JP2022007854A - System and method for automatic detection of cloud base detecting causal organism and antibody array by point of care (poc) - Google Patents
System and method for automatic detection of cloud base detecting causal organism and antibody array by point of care (poc) Download PDFInfo
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Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
[01] 本願は、米国特許法第120条に従って2019年12月13日付けで出願されたAPPARATUS AND METHOD FOR OVERCOMING MINIMAL MASS SENSITIVITY LIMITATIONS IN A SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE BIOSENSORと題する米国特許出願第16/714,421号の一部継続出願であり、その優先権及び出願日遡及の特典を主張するものであり、この米国特許出願の全ての内容は参照により本明細書に援用される(以下、「援用明細書」として定義する)。
[01] This application is U.S. Patent Application No. 16/714 entitled APPARATUS AND METHOD FOR OVERCOMING MINIMAL MASS SENSITIVITY LIMITATIONS IN A SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE BIOSENSOR filed on December 13, 2019 in accordance with
[02] 背景
[03] 技術の分野
[04] 本発明は、ポイントオブケア(POC)病原体及び多重化病原体抗体アレイ検出プラットフォーム及び方法の分野、特にCPC C40B 60/12に関する。
[02] Background
[03] Field of technology
[04] The present invention relates to the field of point of care (POC) pathogen and multiplexed pathogen antibody array detection platforms and methods, particularly
[05] 従来技術の説明
[06] 過去数十年にわたり、ますます多くの数の新興感染疾患が深刻な社会的及び経済的影響を世界規模で生じさせてきている。特に、地方の第三世界コミュニティは、感染疾患への高露出を経験しているのみならず、医療アクセスにおいて多くの難問にも直面している。それにもかかわらず、病原体は国境を識別せず、新疾患の勃発はそれがどこであってもあらゆる場所の人々に影響する。感染疾患パンデミックの高速拡散を追跡し阻止する、世界中の相互接続されたポイントオブケアネットワークからの医療診断検査結果の解釈をサポートする、専門家が精選した知識、ソフトウェア、及びサービスは、人類が活気のある経済及び高流動性社会を維持すると予期することができる唯一の方法である。
[05] Explanation of prior art
[06] Over the past few decades, an increasing number of emerging infectious diseases have caused serious social and economic consequences on a global scale. In particular, rural Third World communities are not only experiencing high exposure to infectious diseases, but also face many challenges in medical access. Nevertheless, pathogens do not identify borders, and outbreaks of new diseases affect people everywhere, wherever they are. Expertly selected knowledge, software, and services that help humanity interpret medical diagnostic test results from interconnected Point of Care networks around the world to track and prevent the rapid spread of infectious disease pandemics. It is the only way we can expect to maintain a vibrant economy and a highly fluid society.
[07] 必要とされるのは、現在のCOVID-19パンデミックを最も差し迫ったターゲットとして使用することにより、疾患スクリーニング、解釈、及び阻止目標を確立するという最も差し迫った要件の幾つかに対処する装置及び方法である。コロナウイルスは、ヒト、他の哺乳類、及び鳥類に広く分布し、呼吸器疾患、腸疾患、肝疾患、及び神経疾患を生じさせるエンベロープ型プラス鎖RNAウイルスである。ヒトに感染することがわかっているこのウイルスの6つの既知の種があるが、4つのみが流行しており、通常、風邪のような症状を生じさせる:229E、OC43、NL63、及びHKU1。ウイルスのその他の2つの種である重症急性呼吸器症候群コロナウイルス(SARS-CoV)及び中東呼吸器症候群コロナウイルス(MERS-CoV)は、人畜共通感染性ウイルスであり、2002年~2003年及び2012年に大きなパンデミック事象を生じさせた。最初の事例が2019年の年末に検出され報告された世界規模でのコロナウイルスのパンデミックは、COVID-19疾患を生じさせる、世界保健機関(WHO)によりSARS-CoV-2と名付けられた新規のコロナウイルスの結果である。ウイルスの表面タンパク質(スパイク、エンベロープ、及び膜)は、宿主細胞由来の脂質二重層エンベロープに埋め込まれる。一本鎖プラス鎖ウイルスRNAは、図17に示されるようなヌクレオカプシドタンパク質に関連する。 [07] What is needed is a device that addresses some of the most pressing requirements of establishing disease screening, interpretation, and prevention goals by using the current COVID-19 pandemic as the most pressing target. And the method. Coronavirus is an enveloped plus-strand RNA virus that is widely distributed in humans, other mammals, and birds and causes respiratory, intestinal, liver, and neurological disorders. There are six known species of this virus that are known to infect humans, but only four are endemic and usually cause cold-like symptoms: 229E, OC43, NL63, and HKU1. The other two viruses, the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) and the Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV), are common human and animal infectious viruses, 2002-2003 and 2012. It caused a big pandemic event in the year. The global coronavirus pandemic, the first case of which was detected and reported at the end of 2019, is a novel, named SARS-CoV-2 by the World Health Organization (WHO), which causes COVID-19 disease. It is the result of the coronavirus. Viral surface proteins (spikes, envelopes, and membranes) are embedded in the host cell-derived lipid bilayer envelope. Single-strand plus-strand viral RNA is associated with nucleocapsid proteins as shown in FIG.
[08] 現在のPOC COVID-19検出プラットフォームは4つのカテゴリに分けられる:1)SARS-CoV-2の検出方法、2)ELISA、免疫蛍光アッセイ、3)RT-qPCR、及び4)胸部X線。胸部X線は、普及したPOC検査に実用的ではない。 [08] Current POC COVID-19 detection platforms are divided into four categories: 1) SARS-CoV-2 detection methods, 2) ELISA, immunofluorescence assay, 3) RT-qPCR, and 4) chest X-ray. .. Chest x-rays are not practical for popular POC examinations.
[09] 酵素結合免疫吸着検査法-ELISA。
[10] 血清学的検査は、ウイルスに暴露された人々からの血中の抗体を測定する。ELISA血液検査は、コロナウイルス疾患2019(COVID-19)への過去又は最近の暴露から生じた免疫グロブリン(IgG)についてチェックする。人体は、ウイルスへの免疫反応の一環としてIgG抗体を生成する。血中での検出に十分な抗体を生成するには通常約10日~約18日かかる。更に、ELISA血液検査は免疫グロブリンM(IgM)抗体を探すことができ、これは、個人が抗原に暴露された後、最初に出現する抗体であるが、抗原が存在しなくなると消失する。IgG及びIgMを同時に見るELISAは、患者が現在戦っている疾患及び患者が既に有し、免疫を獲得した疾患についての実態を表すことができる。
[09] Enzyme-linked immunosorbent assay-ELISA.
[10] Serological tests measure antibodies in the blood from people exposed to the virus. ELISA blood tests check for immunoglobulins (IgG) resulting from past or recent exposure to coronavirus disease 2019 (COVID-19). The human body produces IgG antibodies as part of an immune response to the virus. It usually takes about 10 to about 18 days to produce sufficient antibodies for detection in blood. In addition, ELISA blood tests can look for immunoglobulin M (IgM) antibodies, which are the first antibodies to appear after an individual is exposed to an antigen, but disappear when the antigen is absent. ELISA, which looks at IgG and IgM at the same time, can represent the reality of the disease the patient is currently fighting for and the disease the patient already has and has acquired immunity.
[11] 通常使用される試料は、一般に鼻用綿棒又は咽頭綿棒試料(上記検査タイプ2及び3に使用される)よりも高信頼的に収集される血液試料である。しかし、血液試料の場合、取り扱い、貯蔵、及び血漿から血清を分離する遠心分離は、エラーを導入する恐れがある、必要となる追加ステップである。抗体が血清学的検査試料で見つかった場合、直接イムノアッセイ(検査タイプ2参照)又はDNA検査(検査タイプ3参照)が実行されて、ウイルス自体がまだ患者の体内に存在するか否かを確立する。
[11] The commonly used sample is a blood sample that is generally collected more reliably than a nasal swab or pharyngeal swab sample (used for
[12]
[13] 免疫蛍光アッセイ。
[14] これらのアッセイは、多種多様なウイルス抗原を直接検出するのに広く使用されてきた。免疫蛍光法は、抗体を使用して、組織切片又は感染細胞中のウイルス抗原を検出する。上気道の粘膜からの感染細胞又は上咽頭から吸引された粘液中に存在する細胞が使用され、綿棒を使用して収集される。免疫蛍光アッセイは、抗ウイルス抗体に共役する蛍光標識を使用し、これは直接免疫蛍光法として知られ、又は抗抗体に共役する蛍光標識を使用し、これは間接免疫蛍光法として知られている。抗原への抗体の結合量は、蛍光生成源量に直接相関する。
[12]
[13] Immunofluorescence assay.
[14] These assays have been widely used to directly detect a wide variety of viral antigens. Immunofluorescence uses antibodies to detect viral antigens in tissue sections or infected cells. Infected cells from the mucosa of the upper respiratory tract or cells present in the mucus aspirated from the nasopharynx are used and collected using a cotton swab. The immunofluorescence assay uses a fluorescent label coupled to an anti-viral antibody, which is known as direct immunofluorescence, or a fluorescent label coupled to an anti-antibody, which is known as indirect immunofluorescence. .. The amount of antibody bound to the antigen directly correlates with the amount of fluorescence source.
[15] 本発明者らは、SAWセンサに基づく代替の直接的で標識がないウイルス検出技術を紹介した。援用された明細書を参照のこと。センサは、直接COVID-19検出に表面弾性波バイオセンサ(SAW)を利用する。従来、SKC SAWセンサは、エボラ、HIV、及び炭疽菌を含め、多くの高プロファイルバクテリア及びウイルスの検出に成功してきた。これまでの2年にわたり、SAWバイオセンサの感度及び検出能力を大幅に改善してきた。SARS-CoV-2の抗体はSAW表面で不動化され、濃度の関数としての反応が評価される。鼻用綿棒試料からCOVID-19を検出する高速(<12分)ポイントオブケア診断検査。 [15] We have introduced an alternative direct, unlabeled virus detection technique based on SAW sensors. See the referenced specification. The sensor utilizes a surface acoustic wave biosensor (SAW) for direct COVID-19 detection. Traditionally, SKC SAW sensors have been successful in detecting many high profile bacteria and viruses, including Ebola, HIV, and anthrax. Over the last two years, the sensitivity and detection capabilities of SAW biosensors have been significantly improved. The SARS-CoV-2 antibody is immobilized on the SAW surface and the reaction as a function of concentration is evaluated. A high-speed (<12 minutes) point-of-care diagnostic test that detects COVID-19 from a swab sample for the nose.
[16] 綿棒の使用は、必ずしも低感度検出方法論によるものではなく、試料を鼻道から再現性よく収集することができないため、相当数の偽陰性を生じさせる。試料を収集する医療者間にばらつきがあり、鼻に存在するウイルス量もばらつきがある。別の主要な欠点は、ウイルスがまだ存在する場合、これらの検査が陽性結果しか与えないことである。検査は、感染を経て回復し、体内からウイルスがなくなった人々を識別することができない。 [16] The use of cotton swabs is not necessarily due to a low sensitivity detection methodology, and the inability to reproducibly collect samples from the nasal meatus results in a significant number of false negatives. There are variations among the medical staff who collect the samples, and the amount of virus present in the nose also varies. Another major drawback is that these tests give only positive results if the virus is still present. The test cannot identify people who have recovered from the infection and are free of the virus from their bodies.
[17]
[18] リアルタイム定量性ポリメラーゼ連鎖反応-RT-qPCR
[19] 高速DNA増幅に基づく直接病原体検出。PCRは、試料中の遺伝材料(DNA又はRNA)の数量を測定するのに使用され、Taqポリメラーゼの使用が関わり、Taqポリメラーゼは温度サイクルで鋳型DNAの短い特定の部分を増幅する。各サイクルで、DNAの幾つかの小さな特定の切片が倍化され、標的の指数的増幅をもたらす。PCR実験でのサイクル数は通常、12~45サイクルである。RNAはDNAの逆転写であるため、逆転写酵素PCR(RT-PCR)がRNAの検出に使用される。RT-qPCRでは、2つのファクタを除き、同じ方法が行われる:i)増幅されたDNAは蛍光標識され、ii)増幅中に解放された蛍光量は、増幅されたDNA源の量に直接リンクされる。1ステップRT-qPCR検出キットは、呼吸器標本-鼻用綿棒を使用してCOVID-19のin vitro検出に有用である。POC製品の例には、ID NOWのブランドの、検査機器を使用するAbbottコロナウイルス検査がある。
[17]
[18] Real-time quantitative polymerase chain reaction-RT-qPCR
[19] Direct pathogen detection based on fast DNA amplification. PCR is used to measure the quantity of genetic material (DNA or RNA) in a sample, involving the use of Taq polymerase, which amplifies a short specific portion of template DNA in a temperature cycle. At each cycle, some small specific sections of DNA are doubled, resulting in exponential amplification of the target. The number of cycles in a PCR experiment is usually 12-45 cycles. Since RNA is the reverse transcription of DNA, reverse transcriptase PCR (RT-PCR) is used to detect RNA. In RT-qPCR, the same method is performed except for two factors: i) the amplified DNA is fluorescently labeled and ii) the amount of fluorescence released during amplification is directly linked to the amount of amplified DNA source. Will be done. The one-step RT-qPCR detection kit is useful for in vitro detection of COVID-19 using a respiratory specimen-nasal swab. An example of a POC product is the ID NOW branded Abbott coronavirus test using testing equipment.
[20] 必要とされるのは、現在利用可能なCOVID-19診断又は検査機器に関連する問題を解消する手法である。 [20] What is needed is a technique that solves the problems associated with currently available COVID-19 diagnostic or testing equipment.
概要
[21] 本発明の図示の実施形態は、ウイルスパンデミック感染に研究所グレードの診断検査を自動的に実行することが可能な、ハンドヘルド現場可搬診断機器が使用されるクラウドベース自動システムに関する。生体試料を採取し、ハンドヘルド現場可搬診断機器に配置した後、試料準備及び検査の全ての更なるステップは、人間の介入及び関連する遅延なしで自動的に実行される。検査から数十分以内で、人間の介入又は更なる医療介入の必要又は遅延なしで、試料は検査され、結果が生成され、人工知能又は専門家システムにより分析され、記憶データベースに通信され、検査された被験者に通信され、関連する医療提供者に通信される。この様式でのみ、数億の被験者の信頼性の高いパンデミック検査及び報告を提供することが可能であり、これは、グローバルパンデミックを食い止めるべき又はコントロールすべき場合、必要な能力である。
overview
[21] The illustrated embodiment of the present invention relates to a cloud-based automated system using a handheld field-portable diagnostic device capable of automatically performing laboratory-grade diagnostic tests for viral pandemic infections. After taking a biological sample and placing it in a handheld field portable diagnostic instrument, all further steps of sample preparation and testing are performed automatically without human intervention and associated delays. Within tens of minutes from the test, without the need or delay of human intervention or further medical intervention, the sample is tested, the results are generated, analyzed by artificial intelligence or a professional system, communicated to the memory database and tested. It is communicated to the subject and to the relevant health care provider. Only in this form is it possible to provide reliable pandemic testing and reporting of hundreds of millions of subjects, which is a necessary capability if a global pandemic should be stopped or controlled.
