JP2022546698A - 分析物の区別および診断のための検出可能なアレイ、ならびにそれに関連する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

分析物非依存性アプローチを使用する疾患検出のためのシステム、装置、および方法が本明細書に説明される。そのようなシステム、装置、および方法は、基材上に配設されたハイドロゲルを有するアレイを使用することを含み得、ハイドロゲルは、１つ以上の重合されたモノマーと、１つ以上の光開始剤またはその光切断生成物と、を含む。１つ以上の非標識分析物を含む１つ以上の試料は、ポリマーのアレイと接触させられ得る。アレイ上に配設された試料は、第１の所定の期間の間、インキュベーションされ、第２の所定の期間の間、所定の温度で加熱され得る。撮像デバイス（例えば、フラットベッドスキャナ）は、インキュベーションおよび加熱後にアレイによって生成される１つ以上の比色または発光信号の量を測定するために使用され得る。次いで、試料を使用して訓練されたニューラルネットワークが、試料に対する診断または疾患分類を予測するために使用され得る。【選択図】図１６

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年８月２９日出願の「ＢＩＯＭＡＲＫＥＲ－ＡＧＮＯＳＴＩＣ ＣＯＬＯＲＩＭＥＴＲＩＣ ＳＩＧＮＡＴＵＲＥ ＡＲＲＡＹ ＤＩＳＴＩＮＧＵＩＳＨＥＳ ＢＥＴＷＥＥＮ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＡＮＡＬＹＴＥＳ ＡＮＤ ＤＩＳＥＡＳＥ ＳＴＡＴＥＳ」と題された米国特許仮出願第６２／８９３，７０３号の米国特許法１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野
本開示は、概して、検出可能なアレイを使用するシステム、デバイス、および方法に関する。より具体的には、本開示は、光開始剤またはその光切断生成物を含む検出可能なアレイを使用して、多様なタイプの分析物を検出し、そのような分析物の検出に基づいて、疾患状態を診断する、最適化されたシステム、デバイス、および方法に関する。

検出可能なアレイは、分析物の存在を検出し、疾患状態を診断するために、表面または特徴上に分析物を結合または固定するために使用され得る。多くの既存の検出可能なアレイは、単一の分析物または単一のタイプの分析物に選択的に結合するように制限され、それらの適用を複数の関心対象分析物を含有する試料に限定する。疾患状態を診断するための検出可能なアレイへの分析物の結合を分析する方法もまた、それらが、例えば、染料、染色、リガンドなどの添加によって、分析物が表面（アレイなどの）上に捕捉される前に分析物が標識されることを典型的に必要とするか、または表面に結合した後に標識されたプローブ（例えば、オリゴヌクレオチド、抗体、標識された抗体など）によって分析物が結合されなければならないため、制限される。これらの方法は、標識反応、非特異的標識によって引き起こされるバックグラウンドに起因する、標識バイアスおよび追加費用を含む、多くの制限に悩まされている。したがって、非バイアス捕捉および非標識分析物の検出のための改善された方法に対する当技術分野における必要性が存在する。

本開示は、特に、複数の異なるタイプの分析物を、複数の特徴（例えば、アレイ）を含む基材上で捕捉し、標識の有無にかかわらずに検出する、最適化されたシステム、デバイス、および方法を提供する。

一実施形態では、アレイは、基材上に配設された複数のポリマーを含み、ポリマーが、各々、１つ以上の重合モノマーと、１つ以上の光開始剤またはその１つ以上の光切断生成物と、を含む。

一実施形態では、非標識分析物を検出するための方法は、１つ以上の分析物を含む１つ以上の試料を、基材上に構成されるポリマーのアレイと接触させることであって、ポリマーが、第１の所定の期間の間、紫外線（ＵＶ）光に既に曝露された光開始剤を含む、接触させることと、ポリマーのアレイ上に配設された１つ以上の試料を、第２の所定の期間の間、インキュベーションすることと、ポリマーのアレイを第３の所定の期間の間、所定の温度で加熱することと、撮像デバイスを使用して、加熱に応答して生成される１つ以上の比色または発光信号の量を測定することと、を含む。

