет от 100 мкм до 250 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления разделитель представляет собой периодический массив из квадратов, где разделитель представляет собой столбик, который имеет высоту 4–50 мкм, средний размер в горизонтальной проекции от 5 до 20 мкм, а пространство между разделителями составляет от 1 мкм до 100 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления разделитель представляет собой периодический массив из квадратов, где разделитель представляет собой столбик, который имеет высоту 4–50 мкм, средний размер в горизонтальной проекции от 5 до 20 мкм, а пространство между разделителями составляет от 100 мкм до 250 мкм.
Период массива разделителей составляет от 1 нм до 100 нм в одном предпочтительном варианте осуществления, от 100 нм до 500 нм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 500 нм до 1000 нм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 1 мкм (т.е. 1000 нм) до 2 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 2 мкм до 3 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 3 мкм до 5 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 5 мкм до 10 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 10 мкм до 50 мкм в другом предпочтительном варианте осуществления, от 50 мкм до 100 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления, от 100 мкм до 175 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления и от 175 до 300 мкм в отдельном предпочтительном варианте осуществления.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Плотность разделителей. Разделители упорядочены на соответствующих пластинах при плотности распределения по поверхности, составляющей более одного на мкм, более одного на 10 мкм, более одного на 100 мкм, более одного на 500 мкм, более одного на 1000 мкм, более одного на 5000 мкм, более одного на 0,01 мм, более одного на 0,1 мм, более одного на 1 мм, более одного на 5 мм, более одного на 10 мм, более одного на 100 мм, более одного на 1000 мм, более одного на 10000 мм или в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
(3) разделители выполнены с возможностью не занимать значительную площадь (объем) поверхности в определенной площади (объеме) образца;
Отношение объема разделителей к объему образца. Во многих вариантах осуществления отношение объема разделителей (т.е. объема разделителя) к объему образцов (т.е. объему образца) и/или отношение объема разделителей, которые находятся внутри подходящего объема образца, к подходящему объему образца контролируют для достижения определенных преимуществ. Преимущества включают без ограничения контроль однородности толщины образца, однородность аналитов, свойства потока образца (например, скорость потока, направление потока и т.д.).
В определенных вариантах осуществления отношение объема разделителей r) к объему образца и/или отношение объема разделителей, которые находятся внутри подходящего объема образца, к подходящему объема образца составляют меньше 100%, не более 99%, не более 70%, не более 50%, не более 30%, не более 10%, не более 5%, не более 3%, не более 1%, не более 0,1%, не более 0,01%, не более 0,001% или находится в диапазоне между любыми из этих значений.
Разделители, закрепленные на пластинах. Расстояние между разделителями и ориентация разделителей, которые играют ключевую роль в настоящем изобретении, предпочтительно сохраняются во время процесса перевода пластин из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию, и/или предпочтительно они являются предварительно заданными перед процессом перевода из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают, что разделители закреплены на одной из пластин перед переводом пластин в закрытую конфигурацию. Термин «разделитель закреплен на своей соответствующей пластине» означает, что разделитель прикреплен к пластине, и прикрепление сохраняется во время применения пластины. Примером того, что «разделитель закреплен на своей соответствующей пластине», является то, что разделитель выполнен монолитно в виде одной части материала пластины, и положение разделителя относительно поверхности пластины не меняется. Примером того, что «разделитель не закреплен на своей соответствующей пластине», является то, что разделитель приклеен к пластине с помощью адгезива, однако в ходе применения пластины адгезив не может удерживать разделитель в его исходном местоположении на поверхности пластины (т.е. разделитель смещается от своего исходного положения на поверхности пластины).
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине. В определенных вариантах осуществления два разделителя закреплены на своих соответствующих пластинах. В определенных вариантах осуществления большинство разделителей закреплены на своих соответствующих пластинах. В определенных вариантах осуществления все разделители закреплены на своих соответствующих пластинах.
В некоторых вариантах осуществления разделитель закреплен на пластине монолитно.
В некоторых вариантах осуществления разделители закреплены на своей соответствующей пластине с помощью одного или любой комбинации из следующих способов и/или конфигураций: прикреплены, связаны, слиты, впечатаны и вытравлены.
Термин «впечатанный» означает, что разделитель и пластина закреплены монолитно за счет впечатывания (например, тиснения) части материала с образованием разделителя на поверхности пластины. Материал может представлять собой однослойный материал или несколько слоев материала.
Термин «вытравленный» означает, что разделитель и пластина закреплены монолитно путем травления части материала с образованием разделителя на поверхности пластины. Материал может представлять собой однослойный материал или несколько слоев материала.
Термин «слитый» означает, что разделитель и пластина закреплены монолитно за счет прикрепления разделителя и пластины вместе, при этом исходные материалы для разделителя и пластины слиты друг с другом, и имеется явная граница материала между двумя материалами после слияния.
Термин «связанный» означает, что разделитель и пластина закреплены монолитно за счет связывания разделителя и пластины путем адгезии.
Термин «прикрепленный» означает, что разделитель и пластина соединены вместе.
В некоторых вариантах осуществления разделители и пластина изготовлены из одинаковых материалов. В другом варианте осуществления разделители и пластина изготовлены из разных материалов. В другом варианте осуществления разделитель и пластина образуются в виде одной части. В другом варианте осуществления один конец разделителя закреплен на своей соответствующей пластине, при этом конец открыт для приспособления к различным конфигурациям двух пластин.
В другом варианте осуществления каждый из разделителей независимо по меньшей мере прикреплен, связан, слит, впечатан или вытравлен в соответствующей пластине. Термин «независимо» означает, что один разделитель закреплен на своей соответствующей пластине с помощью такого же или отличающегося способа, который выбран из способов, связанных с прикреплением, связыванием, слиянием, впечатыванием и травлением в соответствующей пластине.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере расстояние между двумя разделителями является предварительно заданным («предварительно заданное расстояние между разделителями» означает, что расстояние известно, когда потребитель применяет пластины.).
В некоторых вариантах осуществления всех способов и устройств, описанных в данном документе, кроме закрепленных разделителей имеются дополнительные разделители.
Специфическая толщина образца. В настоящем изобретении было замечено, что большей удерживающей силы в отношении пластин (т.е. силы, которая удерживает две пластины вместе) можно достичь путем применения более маленького пространства между пластинами (для определенной площади образца) или большей площади образца (для определенного пространства между пластинами), или обоих.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин является прозрачной в участке, охватывающем подходящую область, каждая пластина имеет внутреннюю поверхность, выполненную с возможностью контакта с образцом при закрытой конфигурации; внутренние поверхности пластин практически параллельны друг другу в закрытой конфигурации; внутренние поверхности пластин практически плоские, за исключением местоположений, которые имеют разделители; или любая их комбинация.
2.4. Конечная толщина и однородность образца
В некоторых вариантах осуществления в значительной степени «ровный» определяется относительно конечной толщины образца, и характеризуется в зависимости от вариантов осуществления и применений отношением к толщине образца, составляющим меньше 0,1%, меньше 0,5%, меньше 1%, меньше 2%, меньше 5% или меньше 10% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления ровность относительно толщины образца может составлять меньше 0,1%, меньше 0,5%, меньше 1%, меньше 2%, меньше 5%, меньше 10%, меньше 20%, меньше 50% или меньше 100% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления в значительной степени «ровный» может означать, что вариация ровности поверхности сама по себе (измеренная на основании средней толщины) составляет меньше 0,1%, меньше 0,5%, меньше 1%, меньше 2%, меньше 5% или меньше 10% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений. Как правило, ровность относительно толщины пластины может составлять меньше 0,1%, меньше 0,5%, меньше 1%, меньше 2%, меньше 5%, меньше 10%, меньше 20%, меньше 50% или меньше 100% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
2.5. Способы изготовления разделителей.
Разделители могут быть изготовлены на пластине с помощью различных методов, с применением литографии, травления, тиснения (наноимпринтинга), нанесения, взрывной литографии, слияния или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления разделители непосредственно тиснят на пластинах или впечатывают на них. В некоторых вариантах осуществления разделители впечатывают в материал (например, пластики), который размещают на пластинах. В определенных вариантах осуществления разделители изготавливают путем непосредственного тиснения на поверхности пластины для CROF. Наноимпринтинг можно выполнять с помощью технологии «рулон за рулоном» с применением роллерного импринтера или наносить путем плоскостного наноимпринтинга. Такой процесс имеет большое экономическое преимущество и, следовательно, снижает стоимость.
В некоторых вариантах осуществления разделители размещают на пластинах. Размещение может представлять собой испарение, пастирование или взрывную литографию. При пастировании разделитель изготавливают вначале на носителе, затем разделитель переносят с носителя на пластину. При взрывной литографии вначале на пластине размещают удаляемый материал и в материале создают отверстия; при этом низ отверстия ориентируют к поверхности пластины, а затем материал разделителя размещают в отверстии и после этого удаляемый материал удаляют, оставляя лишь разделители на поверхности пластины. В некоторых вариантах осуществления разделители, размещенные на пластине, сливаются с пластиной. В некоторых вариантах осуществления разделитель и пластины изготавливают в одном процессе. Один процесс включает впечатывание (например, тиснение, формование) или синтез.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере два разделителя закреплены на соответствующей пластине за счет различных способов изготовления, и необязательно при этом различные способы изготовления включают по меньшей мере одно из размещения, связывания, слияния, впечатывания и травления.
В некоторых вариантах осуществления один или более разделителей закреплены на соответствующей пластине(ах) за счет способа изготовления, предусматривающего связывание, слияние, впечатывание или травление или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления способы изготовления для образования таких монолитных разделителей на пластине включают способ, связанный со связыванием, слиянием, впечатыванием или травлением или любой их комбинацией.
2.6. Масштабные метки
Термин «масштабная метка(ки)» относится к масштабной метке(ам), которые способны облегчить количественное определение (например, измерение размеров) или контроль подходящей площади и/или относительного объема образца. В некоторых вариантах осуществления масштабные метки находятся на первой пластине или второй пластине, на обеих пластинах, на одной поверхности пластины, на обеих поверхностях пластины, между пластинами, возле пластин или любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления масштабные метки закреплены на первой пластине или второй пластине, на обеих пластинах, на одной поверхности пластины, на обеим поверхностях пластины, между пластинами, возле пластин или любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления масштабные метки размещены на первой пластине или второй пластине, на обеих пластинах, на одной поверхности пластины, на обеих поверхностях пластины, между пластинами, возле пластин или любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления некоторые разделители закреплены, и некоторые разделители размещены.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки представляют собой вытравленные масштабные метки, размещенные материалы или впечатанные материалы. В определенных вариантах осуществления эти материалы поглощают свет, отражают свет, испускают свет или обеспечивают любую комбинацию из этого.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки представляют собой один объект или множество объектов с известными размерами и/или известными промежутками. Примеры объектов включают без ограничения прямоугольники, цилиндры или круги.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки имеют размер в диапазоне нанометров (нм), микронов (мкм) или миллиметров (мм) или другие размеры.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки представляют собой линейку, которая имеет шкалу из масштабных меток, которые выполнены с возможностью измерения размера объекта. В некоторых вариантах осуществления масштабные метки находятся в масштабе нанометров (нм), микронов (мкм), или миллиметров, (мм) или других размеров. В некоторых вариантах осуществления масштабные метки представляют собой вытравленные масштабные метки, расположенные материалы или впечатанные материалы. В некоторых вариантах осуществления материалы для масштабных меток представляют собой материалы, которые поглощают свет, отражают свет, рассеивают свет, интерферируют свет, осуществляют дифракцию света, испускают свет или обеспечивают любую комбинацию из этого.
В некоторых вариантах осуществления метки представляют собой разделители, которые выполняют двойные функции «регулируют толщину образца» и «обеспечивают масштабные метки и/или измерение масштаба размеров». Например, прямоугольный разделитель с известным размером или два разделителя с известным промежутком можно применять для измерения размера, связанного с образцом вокруг разделителя(ей). На основании измеренного размера образца можно рассчитать объем подходящего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки выполнены с возможностью по меньшей мере частичного определения границы подходящего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна масштабная метка выполнена с возможностью получения известного размера, который является параллельным плоскости площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере пара масштабных меток отделена с помощью известного расстояния, которое является параллельным плоскости площади в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки выполнены с возможностью оптического выявления.
В некоторых вариантах осуществления каждая масштабная метка независимо обеспечивает по меньшей мере одно из поглощения света, отражения света, рассеяния света, дифракции света и испускания света.
В некоторых вариантах осуществления масштабные метки упорядочены в виде регулярного массива с известным пространством в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления каждая масштабная метка независимо имеет профиль в горизонтальной проекции, который является по меньшей мере одним из квадратного, прямоугольного, многоугольного и кругового.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из масштабных меток прикреплена, соединена, слита, впечатана и вытравлена на одной из пластин.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из масштабных меток представляет собой один из разделителей.
В некоторых вариантах осуществления некоторые разделители также играют роль масштабной метки для количественного определения подходящего объема образца.
В определенных вариантах осуществления участок(и) связывания (который иммобилизирует аналиты), участки хранения и т.п. служат в качестве масштабной метки(меток). В одном варианте осуществления участок с известным размером в горизонтальной проекции взаимодействует со светом, генерируя выявляемый сигнал, что дает известный размер участка в горизонтальной проекции, тем самым выполняя роль масштабного маркера(ов).
В другом варианте осуществления размер участков является предварительно заданным перед процессом CROF, а толщина части образца, размещенного на участке, когда пластины находятся в закрытой конфигурации, значительно меньше среднего размера участка в горизонтальной проекции, тогда время инкубации контролируют таким образом, что после инкубации (1) большая часть аналитов/объектов, которые связываются с участком связывания, вышли из объема образца, который расположен на поверхности участка связывания, или (2) большая часть реагента, который смешивается (диффундирует) в объем образца, который расположен на поверхности участка связывания, вышла из участка связывания. В этих случаях подходящий объем образца для связывания или смешивания реагента представляет собой объем, который примерно равен предварительно заданной площади участка, умноженной на толщину образца на участке. Основной причиной того, что это возможно, является то, что в случае определенного времени инкубации аналиты/объекты в объеме образца за пределами подходящего объема не имеют достаточно времени для диффузии в участок связывания, или реагенты на участке хранения не имеют достаточно времени для диффузии в объем образца за пределами подходящего объема.
Примером для иллюстрации способа измерения и/или контроля подходящей площади и объема за счет применения участка с известным размером и ограничения времени инкубации является то, что в анализе предусмотрен участок связывания (например, область со средствами для захвата) размером 1000 мкм на 1000 мкм на первой пластине в процессе CROF (который имеет поверхность больше участка связывания); при закрытой конфигурации пластин образец с аналитами находится над участком связывания, имеет толщину приблизительно 20 мкм (в области участка связывания) и площадь, которая больше чем участок связывания, и его инкубируют в течение времени, равного времени диффузии целевого аналита/объекта через толщину образца, в этом случае большая часть аналитов/объектов, которые связываются с участком связывания, выходят из объема образца, который расположен на поверхности участка связывания, который составляет 1000 мкм на 1000 мкм на 20 мкм = 0,02 p, поскольку аналиты в части образца, которая находится на расстоянии 20 мкм от участка связывания, не имеют времени для диффузии к участку связывания (статистически). В этом случае, если сигнал, обусловленный аналитами/объектом, захваченными участком связывания, измеряют после инкубации, можно определить концентрацию аналита/объекта в подходящей площади и подходящем объеме образца, на основании информации (полученной из участка связывания) о подходящей площади и подходящего объема. Концентрацию аналита количественно определяют путем деления количества аналитов, захваченных участком связывания, на подходящий объем.
В некоторых вариантах осуществления подходящий объем примерно равен площади участка связывания, умноженной на толщину образца, а концентрация целевого аналита в образце примерно равна количеству аналита, захваченного участком связывания, деленному на подходящий объем образца. Данная точность способа количественного определения объема целевого аналита повышается, если отношение размера участка связывания к толщине образца становится большим (при условии, что время инкубации приблизительно равно времени диффузии целевого аналита в образце на расстояние, составляющее толщину образца).
Время распределения в CROF. В настоящем изобретении в способах и устройствах всех пунктов, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 5 с, 10 с, 20 с, 30 с, 60 с, 90 с, 100 с, 150 с, 200 с, 300 с, 500 с, 1000 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по всем пунктам, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 3 с, 5 с, 10 с, 20 с, 30 с, 80 с, 90 с, 100 с, 150 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по всем пунктам, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 3 с, 5 с, 10 с, 20 с, 30 с, 60 с, 90 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по всем пунктам, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 3 с, 5 с, 10 с, 20 с, 30 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по всем пунктам, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 3 с, 5 с, 10 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по всем пунктам, в которых образец распределяют с помощью двух пластин, время распределения образца до конечной толщины при закрытой конфигурации составляет 0,001 с или меньше, 0,01 с, 0,1 с, 1 с, 3 с или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Варианты осуществления и любая из их комбинаций, описанные в разделе 3, применимы (т.е. комбинируются) к другим вариантам осуществления во всем описании настоящего изобретения.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, и при этом толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 500 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, и при этом толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 250 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине, и их изготавливают из одинаковых материалов, и при этом толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 500 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине с помощью тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, и при этом толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 250 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, где пластиковая пленка представляет собой либо PMMA (полиметилметакрилат), либо PS (полистирол).
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, где пластиковая пленка представляет собой либо PMMA (полиметилметакрилат), либо PS (полистирол), а толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 500 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, где пластиковая пленка представляет собой либо PMMA (полиметилметакрилат), либо PS (полистирол), а толщина Х-пластины составляет от 50 мкм до 250 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготавливают на X-пластине путем тиснения (например, наноимпринтинга) тонкой пластиковой пленки с применением формы, и их изготавливают из одинаковых материалов, где пластиковая пленка представляет собой либо PMMA (полиметилметакрилат), либо PS (полистирол), и разделители имеют либо квадратную, либо прямоугольную форму, и характеризуются одинаковой высотой разделителей.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители имеют квадратную или прямоугольную форму (с круглыми углами или без таковых).
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители имеют вид квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 1 мкм до 100 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители, изготовленные из PMMA или PS, имеют вид квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 1 мкм до 100 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготовлены на Х-пластине, и они изготовлены из пластиковых материалов, и разделители имеют вид квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 1 мкм до 100 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготовлены на Х-пластине, и они изготовлены из одних и тех же материалов, и разделители имеют вид квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 1 мкм до 10 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления разделители монолитно изготовлены на Х-пластине, и они изготовлены из одинаковых материалов, выбранных из PS, или PMMA, или других пластиковых материалов, и разделители имеют вид квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 10 мкм до 50 мкм.
В одном предпочтительном варианте осуществления устройства для CROF одна пластина представляет собой X-пластину, а другая пластина представляет собой плоскую тонкую пленку, где толщина по меньшей мере одной из пластин находится в диапазоне от 10 мкм до 250 мкм; где разделители закреплены на X-пластине, и где пластины и разделители могут быть из одинаковых или различных материалов, и они изготовлены из PMMA (полиметилметакрилата), PS (полистирола) или материала с механическими свойствами, аналогичными таковым PMMA или PS.
В одном предпочтительном варианте осуществления устройства для CROF одна пластина представляет собой X-пластину, а другая пластина представляет собой плоскую тонкую пленку, где толщина по меньшей мере одной из пластин находится в диапазоне от 250 мкм до 500 мкм; где разделители закреплены на X-пластине, и где пластины и разделители могут быть из одинаковых или различных материалов, и они изготовлены из PMMA (полиметилметакрилата), PS (полистирола) или материала с механическими свойствами, аналогичными таковым PMMA или PS.
В одном предпочтительном варианте осуществления устройства для CROF одна пластина представляет собой X-пластину, а другая пластина представляет собой плоскую тонкую пленку, где толщина по меньшей мере одной из пластин находится в диапазоне от 10 мкм до 250 мкм; где разделители закреплены на X-пластине, и они представляют собой массив из квадратных или прямоугольных столбиков, при этом ширина столбика (ширина разделителя в каждом направлении в горизонтальной проекции) составляет от 1 мкм до 200 мкм; промежуток между столбиками (т.е. промежуток между разделителями) составляет от 2 мкм до 2000 мкм, а высота столбика (т.е. высота разделителя) составляет от 1 мкм до 100 мкм, и где пластины и разделители могут быть из одинаковых или различных материалов, и они изготовлены из PMMA (полиметилметакрилата), PS (полистирола) или материала с механическими свойствами, аналогичными таковым PMMA или PS.
«Аналогичный» в вышеуказанных пунктах означает, что отличие механических свойств находится в пределах 60%.
Предохранительное кольцо. В некоторых вариантах осуществления для предотвращения вытекания образца с поверхности пластины имеется предохранительное кольцо. В некоторых вариантах осуществления предохранительное кольцо представляет собой ограждающую стенку вокруг области образца. Высота стенки равна высоте разделителя или отличается от высоты разделителя. Стенка может находиться на значительном расстоянии от области измерения образца.