[22] 本発明の図示の実施形態は、最小質量感度限界を有する検出器を有するポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダにおいて試料中のウイルス及び抗体検体をアッセイする方法を含む。本方法は、試料をリーダに挿入するステップと、付着したDNAタグを有する第1の抗体及び付着した磁性ナノ粒子(MNP)を有する第2の抗体を有する試料の第1の部分から検体を捕捉するステップであって、第1及び第2の抗体、検体、MNP、及びDNAタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉するステップと、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用してDNAタグを、検出器の質量感度限界を克服するのに十分な所定量のDNAタグまで複製するステップと、検出器を使用して複製されたDNAタグの量を測定して、少なくとも1つの選択されたウイルスを検出するステップと、試料の第2の部分をマイクロアレイに配置するステップと、マイクロアレイを使用して、少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップと、蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップとを含む。 [22] The illustrated embodiment of the invention comprises assaying a virus and antibody sample in a sample in a portable handheld microfluidic reader with a detector having a minimum mass sensitivity limit. The method captures a sample from a step of inserting the sample into a reader and a first portion of the sample having a first antibody with attached DNA tags and a second antibody with attached magnetic nanoparticles (MNPs). By providing a capture step in which a sandwich containing the first and second antibodies, specimens, MNPs, and DNA tags is formed, and an amount reliably detectable by the detector. Amplification is used to replicate the DNA tag to a predetermined amount of DNA tag sufficient to overcome the detector's mass sensitivity limit, and the detector is used to measure the amount of replicated DNA tag. , A step of detecting at least one selected virus, a step of placing a second portion of the sample on a microarray, and a second part of the sample for antibodies corresponding to at least one selected virus using the microarray. It comprises the step of selectively probing the portion of the sample and the step of reading the microarray using a fluorescent camera to identify the antibody in the second portion of the sample.
[23] マイクロアレイを使用して、少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、所定の時間量にわたり、マイクロアレイ上の試料の第2の部分を培養するステップと、蛍光標識された二次Abを配置するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップは、マイクロアレイのカラー画像を生成することにより試料の第2の部分中のIgアイソタイプを検出する。本方法は、分析及び/又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップを更に含む。 [23] The step of selectively probing a second portion of a sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using a microarray is a second step of the sample on the microarray over a predetermined amount of time. It includes a step of culturing a portion, a step of placing a fluorescently labeled secondary Ab, a step of washing the microarray, and a step of drying the microarray. The step of reading the microarray using a fluorescent camera and identifying the antibody in the second part of the sample detects the Ig isotype in the second part of the sample by generating a color image of the microarray. The method further comprises communicating the color image of the microarray to the cloud for analysis and / or data processing.
[24] マイクロアレイに、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)のDNAスポットが提供されている実施形態では、マイクロアレイを使用して、少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)のDNAスポットが提供されたマイクロアレイ、蛍光標識されたACE2、及びRBD抗体を検出するためにヒトIgGに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップは、少なくとも2つの異なる色を有するマイクロアレイのカラー画像を生成し、一色は試料の第2の部分に存在するRBG抗体用であり、第2の色はACE2用であり、中和抗体又はRBD抗体のない試料の第2の部分は、ACE2蛍光を用いて検出され、一方、RBD抗体を有する試料又はACE2-RBD結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ACE2蛍光量を低減して検出される。RBD抗体がない場合、ACE2蛍光の量は相対中和活性について定量化することができる。本方法は、分析及び/又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップを更に含む。 [24] In embodiments where the microarray is provided with DNA spots for the receptacle binding domain (RBD) of the spike protein, the microarray is used to use a second sample of antibody corresponding to at least one selected virus. The step of selectively probing moieties is a microarray provided with DNA spots for the receptacle binding domain (RBD) of the spiked protein, fluorescently labeled ACE2, and another fluorescently labeled to human IgG to detect RBD antibody. It includes a step of performing a neutralization antibody assay using the secondary antibody, a step of washing the microarray, and a step of drying the microarray. The step of reading the microarray using a fluorescent camera and identifying the antibody in the second part of the sample produces a color image of the microarray with at least two different colors, one color present in the second part of the sample. For RBG antibody, the second color is for ACE2, and the second portion of the sample without neutralizing antibody or RBD antibody is detected using ACE2 fluorescence, while the sample with RBD antibody or ACE2. -Samples with a large amount of neutralizing antibody that interferes with RBD binding are detected by reducing the amount of ACE2 fluorescence. In the absence of RBD antibody, the amount of ACE2 fluorescence can be quantified for relative neutralizing activity. The method further comprises communicating the color image of the microarray to the cloud for analysis and / or data processing.
[25] マイクロアレイは、既知の強度で蛍光する正規化蛍光コントロールを含む。3つのスポットは100%強度であり、3つのスポットは50%強度であり、3つのスポットは0%強度である。これら9つのスポットを測定することにより、残りの検査ドットの比較及びプロットの際に突き合わせることができる正規化曲線を作成することができる。 [25] Microarrays include normalized fluorescence controls that fluoresce at known intensities. Three spots are 100% strong, three spots are 50% strong, and three spots are 0% strong. By measuring these nine spots, it is possible to create a normalized curve that can be matched when comparing and plotting the remaining inspection dots.
[26] マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、往復動を使用して試料の第2の部分をマイクロ混合するステップであって、液体要素に対して作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、マイクロ混合するステップと、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを試料の第2の部分に適用して、培養/ハイブリダイゼーション中の抗体マクロ分子と抗原マクロ分子との間の培養/ハイブリダイゼーション効率を最大化するステップとを更に含む。 [26] The step of selectively probing a second portion of a sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using a microarray is the step of micromixing the second portion of the sample using reciprocating motion. The centrifugal acceleration acting on the liquid element first produces and stores air energy, which is then released by the decrease in centrifugal acceleration, resulting in the opposite direction of liquid flow. A sequence of alternating high and low centrifugal accelerations is applied to the second portion of the sample to culture / culture between antibody macromolecules and antigen macromolecules during hybridization. It further comprises a step of maximizing hybridization efficiency.
[27] 図示の実施形態はまた、試料中の検体をアッセイするポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダも含む。リーダは、回転可能マイクロ流体ディスク又はロータを有し、試料が挿入される、ディスクに画定される試料入口と、ディスクに画定され、試料入口と選択的に連通し、DNAタグが付着した検体を捕捉する第1の抗体が提供される混合チャンバと、ディスクに画定され、表面に付着した検体又は付着した磁性ナノ粒子(MNP)を有する検体を捕捉する第2の抗体が提供された混合チャンバと選択的に連通する増幅チャンバであって、表面又はMNP、第1及び第2の抗体、検体及びDNAタグを含むサンドイッチが増幅チャンバで形成され、等温増幅を使用してDNAタグを複製して、所定量のDNAタグを生成する、増幅チャンバと、増幅チャンバと選択的に連通し、複製されたDNAタグの量を測定するためにディスクに提供される検出器と、試料の第2の部分を受け取る反応チャンバと、反応チャンバに配置され、マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別する蛍光カメラとを含む。 [27] The illustrated embodiment also includes a portable handheld microfluidic reader assaying a sample in a sample. The reader has a rotatable microfluidic disk or rotor with a sample inlet defined on the disk into which the sample is inserted and a sample defined on the disk and selectively communicated with the sample inlet to which a DNA tag is attached. A mixing chamber provided with a first antibody to capture and a mixing chamber provided with a second antibody defined on a disk and having a sample attached to the surface or having magnetic nanoparticles (MNP) attached. An amplification chamber that selectively communicates, a sandwich containing a surface or MNP, first and second antibodies, specimens and DNA tags is formed in the amplification chamber and replicates the DNA tags using isothermal amplification. A second portion of the sample, an amplification chamber that produces a predetermined amount of DNA tag, and a detector provided on the disk to selectively communicate with the amplification chamber and measure the amount of replicated DNA tag. A receiving reaction chamber, a microarray placed in the reaction chamber and selectively probing a second portion of the sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using the microarray, and a microarray reading the microarray of the sample. Includes a fluorescent camera to identify the antibody in the second part.
[28] 検出器は、ディスクCD-1上のマイクロアレイにおけるフルオロフォアを励起して、測定を行うLEDを含み、励起したフルオロフォアにより発せられた光子を捕捉するCMOSカメラを含む。デバイスはまた、別個の波長帯域を有する2つのフィルタも含み、一方はフルオロフォアとマイクロアレイ(750nm)との間であり、一方はマイクロアレイとCMOSカメラ(790nm)との間である。2つのフィルタの帯域は隔てられ、電磁スペクトルにおいていかなる重複も共有せず、したがって、発光しているLEDからのいかなる散乱光もCMOSカメラによって行われる測定に影響しないようにする。 [28] The detector includes an LED that excites and measures the fluorophore in the microarray on disk CD-1, and includes a CMOS camera that captures photons emitted by the excited fluorofore. The device also includes two filters with separate wavelength bands, one between the fluorofore and the microarray (750 nm) and the other between the microarray and the CMOS camera (790 nm). The bands of the two filters are separated and do not share any overlap in the electromagnetic spectrum, thus ensuring that any scattered light from the emitting LED does not affect the measurements made by the CMOS camera.
[29] 検出器は、CD-2と併用される表面弾性波(SAW)検出器を含む。検出器は、デバイス及びディスクとインターフェースする必要な全てのRF信号生成器及びインタポーザを含み、それにより、RF測定をSAWセンサで行えるようにする。 [29] The detector includes a surface acoustic wave (SAW) detector used in combination with CD-2. The detector includes all necessary RF signal generators and interposers to interface with the device and disk, thereby allowing RF measurements to be made on the SAW sensor.
[30] ディスクCD-3は、援用される明細書に開示されるLAMP等温PCR検出方法論を行い、流体試料は、初期試料中のDNA量に基づいて色を変える。図示の実施形態では、ディスクは2つ以上のタイプの検出器を有さないが、本発明の範囲は、異なるタイプの検出器の組合せを有するディスクを提供することができる可能性に拡張される。 [30] Disc CD-3 performs the LAMP isothermal PCR detection methodology disclosed in the incorporated specification, and the fluid sample changes color based on the amount of DNA in the initial sample. In the illustrated embodiment, the disc does not have more than one type of detector, but the scope of the invention extends to the possibility of providing a disc with a combination of different types of detectors. ..
[31] 試料が血液試料である実施形態では、リーダは、試料入口と連通する入口と、試料の第1の部分から混合チャンバに及び試料の第2の部分から反応チャンバに、検体を含む血漿を伝達する出口とを有する血漿-血液分離チャンバを更に含む。 [31] In an embodiment where the sample is a blood sample, the reader is the plasma containing the sample at the inlet communicating with the sample inlet and from the first part of the sample to the mixing chamber and from the second part of the sample to the reaction chamber. Further includes a plasma-blood separation chamber with an outlet to transmit.
[32] 検出器は、使い捨てディスクパッケージにプリントされたバーコードをスキャンして、実行中の検査の特定のタイプについての情報を収集するバーコードリーダを含む。更に、バーコードリーダは、スマートデバイス画面又は患者リストバンド上のバーコードを読み取り、特定の患者に対応する結果を識別しログすることができる。 [32] The detector includes a barcode reader that scans the barcode printed on the disposable disc package to collect information about the particular type of inspection being performed. In addition, the barcode reader can read the barcode on the smart device screen or patient wristband to identify and log the results corresponding to a particular patient.
[33] 検出器は、検出器により収集された情報をクラウド基盤に無線送信し、患者情報、結果分析、及びソフトウェア更新等のクラウド基盤により送信された情報を受信するTCP/IP Wi-Fiモジュールを含む。 [33] The detector is a TCP / IP Wi-Fi module that wirelessly transmits the information collected by the detector to the cloud infrastructure and receives the information transmitted by the cloud infrastructure such as patient information, result analysis, and software updates. including.
[34] 検出器は、データ送信と、結果の無線送信及び検出器の無線操作の遠隔制御との両方を行うBluetoothモジュールを含む。 [34] The detector includes a Bluetooth module that performs both data transmission and wireless transmission of the results and remote control of the detector's wireless operation.
[35] 検出器は、検出器と対話し、検査結果をユーザに表示する容量性タッチスクリーンを含む。検出器画面はグラフィカルユーザインターフェースを含み、グラフィカルユーザインターフェースは、試料を収集し、マイクロ流体をデバイスに挿入し、検査の最終結果を表示するプロセスを通してユーザをガイドするのに必要なステップを含む。 [35] The detector includes a capacitive touch screen that interacts with the detector and displays the test results to the user. The detector screen includes a graphical user interface, which includes the steps necessary to guide the user through the process of collecting the sample, inserting the microfluid into the device, and displaying the final result of the test.
[36] 検出器は、マイクロ流体ディスクとインターフェースして、熱平衡を維持するペルチェ温度制御要素を含む。 [36] The detector includes a Pelche temperature control element that interfaces with the microfluidic disk to maintain thermal equilibrium.
[37] 再びまとめると、本発明の図示の実施形態は、ポータブルハンドヘルド機器における被験者から採取された試料を野外診断検査して、ウイルス抗原及び/又は抗体の存在を判断する方法であって、機器の回転可能ディスクにおける受けチャンバに試料を配置するステップと、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び/又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップと、機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び/又は抗体の定量的計測を検出するステップと、被験者に対応する試料中のウイルス抗原及び/又は抗体の検出された定量的計測のデータ出力を生成するステップと、被験者に対応するデータ出力をクラウドベースデータベースに通信するステップと、クラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び/又は抗体と被験者に対応する通信されたデータ出力を比較分析して、被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断するステップと、比較分析の結果をクラウドベースエコシステムから被験者に通信するステップとを含む方法を含む。 [37] To recapitulate, the illustrated embodiment of the invention is a method of field diagnostic testing of a sample taken from a subject in a portable handheld device to determine the presence of viral antigens and / or antibodies. Using the instrument according to the nature of the sample and the corresponding detection means within the instrument of the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested, the step of placing the sample in the receiving chamber of the rotatable disk of the rotatable disk. In, the step of selectively processing the sample, the step of detecting the quantitative measurement of the viral antigen and / or the antibody in the sample using the corresponding detection means in the instrument, and the step of detecting the viral antigen in the sample corresponding to the subject. And / or the step of generating the data output of the detected quantitative measurement of the antibody, the step of communicating the data output corresponding to the subject to the cloud-based database, and several different types of viral antigens and / or in the cloud-based ecosystem. / Or a step of comparing and analyzing the antibody and the communicated data output corresponding to the subject to diagnose the type of viral infection, if any, has the highest or previous viral infection that the subject has. And include methods of communicating the results of the comparative analysis from the cloud-based ecosystem to the subject.
