RU2510509C1 - Microfluid system for immunoassay - Google Patents

Microfluid system for immunoassay Download PDF

Info

Publication number
RU2510509C1
RU2510509C1 RU2012130218/15A RU2012130218A RU2510509C1 RU 2510509 C1 RU2510509 C1 RU 2510509C1 RU 2012130218/15 A RU2012130218/15 A RU 2012130218/15A RU 2012130218 A RU2012130218 A RU 2012130218A RU 2510509 C1 RU2510509 C1 RU 2510509C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
channels
microfluidic system
substrate
fluid
Prior art date
Application number
RU2012130218/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012130218A (en
Inventor
Сергей Евгеньевич Пельтек
Василий Михайлович Попик
Татьяна Николаевна Горячковская
Николай Александрович Колчанов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2012130218/15A priority Critical patent/RU2510509C1/en
Publication of RU2012130218A publication Critical patent/RU2012130218A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510509C1 publication Critical patent/RU2510509C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: microfluid system comprises an analysed fluid passage and another four passages perpendicular to the analysed fluid passage, and with its one end connected thereto; one of these passages is measuring and comprises fluid receptors; the other passage is reference and comprises a fluid only, while the other two passages accommodate fluorescent tags with a substrate immobilised in the fluid medium.
EFFECT: higher reliability and simplified operation.
7 cl, 1 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения иммуноанализов и может использоваться для лабораторной диагностики вирусных инфекций.The invention relates to devices for immunoassays and can be used for laboratory diagnosis of viral infections.

Для лабораторной диагностики вирусных инфекций чаще всего используют методы иммуноферментного, или иммунофлуоресцентного анализа.For laboratory diagnosis of viral infections, enzyme-linked immunosorbent, or immunofluorescence analysis methods are most often used.

Метод иммуноферментного анализа предназначен для выявления антител и основан на использовании специфических вирусных белков - антигенов, выделенных из зараженных клеток, или полученных методами генной инженерии. Вирусные антигены сорбируют на стенках пластиковой ячейки и инкубируют с исследуемой сывороткой крови, содержащей определяемые антитела. После отмывания неспецифично связанных вязавшихся антител в ячейки добавляют вторые по отношению к определяемым антитела, ковалентно связанные с ферментом, обычно пероксидазой или щелочной фосфатазой. Избыток вторых антител отмывают, а количество связавшихся, зависящее от количества противовирусных антител в сыворотке, оценивают по интенсивности ферментативной реакции.Enzyme-linked immunosorbent assay is designed to detect antibodies and is based on the use of specific viral proteins - antigens isolated from infected cells, or obtained by genetic engineering. Viral antigens are sorbed on the walls of a plastic cell and incubated with the test blood serum containing the antibodies to be detected. After washing the non-specifically bound mating antibodies, the second antibodies are added to the cells covalently bound to the enzyme, usually peroxidase or alkaline phosphatase. An excess of the second antibodies is washed, and the amount of bound, depending on the amount of antiviral antibodies in the serum, is estimated by the intensity of the enzymatic reaction.

Метод иммунофлуоресцентного анализа применяют для выявления, как антигенов, так и антител. Этот метод основан на использовании реагентов, меченных флюоресцентным красителем. Антитела чаще всего метят флюоресцеин изотиоцианатом. Меченые антитела связываются с антигеном, образуя комплексы, которые можно выявить с помощью флюоресцентной микроскопии. Существуют три модификации иммунофлюоресцентного анализа:The method of immunofluorescence analysis is used to detect both antigens and antibodies. This method is based on the use of reagents labeled with a fluorescent dye. Antibodies are most often labeled with fluorescein with isothiocyanate. Labeled antibodies bind to the antigen, forming complexes that can be detected using fluorescence microscopy. There are three modifications of an immunofluorescence assay:

- Метод прямой иммунофлюоресценции применяют для выявления антигенов. Он основан на непосредственном определении антигена, связанного с твердой подложкой, при помощи флюоресцентно меченых антител. Реакцию оценивают с помощью флюоресцентного микроскопа.- The direct immunofluorescence method is used to detect antigens. It is based on the direct determination of an antigen bound to a solid support using fluorescently labeled antibodies. The reaction is evaluated using a fluorescence microscope.

- Метод непрямой иммунофлюоресценции позволяет выявить антитела к известному антигену. Антиген, сорбированный на твердой подложке, связывается с определяемыми антителами. Комплексы антиген-антитело выявляются с помощью меченых антител к иммуноглобулинам.- The method of indirect immunofluorescence allows the detection of antibodies to a known antigen. An antigen sorbed on a solid support binds to detectable antibodies. Antigen-antibody complexes are detected using labeled antibodies to immunoglobulins.