一実施形態では、方法は、光開始剤を含む光開始剤溶液を調製することと、各々がモノマーを含む複数のモノマー原液を調製することと、ある体積の光開始剤溶液を、ある体積の複数のモノマー原液の各々および複数のモノマー原液の複数の組み合わせに加えて、複数のスポッティング溶液を生成することと、所定体積の複数のスポッティング溶液の各々を表面上にスポッティングすることと、スポッティング溶液を含むアレイを、所定の期間の間、紫外線（ＵＶ）光に曝露することと、それによって、表面上にスポットされた所定体積の複数のスポッティング溶液の各々を重合して、ポリマーのアレイを生成することと、を含む。

一実施形態では、方法は、プロセッサにおいて、かつ複数の被験体に対して、（１）その被験体と関連付けられた１つ以上の試料と接触し、かつ（２）所定の温度で所定の期間加熱された、複数のアレイスポットの比色または発光信号プロファイルと関連付けられた画像データを受信することであって、前記複数のアレイスポットの各々が、紫外線（ＵＶ）光に既に曝露された光開始剤を有する異なるハイドロゲル組成物を含む、受信することと、複数の被験体の各々に対して、その被験体と関連付けられた画像データを処理して、複数のアレイスポットの各々に対して色強度値を生成することと、複数の被験体の各々に対して、ニューラルネットワークを訓練して、その被験体以外のおよび複数の被験体の各被験体と関連付けられた色強度値を使用して、ニューラルネットワークを較正することによってその被験体を分類することと、複数の被験体の各々に対して、その被験体に対して訓練されたニューラルネットワークを使用して、その被験体の診断分類を予測することと、を含む。

一実施形態では、被験体における疾患、障害、または病態の状態を判定する方法は、アレイを被験体からの１つ以上の分析物と接触させることと、第１の期間の間、アレイ上の１つ以上の分析物をインキュベーションし、それによって、１つ以上の分析物の一部分がアレイ上で捕捉されることを可能にすることと、第２の期間の間、所定の温度で前記アレイを加熱することと、撮像デバイスを使用して、加熱に応答して生成される１つ以上の比色または発光信号の量を測定することと、を含む。

特許または出願ファイルは、少なくとも１つの着色された図面を含む。色付きの図面を含む本特許または特許出願公報の写しは、要求および必要な料金の支払い時に、特許庁によって提供されることになる。

