JP2007517225A - 音響機械的検出装置および使用法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で検討されるように、音響機械的バイオセンサーを使用する試料材料中の標的生物学的分析物の有効な検出は、試料材料内の標的生物学的分析物の検出可能な有効質量の調整に依存し得る。本発明と関連して使用されるいくつかの質量調整技術としては、限定されないが、例えば、試料材料中の標的生物学的分析物の分画または分解、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加、標的生物学的分析物が存在する場合に試料材料の少なくとも検出可能な物理特性における変化を引き起こす試薬への試料材料の露出が挙げられる。
本発明の装置および方法と関連する標的生物学的分析物の質量調整は、好ましくは、例えば、標的生物学的分析物の質量の増加パーセントが音響機械的センサーの有効波領域内に保持され、および/または音響機械的センサーの検出表面に効果的に結合され得るように、より小さい断片または粒子への標的生物学的分析物の分画あるいは分解の形態である。
もう1つの方法において、本発明の装置および方法と関連する標的生物学的分析物の質量調整は、例えば磁性粒子等を使用して、標的生物学的分析物への選択的親和性による、標的生物学的分析物への検出可能な質量の添加の形態であってもよい。多種多様な粒子、例えば、無機粒子、有機粒子等を標的生物学的分析物に付着してよい。いくつかの潜在的に適切な粒子としては、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、ラテックス等が挙げられる。分画/分解技術と組み合わせて粒子が付着されてもよい(例えば、粒子は細胞壁等の断片に付着し得る)。他の例において、単独で、すなわち標的生物学的分析物の意図的な分画/分解がない状態で粒子が使用されてもよい。粒子は標的生物学的分析物に選択的に結合され得、または試験試料内の材料に非選択的に付着され得る。
なおもう1つの方法においては、質量調整は、標的生物学的分析物が存在する場合に少なくとも検出可能な試料材料の物理特性における変化を引き起こす試薬への試料材料の露出を伴ってもよい。検出可能な物理変化は、それが標的生物学的分析物の検出可能な有効質量を好ましく増加させるため、質量調整として特徴付けられてよい。かかる変化は、例えば、検出表面との接触時の試料材料の粘性、弾性および/または粘弾性特性における変化であり得る。かかる特性における変化は質量における変化を技術的に考慮しないが、1以上のかかる特性が変化する場合、有効波領域内に位置する質量はより容易に検出可能であるため、それらは試料材料の検出可能な有効質量を変化し得る。
本発明の装置および方法は、波減衰、相変化、周波数変化および/または共振周波数変化を決定するために測定されるか、または他の様式で感知される音響機械的エネルギーの使用によって、試験試料中の標的生物学的分析物の存在を好ましく検出する。
本発明の検出装置および方法は、好ましくは、検出表面へ、または検出表面に結合可能なもう1つの成分への標的生物学的分析物の選択的な付着をもたらす。標的生物学的分析物の選択的な付着が検出表面自体に対してであるか、またはもう1つの成分に対してであるかにかかわらず、検出表面に結合される質量が音響機械的エネルギーを使用して検出可能であることが好ましい。
本発明の原則に従う装置および方法のいくつかの実例となる代表的な実施形態について、様々な数字と関連して以下に記載する。
本発明と関連して使用され得る2つの代表的な装置が上記で検討されるが、かかる装置において使用するために適切である様々な部品について、より詳細に記載する。それらの部品としては、例えば、図3に図式的に描写される代表的な検出カートリッジが挙げられる。例えば検出カートリッジと関連して使用され得る密閉されたモジュールの一例については、図11Aおよび11Bに関連して描写される。密閉されたモジュールは、本発明の装置への分画/分解剤、磁性粒子、試薬、洗浄緩衝剤等のような様々な成分の貯蔵および/または導入のために使用され得る。本願と同日付で出願された「Detection Cartridges,Modules,Systems and Methods」と題されるPCT出願(代理人整理番号60342WO003)は、、本発明と関連して使用され得る検出カートリッジおよび/またはモジュールの追加的な特徴を記載する。
本発明の検出カートリッジが、例えば、検出カートリッジ中のセンサーまたは他のデバイスへの電力提供、センサーによって発生したデータの受信、流体流動を制御するためのユーザー入力をもたらす性能および/またはセンサー操作等のような様々な機能を提供し得るユニットとドッキング可能または連結可能であることは望ましい。
本明細書で検討されるように、本発明は検出表面上で流動する試験試料内の標的生物学的分析物の存在を検出するための音響機械的センサーの使用に依存する。所望の選択的な付着特性を有する音響機械的センサーを提供するために必要とされる様々な材料をコーティングするか、または他の様式で提供することは、様々な方法および技術を使用して実行され得る。
Claims (47)
- 標的生物学的分析物の検出装置であって、
検出表面を含んでなる表面弾性波センサーと、
前記検出表面上に位置し、前記標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と、
ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出表面と、前記検出表面から一定の間隔で離され、かつ前記検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を含んでなり、この反対側表面がフローフロント制御機構を含んでなる検出チャンバーと、
前記ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出チャンバーと流体連通にある廃棄物チャンバーと、
剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と、