- Метод конкурентной иммунофлюоресценции основан на добавлении к исследуемой пробе известной концентрации меченого антигена и проведении реакции с антителами, сорбированными на твердой подложке. Поскольку меченый и немеченый антигены конкурируют за связывание с антителами, по количеству связанного меченого антигена можно определить концентрацию антигена в исследуемой пробе.- The method of competitive immunofluorescence is based on the addition of a known concentration of labeled antigen to the test sample and the reaction with antibodies adsorbed on a solid support. Since labeled and unlabeled antigens compete for binding to antibodies, the concentration of antigen in the test sample can be determined by the amount of labeled antigen bound.

Микрофлюидные технологии - одна из новых, быстро развивающихся областей конвергенции наук и технологий, основанная на интеграции высокотехнологичных и наукоемких методов микросистемотехники, электроники, физики, химии, оптики и гидравлики, молекулярной и клеточной биологии, информатики и других наук.Microfluidic technologies are one of the new, rapidly developing areas of convergence of sciences and technologies, based on the integration of high-tech and high-tech methods of microsystems, electronics, physics, chemistry, optics and hydraulics, molecular and cellular biology, computer science and other sciences.

Основное достоинство микрофлюидных технологий состоит в том, что они позволяют работать с предельно малыми объемами реагентов - 10-9-10-15 литров и пикограммами веществ. Рассматриваемые рабочие среды могут представлять собой жидкости различной природы, содержащие нерастворимые микро- и наночастицы, полимерные молекулы, клеточные суспензии, эмульсии, состоящие из мицелл, капель неперемешивающихся жидкостей или воздушных пузырьков и др.The main advantage of microfluidic technologies is that they allow you to work with extremely small volumes of reagents - 10 -9 -10 -15 liters and picograms of substances. The considered working media can be liquids of various nature containing insoluble micro- and nanoparticles, polymer molecules, cell suspensions, emulsions consisting of micelles, drops of non-mixing liquids or air bubbles, etc.

Для микрофлюидных систем характерны экстремально большие соотношения «поверхность/объем» и высокие скорости массо- и теплопереноса, что делает их исключительно эффективными для интенсификации протекания целевых процессов.Microfluidic systems are characterized by extremely large surface / volume ratios and high mass and heat transfer rates, which makes them extremely effective for intensifying the course of target processes.

Ряд базовых характеристик микрофлюидных технологий делают их исключительно ценными и перспективными для решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач:A number of basic characteristics of microfluidic technologies make them extremely valuable and promising for solving a wide range of fundamental and applied problems:

- микрофлюидные технологии оперируют микро/фемто объемами анализируемых жидкостей;- microfluidic technologies operate with micro / femto volumes of analyzed liquids;

- течение жидкости в микрофлюидных каналах является ламинарным, в силу этого возможен точный расчет транспортируемых масс веществ к различным точкам микрофлюидной системы в зависимости от геометрии каналов, распределения давления, свойств жидкости;- the fluid flow in microfluidic channels is laminar, because of this, it is possible to accurately calculate the transported masses of substances to various points of the microfluidic system, depending on the geometry of the channels, pressure distribution, and properties of the fluid;

- в силу ламинарности смешивание потоков жидкостей осуществляется в результате диффузии;- due to laminarity, mixing of fluid flows is carried out as a result of diffusion;

- ламинарность потоков и диффузия в комбинации могут обеспечивать создание градиентов веществ в микрофлюидных системах;- laminarity of flows and diffusion in combination can provide the creation of gradients of substances in microfluidic systems;

- в микрофлюидной системе увеличивается отношение поверхности к объему, что создает оптимальные условия для диффузии и теплового обмена;- in the microfluidic system, the ratio of surface to volume increases, which creates optimal conditions for diffusion and heat exchange;

- капиллярные системы позволяют реализовать на микроуровне важнейшие транспортные методы современной аналитической химии: проточно-инжекционный анализ, основанный на разнице в давлениях, и высокоэффективный капиллярный электрофорез;- capillary systems make it possible to implement the most important transport methods of modern analytical chemistry at the micro level: flow-injection analysis based on pressure differences and highly efficient capillary electrophoresis;

- уникальные возможности создания микроканалов сложной конфигурации, встраивания различных типов микрореакторов, управления микропотоками позволяют реализовать сложные многостадийные аналитические реакции;- the unique possibilities of creating microchannels of complex configuration, embedding various types of microreactors, controlling microflows make it possible to realize complex multi-stage analytical reactions;

- высокочувствительные системы детектирования результатов анализа например, флуоресцентные микроскопия и спектроскопия дают возможность обнаружения искомых компонентов на уровне следовых количеств (вплоть до единичных молекул);- highly sensitive systems for detecting analysis results, for example, fluorescence microscopy and spectroscopy make it possible to detect the desired components at the level of trace amounts (up to single molecules);

- объемы жидкостей, которыми способны оперировать микрофлюидные устройства, сопоставимы с размерами клеток или на порядки меньше их.- the volumes of liquids with which microfluidic devices are able to operate are comparable with cell sizes or orders of magnitude smaller than them.

Микрофлюидные системы представляют собой интегрированные устройства - лаборатории на чипах, образованные системой каналов с ламинарным течением жидкостей, что создает оптимальные и легко контролируемые условия для протекания транспортных и диффузионных процессов; функционирования бактериальных и эукариотических клеток; протекания молекулярно-биологических, молекулярно-генетических, биохимических, химических реакций.Microfluidic systems are integrated devices - laboratories on chips formed by a system of channels with a laminar flow of liquids, which creates optimal and easily controlled conditions for the flow of transport and diffusion processes; the functioning of bacterial and eukaryotic cells; molecular-biological, molecular-genetic, biochemical, chemical reactions.

Реакция свободной иммунодиффузии в микрофлюидных системах предназначена для выявления в исследуемых жидкостях антител или антигенов и основана на том, что в процессе взаимодействия антигена с антителом происходит образование комплекса антиген-антитело, в результате чего происходит существенное изменение размеров анализируемых частиц. Размеры конъюгатов антигена и флуоресцентного красителя значительно меньше размеров образующегося комплекса антиген - антитело. Увеличение размеров частицы приводит к изменению скорости диффузии. Изменение скорости диффузии меченых частиц в каналах микрофлюидной системы можно оценить по расстоянию, пройденному красителем в канале. Современные методы детекции позволяют определять характеристики процесса диффузии флуоресцентно-меченых частиц. Метод ограничен по способности определять антигены в силу сравнимости размеров образуемых комплексов и антител.The free immunodiffusion reaction in microfluidic systems is designed to detect antibodies or antigens in the studied liquids and is based on the fact that the antigen-antibody complex forms during the interaction of the antigen with the antibody, resulting in a significant change in the size of the analyzed particles. The size of the antigen and fluorescent dye conjugates is much smaller than the size of the resulting antigen-antibody complex. An increase in particle size leads to a change in the diffusion rate. The change in the diffusion rate of labeled particles in the channels of the microfluidic system can be estimated by the distance traveled by the dye in the channel. Modern detection methods make it possible to determine the characteristics of the diffusion process of fluorescently-labeled particles. The method is limited in its ability to determine antigens due to the comparability of the sizes of the formed complexes and antibodies.

Известна микрофлюидная система в форме микрофлюидного чипа для быстрого множественного иммуноферментного твердофазного анализа, который представляет собой иммобилизованные антигены в одном или множестве каналов [Заявка США №20090123336, МПК: B01J 19/00, B01J 019/00; G01N 33/00]. Каждый канал включает секцию извилистого пути или множество секций извилистого пути. Рецептор для детектирования анализируемого вещества может быть закреплен в различных секциях извилистого пути, например с помощью адсорбции. Различные рецепторы могут быть иммобилизованы в различных секциях извилистого пути каждого канала или в различных каналах для одновременного детектирования множества анализируемых веществ. Этот чип является особенно полезным для проведения иммуноферментного твердофазного анализа.Known microfluidic system in the form of a microfluidic chip for rapid multiple enzyme-linked immunosorbent assay, which is immobilized antigens in one or multiple channels [Application US No. 20090123336, IPC: B01J 19/00, B01J 019/00; G01N 33/00]. Each channel includes a winding path section or a plurality of winding path sections. The receptor for detecting the analyte can be fixed in various sections of the winding path, for example by adsorption. Different receptors can be immobilized in different sections of the winding paths of each channel or in different channels to simultaneously detect many analytes. This chip is especially useful for enzyme-linked immunosorbent assay.

Известна также микрофлюидная система в форме микрофлюидного чипа для детектирования присутствия анализируемого вещества в пробе жидкости, представляющий собой монолит и канал в этом монолите. Проток в канале имеет направление между входом и выходом и включает по крайней мере одну секцию извилистого пути [Патент США №8075854 МПК G01N 30/00]. У этого чипа секция извилистого пути включает рецептор, который комплементарен веществу, наличие которого будет тестироваться.A microfluidic system in the form of a microfluidic chip for detecting the presence of an analyte in a liquid sample is also known, which is a monolith and a channel in this monolith. The duct in the channel has a direction between the inlet and the outlet and includes at least one section of a winding path [US Patent No. 8075854 IPC G01N 30/00]. On this chip, the winding path section includes a receptor that is complementary to the substance whose presence will be tested.

Эта микрофлюидная система принята за прототип изобретения.This microfluidic system is adopted as a prototype of the invention.

Ее недостатком является необходимость проводить отмывку - удалять из канала несвязавшееся с рецептором анализируемое вещество.Its disadvantage is the need to carry out washing - to remove the analyte unbound from the receptor from the channel.