[38] 検出手段は、抗原及び/又は抗体蛍光スポットのマイクロアレイを含む。機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び/又は抗体の定量的計測を検出するステップは、抗原及び/又は抗体蛍光スポットのマイクロアレイのカラー画像の画像ファイルを生成するステップを含む。 [38] Detection means include microarrays of antigen and / or antibody fluorescent spots. The step of detecting the quantitative measurement of the viral antigen and / or antibody in the sample using the corresponding detection means in the instrument is the step of generating an image file of a color image of a microarray of antigen and / or antibody fluorescent spots. include.
[39] 別の実施形態では、検出手段は機能化表面弾性波検出器(SAW)を含む。機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び/又は抗体の定量的計測を検出するステップは、機能化表面弾性波検出器(SAW)により直接捕捉され、又はウイルス抗原及び/又は抗体に対応する機能化表面弾性波検出器(SAW)によりポリメラーゼ連鎖反応(PCR)複製DNAタグにより間接的に捕捉されるウイルス抗原及び/又は抗体の定量化に応答するRF位相遅延検出信号を生成することを含む。 [39] In another embodiment, the detection means includes a functionalized surface acoustic wave detector (SAW). The step of detecting the quantitative measurement of the viral antigen and / or antibody in the sample using the corresponding detection means in the instrument is directly captured by the functionalized surface elastic wave detector (SAW) or the viral antigen and / or. Alternatively, an RF phase-delayed detection signal in response to quantification of viral antigens and / or antibodies indirectly captured by a polymerase chain reaction (PCR) replicating DNA tag by a functionalized surface elastic wave detector (SAW) corresponding to the antibody. Includes generating.
[40] 試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び/又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、免疫グロブリンG(IgG)抗体及び免疫グロブリンM(IgM)抗体についてのELISA血液検査チェックを実行するステップを含む。 [40] The step of selectively processing a sample on a rotatable disc using the instrument according to the nature of the sample and using the corresponding detection means within the instrument of the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested is immunoimmuno. It comprises performing an ELISA blood test check for globulin G (IgG) antibody and immunoglobulin M (IgM) antibody.
[41] 別の実施形態では、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び/又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、直接又は間接免疫蛍光法による共役蛍光標識を使用して免疫蛍光アッセイを実行するステップを含み、抗原に対する抗体の共役量は、蛍光生成源量に直接的に相関する。 [41] In another embodiment, the instrument is used according to the nature of the sample and the sample is selectively selected on a rotatable disc using the corresponding detection means within the instrument for the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested. The processing step comprises performing an immunofluorescence assay using conjugated fluorescence labeling by direct or indirect immunofluorescence, in which the amount of antibody conjugated to the antigen directly correlates with the amount of fluorescence source.
[42] 更に別の実施形態では、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び/又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、PCRを使用して試料中の遺伝材料(DNA又はRNA)の量を測定するとともに、Taqポリメラーゼを使用して高速DNA増幅によりリアルタイム定量的ポリメラーゼ連鎖反応(RT-qPCR)を実行するステップを含む。 [42] In yet another embodiment, the instrument is used according to the nature of the sample and the sample is selectively selected on a rotatable disk using the corresponding detection means within the instrument of the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested. The step to process is to measure the amount of genetic material (DNA or RNA) in the sample using PCR and to perform a real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) by fast DNA amplification using Taq polymerase. Includes steps to perform.
[43] 試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び/又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、試料の第1の部分から、DNAタグが付着した第1の抗体及び付着した磁性ナノ粒子(MNP)を有する第2の抗体を有する検体を捕捉するステップであって、第1の抗体及び第2の抗体、検体、MNP、及びDNAタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉するステップと、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用してDNAタグを、検出器の質量感度限界を克服するのに十分な所定量のDNAタグまで複製するステップと、試料の第2の部分をマイクロアレイに配置するステップと、マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップと、蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップとを含む。 [43] The step of selectively processing a sample on a rotatable disk using the instrument according to the nature of the sample and using the corresponding detection means within the instrument for viral antigens and / or antibodies to be diagnostically tested is the sample. A step of capturing a sample having a first antibody to which a DNA tag is attached and a second antibody having magnetic nanoparticles (MNP) attached to the DNA tag from the first portion of the first antibody and the second. Using isothermal amplification, the DNA tag of the detector is provided with a capture step in which a sandwich containing the antibody, sample, MNP, and DNA tag is formed, and an amount that is reliably detectable by the detector. The step of replicating to a predetermined amount of DNA tag sufficient to overcome the mass sensitivity limit, the step of placing a second portion of the sample on a microarray, and the use of a microarray to accommodate at least one selected virus. It comprises the steps of selectively probing a second portion of the sample for the antibody and reading the microarray using a fluorescent camera to identify the antibody in the second portion of the sample.
[44] 更に別の実施形態では、マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、所定の時間量にわたり、マイクロアレイ上の試料の第2の部分を培養するステップと、蛍光標識された二次Abを配置するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップは、マイクロアレイのカラー画像を生成することにより試料の第2の部分中のIgアイソタイプを検出するステップと、分析及び/又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップとを含む。 [44] In yet another embodiment, the step of selectively probing a second portion of a sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using a microarray is on the microarray for a predetermined amount of time. Includes a step of culturing a second portion of the sample, placing a fluorescently labeled secondary Ab, washing the microarray, and drying the microarray. The steps of reading the microarray using a fluorescent camera and identifying the antibody in the second part of the sample include the step of detecting the Ig isotype in the second part of the sample by generating a color image of the microarray. Includes the steps of communicating a color image of a microarray to the cloud for analysis and / or data processing.
[45] 一実施形態では、マイクロアレイには、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)のDNAスポットが提供されており、マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)のDNAスポットが提供されたマイクロアレイ、蛍光標識されたACE2、及びRBD抗体を検出するためにヒトIgGに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別するステップは、少なくとも2つの異なる色を有するマイクロアレイのカラー画像を生成するステップであって、一色は試料の第2の部分に存在するRBG抗体用であり、第2の色はACE2用であり、中和抗体又はRBD抗体のない試料の第2の部分は、ACE2蛍光を用いて検出され、一方、RBD抗体を有する試料又はACE2-RBD結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ACE2蛍光量を低減して検出され、RBD抗体がない場合、ACE2蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができる、生成するステップと、分析及び/又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップとを含む。 [45] In one embodiment, the microarray is provided with a DNA spot for the receptacle binding domain (RBD) of the spike protein, and the microarray is used to sample the antibody corresponding to at least one selected virus. The step of selectively probing the second portion is a microarray provided with DNA spots for the receptacle binding domain (RBD) of the spike protein, fluorescently labeled ACE2, and another fluorescence against human IgG to detect the RBD antibody. It comprises performing a neutralizing antibody assay using the labeled secondary antibody, washing the microarray, and drying the microarray. The step of reading the microarray using a fluorescent camera and identifying the antibody in the second part of the sample is the step of generating a color image of the microarray having at least two different colors, one color being the second part of the sample. The second part of the sample without neutralizing antibody or RBD antibody is detected using ACE2 fluorescence, while the RBD antibody is for the RBG antibody present in the portion of, the second color is for ACE2. A sample having or a sample having a large amount of neutralizing antibody that interferes with ACE2-RBD binding is detected by reducing the amount of ACE2 fluorescence, and in the absence of RBD antibody, the amount of ACE2 fluorescence should be quantified for relative neutralization activity. Includes the steps to generate and communicate the color image of the microarray to the cloud for analysis and / or data processing.
[46] マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするステップは、往復動を使用して試料の第2の部分をマイクロ混合するステップであって、液体要素に対して作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、マイクロ混合するステップと、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを試料の第2の部分に適用して、培養/ハイブリダイゼーション中の抗体マクロ分子と抗原マクロ分子との間の培養/ハイブリダイゼーション効率を最大化するステップとを更に含む。 [46] The step of selectively probing a second portion of a sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using a microarray is to micromix the second portion of the sample using reciprocating motion. The centrifugal acceleration acting on the liquid element first produces and stores air energy, which is then released by the decrease in centrifugal acceleration, resulting in the opposite direction of liquid flow. A sequence of alternating high and low centrifugal accelerations is applied to the second portion of the sample to culture / culture between antibody macromolecules and antigen macromolecules during hybridization. It further comprises a step of maximizing hybridization efficiency.
[47] クラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び/又は抗体と被験者に対応する通信されたデータ出力を比較分析して、被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断するステップは、COVID-19抗原及び/又は抗体の陽性及び/又は陰性指示についてマイクロアレイの通信されたデータ出力を分析するステップと、COVID-19の陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力をCOVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップと、陽性及び/又は陰性指示の通信されたデータ出力が、COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくCOVID-19を統計学的に示すか否かを判断することであって、それにより、偽陽性及び/又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップとを含む。 [47] In a cloud-based ecosystem, comparing and analyzing multiple different types of viral antigens and / or antibodies and the communicated data output corresponding to the subject, the subject has the highest or previous probability of having it. If there is the highest viral infection, the steps to diagnose the type of viral infection are to analyze the microarray's communicated data output for positive and / or negative indications for the COVID-19 antigen and / or antibody, and to COVID-. Data output communicated for 19 positive and / or negative instructions with data output communicated for positive and / or negative instructions of multiple viral infection microarrays that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. Does the compared step and the communicated data output of the positive and / or negative indication statistically indicate COVID-19 rather than multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody? It involves determining whether or not, thereby significantly reducing false positives and / or false negatives.
[48] 陽性及び/又は陰性指示の通信されたデータ出力が、COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくCOVID-19を統計学的に示すか否かを判断するステップは、陽性及び/又は陰性指示の通信されたデータ出力の対応するZスコアが、COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のZスコアではなくCOVID-19を示すか否かを判断するステップを含む。 [48] Whether the communicated data output of positive and / or negative indications statistically indicates COVID-19 rather than multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. The step of determining is that the corresponding Z-score of the communicated data output of the positive and / or negative indication is COVID rather than the Z-score of multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. Includes a step to determine whether to indicate -19.
[49] COVID-19の陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力をCOVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップは、COVID-19の陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力を、SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、一般的な風邪コロナウイルス(HKU1、OC43、NL63、229E)、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び/又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む群から選択される複数の急性呼吸器感染症のマイクロアレイの陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップを含む。 [49] Communicate the data output communicated for positive and / or negative indications for COVID-19 for positive and / or negative indications for microarrays of multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigens and / or antibodies. The step of comparing the data output to the SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV, common cold coronavirus (HKU1) is to compare the data output communicated for the positive and / or negative indication of COVID-19. , OC43, NL63, 229E), and a microarray of multiple acute respiratory infections selected from the group comprising multiple subtypes of influenza, adenovirus, metapneumovirus, parainfluenza, and / or respiratory conjugate virus. Includes a step of comparing the positive and / or negative indications of the virus to the communicated data output.
[50] 陽性及び/又は陰性指示の通信されたデータ出力が、COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくCOVID-19を統計学的に示すか否かを判断するステップであって、それにより、偽陽性及び/又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップは、曲線下面積(AUC)が測定される受信者動作特性(ROC)曲線を使用して、抗原を評価し、広範なアッセイカットオフ値にわたり抗原陰性群から抗原陽性群の出力データを区別して、COVID-19を診断する高性能抗原を特定するステップを含む。 [50] Whether the communicated data output of positive and / or negative indications statistically indicates COVID-19 rather than multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. The step of determining, which significantly reduces false positives and / or false negatives, uses the recipient motion characteristic (ROC) curve from which the sub-curve area (AUC) is measured. The steps include assessing the antigen, distinguishing output data from the antigen-negative group to the antigen-positive group over a wide range of assay cutoff values, and identifying high-performance antigens that diagnose COVID-19.
[51] 陽性及び/又は陰性指示の通信されたデータ出力が、COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくCOVID-19を統計学的に示すか否かを判断するステップであって、それにより、偽陽性及び/又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップは、複数の高性能抗原の組合せで計算された対応するヨーデン指標に基づいて、複数の高性能抗原の組合せからCOVID-19に最適な感度及び特異性を特定するステップを含む。 [51] Whether the communicated data output of positive and / or negative indications statistically indicates COVID-19 rather than multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. The step of determining, thereby significantly reducing false positives and / or false negatives, is a plurality of determination steps based on the corresponding Ioden index calculated with a combination of multiple high performance antigens. Includes steps to identify optimal sensitivity and specificity for COVID-19 from a combination of high performance antigens.
[52] 本発明の図示の実施形態の範囲はまた、試料中の検体をアッセイするポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダにも拡張され、リーダは回転可能マイクロ流体ディスクを有する。リーダは、試料が配置されるディスクに画定される試料入口と、ディスクに画定され、試料入口と選択的に連通し、DNAタグが付着した検体を捕捉する第1の抗体が提供される混合チャンバと、ディスクに画定され、表面に付着した検体又は付着した磁性ナノ粒子(MNP)を有する検体を捕捉する第2の抗体が提供された混合チャンバと選択的に連通する増幅チャンバであって、表面又はMNP、第1及び第2の抗体、検体及びDNAタグを含むサンドイッチが増幅チャンバで形成され、等温増幅を使用してDNAタグを複製して、所定量のDNAタグを生成する、増幅チャンバと、増幅チャンバと選択的に連通し、複製されたDNAタグの量を測定するためにディスクに提供される検出器と、試料の第2の部分を受け取る反応チャンバと、反応チャンバに配置され、マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第2の部分を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを読み取り、試料の第2の部分中の抗体を識別する蛍光カメラとを含む。 [52] The scope of the illustrated embodiments of the invention is also extended to portable handheld microfluidic readers that assay specimens in a sample, the reader having a rotatable microfluidic disc. The reader is a mixing chamber provided with a sample inlet defined on the disk on which the sample is placed and a first antibody defined on the disk and selectively communicated with the sample inlet to capture the sample to which the DNA tag is attached. An amplification chamber that is defined on a disk and selectively communicates with a mixing chamber provided with a second antibody that captures a sample that adheres to the surface or has magnetic nanoparticles (MNPs) that adhere to the surface. Alternatively, with an amplification chamber, a sandwich containing MNP, first and second antibodies, specimens and DNA tags is formed in the amplification chamber and replicates the DNA tags using isothermal amplification to produce a predetermined amount of DNA tags. , A detector provided on the disk to selectively communicate with the amplification chamber and measure the amount of replicated DNA tag, a reaction chamber to receive a second portion of the sample, and a microarray located in the reaction chamber. A microarray that selectively probates a second portion of the sample for antibodies corresponding to at least one selected virus, and a fluorescent camera that reads the microarray and identifies the antibody in the second portion of the sample. including.