Перемещаемые пластины в процессе CROF могут включать шарнир, стойку или некоторую другую систему ориентации и/или могут быть связаны с ними, которые выполнены с возможностью перехода пластин между открытой конфигурацией и закрытой конфигурацией. Перемещаемые пластины могут быть связаны вместе с помощью одного или нескольких соединений, так что остается отверстие для доступа к пространству между пластинами (например, для помещения и/или удаления образца), при условии, что по меньшей мере одно из соединений и/или по меньшей мере одна из пластин являются достаточно гибкими для достижения описанных открытой и закрытой конфигураций. Мембранный насос не считается перемещаемой пластиной(ами).
3. Аналиты, объект, участок связывания, участок хранения
В настоящем изобретении объект включает без ограничения одно из белка, аминокислоты, нуклеиновой кислоты, липида, углевода, метаболита, клетки или наночастицы.
В некоторых вариантах осуществления участок связывания включает партнера по связыванию, выполненного с возможностью связывания соответствующего объекта.
В некоторых вариантах осуществления участок связывания включает объект, связанный с участком связывания. В некоторых вариантах осуществления помещение образца включает помещение образца внутрь участка связывания.
В некоторых вариантах осуществления реагент включают по меньшей мере одно из белка, аминокислоты, нуклеиновой кислоты, липида, углевода и метаболита.
В определенных вариантах осуществления участок хранения включает высушенный реагент.
В некоторых вариантах осуществления участок хранения включает реагент, выполненный с возможностью высвобождения из участка хранения после контакта с образцом.
В некоторых вариантах осуществления первый участок хранения и второй участок хранения находятся в общем участке хранения.
В некоторых вариантах осуществления передающая среда представляет собой образец. В некоторых вариантах осуществления передающая среда представляет собой жидкость, при этом реагент или объект могут растворяться и диффундировать в этой жидкости.
В некоторых вариантах осуществления пластина содержит несколько участков хранения. В другом варианте осуществления один участок хранения содержит несколько реагентов.
Различное время высвобождения. В некоторых вариантах осуществления пластина содержит несколько участков хранения в различных местоположениях на пластине, или на одном участке хранения хранятся несколько реагентов, и после контакта участков хранения с образцом реагенты высвобождаются, но различные реагенты в одном и том же участке хранения или реагенты в различных участках хранения высвобождаются в различное время.
В некоторых вариантах осуществления первый реагент выполнен с возможностью высвобождения из первого участка хранения после контакта с образцом за первое среднее время высвобождения, а второй реагент выполнен с возможностью высвобождения из второго участка хранения после контакта с образцом за второе среднее время высвобождения, и где первое среднее время высвобождения меньше, чем второе среднее время высвобождения.
В некоторых вариантах осуществления первый реагент выполнен с возможностью высвобождения из первого участка хранения после контакта с образцом, и при этом второй реагент представляет собой связанный реагент.
В некоторых вариантах осуществления размещение включает связывание по меньшей мере одного из реагентов с соответствующей пластиной.
В некоторых вариантах осуществления приведение в контакт включает высвобождение по меньшей мере одного из реагентов из соответствующей пластины.
В некоторых вариантах осуществления размещение включает размещение первого реагента и второго реагента, и при этом приведение в контакт включает высвобождение первого реагента перед вторым реагентом.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из пластин содержит участок хранения, который включает реагент, который подлежит добавлению к подходящему объему образца.
В некоторых вариантах осуществления реагент включает по меньшей мере одно из белка, аминокислоты, нуклеиновой кислоты, липида, углевода и метаболита.
В некоторых вариантах осуществления участок хранения включает высушенный реагент.
В некоторых вариантах осуществления участок хранения включает реагент, выполненный с возможностью высвобождения из участка хранения после контакта с образцом.
В некоторых вариантах осуществления участок хранения представляет собой первый участок хранения, а реагент представляет собой первый реагент, где устройство включает второй участок хранения, включающий второй реагент, который подлежит добавлению в подходящий объем образца, где второй участок хранения находится на одной из пластин.
В некоторых вариантах осуществления первый участок хранения и второй участок хранения находятся в общем участке хранения.
В некоторых вариантах осуществления первый реагент выполнен с возможностью высвобождения из первого участка хранения после контакта с образцом за первое среднее время высвобождения, а второй реагент выполнен с возможностью высвобождения из второго участка хранения после контакта с образцом за второе среднее время высвобождения, и где первое среднее время высвобождения меньше, чем второе среднее время высвобождения.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из реагентов является высушенным на соответствующей пластине.
В некоторых вариантах осуществления набора по меньшей мере один из реагентов связан с соответствующей пластиной.
В некоторых вариантах осуществления набора по меньшей мере один из реагентов выполнен с возможностью высвобождения из соответствующей пластины после контакта с образцом.
В некоторых вариантах осуществления набора первый реагент находится на одной или обеих из пластин, а второй реагент находится на одной или обеих из пластин, где первый реагент выполнен с возможностью высвобождения из соответствующей пластины после контакта с образцом за первое среднее время высвобождения, а второй реагент выполнен с возможностью высвобождения из соответствующей пластины после контакта с образцом за второе среднее время высвобождения, и где первое среднее время высвобождения меньше, чем второе среднее время высвобождения.
В некоторых вариантах осуществления устройств участок хранения представляет собой первый участок хранения, а реагент представляет собой первый реагент, где устройство включает второй участок хранения, включающий второй реагент, который подлежит добавлению в подходящий объем образец, где второй участок хранения находится на одной из пластин.
4. Локальное связывание или смешивание в части образца (P)
В некоторых вариантах применения желательно иметь участок связывания для захвата (т.е. связывания) аналитов только в части образца, а не во всем образце. Также в некоторых случаях желательно, чтобы реагент добавляли (т.е. смешивали) в часть образца, а не во весь образец. Зачастую желательно, чтобы отсутствовало жидкостное разделение между частью образца и остальной частью образца. Такие требования являются предпочтительными или необходимыми при определенных мультиплексных выявлениях.
Настоящее изобретение предлагает решение вышеуказанных требований за счет применения способа CROF и устройства для CROF путем превращения образца в сверхтонкую пленку, толщина которой меньше размера части образца в горизонтальной проекции, где будет захватываться только аналит внутри этой части образца или только часть образца будет смешиваться с реагентом. Принцип работы для такого подхода заключается в том, что если толщина образца меньше размера образца в горизонтальной проекции, то захват аналита поверхностью или смешивание реагента, помещенного на поверхность, в первую очередь, может ограничиваться диффузией аналитов и реагента в направлении толщины, где диффузия в виде диффузии в горизонтальной проекции относительно незначительна. Например, если образец превращается в тонкую пленку толщиной 5 мкм, если часть образца, в которой должен захватываться аналит или которая должна смешиваться с реагентом, имеет размер в горизонтальной проекции 5 мм на 5 мм, и если время диффузии аналита или реагента через толщину 5 мкм составляет 10 с, то диффузия в горизонтальной проекции у аналита или реагента на расстояние 5 мм составляет 1000000 с (поскольку время диффузии пропорционально квадрату расстояния, на которое осуществляется диффузия). Это означает, что при выборе правильного отношения размера интересующей части образца в горизонтальной проекции к толщине образца при определенном интервале времени захваченные аналиты в первую очередь происходят из интересующей части образца, или реагент смешивается в первую очередь с представляющей интерес частью образца.
4.1. Локальное связывание объекта в части образца с поверхностью (P: объем к поверхности)
P1. Способ локального связывания целевых объектов в подходящем объеме образца с участком связывания на поверхности, предусматривающий:
(i) осуществление стадий от (a) до (d) в способе по пункту X1, где толщина образца при закрытой конфигурации значительно меньше, чем средний линейный размер участка связывания; и где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке связывания, когда пластины приведены в закрытую конфигурацию;
(ii) после (i) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, одно из:
(1) инкубации образца на протяжении подходящего интервала времени, а затем прекращения инкубации; или
(2) инкубации образца на протяжении времени, которое равно минимальному подходящему интервалу времени или превышает его, а затем проведение оценки в течение периода времени, который равен максимальному подходящему интервалу времени или меньше него, при этом со связыванием целевого объекта в участке связывания;
где подходящий интервал времени:
i. равен времени, которое требуется для диффузии целевого объекта через толщину слоя однородной толщины при закрытой конфигурации, или превышает его; и
ii. существенно короче времени, которое требуется для латеральной диффузии целевого объекта через минимальный размер участка связывания в горизонтальной проекции;
где в конце инкубации на (1) или во время проведения оценки на (2) большинство целевых объектов, связанных с участком связывания, происходят из подходящего объема образца;
где инкубация обеспечивает возможность связывания целевого объекта с участком связывания, и где подходящий объем представляет собой часть образца, которая расположена над участком связывания при закрытой конфигурации.
Способ по пункту P2, где термин «толщина подходящего объема образца значительно меньше, чем минимальный средний размер участка связывания» означает, что отношение минимального среднего размера участка связывания к толщине образца (называемое «отношением длины к толщине») составляет по меньшей мере 3, по меньшей мере 5, по меньшей мере 10, по меньшей мере 20, по меньшей мере 50, по меньшей мере 100, по меньшей мере 500, по меньшей мере 1000, по меньшей мере 10000, по меньшей мере 100000 или находится в любом диапазоне между этими значениями. В предпочтительных вариантах осуществления отношение длины к толщине составляет по меньшей мере 3, по меньшей мере 5, по меньшей мере 10, по меньшей мере 20, по меньшей мере 50, по меньшей мере 100, по меньшей мере 500 или находится в любом диапазоне между этими значениями.
Способ по пункту P2, где термин «существенно короче времени, которое требуется для латеральной диффузии целевого объекта через минимальный размер участка связывания в горизонтальной проекции» означает, что отношение минимального среднего размера участка связывания к толщине образца (называемое «соотношение длины к времени диффузии через толщину») составляет по меньшей мере 3, по меньшей мере 10, по меньшей мере 50, по меньшей мере 10, по меньшей мере 100, по меньшей мере 1000, по меньшей мере 10000, по меньшей мере 100000, по меньшей мере 1000000 или находится в любом диапазоне между этими значениями. В предпочтительных вариантах осуществления отношение длины к времени диффузии через толщину составляет по меньшей мере 3, по меньшей мере 10, по меньшей мере 50, по меньшей мере 10, по меньшей мере 100, по меньшей мере 1000, по меньшей мере 10000 или находится в любом диапазоне между этими значениями.
P2. Устройство для локального связывания объекта в подходящем объеме образца с участком связывания на поверхности, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации,
где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, который имеет площадь меньшую, чем площадь пластины, и выполнен с возможностью связывания целевого объекта в образце, где целевой объект способен к диффузии в образце, где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, и образец размещен на одной или обеих пластинах,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания и по меньшей мере часть образца находятся между пластинами, образец контактирует по меньшей мере с частью участка связывания, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке связывания;
где высота разделителя выбрана для регуляции толщины подходящего объема при закрытой конфигурации, чтобы она была по меньшей мере в 3 раза меньше, чем средний линейный размер участка связывания;
Регуляция толщины подходящего объема, чтобы он был в 3 раза меньше среднего линейного размера участка связывания, приводит к тому, что время диффузии объекта через толщину образца в 9 раз меньше времени диффузии на расстояние, равное среднему линейному размеру участка связывания. Такая регуляция толщины обеспечивает возможность выбора времени инкубации таким образом, что инкубация приводит к тому, что: (i) значительное количество целевого объекта в подходящем объеме связывается с участком связывания, и (ii) значительное количество целевого объекта, связанного с участком связывания, происходит из подходящего объема образца, и при этом инкубация представляет собой процесс, который обеспечивает возможность связывания целевого объекта с участком связывания.
Например, если время инкубации устанавливают таким образом, что это время было равно времени диффузии объекта через толщину подходящего объема образца, то после инкубации большая часть объекта внутри подходящего объема уже достигла участка связывания и связывается в соответствии с уравнением скорости реакции, при этом объект, который изначально (т.е. перед инкубацией) находится за пределами подходящего объема, может диффундировать только в периферическую часть подходящего объема (относительно небольшой объем), и такой объем становится менее значимым, поскольку отношение среднего линейного размера участка связывания к толщине подходящего объема становится большим.
4.2. Локальное связывание объекта, хранящегося на поверхности пластины, с участком связывания на поверхности другой пластины (из поверхности на поверхность)
P3. Способ локального связывания объекта, хранящегося на участке хранения одной пластины, с участком связывания на другой пластине, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где поверхность первой пластины имеет участок связывания, а поверхность второй пластины имеет участок хранения, который содержит объект, подлежащий связыванию с участком связывания; где площадь участка связывания и площадь участка реагента являются меньшими, чем площадь соответствующих пластин; и где одна или обе пластины содержат разделители, и при этом каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение передающей среды, где объект способен растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде;
(c) размещение передающей среды на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение передающей среды путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания, участок хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами; причем по меньшей мере часть участка хранения непосредственно обращена к участку связывания, при этом часть передающей среды расположена между ними, а толщина подходящего объема передающей среды регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и значительно меньшей, чем средний линейный размер подходящего объема в направлении поверхности пластины; и
(e) после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, инкубацию в течение некоторого времени и прекращение инкубации, где время инкубации выбрано таким образом, что она приводит к тому, что значительное количество объекта, связанного с участком связывания, происходит из участка хранения, где подходящий объем представляет собой объем передающей среды, которая располагается на участке связывания, а инкубация представляет собой процесс, который обеспечивает возможность связывания объекта с участком связывания.
Термин «по меньшей мере часть участка хранения непосредственно обращена к участку связывания» означает, что самое короткое расстояние от точки в части до участка связывания совпадает с толщиной подходящего объема при закрытой конфигурации пластин.
P4. Устройство для локального связывания объекта, хранящегося на участке хранения одной пластины, с подходящим участком связывания на другой пластине, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где поверхность первой пластины имеет участок связывания; а поверхность второй пластины имеет участок хранения, который содержит объект, подлежащий связыванию с участком связывания; где площадь участка связывания и площадь участка хранения меньше площади соответствующих пластин; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, промежуток между пластинами не регулируется разделителями, и передающая среда размещена на одной или обеих пластинах, где объекты на участке хранения способны растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения передающей среды в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания, участок хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами; по меньшей мере часть участка хранения непосредственно обращена к участку связывания, при этом часть передающей среды находится между ними, а толщина подходящего объема передающей среды регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой объем передающей среды, которая располагается на участке хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации; и
где высота разделителя выбрана для регуляции толщины подходящего объема при закрытой конфигурации, чтобы она была по меньшей мере в 3 раза меньше, чем средний линейный размер участка связывания;
где по меньшей мере один из разделителей находится внутри площади контакта с образцом;
и разделители имеют предварительно заданное расстояние между разделителями и высоту.
4.3. Способ локального связывания объекта на нескольких участках хранения одной пластины с несколькими соответствующими участками связывания на другой пластине
P5. Способ локального связывания объекта, хранящегося на нескольких участках хранения одной пластины, с несколькими соответствующими участками связывания на другой пластине, предусматривающий:
(a) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где поверхность первой пластины имеет несколько участков связывания; а поверхность второй пластины имеет несколько соответствующих участков хранения; где каждый соответствующий участок хранения находится в местоположении на второй пластине, которое соответствует местоположению участка связывания, вследствие чего, когда две пластины расположены друг напротив друга, каждый участок связывания перекрывается только с одним участком хранения; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение передающей среды, где объект на участках хранения способен растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде;
(c) размещение передающей среды на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение передающей среды путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации две пластины обращены друг к другу, разделители, участки связывания, участки хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами, каждый участок связывания непосредственно обращен только к одному соответствующему участку хранения, передающая среда контактирует по меньшей мере с частью каждого из участков связывания и частью из каждого из участков хранения, толщина подходящего объема передающей среды регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина передающей среды в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и значительно меньшей, чем средний линейный размер участков связывания; и
(е) после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, инкубацию в течение некоторого времени и прекращение инкубации, где время инкубации выбрано таким образом, что она приводит к тому, что значительное количество объекта, связанного с каждым участком связывания, происходит из соответствующего участка хранения, где подходящий объем представляет собой объем передающей среды, которая располагается на участках связывания, а инкубация представляет собой процесс, который обеспечивает возможность связывания объекта с участком связывания.
В некоторых вариантах осуществления пространство ограничивается областью связывания образца.
В некоторых вариантах осуществления способа P5 передающая среда представляет собой образец с целевым аналитом, участок связывания содержит средство для захвата, а объект в участке связывания представляет собой средство для выявления, где целевой аналит связывает средство для захвата и средство для выявления с образованием «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления. Способ P5 упрощает стадии анализа и может снизить время анализа за счет применения меньшей высоты разделителей, чтобы получить более тонкую толщину образца и более короткое время вертикальной диффузии как аналитов, так и средств выявления для более короткого времени анализа до насыщения.
P6. Устройство для локального связывания объекта, хранящегося на нескольких участках хранения одной пластины, с несколькими соответствующими участками связывания на другой пластине, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где поверхность первой пластины имеет несколько участков связывания; а поверхность второй пластины имеет несколько соответствующих участков хранения; где каждый соответствующий участок хранения находится в местоположении на второй пластине, которое соответствует местоположению участка связывания, вследствие чего, когда две пластины расположены друг напротив друга, каждый участок связывания перекрывается только с одним участком хранения; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, промежуток между пластинами не регулируется разделителями, и передающая среда размещена на одной или обеих пластинах, где объекты на участке хранения способны растворяться в передающей среде и диффундировать в передающей среде,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения передающей среды в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации две пластины обращены друг к другу, разделители, участки связывания, участки хранения и по меньшей мере часть передающей среды находятся между пластинами, каждый участок связывания непосредственно обращен только к одному соответствующему участку хранения, передающая среда контактирует по меньшей мере с частью каждого из участков связывания и частью каждого из участков хранения, толщина подходящего объема передающей среды регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина передающей среды в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой объем передающей среды, которая располагается на участке хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации; и
где предварительно заданная высота разделителя выбрана для регуляции толщины подходящего объема при закрытой конфигурации, чтобы она была значительно меньше, чем средний линейный размер участков связывания.
4.4. Локальное добавление реагента, хранящегося на поверхности, в часть образца (из поверхности в объем)
P7. Способ локального добавления реагента в подходящий объем образца, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в подходящий объем образца, при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце, и площадь участка хранения является меньшей, чем площадь пластины; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение образца;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию; где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу; разделители, участок хранения и по меньшей мере часть образца находятся между пластинами; образец контактирует по меньшей мере с частью участка хранения и контактирует с пластинами над площадью, которая больше площади участка хранения; толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и значительно меньше, чем средний линейный размер подходящего объема в направлении поверхности пластины; и
(e) после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, инкубацию в течение некоторого времени и прекращение инкубации, где время инкубации выбрано таким образом, что она приводит к тому, что (i) значительное число реагентов, растворенных в образце, содержатся в подходящем объеме образца, и (ii) реагенты находятся в значительной части подходящего объема, и где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации, и инкубация представляет собой процесс, который способствует растворению и диффузии реагента в образце.
P8. Устройство для локального добавления реагента, хранящегося на поверхности пластины, в подходящий объему образца, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации,
где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в подходящий объем образца, при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок хранения и по меньшей мере часть образца находятся между пластинами, образец контактирует по меньшей мере с частью участка хранения и по меньшей мере с частью поверхности связывания за пределами участка хранения, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и где подходящий объем образца представляет собой объем образца, который располагается на участке хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации;
где высота разделителя выбрана для регуляции толщины подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чтобы она была по меньшей в 3 раза меньше, чем средний линейный размер подходящего объема в направлении поверхности пластины.
5. Образование «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания (W)
Один аспект настоящего изобретения предусматривает образование «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания, расположенного на твердой поверхности, за одну стадию путем применения процесса CROF и путем помещения участка связывания на одной пластине, а участка хранения, который содержит средство для выявления, в соответствующем местоположении на другой пластине.
5.1. Образование «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания за одну стадию инкубации (общий) (W)
W1. Способ образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой аналит, где целевой аналит способен к диффузии в образце;
(b) получение средств для захвата и получение средств для выявления, где средства для захвата и средства для выявления (способны связываться) связываются с целевым аналитом с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
(с) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации; где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для связывания, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, в котором хранятся средства для выявления; при этом, когда участок хранения находится в контакте с образцом, средства для выявления способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(d) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(e) после (d) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, при этом в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и образец находится в контакте с участком связывания и участком хранения; и
(f) после (e), пока пластины находятся в закрытой конфигурации, инкубация в течение некоторого времени, которое обеспечивает возможность образования «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть или весь объем образца.