Изобретение решает задачу создания системы для определения субстрата, способной осуществлять и тестировать реакцию между субстратом и рецептором, без иммобилизации рецептора и последующей отмывки.The invention solves the problem of creating a system for determining the substrate, capable of carrying out and testing the reaction between the substrate and the receptor, without immobilizing the receptor and subsequent washing.

Поставленная задача решается тем, что предлагается микрофлюидная система, включающая канал для анализируемой жидкости, отличающаяся тем, что она также содержит четыре канала, расположенных перпендикулярно к каналу для анализируемой жидкости, и одним концом соединяющихся с ним, при этом один из этих каналов является измерительным и в него помещены рецепторы в жидкой среде, другой канал является опорным и содержит жидкую среду, а в два других канала помещены флуоресцентные метки с иммобилизованным на них субстратом в жидкой среде.The problem is solved in that a microfluidic system is proposed that includes a channel for the analyzed fluid, characterized in that it also contains four channels located perpendicular to the channel for the analyzed fluid, and one end connected to it, while one of these channels is a measuring and receptors are placed in it in a liquid medium, another channel is a reference one and contains a liquid medium, and fluorescent labels with a substrate immobilized on them in a liquid medium are placed in two other channels.

Каналы системы выполнены в монолите.The system channels are made in monolith.

Каналы закрыты со второго конца, который не соединяется с каналом для анализируемой жидкости.The channels are closed at the second end, which is not connected to the channel for the analyzed fluid.

Каналы, перпендикулярные каналу с анализируемой жидкостью, имеют одинаковые размеры.The channels perpendicular to the channel with the analyzed fluid have the same dimensions.

Измерительный и опорный каналы содержат одинаковую жидкую среду.The measuring and reference channels contain the same liquid medium.

Жидкой средой, как правило, является буферный раствор.The liquid medium is usually a buffer solution.

Флуоресцентные метки могут иметь форму квантовых точек.Fluorescent labels can be in the form of quantum dots.

На рис.1 приведена схема предлагаемой микрофлюидной системы в исходном положении до начала анализа, где: 1 - измерительный канал, 2 - опорный канал, 3 - канал с флуоресцентными метками, 4 канал с канал с флуоресцентными метками, 5 - канал с анализируемой жидкостью, 6 - рецепторы, 7 - флуоресцентная метка, 8 - субстрат.Fig. 1 shows a diagram of the proposed microfluidic system in the initial position before the analysis, where: 1 - measuring channel, 2 - reference channel, 3 - channel with fluorescent labels, 4 channel with a channel with fluorescent labels, 5 - channel with the analyzed liquid, 6 - receptors, 7 - fluorescent label, 8 - substrate.

На рис.2 приведена схема предлагаемой микрофлюидной системы в конечном положении после проведения анализа, где: 9 - комплексы субстрата с рецепторами, L - расстояние от канала 5, где измеряется интенствность флуоресценции.Figure 2 shows a diagram of the proposed microfluidic system in the final position after analysis, where: 9 are the complexes of the substrate with receptors, L is the distance from channel 5, where the fluorescence intensity is measured.

На рис.3 приведены кривые роста интенсивности флуоресценции в системе при проведении анализа, описанного в примере.Figure 3 shows the growth curves of the fluorescence intensity in the system during the analysis described in the example.

Как показано на рис.1 и 2, предлагаемая система имеет 5 каналов. Канал 1 является измерительным и в исходном состоянии, в него помещены рецепторы 6 в жидкой среде. Соседний с ним канал 2 является опорным и он заполнен такой же жидкой средой, как канал 1, но в исходном состоянии он не содержит никаких частиц, в том числе, рецепторов. Два других канала 3 и 4 расположены напротив измерительного и опорного каналов. Эти каналы в исходном состоянии содержат флуоресцентные метки 7 с иммобилизованным на них субстратом 8. Их размер больше, чем размер субстрата и размера рецептора. Центральный канал 5 расположен перпендикулярно каналам 1, 2, 3, и 4 и сообщается с каждым из них. Канал 5 предназначен для анализируемой жидкости.As shown in Figs. 1 and 2, the proposed system has 5 channels. Channel 1 is measuring and in the initial state, receptors 6 are placed in it in a liquid medium. The channel 2 adjacent to it is the reference one and it is filled with the same liquid medium as channel 1, but in the initial state it does not contain any particles, including receptors. Two other channels 3 and 4 are located opposite the measuring and reference channels. These channels in the initial state contain fluorescent labels 7 with substrate 8 immobilized on them. Their size is larger than the size of the substrate and the size of the receptor. The central channel 5 is perpendicular to the channels 1, 2, 3, and 4 and communicates with each of them. Channel 5 is for the analyzed fluid.

Анализ осуществляют в следующем порядке.The analysis is carried out in the following order.