いくつかの実施形態による、検出可能なアレイの概略的例示である。 いくつかの実施形態による、検出可能なアレイに結合する１つ以上の分析物のプロセスの概略的例示である。 分子種ベンジルおよびベンゾインへの２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）の光切断の反応スキームを図示する。 ＤＭＰＡ有りおよび無しの、ならびに紫外線（ＵＶ）光に曝露されたか、または曝露されていない、異なる溶液を図示する。 ＵＶ光曝露および非ＵＶ光曝露のＤＭＰＡの様々な体積比を有する、ＤＭＰＡの異なる溶液の吸光度を図示する折れ線グラフである。 図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、異なるパラメータを変動させながら、ＤＭＰＡを含有する異なるモノマーによって生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフである。図５Ａは、異なるＵＶ曝露時間に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｂは、異なるＤＭＰＡ濃度に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｃは、温度に基づく相対的信号の変化を図示する。 図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、異なるパラメータを変動させながら、ＤＭＰＡを含有する異なるモノマーによって生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフである。図５Ａは、異なるＵＶ曝露時間に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｂは、異なるＤＭＰＡ濃度に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｃは、温度に基づく相対的信号の変化を図示する。 図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、異なるパラメータを変動させながら、ＤＭＰＡを含有する異なるモノマーによって生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフである。図５Ａは、異なるＵＶ曝露時間に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｂは、異なるＤＭＰＡ濃度に基づく相対的信号の変化を図示する。図５Ｃは、温度に基づく相対的信号の変化を図示する。 図６Ａ～図６Ｃは、異なる光開始剤を含有する異なるモノマーによって異なる温度で生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフを示す。 図６Ａ～図６Ｃは、異なる光開始剤を含有する異なるモノマーによって異なる温度で生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフを示す。 図６Ａ～図６Ｃは、異なる光開始剤を含有する異なるモノマーによって異なる温度で生成された比色生成物の相対的信号を図示する棒グラフを示す。 図７は、図５Ａ～図５Ｃおよび図６に図示された光開始剤実験から収集されたデータに対して実施されたｔ検定のｐ値を図示する。 図７は、図５Ａ～図５Ｃおよび図６に図示された光開始剤実験から収集されたデータに対して実施されたｔ検定のｐ値を図示する。 いくつかの実施形態による、試料をアレイに適用し、アレイから比色データを取得する方法を図示するフローチャートである。 いくつかの実施形態による、光開始剤を用いて検出可能なアレイを調製する方法を図示するフローチャートである。 いくつかの実施形態による、アレイから取得された比色データを分析する方法を図示するフローチャートである。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色プロファイルを図示する。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色プロファイルを図示する。 図１１Ａおよび図１１Ｂに図示された３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色生成物のスポット強度ヒートマップを図示する。 図１１Ａおよび図１１Ｂに図示された３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色データに対して階層クラスタリングを実施することの出力を図示する。 図１１Ａおよび図１１Ｂに図示された３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色データの異なる計算分析を示すグラフを図示する。 図１１Ａおよび図１１Ｂに図示された３９の異なる分析物に曝露されたアレイの比色データの異なる計算分析を示すグラフを図示する。 図１５Ａ～図１５Ｄは、いくつかの実施形態による、アレイを使用した疾患状態研究における被験体の人口統計プロファイルを示すグラフである。 図１５Ａ～図１５Ｄは、いくつかの実施形態による、アレイを使用した疾患状態研究における被験体の人口統計プロファイルを示すグラフである。 図１５Ａ～図１５Ｄは、いくつかの実施形態による、アレイを使用した疾患状態研究における被験体の人口統計プロファイルを示すグラフである。 図１５Ａ～図１５Ｄは、いくつかの実施形態による、アレイを使用した疾患状態研究における被験体の人口統計プロファイルを示すグラフである。 いくつかの実施形態による、アレイによって生成された比色データを使用して訓練されたモデルからの入力および出力を示すフローを図示する。 図１６に図示されるように、モデルに対する性能測定基準を図示する。 図１６に図示されるように、モデルの誤分類に関する情報を図示する。 いくつかの実施形態による、図１５Ａ～図１５Ｄに図示される疾患状態研究における被験体に適用される際の、分析およびモデルを使用した、異なる試料サイズにわたる癌の異なるステージの真の陽性および感度を図示するチャートである。 いくつかの実施形態による、図１５Ａ～図１５Ｄに図示された疾患状態研究における被験体に適用される際の、分析およびモデルを使用した、異なる試料サイズにわたる癌の異なるステージの感度を図示する線グラフである。 いくつかの実施形態による、図１５Ａ～図１５Ｄに図示された疾患状態研究で適用される際の、モデルを訓練し、モデルを使用して試料を分類または診断する方法を図示するフローチャートである。 ２９の異なる分析物に曝露されたアレイ、および分析物に曝露されなかったアレイの比色プロファイルを図示する。 いくつかの実施形態による、比色データを処理および分析するための例示的な計算デバイスを図示する。

詳細な説明
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、特に、検出可能なアレイおよび検出方法を使用して、異なる分析物を捕捉および検出することに関する。いくつかの実施形態では、本開示は、光開始剤またはその光切断生成物を含む検出可能なアレイを提供する。いくつかの実施形態では、分析物（例えば、標識または非標識分析物）は、非酵素的褐変反応を使用して検出可能なアレイ上で検出される。いくつかの実施形態では、本開示は、被験体から取得された試料中に存在する１つ以上の分析物を検出するために、検出可能なアレイを利用して、被験体中の疾患または健康状態を診断する方法を提供する。いくつかの実施形態では、そのような診断方法によると、疾患または健康状態を有すると診断された被験体は、好適な治療で治療される。

本明細書に説明される実施形態では、システム、デバイス、および方法は、具体的に反するように示されない限り、当業者であれば、分子生物学、組み換えