JP2012230125A - パターン化多孔質媒体に基づくラテラルフロー式及びフロースルー式バイオアッセイ装置、該装置の製造方法、及び該装置の使用方法 - Google Patents
パターン化多孔質媒体に基づくラテラルフロー式及びフロースルー式バイオアッセイ装置、該装置の製造方法、及び該装置の使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】1観点において、アッセイ装置は、多孔質親水性媒体;多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過して多孔質親水性媒体内部のアッセイ領域の境界を画定する、重合フォトレジストを含む流体不浸透性バリア;及びアッセイ領域内のアッセイ試薬を含む。
【選択図】なし
Description
この研究は、National Institutes of Health (NIH) (GM065364)によって支援された。National Science Foundation (NSF)によって支援されたMaterials Research Science and Engineering Centers (MRSEC)の共同施設が、授与番号DMR-0213805のもとで使用された。この研究はまた、NSFの博士号取得前奨学金(A. W. M)、Damon Runyon Cancer Research Foundation Fellowship (DRG-1805-04)(S. T. P)、American Cancer Society (S. W. T.)の博士号取得後奨学金、National Science and Engineering Research Council (NSERC)の博士号取得後奨学金(S. J. V.)、Massachusetts Technology Transfer Center (M. J. B.)のTechnology Investigation Award、Sao Paulo State Research Funding Agency- FAPESP (E. C.)によって支援された。
本出願は、2007年4月26日付けで出願された、「Patterned Paper as a Platform for Inexpensive, Low Volume, Portable Bioassays and Methods of Making Same」と題される米国仮特許出願第60/914,252号明細書(この明細書の内容全体を参考のため本明細書中に引用する)の、35U.S.C.§199(e)に基づく優先権を主張し、また2006年10月18日付けで出願された、「Patterned Paper as a Platform for Inexpensive, Low Volume, Portable Bioassays and Methods of Making Same」と題される米国仮特許出願第60/852,751号明細書(この明細書の内容全体を参考のため本明細書中に引用する)の、35U.S.C.§199(e)に基づく優先権を主張する。
本発明の実施態様は、パターン化多孔質媒体に基づくラテラルフロー式及びフロースルー式バイオアッセイ装置、該装置の製造方法、及び該装置の使用方法を提供する。
図1Aは、本発明のいくつかの実施態様による、親水性媒体と疎水性バリアとを有するラテラルフロー式バイオアッセイ装置のアレイ100の画像である。各装置110は、1又は複数のパターン化疎水性バリア130、例えばフォトリソグラフィによりパターン化され硬化されたフォトレジスト、及び多孔質媒体120、例えばクロマトグラフィ紙を含んでいる。疎水性バリア130は、バイオアッセイを実施するために使用することができる媒体120内の領域を画定する。図示の実施態様の場合、バリア130は、体液を堆積することができ、また毛管作用によって流体を運ぶためのチャネルとして役立つ試料堆積領域140と、体液が流入する複数のアッセイ領域150とを画定している。下で詳細に説明するように、特定の用途のためのアッセイを提供するために、例えば尿中の糖の存在を指示するために、アッセイ領域150を処理することができる。図1Aはクロマトグラフィ紙から成る単一の7.5cmディスクから製造された10個の個々の装置110を示している。ただし、紙のサイズ、並びに装置の数及びタイプは、所与の用途に合わせて適宜に選ぶことができる。
いくつかの実施態様は概ね、疎水性バリアによって画定されたチャネル内で多孔質媒体中を液体試料が横方向に流れることによって動作するのに対して、いくつかの実施態様の場合、試料は、複数の親水性媒体層を貫通して、すなわち「フロースルー」形態で流れる。フロースルー式装置の場合、疎水性バリアは、液体が1つの層から別の層内に横断して流れるのに伴って、この液体を横方向に含有する。種々異なる多孔質媒体層は、所与の用途に適するように処理することができ、又は未処理のままにすることができる。
いくつかの実施態様の場合、下で詳細に説明するように、必要となる設備が比較的少なく、ほとんどいずれの研究室内でも実施することができ、そして多くのタイプのパターン及び各パターンの複数のコピーを形成するのに十分に万能のパターン化法を用いて、多孔質親水性媒体内に疎水性バリアを設けることができる。比較的製作しやすく、且つ低廉な成分を入手しやすいので、バイオアッセイ装置は、慣習的な装置、例えばディップスティックよりも著しく低コストで形成することができ、従って、何よりも、資源が制限されており、また装置のコスト及び持ち運び可能性が有用となるような遠隔地において疾患を検出するために役立つことができる。
Claims (77)
- アッセイ装置であって:
多孔質親水性媒体;
該多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過して該多孔質親水性媒体内部のアッセイ領域の境界を画定する、重合フォトレジストを含む流体不浸透性バリア;及び
該アッセイ領域内のアッセイ試薬