前記表面弾性波センサーからのデータを分析して、標的生物学的分析物が前記捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と、
を含んでなることを特徴とする装置。 - 前記表面弾性波センサーが剪断水平表面弾性波センサーを含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記フローフロント制御機構が前記検出チャンバーの反対側表面上の陸地部分から突出し、かつ陸地部分によって分離された離散構造を含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記フローフロント制御機構が前記検出チャンバーの反対側表面に1個以上のチャネルを含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記フローフロント制御機構が、前記反対側表面の一部分を占有する1個以上の疎水性材料領域と、前記反対側表面の一部分を占有する1個以上の親水性材料領域とを含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記廃棄物チャンバー内に位置する吸収性材料をさらに含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記カートリッジが、前記検出チャンバーと前記廃棄物チャンバーとの間に位置する毛細管構造をさらに含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 開放時に前記ハウジングの内部容積を周囲雰囲気と流体連通にさせる通気孔をさらに含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記通気孔に動作可能に付着された閉鎖要素をさらに含んでなる、請求項8に記載の装置。
- 前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記検出表面の近位で磁場を提供可能である磁場発生機をさらに含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 1個以上の密閉されたモジュールをさらに含んでなり、1個以上の密閉されたモジュールの各モジュールが、前記ハウジングの内部容積中へ開口する1個以上のモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが、前記ハウジングの内部容積から隔離された液体を含有する、請求項1に記載の装置。
- 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが、選択された試薬を含んでなる、請求項12に記載の装置。
- 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが溶解剤を含んでなる、請求項12に記載の装置。
- 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが、前記モジュール内のチャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなる、請求項12に記載の装置。
- 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第1のチャンバーと;
内部に位置する選択された試薬を含んでなる第2のチャンバーと;
少なくとも1個のモジュール内で前記第1のチャンバーから前記第2のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと;
を含んでなる、請求項12に記載の装置。 - 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュール内の材料を前記ハウジングの内部容積中へ移動する手段をさらに含んでなる、請求項12に記載の装置。
- 前記1個以上の密閉されたモジュールの少なくとも1個のモジュールが、
前記少なくとも1個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シールと;
前記少なくとも1個のモジュール内に位置し、プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと移動可能であるプランジャーと;
をさらに含んでなり、
前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放されて、少なくとも1個のモジュールから前記材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に出される、請求項12に記載の装置。 - プランジャーを含んでなる少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へと前記プランジャーを移動可能であるアクチュエーターをさらに含んでなる、請求項18に記載の装置。
- 前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項19に記載の装置。
- 前記アクチュエーターおよび前記流体モニターに動作可能に連結され、前記流体モニターからの信号に基づき前記アクチュエーターを操作可能であるコントローラーをさらに含んでなる、請求項20に記載の装置。
- 前記ハウジングに付着されたモジュールをさらに含んでなり、前記モジュールが、
出口ポートおよび密閉された内部容積を含んでなるモジュールハウジングと;
前記出口ポート上に位置する出口シールと;
前記モジュールハウジングの内部容積内に位置し、内部に位置する一種以上の試薬を含んでなるチャンバーと;
前記出口ポートから遠位にある装填位置から前記出口ポートの近位にある排出位置へと移動可能であるプランジャーと;
前記チャンバーと流体連通にあり、前記プランジャーが前記装填位置にある時に前記プランジャーと前記出口ポートとの間で前記チャンバーに入る投入ポートと;
を含んでなり、
