ДАТЧИК ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЦЕЛЕВОЙ МИШЕНИ
TARGET SENSOR

Предпосылки раскрытия сущности изобретения
[001] Биологический датчик (сенсор) означает аналитическое устройство для обнаружения молекулы-мишени путем взаимодействия биомолекулы с мишенью. По сравнению с культивированием или полимеразной цепной реакцией (ПЦР) биологический датчик может обнаруживать существование молекулы-мишени в течение относительно короткого периода времени. Некоторые биологические датчики используют хроматографические методы иммунологических анализов. Однако эти хроматографические биологические датчики на основе иммуноанализа имеют ограничения при внедрении. Например, большинство хроматографических биологических датчиков на основе иммуноанализа обнаруживают антитела, которые вырабатываются пациентами по истечении последней стадии инфекции/болезни.
Краткое описание графического материала
[002] На фиг.1 представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.2A представлен иллюстративный вариант контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.2B представлен другой иллюстративный вариант осуществления контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.2C представлен еще один иллюстративный вариант контейнера датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.3 представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.4A представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.4B представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.4C представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.4D представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы);
На фиг.5 представлен иллюстративный вариант способа получения датчика;
На фиг.6A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком энтеровируса 71 в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента;
На фиг. 6В представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком энтеровируса 71 в контрольной пробе, полученной от здорового пациента;
На фиг. 7A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком вируса гриппа А в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента;
На фиг. 7В представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком вируса гриппа А в контрольной пробе, полученной от здорового пациента;
На фиг. 8A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком вируса гриппа В в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента; и
На фиг. 8В представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения датчиком вируса гриппа В в контрольной пробе, полученной от здорового пациента, все расположены в соответствии с вариантами данного раскрытия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Некоторые варианты раскрытия данного изобретения могут обычно относиться к датчику для обнаружения целевой мишени. Датчик может содержать источник света, который излучает свет, приемник света для приема света, блок проб, для связывания целевой мишени, расположенный между источником света и приемником света, блок выбора света, позволяющий световой волне заданной длины приниматься приемником света, и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала. Величина электрического сигнала отражает количество света, которое принимается приемником света. В некоторых воплощениях блок выбора света содержит светофильтр. Блок проб может содержать подложку, материал, расположенный на подложке, и зонд, расположенный на материале, и конфигурированный для связывания с целевой мишенью. Кроме того, блок проб конфигурируют так, что зонд находится на пути пройденного света, излучаемого источником света, где свет рассеивается в. соответствии с рэлеевским рассеянием, рассеянием Ми, бриллюэновским рассеянием, комбинационным рассеянием, неупругим рассеянием рентгеновских лучей или комптоновским рассеянием.
[004] Некоторые дополнительные варианты осуществления данного раскрытия могут обычно относиться к датчику для обнаружения целевой мишени, который содержит источник света, который излучает свет заданной длины волны, приемник света для приема света, блок проб для связывания целевой мишени, расположенный между источником света и приемником света, и детектор, конфигурированный для генерирования электрического сигнала. Величина электрического сигнала отражает количество света, которое принимается приемником света. Блок проб может содержать подложку, материал, расположенный на подложке, и зонд, расположенный на материале, и конфигурированный для связывания с целевой мишенью. Блок проб конфигурируют так, что зонд находится на пути пройденного света, излучаемого источником света.
[005] Приведенное выше краткое изложение носит исключительно иллюстративный характер и не предназначено для какого-либо ограничения. В дополнение к иллюстративным аспектам, варианты осуществления и признаки, описанные выше, дополнительные аспекты, варианты осуществления и отличительные признаки станут очевидными со ссылкой на графический материал и следующее подробное описание.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[006] В следующем подробном описании сделаны ссылки на прилагаемые фигуры, которые являются частью данного описания. На фигурах сходные символы обычно обозначают сходные компоненты, если в контексте не указано иначе. Иллюстративные варианты, описанные в подробном описании, фигурах и формуле изобретения, не предназначены для ограничения. Могут быть использованы другие варианты и могут быть произведены другие изменения, не выходя за пределы сущности или объема предмета, представленного здесь. Легко можно понять, что аспекты данного раскрытия изобретения, как в основном описано здесь и показано на фигурах, могут быть упорядочены, заменены, объединены и сконструированы в большом разнообразии различных конфигураций, все из которых явно рассматриваются и составляют часть данного раскрытия.