を含む、アッセイ装置。 - 前記バリアがさらに、多孔質親水性媒体内部のチャネル領域の境界を画定し、該チャネル領域がアッセイ領域に流体連通されている、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアがさらに、多孔質親水性媒体内部の試料堆積領域の境界を画定し、チャネルが、試料堆積領域とアッセイ領域との間に多孔質親水性媒体内部の流体通路を提供する、請求項2に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアがさらに、複数のアッセイ領域の境界を画定する、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアがさらに、多孔質親水性媒体内部の複数のチャネル領域の境界を画定し、そしてさらに、試料堆積領域の境界を画定し、各チャネルが試料堆積領域と複数のアッセイ領域のうちの対応アッセイ領域との間に多孔質親水性媒体内部の流体通路を提供する、請求項4に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ領域のうちの少なくともいくつかのアッセイ領域内にアッセイ試薬をさらに含む、請求項4に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアが、複数のアッセイ領域のうちのアッセイ領域を互いに物理的に分離する、請求項4に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、アッセイ領域内で多孔質親水性媒体に共有結合されている、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、アッセイ領域内で多孔質親水性媒体に非共有結合されている、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、被分析物の存在を可視的に指示するのを可能にするように選択される、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、グルコース、タンパク質、脂肪、血管内皮増殖因子、インスリン様成長因子I、抗体、及びサイトカインのうちの少なくとも1つの存在に対して反応するように選択される、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記フォトレジストがネガティブ・フォトレジストを含む、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記多孔質親水性媒体が、ニトロセルロースアセテート、セルロースアセテート、セルロース紙、濾紙、ティッシュペーパー、筆記用紙、ペーパータオル、布地、及び多孔質ポリマーフィルムのうちの1つを含む、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記多孔質親水性媒体が可撓性である、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの少なくとも1つの寸法が、約5cm〜約100μmである、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの少なくとも1つの寸法が、約300μm〜約100μmである、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの少なくとも1つの寸法が、約300μm未満である、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネルの少なくとも1つの横方向寸法が、約750μm〜約100μmである、請求項2に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネルの少なくとも1つの横方向寸法が、約250μm〜約100μmである、請求項2に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネルの少なくとも1つの横方向寸法が、約250μm未満である、請求項2に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ領域のデジタル画像を得ることができる撮像装置をさらに含む、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記撮像装置と通信するプロセッサをさらに含み、該プロセッサは、アッセイ領域のデジタル画像に基づいて、該アッセイ領域内の被分析物に関する情報を得ることができる、請求項21に記載のアッセイ装置。
- 前記プロセッサが、アッセイ領域のデジタル画像内の強度に基づいて、被分析物に関する情報を得ることができる、請求項22に記載のアッセイ装置。
- 前記多孔質親水性媒体上の層をさらに含み、該層が少なくとも1つの開口を含む、請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記開口が、アッセイ領域への流体通路の少なくとも一部を形成する、請求項24に記載のアッセイ装置。
- アッセイ装置であって:
多孔質親水性媒体;
該多孔質親水性媒体内部のアッセイ領域の境界を完全に画定する、多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過し、そして約1mm〜約100μmの幅を有する流体不浸透性バリア;及び
該アッセイ領域内のアッセイ試薬