[53] 一実施形態では、検出器は表面弾性波(SAW)検出器である。 [53] In one embodiment, the detector is a surface acoustic wave (SAW) detector.
[54] 一実施形態では、試料は血液試料であり、リーダは、試料入口と連通する入口と、試料の第1の部分から混合チャンバに及び試料の第2の部分から反応チャンバに、検体を含む血漿を伝達する出口とを有する血漿-血液分離チャンバを含む。 [54] In one embodiment, the sample is a blood sample and the reader is the inlet communicating with the sample inlet and the sample from the first part of the sample into the mixing chamber and from the second part of the sample into the reaction chamber. Includes a plasma-blood separation chamber with an outlet for transmitting plasma containing.
[55] 図示の実施形態はまた、試料中の検体をアッセイし、クラウドエコシステムで動作するポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダとして特徴付けることができる。リーダは回転可能マイクロ流体ディスクを有し、リーダは、試料が配置され処理される、ディスクにおける流体工学回路、流体工学回路に配置された複数の蛍光タグ付き抗原及び/又は抗原プローブを有し、少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体及び/又は抗原について試料を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを撮像して、試料中の抗体及び/又は抗原を識別する蛍光カラーカメラと、マイクロアレイの画像に対応する出力データを生成して、試料中のプロービングされ検出された抗原及び/又は抗体の量を定量化し、出力データをクラウドエコシステムに通信する回路とを含む。 [55] The illustrated embodiment can also be assayed for a sample in a sample and characterized as a portable handheld microfluidic reader operating in a cloud ecosystem. The reader has a rotatable microfluidic disk, and the reader has a fluid engineering circuit in the disk on which the sample is placed and processed, multiple fluorescently tagged antigens and / or antigen probes placed in the fluid engineering circuit. Microarrays that selectively probe samples for antibodies and / or antigens corresponding to at least one selected virus, fluorescent color cameras that image the microarrays to identify antibodies and / or antigens in the samples, and microarrays. It includes a circuit that generates output data corresponding to an image, quantifies the amount of antigen and / or antibody probed and detected in a sample, and communicates the output data to a cloud ecosystem.
[56] ポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダは、クラウドベースのデータベース及びリーダから出力データを受信し、試料中のプロービングされ検出された抗原及び/又は抗体から、存在するウイルス感染又は過去のウイルス感染の証拠を統計学的に診断するプロセッサを組み合わせて更に含む。 [56] The portable handheld microfluidic reader receives output data from cloud-based databases and readers and provides evidence of existing or past viral infections from the probed and detected antigens and / or antibodies in the sample. Further includes a combination of processors for statistical diagnosis.
[57] 本装置及び本方法は、機能的説明と共に文法的流暢さのために説明され、又は説明されることになるが、特許請求の範囲が、米国特許法第112条下で明示的に策定されない限り、「手段(means)」又は「ステップ(step)」限定の構築により必然的に限定されるものとして決して解釈されるべきではなく、均等物の法理下で特許請求の範囲により提供される規定の意味の全範囲及び均等物に従うべきであり、特許請求の範囲が米国特許法第112条下で明示的に策定される場合には、米国特許法第112条下で最大限の法定均等物に従うべきであることを明示的に理解されたい。本開示は、これより、同様の要素が同様の番号で参照される以下の図面を参照することにより、よりよく視覚化することができる。
[57] The device and the method will be described or described for grammatical fluency along with a functional description, but the claims are expressly under
図面の簡単な説明
[58] 特許又は出願のファイルは、少なくとも1つのカラー図面を含む。カラー図面を有するこの特許又は特許出願公報のコピーは、要求し、必要料金を支払った上で特許庁により提供される。
A brief description of the drawing
[58] The patent or application file contains at least one color drawing. A copy of this patent or patent application gazette with color drawings will be provided by the Patent Office upon request and payment.
[88] 好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより、本開示及びその種々の実施形態についてこれより、よりよく理解することができ、好ましい実施形態は、特許請求の範囲において規定される実施形態の説明のための例として提示される。特許請求の範囲により規定される実施形態が、後述する説明のための実施形態よりも広義であり得ることが明示的に理解される。 [88] The present disclosure and various embodiments thereof can be better understood by reference to the following detailed description of the preferred embodiments, the preferred embodiments being defined in the claims. It is presented as an example for the explanation of the embodiment. It is expressly understood that the embodiments defined by the claims may be broader than the embodiments for the purposes described below.
好ましい実施形態の詳細な説明
[89] 過去数十年にわたり、ますます多くの数の新興感染疾患が深刻な社会的及び経済的影響を世界規模で生じさせてきている。特に、地方の第三世界コミュニティは、感染疾患への高露出を経験しているのみならず、医療アクセスにおいて多くの難問にも直面している。それにもかかわらず、病原体は国境を識別せず、新疾患の勃発はそれがどこであってもあらゆる場所の人々に影響する。感染疾患パンデミックの高速拡散を追跡し阻止する、世界中の相互接続されたポイントオブケア(POC)ネットワークからの医療診断検査結果の解釈をサポートする、専門家が精選した知識、ソフトウェア、及びサービスは、人類が活気のある経済及び高流動性社会を維持すると予期することができる唯一の方法である。
Detailed description of preferred embodiments
[89] Over the past few decades, an increasing number of emerging infectious diseases have caused serious social and economic consequences on a global scale. In particular, rural Third World communities are not only experiencing high exposure to infectious diseases, but also face many challenges in medical access. Nevertheless, pathogens do not identify borders, and outbreaks of new diseases affect people everywhere, wherever they are. Expert-selected knowledge, software, and services that support the interpretation of medical diagnostic test results from interconnected Point of Care (POC) networks around the world to track and prevent the rapid spread of infectious disease pandemics. , The only way humanity can be expected to maintain a vibrant economy and a highly fluid society.
[90] 図示の実施形態の開示される手法は、まず、病原体を直接及び病原体抗体の両方を測定することにより、現在利用可能なCOVID-19診断機器に関連する問題を解消する。SKC-Optilkus-2020は、上記列挙した3つ全てのタイプの測定を実行する。異なるタイプの検査は、コンパクトディスク又はマイクロ流体ディスク(CD)の形状の異なるタイプの使い捨てカートリッジを必要とし、すなわち、ELISAではディスク29 CD-1、免疫蛍光法又はSAW検出ではディスク31 CD-2、及びRT-qPCRではディスク26 CD-3が必要とされる。ディスク29 CD-1でのタンパク質アレイは10分未満で実行することができる。ディスク31 CD-2での直接ウイルス検査にかかる時間は12分未満である。ディスク29 CD-1での抗体検査がまず実行され、病原体抗体が発見された場合、関連する病原体検査が実行される(ディスク31 CD-2又はディスク26 CD-3の何れかを使用して)。
[90] The disclosed approach of the illustrated embodiment first solves the problems associated with currently available COVID-19 diagnostic instruments by measuring both the pathogen directly and the pathogen antibody. SKC-Optilkus-2020 performs all three types of measurements listed above. Different types of tests require disposable cartridges of different types in the shape of compact discs or microfluidic discs (CDs), i.e.
[91] ディスク29 CD-1での「多重化抗体アレイ」は、過去の暴露及びワクチン接種履歴を反映した「レガシー抗体プロファイル」である、個人のウイルス「暴露フィンガープリント(exposure fingerprint)」を提供する。このアレイ分析手法は、ウイルスに対する抗体を測定する現行使用においてラテラルフローアッセイよりもはるかにデータが豊富(例えば、アレイ毎に4複製で67抗原)であり、より定量的である。このポイントを理解するために、2020年ワシントン州でのCOVID-19アウトブレイクからの血液試料で得られた陽性及び陰性両方の2019 nCOVアレイ感度IgG結果を示す図1を参照する。
[91]
[92] 第2に、図13a~図13fに関連して説明した試料収集デバイス100が使い捨てコンパクトディスクに直接結合される。試料準備ステップは流体ディスクに集積され、クラウドベースのデータ処理が、図15に関連して説明されるように実施される。
[92] Second, the
[93] ワクシニア、サル痘、ヘルペス1及び2、水痘帯状疱疹、HPV、HIV、デング、インフルエンザ、西ナイル、チクングニア熱、アデノウイルス、及びコロナウイルス等のバクテリア、寄生虫、菌類、及びウイルスを含め、35を超える医療的に重要な病原体からの抗原と共に、ヒト及び動物の抗体を含む高スループットクローニング及び構築マイクロアレイ12が従来から開発されている。DNAマイクロアレイ12(一般にDNAチップ又はバイオチップとしても知られている)は、固体面に付着した顕微鏡的DNAスポットの集まりである。DNAマイクロアレイ12は、多数の遺伝子の発現レベルを同時に測定し、又はゲノムの複数領域の遺伝子型特定に使用される。各DNAスポットは、数ピコモル(10-12モル)のプローブ(又はレポーター又はオリゴ)として知られる特定のDNA配列を含む。これらは、遺伝子の短い一部又は高厳密条件下でcDNA又はアンチセンスRNAとも呼ばれるcRNA、標的と呼ばれる試料のハイブリダイゼーションに使用される他のDNA要素であることができる。プローブ標的ハイブリダイゼーションは通常、フルオロフォア、銀、又は化学発光標識された標的の検出により検出、定量化されて、標的中の核酸配列の相対存在比を特定する。元の核酸アレイは概ね9cm×12cmのマクロアレイであり、最初のコンピュータ化画像ベースの分析は1981年に公開された。本発明者らは、病原体に感染したヒト及び動物からの25000超の試料をプロービングし、1000超の免疫優性及びこれらの病原体に対するワクチン抗原候補を識別した。本発明者らは、これらのアレイ12にプリントされた個々のタンパク質/抗体が、感染した個人からの血清中に存在する抗体及び/又は抗原を捕捉し、蛍光二次抗体を使用して、捕捉された抗体量を定量化することができることを示した。
[93] Includes bacteria, parasites, fungi, and viruses such as Wakusina, monkeypox,
[94] このようにして、感染のタイプ及び疾患のステージに固有の、感染又は暴露後に生じる抗体の包括的なプロファイルを特定することができる。アレイ12は、各試料で2μl未満を消費しながら、多数で生産しプロービングすることができる(1日当たり500超の血清又は血漿)。このマイクロアレイ手法では、検査者は、他の技術では可能ではない試料の大きな集まりで抗体レパートリーを評価することができる。
[94] In this way, a comprehensive profile of antibodies that occur after infection or exposure can be identified that are specific to the type of infection and stage of the disease.
[95] 急性呼吸器感染症の原因である67個の抗原を含むコロナウイルス抗原マイクロアレイ12(COVAM)を構築した。このアレイ12にプリントされたウイルス抗原は、SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、一般的な風邪コロナウイルス(HKU1、OC43、NL63、229E)、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び/又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む流行性コロナウイルスからのものである。このアレイ12でのSARS-CoV-2抗原は、図3のグラフに示されるように、スパイクタンパク質(S)、レセプタ結合(RBD)、S1及びS2ドメイン、総蛋白(S1+S2)、並びにヌクレオカプシドタンパク質(NP)を含む。SARS-CoV、MERS-CoV、及び4つの一般的な風邪コロナウイルスからの、アレイに表される同様の組の抗原がある。
[95] A coronavirus antigen microarray 12 (COVAM) containing 67 antigens responsible for acute respiratory infections was constructed. The virus antigens printed on this
[96] SARS-CoV-2感染の抗体プロファイルを特定するために、PCR陽性個人からのSARS-CoV-2回復期血液標本(陽性群)及び未検査個人からのCOVID-19パンデミック前に収集された血清(陰性コントロール群)についてこれらの抗原への微分反応度を評価した。図2a及び図2bのヒートマップに示されるように、陽性群はSARS-CoV-2抗原に対して高反応性である。これは、IgAよりもIgGの場合、より明らかである。陰性コントロールは、一般的な風邪コロナウイルス抗原には高い反応性を示すにもかかわらず、SARS-CoV-2、SARS-CoV、又はMERS-CoV抗原に反応しない。図2a及び図2bに示されるように、陽性群は、SARS-CoV-2 NP、S2、及びS1+S2抗原に対して高いIgG反応性を示し、SARS-CoV-2 S1への反応性の程度はより低い。陽性群はまた、SARS-CoV NP、MERS-CoV S2 及びS1+S2抗原に対して高いIgG交差反応性も示すが、一方、陰性群は、SARS-CoV-2及びMERS-CoVからのS1+S2及びS2抗原との低い交差反応性を示し、他のSARS-CoV-2抗原に対しては交差反応性を示さない。 [96] SARS-CoV-2 convalescent blood specimens from PCR-positive individuals (positive group) and collected prior to the COVID-19 pandemic from untested individuals to identify antibody profiles for SARS-CoV-2 infection. The degree of differential response to these antigens was evaluated for the serum (negative control group). As shown in the heatmaps of FIGS. 2a and 2b, the positive group is highly reactive to the SARS-CoV-2 antigen. This is more pronounced in the case of IgG than IgA. Negative controls do not respond to SARS-CoV-2, SARS-CoV, or MERS-CoV antigens, even though they are highly reactive to common cold coronavirus antigens. As shown in FIGS. 2a and 2b, the positive group showed high IgG reactivity to the SARS-CoV-2 NP, S2, and S1 + S2 antigens, and the degree of reactivity to SARS-CoV-2 S1. Lower. The positive group also showed high IgG cross-reactivity to SARS-CoV NP, MERS-CoV S2 and S1 + S2 antigens, while the negative group showed S1 + S2 and S2 antigens from SARS-CoV-2 and MERS-CoV. It shows low cross-reactivity with and does not show cross-reactivity with other SARS-CoV-2 antigens.
[97] 表1は、図18aに示されるIgGでの蛍光強度結果、図18cでの蛍光結果のZスコア統計、図18bに示されるIgMでの蛍光強度結果、及び図18dの蛍光結果のZスコア統計を含む。Zスコアは、確定陽性IgG又はIgM試料が平均陰性結果の標準偏差何個分、上又は下かを示す。統計的に有意なzスコア(5以上)は陰影付きの数字を有する。 [97] Table 1 shows the Z-score statistics of the fluorescence intensity results with IgG shown in FIG. 18a, the fluorescence results in FIG. 18c, the fluorescence intensity results in IgM shown in FIG. 18b, and the fluorescence result Z in FIG. 18d. Includes score statistics. The Z-score indicates how many standard deviations the definite positive IgG or IgM sample has above or below the mean negative result. Statistically significant z-scores (5 and above) have shaded numbers.