前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放されて、前記モジュールハウジングの内部容積から材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に出される、請求項1に記載の装置。 - 標的生物学的分析物の検出装置であって、
検出表面を含んでなる剪断水平表面弾性波センサーと;
前記検出表面上に位置し、前記標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着可能である捕捉剤と;
ハウジングの内部容積内に位置し、前記検出表面と、前記検出表面から一定の間隔であけられ、かつ前記検出表面に面している反対側表面とによって画定された容積を含んでなり、この反対側表面が流動制御機構を含んでなる検出チャンバーと;
前記検出チャンバーと流体連通にあり、吸収性材料が内部に位置する廃棄物チャンバーと;
前記検出チャンバーと前記廃棄物チャンバーとの間に位置する毛細管構造と;
前記ハウジングの内部容積中へ開口するモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、チャンバー内に選択された試薬を含有し、そしてさらに少なくとも1個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シール、前記少なくとも1個のモジュール内に位置するプランジャーを含んでなり、前記プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、前記プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと前記プランジャーは移動可能であり、前記出口ポート方向への前記プランジャーの移動によって前記出口シールが開放され、そして前記少なくとも1個のモジュールの前記チャンバーから材料が前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送られる、少なくとも1個のモジュールと;
前記少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へとプランジャーを移動可能であるアクチュエーターと;
前記剪断水平表面弾性波センサーを駆動する手段と;
前記剪断水平表面弾性波センサーからのデータを分析して、前記標的生物学的分析物が前記捕捉剤に結合したかどうかを決定する手段と;
を含んでなることを特徴とする装置。 - 前記ハウジングに動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなる、請求項23に記載の装置。
- 前記アクチュエーターおよび前記流体モニターに動作可能に連結され、前記流体モニターからの信号に基づき前記アクチュエーターを操作可能であるコントローラーをさらに含んでなる、請求項23に記載の装置。
- 前記少なくとも1個のモジュールが、前記少なくとも1個のモジュール内の前記チャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなる、請求項23に記載の装置。
- 前記少なくとも1個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第1のチャンバーと;
前記選択された試薬を含んでなる第2のチャンバーと;
前記少なくとも1個のモジュール内で前記第1のチャンバーから前記第2のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと;
を含んでなる、請求項23に記載の装置。 - 前記検出表面の近位で磁場を提供可能である磁場発生機をさらに含んでなり、そして前記少なくとも1個のモジュールが前記チャンバー中に位置する磁性粒子を含んでなる、請求項23に記載の装置。
- 請求項1に記載の装置を提供する工程と;
試料材料を質量調整剤と接触させ、前記試料材料内の標的生物学的分析物が前記質量調整剤と相互作用して、質量が調整された標的生物学的分析物が試験試料内に得られる工程と;
前記試験試料を前記検出チャンバーに送ることによって、表面弾性波デバイスの検出表面を前記質量が調整された試験試料と接触させる工程と;
前記質量が調整された標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着する工程と;
前記検出表面を液体中に浸漬させながら、前記表面弾性波デバイスを操作して、前記付着された質量が調整された生物学的分析物を検出する工程と;
を含んでなることを特徴とする請求項1に記載の装置を使用する標的生物学的分析物の検出方法。 - 前記表面弾性波デバイスが剪断水平表面弾性波デバイスを含んでなる、請求項29に記載の方法。
- 前記装置が、開放時に前記ハウジングの内部容積を周囲雰囲気と流体連通にさせる通気孔を含んでなり、そして前記通気孔の通気孔開放サイズを調整することによって、前記検出チャンバーを通して前記試料材料の流動を制御する工程をさらに含んでなる、請求項29に記載の方法。
- 前記装置が1個以上のモジュールを含んでなり、前記1個以上のモジュールの各モジュールが、前記ハウジングの内部容積中へ開口するモジュールポートを通して前記ハウジングに付着された出口ポートを含んでなり、前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールがチャンバー内に前記質量調整剤を含有し、そしてさらに前記1個以上のモジュールの各モジュールが、前記少なくとも1個のモジュールの前記出口ポートを閉鎖する出口シールおよび前記モジュール内に位置するプランジャーを含んでなり、前記プランジャーが前記出口ポートから遠位にある装填位置から、前記プランジャーが前記出口ポートの近位にある排出位置へと前記プランジャーは移動可能であり;
前記出口ポート方向へ前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールの前記チャンバーから材料を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項29に記載の方法。 - 少なくとも1個のモジュールが、前記ハウジングの内部容積から隔離された液体を含んでなる密閉されたモジュールを含んでなり;