W2. Устройство для образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для захвата, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, который содержит средства для выявления; где средства для захвата и средства для выявления (способны связываться) связываются с целевым аналитом в образце с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления; при этом, когда участок хранения находится в контакте с образцом, средства для выявления способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая конфигурация представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и образец находится в контакте с участком связывания и участком хранения;
и где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть или весь объем образца.
5.2. Образование «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания за одну стадию инкубации с применением аналита, который происходит из части образца (т.е. локально).
W3. Способ образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины с применением аналитов, которые происходят из части образца, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой аналит, где целевой аналит способен к диффузии в образце;
(b) получение средств для захвата и получение средств для выявления, где средства для захвата и средства для выявления способны связываться с целевым аналитом с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
(с) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации; где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для связывания, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, в котором хранятся средства для выявления, которые, когда участок хранения находится в контакте с образцом, способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(d) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(е) после (d) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания и участок хранения находятся между пластинами, участок связывания и участок хранения находятся в контакте с подходящим объемом образца, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и значительно меньше, чем средний линейный размер участка связывания; и
(f) после (e) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, инкубацию в течение некоторого времени и прекращение инкубации, где время инкубации выбрано таким образом, что она приводит к тому, что значительное количество «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления, образованного в участке связывания, содержит аналиты, которые происходят из подходящего объема образца, где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке связывания, а инкубация представляет собой процесс, который обеспечивает возможность образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления.
В некоторых вариантах осуществления отношение пространства к размеру участка может составлять не более 1/5.
W4. Устройство для образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины с применением аналитов, которые происходят из части образца, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для захвата, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, который содержит средства для выявления; где средства для захвата и средства для выявления (способны связываться) связываются с целевым аналитом в образце с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления; при этом, когда участок хранения находится в контакте с образцом, средства для выявления способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания и участок хранения находятся между пластинами, участок связывания и участок хранения находятся в контакте с подходящим объемом образца, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и где подходящий объем представляет собой объем образца, который располагается на участке связывания; и
где заданная высота разделителя выбрана для регуляции толщины подходящего объема при закрытой конфигурации, чтобы она была значительно меньше, чем средний линейный размер участка связывания.
5.3. Способ уменьшения времени образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания за счет снижения расстояния диффузии (W, X).
W5. Способ снижения времени образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой аналит, где целевой аналит способен к диффузии в образце;
(b) получение средств для захвата и получение средств для выявления, где средства для захвата и средства для выявления способны связываться с целевым аналитом с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
(с) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации; где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для связывания, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, в котором хранятся средства для выявления, которые, когда участок хранения находится в контакте с образцом, способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(d) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(e) после (d) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания и участок хранения находятся между пластинами, участок связывания перекрывает участок хранения, участок связывания и участок хранения находятся в контакте с подходящим объемом образца, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и сниженная толщина образца тем самым снижает время, требуемое для вертикальной диффузии аналитов и средств для выявления через толщину образца, где подходящий объем составляет по меньшей мере часть от всего объема образца,
где период времени, обеспечивающий возможность целевому объекту в подходящем объеме связаться с участком связывания, короче, чем таковой в отсутствие закрытой конфигурации.
- Способ может дополнительно предусматривать стадию промывки для удаления образца между пластинами, и стадию промывки выполняют, когда пластины находятся либо в закрытой конфигурации, либо в открытой конфигурации.
- Способы дополнительно предусматривают стадию считывания, во время которой считывается сигнал от «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления, иммобилизированного на участке связывания. Считывание выполняют либо после промывки, либо без какой-либо промывки.
Способ дополнительно может быть мультиплексным, как описано выше или ниже.
W6. Устройство для снижения времени образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для захвата, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, который содержит средства для выявления; где средства для захвата и средства для выявления (способны связываться) связываются с целевым аналитом в образце с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления; при этом, когда участок хранения находится в контакте с образцом, средства для выявления способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители, участок связывания и участок хранения находятся между пластинами, участок связывания перекрывает участок хранения, участок связывания и участок хранения находятся в контакте с подходящим объемом образца, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и сниженная толщина образца тем самым снижает время, требуемое для вертикальной диффузии аналитов и средств для выявления через толщину образца, где подходящий объем составляет по меньшей мере часть от всего объема образца.
rd
В этих вариантах осуществления способ может предусматривать прикрепление средства для захвата к пластине, где прикрепление выполняют посредством химической реакции средства для захвата с реакционно-способной группой на пластине. Другая пластина может содержать пятно высушенного средства для выявления в местоположении, вследствие чего после смыкания пластин, закрепленное средство для захвата и пятно средства для выявления становятся обращенными друг к другу. Далее способ может предусматривать приведение образца, содержащего целевой аналит, в контакт с устройством и смыкание пластин, как описано выше. Средство для выявления растворяется и диффундирует в образец. Поскольку целевой аналит находится в растворе, то целевой аналит будет связываться средством для захвата и иммобилизироваться на поверхности одной из пластин. Средство для выявления может связываться с целевым аналитом до или после того, как оно свяжется со средством для захвата. В некоторых случаях способ может предусматривать удаление любых целевых аналитов, которые не связались со средством для захвата, или любого не связавшегося реагента для выявления (например, путем промывки поверхности пластины в буфере для связывания). Средство для выявления можно конъюгировать с оптической выявляемой меткой, обеспечивая тем самым метод выявления целевого аналита. После необязательного удаления средства для выявления, которое не связалось с целевым аналитом, систему можно подвергать считыванию, например, с применением системы для считывания, чтобы провести считывание светового сигнала (например, света при длине волны, которая находится в диапазоне от 300 нм до 200 нм) от средства для выявления, которое связалось с пластиной. Кроме того, как упомянуто выше, средство для выявления может быть меченым непосредственно (в этом случае средство для выявления можно прочно связать со светоиспускающей меткой до размещения на одной из пластин), или меченым опосредованно (т.е. за счет связывания средства для выявления со вторым средством для захвата, например, вторичным антителом, которое является меченным, или меченой нуклеиновой кислотой, которая специфически связывается со средством для выявления, и которые связаны со светоиспускающей меткой). В некоторых вариантах осуществления способ может предусматривать блокирующее средство, с предотвращением тем самым неспецифического связывания средств для захвата с нецелевыми аналитами. Подходящие условия для специфического связывания целевых аналитов с другими средствами, которые включают надлежащую температуру, время, уровень pH раствора, уровень естественной освещенности, влажность, концентрацию химических реагентов, отношение антиген-антитело и т.д., хорошо известны или их можно легко получить из настоящего раскрытия. Общие способы для способов, основанных на молекулярном взаимодействии между средствами для захвата и их партнерами по связыванию (в том числе аналитами), хорошо известны из уровня техники (см., например, Harlow et al,. Antibodies: A Laboratory Manual, First Edition (1988) Cold spring Harbor, N.Y.; Ausubel, et al., Short Protocols in Molecular Biology, 3 ed., Wiley & Sons, 1995). Способы, описанные выше и ниже, являются иллюстративными; способы в данном документе не представляют собой единственные методы выполнения анализа.
В определенных вариантах осуществления средство для захвата на основе нуклеиновой кислоты можно применять для захвата белкового аналита (например, ДНК- или РНК-связывающий белок). В альтернативных вариантах осуществления белковое средство для захвата (например, ДНК- или РНК-связывающий белок) можно применять для захвата аналита, представляющего собой нуклеиновую кислоту.
Образец может представлять собой клинический образец, полученный из клеток, тканей или биологических жидкостей. Представляющие интерес биологические жидкости включают без ограничения амниотическую жидкость, водянистую влагу глаза, жидкую часть стекловидного тела, кровь (например, цельную кровь, фракционированную кровь, плазму, сыворотку и т.д.), грудное молоко, спинномозговую жидкость (CSF), ушную серу (серную пробку), хилус, химус, эндолимфу, перилимфу, кал, кислоту желудочного сока, желудочный сок, лимфу, слизь (в том числе отделяемую из носа и мокроту), перикардиальную жидкость, перитонеальную жидкость, плевральную жидкость, гной, водянистые выделения, слюну, секрет сальных желез (кожное сало), сперму, мокроту, пот, синовиальную жидкость, слезы, рвотную массу, мочу и конденсат выдыхаемого воздуха.
В одном варианте осуществления данного анализа пластину приводят в контакт с образцом, содержащим целевой аналит (например, целевой белок), и пластины смыкают. Образец содержит все необходимые реагенты (например, соли и т.п.), или его усовершенствуют, чтобы он содержал их, в условиях, подходящих для специфического связывания. Средства для захвата (например, антитела) и средство для выявления специфически связываются с целевым аналитом в образце, что приводит тем самым к тому, что пятно меченого аналита может быть выявлено.
Как в любом варианте осуществления, количество целевого аналита в образце можно измерять для получения качественного или количественного показателя количества целевого аналита в образце. В некоторых вариантах осуществления величина сигнала обеспечивает количественное определение количества целевого аналита в образце. В некоторых случаях оценку можно сравнить со стандартной кривой например, полученной для второго аналита или точно отмеренного аналита, которые в определенных случаях могут находиться при известной концентрации. Это сравнение можно облегчать путем размещения средств для захвата при различных плотностях (например, различных концентрациях) и считывания сигнала от каждого пятна средства для захвата
6. Связывание и добавление с применением образцов и реагентов с небольшим объемом (V)
Во многих вариантах применения очень желательно использовать как можно меньший объем образца или реагента. Однако в устройствах с микрофлюидными каналами (в настоящее время это наиболее популярный подход для применения небольших образцов) значительный объем образца расходуется при протекании от входного отверстия до участка тестирования (выявления) устройства, что приводит к потребности в большем объеме образца, чем объем в местоположении тестирования. Один аспект настоящего изобретения должен значительно снизить объема образца или реагента, применяемых при тестировании, за счет размещения мельчайшего объема образца или реагента на пластине, а затем превращения объема в тонкую пленку с меньшей толщиной, но большей площадью, чем ранее. Такое превращение также обеспечивает возможность более быстрой реакции.
6-1. Связывание целевого объекта в образце небольшого объема на поверхностном участке связывания за счет распределения образца.
V1. Способ связывания целевого объекта в образце с участком связывания, предусматривающий:
(a) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение образца, который содержит целевой объект, подлежащий связыванию с участком связывания;
(с) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; при этом в открытой конфигурации две пластины частично или полностью отделены друг от друга, промежуток между пластинами не регулируется с помощью разделителей, и после размещения образец либо не покрывает площадь, либо частично покрывает площадь участка связывания;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, образец контактирует с большей площадью участка связывания, чем, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителя, где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
V2. Устройство для связывания целевого объекта в образца с поверхностным участком связывания, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, который связывает целевой объект в образце, и где участок связывания имеет площадь, которая больше, чем площадь контакта с образцом, когда образец размещен только на одной из пластин и не контактирует с другой пластиной;
где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах и после размещения либо не покрывает площадь, либо частично покрывает площадь участка связывания;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и образец находятся между пластинами, образец контактирует с большей площадью участка связывания, чем, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителя.
6-2. Добавление реагентов в образец небольшого объема за счет распределения образца
V3. Способ связывания целевого объекта в образце с участком связывания, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в образец, и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где в открытой конфигурации две пластины частично или полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется с помощью разделителей, и после размещения образец либо не контактирует с площадью, либо контактирует с частью площади участка хранения;
(c) после (b) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, образец контактирует с большей площадью участка хранения, чем, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью разделителя, и где подходящий объем представляет собой часть образца, который располагается на участке хранения.
V4. Устройство для связывания целевого объекта в образце с участком связывания, содержащее
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации,
где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, и реагенты подлежат добавлению в образец; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, образец контактирует с большей площадью участка хранения, чем, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью разделителя, где подходящий объем представляет собой часть образца, который располагается на участке хранения.
В некоторых случаях в способах по пункту V1 и V2 и устройствах по пункту V3 и V4 даже когда образец размещен в области участка связывания или области хранения, вследствие небольшого объема образца и свойств смачивания поверхности, площадь контакта размещенного таким образом образца с пластиной будет меньше, чем площадь участка связывания или участка хранения. Таким образом, требуется распределение, в частности аккуратное распределение.
Капли образца могут представлять собой несколько капель, и в закрытой конфигурации капли сливаются в пленку, толщина которой меньше, чем максимальная толщина.
В настоящем изобретении в способе по пунктам V1 - V7 и устройствах по пунктам V2 - V8 объем образца, который размещен на пластине или пластинах («объем образца»), составляет не более 0,001 пл (пиколитра), не более 0,01 пл, не более 0,1 пл, не более 1 пл, не более 10 пл, не более 100 пл, не более 1 нл (нанолитра), не более 10 нл, не более 100 нл, не более 1 мкл (микролитра), не более 10 мкл, не более 100 мкл, не более 1 мл (миллилитра), не более 10 мл или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
7. Однородность связывания или добавления реагентов с применением однородной толщины образца (UAB)
В случае анализов и химических реакций предпочтительным является получение тонкой пленки образца, однородной в пределах значительной площади. Примеры включают связывание объекта в образце с поверхностным участком связывания, добавление реагентов в образец, количественное определение подходящего объема образца, количественное определение аналитов и т.д. В случае способов, в которых две пластины применяются для снижения и регуляции толщины подходящего объема (части или всего объема) образца, необходимо, чтобы они были точными, единообразными и легкими для применения.
Один аспект настоящего изобретения должен повысить точность, единообразность или легкость применения способов и/или устройств, которые регулируют толщину подходящего объема образца за счет сжатия образца с помощью двух пластин.
7.1. Способ для однородности связывания объекта в образце в участке связывания на пластине
UAB1. Способ для однородности связывания объекта в образце в участке связывания на пластине, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой объект, который способен к диффузии в образце;
(b) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, который выполнен с возможность связывания целевого объекта, где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, при этом в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, участок связывания находится в контакте с подходящим объемом, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и по сравнению с пластинами, которые находятся в открытой конфигурации, она является более тонкой, чем максимальная толщина образца, и более однородной в пределах участка связывания;
где разделители и пластина выполнены с возможностью получения регулируемой толщины подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, более однородной, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
Для образования однородного «сэндвича» дополнительно имеется участок хранения на пластине, противоположный участку связывания.
UAB2. Устройство для однородности связывания объекта в образце в участке связывания на пластине, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, который выполнен с возможностью связывания целевого объекта, где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, участок связывания находится в контакте с подходящим объемом, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и по сравнению с пластинами, которые находятся в открытой конфигурации, она является более тонкой, чем максимальная толщина образца, и более однородной в пределах участка связывания;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной регулируемой толщины подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
7.2. Способ для однородности добавления реагента на пластине в образец
UAB3. Способ для однородности добавления реагента в подходящий объем образца, предусматривающий:
(а) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в подходящий объем образца, при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(b) получение образца;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца за счет перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, участок хранения находится в контакте с подходящим объемом, а толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
UAB4. Устройство для однородности добавления реагента в подходящий объем образца, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, который содержит реагенты, подлежащие добавлению в подходящий объем образца, при этом реагенты способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, участок хранения находится в контакте с подходящим объемом, и толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
7.3. Способ для однородности образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления
UAB5. Способ для однородности образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой аналит;
(b) получение средств для захвата и получение средств для выявления, где средства для захвата и средства для выявления (способны связываться) связываются с целевым аналитом с образованием «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
(с) получение первой пластины и второй пластины, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации; где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для связывания, иммобилизированные на участке, а вторая пластина имеет участок хранения, в котором хранятся средства для выявления, которые, когда участок хранения находится в контакте с образцом, способны растворяться в образце и диффундировать в образце; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(d) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(e) после (d) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и образец находится в контакте с участком связывания и участком хранения;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
UAB6. Устройство для однородности образования «сэндвича» средство для захвата-аналит-средство для выявления на участке связывания пластины, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где первая пластина имеет участок связывания, который содержит средства для захвата, иммобилизированные на участке, и средства для захвата способны к связывания с целевым аналитом в образце;
где вторая пластина имеет участок связывания, в котором хранятся средства для выявления, которые способны (a) растворяться в образце и диффундировать в образце, когда участок хранения находится в контакте с образцом, и (b) связываться с целевым аналитом и образовывать «сэндвич» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления;
где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и образец находится в контакте с участком связывания и участком хранения;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
7.4. Однородная регуляция толщины подходящего объема образца между двумя пластинами.
UAB7. Способ регуляции толщины подходящего объема образца, предусматривающий:
(a) получение образца, где толщина подходящего объема образца подлежит регуляции;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемым относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители, и разделители характеризуются предварительно заданными расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
UAB8. Устройство для регулирования толщины подходящего объема образца, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
где одна или обе пластины содержат разделители, при этом разделители имеют предварительно заданное расстояние между разделителями и высоту, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах;
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где разделители и пластины выполнены с возможностью получения более однородной толщины подходящего объема образца над областью подходящего объема при закрытой конфигурации пластин, чем толщина при открытой конфигурации пластин; и где подходящий объем представляет собой часть или весь объем образца.
В способах и устройствах по пунктам U1 - U8 конфигурация разделителей и пластин, которые делают толщину подходящего объема образца однородной, предусмотрена в качестве варианта осуществления, описанного в настоящем изобретении.
Однородность толщины образца. В способах и устройствах по пунктам U1 - U8 однородность толщины подходящего объема образца является такой, что толщина образца при закрытой конфигурации характеризуется относительной вариацией, составляющей не более 0,001%, не более 0,01%, не более 0,05%, не более 0,1%, не более 0,5%, не более 1%, не более 2%, не более 5%, не более 10%, не более 20%, не более 30%, не более 50%, не более 75%, не более 90%, меньше 100% или находящейся в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В предпочтительном варианте осуществления способов и устройств по пунктам U1 - U8 однородность толщины подходящего объема образца является такой, что толщина образца при закрытой конфигурации характеризуется относительной вариацией, составляющей не более 0,1%, не более 0,5%, не более 1%, не более 2%, не более 5%, не более 10%, не более 20%, не более 30%, не более 50% или находящейся в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Другим параметром, который может быть важным для снижения времени инкубации до насыщения, является однородность толщины образца. Если толщина характеризуется большой вариацией над участком связывания, то время инкубации до насыщения может варьировать от местоположения к местоположению в участке связывания, что обусловливает необходимость более длительного времени инкубации до насыщения, чтобы обеспечить достижение насыщения всех местоположений в участке связывания.
8. Поверхность усиления
Одним из текущих основных препятствий для PoC-диагностики и для любых анализов, в которых применяют образец небольшого объема, является низкая чувствительность. Желательно усиливать сигнал анализа. Один аспект настоящего изобретения связан с устройствами и способами, которые помещают участок связывания на поверхность усиления сигнала (SAS), чтобы усилить сигнал для достижения более высокой чувствительности. Поверхности усиления сигнала также могут называться слоями усиления сигнала (SAL).
Общая структура SAL предусматривает наноразмерные структуры металл-диэлектрик/полупроводник-металл, которые усиливают электрическое поле и градиент локальной поверхности, а также световые сигналы. Усиление является сильным в местоположении, где имеются острые (например, с большой кривизной) края металлических структур и небольшие промежутки между двумя металлическими структурами. Областями с самым большим усилением являются области, имеющие как острые края, так и небольшие промежутки. Кроме того, размеры всех металлических и неметаллических микро/наноструктур обычно меньше, чем длина волны света, которую усиливает SAL (т.е. субволновые).
В некоторых вариантах осуществления слой SAL имеет как можно больше металлических острых краев и небольших промежутков. Для этого требуется наличие плотной группы металлических наноструктур с небольшими промежутками между наноструктурами. Структуры SAL могут включать несколько различных слоев. Кроме того, слой SAL сам по себе можно дополнительно улучшить с помощью способа, в котором можно дополнительно покрывать части металлических материалов, которые не имеют острых краев и небольших промежутков, как описано в предварительной заявке США с порядковым № 61/801424, поданной 15 марта 2013 г., и заявке согласно PCT WO2014197096, поданной 15 марта 2014 г., которые включены посредством ссылки для всех целей, а также PCT/US2014/028417 (Chou et al., “Analyte Detection Enhancement By Targeted Immobilization, Surface Amplification, And Pixelated Reading And Analysis”), которая включена в данный документ посредством ссылки для всех целей.