[98] 次に抗原が評価されて、曲線下面積(AUC)が測定された受信者動作特性(ROC)曲線を使用して全範囲のアッセイカットオフ値にわたり陽性群を陰性群から区別する。IgGを検出する高性能抗原は、表1に示されるようにROC AUC>0.85により定義される。4つの抗原は高性能抗原としてランク付けされる:SARS-CoV-2 NP、SARS-CoV NP、SARS-CoV-2 S1+S2、及びSARS-CoV-2_S2。追加の高性能抗原は、SARS-CoV-2 S1(マウスFcタグを有する)、RBD、及びMERS-CoV S2を含んだ。7つの高性能抗原について、ヨーデン指標に基づいて最適な感度及び特異性も推定した。ヨーデンのJ統計(ヨーデン指標とも呼ばれる)は、二分診断試験の性能を捕捉する1つの統計である。インフォームドネス(informedness)は、マルチクラス事例への一般化であり、インフォームドディシジョンの確率を推定する。最低感度はSARS-CoV-2 S1で見られ、陽性群におけるこの抗原に対する比較的低い反応性と相関する。最低特異性はSARS-CoV-2 S2で見られ、陰性群のサブセットにおいて見られたこの抗原の交差反応性と相関する。抗原の結合による性能の利得を推定するために、7つの高性能抗原のうちの4つまでの可能な全ての組合せをin silicoで陽性群と陰性群との区別における性能に関してテストした。AUC、感度、及び特性を有するROC曲線を各組合せで計算した。2つ以上の抗原を組み合わせることにより性能に明らかな利得がある。IgGの場合、最良の区別は、SARS-CoV-2 S2及びSARS-CoV NPの2つの抗原組合せを用いて達成され、同様の性能が、マウスFcタグと共にSARS-CoV-2 S1を追加した場合も達成された(AUC=0.994、特異性=1、感度=0.944)。4番目の抗原の追加は性能を低下させた。 [98] The antigen is then evaluated and a receiver operating characteristic (ROC) curve with measured area under the curve (AUC) is used to distinguish the positive group from the negative group over the entire assay cutoff value. High performance antigens that detect IgG are defined by ROC AUC> 0.85 as shown in Table 1. The four antigens are ranked as high performance antigens: SARS-CoV-2 NP, SARS-CoV NP, SARS-CoV-2 S1 + S2, and SARS-CoV-2_S2. Additional high performance antigens included SARS-CoV-2 S1 (with mouse Fc tag), RBD, and MERS-CoV S2. Optimal sensitivity and specificity were also estimated for the seven high performance antigens based on the Ioden index. The J-statistic of Yoden (also called the Yoden index) is one statistic that captures the performance of the dichotomous diagnostic test. Informedness is a generalization to multiclass cases and estimates the probability of informed decision. The lowest sensitivity is seen with SARS-CoV-2 S1 and correlates with the relatively low reactivity to this antigen in the positive group. The lowest specificity is found in SARS-CoV-2 S2 and correlates with the cross-reactivity of this antigen seen in a subset of the negative group. To estimate the performance gain from antigen binding, all possible combinations of up to 4 of the 7 high performance antigens were tested in silico for performance in distinguishing between positive and negative groups. ROC curves with AUC, sensitivity, and characteristics were calculated for each combination. There is a clear gain in performance by combining two or more antigens. For IgG, the best distinction was achieved using the two antigen combinations SARS-CoV-2 S2 and SARS-CoV NP, with similar performance when SARS-CoV-2 S1 was added with the mouse Fc tag. Was also achieved (AUC = 0.994, specificity = 1, sensitivity = 0.944). The addition of the fourth antigen reduced performance.
[99] 表2は、高性能抗原の組合せの性能データを示す。ランク付けられた個々の各抗原について、ROC、AUC値、並びに陽性血清と陰性血清との区別に関するヨーデン指標に基づく感度及び特異性を導出し、ROC AUC>0.86を有する高性能抗原が線の上に示された。 [99] Table 2 shows the performance data of the combination of high performance antigens. For each ranked individual antigen, the sensitivity and specificity based on the ROC, AUC value, and the Yoden index for the distinction between positive and negative sera are derived, and the high-performance antigen having ROC AUC> 0.86 is lined up. Shown above.
[100] 図18a~図18dは、1つの確定陽性患者結果の一例を示す。図18aは、血清中の種々のIgG抗体の正規化蛍光強度を示し、2本の線は確定陽性(上)及び確定陰性(下)の平均結果を示す。図18bは、血清中の種々のIgM抗体の正規化蛍光強度を示し、2本の線は確定陽性(上)及び確定陰性(下)の平均結果を示す。図18cは、陽性結果と陰性結果との間のIgG抗体のプロットされたZスコアを示し、3本の点線は低、中、及び高反応の種々のZスコア閾値を表す。図18dは、陽性結果と陰性結果との間のIgM抗体のプロットされたZスコアを示し、3本の点線は低、中、及び高反応の種々のZスコア閾値を表す。 [100] FIGS. 18a-18d show an example of one confirmed positive patient result. FIG. 18a shows the normalized fluorescence intensities of various IgG antibodies in serum, and the two lines show the average results of confirmed positive (top) and confirmed negative (bottom). FIG. 18b shows the normalized fluorescence intensities of various IgM antibodies in serum, and the two lines show the average results of definite positive (top) and definite negative (bottom). FIG. 18c shows the plotted Z-scores of IgG antibodies between positive and negative results, with three dotted lines representing various low, medium, and high response Z-score thresholds. FIG. 18d shows the plotted Z-scores of IgM antibodies between positive and negative results, with three dotted lines representing various low, medium, and high response Z-score thresholds.
[101] 現在のCOVID-19パンデミックを最も切迫したターゲットとして使用することにより、疾患スクリーニング、解釈、及び阻止目標を確立する最も切迫した要件の幾つかに対処する。現在のCOVID-19検出プラットフォームは3つのカテゴリに分けられる:1)酵素結合免疫吸着検査法(ELISA)、免疫蛍光アッセイ、2)リアルタイム定量性ポリメラーゼ連鎖反応(RT-qPCR)、及び3)胸部X線。ポイントオブケア方法及びデバイスが本開示の焦点であり、胸部X線は本明細書では対処しない。 [101] By using the current COVID-19 pandemic as the most pressing target, it addresses some of the most pressing requirements to establish disease screening, interpretation, and prevention goals. Current COVID-19 detection platforms are divided into three categories: 1) enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), immunofluorescence assay, 2) real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR), and 3) chest X. line. Point of care methods and devices are the focus of this disclosure and chest radiographs are not addressed herein.
[102]
[103] Optikus II
[104] 本発明者らは、コンパクトディスク(CD)マイクロ流体をハンドヘルド機器10において使用して、図4の斜視図に示される機器10により表されたような多数の異なるアッセイ標的について、カートリッジへの試料の導入(毛細管又は綿棒)、試料準備(例えば、計量、希釈、血液血漿分離、及び細胞溶解)、試薬格納、並びにSAWセンサ90(直接ウイルス測定用)及び蛍光カメラ89(タンパク質アッセイ測定用)を使用した定量的測定を自動化する高速ポータブル診断スクリーニングデバイスを開発した。図4には、援用される明細書によりよく説明されるZステージ移動プラットフォーム13及びディスクスピンドルモータ154を含むマイクロ流体ディスクインターフェース11、SAW RFシールド15、多機能ボタン17、SDカード35、USBポート19、スピーカ・マイクロホン21、タッチディスプレイ23、並びにステータスLED33も示される。
[102]
[103] Optikus II
[104] We have used a compact disk (CD) microfluidic in a
[105] Optikus機器10はまた、マイクロ流体ディスク26(CD-3)で直接、熱サイクリング又は等温増幅の何れかを使用してRNA及びDNA増幅を実行する、図19に示されるディスクCD-1における熱電加熱及び冷却又はペルチェ要素142及びディスクCD-1における温度制御機構(図示せず)も含む。Optikusプラットフォームは、マイクロ流体ディスク設計及びアッセイ構成要素を変更することにより新しい検査に素早く適応する能力において特異である。例えば、Optikus IIは、援用される明細書に記載されるように(SAWを用いたELISA検出に)ディスク29 CD-1を用い、ディスク31 CD-2を(免疫蛍光法検出に)用いて2つのCOVID-19検査セットを実行する。第3のカートリッジ(RT-qPCR用のCD-3)の開発もまた、援用される明細書に記載されるように、本発明の意図される範囲内である。本明細書は主に、ディスク31 CD-2におけるマイクロアレイ12を使用して免疫蛍光法検出を実行するように構成された機器10の開示に関する。図19における機器10は、SAWを用いたELISA検出、免疫蛍光法検出、及びRT-qPCRについてディスク26、29、及び31という3つ全てのタイプに対応又は操作するのに必要な回路及び検出器を有する。
[105]
[106] Optikus IIリーダ10は、種々のタイプのバイオセンサ及びマイクロ流体CDを用いて測定を行うための種々の追加の構成要素を含む。図19は、マイクロ流体アセンブリベイ136が開かれた状態のOptikus IIリーダ10の上部透明斜視図を示し、Optikus IIリーダ10は、マイクロ流体CDCD26、29、31において種々のマイクロ弁をアブレートするレーザ138と、SAW検出器90を使用してRF測定を行うSAW RFインタポーザ140と、ディスク上の温度を調整する種々のペルチェ要素142と、種々の蛍光撮像測定を行うCMOSカメラ89とを含む。
[106] The
[107] 図23は、SAWリーダ135がセンサインターフェース137に結合され、RF励起信号をSAW90に提供した機器10の高レベルブロック図である。リーダ135は、USBインターフェース、電力、シリアルデータインターフェース、ディスプレイ制御及び無線通信を含む。ディスクCD-2でのマイクロ流体の制御は、マイクロ流体コントローラ133を通してリーダ135により制御され、マイクロ流体コントローラ133は、レーザ及びディスクモータのプロセッサ制御を含む。図23の機器10の詳細な動作は、援用される明細書に記載されている。
[107] FIG. 23 is a high level block diagram of
[108] 図24は、血清学的PCRリーダ129がカメラ131に結合された機器10の高レベルブロック図である。この高レベルブロック図は、カメラ131を有するリーダ129が、血清学的解決策用のカメラ及び化学ルミネッセントPCR解決策用のリーダの両方としていかに動作するかを示す。リーダ129はPCR及び血清学の両方を行うことができる。図示の実施形態でのリーダ129は、Rasberry PIシングルボードコンピュータに基づき、USBインターフェース、電力、シリアルデータインターフェース、ディスプレイ制御・無線通信を含む。ディスク26 CD-3におけるマイクロ流体の制御は、血清学的マイクロ流体コントローラ127を通してリーダ129により制御され、血清学的マイクロ流体コントローラ127は、レーザ、ディスクモータ、並びにペルチェ要素142の熱電(TEC)加熱及び冷却制御のプロセッサ制御を含む。図23の機器10の詳細な動作は、援用される明細書に記載されている。
[108] FIG. 24 is a high level block diagram of the
[109] 図25はディスク26 CD-3及びディスク26 CD-3において自動的に実行されるイムノPCRステップの図である。同様のステップは、援用される明細書に詳述されている。ステップ65において指を指して採取された血液試料が試料チャンバ67に配置される。血液血清分離ステップ61において、血液及び血清は血液-血清分離チャンバ63において自動的に分離される。ステップ57において、血清は混合チャンバ59に移送され、標的53である抗体DNA複合体と混合され共役する。共役標的53は混合・複製チャンバ55に移送され、そこで、援用される明細書により十分に説明されるように、DNAタグを有する抗体-磁性ナノ粒子(MNP)複合体と混合され共役する。ステップ47において、血漿廃棄チャンバ49への移送により血漿は除去される。ステップ46において、洗浄リザーバ45からチャンバ59を通してチャンバ55に送られた緩衝剤は、非共役DNAを除去する。ステップ77において、共役抗体標的複合体は、増幅緩衝剤チャンバ79からチャンバ55に供給された増幅緩衝剤中に再懸濁する。次に、ステップ81において、複製又はPCR中、等温増幅がチャンバ55において実行される。次にステップ103において、複製されたDNAタグは撮像チャンバ87に移送され、結合する。必要な場合、結合しなかったDNAタグを廃棄物チャンバ107に除去する任意選択的な洗浄・スピン乾燥ステップ105を実行して、撮像結果を改善し得る。図25に示される方法に関する追加のバックアップ詳細は、援用される明細書に提供されている。
[109] FIG. 25 is a diagram of the immuno-PCR steps performed automatically on
[110] 図21は、ディスク29 CD-1を読み取るために、Optikus機器10のマイクロアレイリーダ134で使用される回路のブロック図である。検出器としてSAW90を利用するリーダに使用される回路の同様のブロック図が、援用される明細書に詳述されている。ディスク29は、線図で、試料を血液-血漿分離チャンバ72に移送する装填チャンバ70を含むものとして示されている。磁気的にタグ付けされた要素が、磁石/キャビティ153により作用され、マイクロプロセッサ148に結合された磁気・光学インデックス駆動装置157を通して制御される光及び磁場により検知される。磁石153はインデクサとして動作し、それにより、ディスク29における磁石153が磁気センサ(図示せず)を通過する都度、ディスク29の位置をリーダ134によりチェックすることができる。次に、ディスク位置はモータ154上のインデックスと比較され、必要な場合、修正が適用される。したがって、光学センサ及び反射ステッカー又はディスク29上の磁石及び磁場センサを用いてオフモータインデクサを実現することができる。
[110] FIG. 21 is a block diagram of a circuit used in the microarray reader 134 of the
[111] 分離された血漿がチャンバ72から移送されると、血漿は、LED駆動装置73に結合された光検出回路71により測定され、返された信号はオペアンプ75により増幅され、回路73及び75は両方ともマイクロプロセッサ148に結合され、マイクロプロセッサ148により制御される。ディスク29における弁を選択的に開くのに使用されるレーザ138は、レーザ駆動装置139及びオペアンプ141を通して制御され、これらは両方ともマイクロプロセッサ148により制御される。処理された試料は、ディスク29における反応検出チャンバ76に移送され、そこで、マイクロアレイ12におけるDNAドットと反応する。カメラ164はマイクロアレイ12のカラー写真を撮影し、画像は画像信号プロセッサ166を介してマイクロプロセッサ146に通信される。RAMメモリ147及びフラッシュメモリ149に記憶されたプログラム制御下で同期(clocked)プロセッサ146は、マイクロアレイデータをフォーマットし、図22に関連して更に説明するように、無線モジュール168を通してクラウドサービス106に通信する。
[111] When the separated plasma is transferred from the
[112] リーダ134は、1つのプロセッサ146は既製(OTS)メインボード150に配置され、1つのプロセッサ148はマイクロ流体基板152に配置される2つのマイクロプロセッサ146、148により制御される。マイクロ流体基板152上のマイクロプロセッサ148は、モータ駆動装置155を通してエンコーダを用いてスピンドルモータ154を制御し、モータ駆動装置159により駆動されるエンコーダを用いてギヤードモータを制御し、ローパスフィルタ161を通して結合されたリミットスイッチ158を制御し、モータ156はディスク29を回転させ、測定に向けて選択又は制御された角度位置に配置できるようにする。マイクロ流体基板152はLED駆動装置162を通してIR LED160を制御して、フルオロフォアを励起させる。CMOSカメラ89は、メインボードOTS150により画像信号プロセッサ166を通して制御される。メインボードOTS150は、Wi-Fiモジュール168、Bluetoothモジュール(図示せず)、デジタルディスプレイ170、及び電力インターフェース172を制御する。メモリ151に記憶されたプログラム制御下で動作するマイクロプロセッサ148は、温度・湿度センサ145を使用してディスク29内の環境依存動作を調整する。