Каналы 1, 2, 3, 4 заполняют жидкостью, например буферным раствором, при этом в канал 1 помещают рецепторы 6, а в каналы 3 и 4 помещают флуоресцентные метки 7 с иммобилизованным на них субстратом. Флуоресцентные метки представляют собой, например, квантовые точки с иммобилизованными на их поверхности антигенами. Размеры антигенов существенно меньше размеров специфических к ним антител и размеров флуоресцентных меток. В канал 5 подают анализируемую жидкость, которая содержит субстрат 8. Ширина и глубина каналов может варьировать от 10 мкм до 1 мм, наиболее предпочтительные размеры - менее 500 мкм по ширине. Подача реагентов осуществляется стандартными шприцами или другим способом, для продвижения жидкости может быть использован любой способ: давление, гравитация, капиллярные силы или другие.Channels 1, 2, 3, 4 are filled with a liquid, for example, buffer solution, while receptors 6 are placed in channel 1, and fluorescent labels 7 with a substrate immobilized on them are placed in channels 3 and 4. Fluorescent labels are, for example, quantum dots with antigens immobilized on their surface. The sizes of antigens are significantly smaller than the sizes of antibodies specific to them and the sizes of fluorescent labels. In the channel 5 serves the analyzed fluid, which contains the substrate 8. The width and depth of the channels can vary from 10 μm to 1 mm, the most preferred dimensions are less than 500 μm in width. The supply of reagents is carried out using standard syringes or in another way, any method can be used to advance the liquid: pressure, gravity, capillary forces or others.

После того, как канал 5 заполнен анализируемой жидкостью, ее подачу прекращают. В стационарных условиях начинается процесс диффузии из канала 5 субстрата 8 в каналы 1, 2, 3 и 4 и процесс диффузии меток 7 из каналов 3 и 4 через канал 5 в каналы 1 и 2 соответственно. При этом коэффициент диффузии субстрата в каналах существенно больше коэффициента диффузии меток. В канале 1 образуются комплексы субстрата 8 и рецепторов 6, в результате чего количество свободных рецепторов в канале 1 уменьшается.After the channel 5 is filled with the analyzed liquid, its flow is stopped. Under stationary conditions, the diffusion process begins from channel 5 of the substrate 8 to channels 1, 2, 3, and 4, and the process of diffusion of labels 7 from channels 3 and 4 through channel 5 to channels 1 and 2, respectively. In this case, the diffusion coefficient of the substrate in the channels is significantly greater than the diffusion coefficient of the labels. In channel 1, complexes of substrate 8 and receptors 6 are formed, as a result of which the number of free receptors in channel 1 decreases.

Флуоресцентные метки 7 в процессе диффузии попадают в канал 5, а затем в канал 1 и 2 и часть из них образуют комплексы с оставшимися свободными рецепторами 6, т.к. метки представляют собой комплекс флуоресцентной частицы с иммобилизованным на поверхности субстратом. При этом коэффициент диффузии образующихся комплексов существенно меньше коэффициента диффузии меток. Наличие в канале 5 субстрата определяется по разности интенсивности флюоресценции на расстоянии L в каналах 1 и 2. Скорость нарастания интенсивности зависит от соотношения количества флуоресцентных меток и образовавшихся комплексов меток с рецепторами. Нарастание интенсивности в канале 2 на расстоянии L дает нормировочный коэффициент для определения наличия антигенов при условии одинаковой концентрации меток в каналах 3 и 4.During diffusion, fluorescent labels 7 enter channel 5, and then into channel 1 and 2, and some of them form complexes with the remaining free receptors 6, because labels are a complex of a fluorescent particle with a substrate immobilized on the surface. In this case, the diffusion coefficient of the resulting complexes is substantially less than the diffusion coefficient of the labels. The presence of substrate in channel 5 is determined by the difference in fluorescence intensity at a distance L in channels 1 and 2. The rate of increase in intensity depends on the ratio of the number of fluorescence labels and the resulting complexes of labels with receptors. The increase in intensity in channel 2 at a distance L gives a normalization coefficient for determining the presence of antigens, provided that the concentration of labels in channels 3 and 4 is the same.

В основе работы этой системы лежит изменение скорости диффузии флуоресцентных нанокомплексов по сравнению со скоростью диффузии флуоресцентных меток в каналах микрофлюидной системы. Как известно из источников информации, реакция свободной иммунодиффузии предназначена для определения наличия в анализируемой жидкости только частиц, размеры которых существенно больше используемых флуоресцентных меток. Изменение скорости диффузии основано на увеличении стоксова радиуса при образовании флуоресцентных нанокомплексов при взаимодействии больших анализируемых частиц с маленькими метками. Это ограничивает возможность определения наличия в анализируемой жидкости частиц маленького размера из-за практически неизменного стоксового радиуса при взаимодействии больших меток с маленькими анализируемыми частицами.The operation of this system is based on a change in the diffusion rate of fluorescent nanocomplexes compared with the diffusion rate of fluorescent labels in the channels of the microfluidic system. As is known from information sources, the free immunodiffusion reaction is designed to determine the presence in the analyzed fluid of only particles whose sizes are significantly larger than the fluorescent labels used. The change in the diffusion rate is based on an increase in the Stokes radius during the formation of fluorescent nanocomplexes during the interaction of large analyte particles with small labels. This limits the possibility of determining the presence of small particles in the analyzed liquid due to the almost unchanged Stokes radius during the interaction of large marks with small analyzed particles.