[007] В данном раскрытии термин ″зонд″ (″probe″) обычно относится к веществу (например, биомолекуле), которое способно связываться с целевой мишенью (например, биомолекулой). Например, зонд может иметь аффинность связывания с мишенью приблизительно от 100 пиконьютонов (пH) до приблизительно 500 пH. Неограничивающие примеры зондов включают в себя антитела, фрагменты антител, которые сохраняют способность связываться с целевой мишенью, нуклеиновые кислоты (например, ДНК, РНК, аптамеры), антигены и ферменты. Как описано здесь, в датчике может быть использован единственный зонд, который узнает единственную целевую мишень, или может быть использовано два или несколько зондов, которые узнают единственную мишень, или множество представляющих интерес мишеней.
[008] Термин ″мишень″ (″targef″) обычно относится к любой молекуле, которая может быть обнаружена датчиком, как описано здесь. Мишень может включать в себя, но не ограничиваясь, биомолекулу. Примеры мишеней, которые являются обнаруживаемыми в описанных здесь датчиках, включают в себя, но не ограничиваются ими, биомолекулы (например, вирус, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды) и другие типы молекул (например, небольшие молекулы) такие как гаптены и токсины. В некоторых вариантах, мишень представляет собой биомолекулу, которая присутствует в физиологической жидкости и/или ткани.
[009] В некоторых вариантах, датчик для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы) включает в себя источник света, блок проб и приемник света, имеющий фотоэлемент, который генерирует электрический сигнал, который пропорционален количеству света, принимаемому приемником света. Блок проб может включать в себя контейнер. По меньшей мере одна внутренняя поверхность контейнера включает в себя зонды, иммобилизованные на материале, который располагают на поверхности контейнера. Источник света конфигурируют для генерирования света, который проходит через контейнер, и, в конце концов принимается фотоэлементом. Длина световой волны может быть специфической. Таким образом, в зависимости от подлежащей обнаружению мишени, специфическая длина волны может быть изменена. Специфическая длина волны может быть определена любыми технически выполнимыми подходами. В некоторых вариантах осуществления, специфическую длину волны определяют сканированием мишени с использованием спектра видимого излучения или спектра УФ-излучения. Предпочтительно конкретная длина волны составляет приблизительно от 200 нм до приблизительно 800 нм Длина волны максимума поглощения мишени в спектре видимого излучения может быть специфической длиной волны. Например, любой из энтеровируса 71, вируса гриппа А и вируса гриппа В имеет максимум поглощения при длине волны 560 нанометров (нм) в спектре видимого излучения и имеет относительно большее поглощение при длине волны приблизительно 280 нм в ультрафиолетовой области спектра. Аденовирус имеет максимум поглощения при длине волны приблизительно 340 нм в спектре видимого излучения и имеет относительно большее поглощение при длине волны приблизительно 280 нм в ультрафиолетовой области спектра. Если мишень присутствует и связывается с зондами, то свет рассеивается при прохождении через контейнер, усиливая сигнал, что приводит к более высокому уровню света, достигающего приемника света, и к большей величине электрического сигнала, генерируемого фотоэлементом.
[0010] В некоторых вариантах, источник света может генерировать видимый свет или ультрафиолетовое излучение. Светофильтр может быть размещен между источником света и контейнером таким образом, что свет, попадающий в контейнер, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, светофильтр может быть размещен между контейнером и фотоэлементом таким образом, что свет, попадающий на фотоэлемент, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, некоторые оптические элементы (например, щель, решетка, зеркало и линейный прибор с зарядовой связью) могут быть размещены между контейнером и фотоэлементом для продуцирования монохроматического света, имеющего специфическую длину волны видимого света, который проходит через контейнер, и пропускать монохроматический свет на фотоэлемент. Альтернативно источник света может быть монохроматическим источником света.
[0011] В некоторых вариантах, контейнер включает в себя подложку, материал, расположенный на подложке и один (зонд) или несколько зондов, расположенных на материале. Зонд иммобилизуют на материале. Зонд может быть биологическим веществом, например, антителом, фрагментом антитела, нуклеиновой кислотой, аптамером, антигеном или ферментом, или любым веществом, которое способно связываться с целевой мишенью таким образом, что при связывании мишени с зондом рассеяние света происходит в большей степени, чем тогда, когда мишень не связана. Материал совместим с зондом, и зонд может быть иммобилизован на материале. Материал может быть, например, металлом, таким как золото, серебро, медь и никель. Подложка может состоять из любой композиции, которая является технически обоснованной для материала, который будет расположен на ней, и которая не препятствует обнаружению целевой мишени, как описано здесь. Некоторые примеры подходящих подложек могут включать в себя, без ограничения, стекло, метал, силикон или полимеры.
[0012] Материал включает в себя структуру, конфигурированную для усиления рассеяния света при связывании мишени с зондом. В некоторых вариантах, сама по себе структура конфигурирована для рассеяния света при прохождении света через структуру. В некоторых вариантах, структура может быть пленкой, нанесенной на подложку. В некоторых других вариантах, нанесенная пленка может быть отожжена. Отжиг приводит к тому, что поверхность нанесенной пленки становится неровной. Неровная поверхность может усиливать рассеяние света, проходящего через контейнер, и может обеспечивать увеличение площади поверхности, доступной для депонирования зонда.
[0013] В некоторых вариантах, структура может быть массивом (array) металлических стержней, расположенных на подложке. Трехмерное свойство массива металлических стержней может также обеспечивать увеличение площади поверхности, доступной для депонирования зонда. Размер металлического стержня в массиве металлических стержней связан с указанной выше специфической длиной волны. В некоторых приводимых в качестве примеров вариантах, длина любого из металлических стержней не является ни кратной длине волны, ни фактором специфической длины волны. Толщина любого из металлических стержней не является ни кратной длине волны, ни фактором специфической длины волны. Расстояние между двумя смежными стержнями не является ни кратной длине волны, ни фактором специфической длины волны.
[0014] Зонд располагают или иммобилизуют на материале путем одной или нескольких химических связей (например, ковалентной связью) с материалом. Зонд может образовывать взаимодействие по типу ″замка и ключа″ с мишенью, подлежащей обнаружению датчиком. Например, зонд может быть ДНК, РНК, белком, антителом, фрагментом антитела, аптамером, антигеном или ферментом или эпитопом. В некоторых вариантах, зонд представляет собой антитело и мишень представляет собой антиген, с которым антитело связывается.
[0015] Пробу, в том числе потенциально включающую мишень, вводят в датчик, и затем она обтекает зонд. Если проба содержит мишень, то количество фотонов, проходящих через контейнер до внесения пробы в датчик, может быть отличным от количества фотонов, проходящих через контейнер после внесения пробы в датчик, поскольку мишень, связанная с зондом, рассеивает фотоны. Если мишень не присутствует в пробе, то количество фотонов, проходящих через контейнер, остается по существу одним и тем же, поскольку не существует связанной мишени для рассеивания фотонов. В некоторых вариантах, количество фотонов, поглощенных пробой, является выше в присутствии связанной мишени, чем в отсутствие мишени, приводящее к различию между световым сигналом, обнаруженным в присутствии мишени, и световым сигналом, обнаруженным в отсутствие мишени.
[0016] В некоторых вариантах, раскрывают способ изготовления датчика. Способ включает в себя обеспечение материала, который включает в себя структуру, конфигурированную для рассеяния света или усиления рассеяния света, связанного с целевой мишенью, и увеличение площади поверхности, доступной для связывания с зондами, расположение материала на подложке и расположение зондов, конфигурированных для взаимодействия с целевой мишенью на материале.
[0017] В некоторых вариантах, материал представляет собой пленку. Подложка может быть очищена перед нанесением материала на подложку. В некоторых вариантах, перед нанесением материала на подложку, сначала на подложку наносят адгезионный слой. Затем материал наносят на адгезионный слой. Адгезионный слой может быть хромом.
[0018] В некоторых других вариантах, материал представляет собой отожженную пленку, которая имеет структуру с неровной поверхностью. Материал может быть отожжен при температуре от приблизительно 300 градусов Цельсия (°C) до приблизительно 500°C, после чего материал наносят на адгезионный слой.
[0019] В некоторых других вариантах материал включает в себя структуру массива стержней. Фоторезист наносят на подложку и формируют массив стержней с помощью фотолитографии. Размер каждого стержня в массиве стержней и расстояние между двумя смежными стержнями связано по меньшей мере с одним из следующих показателей: специфической длиной волны, размером зонда или размером целевой мишени.
[0020] В некоторых вариантах, раскрывают способ обнаружения целевой мишени с использованием описанного здесь датчика. Датчик включает в себя источник света, контейнер и фотоэлемент. Контейнер включает в себя подложку, материал, расположенный на подложке, и зонд, конфигурированный для взаимодействия с целевой мишенью. Зонд располагают и иммобилизуют на материале. Способ включает в себя
передачу света от источника света через контейнер и получение первого сигнала на основе света, полученного фотоэлементом датчика.
[0021] Способ также включает в себя помещение в датчик пробы, которая потенциально включает в себя целевую мишень, и получение второго сигнала на основе света, полученного фотоэлементом датчика после помещения пробы в контейнер. Способ дополнительно включает в себя сравнение первого сигнала и второго сигнала и на основе сравнения определение вероятности нахождения мишени в пробе.
[0022] Фиг.1 представляет собой иллюстративный вариант датчика 100 для обнаружения целевой мишени. Датчик 100 включает в себя блок проб. Блок проб включает в себя контейнер 101. Контейнер образует устройство для связывания целевой мишени, и включает в себя материал 111, расположенный на подложке 110 (например, одной или нескольких стенок контейнера), и зонды 113, которые способны связываться с мишенью, расположенной на материале. Свет 112 передается от источника света датчика 100 к приемнику света датчика 100 через контейнер 101. Зонды 113, расположенные на материале 111, конфигурируют на пути проходящего света, излучаемого источником света. Зонды 113 конфигурируют так, чтобы свет, проходящий через устройство, рассеивался при связывании целевой мишени с зондами 113.
[0023] Раствор, который не содержит мишень, такой как буферный раствор, вводят в контейнер 101. Свет 112 конфигурируется для прохождения через контейнер 101 в первый отрезок времени и принимается приемником света. Приемник света дополнительно включает в себя фотоэлемент, такой как фотодиодный детектор, конфигурированный для генерирования первого электронного сигнала на основе количества света 112, которое принимается приемником света в первый отрезок времени. Приемник света дополнительно включает в себя процессор для обработки первого электронного сигнала.
[0024] Затем пробу 900, потенциально включающую в себя целевую мишень 901, помещают в контейнер 101. Необходимо, чтобы истекло заданное количество времени для того, чтобы если целевая мишень 901 существует в пробе 900, то мишень 901 могла связаться с зондами 113 на материале 111. После истечения заданного времени, помещенную пробу 900 в контейнер 101, в том числе примеси 902, удаляют из контейнера 101 сливным устройством 400 через первое отверстие 107, канал 109 и второе отверстие 108, без разрыва связи между целевой мишенью 901 и зондами 113. Затем контейнер 101 промывают буферным раствором заранее установленное число раз. Например, свежий буферный раствор может быть повторно введен (в контейнер 101) и откачан из контейнера 101 несколько раз.
[0025] Если будет обнаружено рассеяние света, которое происходит при связывании молекулы-мишени с зондами 113 на устройстве, то это указывает на присутствие мишени 901 в пробе 900. Свет 112 конфигурируется для прохождения через контейнер 101 во второй отрезок времени и принимается приемником света. Фотодиодный детектор приемника света конфигурируют для генерирования второго электронного сигнала на основе количества света, которое принимается приемником света во второй отрезок времени. Процессор приемника света конфигурируют для дальнейшей обработки второго электронного сигнала. Если интенсивность второго сигнала значительно отличается от первого сигнала, то процессор определяет, что представляющая интерес мишень присутствует в пробе. Например, если второй сигнал значительно сильнее, чем первый сигнал, то процессор определяет, что представляющая интерес мишень присутствует в пробе.
[0026] На фиг.2A представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включает в себя подложку 201, пленку 203, расположенную на подложке, и зонд 205, расположенный на пленке 203. Толщина пленки 203 может быть, например, по существу одинаковой толщины от приблизительно 5 нм до приблизительно 200 нм. Первую поверхность 2051 зонда 205 располагают на материале 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющую аффинность связывания с мишенью 207, конфигурируют так, что поверхность зонда доступна для соединения с мишенью 207, при наличии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на пленке 203 так, что свет 210 (показанный в виде стрелки на фиг.2A) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.
[0027] На фиг.2B представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включает в себя подложку 201, массив стержней 203, расположенных на подложке, и зонд 205, расположенный на массиве стержней 203. Толщина и длина любого стержня в массиве стержней 203 и расстояние между двумя смежными стержнями, связаны по меньшей мере с одной из длин волн света, передаваемого от источника света датчика, с размером зонда 205 и целевой мишенью 207. Длина волны является специфической для целевой мишени 207. Расстояние между двумя смежными стержнями также связано с такой длиной волны. В некоторых вариантах осуществления, все размеры: толщина, длина и расстояние не являются ни кратными длине волны, ни фактором специфической длины волны. В некоторых вариантах осуществления стержень массива стержней 203 может иметь длину от 200 до 900 нм, ширину от 200 до 900 нм и высоту от 15 до 1500 нм. Расстояние между каждым стержнем в массиве стержней может быть от 200 до 900 нм. В некоторых вариантах, стержень массива стержней может иметь длину приблизительно 500 нм, ширину приблизительно 500 нм и высоту приблизительно 100 нм, и расстояние между каждым стержнем может быть приблизительно 500 нм. Первую поверхность 2051 зонда 205 располагают на массиве стержней 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющую аффинность связывания с мишенью 207, конфигурируют так, что она способна связываться с мишенью 207 при наличии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на массиве стержней 203, так что свет 210 (показано стрелкой на фиг.2B) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.