[112] The reader 134 is controlled by two microprocessors 146 and 148, one processor 146 arranged on an off-the-shelf (OTS)
[113] ディスク26 CD-3及びディスク31 CD-2と併用される同様の回路図は付録に含まれ、これ以上ここで考察しない。
[113] Similar schematics for use with
[114]
[115] アッセイ-タンパク質アッセイ
[116] タンパク質マイクロアレイ12は、Optikus II機器10のプローブを利用し、標的を分析して、任意の微生物からの感染後に誘導される抗原特異的抗体反応を定量化する。アレイ12において、35個の感染因子からの約70,000個のタンパク質が、タンパク質マイクロアレイ12にプリントされたDNAスポットを使用してプロービングされ分析された。アレイ12は、感染疾患事例及びコントロールからの数千の血清標本を用いてプロービングされて、感染後、抗体を誘導する特定の抗原を識別した。このアレイ12は特に、環境中の誰がウイルスに暴露されたかを理解し、誰が重症化する疑いがあり、誰が軽症感染であり、誰が無症状感染であるかを予測し、誰が暴露されて保護能を有し、誰が無自覚に濃厚接触者に感染を拡散させているかを識別する差し迫った必要性により、コロナウイルスアウトブレイクに伴う今日の問題に直結している。この種の血清調査データは、感染因子が地域個体群に存在し、公衆衛生的軽減及び封じ込め対策を収集させるべき「ホットスポット」を見つけることができる。
[114]
[115] Assay-Protein Assay
[116] The
[117] 4つのステップを有する、現在開かれているベンチトップワークフローを図5に示す:1)マイクロアレイプリントステップ14、2)プロービングステップ16、3)撮像ステップ18、及び4)分析ステップ20。マイクロアレイ12を使用して、感染後に誘導されたAb反応を定量化し識別する。現在、図5において識別される各ステップのキャパシティは以下の通りである。プリントステップ14は、1日当たり140万のタンパク質抗原スポット22を4,800個のマイクロアレイにプリントすることができる従来のタンパク質マイクロアレイプリント設備を使用する。プロービングステップ16は、特定の蛍光タグ24、27を対応する抗体23、25に共役することにより、1日当たり5万個の血清標本をマイクロアレイ12でプロービングできるベンチトッププロービング方法である。定量化又は撮像ステップ18は、ロボットレーザスキャナを使用して、アレイ12にプリントされた抗原に結合したAbのレベルを定量化する。分析ステップ20はソフトウェアを使用して、アレイ12の検査の結果28を編成し、解釈するのに役立つ(図1a及び図1bにおける例を参照のこと)。
[117] A currently open benchtop workflow with four steps is shown in FIG. 5: 1)
[118] CDでの使用に向けたアッセイ変更ステップ
[119] 図5に関連して記載されたマイクロアレイアッセイを機器10のCDベースの流体工学プラットフォームに適合させるために、以下のウイルスからの又は以下のウイルスに対する抗原又は抗体を含む小型抗原・抗体アレイ12が準備される:SARS-CoV-2、SARS-CoV-1、MERS、インフルエンザ、アデノウイルス、パラインフルエンザ、メタニューモウイルス、及び呼吸器合抱体ウイルス。プロービングプロセス全体は約15分かかる。簡潔に言えば、抗原アレイ12上の抗体を検出するための血漿10μl又は抗体アレイ12上のウイルス抗原を検出するための鼻用綿棒試料は、図6のステップ32において、乾燥プリブロックアレイ(dry preblocked array)12に直接配置される。5分培養した後、ステップ34において、アレイチャンバから試料を押し出しながら、蛍光標識した二次Ab10μlを添加する。ステップ36において、アレイ12は洗浄され、ステップ38において遠心分離されて乾燥され、次に、ステップ40において、血漿試料から異なるIgイソタイプについて蛍光カメラを使用して3色まで画像を捕捉する準備ができる。次に、画像は分析のためにクラウドに送信される。
[118] Assay modification steps for use on CD
[119] A small antigen-antibody array containing antigens or antibodies from or against the following viruses to adapt the microarray assay described in connection with FIG. 5 to the CD-based fluid engineering platform of
[120] 図20aは、CMOS蛍光カメラ89を用いてディスク29で行われたマイクロアレイ12の蛍光測定を示す図である。LED91は蛍光励起光子を発し、蛍光励起光子は、バンドパスピーク750nmを有する予備放射光フィルタ84を通る。濾波された励起光子は、フルオロフォアマイクロアレイ12を担持するニトロセルロース膜85上に搭載されたマイクロアレイ12と相互作用する。試料は、反応チャンバ56内でマイクロアレイ12と相互作用する。次に、励起又は誘導されて放射された蛍光光子は、790nmを中心としたカメラノッチフィルタ83を通り、次にCMOSカラーカメラ89により収集され、処理及びクラウドサービス106への通信のためにマイクロアレイリーダ134に送られる。
[120] FIG. 20a is a diagram showing fluorescence measurement of the
[121] 図20bは、フルオロフォア又は励起スペクトル41の吸収及びフルオロフォアの放射又は放射スペクトル43のスペクトルグラフを示す。励起スペクトル41及び放射スペクトル43には、LED放射フィルタ84及びノッチフィルタ83のバンドパスが重ねられる。フィルタ84は、LED91からの励起光を、マイクロアレイ12上のDNAスポット22のフルオロフォア励起スペクトルの下半分と重なる波長範囲に閉じ込める。ノッチフィルタ83は、フィルタ84のバンドパスと完全に重複せずに、カメラ89が受け取る波長を放射スペクトル43のより大きなドメインに制限する。したがって、カメラ89により生成されるカラー画像は、マイクロアレイ12のDNAスポット22内の励起フルオロフォアのもののみであり、レーザ91からの励起光の何れの画像でもない。
[121] FIG. 20b shows the absorption of the fluorophore or
[122] 更に、図は、LED励起とCMOSカメラ検出との境界を画定する2つのカットオフフィルタの存在を示す。 [122] Further, the figure shows the existence of two cutoff filters that demarcate the boundaries between LED excitation and CMOS camera detection.
[123] 代替的には、アレイ12はまた、図7に線図で示される中和抗体アッセイを行うように適合することもできる。スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)がスポットされたアレイ12は、ステップ42において、患者からの血漿試料及びフルオロフォア標識ACE2(例えば、Alexa Fluor 488)でプロービングされ、ステップ44において、試料をアレイチャンバから押し出しながら、ヒトIgGに対する別のフルオロフォア(例えば、Alexa Fluor 647)標識二次抗体(試料中のRBD抗体を検出するため)が添加される。次に、アレイ12はステップ6において洗浄され、ステップ48において遠心分離されて乾燥され、ステップ50において、患者試料に存在するRBD抗体及びACE2のそれぞれの2色の画像捕捉の準備ができる。中和抗体又はRBD抗体のない試料は、ACE2蛍光を用いて検出され、一方、RBD抗体を有するか、又はACE2-RBD結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、低減した量のACE2蛍光を用いて検出される。血漿試料からRBD抗体がない場合、ACE2蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができる。血漿試料はCDプラットフォームに直接適用され、画像取得のために処理することができる。これは流体工学システムの設計を簡易化する。
[123] Alternatively, the
[124]
[125] CD-1での展開へのタンパク質アレイアッセイの適合
[126] 図5~図7に示される手法は研究所設定では上手く機能するが、より広範囲の現場での展開を妨げる幾つかの制限がある。例えば、オープンウェルの使用は、POC設定では明らかに不可能であり、レーザスキャナのコストもそのような設定では法外である。代わりに、本発明者らは、使い捨て流体工学ディスクCD-1カートリッジ当たり1つのアレイが入れられた10分自動POCコロナウイルス抗原マイクロアレイを開発した。定量化のために、デジタル蛍光顕微鏡が使用される。このシナリオを実施するために、タンパク質アレイプリントは上記と同じままであるが、ここでは、方法論を大規模商業拡大生産で実施しなければならない。
[124]
[125] Adaptation of protein array assays to deployment on CD-1
[126] While the techniques shown in FIGS. 5-7 work well in laboratory settings, there are some limitations that impede deployment in a wider field. For example, the use of open wells is clearly not possible in POC settings, and the cost of laser scanners is also exorbitant in such settings. Instead, we have developed a 10-minute automatic POC coronavirus antigen microarray containing one array per disposable fluid engineering disc CD-1 cartridge. A digital fluorescence microscope is used for quantification. To implement this scenario, the protein array print remains the same as above, but here the methodology must be implemented in large-scale commercial expansion production.
[127]
[128] アレイ切断
[129] 複数のアレイ12が通常、基板上にバッチプロセスで製造されるが、1つのアレイ12が、対応するニトロセルロース薄膜スライドに取り付けられたカートリッジ(ディスクCD-1)毎に使用される。ディスクCD-1に組み込まれたアレイ12は、幾つかのタイプのアデノウイルス、RSV、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及びインフルエンザウイルスと共に12の既知のコロナウイルスからの60個の抗原を同時にプロービングする。この検査は、異なるウイルスへのIgG、IgA、及びIgM血清反応性を明らかにすることができ、SARS-CoV-2の血清有病率の特定に有用である。
[127]
[128] Array disconnection
[129]
[130]
[131] CD流体工学
[132] 図8a及び図8bは、低コスト高スループットの自動イムノアッセイ処理のCDシステムを示す。使い捨てイムノアッセイディスク設計は、液体要素に作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、往復動メカニズムに基づく非常に効率的なマイクロ混合を可能にする流体工学構造を含む。アッセイの培養/ハイブリダイゼーション段階中、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを通して、システムはディスク内で液体の流れを往復動させて、抗体と抗原マイクロ分子との間の培養/ハイブリダイゼーション効率を最大化する。流体工学システム52及び各アレイ要素における抗体捕捉54の概略図を図8aに示す。図8aにおける反応チャンバ56は、スポット付きタンパク質アレイ12を保持している。試料はCDの装填チャンバ58に装填され、遠心力を通して上部チャンバ60に移送される。試料は、ダクト66を介して反応チャンバ56にも移送され、そこでアレイ12によりプロービングされる。余剰試料はサイフォン62に移送され、廃棄物チャンバ64に廃棄される。
[130]
[131] CD Fluid Engineering
[132] FIGS. 8a and 8b show a CD system for low cost, high throughput automated immunoassay processing. The disposable immunoassay disc design is such that the centrifugal acceleration acting on the liquid element first produces and stores air energy, which is then released by the decrease in centrifugal acceleration, resulting in the opposite direction of fluid flow. Includes fluid engineering structures that allow highly efficient micromixing based on reciprocating mechanisms. Through an alternating sequence of high and low centrifugation acceleration during the culture / hybridization phase of the assay, the system reciprocates a flow of liquid within the disc to culture / hybridize efficiency between the antibody and antigen micromolecules. To maximize. A schematic diagram of the
[133] 概念証明のために、バークホルデリア抗原のアレイを作成し、感染した血清及び未感染血清を用いてプロービングすることにより、イムノスクリーニング実験を用意した。溶液中では無色である試料の特徴的な酵素は、二次Ab及び一次Abを介してアレイ12に捕捉された抗原と共役する。産物は、濃青色沈殿物として蛍光する。バークホルデリアは、ヒトの呼吸器系を攻撃し、類鼻疽を生じさせるバクテリア病原体である。症状には、胸部、骨、又は関節の痛み、咳、皮膚感染、肺小結節があり得る。
[133] For proof of concept, an immunoscreening experiment was prepared by creating an array of Burkholderia antigens and probing with infected and uninfected sera. The characteristic enzyme of the sample, which is colorless in solution, is conjugated to the antigen captured in
[134] イムノアッセイの小型化及び自動化を駆動する主な懸案事項は、抗体及び抗原等の高コストの試薬、高コストの高質な労働力、及び長いアッセイ時間が関わることである。本発明者らは、概念証明の結果に基づいて、記載される往復動流体工学システムを使用することにより、試薬消費を約75%まで低減し、アッセイ時間を約85%まで短縮してイムノアッセイを実行することができたことを実証した。図9参照。 [134] The main concerns driving the miniaturization and automation of immunoassays involve high cost reagents such as antibodies and antigens, high cost labor force, and long assay time. Based on the results of the proof-of-concept, we used the described reciprocating fluid engineering system to reduce reagent consumption by about 75% and assay time by about 85% for immunoassays. Demonstrated that it was possible to do. See FIG.
[135] ディスクCD-1で実施されるシステムは、(1)血液試料を使用することができ、(2)吸収測定の代わりに蛍光が使用され、それにより、タイミングが必要なく、(3)安価なデジタル蛍光顕微鏡を使用して定量化が実行されるため、簡易化される。 [135] The system implemented on Disc CD-1 can use (1) blood samples, (2) fluorescence instead of absorption measurements, thereby eliminating the need for timing and (3). It is simplified because the quantification is performed using an inexpensive digital fluorescence microscope.
[136] 図10a~図10cは、シミュレーション結果を示すグラフである。図10aは、ヒトIgG抗原とヤギ抗ヒトIgG抗体との間で3つの培養モード:シングルフロースルー、往復フロー、及び受動拡散を比較する。図10bは、複合体形成速度への抗体濃縮の効果を示す。検体の初期濃縮が下がるにつれて、より長い時間で抗原抗体複合体形成は低下し、平衡状態に達する。図10cは、複合体形成速度へのフローレイノルズ数の影響を示す。流速が増大するにつれて、抗原抗体複合体形成は増大し、平衡状態に達する。この差は、初期濃縮が低い抗体ほど顕著である。 [136] FIGS. 10a to 10c are graphs showing simulation results. FIG. 10a compares three culture modes: single flow through, reciprocating flow, and passive diffusion between human IgG antigen and goat anti-human IgG antibody. FIG. 10b shows the effect of antibody enrichment on the rate of complex formation. As the initial enrichment of the sample decreases, the antigen-antibody complex formation decreases over time and reaches an equilibrium state. FIG. 10c shows the effect of the Flow Reynolds number on the complex formation rate. As the flow rate increases, antigen-antibody complex formation increases and reaches equilibrium. This difference is more pronounced for antibodies with lower initial enrichment.