を含む、アッセイ装置。 - 前記アッセイ試薬が、被分析物の存在を可視的に指示するのを可能にするように選択される、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、グルコース、タンパク質、脂肪、血管内皮増殖因子、インスリン様成長因子I、抗体、及びサイトカインのうちの少なくとも1つの存在に対して反応するように選択される、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアが、フォトレジスト及び硬化性ポリマーのうちの一方を含む、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 前記多孔質親水性媒体が、ニトロセルロースアセテート、セルロースアセテート、セルロース紙、濾紙、ティッシュペーパー、筆記用紙、ペーパータオル、布地、及び多孔質ポリマーフィルムのうちの1つを含む、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの少なくとも1つの横方向寸法が、約300μm〜約100μmである、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの少なくとも1つの横方向寸法が、約300μm未満である、請求項26に記載のアッセイ装置。
- 多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過する複数の流体不浸透性バリアであって、各バリアが約1mm〜約100μmの幅を有しており、各バリアがそれぞれ多孔質親水性媒体内部の対応アッセイ領域の境界を完全に画定する流体不浸透性バリア;及び各アッセイ領域内のアッセイ試薬をさらに含む、請求項26に記載のアッセイ装置。
- アッセイ装置であって:
多孔質親水性媒体;
該多孔質親水性媒体内部のアッセイ領域の境界を画定する、多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過して所定の長さと当該バリアの長さに沿って約10%未満だけ変化する幅とを有する流体不浸透性バリア;及び
該アッセイ領域内のアッセイ試薬
を含む、アッセイ装置。 - 前記バリアがさらに、多孔質親水性媒体内部のチャネル領域の境界を画定し、該チャネル領域がアッセイ領域に流体連通されている、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアがさらに、多孔質親水性媒体内部の試料堆積領域の境界を画定し、チャネルが該試料堆積領域とアッセイ領域との間に多孔質親水性媒体内部の流体通路を提供する、請求項35に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、被分析物の存在を可視的に指示するのを可能にするように選択される、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記アッセイ試薬が、グルコース、タンパク質、脂肪、血管内皮増殖因子、インスリン様成長因子I、抗体、及びサイトカインのうちの1つの存在に対して反応するように選択される、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアが、フォトレジスト及び硬化性ポリマーのうちの一方を含む、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記多孔質親水性媒体が、ニトロセルロースアセテート、セルロースアセテート、セルロース紙、濾紙、ティッシュペーパー、筆記用紙、ペーパータオル、布地、及び多孔質ポリマーフィルムのうちの1つを含む、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの幅が約300μm未満である、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記バリアの幅が、バリアの長さに沿って約5%未満だけ変化する、請求項34に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネル領域の幅が、約750μm〜約100μmである、請求項35に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネル領域が、所定の長さと該チャネルの長さに沿って約10%未満だけ変化する幅とを有する、請求項35に記載のアッセイ装置。
- 前記チャネル領域が、所定の長さと該チャネルの長さに沿って約5%未満だけ変化する幅とを有する、請求項35に記載のアッセイ装置。
- 装置の製造方法であって、該方法が:
多孔質親水性媒体をフォトレジストで飽和させ;
該飽和済媒体を所定の光パターンに当て;
該所定の光パターンに基づいて該媒体の領域からフォトレジストを除去することにより、該領域の境界を形成する残留フォトレジストから成るバリアを画定し、該所定の光パターンは、該バリアが該領域内のアッセイ領域を画定するように選択され;そして
該アッセイ領域内にアッセイ試薬を用意する
ことを含む、装置の製造方法。 - 前記バリアが実質的に流体不浸透性である、請求項46に記載の方法。
- 前記所定の光パターンを、バリアが領域を完全に包囲するように選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記所定の光パターンを、バリアが領域の第1部分の境界を形成するように選択することを含み、多孔質親水性媒体のエッジが領域の第2部分の境界を形成する、請求項46に記載の方法。
- 前記試薬を用意する工程が、試薬をアッセイ領域に共有結合することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記試薬を用意する工程が、試薬をアッセイ領域に非共有結合することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記アッセイ領域が液体の存在における試薬の輸送特性に基づく形状を有するように所定の光パターンを選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記試薬が、被分析物の存在を可視的に指示するのを可能にするように選択される、請求項46に記載の方法。
- 前記アッセイ試薬が、グルコース、タンパク質、脂肪、血管内皮増殖因子、インスリン様成長因子I、抗体、及びサイトカインのうちの少なくとも1つの存在に対して反応するように選択される、請求項46に記載の方法。
