CN106573240A - 用于诸如全血的流体试样的快速分子定量的胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种胶囊(100)，包括壳体(110)，壳体中设置有纳米流体生物传感器(120)、流体连接元件(140)、过滤器(150)和盖(160)。胶囊(100)允许分析流体试样(300)，将通过移液管(400)将流体试样沉积在胶囊系统(100)中。流体试样(300)在穿过过滤器(150)时被过滤，随后通过流体连接元件(140)被转移到一个或多个纳米流体生物传感器(120)的入口。胶囊系统(100)位于外部支撑件(200)上，并且最后，光学或电测量单元(500)用于测量纳米流体生物传感器中的分子相互作用。

Description

用于诸如全血的流体试样的快速分子定量的胶囊
技术领域
本发明涉及胶囊，该胶囊对于流体试样的直接处理和测量尤其有效。
背景技术
定点照护医疗体外诊断(IVD)试验被定义为在照护时利用其正常环境之外的生物试样实现的诊断试验。应用包括流体试样溶液中的生物分子的存在的定量。当前定点照护IVD试验中的大多数是用于医疗应用。在本发明的范围内，胶囊系统用于操作患者流体试样、对其进行处理并且将其转移到纳米流体生物传感器以对溶液中的生物分子的存在进行量化。
纳米流体生物传感器被定义为具有纳米尺寸限制和/或侧向孔的流体系统。
诸如瑞士专利申请CH 01824/09、PCT申请IB2010/050867、PCT申请IB2012/050527和PCT申请IB2013/060935的若干专利申请公开了具有侧向孔的纳米流体生物传感器，其用于检测生物分子间的相互作用。它们还公开了其与光学系统一起使用，用于减少培养时间并且增加所述生物传感器的灵敏度的方法。
用于检测特定生物分子的当前做法可以分为两类：(a)标记技术和(b)无标记技术。
在标记技术中，广泛使用的有荧光、比色法、放射度、磷光、生物发光和化学发光。功能化的磁珠也可以被考虑成标记技术。标记技术的优势在于比无标记方法的灵敏度高以及由于特定标记的分子识别性。
在无标记方法中，广泛使用的是电化学生物传感器，即指安培式、电容式、电导式或阻抗式传感器，它们具有快速和廉价的优势。这些传感器在生物分子被俘获到或固定到电极上或电极附近时测量电极结构的电性质的变化，但是这些构思缺乏分子特定对比、灵敏度和可靠性。
酶联免疫吸附测定(ELISA)是一种重要的生化技术，其主要用于检测血清中可溶性生物分子的存在，并且因此被广泛用作医学中的诊断工具和各种工业中的质量控制检查。但是，ELISA分析是昂贵的，需要相对大量的溶液并且是耗时的。
用于生物分子诊断的其他重要技术是Western和Northern印迹杂交、蛋白电泳分析和聚合酶链反应(PCR)。然而，这些方法需要高度浓缩的分析物并且不允许高吞吐试样试验。
目的
本发明的一个目的在于改进快速定量诊断试验的可用性。
本发明的另一个目的在于直接估算包含大组分的流体试样，在测量之前必须将所述大组分从流体中提取出来。
本发明的又一个目的在于增强胶囊的识别度。
发明内容
本发明基于下述发现：过滤器、流体连接元件和一个或多个生物传感器的组合允许直接使用全血或包含大组分的流体试样，避免了诸如离心分离的预处理步骤。
本发明还基于下述发现：胶囊将其含量通知给读取系统，就这点而言，将识别模块集成在胶囊设计中允许更稳健的用户操纵，并且由此避免了在新试验的情况下升级系统化软件。
由过滤器150和流体连接元件140组成的子系统可以由纤维(纸纤维)或多孔材料制成。
在本文中，术语“纳米流体生物传感器”应该被理解为包含一个或多个通道的任何流体系统，其中，通道的至少一个尺寸低于10um。
因此，本发明涉及如权利要求中所限定的胶囊和用途。
下文给出了本发明的一些非限制性实例。示出了这些实例中的一些。
附图说明
图1a是由包含壳体110的胶囊系统的透视分解图，其中，多个纳米流体生物传感器120被插入到壳体中。光学透明的粘合剂膜130位于生物传感器120之下。该流体系统由用作流体转移系统的流体连接元件140、过滤器150和盖160闭合。识别模块170可以插入在胶囊结构110中。
图1b是胶囊系统的透视图。壳体110包括可以插入在外部支撑件上的支撑部分111和可以折叠以使胶囊闭合的闭合部分112。盖160包含主孔，试样可以在主孔处直接沉积在过滤器150上。识别子系统170可以插入在胶囊中，例如插入在闭合部分112中。
图2示出了包括纳米流体生物传感器120、流体连接元件140和过滤器150的内部子系统。附图中的一些部分以虚线表示以示出隐藏的部件。
图3示出了正在通过移液管系统400填充流体试样300的胶囊系统100。流体试样300沉积在限定在盖160中的孔中，直接沉积在过滤器150上。