Работа предлагаемой системы основана на связывании стандартного меченого (иммобилизованного на поверхности флуоресцентной метки) и присутствующего в исследуемой пробе жидкости немеченого субстрата с рецептором в канале 1. Поскольку меченый и немеченый субстрат конкурируют за связывание с рецептором, по скорости диффузии флуоресцентного комплекса в канале 1 можно определить наличие в канале 5 конкурирующего субстрата. В случае отсутствия в канале 5 конкурирующего субстрата интенсивность флуоресценции, формирующаяся в каналах 1 и 2 на расстоянии L от пересечения с каналом 5 за счет диффузии флуоресцентных комплексов, будет различаться через время t. Это различие обусловлено увеличением стоксова радиуса флуоресцентного комплекса за счет связывания с рецептором, находящимся в канале 1. В случае, когда в канале 5 присутствует субстрат (немеченые частицы маленького размера) весь (или частично) рецептор из канала 1 связывается с ним до того как в канал 1 диффундируют флуоресцентные комплексы из канала 3. Таким образом, для связывания с флуоресцентным комплексом свободных рецепторов не остается, а скорость диффузии флуоресцентных комплексов в каналах 1 и 2 становится одинаковой. В результате интенсивность флуоресценции, формирующаяся в каналах 1 и 2 на расстоянии L от пересечения с каналом 5 за счет диффузии флуоресцентных комплексов, будет одинакова через время t.The work of the proposed system is based on the binding of a standard labeled (immobilized on the surface of a fluorescent label) and unlabeled substrate present in the test sample to the receptor in channel 1. Since the labeled and unlabeled substrate compete for binding to the receptor, the diffusion rate of the fluorescent complex in channel 1 can be determined the presence in channel 5 of a competing substrate. In the absence of a competing substrate in channel 5, the fluorescence intensity that forms in channels 1 and 2 at a distance L from the intersection with channel 5 due to diffusion of the fluorescent complexes will differ after time t. This difference is due to an increase in the Stokes radius of the fluorescent complex due to binding to a receptor located in channel 1. In the case when a substrate (unlabeled small particles) is present in channel 5, all (or partially) the receptor from channel 1 binds to it before channel 1 diffuse fluorescent complexes from channel 3. Thus, there is no free receptor to bind to the fluorescent complex, and the diffusion rate of fluorescent complexes in channels 1 and 2 becomes the same. As a result, the fluorescence intensity that forms in channels 1 and 2 at a distance L from the intersection with channel 5 due to the diffusion of the fluorescence complexes will be the same after time t.

Измеряя интенсивность флуоресценции в каналах 1 и 2 на расстоянии L за время t и нормируя интенсивность флюоресценции в канале 1 на интенсивность флюоресценции в канале 2 можно определить наличие субстрата в исследуемой жидкости.By measuring the fluorescence intensity in channels 1 and 2 at a distance L for a time t and normalizing the fluorescence intensity in channel 1 to the fluorescence intensity in channel 2, we can determine the presence of a substrate in the test liquid.

Измерение интенсивности флюоресценции осуществляют в отсутствие движения жидкости в системе.The measurement of fluorescence intensity is carried out in the absence of fluid movement in the system.

Возможна нормировка системы для количественного определения субстрата в анализируемой жидкости, однако, на практике достаточно провести качественный анализ, чтобы определить наличие или отсутствие заболевания.It is possible to normalize the system for quantitative determination of the substrate in the analyzed fluid, however, in practice it is enough to conduct a qualitative analysis to determine the presence or absence of the disease.

Таким образом, предлагаемая микрофлюидная система для определения субстрата, способна осуществлять и тестировать реакцию между субстратом и рецептором без иммобилизации рецептора и последующей отмывки, что существенно облегчает проведение анализов.Thus, the proposed microfluidic system for determining the substrate is able to carry out and test the reaction between the substrate and the receptor without immobilizing the receptor and subsequent washing, which greatly facilitates the analysis.

Кроме прочего, система позволяет проводить анализы, когда размеры антигенов существенно меньше размеров специфических к ним антител и размеров флуоресцентных меток.Among other things, the system allows analyzes when the sizes of antigens are significantly smaller than the sizes of antibodies specific to them and the sizes of fluorescent labels.