M1. В некоторых вариантах осуществления поверхность усиления представляет собой металлический слой на поверхности участка связывания или рядом с ним. Способ усиления сигнала при проведении анализа на целевой объект в подходящем объеме образца, предусматривающий:
(а) получение образца, который содержит целевой объект;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где одна пластина содержит на своей поверхности один участок связывания, который содержит поверхность усиления сигнала, выполненную с возможностью связывания целевого объекта и усиления оптического сигнала, который находится на поверхности усиления сигнала или возле нее; и где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей находится на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем толщина в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации; и подходящий объем образца находится в контакте с участком связывания; и
(e) после (d) инкубацию, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, в течение периода времени, который обеспечивает возможность связывания целевого объекта в подходящем объеме образца с участком связывания; где подходящий объем представляет собой часть образца, которая контактирует с участком связывания, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
M2. Устройство для усиления сигнала при проведении анализа на целевой объект в подходящем объеме образца, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации,
где первая пластина содержит на своей поверхности один участок связывания, и участок связывания содержит поверхность усиления сигнала, которая выполнена с возможностью (i) связывания целевого объекта в образце и (ii) усиления оптического сигнала, который находится на поверхности усиления сигнала или возле нее;
где одна или обе пластины содержат разделители, и каждый из разделителей находится на своей соответствующей пластине и имеет предварительно заданную высоту;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой часть образца, которая контактирует с участком связывания, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления поверхность усиления сигнала включает по меньшей мере одно из наноструктуры металл-диэлектрик, наноструктуры металл-полупроводник и массива дисковых антенн, сопряженных с точками на столбиках.
В некоторых вариантах осуществления поверхность усиления сигнала включает металлический слой.
9. Выявление и/или количественное определение объема и/или концентрации (Q)
Количественное определение и/или контроль подходящего объема образца является применимым для количественного определения и/или контроля концентрации химических соединений (в том числе аналитов, объекта, реагентов и т.д.) в образце.
Обычные способы количественного определения объема образца включают применение пипетки-дозатора (пипетки с регулируемым объемом типа эппендорф «Research plus», 0,5–10 мкл, SKU #3120000020) или применение геометрического анализа. В случае PoC-применения (в месте оказания медицинской помощи) или применения в домашних условиях такие дозирующие устройства являются неудобными для применения и/или дорогостоящими. Существуют потребности в более простых и дешевых способах и устройствах для количественного определения и/или контроля объема и/или концентрации образца.
Один аспект настоящего изобретения связан со способами, устройствами и системами, с помощью которых количественно определяют и/или контролируют подходящий объем образца, размещенного на пластине, без применения пипетки-дозатора и/или фиксированного микрофлюидного канала. Подходящий объем, который может представлять собой часть или весь объем образца, имеет непосредственное отношение к количественному определению и/или контролю концентрации целевого аналита и/или объекта в образце. Способы, устройства и системы по настоящему изобретению являются легко применимыми и недорогими.
9.1. Способ количественного определения подходящего объема образца
Q1. Способ количественного определения подходящего объема образца, предусматривающий:
(а) получение образца, в котором подходящий объем образца подлежит количественному определению;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемым относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители, и разделители характеризуются предварительно заданными расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (c) распределение образца путем перевода пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и по меньшей мере один из разделителей находится внутри образца;
(e) количественное определение подходящего объема образца, пока пластины находятся в закрытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
Q2. В некоторых вариантах осуществления способ количественного определения подходящего объема в образце предусматривает:
(a) получение первой пластины и второй пластины;
(b) получение образца, подлежащего количественному определению между двумя пластинами;
(c) деформацию формы образца за счет сжатия двух пластин, что снижает толщину образца, и распределение образца между пластинами в горизонтальном направлении; и
(d) количественное определение подходящего объема образца, пока пластины находятся в закрытой конфигурации;
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
9.2. Пластина для применения в количественном определении подходящего объема в образце
Q3. Пластина для применения в количественном определении подходящего объема в образце, предусматривающая
пластину, которая содержит на своей поверхности (i) разделители, которые характеризуются предварительно заданным расстоянием между разделителями и высотой и закреплены на поверхности, и (ii) область контакта с образцом для осуществления контакта с образцом, у которого подходящий объем подлежит количественному определению, где по меньшей мере один из разделителей находится внутри области контакта с образцом.
9.3. Устройство для применения в количественном определении подходящего объема в образце
Q4. Устройство для количественного определения подходящего объема в образце, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые (a) являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, и (b) каждая имеет область контакта с образцом для осуществления контакта с образцом, у которого подходящий объем подлежит количественному определению,
где одна или обе пластины на своей поверхности(ях) содержат разделители, при этом разделители характеризуются предварительно заданным расстоянием между разделителями и высотой, и разделители закреплены на своих соответствующих пластинах;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и по меньшей мере один из разделителей находится внутри образца; и
где подходящий объем образца количественно определяют в закрытой конфигурации, и подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
9-5. Измерение подходящего объема образца
MS1. В настоящем изобретении количественное определение подходящего объема образца, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, включает без ограничения каждый из следующих пяти вариантов осуществления:
(а) измерение подходящего объема образца с помощью способа, который является механическим, оптическим, электрическим или любой их комбинацией;
(b) измерение независимым образом одного или нескольких параметров, связанных с подходящим объемом образца, с применением способа, выбранного из способа, который является механическим, оптическим, электрическим или любой их комбинацией;
(c) применение предварительно заданного параметра(ов), связанного с подходящим объемом образца (т.е. параметра(ов) образца, заданного до того, как пластины находятся в закрытой конфигурации);
(d) определение подходящего объема образца за счет (i) измерения одного или несколько параметров, связанных с подходящим объемом, когда пластины находятся в закрытой конфигурации, и (ii) предварительного определения других параметров, связанных с подходящим объемом, до того, как пластины находятся в закрытой конфигурации;
(e) определение объема, не относящегося к образцу;
(f) любые комбинации из вышеизложенного (т.е. a, b и c).
В способе по пункту MS1 механические способы предусматривают без ограничения применение разделителей (т.е. механического устройства, которое регулирует пространство между внутренними поверхностями субстрата и покровной пластины до предварительно заданного значения), механического зонда или масштабных линеек, звуковых волн (например, отражения и/или интерференции ультразвуковой волны для измерения пространства) или любой их комбинации.
В способе по пункту MS1 оптические способы предусматривают без ограничения применение интерференции света или оптической визуализации (например, получение 2D (двумерного)/3D (трехмерного) изображения образца, многократную оптическую визуализацию (при различных углах зрения, различной длине волны, различной фазе и/или различной поляризации), обработку изображений или любую их комбинацию.
Электрические способы предусматривают без ограничения измерения емкости, сопротивления или импеданса или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту S1 измерение толщины образца представляет собой измерение пространства между внутренними поверхностями двух пластин.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 применение предварительно заданного одного или нескольких параметров, связанных с подходящим объемом образца, где предварительно заданный параметр представляет собой предварительно заданную толщину образца, которая регулируется разделителями, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 применение предварительно заданного одного или нескольких параметров, связанных с подходящим объемом образца, где предварительно заданный параметр представляет собой предварительно заданную высоту разделителя.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 параметры, связанные с подходящим объемом образца, представляют собой параметры при закрытой конфигурации, которые включают без ограничения (i) промежуток между внутренними поверхностями первой пластины и второй пластины (в CROF), (ii) толщину образца, (iii) всю или подходящую часть площади образца, (iv) весь или подходящую часть объема или (v) любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение объема образца или подходящего объема образца предусматривает стадии (i) умножения толщины образца на площадь всего образца с получением объема всего образца, (ii) умножения толщины образца на подходящую площадь образца с получением подходящего объема образца или (iii) умножения подходящей толщины образца на всю или подходящую площадь образца с получением подходящего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 измерение представляет собой получение 3D (трехмерного) изображения подходящего объема.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение подходящего объема образца осуществляют путем измерения площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции, а затем применяя ее вместе с толщиной подходящего объема для определения объема подходящего объема образца, где толщину подходящего объема определяют, исходя из информации о разделителе, а информация о разделителе включает высоту разделителя.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение подходящего объема образца путем измерения площади в горизонтальной проекции подходящего объема образца и разделителя совместно, затем применение ее с толщиной подходящего объема и объемом разделителей для определения объема подходящего объема образца, где толщину подходящего объема определяют, исходя из информации о разделителе.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение подходящего объема образца путем измерения площади в горизонтальной проекции и толщины подходящего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение подходящего объема образца проводится путем измерения объема подходящего объема образца оптическим способом.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 масштабные метки применяются для облегчения количественного определения подходящего объема образца, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, где некоторые варианты осуществления масштабных меток, их применение, а также измерения и т.д. описаны в разделе 2.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MS1 количественное определение подходящего объема образца предусматривает стадию вычитания объема, не относящегося к образцу, где в некоторых вариантах осуществления объем, не принадлежащий образцу, определяют с помощью вариантов осуществления, описанных в настоящем изобретении.
9-4. Способ количественного определения концентрации аналитов в подходящем объеме образца
Q5. Способ количественного определения аналитов в подходящем объеме образца, предусматривающий:
(a) выполнение стадий в способе по пункту Q1 и
(b) после стадии (a) измерение сигнала, связанного с аналитами из подходящего объема, где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
Q6. Способ количественного определения аналитов в подходящем объеме образца, предусматривающий:
(a) выполнение стадий в способе по пункту Q2 и
(b) после стадии (a) измерение сигнала, связанного с аналитами из подходящего объема,
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления способа по любому из пунктов Q5–6 дополнительно предусмотрена стадия расчета концентрации аналитов путем деления значения сигнала, связанного с аналитами из подходящего объема образца, на объем подходящего объема.
В способе по любому из пунктов Q5–6 одна или обе пластины дополнительно содержат участок связывания, участок хранения или оба.
В некоторых вариантах осуществления способа по любому из пунктов Q5–6 сигнал, связанный с аналитом, представляет собой непосредственный сигнал аналитов или метки, прикрепленной к аналиту.
Q7. Способ количественного определения аналитов в подходящем объеме образца, предусматривающий:
(a) выполнение стадий в способе по пункту Q1, где одна или обе пластины дополнительно содержат участок связывания; и
(b) после стадии (a) измерение сигнала, связанного с аналитами из подходящего объема, где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
Q8. Способ количественного определения аналитов в подходящем объеме образца, предусматривающий:
(a) выполнение стадий в способе по пункту Q2, где одна или обе пластины дополнительно содержат участок связывания; и
(b) после стадии (a) измерение сигнала, связанного с аналитами из подходящего объема, где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
В некоторых вариантах осуществления способа по любому из пунктов Q7–8 сигнал, связанный с аналитами, представляет собой непосредственный сигнал от аналитов, которые связываются с участком связывания, или метки, присоединенной к аналиту, который связывается с участком связывания.
9.5. Пластина для применения в количественном определении концентрации аналитов в подходящем объеме в образце
Q9. Пластина для применения в количественном определении концентрации аналитов в подходящем объеме в образце, предусматривающая
пластину, которая на своей поверхности содержит (i) разделители, которые характеризуются предварительно заданным расстоянием между разделителями и высотой, и (ii) площадь контакта с образцом для осуществления контакта образца, который характеризуется некоторой концентрацией аналитов в соответствующем объеме, подлежащем количественному определению, где по меньшей мере один из разделителей находится внутри площади контакта с образцом.
9.6. Устройство для применения в количественном определении концентрации аналитов в подходящем объеме в образце
Концентрацию целевых аналитов и/или объектов в образце можно количественно определить или контролировать, если количественно определено количество целевых аналитов и/или объектов в образце, а также количественно определен подходящий объем образца.
Q10. Устройство для количественного определения концентрации аналитов в подходящем объеме в образце, содержащее:
первую пластину и вторую пластину, которые (a) являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, и (b) каждая имеет площадь контакта с образцом для осуществления контакта с образцом, который характеризуется некоторой концентрацией аналитов в подходящем объеме, подлежащем количественному определению, где одна или обе пластины на своей поверхности(ях) содержат разделители, которые характеризуются предварительно заданным расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на соответствующих пластинах;
где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец размещен на одной или обеих пластинах,
где другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется с помощью пластин и разделителей, и она является более тонкой, чем толщина в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и по меньшей мере один из разделителей находится внутри образца; и
где концентрацию аналита в подходящем объеме образца количественно определяют в закрытой конфигурации, и подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
В устройстве по любому из пунктов Q9 и Q10 пластина дополнительно содержит участок связывания или участок хранения или оба. Один вариант осуществления участка связывания представляет собой участок связывания, который связывает аналиты в образце.
В устройстве по любому из пунктов Q9 и Q10 пластина дополнительно содержит одну или множество масштабных меток, где некоторые варианты осуществления масштабных меток описаны в разделе 2.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 устройство для измерения включает по меньшей мере одно из устройства визуализации и камеры.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 устройство дл измерения выполнено с возможностью визуализации площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 устройство для измерения включает источник света для освещения площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 стадия расчета концентрации предусматривает деление содержания всех целевых аналитов или объекта на подходящий объем образца.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 измерение сигнала предусматривает применение оптического устройства визуализации для подсчета количества целевых аналитов или объекта. Например, измерение может предусматривать применение оптического микроскопа для измерения клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов) в образце крови.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 измерение количества целевых аналитов или объекта в образце может представлять собой вариант осуществления анализа иммобилизации на поверхности, в котором целевые аналиты или объект захватываются на поверхности.
В некоторых вариантах осуществления аппарат для количественного определения объема образца или выявления/количественного определения аналита в образце предусматривает любое из устройств по пунктам Q1–10, совместно с (1) оптическими устройствами визуализации и/или (2) источником света и оптическими устройствами визуализации и т.д. Оптическое устройство визуализации включает фотосенсор, оптические линзы, фильтры, поляризаторы, волновые пластинки, расщепители пучка, механические подставки или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления измерение подходящей площади или объема образца предусматривает (i) наличие метки на первой пластине, покровной пластине, между ними или любой их комбинации, (ii) получение оптического изображения (например, получение 2D (двумерного)/3D (трехмерного) изображения образца, и получение изображение можно выполнять несколько раз при различных углах зрения, различной длине волны, различной фазе и/или различной поляризации) и (iii) обработку изображения, исходя из метки и изображений образца. «Подходящий» означает связанный с определением концентрации целевого аналита.
Сканирование. В некоторых вариантах осуществления при считывании сигнала от образца применяют способ сканирования, при котором ридер (например, фотодетекторы или камера) считывает часть образца (или пластины), а затем движется к другой части образца (или пластины), и такой процесс продолжается до тех пор, пока определенная предварительно указанная часть образца (или пластины) не будет подвергнута считыванию. Сканирующее считывание образца охватывает все части образца (или пластины) или малую долю образца (или пластины). В некоторых вариантах осуществления сканирующее считывание облегчается за счет меток местоположения, которые указывают на местоположение образца (или пластины). Одним примером меток местоположения являются периодические разделители, которые имеют фиксированный период и местоположение, или метки подходящей площади, которые также имеют предварительно определенное местоположение и размер для указания местоположения образца или пластины.
10. Выявление и количественное определение аналитов и т.д. (D)
В определенных вариантах осуществления аналит выявляют и/или количественно определяют (т.е. анализируют) путем измерения сигнала, связанного с аналитом, где сигнал представляет собой оптический сигнал, электрический сигнал, механический сигнал, химико-физический сигнал или любую их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления анализ аналита выполняют, когда две пластины в устройстве для CROF сомкнуты относительно друг друга. В некоторых вариантах осуществления анализ аналита выполняют, когда две пластины в устройстве для CROF отделены друг от друга.
Оптический сигнал включает без ограничения отражение, рассеяние, передачу, поглощение света, спектр, цвет света, испускание, интенсивность света, длину волны света, местоположение света, поляризацию, люминесценцию, флуоресценцию, электролюминесценцию, хемолюминесценцию, электрохемолюминесценцию или любую их комбинацию. Оптический сигнал представлен в форме оптического изображения (т.е. светового сигнала в зависимости от местоположения образца или устройства) или общей суммы всех фотонов, поступающих из указанных области или объема. Предпочтительная длина волны света находится в диапазоне от 400 нм до 1100 нм, в диапазоне от 50 нм до 400 нм, в диапазоне от 1 нм до 50 нм или в диапазоне от 1100 до 30000 нм. Другая предпочтительная длина волны находится в терагерцевом диапазоне.
Электрический сигнал включает без ограничения заряд, ток, импеданс, емкость, сопротивление или любую их комбинацию. Механический сигнал включает без ограничения механическую волну, звуковую волну, ударную волну или вибрацию. Химико-физический сигнал включает без ограничения значение pH, ионы, тепло, пузырьки газа, изменение цвета, которые образуются в ходе реакции.
Например, метка представляет собой гранулу, и метка прикрепляется к метке во время процесса специфического связывания аналита (например, применения средства для выявления для связывания гранулы с аналитом, применения средства для захвата для захвата аналита гранулой, применение средства для захвата для связывания аналита и затем применение средства для выявления для прикрепления гранулы или другие подходы. Следует отметить, что средства для захвата и выявления связывают аналит специфическим образом), затем измерение применяют для идентификации каждой из гранул, которые прикрепились к аналитам, и их подсчитывают.
В некоторых вариантах осуществления каждое из аналита или гранул обнаруживают и подсчитывают с помощью оптических средств (таких как (i) оптические метки и считывание меток, (ii) поверхностный плазмонный резонанс, (iii) оптическая интерференция, (iv) электрические способы (например, емкость, сопротивление, импеданс и т.д.) и другие. Сенсоры могут находиться на поверхности первой пластины и/или второй пластины.
Определенные варианты осуществления могут включать определение концентрации аналита в (a) анализе иммобилизации на поверхности, (b) объемном анализе (например, подсчете клеток крови) и (c) других. В некоторых вариантах осуществления в способах определения объема образца, подходящего объема образца или концентрации применяют смартфон.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 измерение сигнала представляет собой измерение количества аналитов в образце, или измерение количества меток, прикрепленных к аналитам в образце. В другом варианте осуществления по пункту Q5 «измерение сигнала» представляет собой (a) идентификацию каждого из аналита или метки, прикрепленной к каждому аналиту, и (b) подсчет их количества.
В некоторых вариантах осуществления выявление аналитов представляет собой электрический способ, при котором электроды помещают на одну или обе из первой и второй пластин (это применимо к любому из способов и устройств, в которых применяется CROF). С помощью электродов измеряют заряд, ток, емкость, импеданс или сопротивление образца или любую их комбинацию. С помощью электродов измеряют содержание электролита в образце. Электроды имеют толщину, равную или меньше, чем толщина разделителя. В некоторых вариантах осуществления электрод выступает в роли части разделителей. Электроды изготавливают из различных проводящих материалов. Предпочтительным материалом для электродов является золото, серебро, алюминий, медь, платина, углеродные нанотрубки или любая их комбинация.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 при измерении применяют устройства, т.е. камеру или фотодетектор, совместно с оптическим процессором, выполненным с возможностью выполнения измерения.
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 устройства для определения концентрации содержат процессор, выполненный с возможностью определения концентрации на основе измерений (объема, площади, толщины, количества аналитов, интенсивности).
В некоторых вариантах осуществления способа или устройства по любому из пунктов Q1–10 дополнительно предусмотрено устройство для определения концентрации, выполненное с возможностью определения концентрации целевых аналитов в подходящем объеме, исходя из измеренной площади в горизонтальной проекции, толщины и измеренного количества целевых молекул.
Дополнительная информация о выявлении сигнала с применением пиксельного считывания и анализа
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сигналы, полученные от образца, аналитов, а также объекта, участков связывания, реагентов, CROF-пластин или любых их комбинаций, выявляют и анализируют. Некоторые варианты осуществления выявления сигнала с применением пиксельного считывания и анализа описаны в настоящем раскрытии, в то время как другие варианты осуществления описаны в публикации с номером WO2014144133 A и заявке с номером PCT/US2014/028417 (Chou et al., “Analyte Detection Enhancement By Targeted Immobilization, Surface Amplification, And Pixelated Reading And Analysis”), которые включены в данный документ посредством ссылки для всех целей.
В некоторых вариантах осуществления сигнал представляет собой электромагнитный сигнал, в том числе электрический и оптический сигналы с различными частотами, интенсивностью света, флуоресценцией, хроматичностью, люминесценцией (электро- и хемолюминесценцией), рамановским рассеянием, сигналом с временным разрешением (в том числе мерцанием). Сигналы часто могут представлять собой силы, обусловленные локальному электрическому, локальному механическому, локальному биологическому или локальному оптическому взаимодействию между пластиной и считывающим устройством. Сигнал также включает пространственное (например, позиционное), временное и спектральное распределение сигнала. Выявляемый сигнал также может представлять собой поглощение.
Аналит включает белки, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту, малые молекулы, клетки, наночастицы различных форм. Целевой аналит может находиться либо в растворе, либо в воздухе, либо в газообразной фазе. Определение предусматривает выявление существования, количественное определение концентрации и определение состояний целевого аналита.
В некоторых вариантах осуществления для содействия молекулярной селективности или связыванию, а также выявлению применяют электрическое поле.
Способы выявления/считывания
В некоторых вариантах осуществления оптического выявления (т.е. выявления с помощью электромагнитного излучения) способы предусматривают без ограничения способы дальнепольной оптики, способы ближнепольной оптики, эпифлуоресцентную спектроскопию, конфокальную микроскопию, двухфотонную микроскопию и микроскопию полного внутреннего отражения, где целевые аналиты помечены с помощью испускателя электромагнитного излучения, а сигнал при этих видах микроскопии можно усилить с помощью поверхности усиления на CROF-пластине.
В некоторых вариантах осуществления сигнал содержит информацию о положении, локальной интенсивности, локальном спектре, локальной поляризации, локальной фазе, локальной рамановской сигнатуре указанных сигналов или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления выявление сигнала представляет собой измерение общего сигнала от области (например, сигнала от области, независимо от местоположения в области).
В определенных вариантах осуществления выявление сигнала представляет собой измерение с помощью изображения сигнала на области (т.е. сигнала в зависимости от местоположения); а именно, область делят на пиксели и сигнал от каждого пикселя из области измеряют отдельно, что также называется «PIX» или «пиксельное выявление на изображении». Получение отдельного измерения каждого пикселя может быть одновременным, или последовательным, или смешанным.
В некоторых вариантах осуществления при считывании применяют соответствующие системы выявления, чтобы сигнал выявлялся последовательно или одновременно, или в виде их комбинации, при последовательном выявлении один или несколько пикселей выявляют в один момент времени, и сканер будет применяться для перемещения выявления в другие области SAL. При одновременном выявлении для выявления сигналов от различных пикселей в одно и то же время будет применяться мультипиксельная детекторная матрица, такая как камера для визуализации (например, ПЗС). Сканер может быть однополосным или многополосным с различным размером пикселей для каждой полосы. На фиг. 2C в PCT/US2014/028417 схематически проиллюстрировано пиксельное считывание на площадке с осями x, y, z.
Размер пикселя для считывания/выявления будет регулироваться для уравновешивания оптического разрешения и суммарного времени считывания. Чем меньше размер пикселя, тем больше времени понадобится для считывания/сканирования всего или части SAL. Типичный размер пикселя составляет от 1 мкм до 10 мкм. Пиксель имеет различные формы: круглую, квадратную и прямоугольную. Нижний предел размера пикселя определяется оптическим разрешением микроскопической системы, а верхний предел размера пикселя определяется, чтобы избежать ошибки считывания от неправильного оптического сигнала устройства визуализации (оптическая аберрация, однородность освещения и т.д.).
Система считывания
Как указано на фигурах в PCT/US2014/028417, вариант осуществления системы считывания содержит (a) пластину или пластины, применяемые для CROF; (b) считывающее устройство 205 для получения изображения сигналов, исходящих от поверхности указанной пластины, где сигналы представляют собой отдельные события связывания целевых аналитов; (c) сборное устройство 300, которое удерживает пластину и устройство визуализации; (d) интегральные схемы и блок хранения данных 301 для хранения указанного изображения; и (e) компьютер, выполняющий программу для идентификации и подсчета отдельных событий связывания в области изображения.
Сборное устройство 300 контролирует или изменяет относительное положение пластины и считывающего устройства по меньшей мере в одном из трех (x, y, z) ортогональных направлений для считывания сигнала. Вариант осуществления сборного устройства содержит сканер 301. В некоторых вариантах осуществления сканер 301 сканирует по меньшей мере в одном из трех (x, y, z) ортогональных направлений.
В некоторых вариантах осуществления считывающее устройство 302 представляет собой ПЗС-камеру. В некоторых вариантах осуществления считывающее устройство 302 представляет собой фотодетектор, содержащий одно или более других оптических устройств, которые выбраны из оптических фильтров 303, спектрометра, линз 304, апертур, расщепителя пучка 305, зеркал 306, поляризаторов 307, волновых пластин и затворов. В некоторых вариантах осуществления считывающее устройство 302 представляет собой смартфон или мобильный телефон, которые имеют возможность для локальных или удаленных взаимодействий. Считывающее устройство собирает информацию о положении, локальной интенсивности, локальном спектре, локальной рамановской сигнатуре указанных сигналов или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления оптические фильтры 303, расщепители светового пучка 305, оптические волокна, фотодетектор (например, p-n переход, диод, PMT (электронный фотоумножитель) или APD (лавинный фотодиод), визуализационная камера (например, ПЗС- или камера сотового телефона) и спектрометр совместно со сканером, обеспеченным за счет сборного устройства 301, сопряжены с микроскопической системой, в которой используется дальнепольная конфокальная установка или широкопольная панорамная установка.
В некоторых вариантах осуществления в случае конфокальной установки считывание осуществляется с помощью фиксации яркости, временного изменения и спектрального изменения одного или нескольких пикселей в момент времени и растрового сканирования всей интересующей области SAL. В некоторых вариантах осуществления в случае широкопольной панорамной установки камеру применяют для записи яркости и временного изменения всей или части области SAL в момент времени. В некоторых вариантах осуществления для обеспечения сбора и выявления только требуемого сигнала нужны соответствующие оптические фильтры и манипуляторы со световым пучком (поляризатор, расщепители пучка, оптические волокна и т.д.). На фиг. 9 PCT/US2014/028417 схематически проиллюстрирована одна структура расположения компонентов для такой системы. В некоторых вариантах осуществления анализ предусматривает способы обработки изображений, в том числе без ограничения способы в Open-CV или Image-J.
Пиксельный анализ (PIX). В некоторых вариантах осуществления PIX сигналы, выявляемые в пиксельном виде, анализируют для определения количества и/или типов определенных молекул в определенном пикселе или нескольких пикселях, что, в свою очередь, применяется для количественного определения типа и/или концентрации целевых аналитов. Термин «сигнал, выявляемый в пиксельном виде» относится к способу, при котором область, которая имеет сигнал(ы), делят на пиксели и сигнал от каждого пикселя области измеряют отдельно, что также называется «PIX» или «пиксельное выявление на изображении». Получение отдельного измерения каждого пикселя может быть одновременным, или последовательным, или смешанным.
В некоторых вариантах осуществления анализ предусматривает анализ пространственной, временной, спектральной информации о сигнале. В некоторых вариантах осуществления анализ предусматривает без ограничения статистический анализ, сравнение, интеграцию и т.д. На фиг. 5 в PCT/US2014/028417 представлена технологическая карта для одного варианта осуществления данного способа.
11. Метки
Одна или любые комбинации вариантов осуществления оптических меток, описанных во всем настоящем раскрытии, применимы ко всем способам и устройствам, описанным во всем описании настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления метку(метки) прикрепляют к средству(ам) для выявления, аналиту(ам) или объекту(ам). В определенных вариантах осуществления метка представляет собой оптическую метку, электрическую метку, ферменты, которые могут быть использованы для генерирования оптического или электрического сигнала, или любую их комбинацию. В определенных вариантах осуществления средство(а) для выявления, аналит(ы) или объект(ы) прикрепляют к соединяющей молекуле (например, белку, нуклеиновой кислоте или другим соединениям), которую впоследствии прикрепляют к метке. В определенных вариантах осуществления клетки (например, клетки крови, бактерий и т.п.) или наночастицы окрашивают при помощи меток. В некоторых вариантах осуществления оптическая метка представляет собой объект, который может генерировать оптический сигнал, где генерация оптического сигнала включает без ограничения отражение, рассеяние, передачу, поглощение, спектр, цвет, испускание, интенсивность, длину волны, местоположение, поляризацию света (например, фотонов), люминесценцию, флуоресценцию, электролюминесценцию, фотолюминесценцию (флуоресценцию), хемилюминесценцию, электрохемилюминесценцию или любую их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления оптический сигнал представлен в форме оптического изображения (т.е. светового сигнала в зависимости от местоположения образца или устройства) или общей суммы всех фотонов, поступающих из указанных области или объема. Предпочтительная длина волны света находится в диапазоне от 400 нм до 1100 нм, в диапазоне от 50 нм до 400 нм, в диапазоне от 1 нм до 50 нм или в диапазоне от 1100 до 30000 нм. Другая предпочтительная длина волны находится в терагерцевом диапазоне.
Сферы, наночастицы и квантовые точки. В некоторых вариантах осуществления оптическая метка представляет собой гранулы, наночастицы, квантовые точки или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления диаметр гранул, наночастиц или квантовых точек составляет 1 нм или меньше, 2 нм или меньше, 5 нм или меньше, 10 нм или меньше, 20 нм или меньше, 30 нм или меньше, 40 нм или меньше, 50 нм или меньше, 60 нм или меньше, 70 нм или меньше, 80 нм или меньше, 100 нм или меньше, 120 нм или меньше, 200 нм или меньше, 300 нм или меньше, 500 нм или меньше, 800 нм или меньше, 1000 нм или меньше, 1500 нм или меньше, 2000 нм или меньше, 3000 нм или меньше, 5000 нм или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления гранулы или квантовые точки применяют в качестве меток и ими предварительно покрывают пластины для CROF, а при этом внутреннее пространство между двумя пластинами составляет 1 мкм или меньше, 10 мкм или меньше, 50 мкм или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значениями.
В некоторых вариантах осуществления разделение между гранулами в растворе
- Время диффузии. (Толщина подходящего объема передающей среды приводит к тому, что время диффузии оптической метки через толщину составляет меньше 1 мс),
- Можно контролировать время растворения. Для осуществления контроля можно использовать фотон, тепло или другие виды возбуждения и их комбинации. Растворение не начнется до тех пор, пока не применят энергию возбуждения.
В некоторых вариантах осуществления метки представляют собой наночастицы, имеющие диаметр 10 нм или больше. Наночастицы такого большого диаметра характеризуются меньшей константой диффузии, чем малые молекулы (масса <1000 Да) и крупные молекулы (масса = 1000–1000000 Дальтон (Да), что приводит к более продолжительному времени диффузии для данного раствора и расстояния. Чтобы уменьшить время диффузии, необходимо уменьшить расстояние диффузии.
Они обладают особыми преимуществами по сравнению с предшествующим уровнем техники, если оптические метки представляют собой гранулы или другие наночастицы с диаметром более нескольких нанометров. Это обусловлено тем, что константа диффузии объекта в жидкости для приближения первого порядка обратно пропорциональна диаметру объекта (согласно уравнению Эйнштейна-Стокса).
Например, оптическая метка, представляющая собой гранул диаметром 20 нм, 200 и 2000 нм соответственно, характеризуется константой диффузии и, следовательно, временем диффузии, которые в 10, 100 и 1000 раз больше и дольше, чем в случае гранулы размером 2 нм. Что касается типичного расстояния диффузии, применяемого в данных анализах, то оно будет приводить к длительному времени инкубации до насыщения, что является непрактичным для вариантов PoC-применения (в месте оказания медицинской помощи).
Однако в настоящем изобретении решили проблему длительного времени инкубации для оптических меток с диаметром, превышающим нескольких нанометров. В настоящем изобретении оптическая метка хранится на поверхности пластины, а затем поверхность хранения помещают рядом с участком связывания с разделительным расстоянием (между ними) порядка субмиллиметров, микрометров или даже нанометров и заполняют разделительный промежуток передающей средой (при этом хранящаяся оптическая метка растворяется в передающей среде и диффундирует к участку связывания). С помощью настоящего изобретения также можно контролировать однородность такого небольшого расстояния на протяжении большой площади участка связывания и выполнять это с легкостью с помощью технологий использования разделителей.
Введение метки в аналит может включать применение, например, средства для мечения, такого как элемент специфического связывания аналита, который содержит выявляемую метку. Выявляемые метки включают без ограничения флуоресцентные метки, колориметрические метки, хемилюминесцентные метки, связанные с ферментом реагенты, многоцветные реагенты, реагенты для выявления, ассоциированные с авидином-стрептавидином и т.п. В определенных вариантах осуществления выявляемая метка представляет собой флуоресцентную метку. Флуоресцентные метки представляют собой фрагменты для мечения, которые выявляют с помощью детектора флуоресценции. Например, связывание флуоресцентной метки с представляющим интерес аналитом может обеспечить возможность выявления представляющего интерес аналита с помощью детектора флуоресценции. Примеры флуоресцентных меток включают без ограничения флуоресцентные молекулы, которые флуоресцируют после контакта с реагентом, флуоресцентные молекулы, которые флуоресцируют при облучении электромагнитным излучением (например, УФ, видимым светом, рентгеновским излучением и т.д.) и т.п.
В определенных вариантах осуществления подходящие флуоресцентные молекулы (флуорофоры) для мечения включают без ограничения IRDye800CW, Alexa 790, Dylight 800, флуоресцеин, флуоресцеина изотиоцианат, сложные сукцинимидиловые эфиры карбоксифлуоресцеина, сложные сукцинимидиловые эфиры флуоресцеина, 5-изомер флуоресцеиндихлортиазина, каркасный карбоксифлуоресцеин-аланин-карбоксамид, Oregon Green 488, Oregon Green 514; люцифер желтый, акридиновый оранжевый, родамин, тетраметилродамин, техасский красный, пропидия йодид, JC-1 (5,5’,6,6’-тетрахлор-1,1’,3,3’-тетраэтилбензимидазоилкарбоцианина йодид), тетрабромродамин 123, родамин 6G, TMRM (сложный тетраметилродаминметиловый эфир), TMRE (сложный этиловый эфир тетраметилродамина), тетраметилрозамин, родамин B и 4-диметиламинотетраметилрозамин, зеленый флуоресцентный белок, зеленый флуоресцентный белок с синим смещением, зеленый флуоресцентный белок с сине-зеленым смещением, зеленый флуоресцентный белок с красным смещением, зеленый флуоресцентный белок с желтым смещением, 4-ацетамидо-4’-изотиоцианатостильбен-2,2’-дисульфоновую кислоту; акридин и производные, такие как акридин, акридинизотиоцианат; 5-(2’-аминоэтил)аминонафталин-1-сульфоновую кислоту (EDANS); 4-амино-N-[3-винилсульфонил)фенил]нафталимид-3,5-дисульфонат; N-(4-анилино-1-нафтил)малеимид; антраниламид; 4,4-дифтор-5-(2-тиенил)-4-бор-3а,4а-диаза-5-индацен-3-пропионовую кислоту BODIPY; каскадный синий; бриллиантовый желтый; кумарин и производные: кумарин, 7-амино-4-метилкумарин (AMC, кумарин 120), 7-амино-4-трифторметилкумарин (кумарин 151); цианиновые красители; цианозин; 4’,6-диаминидино-2-фенилиндол (DAPI); 5’,5”-дибромпирогаллол-сульфонафталеин (бромпирогаллол красный); 7-диэтиламино-3-(4’-изотиоцианатофенил)-4-метилкумарин; диэтилентриамина пентаацетат; 4,4’-диизотиоцианатодигидро-стильбен-2,2’-дисульфоновую кислоту; 4,4’-диизотиоцианатостильбен-2,2’-дисульфоновую кислоту; 5-(диметиламино)нафталин-1-сульфонилхлорид (DNS, дансилхлорид), 4-диметиламинофенилазофенил-4’-изотиоцианат (DABITC), эозин и его производные: эозин, эозинизотиоцианат, эритрозин и его производные: эритрозин B, эритрозинизотиоцианат; этидий; флуоресцеин и его производные: 5-карбоксифлуоресцеин (FAM), 5-(4,6-дихлортриазин-2-ил)аминофлуоресцеин (DTAF), 2’,7’-диметокси-4’5’-дихлор-6-карбоксифлуоресцеин (JOE), флуоресцеин, флуоресцеина изотиоцианат, QFITC (XRITC); флуорескамин; IR144; IR1446; малахитового зеленого изотиоцианат; 4-метилумбелли-феронеортокрезолфталеин; нитротирозин; парарозанилин; феноловый красный; В-фикоэритрин; о-фтальдиальдегид; пирен и его производные: пирен, пиренбутират, сукцинимидил-1-пирен; бутиратные квантовые точки; реактивный красный 4 (Cibacron™ бриллиантовый красный 3B-A), родамин и его производные: 6-карбокси-X-родамин (ROX), 6-карбоксиродамин (R6G), лиссамин, родамина B сульфонилхлорид, родамин (Rhod), родамин B, родамин 123, родамина X изотиоцианат, сульфородамин B, сульфородамин 101, сульфонилхлоридное производное сульфородамина 101 (техасский красный); N,N,N’,N’-тетраметил-6-карбоксиродамин (TAMRA); тетраметилродамин; тетраметилродамина изотиоцианат (TRITC); рибофлавин; 5-(2’-аминоэтил)аминонафталин-1-сульфоновую кислоту (EDANS), 4-(4’-диметиламинофенилазо)бензойную кислоту (DABCYL), розолевую кислоту; CAL Fluor Orange 580; производные хелата тербия; Cy 3; Cy 5; Cy 5.5; Cy 7; IRD 700; IRD 800; La Jolla Blue; фталоцианин и нафталоцианин, кумарины и родственные красители, ксантеновые красители, такие как родолы, резоруфины, биманы, акридины, изоиндолы, дансиловые красители, аминофталевые гидразиды, такие как люминол и производные изолюминола, аминофталимиды, аминонафталимиды, аминобензофураны, аминохинолины, дицианогидрохиноны, флуоресцентные комплексы европия и тербия; их комбинации и т.п. Подходящие флуоресцентные белки и хромогенные белки включают без ограничения зеленый флуоресцентный белок (GFP), в том числе без ограничения GFP, полученный из Aequoria victoria, или его производное, например, «гуманизированное» производное, такое как усиленный GFP; GFP от другого вида, такого как Renilla reniformis, Renilla mulleri или Ptilosarcus guernyi; «гуманизированный» рекомбинантный GFP (hrGFP); любой из множества флуоресцентных и окрашенных белков из видов Anthozoa; их комбинации и т.п.
В определенных вариантах осуществления красители, которые можно использовать для окрашивания клеток крови, включают краситель Райта (эозин, метиленовый синий), краситель Гимза (эозин, метиленовый синий и азур-В), краситель Мая-Грюнвальда, краситель Лейшмана («полихромный» метиленовый синий (т.е. деметилированный в различные азуры) и эозин), краситель эритрозин В (эритрозин В) и другие флуоресцентные красители, в том числе без ограничения краситель акридиновый оранжевый, 3,3-дигексилоксакарбоцианин (DiOC6), пропидия йодид (PI), флуоресцина изотиоцианат (FITC) и краситель основный оранжевый 21 (B021), этидия бромид, бриллиантовый сульфафлавин и производное стильбен-дисульфоной кислоты, эритрозин B или трипановый синий, Hoechst 33342, тригидрохлорид, тригидрат и DAPI (4',6-диамино-2-фенилиндола дигидрохлорид).
В определенных вариантах осуществления средство для мечения выполнено с возможностью специфического связывания с представляющим интерес аналитом. В определенных вариантах осуществления средство для мечения может присутствовать в устройстве для CROF до того, как образец нанесен на устройство для CROF. В других вариантах осуществления средство для мечения можно наносить на устройство для CROF после того, как образец нанесут на устройство для CROF. В определенных вариантах осуществления после того, как образец нанесен на устройство для CROF, устройство для CROF можно промывать для удаления любых несвязавшихся компонентов, например несвязавшегося аналита и других отличных от аналита компонентов в образце, и средство для мечения можно наносить на устройство для CROF после промывки для мечения связавшегося аналита. В некоторых вариантах осуществления устройство для CROF можно промывать после того, как средство для мечения связалось с комплексом аналит-средство для захвата, чтобы удалить из устройства для CROF любой избыток средства для мечения, которое не связалось с комплексом аналит-средство для захвата.
В определенных вариантах осуществления аналит метят после того, как аналит связался с устройством для CROF, например, с применением меченого средства для связывания, которое может связываться с аналитом одновременно со средством для захвата, с которым аналит связывается в устройстве для CROF, то есть в анализе «сэндвич»-типа. В некоторых вариантах осуществления аналит, представляющий собой нуклеиновую кислоту, можно захватывать на устройстве для CROF, и меченая нуклеиновая кислота может гибридизироваться с аналитом одновременно со средством для захвата, с которым аналит, представляющий собой нуклеиновую кислоту, связывается в устройстве для CROF.
В определенных аспектах устройство для CROF усиливает световой сигнал, например флуоресценцию или люминесценцию, который производит выявляемая метка, непосредственно или опосредованно связанная с аналитом, который, в свою очередь, связан с устройством для CROF. В определенных вариантах осуществления сигнал усиливается с помощью физического процесса усиления сигнала. В некоторых вариантах осуществления световой сигнал усиливается с помощью наноплазмонного эффекта (например, рамановское рассеяние, усиленное поверхностными явлениями). Примеры усиления сигнала с помощью наноплазмонных эффектов описаны, например, в Li et al., Optics Express 2011 19: 3925–3936 и WO2012/024006, включенных в данный документе посредством ссылки. В определенных вариантах осуществления усиления сигнала достигают без применения биологического/химического усиления сигнала. Биологическое/химическое усиление сигнала может включать ферментативное усиление сигнала (например, применяемое в твердофазных иммуноферментных анализах (ELISA)) и усиление сигнала с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). В других вариантах осуществления усиления сигнала можно достичь посредством физического процесса и биологического/химического усиления.
Чувствительность. В определенных вариантах осуществления устройство для CROF выполнено с возможностью обеспечения чувствительности выявления, составляющей 0,1 нМ или меньше, например 10 пМ или меньше, или 1 пМ или меньше, или 100 фМ или меньше, например 10 фМ или меньше, в том числе 1 фМ или меньше, или 0,5 фМ или меньше, или 100 аМ или меньше, или 50 аМ или меньше, или 20 аМ или меньше. В определенных вариантах осуществления устройство для CROF выполнено с возможностью обеспечения чувствительности выявления в диапазоне от 10 аМ до 0,1 нМ, например от 20 аМ до 10 пМ, от 50 аМ до 1 пМ, в том числе от 100 аМ до 100 фМ. В некоторых случаях устройство для CROF выполнено с возможностью выявления аналитов при концентрации 1 нг/мл или меньше, например 100 пг/мл или меньше, в том числе 10 пг/мл или меньше, 1 пг/мл или меньше, 100 фг/мл или меньше, 10 фг/мл или меньше, или 5 фг/мл или меньше. В некоторых случаях устройство для CROF выполнено с возможностью выявления аналитов при концентрации в диапазоне от 1 фг/мл до 1 нг/мл, например от 5 фг/мл до 100 пг/мл, в том числе от 10 фг/мл до 10 пг/мл. В определенных вариантах осуществления устройство для CROF выполнено с возможностью обеспечения динамического диапазона, составляющего 5 порядков или больше, например, 6 порядков или больше, в том числе 7 порядков или больше.
Считывание. В определенных случаях период времени от нанесения образца на устройство для CROF до считывания устройства для CROF может находиться в диапазоне от 1 секунды до 30 минут, например, от 10 секунд до 20 минут, от 30 секунд до 10 минут, в том числе от 1 минуты до 5 минут. В некоторых случаях период времени от нанесения образца на детектор усиления сигнала до генерирования выходного сигнала, который может быть принят устройством, может составлять 1 час или меньше, 30 минут или меньше, 15 минут или меньше, 10 минут или меньше, 5 минут или меньше, 3 минуты или меньше, 1 минуту или меньше, 50 секунд или меньше, 40 секунд или меньше, 30 секунд или меньше, 20 секунд или меньше, 10 секунд или меньше, 5 секунд или меньше, 2 секунды или меньше, 1 секунду или меньше, или даже меньше. В некоторых случаях период времени от нанесения образца на детектор усиления сигнала до генерирования выходного сигнала, который может быть принят устройством, может составлять 100 миллисекунд или больше, в том числе 200 миллисекунд или больше, например, 500 миллисекунд или больше, 1 секунду или больше, 10 секунд или больше, 30 секунд или больше, 1 минуту или больше, 5 минут или больше, или дольше.
Любой подходящий способ можно применять для считывания устройства для CROF, чтобы получить измерение количества аналита в образце. В некоторых вариантах осуществления считывание устройства для CROF включает получение электромагнитного сигнала от выявляемой метки, связанной с аналитом в устройстве для CROF. В определенных вариантах осуществления электромагнитный сигнал представляет собой световой сигнал. Полученный световой сигнал может предусматривать интенсивность света, длину волны света, местоположение источника света и т.п. В конкретных вариантах осуществления световой сигнал, производимый меткой, характеризуется длиной волны, которая находится в диапазоне от 300 нм до 900 нм. В определенных вариантах осуществления световой сигнал считывается в виде визуального изображения устройства для CROF.
В определенных вариантах осуществления считывание устройства для CROF включает обеспечение источника электромагнитного излучения, например источника света, в качестве источника возбуждения для выявляемой метки, связанной с биомаркером в устройстве для CROF. Источником света может быть любой подходящий источник света для возбуждения выявляемой метки. Примеры источников света включают без ограничения солнечный свет, естественное освещение, УФ-лампы, люминесцентные лампы, светоизлучающие диоды (LED), фотодиоды, лампы накаливания, галогеновые лампы и т.п.
Считывание устройства для CROF можно осуществить с помощью любого подходящего способа для измерения количества аналита, присутствующего в образце и связанного с устройством для CROF. В определенных вариантах осуществления устройство для CROF считывают с помощью устройства, выполненного с возможностью захвата светового сигнала от выявляемой метки, связанной с аналитом в устройстве для CROF. В некоторых случаях устройство представляет собой карманное устройство, такое как мобильный телефон или смартфон. Любое подходящее карманное устройство, выполненное с возможностью считывания устройства для CROF, можно применять в устройствах, системах и способах по настоящему изобретению. Определенные варианты осуществления устройств, выполненных с возможностью считывания устройства для CROF, описаны, например, в предварительной заявке на патент США с порядковым № 62/066777, поданной 21 октября 2014 г., которая включена в данный документ посредством ссылки.
В некоторых вариантах осуществления устройство включает оптический регистрирующий аппарат, который выполнен с возможностью захвата светового сигнала от устройства для CROF, например захвата изображения устройства для CROF. В определенных случаях оптический регистрирующий аппарат представляет собой камеру, например цифровую камеру. Термин «цифровая камера» обозначает любую камеру, которая в качестве основного компонента содержит аппарат для получения изображений, оснащенный системой линз для получения изображений с целью формирования оптического изображения, светочувствительную матрицу для преобразования оптического изображения в электрический сигнал и другие компоненты, при этом примеры таких камер включают цифровые фотокамеры, цифровые кинокамеры и веб-камеры (т.е. камеры, которые подключены либо публично, либо в частном порядке, к аппарату, соединенному с сетью для обеспечения обмена изображениями, в том числе те, которые подключены к сети, и те, которые подключены к сети посредством аппарата, такого как персональный компьютер, обладающий возможностью обработки информации). В одном примере считывание устройства для CROF может предусматривать получение видеоизображения, которое может фиксировать изменения с течением времени. Например, видео может быть получено для проведения оценки динамических изменений в образце, нанесенном на устройство для CROF.
В определенных вариантах осуществления оптический регистрирующий аппарат характеризуется чувствительностью, которая слабее, чем чувствительность высокочувствительного оптического регистрирующего аппарата, применяемого в исследовательских/клинических лабораторных условиях. В определенных случаях оптический регистрирующий аппарат, применяемый в заявляемом способе, характеризуется чувствительностью, которая в 10 раз или больше, например в 100 раз или больше, в том числе в 200 раз или больше, в 500 раз или больше или в 1000 раз или больше, слабее, чем чувствительность высокочувствительного оптического регистрирующего аппарата, используемого в исследовательских/клинических лабораторных условиях.
В определенных вариантах осуществления устройство может иметь видеодисплей. Видеодисплеи могут содержать компоненты, на которых отображаемая страница может отображаться способом, воспринимаемым пользователем, например, компьютерный монитор, электронно-лучевая трубка, жидкокристаллический дисплей, светодиодный дисплей, сенсорная панель или сенсорный дисплей и/или другие средства, известные в данной области, для испускания визуально воспринимаемого выходного сигнала. В некоторых вариантах осуществления устройство оборудовано сенсорным экраном для отображения информации, такой как изображение, полученное от детектора, и/или отчет, сгенерированный из обработанных данных, и обеспечения возможности субъекту вводить информацию.
12. Мультиплексирование
В любом варианте осуществления, описанном в данном документе, система может быть сконструирована для проведения мультиплексного анализа и таким образом может содержать несколько участков хранения, несколько участков связывания или несколько участков хранения и несколько участков связывания, вследствие чего различные анализы можно выполнять в разных областях на поверхности одной из пластин. Например, в одном варианте осуществления одна из пластин может содержать несколько участков связывания, каждый из которых содержит другое средство для захвата, обеспечивая тем самым возможность выявления нескольких аналитов в образце в одном и том же анализе. Участки могут быть пространственно отделены, хотя и расположены рядом друг с другом.
На фиг. 16 схематически проиллюстрирован иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с применением одного участка связывания на одной пластине и множества участков хранения на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно. В данном иллюстративном случае мультиплексное устройство для CROF содержит первую пластину и вторую пластину, где одна поверхность первой пластины имеет один участок связывания; где одна поверхность второй пластины имеет множество участков хранения; и где разные участки хранения могут иметь одно и то же средство для выявления, но с разной концентрацией, или могут иметь разные средства для выявления в одинаковых или разных концентрациях. В некоторых вариантах осуществления площадь участка связывания больше площади каждого участка хранения. В некоторых вариантах осуществления площадь участка связывания больше, чем общая площадь всех участков хранения, и/или площадь участка связывания совпадает с участками хранения (т.е. они расположены друг над другом, а именно кратчайшее расстояние между участком связывания и точкой на участках хранения является одинаковым или практически одинаковым).
На фиг. 17 схематически проиллюстрирован дополнительный иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с применением одного участка хранения на одной пластине и нескольких участков связывания на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно. В иллюстративном случае мультиплексное устройство для CROF содержит первую пластину и вторую пластину, где одна поверхность первой пластины имеет несколько участков связывания; где одна поверхность второй пластины имеет один участок хранения; и где различные участки связывания могут иметь одно и то же средство для захвата, но с разной концентрацией, или могут иметь разные средства для захвата в одинаковых или разных концентрациях. В некоторых вариантах осуществления площадь участка хранения больше, чем площадь каждого участка связывания. В некоторых вариантах осуществления площадь участка хранения больше, чем общая площадь всех участков связывания, и/или она совпадает с участками связывания (т.е. они расположены друг над другом).
На фиг. 18 схематически проиллюстрирован дополнительный иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, представляющий собой мультиплексное выявление в одном устройстве для CROF с несколькими участками связывания на одной пластине и несколькими соответствующими участками хранения на другой пластине. Панели (a) и (b) представляют собой изображение иллюстративного устройства в перспективе и его поперечное сечение соответственно. В иллюстративном случае мультиплексное устройство для CROF содержит первую пластину и вторую пластину, где одна поверхность первой пластины имеет множество участков связывания; где одна поверхность второй пластины имеет множество соответствующих участков хранения; где каждый соответствующий участок хранения расположен в местоположении на второй пластине, которое соответствует местоположению участка связывания на первой пластине, вследствие чего, когда пластины размещены друг напротив друга, каждый участок связывания перекрывается только с одним участком хранения, и каждый участок хранения перекрывается только с одним участком связывания; где разные участки хранения могут иметь одно и то же средство для выявления, но с разной концентрацией, или могут иметь разные средства для выявления в одинаковых или разных концентрациях; и где разные участки хранения могут иметь одно и то же средство для захвата, но с разной концентрацией, или могут иметь разные средства для захвата в одинаковых или разных концентрациях.
В определенных вариантах осуществления предусмотрено устройство согласно любой из фиг. 10, 11 и 12, где первая пластина дополнительно содержит на своей поверхности первый предварительно заданный участок для анализа и второй предварительно заданный участок для анализа, где расстояние между краями нескольких соседних участков для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины образца расположена над предварительно заданными участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце. Обеспечивая между краями нескольких соседних участков для анализа расстояние, которое больше толщины образца, создается возможность получения нескольких участков связывания без жидкостной изоляции разных частей образца, поскольку инкубация до насыщения в анализе может заканчиваться до значительной взаимной диффузии между двумя соседними участками. Путем правильного выбора отношения расстояния между соседними участками к толщине образца и правильного выбора времени измерения, которое находится между временем, которое больше, чем время инкубации до насыщения для анализа, но меньше, чем время для значительной взаимной диффузии между двумя соседними участками, можно осуществлять мультиплексирование с помощью CROF без изоляции разных частей образца. В некоторых вариантах осуществления отношение расстояния между соседними участками к толщине образца при закрытой конфигурации составляет 1,5 или больше, 3 или больше, 5 или больше, 10 или больше, 20 или больше, 30 или больше, 50 или больше, 100 или больше, 200 или больше, 1000 или больше, 10000 или больше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений. Отношение составляет 3 или больше для предпочтительного варианта осуществления, 5 или больше для другого предпочтительного варианта осуществления, 10 или больше для определенного предпочтительного варианта осуществления, 30 или больше для другого предпочтительного варианта осуществления и 100 или больше для другого предпочтительного варианта осуществления.
В определенных вариантах осуществления предусмотрено устройство согласно любой из фиг. 10, 11 и 12, где первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере три участка для анализа аналита, и при этом расстояние между краями любых двух соседних участков для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
В определенных вариантах осуществления предусмотрено устройство согласно любой из фиг. 10, 1 и 12, где первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере два соседних участка для анализа аналита, которые не разделены расстоянием, которое значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, где по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и где образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
Способ или устройства по любому из пунктов U1–6, X-6, P1–8, W1–6, V1–4, UAB1–8, M1–2, S1–2, Q1–10 и H1, а также любой их комбинации, где первая и вторая пластины дополнительно содержат участок (участки) связывания и участок хранения, как описано на фиг. 10, фиг. 11 или фиг. 12 для мультиплексного выявления.
В данных вариантах осуществления с помощью устройства можно осуществлять одновременный мультиплексный анализ образца жидкости без жидкостной изоляции (т.е. без обеспечения физического барьера между участками для анализа). Это устройство может содержать первую пластину и вторую пластину, где i. пластины являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации; при этом одна или обе пластины являются гибкими; ii. одна или обе пластины содержат разделители, которые закреплены на соответствующей пластине; и разделители характеризуются предварительно заданной практически однородной высотой и предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями; iii. каждая из пластин на своей соответствующей поверхности имеет область контакта с образцом для осуществления контакта с образцом, который содержит образец, который содержит один или более целевых аналитов, которые способны к диффузии в образце, iii. первая пластина имеет на своей поверхности один или множество участков связывания, каждый из которых характеризуется предварительно заданной площадью и содержит средство для захвата, которое связывает и иммобилизирует соответствующий целевой аналит в образце; и iv. вторая пластина имеет на своей поверхности один или множество соответствующих участков хранения, каждый из которых характеризуется предварительно заданной площадью и содержит средство для выявления в некоторой концентрации, которое после контакта с образцом растворяется в образце и диффундирует в образце, где каждое средство для захвата, целевой аналит и соответствующее средство для выявления способны образовывать «сэндвич» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления в участке связывания на первой пластине; где одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, пространство между пластинами не регулируется разделителями, и образец размещен на одной или обеих пластинах, и где другая конфигурация представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации: i. по меньшей мере часть образца сжата в слой однородной толщины, который находится в контакте с внутренними поверхностями двух пластин и ограничен ими, и который покрывает один или множество участков связывания и один или множество участков хранения, ii один или множество соответствующих участков хранения расположены над одним или множеством участков связывания, и iii. слой однородной толщины, который регулируется разделителями и пластинами, составляет меньше 250 мкм, и он существенно меньше, чем линейный размер предварительно заданной площади каждого участка хранения; и iv. отсутствует жидкостная изоляция между участком связывания и/или участками хранения, где разделение между краями соседних участков хранения и разделение между краями соседних участков связывания больше, чем расстояние, на которое целевой аналит или средство для выявления могут диффундировать за подходящий период времени, и где отсутствует жидкостная изоляция между участками связывания и/или участками хранения.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности множество (по меньшей мере 2, по меньшей мере 4 или по меньшей мере 6 или больше) участков связывания.
В некоторых вариантах осуществления каждый из указанного множества участков связывания связывается с отдельным целевым аналитом.
В некоторых вариантах осуществления вторая пластина имеет на своей поверхности множество (по меньшей мере 2, по меньшей мере 4 или по меньшей мере 16 или больше) соответствующих участков хранения.
В некоторых вариантах осуществления каждый из множества соответствующих участков хранения связывается с отдельным целевым аналитом.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности множество указанных участков связывания, а вторая пластина имеет на своей поверхности множество указанных соответствующих участков хранения, где каждый участок связывания обращен к соответствующему участку хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности множество указанных участков связывания, а вторая пластина имеет на своей поверхности участок хранения, где по меньшей мере некоторые из участков связывания обращены к области в участке хранения, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности участок связывания, а вторая пластина имеет на своей поверхности множество участков хранения, где по меньшей мере некоторые из участков хранения обращены к области в участке связывания, когда пластины находятся в закрытой конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности множество участков связывания, где участки связывания содержат разные средства для захвата, которые связывают и иммобилизируют один и тот же целевой аналит.
В некоторых вариантах осуществления первая пластина имеет на своей поверхности множество участков связывания, где участки связывания содержат одно и то же средство для захвата.
В некоторых вариантах осуществления средство для захвата присутствует с разной плотностью в разных участках связывания. Эти варианты осуществления можно применять для обеспечения метода количественного определения количества аналита в образце.
В некоторых вариантах осуществления существует разделение между двумя соседними участками связывания или двумя соседними участками хранения, и при этом отношение разделения к толщине образца в закрытой конфигурации составляет по меньшей мере 3, например по меньшей мере 5, по меньшей мере 10, по меньшей мере 20 или по меньшей мере 50.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между разделителями находится в диапазоне от 1 мкм до 120 мкм.
В некоторых вариантах осуществления гибкие пластины характеризуются толщиной в диапазоне от 20 мкм до 250 мкм (например, в диапазоне от 50 мкм до 150 мкм) и модуле Юнга в диапазоне 0,1–5 ГПа (например, в диапазоне 0,5–2 ГПа).
В некоторых вариантах осуществления произведение толщины гибкой пластины и модуля Юнга гибкой пластины находится в диапазоне 60–750 ГПа-мкм.
В некоторых вариантах осуществления данный способ может предусматривать (a) получение образца, который содержит один или более целевых аналитов, которые способны к диффузии в образце; (b) получение первой и второй пластин, которые являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации, где: i. одна или обе пластины содержат разделители, которые закреплены на соответствующей пластине, и одна или обе пластины являются гибкими, ii. разделители характеризуются предварительно заданной практически однородной высотой и предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, iii. первая пластина имеет на своей поверхности один или множество участков связывания, каждый из которых имеет предварительно заданную площадь и содержит средство для захвата, которое связывает и иммобилизирует соответствующий целевой аналит из (a); и iv. вторая пластина имеет на своей поверхности один или множество соответствующих участков хранения, каждый из которых имеет предварительно заданную площадь и содержит средство для выявления в некоторой концентрации, которое после контакта с образцом растворяется в образце и диффундирует в образце, где каждое средство для захвата, целевой аналит и соответствующее средство для выявления способны образовывать «сэндвич» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления в участке связывания на первой пластине; (c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию, где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями; (d) после (c) сжатие образца путем перевода двух пластин в закрытую конфигурацию, где закрытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой i. по меньшей мере часть образца сжата в слой однородной толщины, который находится в контакте с внутренними поверхностями двух пластин и ограничен ими, и который находится в контакте с одним или множеством участков связывания и одним или множеством участков хранения, ii один или множество соответствующих участков для хранения расположены над одним или множеством участков связывания, и iii. слой однородной толщины, который регулируется разделителями и пластинами, составляет меньше 250 мкм и существенно меньше, чем линейный размер предварительно заданной площади каждого участка хранения; (e) после (d) и пока пластины находятся в закрытой конфигурации, либо: (1) проведение инкубации образца на протяжении подходящего интервала времени и затем прекращение инкубации; или (2) проведение инкубации образца на протяжении времени, которое равно или больше минимального подходящего интервала времени, а затем проведение оценки в течение периода времени, который равен или меньше максимального подходящего интервала времени, связывание каждого целевого аналита с участком связывания; где подходящий интервал времени: i. равен или больше времени, которое занимает диффузия целевого аналита (а) через толщину слоя однородной толщины при закрытой конфигурации; и ii. значительно меньше времени, которое занимает латеральная диффузия целевого аналита (а) через наименьший линейный размер предварительно заданной площади участка хранения или участка связывания; вследствие чего осуществляется реакция, в ходе которой по завершении инкубации (1) или в ходе проведения оценки (2) большая часть «сэндвича» средство для захвата-целевой аналит-средство для выявления, связанного с каждым участком связывания, происходит из соответствующего подходящего объема образца; где инкубация обеспечивает возможность связывания каждого целевого аналита с участком связывания и средством для выявления, где соответствующий подходящий объем представляет собой часть образца, которая расположена над соответствующим участком хранения при закрытой конфигурации, где разделение между краями соседних участков хранения и разделение между краями соседних участков связывания больше, чем расстояние, на которое целевой аналит или средство для выявления могут диффундировать за подходящий период времени, и где отсутствует жидкостная изоляция между участками связывания и/или участками хранения.
В данном способе можно применять любой вариант осуществления мультиплексного устройства для анализа, описанного выше.
13. Количественное определение путем корректировки эффектов, создаваемых объемом, не относящимся к образцу (C)
В процессе CROF образец зачастую смешан с объемом(ами), не относящимся к образцу, который обусловлен объектами, которые не относятся к образцу, которые включают без ограничения разделители, воздушные пузырьки, пыль или любые их комбинации. Воздушные пузырьки или пыль могут быть внесены при нанесении образца или в ходе другого процесса в процессе CROF. Эти объекты, не относящиеся к образцу, занимают объем и внутреннее пространство образца, что должно быть откорректировано при определении подходящего объема (представляющего интерес объема) образца. Один аспект настоящего изобретения заключается в корректировке эффектов, создаваемых объемом, не относящимся к образцу, во внутреннем пространстве подходящего объема образца между двумя пластинами, где толщина подходящего объема регулируется разделителями.