[0028] На фиг.2C представлен иллюстративный вариант осуществления устройства для связывания целевой мишени. Устройство 200 включает в себя подложку 201, пленку 203, расположенную на подложке, и зонд 205, расположенный на пленке 203. Пленка 203 имеет неодинаковую толщину. В некоторых вариантах, пленка может быть сначала нанесена на подложку 201 и затем отожжена до образования неоднородной поверхности. В некоторых вариантах, толщина пленки 203 может варьировать от приблизительно 0,5 нм до приблизительно 30 нм. Первую поверхность 2051 зонда 205 располагают на пленке 203. Вторую поверхность 2053 зонда 205, имеющую аффинность связывания с мишенью 207, конфигурируют так, что она доступна для связывания с мишенью 207 при присутствии мишени 207. Зонды 205 конфигурируют на материале 203 так, что свет 210 (показано стрелкой на фиг.2C) рассеивается при связывании мишени 207 со второй поверхностью 2053 зондов 205.
[0029] На фиг.3 представлен иллюстративный вариант устройства 300 для обеспечения и обнаружения света, проходящего через устройство 200, для обнаружения целевой мишени. Устройство 300 включает в себя источник света 310 и устройство для приема света 320. Устройство 200 для обнаружения целевой мишени располагают между источником света 310 и устройством для приема света 320.
[0030] Устройство 200 для обнаружения целевой мишени может включать в себя подложку 201, пленку 203, расположенную на подложке, и зонд 205, расположенный на пленке 203. Конфигурация подложки 201, пленки 203 и зонда 205 в устройстве 200 для обнаружения целевой мишени может быть одной и той же, или подобной конфигурации устройства 200, изображенного и описанного в ссылке к фигурам 2A, 2B и 2C.
[0031] Свет 210 (показанный стрелкой на фиг.3) от источника света 310 проходит через устройство 200 для обнаружения целевой мишени. При связывании мишени 207 с зондом 205, мишень 207 будет поглощать некоторое количество света и рассеивать некоторое другое количество света в сторону от пути падающего света 210. Присутствие мишени 207 будет вызывать снижать интенсивность света, падающего на первое фотодетекторное устройство 321, которое расположено оптически на одной прямой с путем падающего света 210 для обнаружения турбидиметрическим способом. Таким образом, первый сигнал может быть получен на основе света, полученного первым фотодетекторным устройством 321 до размещения пробы, которая потенциально включает в себя целевую мишень, в устройство 200 для обнаружения целевой мишени. Например, интенсивность первого сигнала может быть пропорциональна интенсивности света, принимаемого первым фотодетекторным устройством 321. Кроме того, второй сигнал может быть получен на основе света, принимаемого первым фотодетекторным устройством 321, после того как из пробы были удалены несвязанные материалы и заменены буферным раствором. Кроме того, процессор может сравнивать различие между первым сигналом и вторым сигналом и определять присутствует или нет мишень в пробе. Если интенсивность второго сигнала является значительно ниже, чем интенсивность первого сигнала, то процессор может определить, что мишень присутствует в пробе.
[0032] В некоторых вариантах, устройство для приема света 320 может дополнительно содержать второе фотодетекторное устройство 322, которое располагают под углом относительно пути падающего света 210 для нефелометрического обнаружения. В некоторых вариантах, устройство для приема света 320 включает в себя второе фотодетекторное устройство 322, но не первое фотодетекторное устройство 310. Угол может быть, например, любым углом, который больше 0, но меньше или равен 90, позволяя второму фотодетекторному устройству 322 принимать рассеянный свет. Поскольку мишень 207, связанная с зондом 205, будет рассеивать падающий свет 210, то интенсивность рассеянного излучения будет увеличиваться, обусловленная присутствием мишени 207. Таким образом, первый сигнал может быть получен на основе света, принятого вторым фотодетекторным устройством 322 до размещения пробы, которая потенциально включает в себя целевую мишень, в устройство 200 для обнаружения целевой мишени. Кроме того, второй сигнал может быть получен на основе света, принятого вторым фотодетекторным устройством 322 после того как из пробы несвязанные материалы были удалены и заменены буферным раствором. Кроме того, процессор может сравнивать различие между первым сигналом и вторым сигналом и определять присутствует или нет мишень в пробе. Если интенсивность второго сигнала является значительно сильнее, чем интенсивность первого сигнала, то процессор может определить, что мишень присутствует в пробе.