- 前記バリアが領域内のチャネル領域を画定するように所定の光パターンを選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記チャネル領域の少なくとも1つの横方向寸法が、約750μm〜約100μmである、請求項46に記載の方法。
- 前記バリアが領域内の試料堆積領域を画定するように所定の光パターンを選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記多孔質親水性媒体をフォトレジストで飽和させる工程が、溶媒中のフォトレジストの溶液を媒体に被着し、続いて溶媒を実質的に蒸発させることを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記飽和済媒体を所定の光パターンに当てる工程が、領域に光を照射し、且つバリアには光を実質的に照射しないことを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記飽和済媒体を所定の光パターンに当てる工程が、バリアに光を照射し、且つ領域には光を実質的に照射しないことを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記フォトレジストを除去する工程が、所定の光パターンに基づいて媒体の複数の領域からフォトレジストを除去することにより、対応領域の境界を形成する残留フォトレジストから成る複数のバリアを画定することを含む、請求項46に記載の方法。
- さらに:
第2多孔質親水性媒体をフォトレジストで飽和させ;
該飽和済媒体を所定の光パターンに当て;
該所定の光パターンに基づいて該第2媒体の領域からフォトレジストを除去することにより、該領域の境界を形成する残留フォトレジストから成るバリアを画定し;
該第2媒体から成るバリアと、前記第1媒体から成るバリアとを実質的に整合し;そして
該第1媒体を該第2媒体に接着する
ことを含む、請求項46に記載の方法。 - 前記第1媒体の領域内に、標的被分析物に対して反応するように選択された試薬を被着することを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記試薬と標的被分析物との反応を色指示するのを可能にするように選択された標識付き抗体及び標識付きタンパク質のうちの一方を、第2媒体の領域内に用意することをさらに含む、請求項63に記載の方法。
- 前記多孔質親水性媒体上の層をさらに用意し、該層がバリアの位置に基づいて整合された少なくとも1つの開口を含む、請求項46に記載の方法。
- 前記バリアの少なくとも1つの寸法が約5cm〜約100μmとなるように所定の光パターンを選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記バリアの少なくとも1つの寸法が約250μm未満となるように所定の光パターンを選択することを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記多孔質親水性媒体が、ニトロセルロースアセテート、セルロースアセテート、セルロース紙、濾紙、ティッシュペーパー、筆記用紙、ペーパータオル、布地、及び多孔質ポリマーフィルムのうちの1つを含む、請求項46に記載の方法。
- さらに:
前記所定の光パターンに基づいて媒体の複数の領域からフォトレジストを除去することにより、対応する複数の領域の境界を形成する残留フォトレジストから成る複数のバリアを画定し、該所定の光パターンは、該複数のバリアが、該領域内の対応する複数のアッセイ領域を画定するように選択され;そして
該アッセイ領域のうちの少なくともいくつかにアッセイ試薬を用意する
ことを含む、請求項46に記載の方法。 - 装置の製造方法であって、該方法が:
所定のパターンのスタンプに硬化性ポリマーを塗布し;
ポリマー塗布済の該スタンプを、所定の厚さを有する多孔質親水性媒体上に押しつけ、該硬化性ポリマーは該所定のパターンに従って、該媒体の厚さを実質的に透過し;
該媒体内にアッセイ領域を画定する、該媒体内に埋め込まれた流体不浸透性バリアを形成するように、該硬化性ポリマーを硬化させ;そして
該アッセイ領域内に試薬を用意する
ことを含む、装置の製造方法。 - 前記硬化性ポリマーがポリ(ジメチル−シロキサン)(PDMS)を含む、請求項70に記載の方法。
- 前記バリアが領域を完全に包囲するように所定のパターンを選択することを含む、請求項70に記載の方法。
- 液体試料中の被分析物の存在を割り出すためのアッセイを実施する方法であって、該方法が:
多孔質親水性媒体と、該多孔質親水性媒体の厚さを実質的に透過して該多孔質親水性媒体内部のアッセイ領域の境界を画定する、重合フォトレジストを含む流体不浸透性バリアと、該被分析物の存在に対する可視的な応答を可能にするように選択された、該アッセイ領域内のアッセイ試薬と、を含むアッセイ装置上に液体試料を堆積し;
該アッセイ領域の画像を得;そして
該アッセイ領域の画像に基づいて、該液体中の被分析物の存在を割り出す
ことを含む、
液体試料中の被分析物の存在を割り出すためのアッセイを実施する方法。 - 前記液体中の被分析物の存在を割り出す工程が、アッセイ領域の画像の少なくとも一部の平均強度を得、そして該平均強度に基づいて液体中の被分析物の存在を割り出すことを含む、請求項73に記載の方法。
- 前記アッセイ領域の画像を得ることが、カメラ付き電話機、デジタルカメラ、及びスキャナーのうちの1つを用いて該アッセイ領域を撮像することを含む、請求項73に記載の方法。
- 前記アッセイ領域の画像に基づいて被分析物の存在を割り出すことが、該画像を遠隔研究室に伝送し、そして液体中の被分析物の存在に関して、該遠隔研究室から情報を得ることを含む、請求項73に記載の方法。
- 前記アッセイ領域の画像を得ることが、カメラ付き電話機を用いて該アッセイ領域を撮像することを含み、そして該アッセイ領域の画像に基づいて被分析物の存在を割り出すことが、カメラ付き電話機を介して遠隔研究室に該画像を伝送することを含む、請求項73に記載の方法。
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