C1. Способ корректировки эффектов, создаваемых материалом, не относящимся к образцу, при определении подходящего объема образца между двумя пластинами, предусматривающий:
(а) получение образца, в котором подходящий объем образца подлежит количественному определению;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемым относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители, и разделители характеризуются предварительно заданными расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (с) перевод пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и подходящий объем может содержать объем материала, не относящегося к образцу;
(e) измерение, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, (i) площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции и (ii) объема материала, не относящегося к образцу; и
(f) вычисление подходящего объема образца с использованием толщины подходящего объема, регулируемого разделителями, и корректировку эффектов, обусловленных материалом, не относящимся к образцу;
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца, а материалы, не относящиеся к образцу, представляют собой материалы, которые происходят не из образца.
- Измерение объема, не относящегося к образцу, осуществляют путем визуализации образца между двумя пластинами.
14. Точное количественное определение путем двойной проверки пространства
В случае определенного набора условий при CROF даже разделители и пластины могут обеспечивать предварительно заданную толщину образца при закрытой конфигурации, фактический набор условий в ходе проведения конкретного CROF может отличаться от ожидаемого, что приводит к ошибкам в предварительно заданной конечной толщине образца. Для уменьшения таких ошибок один из аспектов настоящего изобретения заключается в двойной проверке конечной толщины образца при закрытой конфигурации.
C2. Способ определения и проверки толщины подходящего объема образца между двумя пластинами, предусматривающий:
(а) получение образца, в котором подходящий объем образца подлежит количественному определению;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемым относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители, и разделители характеризуются предварительно заданными расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины частично или полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (с) перевод пластин в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и подходящий объем может содержать объем материала, не относящегося к образцу;
(e) измерение, пока пластины находятся в закрытой конфигурации, (i) площади подходящего объема образца в горизонтальной проекции и (ii) объема материала, не относящегося к образцу; и
(f) вычисление подходящего объема образца путем корректировки эффектов, обусловленных материалом, не относящимся к образцу;
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца, а материалы, не относящиеся к образцу, представляют собой материалы, которые происходят не из образца.
15. Промывка (WS)
В настоящем изобретении одна или любые комбинации вариантов осуществления сдавливания и удержания пластин, описанные в данном документе, применяются во всех способах и устройствах, описанных во всем описании настоящего изобретения.
Способ для стадии промывки при проведении анализа, предусматривающий:
(a) проведение стадий в одном или любой комбинации способов, описанных выше, и
(b) отмывка образца или переносящей среды между пластинами.
В способе, в котором применяют CROF, промывку проводят путем удержания пластины в закрытой конфигурации.
В способе, в котором применяют CROF, промывку проводят путем разделения пластин из закрытой конфигурации.
16. Анализы с несколькими стадиями (MA)
В настоящем изобретении варианты осуществления, описанные в раскрытии (т.е. все разделы), можно применять в комбинации (а) путем комбинирования одного варианта осуществления с другим вариантом(ами) осуществления, путем применения одного и того же варианта(ов) осуществления более одного раза, и (c) любой комбинации (a) и (b).
MA1. Способ анализа аналита в образце, предусматривающий:
(a) получение образца с аналитом;
(b) проведение способа, в котором применяют CROF; и
(c) разделение пластин и проведение способа, в котором применяют CROF.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MA1 после стадии (с) МА1 дополнительно предусмотрена стадия повторения тех же стадий из всех стадий способа по пункту МА1 по меньшей мере один раз.
MA2. Способ анализа аналита в образце, предусматривающий:
(a) получение образца с аналитом;
(b) проведение способа, в котором применяют CROF;
(c) разделение пластин и проведение способа (промывка), в котором применяют CROF; и
(d) проведение способа, в котором применяют CROF.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MA2 после стадии (d) в MА2 дополнительно предусмотрена стадия повторения тех же стадий из всех стадий способа по пункту MА2 по меньшей мере один раз.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту MA2 после стадии (c) в MА2 дополнительно предусмотрена стадия повторения тех же стадий из всех стадий способа по пункту MA1 по меньшей мере один раз.
MA3. Набор для анализа аналита в образце, содержащий:
первое устройство для CROF, в котором применяется CROF; и
третью пластину, которую комбинируют с одной из пластин первого устройства для CROF, когда пластины первого устройства для CROF разделяют, с получением второго устройства для CROF.
MA4. Набор для анализа аналита в образце, содержащий:
первое устройство для CROF, в котором применяется CROF;
по меньшей мере один участок связывания или участок хранения, который расположен на области контакта с образцом на пластине устройства для CROF; и
третью пластину, которую комбинируют с одной из пластин первого устройства для CROF, когда пластины первого устройства для CROF разделяют, с получением второго устройства для CROF;
где участок связывания связывает целевой аналит с поверхностью пластины, а участок хранения содержит реагент, который после контакта с образцом может растворяться в образце и диффундировать в образце.
Получение изображения может предусматривать использование смартфона. Способы из данного раздела могут дополнительно предусматривать стадию освещения с помощью источника света. Источником света может быть лазер, LED, лампа или вспышка камеры.
Набор (MQXA) для осуществления анализа для выявления целевого объекта в образце
Набор для анализа целевого объекта в образце может содержать:
a. первую пластину, где одна поверхность первой пластины имеет один или множество участков связывания, которые могут иммобилизировать целевой объект, и участок связывания содержит партнера по связыванию, который связывает целевой объект;
b. покровную пластину;
c. образец во внутреннем пространстве между покровной пластиной и первой пластиной, где образец содержит указанный целевой объект, который является подвижным в образце, при этом форма образца является деформируемой, первая пластина и вторая пластина являются подвижными друг относительно друга, форма образца практически соответствует внутренним поверхностям, по меньшей мере часть образца находится в контакте с участком связывания, и во время инкубации внутреннее пространство меньше, чем определенное расстояние, при этом образец находится в контакте с указанными участками связывания;
d. устройство формирования изображения, которое может получать изображение поверхности первой пластины и/или поверхности покровной пластины; и
e. измерительное устройство, которое может измерять пространство внутреннего промежутка. Способы из данного раздела могут включать применение смартфона. Способы из данного раздела могут включать применение осветительного устройства. Осветительное устройство может предусматривать лазер, LED, лампу или вспышку камеры.
17. Сдавливание и удержание пластин (H)
Силы сжатия. В процессе CROF для сжатия двух пластин применяются силы, чтобы перевести пластины из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию. Силы сжатия уменьшают пространство между внутренними поверхностями пластин и, таким образом, толщину образца, который находится между пластинами. В настоящем изобретении силы сжатия включают без ограничения механическую силу, капиллярные силы (обусловленные поверхностным натяжением), электростатическую силу, электромагнитную силу (в том числе свет) и любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления при переводе пластин из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию внешнюю силу прикладывают, чтобы прижать первую пластину и вторую пластину по направлению друг к другу.
В некоторых вариантах осуществления при переводе пластин из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию внешнее давление прикладывают с наружной стороны первой пластины и второй пластины, чтобы прижать пластины по направлению друг к другу, и при этом давление выше, чем давление между пластинами. Для создания более высокого давления снаружи пластины, чем с внутренней стороны пластины, применяется устройство. Устройство предусматривает, в частности, уплотнительное устройство.
В некоторых вариантах осуществления сила сжатия по меньшей мере частично обеспечивается капиллярной силой, которая обусловлена жидкостью между первой пластиной и второй пластиной и соответствующими поверхностными натяжениями и взаимодействиями с пластинами. В некоторых вариантах осуществления жидкость представляет образец сам по себе или образец, смешанный с жидкостью. В определенных вариантах осуществления капиллярную силу применяют вместе с другими силами. Во многих случаях образец часто находится в жидком состоянии, и поверхностное натяжение служит для обеспечения капиллярной силы. В некоторых вариантах осуществления деформация образца с помощью пластин может автоматически прекращаться, когда капиллярная сила равна силе, необходимой для деформирования образца.
В определенных вариантах осуществления силу сжатия (следовательно, деформацию образца) создают путем изоляции давления между первой пластиной и второй пластиной (внутреннее давление) от давления снаружи пластин (внешнее давление), а затем понижения внутреннего давления ниже внешнего давления. Изоляцию можно выполнить с помощью вакуумного затвора или других устройств.
В некоторых вариантах осуществления предусмотрена комбинация способов, описанных выше.
Постепенное сдавливание. В определенных вариантах осуществления силу сжатия для перевода пластин в закрытую конфигурацию прилагают в процессе, называемом «постепенное сдавливание», который предусматривает следующее: сдавливание (т.е. приложение силы сжатия) сначала прилагают в одном местоположении на пластине(ах), затем постепенно прилагают к другим местоположениям образца. В некоторых вариантах осуществления постепенного сдавливания силу сжатия (за исключением капиллярных сил образца самого по себе) в одном местоположении после деформирования образца до требуемой толщины в этом местоположении (i) поддерживают в течение всего процесса сдавливания и деформации образца, (ii) удаляют, в то время когда сдавливаются другие местоположения, или (iii) применяют (i) для определенной части пластин и применяют (ii) для другой части образца.
В одном варианте осуществления постепенного сдавливания валик применяют, чтобы придавить первую пластину и вторую пластину (образец расположен между пластинами и пластины являются слегка гибкими) к другому валику или к ровной поверхности.
В другом варианте осуществления пальцы человека представляют собой инструмент для сдавливания пластин (следовательно, образца). Сдавливание осуществляют одной частью руки человека относительно другой части тела человека (включая другую часть руки человека) или рукой человека относительно объекта (например, поверхности стола). В одном варианте осуществления сдавливание начинают в одном местоположении образца и постепенно перемещают в другие местоположения образца.
В одном варианте осуществления постепенного сдавливания струю сжатого воздуха сначала направляют в местоположение (например, центр) пары пластин (которое находится между первой пластиной и второй пластиной, при этом одна из пластин является немного гибкой) и давление постепенно распространяют на другую часть пары пластин.
В другом варианте осуществления одна или обе из первой пластины и второй пластины являются гибкими и находятся в контакте с одним местоположением образца, а затем капиллярная сила в данном местоположении сдвигает пару пластин (по направлению друг к другу) с деформацией образца.
Преимущество постепенного сдавливания включает следующее: оно обеспечивает возможность применения меньшей силы для деформации образца (потому что при одной и той же силе, чем меньше площадь сдавливания, чем больше давление); оно помогает движению (деформации) образца, и/или оно уменьшает пузыри воздуха в образце. Чем больше давление, тем большей будет деформация образца. Постепенное сдавливание может улучшить однородность толщины деформированного образца.
Устройства для сдавливания. Устройства для обеспечения силы(сил) сжатия для деформации образца в CROF имеют несколько практических реализаций. В некоторых вариантах осуществления для сдавливания применяется рука человека, например, сдавливание осуществляется пальцами человека. В определенных вариантах осуществления применяется устройство для сдавливания, где устройство для сдавливания включает без ограничения руку(и) человека, механическую клипсу, механический пресс, механический зажим, механический ползунок, механическое устройство, электромагнитное устройство, ролик, который прокатывают по поверхности, два ролика друг напротив друга, струйный пресс, гидравлическое устройство или любую их комбинацию. В определенных вариантах осуществления для непосредственного или опосредованного сдавливания первой пластины и/или второй пластины применяется жидкость под давлением (в том числе сжатый воздух). «Непосредственно» означает, что жидкость под давлением прилагают непосредственно к первой пластине и/или второй пластине; а «опосредованно» означает, что ее прилагают через третий объект. В определенных вариантах осуществления при сдавливании применяют комбинацию вышеуказанных вариантов осуществления устройств и способов для сдавливания.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления деформации образца осуществляют мониторинг сдавливания и деформации образца. Мониторинг можно применять для контроля сдавливания и деформации образца. Мониторинг деформации включает без ограничения механический, электрический, оптический, химический, магнитный способ и любую их комбинацию. Механические способы включают без ограничения механические датчики, разделители (механические стопоры, более подробно обсуждаемые ниже) и звуковые волны.
В CROF устройство для контроля пространства предусматривает механический пресс, механические столики для поступательного перемещения, пальцы человека, жидкость, которая обеспечивает капиллярные силы, которые сдвигают пластины в направлении друг друга, жидкость (в том числе воздух), которая прилагает давление на пластины, или их комбинацию.
В определенных вариантах осуществления механические столики (поступательные и/или вращательные) применяют для контроля деформации образца и толщины образца, и они функционируют вместе с системами мониторинга.
В некоторых вариантах осуществления сила сжатия по меньшей мере частично обеспечивается прессом (который представляет собой устройство, переводящее пластины в закрытую конфигурацию), выполненным с возможностью сдавливания пластин вместе в закрытую конфигурацию.
В некоторых вариантах осуществления сдавливание пластин осуществляется с помощью руки человека. Человек может быть субъектом, подвергаемым тестированию, или субъектом, проводящим тест, или субъектом, который отбирает образец.
В некоторых вариантах осуществления сдавливание пластин заключается в удержании двух пластин вместе для применения капиллярной силы. Капиллярная сила генерируется за счет придания гидрофильности по меньшей мере части внутренней поверхности одной пластины или обеих. С помощью надлежащей капиллярной силы две пластины способны поддерживать одинаковое пространство между пластинами и одинаковую толщину подходящего объема образца, такие же, как при исходном переводе пластин в закрытую конфигурацию, даже если удаляется часть сил или все силы (кроме капиллярной силы), которые применялись для сжатия пластины в закрытую конфигурацию.
В некоторых вариантах осуществления устройство, которое прилагает силу сжатия к внешней поверхности пластин для уменьшения пространства между внутренними поверхностями пластин, содержит поверхность для контакта, соответствующую внешним поверхностям пластины, где поверхность для контакта устройства представляет собой поверхность устройства, которая контактирует с внешней поверхностью пластин, а «соответствующая внешней поверхности пластины» означает, что поверхность устройства может деформироваться во время сжатия, чтобы форма соответствовала форме внешней поверхности пластины. В одном иллюстративном варианте осуществления устройство для сжатия представляет собой пальцы человека. В другом иллюстративном варианте осуществления устройство для сжатия имеет поверхность для контакта, изготовленную из видов мягкого пластика или резины.
Самоудерживание (поддержание конечной толщины образца после удаления сил сжатия).
В некоторых вариантах осуществления при сдавливании в CROF, после деформации образца при закрытой конфигурации некоторые из сил сжатия удаляют, а образец поддерживает такую же конечную толщину образца, как если бы силы сжатия еще существовали. Такая ситуация называется «самоудерживанием». Одной из причин самоудерживания является то, что после удаления сил сжатия, которые были приложены снаружи пары пластин, между внутренними поверхностями пластин все еще существуют другие силы, такие как капиллярная сила, которая удерживает пару пластин вместе. Капиллярная сила обусловлена смачивающими свойствами образца на пластинах.
Для обеспечения самоудерживания необходимо контролировать свойства смачивания поверхности пластин, общую площадь контакта образца с пластинами, конечную толщину образца при закрытой конфигурации или их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления для достижения самоудерживания одна или обе внутренние поверхности пластин являются гидрофильными. А именно, либо одна из пластин имеет внутреннюю поверхность, которая является гидрофильной, либо обе пластины имеют внутреннюю поверхность, которая является гидрофильной.
Капиллярная сила зависит от радиуса кривизны поверхности жидкости, причем, чем меньше кривизна, тем выше капиллярная сила. Меньшей кривизны можно достигать за счет применения меньшего пространства между двумя пластинами (т.е. парой пластин) и, таким образом, меньшей толщины образца. В некоторых вариантах осуществления конечная толщина образца для достижения самоудерживания составляет 10 нм или меньше, 100 нм или меньше, 100 нм или меньше, 500 нм или меньше, 1 мкм (микрометр) или меньше, 2 мкм или меньше, 3 мкм или меньше, 5 мкм или меньше, 10 мкм или меньше, 20 мкм или меньше, 50 мкм или меньше, 70 мкм или меньше, 100 мкм или меньше, 150 мкм или меньше, 300 мкм или меньше, 500 мкм или меньше, 700 мкм или меньше, 1000 мкм или меньше, 1200 мкм или меньше или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
В некоторых вариантах осуществления для самоудерживания площадь образца, контактирующего с пластинами, составляет не более 10 мкм, не более 100 мкм, не более 200 мкм, не более 500 мкм, не более 1000 мкм, не более 2000 мкм, не более 5000 мкм, не более 8000 мкм, не более 0,01 мм, не более 0,05 мм, не более 0,1 мм, не более 0,5 мм, не более 1 мм, не более 5 мм, не более 10 мм, не более 50 мм, не более 100 мм, не более 500 мм, не более 1000 мм, не более 2000 мм, не более 5000 мм, не более 10000 мм, не более 100000 мм или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления свойства смачивания внутренней поверхности одной или обеих пластин модифицируют для лучшего самоудерживания.
HS.1. В некоторых вариантах осуществления в процессе CROF устройство для приложения силы сжатия применяется для перевода пластин в закрытую конфигурацию, а после достижения закрытой конфигурации силу сжатия за счет устройства удаляют, а толщина образца и пространство между внутренними поверхностями пластин остаются примерно такими же, как перед удалением силы сжатия за счет устройства. В некоторых вариантах осуществления в способах по предыдущему пункту дополнительно предусмотрена стадия считывания сигнала от пластин или между пластинами, где сигнал предусматривает без ограничения сигнал, связанный с аналитами, объектом, метками, объемом образца, концентрацией материала (т.е. химических веществ) или любой их комбинацией.
В способе по пункту SH.1 устройство представляет собой руку(и) человека, механическую клипсу, механический пресс, механический зажим, механический ползунок, механическое устройство, электромагнитное устройство, ролик, который прокатывают по поверхности, два ролика друг напротив друга, пневматический пресс, гидравлическое устройство или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту SH.1 выражение «толщина образца и пространство между внутренними поверхностями пластин остаются примерно такими же, как перед удалением силы сжатия за счет устройства» означает, что относительная разница толщины образца и пространства между внутренними поверхностями пластины до и после удаления силы сжатия составляет 0,001% или меньше, 0,01% или меньше, 0,1% или меньше; 0,5% или меньше, 1% или меньше, 2% или меньше, 5% или меньше, 8% или меньше, 10% или меньше, 15% или меньше, 20% или меньше, 30% или меньше, 40% или меньше, 50% или меньше, 60% или меньше, 70% или меньше, 80% или меньше, 90% или меньше, 99,9% или меньше или находится в диапазоне между любыми из этих значений.
В некоторых вариантах осуществления способа по пункту SH.1 толщина образца и пространство между внутренними поверхностями пластин после удаления силы сжатия за счет устройства являются предварительно заданными, где выражение «предварительно заданный» означает, что толщина и пространство после удаления силы сжатия известны до приложения силы сжатия для данных условий сжатия.
H1. Способ уменьшения толщины подходящего объема образца и поддержание уменьшенной толщины, предусматривающий:
(a) получение образца, в котором необходимо уменьшить толщину подходящего объема образца;
(b) получение двух пластин, которые являются перемещаемым относительно друг друга в разные конфигурации, где одна или обе пластины содержат разделители, и разделители характеризуются предварительно заданными расстоянием между разделителями и высотой, и каждый из разделителей закреплен на своей соответствующей пластине;
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию; где открытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой две пластины либо частично, либо полностью отделены друг от друга, а пространство между пластинами не регулируется разделителями;
(d) после (с) распределение образца с применением сдавливающего устройства, которое переводит пластины в закрытую конфигурацию, где в закрытой конфигурации пластины обращены друг к другу, разделители и подходящий объем образца находятся между пластинами, толщина подходящего объема образца регулируется пластинами и разделителями, и она является более тонкой, чем максимальная толщина образца в том случае, когда пластины находятся в открытой конфигурации, и при этом по меньшей мере один из разделителей находится внутри образца; и
(е) после (d) освобождение устройства, где после разжимания сдавливающего устройства пространство между пластинами остается таким же или примерно таким же, как во время применения устройства,
где подходящий объем представляет собой по меньшей мере часть от всего объема образца.
В способе по пункту H1 примерно такое же пространство между пластинами составляет не более 1%, не более 2%, не более 5%, не более 10%, не более 20%, не более 50%, не более 60%, не более 70%, не более 80%, не более 90% или находится в диапазоне между любыми двумя из этих значений.
Например, в CROF руку или руки человека применяют для сжатия двух пластин в закрытое положение, затем руку(и) и, таким образом, силу сжатия за счет руки(рук) убирают, но конечная толщина образца все еще остается такой же, как во время существования силы сжатия за счет рук.
18. Другие комбинации
В настоящем изобретении каждый из вариантов осуществления в раскрытиях (т.е. во всех разделах) может применяться (a) по отдельности, (b) в комбинации с другим вариантом(ами) осуществления, (c) несколько раз и (d) в любой комбинации (a) – (c).