[0033] В некоторых вариантах, источник света может генерировать видимый свет или ультрафиолетовое излучение. Светофильтр может быть размещен между источником света и устройством 200 для обнаружения целевой мишени таким образом, что свет, попадающий в устройство 200 для обнаружения целевой мишени, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, светофильтр может быть размещен между устройством 200 для обнаружения целевой мишени и фотоэлементом таким образом, что свет, попадающий на фотоэлемент, имеет специфическую длину волны. Альтернативно, некоторые оптические элементы, составляющие блок выбора света (например, щель, решетка, зеркало и линейный прибор с зарядовой связью) могут быть размещены между устройством 200 для обнаружения целевой мишени и фотоэлементом для превращения видимого света (или ультрафиолетового излучения), проходящего через устройство 200 для обнаружения целевой мишени, в монохроматический свет со специфической длиной волны до попадания на фотоэлемент. Источник света также может быть монохроматическим источником света.
[0034] На фиг.4A представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы). Для простоты изображают устройство для приема света 320, содержащее только одно фотодетекторное устройство. Любой специалист в данной области оценит по достоинству, что фотодетекторное устройство может быть или одним из первого фотодетекторного устройства 310 и второго фотодетекторного устройства 320, изображенных на фиг.3, и устройство для приема света 320 может содержать дополнительные фотодетекторные устройства.
[0035] Источник света 310 на фиг.4A может излучать видимый свет (показано стрелками на фиг.4A), и светофильтр 308 для выбора света специфической длины волны из видимого света может быть расположен между источником света 310 и устройством 200 для обнаружения целевой мишени. Свет может быть выбран в соответствии с целевой мишенью. Например, если представляющая интерес мишень представляет собой энтеровирус 71, вирус гриппа A или вирус гриппа B, то светофильтр 308 может быть конфигурирован для выбора света, который имеет длину волны 560 нм, и если целевая мишень представляет собой аденовирус, то светофильтр 308 может быть конфигурирован для выбора света, который имеет длину волны 340 нм.
[0036] Устройство для приема света 320 может содержать фотодиодный чип 301 для приема света и фотодетекторную цепь 302 для измерения интенсивности выбранного света, который проходит через устройство 200 для обнаружения целевой мишени и генерирования электрического сигнала, который пропорционален количеству света, принимаемого устройством для приема света 320.
[0037] На фиг.4B представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы). Датчик, изображенный на фиг.4B является или идентичным или подобным датчику, изображенному на фиг.4A, за исключением того, что светофильтр 308 размещают между устройством 200 для обнаружения целевой мишени и фотодиодным чипом 301, вместо (размещения) между источником света 310 и устройством 200 для обнаружения целевой мишени. Таким образом, свет, имеющий длину волны, специфическую для мишени, выбирают после того как свет пройдет через устройство 200 для обнаружения целевой мишени.
[0038] На фиг.4C представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы). Датчик, изображенный на фиг.4C является одним и тем же, или подобным датчику, изображенному на фиг.4A, за исключением того, что устраняют светофильтр 308 и фотодиодный чип 301, и устройство для приема света 320 на фиг.4C содержит щель 303, зеркало 304, решетку 305 и линейный прибор с зарядовой связью (CCD) 306. Видимый свет, который проходит через устройство 200 для обнаружения целевой мишени попадает в щель 303. Решетка 305 разделяет свет различных длин волн, который затем принимается линейным CCD 306, и фотодетекторную цепь 302 конфигурируют для измерения интенсивности света, имеющего желаемую длину волны.
[0039] На фиг.4D представлен иллюстративный вариант датчика для обнаружения целевой мишени (например, биомолекулы). Датчик, изображенный на фиг.4D является или идентичным или подобным датчику, изображенному на фиг.4A, за исключением того, что источник света 310 на фиг.4D излучает монохроматический свет, имеющий специфическую длину волны, связанную с целевой мишенью. Таким образом, светофильтр 308 может быть устранен в примере, изображенном на фиг.4D. Устройство для приема света 320 может дополнительно содержать усилитель 307 для усиления сигналов, принимаемых фотодиодным чипом 301.