ПримерExample

Флуоресцентные метки представляют собой квантовые точки Qdots 625 с иммобилизованным на их поверхности белком p24 HIV - антигена вируса иммунодифицита человека. В каналы 3 и 4 микрофлюидной системы помещают флуоресцентные метки.Fluorescent labels are Qdots 625 quantum dots with the p24 protein of HIV, the human immunodeficiency virus antigen, immobilized on their surface. Fluorescent labels are placed in channels 3 and 4 of the microfluidic system.

В канал 1 помещают антитела к белку р24 HIV, канал 2 оставляют заполненным буферным раствором TBS (50 мМ ТРИС, 0,9% NaCl, pН 7.2). В канал 5 подают анализируемую жидкость - белок р24 HIV в концентрации 0,08 мг/мл в буферном растворе.Antibodies to HIV p24 protein were placed in channel 1, channel 2 was left filled with TBS buffer solution (50 mM TRIS, 0.9% NaCl, pH 7.2). In the channel 5 serves the analyzed fluid - HIV p24 protein at a concentration of 0.08 mg / ml in a buffer solution.

Для регистрации сигнала систему позиционируют на предметном столике инвертированного флуоресцентного микроскопа и осуществляют покадровую съемку процесса диффузии в каналах 1 и 2 на расстоянии 3 мм от пересечения каналов 1 и 2 с каналом 5.To register a signal, the system is positioned on a stage of an inverted fluorescence microscope and the diffusion process is shot frame by frame in channels 1 and 2 at a distance of 3 mm from the intersection of channels 1 and 2 with channel 5.

На рис.3 показан график интенсивности флуоресцентного сигнала по результатам покадровой съемки в зависимости от времени после подачи в систему анализируемой жидкости. Кривая 1 показывает рост интенсивности сигнала в опорном канале 2, а кривая 2 показывает рост интенсивности сигнала в измерительном канале 1. Рост интенсивности флуоресценции свидетельствует о наличи в тестируемом образце жидкости белка р24 HIV.Figure 3 shows a graph of the intensity of the fluorescent signal according to the results of frame-by-frame shooting versus time after supplying the analyzed liquid to the system. Curve 1 shows the increase in signal intensity in the reference channel 2, and curve 2 shows the increase in signal intensity in the measuring channel 1. The increase in fluorescence intensity indicates the presence of HIV p24 protein in the tested liquid sample.

Claims (7)

1. Микрофлюидная система, включающая канал для анализируемой жидкости, отличающаяся тем, что она также содержит четыре канала, расположенных перпендикулярно каналу для анализируемой жидкости и одним концом сообщающихся с ним, при этом один из этих каналов является измерительным и в него помещены рецепторы в жидкой среде, другой канал является опорным и содержит только жидкую среду, а в два других канала помещены флуоресцентные метки с иммобилизованным на них субстратом в жидкой среде.1. Microfluidic system, including a channel for the analyzed fluid, characterized in that it also contains four channels located perpendicular to the channel for the analyzed fluid and one end communicating with it, while one of these channels is a measuring one and receptors are placed in it in a liquid medium , the other channel is a reference one and contains only a liquid medium, and fluorescent labels with a substrate immobilized on them in a liquid medium are placed in two other channels. 2. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что каналы выполнены в монолите.2. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the channels are made in a monolith. 3. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что каналы закрыты со второго конца.3. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the channels are closed from the second end. 4. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что каналы, перпендикулярные каналу с анализируемой жидкостью, имеют одинаковые размеры.4. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the channels perpendicular to the channel with the analyzed fluid have the same dimensions. 5. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что измерительный и опорный каналы содержат одинаковую жидкую среду.5. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the measuring and reference channels contain the same liquid medium. 6. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что жидкой средой является буферный раствор.6. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the liquid medium is a buffer solution. 7. Микрофлюидная система по п.1, отличающаяся тем, что флуоресцентные метки имеют форму квантовых точек. 7. The microfluidic system according to claim 1, characterized in that the fluorescent labels are in the form of quantum dots.
RU2012130218/15A 2012-07-16 2012-07-16 Microfluid system for immunoassay RU2510509C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130218/15A RU2510509C1 (en) 2012-07-16 2012-07-16 Microfluid system for immunoassay

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130218/15A RU2510509C1 (en) 2012-07-16 2012-07-16 Microfluid system for immunoassay

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012130218A RU2012130218A (en) 2014-01-27
RU2510509C1 true RU2510509C1 (en) 2014-03-27

Family

ID=49956719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012130218/15A RU2510509C1 (en) 2012-07-16 2012-07-16 Microfluid system for immunoassay