图4a是闭合的胶囊系统的俯视图，闭合是指闭合部分112已经被折叠到支撑部分111上。两个子系统113和114可以用于将胶囊固定到外部支撑件上。当子系统113和114被设计成具有不同的形状时，其防止了错误定位。
图4b是闭合的胶囊系统的仰视图，闭合是指闭合部分112已经被折叠在支撑部分111上。两个子系统113和114可以用于将胶囊固定到外部支撑件上。从仰视图中，纳米流体生物传感器120是可见的以允许测量激光束穿过光学透明的粘合剂膜130进入各个生物传感器。从仰视图中也可以看见流体连接元件140。
图5a示出了胶囊系统的内部的侧向横截面，该胶囊系统包括纳米流体生物传感器121和122、流体连接元件140和过滤器150，所有这些元件夹在光学透明的粘合剂膜130和盖160之间，盖160包含使流体试样300沉积在过滤器150上的孔。生物传感器121代表了位于流体连接元件的左侧的生物传感器，而生物传感器122代表了位于流体连接元件的右侧的生物传感器。所有的生物传感器的朝向必须使得它们的输入侧向孔与流体连接元件150接触。
图5b示出了胶囊系统的内部的侧向横截面，该胶囊系统包括纳米流体生物传感器121和122、流体连接元件140和过滤器150，所有这些元件夹在光学透明的粘合剂膜130和盖160之间。流体试样300预先沉积在过滤器150上，过滤器150吸收流体试样并且将其分布到流体连接元件，来自流体试样的大组分被过滤器150过滤。
图5c示出了胶囊系统的内部的侧向横截面，该胶囊系统包括纳米流体生物传感器121和122、流体连接元件140和过滤器150，所有这些元件夹在光学透明的粘合剂膜130和盖160之间。预先沉积在过滤器150上的流体试样300已经被吸收、过滤和分配到流体连接元件140，该流体连接元件140将流体试样导向纳米流体生物传感器的侧向孔(箭头描绘了典型的流体流动流)。
图6是插入在外部支撑件200上的胶囊系统100的透视图。采用激光束510的光学测量单元500可以用于从底部进入纳米流体生物传感器。
具体实施方式
如本文所使用的，术语“流体试样”为一通用术语，其例如包括(但不限于)包含蛋白质(例如抗体或细胞激素)、肽、核酸、脂质分子、多糖和病毒的液体。
如本文所使用的，术语“纳米流体生物传感器”为一通用术语，其指包含至少一个明确定义的内部通道的微加工的传感器，其中，内部通道的至少一个尺寸低于10μm。
如本文所使用的，术语“胶囊”为一通用术语，其例如包括(但不限于)将纳米流体生物传感器和所有其他部件维持在一起的结构。胶囊可以具有上部，该上部可以被折叠以闭合胶囊。
如本文所使用的，术语“盖”为一通用术语，其例如包括(但不限于)胶囊系统的限定在该处将要沉积流体试样的孔的一部分。
如本文所使用的，术语“流体连接元件”为一通用术语，其例如包括(但不限于)下述材料：该材料吸收液体和试样流体并且将它们分配到可与该材料接触的纳米流体生物传感器。
如本文所使用的，术语“过滤器”为一通用术语，其例如包括(但不限于)机械地过滤液体和试样流体以提取大分子并且将含有小分子的液体分配到流体连接元件的材料。
如本文所使用的，术语“识别模块”为一通用术语，其例如包括(但不限于)允许测量单元识别胶囊的含量(content)或纳米流体生物传感器的含量的系统。例如，其可以是RFID标签或者打印在胶囊壳体110上的简单的条形码。
本发明旨在简化收集、准备流体试样和将流体试样分配到纳米流体生物传感器中以定量化具体分子相互作用的过程。如图1a和1b中所示，本发明所述的胶囊系统包括壳体110，多个纳米流体生物传感器120中的一个被放置在该壳体110上。如果要使用光学测量单元用于分子相互作用检测，则可以将光学透明的粘合剂膜130设置在壳体110的底部。流体连接元件140设置成使得每个生物传感器120的入口或输入孔与流体连接元件140接触。过滤器150直接设置在流体连接元件140上，从而来自流体试样的小分子穿过过滤器150，并且由流体连接元件140吸收和分布。包含一个或多个孔的盖160可以添加到胶囊系统中以使生物传感器120、流体连接元件140和过滤器150保持就位。最后，识别模块170可以被添加到胶囊系统中，允许将识别和配置信息通信给读取器。如图1b强调地示出的，胶囊壳体可以包括能够固定到外部支撑件上的支撑部分111和能够折叠以闭合胶囊的闭合部分112。
图2示出了胶囊系统的内部的透视图，胶囊系统包括一个或多个生物传感器120，生物传感器的定位使得它们的入口或输入孔与流体连接元件140接触。所述流体连接元件140设置成使得过滤器150与流体连接元件140接触。虚线的元件意味着是透明的，以允许读取器看见原本被遮挡的元件。