[137] 往復動に加えて、本発明者らがディスクCD-1で実施している他の流体工学機能は、1)試料計量、2)血液血漿分離、及び3)蛍光検出である。図11aでは、これらの機能は、タンパク質アレイ12並びに信号読み出しのためにCDの下にレーザダイオード及びCCD検出器を含むCMOSチップと共に示されている。試料はCDの試料装填チャンバ70に装填され、遠心力により血液血漿分離チャンバ72に移送される。標的担持血漿はサイフォン74を介して反応検出チャンバ76に移送され、反応検出チャンバ76は選択的に、任意選択的にチャンバ78からの弁付き洗浄緩衝剤と連通し得、チャンバ80からの質量増大のため、チャンバ82のエアポケットを往復動に用いて任意選択的に金ナノ粒子と共役し得る。検出は、CDの下に位置決めされたSi-CCDアレイにより読み取られる、チャンバ76内のアレイ12に向けられた650nmダイオードレーザの使用により実現される。
[137] In addition to reciprocating motion, other fluid engineering functions performed by us on Disc CD-1 are 1) sample weighing, 2) blood plasma separation, and 3) fluorescence detection. In FIG. 11a, these functions are shown with the
[138] 図12に、血液試料が指を指すことからいかに取得され、300μLマイクロベッテ88(CB300)に収集されるかを示す。血液滴39が、入れ子式微小毛細管37により指刺しにより引き出され、キャビティ71に入る。微小毛細管37はキャビティ71及びキャップ68で封止されたマイクロキュベット88に入れ子状に引き込まれる。試料をディスク26、29、又は31に送るべきとき、微小毛細管37は入れ子状に伸長し、毛管作用によりキャビティ71からの血液は微小毛細管37を介してCDロータ86の試料装填チャンバ70に移送され、そこで最初のステップは、上述したように、試料容量計量及び血液血漿分離を含む。
[138] FIG. 12 shows how a blood sample is obtained from pointing a finger and collected in a 300 μL Microbette 88 (CB300). The
[139]
[140] CD-2での展開への直接的なCOVID-19アッセイ適合
[141] ディスク29 CD-1での結果が、ウイルス抗体の存在について陽性である場合、CD-2 ディスク31が、鼻用綿棒試料からCOVID-19を直接検出するための高速(12分未満)ポイントオブケア診断検査に使用される。CD-2は表面弾性波バイオセンサ90(SAW)を直接COVID-19検出に利用する。従来、SKC SAWセンサ90は、エボラ及び炭疽菌を含め、複数の高プロファイルバクテリア及びウイルスの検出に成功してきた。これまでの2年にわたり、本発明者らはSAWバイオセンサ90の感度及び検出能力を大幅に改善してきた。綿棒先端部95からCD31への試料導入を図13a~図13fに示し、SKCディスク31に搭載されたSAWセンサ90を図14に示す。図14の実施形態では、ディスク31はファズボタンコネクタ101と共に2つのSAWセンサ90を含む。
[139]
[140] Direct COVID-19 assay adaptation to deployment on CD-2
[141]
[142] 図13a及び図13bは、ディスク31を機器10に挿入する前、ディスク31に挿入された円錐形デバイス100の断面図である。円錐形デバイスは鼻用綿棒94を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ98中に再懸濁させ、試薬93を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスク31に退避させる。試薬パウチ92は、綿棒94からの試料を扱うのに選択された試薬を含むチャンバである。綿棒先端部95は、標的試料を担持し、図13aに示されるように綿棒チャンバ102に完全に挿入され、切断されることなく下方傾斜ブレード96を超えてスライドする。綿棒シャフト94を上に引っ張ると、綿棒シャフト94は強制的に下方傾斜ブレード96に押し当てられて切断され、綿棒シャフト94がデバイス100から取り出される際、図13bに示されるように、綿棒94の先端部がデバイス100の下部に留まれるようにする。図13cに示されるように、封止キャップ104が押し下げられ、緩衝剤パウチ92を破裂させて開き、ダクト97を通して試薬又は緩衝剤93を綿棒チャンバ102に流入させ、切断された綿棒先端部95に接触させる。図13dに示されるように、封止キャップ104は完全に押し下げられて、デバイス102に対して入口を封止する。図13eに示されるように、デバイス100は手動で角度的に振動して、試料標的を溶解させる。遊離金属ビーズ98が綿棒チャンバ102に存在し、攪拌中、溶解を支援する。次に、デバイス100は手動で回転されて、矢印99で示されるように周縁開口部を通して綿棒チャンバ102から退避し、図13fに示されるように、溶解した標的試料を移送する。
[142] FIGS. 13a and 13b are cross-sectional views of the
[143]
[144] SKC Optikusクラウド基盤
[145] インターネットオブシングズ(IoT)デバイスとして、Optikus II機器10は、病気及び疾患の診断に極めて重要なデータを提供する。Optikus II測定は、図15に示されるように、ローカルOptikusクラウドであるデバイスAPI108を使用して、暗号化されたセキュアなHTTPSリンクを介してクラウドサービス106に送信される。クラウドサービス106は、セキュリティ、回復性、及び信頼性に関して現行でベストプラクティスを使用するマイクロサービスAPIプラットフォームである。これにより、病院112、医師114、及び患者110自体からの検査結果への許可されたアクセスが可能になる。検査結果は、ディープラーニング分析のためにOracleデータベース116に記憶され、分散型台帳技術118(DLT)又はブロックチェーンデータベースに記憶され、データの透明性、高可用性、及び不変性を保証する。
[143]
[144] SKC Optikus Cloud Platform
[145] As an Internet of Things (IoT) device, the
[146] 図16は、クラウドベースのデータ処理と組み合わせて使用されるデジタル蛍光撮像対応Optikus II機器10からの画像データ出力を処理するステップを示す。ステップ120において、上述したように、現場で試料が患者から取得され、機器10においてプロービングされる。マイクロアレイ12の画像が、ステップ122において機器10により取得され、ステップ124において、クラクド中のクラウドサーバ106にアップロードされる。ステップ126において、検出された抗原又は抗体は、アップロードされたデータから定量化され、ステップ128において、更なるデータ処理を受ける。次に、ステップ130において、結果データは個々の患者及び公衆衛生データ分析に提供される。データ及びその分析は次に、ステップ132において、臨床試験に提供され、すなわち、Oracleクラウドネットワーク106と統合されて、全ての臨床試験データを編纂し、それにより、分析されたデータがポイントオブケア現場に即座に提供される。
[146] FIG. 16 shows a step of processing image data output from a digital fluorescence imaging capable
[147] 図22は、機器10をユーザ携帯電話174とインターフェースし、マイクロアレイデータを受信し、診断結果を計算し、診断分析を携帯電話174に返すクラウドエコシステム176、178、180のより詳細な図である。図示の実施形態では、電話174を使用してCOVID-19の検査を求めているユーザ又は患者は、登録モジュール182を通してOracleデータ管理システム(DMS)176にオンラインで登録する。ユーザは身元を明らかにし、モジュール184により、指定された日時及びユーザの近くの場所での1つ又は複数の指定された検査がスケジュールされ、ユーザの全ての関連データはデータベース186に蓄積される。患者検査事象には一意のクイックリスポンス(QR)コード(登録商標)が割り当てられ、モジュール188を介してショートメッセージサービス(SMS)としてユーザの電話174に送信される。
[147] FIG. 22 is a more detailed view of the
[148] ユーザは、スケジュールされた予約時に検査現場180を訪れ、割り当てられたQRコード(登録商標)を使用して自身を識別し、チェックイン事象がモジュール190により処理され、データベース186内のユーザデータレコードに蓄積される。患者及び行うべき1つ又は複数の検査を識別する、QRコード(登録商標)が関連付けられたデータは、検査現場180において機器10により読み出され、又はスキャンされる。ステップ194において、上述したように検査が機器10を用いて実行される。試料採取後、エコシステム176、178、180における全てのステップは自動であり、更なる人間の介入の必要なく、ソフトウェア制御下で順次行われる。アッセイが実行され、アッセイデータがアップロード、分析、記憶され、診断が行われ、結果は1時間以内、通常数十分以内に患者に報告される。ステップ196において、カラー写真マイクロアッセイレコードが、タグ付き画像ファイルフォーマット(TIFF)又は他のグラフィカルフォーマットファイルとして作成される。ステップ198において、カラー写真マイクロアッセイレコードは、機器10によりQRスキャンコードと共にパッケージされ、検査サービスクラウド現場178に送信され、ステップ200において、検査サービスクラウド現場178において無線で受信され、検査サービスクラウド現場178のデータベース202にアップロードされる。アッセイ結果は、ステップ204において生成された検査に基づいて処理、診断され、JavaScriptオブジェクト表記(JSON)に変換される。JSONはオープンスタンダードファイルフォーマット及び人間可読テキストを使用して、属性-値対及びアレイデータ型(又は任意の他の直列化可能値)からなるデータオブジェクトを記憶、送信するデータ相互交換フォーマットである。これは非常に一般的なデータフォーマットであり、AJAXシステムにおいてXMLへの代わりとして機能する等の多種多様な用途を有する。結果として生成されたJSON及びTIFFファイルは、ステップ206において、インターネットを介して通信され、Oracle DMS176内のオブジェクト記憶装置208に記憶され、そこからデータベース186に記憶され、患者のレコードに挿入される。次に、慣性した結果は結果ポータル210からユーザの電話174に通信される。プロセス全体は、30分~60分以下で自動的に実行される。ベンチマーク事象は、医療介入を必要に応じて実施又は開始し得る医療パートナー(HCP)の電話212と共にユーザの電話174とOracle DMS176との間で自動的に共有される。更なる診断ステップが望まれるか、又は公衆衛生報告及び応答が必要な場合、更なる処理がモジュール214を通して検査クラウドサービス178に関連して実行され、モジュール216を通してOracle クラウドDMS176により独立して実行される。
[148] The user visits the
[149] 実施形態の趣旨及び範囲から逸脱せずに、多くの改変及び変更が当業者により行われ得る。したがって、図示の実施形態が例のみを目的として記載され、以下の実施形態及び種々の実施形態により定義される実施形態の限定として解釈されるべきではないことが理解されなければならない。 [149] Many modifications and changes may be made by one of ordinary skill in the art without departing from the spirit and scope of the embodiment. Therefore, it must be understood that the illustrated embodiments are described for purposes of illustration only and should not be construed as a limitation of the embodiments defined by the following embodiments and various embodiments.
[150] したがって、図示の実施形態が例のみを目的として記載され、以下の特許請求の範囲により規定される実施形態の限定として解釈されるべきではないことが理解されなければならない。例えば、クレームの要素が特定の組合せで以下に記載されることにも関わらず、実施形態が、上述されたよりも少数、多数、又は異なる要素の他の組合せを、最初にそのような組合せでクレームに記載されない場合であっても、含むことが明示的に理解されなければならない。2つの要素が、クレームに記載される組合せで組み合わせられるという教示は、クレームに記載された組合せで、2つの要素が互いに組み合わせられず、単独で又は他の組合せで組み合わせられて使用し得ることも可能なものとしても更に理解されたい。実施形態の任意の開示された要素の削除は、実施形態の範囲内にあることが明示的に意図される。 [150] It should therefore be understood that the illustrated embodiments are described for illustrative purposes only and should not be construed as a limitation of the embodiments defined by the claims below. For example, even though the elements of the claim are described below in a particular combination, the embodiment claims a smaller number, more, or other combination of different elements than described above, first in such a combination. It must be explicitly understood to include, even if it is not listed in. The teaching that two elements are combined in the combination described in the claim may be used in the combination described in the claim, where the two elements are not combined with each other and may be used alone or in combination of other combinations. Please be further understood as possible. The deletion of any disclosed element of the embodiment is expressly intended to be within the scope of the embodiment.
[151] 種々の実施形態を説明するために本明細書で使用された用語は、一般に定義される意味のみならず、本明細書における特別な定義により、一般的に定義された意味の範囲を超えた構造、材料、又は動作も含むものと理解されたい。したがって、要素が、2つ以上の意味を含むものとして本明細書の状況で理解することができる場合、クレームでのその使用は、本明細書及びその用語自体によりサポートされる可能な全ての意味への総称であるとして理解されなければならない。 [151] The terms used herein to describe various embodiments cover not only the commonly defined meanings, but also the scope of the commonly defined meanings by the special definitions herein. It should be understood to include structures, materials, or behaviors that go beyond. Therefore, where an element can be understood in the context of this specification as having more than one meaning, its use in a claim is all possible meanings supported by this specification and the term itself. Must be understood as a generic term for.
[152] したがって、以下の特許請求の範囲の用語又は要素の定義は、本明細書において、文字通り記載された要素の組合せのみならず、実質的に同じ機能を実質的に同じように実行して、実質的に同じ結果を得る全ての均等な構造、材料、又は動作も含むものとして定義される。したがって、この意味で、2つ以上の要素の均等な置換も、以下の特許請求の範囲における要素の何れか1つで行われ得、又は1つの要素がクレーム中の2つ以上の要素の代わりになり得ることが意図される。要素は、特定の組合せで動作するものとして上述され得、そのように最初にクレームに記載されることさえもあるが、場合によっては、クレームに記載された組合せからの1つ又は複数の要素を組合せから削除することができ、クレームに記載された組合せをサブ組合せ又はサブ組合せの変形に向け得ることを明示的に理解されたい。 [152] Therefore, the following definitions of terms or elements in the scope of claims perform not only literally the combinations of elements described herein, but also substantially the same function in substantially the same manner. Is defined as including all uniform structures, materials, or operations that yield substantially the same result. Thus, in this sense, even replacement of two or more elements may also be made with any one of the elements in the claims below, or one element replaces the two or more elements in the claim. Is intended to be. The elements may be described above as operating in a particular combination, and may even be first described as such, but in some cases may include one or more elements from the combination described in the claim. It should be expressly understood that a combination can be removed from a combination and the combination described in the claim can be directed to a sub-combination or a variant of the sub-combination.
[153] 現在既知であるか、又は後の考案される、当業者により見たクレームに記載される趣旨からのわずかな変更は、均等に特許請求の範囲内にあるものとして明示的に意図される。したがって、現在又は後に当業者に知られる明らかな置換は、定義される要素の範囲内にあると定義される。 [153] Subtle changes from the intent described in the claims seen by one of ordinary skill in the art, which are currently known or later devised, are expressly intended to be equally within the claims. To. Therefore, obvious substitutions now or later known to those of skill in the art are defined as being within the defined elements.