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510509C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2632460C1 (en) * 2014-12-02 2017-10-04 Конинклейке Филипс Н.В. Dispersion and accumulation of magnetic particles in microfluid system
US11041797B2 (en) 2017-12-23 2021-06-22 Lumacyte, LLC Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
RU2764676C1 (en) * 2017-12-23 2022-01-19 ЛУМАСАЙТ ЭлЭлСи Apparatus with a microfluid chip for measuring the optical strength and imaging cells using the microfluid chip configuration and dynamics
US11913870B2 (en) 2017-12-23 2024-02-27 Lumacyte, Inc. Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IE20070073A1 (en) * 2006-02-07 2007-10-03 Stokes Bio Ltd A microfluidic analysis system
US20090123336A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 The Ohio State University Research Foundation Microfluidic chips for rapid multiplex elisa
RU2380418C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof
CN101709261A (en) * 2009-12-11 2010-05-19 香港城市大学深圳研究院 Microfluidic microbead array chip and application thereof in virus analysis
RU2009105245A (en) * 2006-07-17 2010-08-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) Microfluidic system
US20100304429A1 (en) * 2003-08-28 2010-12-02 William Frank Butler Methods and apparatus for sorting cells using an optical switch in a microfluidic channel network

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100304429A1 (en) * 2003-08-28 2010-12-02 William Frank Butler Methods and apparatus for sorting cells using an optical switch in a microfluidic channel network
IE20070073A1 (en) * 2006-02-07 2007-10-03 Stokes Bio Ltd A microfluidic analysis system
RU2009105245A (en) * 2006-07-17 2010-08-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) Microfluidic system
US20090123336A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 The Ohio State University Research Foundation Microfluidic chips for rapid multiplex elisa
RU2380418C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof
CN101709261A (en) * 2009-12-11 2010-05-19 香港城市大学深圳研究院 Microfluidic microbead array chip and application thereof in virus analysis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIDO H. Et. al. Colloids Surf. B. Biointerfaces, 2007, v.58(1), p.44-51 CHEN Z. et. al. Ann. NY Acad. Sci., 2007, v.1098, p.429-436. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2632460C1 (en) * 2014-12-02 2017-10-04 Конинклейке Филипс Н.В. Dispersion and accumulation of magnetic particles in microfluid system
US11041797B2 (en) 2017-12-23 2021-06-22 Lumacyte, LLC Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
RU2764676C1 (en) * 2017-12-23 2022-01-19 ЛУМАСАЙТ ЭлЭлСи Apparatus with a microfluid chip for measuring the optical strength and imaging cells using the microfluid chip configuration and dynamics
US11561164B2 (en) 2017-12-23 2023-01-24 Lumactye, Inc. Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
US11913870B2 (en) 2017-12-23 2024-02-27 Lumacyte, Inc. Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012130218A (en) 2014-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7099778B2 (en) Method for determining diffusivity and molecular weight in a microfluidic device
US6592821B1 (en) Focusing of microparticles in microfluidic systems
Lin et al. Microfluidic immunoassays
Bange et al. Microfluidic immunosensor systems
US7258837B2 (en) Microfluidic device and surface decoration process for solid phase affinity binding assays
US6118126A (en) Method for enhancing fluorescence
JP6013519B2 (en) Microfluidic device based on integrated electrochemical immunoassay and its substrate
US20090053732A1 (en) Microfluidic devices, methods and systems for detecting target molecules
US9244065B1 (en) Systems, devices, and methods for agglutination assays using sedimentation
JP2005535881A (en) Method and system for monitoring intermolecular interactions
US20020127740A1 (en) Quantitative microfluidic biochip and method of use
Dunbar et al. Microsphere-based multiplex immunoassays: development and applications using Luminex® xMAP® technology
WO2012056334A1 (en) Microfluidic device with auxiliary and bypass channels
US20180246103A1 (en) Acoustic microreactor and methods of use thereof
WO2008047875A1 (en) Microanalysis measuring apparatus and microanalysis measuring method using the same
RU2510509C1 (en) Microfluid system for immunoassay
Chang et al. Low cost 3D microfluidic chips for multiplex protein detection based on photonic crystal beads
CN111013677B (en) Microfluidic chip, detection device and detection method
Peng et al. A multichannel microchip containing 16 chambers packed with antibody-functionalized beads for immunofluorescence assay
Wakayama et al. Design of a single-step immunoassay principle based on the combination of an enzyme-labeled antibody release coating and a hydrogel copolymerized with a fluorescent enzyme substrate in a microfluidic capillary device
Yamada et al. Rapid quantification of disease-marker proteins using continuous-flow immunoseparation in a nanosieve fluidic device
Satoa et al. Integration of an immunoassay system into a microchip for high-throughput assay
JP7369017B2 (en) Analyte detection sensitization method using colloidal particles
Jeon et al. Application of SERS-Based Microfluidics for In Vitro Diagnostics
Weigl et al. Standard and high-throughput microfluidic disposables based on laminar fluid diffusion interfaces

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140717