图3示出了使用包括盖160的胶囊系统100的原理，该盖具有孔，以允许移液管400直接在盖160的孔中将流体试样300沉积到过滤器150上。可以通过如图4a和图4b所示的那样折叠闭合部分来闭合胶囊系统100。
图4a是闭合的胶囊系统的透视俯视图。如图3中所强调的，可以通过将闭合部分112折叠在支撑部分111上而闭合胶囊壳体。一个或多个子系统113和114可以用于将胶囊系统固定或定位在外部支撑件上。当子系统113和114被设计成具有不同的形状时，其可以防止错误定位。
图4b是从同一闭合的胶囊系统的相对侧的透视图(仰视图)，其也包含可以用于将胶囊系统固定或定位在外部支撑件上的一个或多个子系统113和114。通过光学透明的粘合剂膜130，纳米流体生物传感器120是可见的，从而允许测量激光束进入各个生物传感器。在生物传感器旁边，流体连接元件140也是通过光学透明的粘合剂膜130可见的。
图5a、5b和5c示出了内胶囊系统的侧向横截面。如图2所示，胶囊包括生物传感器121和122，它们定位成使得它们的入口或输入孔与流体连接元件140接触，流体连接元件140与过滤器150接触，所有元件夹在光学透明的粘合剂膜130和盖160之间。盖160包括孔，流体试样300可以在该孔处直接沉积在过滤器150上。图5a表示即将使流体试样300沉积在胶囊系统之前的情况。图5b示出了刚刚在流体试样300沉积之后的情况，其中，过滤器150根据组分大小机械地过滤流体试样。大组分保留在表面，而较小的组分穿过过滤器150。图5c表示不具有大组分(其被保留在过滤器150中)的流体试样300被驱使通过流体连接元件140到各个生物传感器的入口或输入孔的情况。
图6示出了夹持到或放置到外部支撑件200上的胶囊系统100的透视图，外部支撑件200可能是盘或者可以具有其他形状。采用激光束510的光学测量单元500可以用于从底部进入纳米流体生物传感器。如果纳米流体生物传感器是基于电检测技术的，则也可以使用电测量系统。
根据本发明，胶囊系统在可用性和全血过滤方面提供了极大的改进，从而改进了与其他固定生物分子交互或者不交互的生物分子的检测、枚举、识别和表征。本发明的应用可以涵盖生物医学、生物学或食品分析，以及分析和生物分析化学中的基础研究。

Claims (10)

1.一种用于快速分子定量的胶囊(100)，该胶囊包括壳体(110)，该壳体包括流体路径，沿着该流体路径相继地布置有下述元件：
-盖(160)，该盖具有允许沉积待测量的流体试样(300)的孔，
-过滤器(150)，
-流体连接元件(140)，
-一个或多个纳米流体生物传感器(120)。
2.如权利要求1所述的胶囊，其中，所述一个或多个纳米流体生物传感器定位成使得其入口孔与所述流体连接元件(140)接触。
3.如权利要求1或2所述的胶囊，其中，所述过滤器(150)与所述流体连接元件(140)接触，并且所述过滤器(150)的尺寸设计成保留穿过所述过滤器(150)的流体试样(300)的大组分。
4.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊，其中，所述壳体(110)包含识别模块(170)。
5.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊，其中，所述盖(160)包括允许利用移液管系统(400)将流体试样(300)沉积在胶囊系统(100)中的多个孔。
6.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊，其中，所述胶囊系统具有适于闭合胶囊的可折叠上部。
7.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊，其中，所述胶囊系统具有光学透明的粘合剂膜，以将生物传感器维持在胶囊系统内，而不会干扰生物传感器中的光学测量。
8.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊，其中，所述过滤器(150)和所述流体连接元件(140)由多孔材料制成，多孔材料例如但不限于纤维凝集(例如过滤纸)，硅、塑料或玻璃材料的微构造的微孔或纳米孔结构。
9.如前述权利要求中的任一项所述的胶囊(100)，其中，该壳体(110)具有1mm和200mm之间的长度、宽度和高度。
10.一种如前述权利要求中的任一项所述的胶囊(100)的使用方法，包括下述步骤：
a)通过所述孔引入流体试样
b)过滤所述流体试样
c)使所述流体试样流过所述流体连接元件并且到达所述生物传感器
d)读取所述生物传感器的含量。
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