[154] したがって、特許請求の範囲は、特に上記で示され説明されたもの、概念的に均等であるもの、明らかに置換できるもの、及び実施形態の基本概念を基本的に組み込むものも含むものと理解されたい。 [154] Therefore, the scope of claims includes, in particular, those shown and described above, those that are conceptually equivalent, those that are clearly substitutable, and those that fundamentally incorporate the basic concepts of embodiments. Please understand.
10 ハンドヘルド機器
11 マイクロ流体ディスクインターフェース
12 マイクロアレイ
13 Zステージ移動プラットフォーム
14 プリントステップ
15 SAW RFシールド
16 プロービングステップ
17 多機能ボタン
18 撮像ステップ
19 USBポート
20 分析ステップ
21 スピーカ・マイクロホン
22 タンパク質抗原スポット
23 タッチディスプレイ
24、27 蛍光タグ
25 抗体
26、29、31 ディスク
28 結果
33 ステータスLED
35 SDカード
37 入れ子式微小毛細管
41 励起スペクトル
43 放射スペクトル
45 洗浄リザーバ
49 血漿廃棄チャンバ
52 流体工学システム
53 標的
54 抗体捕捉
55 混合・複製チャンバ
56 反応チャンバ
59 混合チャンバ
60 上部チャンバ
62、74 サイフォン
63 血液血清分離チャンバ
64 廃棄物チャンバ
66 ダクト
67 試料チャンバ
68 キャップ
70 装填チャンバ
71 キャビティ
72 血液血漿分離チャンバ
73 LED駆動装置
75、141 オペアンプ
76 反応検出チャンバ
78、80、82 チャンバ
79 増幅緩衝剤チャンバ
83 カメラノッチフィルタ
84 予備放射光フィルタ
85 ニトロセルロース膜
87 撮像チャンバ
88 マイクロベッテ
89 蛍光カメラ
90 SAWセンサ
91 LED
92 試薬パウチ
93 試薬
94 鼻用綿棒
95 綿棒先端部
96 下方傾斜ブレード
98 緩衝剤・溶解ビーズ
99 矢印
100 円錐形デバイス
101 ファズボタンコネクタ
102 綿棒チャンバ
104 封止キャップ
106 クラウドサーバ
107 廃棄物チャンバ
108 デバイスAPI
110 患者
112 病院
114 医師
116 Oracleデータベース
118 分散型台帳技術
129 血清学的PCRリーダ
131、164 カメラ
133 マイクロ流体コントローラ
134 マイクロアレイリーダ
135 SAWリーダ
136 マイクロ流体アセンブリベイ
137 センサインターフェース
138 レーザ
139 レーザ駆動装置
140 SAW RFインタポーザ
142 ペルチェ要素
145 温度・湿度センサ
146、148 マイクロプロセッサ
147 RAMメモリ
149 フラッシュメモリ
150 既製メインボード
151 メモリ
152 マイクロ流体基板
153 磁石/キャビティ
154 ディスクスピンドルモータ
155、159 モータ駆動装置
156 モータ
157 磁気・光学インデックス駆動装置
158 リミットスイッチ
160 IR LED
161 ローパスフィルタ
162 LED駆動装置
164 カメラ
166 画像信号プロセッサ
168 無線モジュール
170 デジタルディスプレイ
172 電力インターフェース
174 携帯電話
176 クラウドエコシステム
178 検査サービスクラウド現場
180 検査現場
182 登録モジュール
184、188、190 モジュール
186、202 データベース
208 記憶装置
210 結果ポータル
212 医療パートナーの電話
10
35
92 Reagent Pouch 93
110
161 Low Pass Filter 162 LED Drive 164 Camera 166 Image Signal Processor 168 Wireless Module 170 Digital Display 172
[110] 図21a~図21cは、ディスク29 CD-1を読み取るために、Optikus機器10のマイクロアレイリーダ134で使用される回路のブロック図である。検出器としてSAW90を利用するリーダに使用される回路の同様のブロック図が、援用される明細書に詳述されている。ディスク29は、線図で、試料を血液-血漿分離チャンバ72に移送する装填チャンバ70を含むものとして示されている。磁気的にタグ付けされた要素が、磁石/キャビティ153により作用され、マイクロプロセッサ148に結合された磁気・光学インデックス駆動装置157を通して制御される光及び磁場により検知される。磁石153はインデクサとして動作し、それにより、ディスク29における磁石153が磁気センサ(図示せず)を通過する都度、ディスク29の位置をリーダ134によりチェックすることができる。次に、ディスク位置はモータ154上のインデックスと比較され、必要な場合、修正が適用される。したがって、光学センサ及び反射ステッカー又はディスク29上の磁石及び磁場センサを用いてオフモータインデクサを実現することができる。
[110] FIGS. 21a- 21c are block diagrams of the circuit used in the microarray reader 134 of the
Claims (21)
前記機器の回転可能ディスクにおける受けチャンバに前記試料を配置することと、
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び/又は抗体の前記ポータブルハンドヘルド機器内の対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を処理することと、
自動制御下で、前記ポータブルハンドヘルド機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び/又は抗体の定量的計測を検出することと、
自動制御下で、前記被験者に対応する前記試料中の前記ウイルス抗原及び/又は抗体の前記検出された定量的計測のデータ出力を生成することと、
自動制御下で、前記被験者に対応する前記データ出力をクラウドベースデータベースに通信することと、
自動制御下でクラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び/又は抗体と前記被験者に対応する前記通信されたデータ出力を比較分析して、前記被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断することと、
自動制御下で、前記比較分析の結果を前記クラウドベースエコシステムから前記被験者に通信することと、
を含む方法。 An automated method of a cloud-based ecosystem that determines the presence of viral antigens and / or antibodies by field diagnostic testing of samples taken from subjects in portable handheld devices.
Placing the sample in the receiving chamber of the rotatable disk of the device and
The sample on the rotatable disk using the device according to the nature of the sample under automatic control and using the corresponding detection means in the portable handheld device for the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested. To handle and
To detect the quantitative measurement of the viral antigen and / or antibody in the sample using the corresponding detection means in the portable handheld device under automatic control.
To generate a data output of the detected quantitative measurement of the viral antigen and / or antibody in the sample corresponding to the subject under automatic control.
Communicating the data output corresponding to the subject to the cloud-based database under automatic control.
In a cloud-based ecosystem under automated control, the subject has the highest or previous probability of having multiple different types of viral antigens and / or antibodies and the communicated data output corresponding to the subject. If you have a virus infection that you are most likely to have, diagnose the type of virus infection and
Communicating the results of the comparative analysis from the cloud-based ecosystem to the subject under automatic control.
How to include.
自動制御下で、COVID-19抗原及び/又は抗体の陽性及び/又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を分析することと、
自動制御下で、COVID-19の陽性及び/又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を前記COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び/又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較することと、
自動制御下で、陽性及び/又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記COVID-19抗原及び/又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくCOVID-19を統計学的に示すか否かを判断することであって、それにより、偽陽性及び/又は偽陰性が有意に低下する、判断することと、
を含む、請求項1に記載の自動方法。 In a cloud-based ecosystem under automated control, the subject has the highest or previous probability of having multiple different types of viral antigens and / or antibodies and the communicated data output corresponding to the subject. If you have a virus infection that you are most likely to have, diagnosing the type of virus infection is
Analyzing the communicated data output for positive and / or negative indications for COVID-19 antigen and / or antibody under automatic control.
Under automatic control, positive and / or positive of multiple viral infection microarrays that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody with the communicated data output for COVID-19 positive and / or negative indications. Comparing the negative indication with the communicated data output,
Under automatic control, the communicated data output of positive and / or negative indications statistically COVID-19 rather than the multiple viral infections that share at least some of the COVID-19 antigen and / or antibody. It is to judge whether or not it is shown in the above, thereby significantly reducing false positives and / or false negatives.
The automatic method according to claim 1.
自動制御下で、前記試料の第1の部分から、DNAタグが付着した第1の抗体及び付着した磁性ナノ粒子(MNP)を有する第2の抗体を有する検体を捕捉することであって、前記第1の抗体、前記第2の抗体、前記検体、前記MNP、及び前記DNAタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉することと、
自動制御下で、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用して前記DNAタグを、前記検出器の最小質量感度限界を克服するのに十分な所定量のDNAタグまで複製することと、
自動制御下で、前記試料の第2の部分をマイクロアレイに配置することと、
自動制御下で、前記マイクロアレイを使用して少なくとも1つの選択されたウイルスに対応する抗体について前記試料の前記第2の部分を選択的にプロービングすることと、
自動制御下で、蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第2の部分中の抗体を識別することと、
を含む、請求項1に記載の自動方法。 Under automatic control, the device is used according to the nature of the sample, and the sample is placed on the rotatable disk using the corresponding detection means within the device for the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested. To process selectively
Under automatic control, a sample having a first antibody to which a DNA tag is attached and a second antibody having attached magnetic nanoparticles (MNP) is captured from the first portion of the sample. Capturing and capturing a sandwich comprising the first antibody, said second antibody, said sample, said MNP, and said DNA tag.
A predetermined amount of DNA sufficient to overcome the detector's minimum mass sensitivity limit with the DNA tag using isothermal amplification by providing an amount reliably detectable by the detector under automatic control. Duplicate up to the tag and
Placing a second portion of the sample on a microarray under automatic control
To selectively probe the second portion of the sample for an antibody corresponding to at least one selected virus using the microarray under automatic control.
Under automatic control, the microarray is read using a fluorescent camera to identify the antibody in the second portion of the sample.
The automatic method according to claim 1.
自動制御下で、所定の時間量にわたり、前記マイクロアレイ上の前記試料の前記第2の部分を培養することと、
蛍光標識された二次Abを自動制御下で配置することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを洗浄することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを乾燥させることと、
を含み、
蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第2の部分中の抗体を識別することは、
自動制御下で、前記マイクロアレイのカラー画像を生成することにより前記試料の前記第2の部分中のIgアイソタイプを検出することと、
自動制御下で、分析及び/又はデータ処理に向けて前記マイクロアレイの前記カラー画像をクラウドに通信することと、
を含む、請求項12に記載の自動方法。 Under automatic control, the microarray can be used to selectively probe the second portion of the sample for the antibody corresponding to the at least one selected virus.
Culturing the second portion of the sample on the microarray for a predetermined amount of time under automatic control.
Placing the fluorescently labeled secondary Ab under automatic control and
Cleaning the microarray under automatic control and
Drying the microarray under automatic control and
Including
Reading the microarray using a fluorescent camera and identifying the antibody in the second portion of the sample can be done.
To detect the Ig isotype in the second portion of the sample by generating a color image of the microarray under automatic control.
Communicating the color images of the microarray to the cloud for analysis and / or data processing under automated control.
12. The automatic method according to claim 12.
自動制御下で、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン(RBD)のDNAスポットが提供された前記マイクロアレイ、蛍光標識されたACE2、及びRBD抗体を検出するためにヒトIgGに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを洗浄することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを乾燥させることと、
を含み、
自動制御下で、蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第2の部分中の抗体を識別することは、
自動制御下で、少なくとも2つの異なる色を有する前記マイクロアレイのカラー画像を生成することであって、一色は前記試料の前記第2の部分に存在するRBD抗体用であり、第2の色はACE2用であり、中和抗体又はRBD抗体のない前記試料の前記第2の部分は、ACE2蛍光を用いて検出され、一方、RBD抗体を有する試料又はACE2-RBD結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ACE2蛍光量を低減して検出され、RBD抗体がない場合、ACE2蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができ、
自動制御下で、分析及び/又はデータ処理に向けて前記マイクロアレイの前記カラー画像をクラウドに通信することと、
を含む、請求項12に記載の自動方法。 The microarray is provided with a DNA spot in the receptacle binding domain (RBD) of the peplomer and, under automatic control, the microarray is used to the antibody corresponding to the at least one selected virus of the sample. Selective probing of the second part is
Under automatic control, the microarray provided with DNA spots for the receptor binding domain (RBD) of the peplomer, fluorescently labeled ACE2, and another fluorescently labeled secondary antibody against human IgG to detect the RBD antibody. To perform a neutralizing antibody assay using
Cleaning the microarray under automatic control and
Drying the microarray under automatic control and
Including
Under automatic control, reading the microarray using a fluorescent camera to identify the antibody in the second portion of the sample can be done.
To generate a color image of the microarray with at least two different colors under automatic control, one color is for the RBD antibody present in said second portion of the sample and the second color is ACE2. The second portion of the sample without neutralizing antibody or RBD antibody is detected using ACE2 fluorescence, while the sample with RBD antibody or the amount of neutralizing antibody that interferes with ACE2-RBD binding is present. Larger samples were detected with reduced ACE2 fluorescence, and in the absence of RBD antibody, the amount of ACE2 fluorescence could be quantified for relative neutralizing activity.
Communicating the color images of the microarray to the cloud for analysis and / or data processing under automated control.
12. The automatic method according to claim 12.
前記機器内の回転可能ディスク内の試料受けチャンバと、
前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び/又は抗体の前記ポータブルハンドヘルド機器内の対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を自動的に処理するリーダと、
前記ポータブルハンドヘルド機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び/又は抗体の定量的計測を自動的に検出する検出器と、
前記被験者に対応する前記試料中の前記ウイルス抗原及び/又は抗体の前記検出された定量的計測のデータ出力を自動的に生成するデータ出力回路と、
前記被験者に対応する前記データ出力をクラウドベースデータベースに自動的に通信する通信回路と、
自動制御下で、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び/又は抗体と前記被験者に対応する前記通信されたデータ出力を比較分析して、前記被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断し、前記比較分析の結果を前記クラウドベースエコシステムから前記被験者に自動的に通信するクラウドベースエコシステムと、
を備える自動クラウドベースシステム。 An automated cloud-based system that uses an automated portable handheld device to perform field diagnostic tests on samples taken from a subject to determine the presence of viral antigens and / or antibodies.
The sample receiving chamber in the rotatable disk in the device and
The device is used according to the nature of the sample and the sample is automatically processed on the rotatable disk using the corresponding detection means in the portable handheld device for the viral antigen and / or antibody to be diagnostically tested. With the leader to do
A detector that automatically detects the quantitative measurement of the viral antigen and / or antibody in the sample using the corresponding detection means in the portable handheld device.
A data output circuit that automatically generates data output of the detected quantitative measurement of the virus antigen and / or antibody in the sample corresponding to the subject.
A communication circuit that automatically communicates the data output corresponding to the subject to the cloud-based database,
Under automated control, multiple different types of viral antigens and / or antibodies and the communicated data output corresponding to the subject are compared and analyzed to have the highest or previous probability of the subject having. With a cloud-based ecosystem that diagnoses the type of viral infection, if there is a high viral infection, and automatically communicates the results of the comparative analysis from the cloud-based ecosystem to the subject.
Automatic cloud-based system with.
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