[0040] На фиг.5 представлена схема иллюстративного варианта способа 500 изготовления устройства для связывания целевой мишени. Способ 500 включает в себя стадии 501, 503 и 505. На стадии 501 обеспечивают материал. На стадии 503 материал размещают на подложке. Материал может быть расположен на подложке в виде структуры, конфигурированной для увеличения площади поверхности доступной для размещения зондов и для обеспечения и/или усиления рассеяния света, излучаемого источником света, и прохождения через устройство при связывании целевой мишени с зондом, который размещают на материале. Структура может быть представлена, например, пленкой, пленкой неодинаковой толщины или массивом стержней. На стадии 505 зонд, который способен связываться с целевой мишенью, размещают на материале. Зонд конфигурируют для взаимодействия с мишенью, для обнаружения которой конфигурируют датчик. В некоторых вариантах, до размещения зонда на материале, материал может быть очищен и предварительно обработан. Например, материал может быть очищен кислым раствором, щелочным раствором и/или очищенной водой. В некоторых вариантах, материал может быть предварительно обработан одним или несколькими соединениями. В одном варианте материал может быть предварительно обработан одним (соединением) или несколькими соединениями, которые включают в себя (которое включает в себя) по меньшей мере одну функциональную группу, совместимую с материалом. В другом варианте осуществления, материал может быть предварительно обработан одним (соединением) или несколькими соединениями, которые включают в себя (которое включает в себя) по меньшей мере одну функциональную группу, совместимую с зондом. Функциональную группу конфигурируют для образования первой устойчивой связи со свободными электронами вокруг поверхности материала и образования второй устойчивой связи с зондом. Некоторые примеры функциональных групп включают в себя, но не ограничиваются ими, тиольную группу и гидроксильную группу.
[Пример 1]
[Иммобилизация зонда]
[0041] Стеклянный контейнер, конфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricorder (Vsense Medtech. Co., Ltd., Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 0,5 нм до приблизительно 30 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1М гидроксидом натрия и очищенной водой.
[0042] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на стенке контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.
[0043] После удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида, в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступных моноклональных антител против энтеровируса 71 и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности моноклональным антителам против энтеровируса 71 связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное моноклональное антитело против энтеровируса 71 удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.
[Обнаружение пробы]
[0044] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения энтеровируса 71. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, может проходить через светофильтр. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер, свет, в конце концов, принимался фотоэлементом. На фиг.6A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения энтеровируса 71 в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.
[0045] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 601 на фиг.6A), рассматривали как базовый.
[0046] Приблизительно через 1 минуту PBS удаляли из контейнера и добавляли в контейнер 10%-ную разбавленную пробу энтеровируса 71. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 603 на фиг.6A. Через 10 минут разбавленную пробу энтеровируса 71 удаляли из контейнера.
[0047] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного энтеровируса 71. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 605 на фиг.6A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 607 на фиг.6A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 607, и сигналом, обнаруженным в виде 601, указывала на присутствие энтеровируса 71 в пробе.
[Сравнительный пример 1]
[0048] На фиг.6B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения 10%-ной разбавленной пробы энтеровируса 71, как указано выше.
[0049] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 611 на фиг.6B), рассматривали как базовый.
[0050] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 613 на фиг.6B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.
[0051] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 615 на фиг.6B. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 617 на фиг.6B). Сходная интенсивность сигнала 611 и 617 не показала нахождение энтеровируса 71 в контрольной пробе.
[Пример 2]
[Иммобилизация зонда]
[0052] Стеклянный контейнер, конфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricorder (Vsense Medtech, Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 0,5 нм до приблизительно 30 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1М гидроксидом натрия и очищенной водой.
[0053] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на стенке контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.
[0054] После удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступного антитела против вируса гриппа A (20 мкг/мл в растворе PBS при pH 7,2) и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности антителу против вируса гриппа A связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное антитело против вируса гриппа A удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5 М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.
[Обнаружение пробы]
[0055] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения вируса гриппа A. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, мог проходить через светофильтр. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер, свет, в конце концов, принимался фотоэлементом. На фиг.7A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения вируса гриппа A в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.
[0056] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 701 на фиг.7A), рассматривали как базовый.
[0057] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер разбавленную пробу вируса гриппа A. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 703 на фиг.7A. Через 10 минут разбавленную пробу вируса гриппа A удаляли из контейнера.
[0058] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 705 на фиг.7A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 707 на фиг.7A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 707, и сигналом, обнаруженным в виде 701, указывала на присутствие вируса гриппа A в пробе.
[Сравнительный пример 2]
[0059] На фиг.7B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения разбавленной пробы вируса гриппа A, как указано выше.
[0060] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 711 на фиг.7B), рассматривали как базовый.
[0061] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан 713 на фиг.7B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.
[0062] Добавляли PBS для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показывает 715 на фиг.7B. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 717 на фиг.7B). Сходная интенсивность сигнала 711 и 717 не показала присутствие вируса гриппа A в контрольной пробе.