Способы и устройства, раскрытые в настоящем изобретении, можно применять по отдельности или в любой их комбинации. Термин способ или устройство «QMAX» относится к вариантам осуществления способа или устройства, описанных в данном документе.
В некоторых вариантах осуществления способы и устройства, раскрытые в настоящем изобретении, могут применяться в виде Q, X, A, M, QX, QA, QM, XA, XM, AM, QXA, QAM, XAM и QXAM.
Некоторые варианты осуществления применения Q, X, A и M для анализа иммобилизации на поверхности предусматривают:
а. обеспечение первой пластины, где поверхность первой пластины имеет по меньшей мере одну лунку известной глубины и объема, а нижняя поверхность лунки имеет один или множество участков связывания, которые могут иммобилизировать целевой объект в образце;
b. размещение в лунке образца с объемом примерно таким же, как объем лунки, где образец содержит целевой объект, при этом целевой объект является подвижным в образце, форма образца является деформируемой, а образец покрывает только часть лунки (следовательно, характеризуется обычной толщиной, которая больше, чем глубина лунки);
c. обеспечение покровной пластины;
d. сближение первой пластины и покровной пластины друг с другом, где образец находится между внутренними поверхностями первой пластины и второй пластины;
e. уменьшение толщины образца за счет уменьшения пространства между внутренними поверхностями первой пластины и второй пластины и
f. инкубирование образца при уменьшенной толщине образца в течение некоторого периода времени.
Один вариант данных способов заключается в применение одной или более из вышеуказанных стадий в отношении 96-луночных планшетов или другим планшетов с лунками.
Способы и устройства по настоящему изобретению, раскрытые в разделах 1, 2, 3 и 5, могут применяться по отдельности или в любой их комбинации. В частности, авторы настоящего изобретения применяли Q для изобретений, раскрытых в разделе 1 и 2, А для изобретений, раскрытых в разделе 3 и 5, X для изобретений, раскрытых в разделе 4 и 5, и М для изобретений, раскрытых в разделе 8. Следовательно, способы и устройства по настоящему изобретению, раскрытые в разделах 1, 2, 3 и 5, можно применять в виде Q, X, A, M, QX, QA, QM, XA, XM, AM, QXA, QAM, XAM и QXAM.
Некоторые варианты осуществления применения Q, X, A и M для анализа иммобилизации на поверхности предусматривают:
а. обеспечение первой пластины, где поверхность первой пластины имеет по меньшей мере одну лунку известной глубины и объема, а нижняя поверхность лунки имеет один или множество участков связывания, которые могут иммобилизировать целевой объект в образце;
b. размещение в лунке образца с объемом примерно таким же, как объем лунки, где образец содержит целевой объект, при этом целевой объект является подвижным в образце, форма образца является деформируемой, а образец покрывает только часть лунки (следовательно, характеризуется обычной толщиной, которая больше, чем глубина лунки);
c. обеспечение покровной пластины;
d. сближение первой пластины и покровной пластины друг с другом, где образец находится между внутренними поверхностями первой пластины и второй пластины;
e. уменьшение толщины образца за счет уменьшения пространства между внутренними поверхностями первой пластины и второй пластины и
f. инкубирование образца при уменьшенной толщине образца в течение некоторого периода времени.
Один вариант данных способов заключается в применение одной или более из вышеуказанных стадий в отношении 96-луночных планшетов или другим планшетов с лунками.
Несколько вариантов осуществления способов, устройств и систем комбинируют одну или несколько особенностей количественного определения объема образца (Q), добавления реагентов (A) и/или ускорения анализа (X) (и могут упоминаться как соответствующие акронимы QA, QX, AX и QAX). Ниже описаны некоторые экспериментальные демонстрации способов и устройств Q, A, X, QA, QX, AX и QAX.
19. Реагенты
Термин «реагенты» относится, если не указано иное, к одному или более биологическим средствам, биохимическим средствам и/или химическим средствам. Например, реагенты могут включать средства для захвата, средства для выявления, химические соединения, оптические метки, радиоактивные метки, ферменты, антитела, белки, нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, липиды, углеводы, соли, металлы, поверхностно-активные вещества, растворители или любую их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления реагенты на пластине присутствуют в форме жидкости, твердого вещества, молекулярного пара или их комбинации. Размещение реагента включает без ограничения размещение, помещение, печать, штамповку, дозирование жидкости, испарение (термическое испарение, испарение паров, дыхание человека), химическое осаждение из паровой фазы и/или напыление. Различные реагенты могут находиться в разных местоположениях. Реагенты могут быть нанесены печатью и/или нанесены в виде небольших точек реагентов.
В некоторых вариантах осуществления реагенты сначала наносят на пластину в форме жидкости или пара, а затем сушат с получением сухих реагентов на пластине до выполнения процесса CROF.
Осуществление регуляции времени высвобождения реагентов. Способы А могут дополнительно предусматривать стадию осуществления регуляции времени высвобождения реагента (т.е. времени, определяющего, как быстро реагент может растворяться в образце). Некоторые варианты осуществления регуляции времени высвобождения реагента предусматривают стадию смешивания или нанесения поверх реагента одного или более «материалов для регуляции высвобождения», которые оказывают воздействие на высвобождение (в образец) реагента. В некоторых вариантах осуществления материалом для регуляции высвобождения может быть другой реагент. Например, если имеется два реагента А и В и при этом реагент А наносят поверх реагента В, то при определенных условиях реагент А будет растворяться в образце до реагента В.
Кроме того, для осуществления регуляции высвобождения реагента можно использовать свойства поверхности первой пластины и второй пластины. Одним пример заключается в регуляции свойств смачивания поверхности. В случае многих реагентов гидрофобная поверхность хорошо связывает реагент, что, следовательно, приводит к медленному высвобождению или отсутствию высвобождения реагента в образец (в зависимости от толщины слоя реагента), тогда как гидрофильная поверхность хуже связывает реагент, что, следовательно, приводит к быстрому высвобождению в образец.
Высушивание реагентов. В некоторых вариантах осуществления после стадии (с) нанесения реагента, но перед стадией (d) нанесения образца способы А дополнительно предусматривают стадию высушивания некоторых или всех реагентов, нанесенных на стадии (с).
Местоположение реагентов. Реагенты можно наносить и/или упорядочивать на одной или обеих пластинах. Реагенты могут находиться в участках (местоположениях) хранения на пластине(ах), при этом каждый участок хранения содержит один или более реагентов. Разные участки для хранения могут содержать разные реагенты, одни и те же реагенты или один или более общих реагентов.
Контроль концентрации добавленных реагентов. В некоторых вариантах осуществления способы могут дополнительно предусматривать стадию осуществления контроля концентрации добавленных реагентов путем контроля толщины образцов над участками хранения (т.е. поверхности с реагентами).
¯
Реагент, применяемый в настоящем изобретении, может представлять собой любой подходящий реагент, требуемый для анализа, например, меченое или немеченое антитело, меченую или немеченую нуклеиновую кислоту, фермент, который может содержать аффинный фрагмент или не содержать его, и т.д. В некоторых вариантах осуществления и, как отмечено выше, хранящийся реагент может быть компонентом анализа, разработанного для тестирования крови или образца другой жидкости на наличие аналита. Например, хлорид-ионы можно измерить согласно любому из следующих протоколов, и компоненты для этих анализов могут присутствовать в участке хранения: Колориметрические способы: хлорид-ионы вытесняют тиоцианат из тиоцианата ртути. Свободный тиоцианат вступает в реакцию с ионами трехвалентного железа с образованием окрашенного комплекса тиоцианата железа, который измеряют фотометрическим способом. Кулонометрические способы: при прохождении постоянного однонаправленного тока между серебряными электродами образуются ионы серебра, которые вступают в реакцию с хлоридом, образуя хлорид серебра. После того как весь хлорид объединяется с ионами серебра, свободные ионы серебра накапливаются, вызывая увеличение электрического тока на электродах, и это указывает на конечную точку реакции. Меркуриметрические способы: хлорид титруют с помощью стандартного раствора ионов ртути, и они образуют растворимый комплекс HgCI2. Конечную точку данной реакции выявляют колориметрически, когда избыток ионов ртути вступает в реакцию с индикаторным красителем дифенилкарбазоном, с образованием синей окраски. Аналогично магний можно измерять колориметрическим способом с применением калмагита, который при взаимодействии с магнием дает красно-фиолетовый цвет; в тесте с формазановым красителем при в реакции с магнием возникает испускание при 600 нм, или с применением метилтимолового синего, который связывается с магнием с образованием окрашенного в синий цвет комплекса. Аналогично кальций можно обнаруживать с помощью колориметрической методики с применением O-крезолфталеина, который дает фиолетовую окраску при реакции O-крезолфталеинового комплексона с кальцием. Аналогично бикарбонат можно тестировать бихроматически, поскольку бикарбонат (HCO3) и фосфоенолпируват (PEP) превращаются в оксалоацетат и фосфат в реакции, катализируемой фосфоенолпируваткарбоксилазой (PEPC). Малатдегидрогеназа (MD) катализирует восстановление оксалацетата до малата с одновременным окислением восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (NADH). Это окисление NADH приводит к уменьшению поглощения реакционной смеси, измеряемого бихроматически при 380/410 нм, пропорционально содержанию бикарбоната в образце. Азот мочевины крови можно выявить в колориметрическом тесте, в котором диацетил или феарон образует желтый хромоген с мочевиной, и он может быть количественно определен с помощью фотометрии или многократного применения фермента уреазы, который превращает мочевину в аммиак и угольную кислоту, которые можно проанализировать, например, за счет i) уменьшения поглощения при 340 нм, когда аммиак взаимодействует с альфа-кетоглутаровой кислотой, ii) измерения скорости увеличения проводимости раствора, в котором гидролизуется мочевина. Аналогично креатинин можно измерить колориметрическим способом, путем обработки образца раствором пикрата щелочного металла с получением красного комплекса. Кроме того, креатинин можно измерить с применением реакции, отличной от реакции Яффе, в ходе которой измеряют аммиак, образующийся при гидролизе креатинина с помощью креатинин-иминогидролазы. Глюкозу можно измерить в анализе, в котором кровь подвергают воздействию фиксированного количества глюкозооксидазы в течение ограниченного периода времени для оценки концентрации. По истечении указанного времени избыток крови удаляют и обеспечивают возможность проявления окрашивания, которое применяют для оценки концентрации глюкозы. Например, в ходе реакции глюкозооксидазы с глюкозой образуется кислород, который превращает йодид калия (на фильтровальной бумаге) в йод с образованием коричневого цвета. Концентрация гликозилированного гемоглобина в качестве непрямой оценки уровня глюкозы в крови. Когда гемолизаты эритроцитов подвергают хроматографии, то перед основным пиком гемоглобина A элюируются три или более мелких пиков, соответствующих гемоглобину A1a, A1 и A1c. Эти «быстрые» гемоглобины образуются за счет необратимого присоединении глюкозы к гемоглобину в ходе двухстадийной реакции. Гексокиназу можно измерить в анализе, в ходе которого глюкоза фосфорилируется гексокиназой (HK) в присутствии аденозинтрифосфата (АТФ) и ионов магния с образованием глюкозо-6-фосфата и аденозиндифосфата (АДФ). Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6P-DH) специфически окисляет глюкозо-6-фосфат до глюконат-6-фосфата с одновременным восстановлением NAD+ до NADH. Возрастание поглощения при 340 нм является пропорциональным концентрации глюкозы в образце. HDL, LDL, триглицериды можно измерить с применением протокола по методике Абеля-Кендалла, которая предусматривает проявление цвета под действием реагента Либермана-Берхарда (смешанный реагент из ангидрида уксусной кислоты, ледяной уксусной кислоты и концентрированной серной кислоты) при 620 нм после гидролиза и экстрагирования холестерина. Флуорометический анализ можно использовать для определения референтных значений триглицеридов. Определение холестерина липопротеинов высокой плотности (HDL-C) в плазме крови проводят с помощью тех же процедур, которые применяют для измерения общего холестерина в плазме крови после осаждения липопротеинов, содержащих апопротеин B, из цельной плазмы крови (LDL и VLDL) с помощью гепарина-хлорида марганца. Эти соединения также можно выявить колориметрически в анализе, основанном на ферментативной реакции, при которой количественно определяют как сложные эфиры холестерина, так и свободный холестерин. Сложные эфиры холестерина гидролизуются под действием холестеринэстеразы в холестерин, который затем окисляется холестериноксидазой в кетон, холест-4-ен-3-он, и пероксид водорода. Затем пероксид водорода выявляют с помощью высокоспецифического колориметрического зонда. Пероксидаза хрена катализирует реакцию зонда и пероксида водорода, которые связываются в отношении 1: 1. Образцы можно сравнить с известной концентрацией стандарта холестерина.
Обработка данных
В определенных вариантах осуществления заявленное устройство выполнено с возможностью обработки данных, полученных в результате считывания устройства для CROF. Устройство может быть выполнено с возможностью обработки данных любым подходящим способом для применения в заявленных способах. В определенных вариантах осуществления устройство имеет ячейку памяти для хранения данных, и/или хранения инструкций для обработки данных, и/или хранения базы данных. Данные могут храниться в памяти в любом подходящем формате.
В определенных вариантах осуществления устройство имеет процессор для обработки данных. В определенных вариантах осуществления инструкции для обработки данных могут храниться в процессоре или могут храниться в отдельной ячейке памяти. В некоторых вариантах осуществления устройство может содержать программное обеспечение для реализации обработки.
В определенных вариантах осуществления устройство, выполненное с возможностью обработки данных, полученных от устройства для CROF, содержит программно реализованные способы для выполнения обработки. Программно реализованные способы могут включать один или более из алгоритмов получения изображений; алгоритмов обработки изображений; способов реализации пользовательского интерфейса, которые облегчают взаимодействие между пользователем и вычислительным устройством и служат средствами для сбора, передачи и анализа данных, протоколов связи; и алгоритмов обработки данных. В определенных вариантах осуществления алгоритмы обработки изображений включают одно или более из счетчика частиц, фильтра LUT (таблицы преобразования), фильтра частиц, распознавания образов, морфологического определения, гистограммы, линейного профиля, топографического представления, бинарного преобразования или профиля соответствия цветов.
В определенных вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью отображения информации на видеодисплее или сенсорном дисплее, при этом дисплейная страница интерпретируется программным обеспечением, находящимся в памяти устройства. Дисплейные страницы, описанные в данном документе, могут быть созданы с применением любого подходящего языка программирования, такого как, например, язык разметки гипертекста («HTML»), язык динамической разметки гипертекста («DHTML»), расширяемый язык разметки гипертекста («XHTML») , расширяемый язык разметки («XML») или другой язык программирования, который может применяться для создания файла компьютера, отображаемого на видео или другом дисплее, при помощи способа, воспринимаемого пользователем. Любой машиночитаемый носитель с логической частью, кодом, данными, инструкциями может применяться для реализации любого программного обеспечения, или стадий, или методологии. Если сеть предусматривает Интернет, то дисплейная страница может предусматривать веб-страницу подходящего типа.
Дисплейная страница может содержать хорошо известные функции технологии графического пользовательского интерфейса, такие как, например, рамки, окна, полосы прокрутки, кнопки, пиктограммы и гиперссылки, а также известные функции, такие как интерфейс с использованием координатного указателя или интерфейс с сенсорным экраном. Наведение и щелчок по кнопке графического пользовательского интерфейса, пиктограмме, варианту выбора из меню или гиперссылке также называют «выбором» кнопки, варианта выбора или гиперссылки. Дисплейная страница согласно настоящему изобретению также может включать мультимедийные функции, мультисенсорные, с пиксельной чувствительностью, поверхности на основе ИК-светодиодов (IR LED), визуальные взаимодействия на основе применения камер или без них.
Пользовательский интерфейс может отображаться на видеодисплее и/или дисплейной странице. Пользовательский интерфейс может отображать отчет, созданный на основе проанализированных данных, относящихся к образцу, как дополнительно описано ниже.
Процессор может быть выполнен с возможностью обработки данных любым подходящим способом для применения в заявленных способах. Данные обрабатывают, например, в сгрупированные данные, преобразованные данные (например, пространственно-временные данные преобразуют за счет преобразования Фурье в пространственно-частотные), или они могут быть объединены с другими данными. При обработке можно поместить данные в требуемую форму, и это может предусматривать изменение формата данных. Обработка может включать выявление сигнала на основе образца, корректировку первичных данных на основе математических манипуляций или коррекции и/или калибровок, специфических для устройства или реагентов, применяемых для исследования образца; вычисление значения, например значения концентрации, сравнение (например, с исходным уровнем, пороговым значением, стандартной кривой, ретроспективными данными или данными других датчиков), определение того, является ли тест точным, особо выделяя значения или результаты, которые являются выбросами или могут быть причиной для беспокойства (например, выше или ниже нормального или приемлемого диапазона или указывают на аномальное состояние), или комбинации результатов, которые вместе могут указывать на наличие аномального состояния, подбор аппроксимирующей кривой, использование данных в качестве основы для математических или других аналитических рассуждений (включая дедуктивные, индуктивные, байесовские или другие рассуждения) и другие подходящие формы обработки. В определенных вариантах осуществления обработка может включать сравнение обработанных данных с базой данных, хранящейся в устройстве, для получения инструкций относительно порядка действий, которые должен выполнять субъект.
В определенных вариантах осуществления устройство может быть выполнено с возможностью обработки вводимых данных путем сравнения вводимых данных с базой данных, хранящейся в памяти, для получения инструкций относительно порядка действий, которые должен выполнять субъект. В некоторых вариантах осуществления база данных может содержать хранящуюся информацию, которая содержит пороговое значение для представляющего интерес аналита. Пороговое значение может быть применимо для определения присутствия или концентрации одного или более аналитов. Пороговое значение может быть применимо для выявления ситуаций, когда может быть полезным предупреждение. Блок хранения данных может включать записи или другую информацию, которая может быть применима для составления отчета, относящегося к образцу.
В определенных вариантах осуществления устройство может быть выполнено с возможностью приема данных, которые получены от устройства для CROF. Таким образом, в определенных случаях устройство может быть выполнено с возможностью приема данных, которые не связаны с образцом, предоставленным субъектом, но при этом могут иметь отношение к диагнозу. Такие данные включают без ограничения возраст, пол, рост, вес, индивидуальный и/или семейный анамнез и т.д. В определенных вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью обработки данных, полученных из образца, нанесенного на устройство для CROF, или независимо от такого образца.
20. Виды упаковки
Другой аспект настоящего изобретения относится к упаковке, которая будет продлевать срок службы применяемого реагента и облегчает применение.
В некоторых вариантах осуществления пластины в CROF с реагентами или без них помещены внутрь упаковки, либо по одной пластине на упаковку, либо по несколько пластин на упаковку. В одном варианте осуществления первая пластина и вторая пластина упакованы в разные упаковки перед применением. В некоторых вариантах осуществления разные анализы имеют общую первую пластину или общую вторую пластину.
В некоторых вариантах осуществления каждая из упаковок герметизирована. В некоторых вариантах осуществления герметичность нужна для предотвращения попадания внутрь упаковки воздуха, химических веществ, влаги, загрязнителей или любой их комбинации из-за пределов упаковки. В некоторых вариантах осуществления упаковку герметизируют в вакууме или заполняют газообразным азотом или инертными газами. В некоторых вариантах осуществления материал, который может продлить срок хранения пластины и/или реагентов (включая средства для захвата, средства для выявления и т.д.), упаковывают внутри упаковки вместе с пластиной.
В некоторых вариантах осуществления упаковочные материалы имеют форму тонкого слоя, поэтому такую упаковку человек может легко разорвать руками.
21. Гомогенный анализ с применением поверхности усиления сигнала
Во многих применениях анализа, в частности в PoC или других быстрых анализах, желательно избегать стадий промывки. Один аспект настоящего изобретения относится к устройствам, системам и способам, в которых можно избежать промывки в ходе анализа.
Путем встраивания и/или применения поверхности усиления сигнала раскрытые устройства, системы и способы могут облегчать проведение анализов без промывки. Поверхность усиления сигнала может только усиливать свет, испускаемый на небольшом расстоянии от поверхности (например, 20 нм, или 50 нм, или 100 нм). Одним примером слоя усиления сигнала является D2PA.
Считается, что в следующих пунктах формулы изобретения конкретно указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые направлены на одно из раскрытых изобретений, и они являются новыми и не очевидными. Изобретения, воплощенные в других комбинациях и подкомбинациях признаков, функций, элементов и/или свойств, могут быть заявлены путем внесения изменений в формулу настоящего изобретения или представления новых пунктов формулы изобретения в данной или родственной заявке. Такие измененные или новые пункты формулы изобретения, независимо от того, направлены ли они на другое изобретение или направлены на одно и то же изобретение, независимо от того, являются ли они отличающимися, более широкими, более узкими или равными по объему исходной формуле изобретения, также считаются включенными в объект раскрытия настоящих изобретений.