前記出口ポート方向へ前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして液体を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールが前記チャンバー中に磁性粒子を含んでなる、請求項32に記載の方法。
- 前記質量調整剤が化学分画剤を含んでなる、請求項32に記載の装置。
- 前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールが、前記モジュール内の前記チャンバー中へ開口する投入ポートを含んでなり;
前記投入ポートを通して少なくとも1個のモジュールの前記チャンバー中に試験片を送る工程を含んでなり;
そして前記出口ポート方向へ前記少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして前記少なくとも1個のモジュールの前記チャンバーから前記試験片を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程を含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールが、
内部に位置する液体を含んでなる第1のチャンバーと、
内部に位置する選択された試薬を含んでなる第2のチャンバーと、
前記少なくとも1個のモジュール内で前記第1のチャンバーから前記第2のチャンバーを隔離するチャンバー間シールと、
を含んでなり;
前記出口ポート方向へ前記少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記チャンバー間シールを開放し、前記第1のチャンバー中の液体が前記第2のチャンバー中の前記選択された試薬と接触する工程を含んでなり;
そして前記出口ポート方向へ前記少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーを移動して、前記出口シールを開放し、そして材料、前記液体および前記選択された試薬を前記出口ポートを通って前記ハウジングの内部容積中に送る工程をさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールが内部に位置する磁性粒子を含んでなり;
そして少なくとも1個のモジュール中の磁性粒子を前記標的生物学的分析物に付着させる工程と、
前記検出表面の近位の磁場を使用して、前記検出表面方向へ磁性粒子を誘引する工程と
をさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 前記装置が、前記1個以上のモジュールの少なくとも1個のモジュールの前記プランジャーに動作可能に連結され、前記装填位置から前記排出位置へと前記プランジャーを移動可能であるアクチュエーターをさらに含んでなり;
そして前記装置が、前記ハウジングの内部容積に動作可能に連結され、前記ハウジングの内部容積内に位置する液体を感知可能である流体モニターをさらに含んでなり;
そして前記アクチュエーターを操作して、前記流体モニターからの信号に応答して、前記ハウジングの内部チャンバー中に材料を送る工程をさらに含んでなる、請求項32に記載の方法。 - 生物学的分析物の検出方法であって、
試料材料内に位置する標的生物学的分析物を分画する工程と;
剪断水平表面弾性波センサーの検出表面を、前記分画された標的生物学的分析物を含有する前記試料材料と接触させる工程と;
前記分画された標的生物学的分析物を前記検出表面に選択的に付着させる工程と;
前記検出表面を液体中に浸漬させながら、前記剪断水平表面弾性波センサーを操作して、前記付着された分画された標的生物学的分析物を検出する工程と;
を含んでなることを特徴とする方法。 - 前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を化学的に分画する工程を含んでなる、請求項40に記載の方法。
- 前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を機械的に分画する工程を含んでなる、請求項40に記載の方法。
- 前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を熱的に分画する工程を含んでなる、請求項40に記載の方法。
- 前記分画工程が、前記試料材料中の前記標的生物学的分析物を電気的に分画する工程を含んでなる、請求項40に記載の方法。
- 前記剪断水平表面弾性波センサーがラブ波剪断水平表面弾性波センサーを含んでなる、請求項40に記載の方法。
- 主要表面を含んでなる圧電基板と;
前記圧電基板の前記主要表面上の少なくとも1個のトランスデューサーと;
を含んでなる剪断水平表面弾性波センサーであって、
少なくとも1個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上の音響経路を画定し、前記音響経路が第1の端部および第2の端部を含んでなり;
少なくとも1個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上に接触パッドを含んでなり、前記接触パッドは、前記音響経路の第1の側面から離れて、そして前記音響経路の前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置し、前記接触パッドがリードによって前記少なくとも1個のトランスデューサーに連結されていることを特徴とするセンサー。 - 前記少なくとも1個のトランスデューサーが前記圧電基板の前記主要表面上に一対の接触パッドを含んでなり、前記一対の接触パッドは、前記音響経路の前記第1の側面から離れて、そして前記音響経路の前記第1の端部と前記第2の端部との間に位置し、各前記接触パッドがリードによって前記少なくとも1個のトランスデューサーに連結されている、請求項46に記載のセンサー。
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