[Пример 3]
[Иммобилизация зонда]
[0063] Стеклянный контейнер, конфигурированный для содержания пробы, помещали в пластиковый держатель, и затем стеклянный контейнер и пластиковый держатель помещали в датчик pTricordet (Vsense Medtech Taipei, Taiwan). Золото располагали на внутренней поверхности контейнера в форме пленки, имеющей неодинаковую толщину от приблизительно 0,5 нм до приблизительно 30 нм. Перед внесением зондов в контейнер пленку золота очищали последовательно 0,1М раствором соляной кислоты, очищенной водой, 0,1 М гидроксидом натрия и очищенной водой.
[0064] После очистки в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл цистамина (20 мМ в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS) при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности цистамину связаться с золотом на стенке контейнера. Затем оставшийся раствор цистамина удаляли из контейнера. Затем в контейнер добавляли водный раствор, содержащий 110 мкл глутаральдегида (2,5% в растворе PBS при pH 7,2), и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности глутаральдегиду связаться с цистамином.
[0065] После удаления из контейнера оставшегося раствора глутаральдегида в контейнер добавляли 110 мкл водного раствора коммерчески доступного антитела против вируса гриппа B (20 мкг/мл в растворе PBS при pH 7,2) и инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре для предоставления возможности антителу против вируса гриппа B связаться со сшивающим агентом глутаральдегида. Затем несвязанное антитело против вируса гриппа B удаляли из контейнера отсасывающим насосом датчика через отверстие внизу стеклянного контейнера. Затем в контейнер добавляли водный 0,5 М раствор глицина для взаимодействия с остаточным несвязанным глутаральдегидом. В конце из контейнера удаляли глицин и добавляли в контейнер PBS.
[Обнаружение пробы]
[0066] Датчик дополнительно включает в себя источник видимого света и фотоэлемент для обнаружения вируса гриппа B. Видимый свет передавался от источника видимого света и проходил через светофильтр. Светофильтр конфигурировали для отфильтровывания видимого света и только свет, имеющий длину волны 560 нм, может проходить через светофильтр. Затем свет (т.е., имеющий длину волны 560 нм) пропускали через стеклянный контейнер, указанный выше. После прохождения через стеклянный контейнер, свет, в конце концов, принимался фотоэлементом. На фиг.8A представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения вируса гриппа B в 10%-ной разбавленной пробе, полученной от инфицированного пациента. Пробу получали мазком из зева (throat swab) от инфицированного пациента.
[0067] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS, как указано выше. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 801 на фиг.8A), рассматривали как базовый.
[0068] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер 10%-ную разбавленную пробу вируса гриппа B. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан в виде 803 на фиг.8A. Через 10 минут разбавленную пробу вируса гриппа В удаляли из контейнера.
[0069] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 805 на фиг.8A. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 807 на фиг.8A). Разница между световым сигналом, обнаруженным в виде 807, и сигналом, обнаруженным в виде 801, указывала на присутствие вируса гриппа B в пробе. [Сравнительный пример 3]
[0070] На фиг.8B представлен график, иллюстрирующий интенсивность сигнала во время обнаружения контрольной пробы, полученной от здорового пациента. Способ обнаружения был одним и тем же, что и способ обнаружения разбавленной пробы вируса гриппа B, как указано выше.
[0071] Датчик включали так, что свет, передаваемый от источника света датчика, проходил через контейнер и через зонды на внутренней поверхности контейнера. На этой стадии контейнер содержал PBS. Сигнал, обнаруженный с использованием PBS (как показывает 811 на фиг.8B), рассматривали как базовый.
[0072] Приблизительно через 1 минуту из контейнера удаляли PBS и добавляли в контейнер контрольную пробу. Данные собирали в течение 10 минут. Свет, обнаруженный в контейнере, показан при 813 на фиг.8B. Через 10 минут контрольную пробу удаляли из контейнера.
[0073] PBS добавляли для промывки контейнера, для удаления неспецифически связанного материала. Промывку повторяли несколько раз. Промывка вызывала различные острые пики, как показано в виде 815 на фиг.8B. После промывки в контейнер добавляли PBS и собирали данные в течение 3 минут, для сбора данных для света, обнаруженного в контейнере (как показывает 817 на фиг.8B). Сходная интенсивность сигнала 811 и 817 не показала присутствие вируса гриппа B в контрольной пробе.
[0074] Несмотря на то, что изложенное выше изобретение было описано более подробно путем иллюстрации и примеров для целей ясности понимания, специалистам в данной области будет очевидно, что конкретные модификации и изменения могут быть осуществлены без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, описание не следует истолковывать как ограничивающие объем данного изобретения.
[0075] Все публикации, патенты и патентные заявки, цитируемые здесь, включены в данное описание посредством ссылки полностью для всех целей и в той же степени, как если бы каждая отдельная публикация, патент или патентная заявка были конкретно и отдельно указаны, так как включены посредством ссылки.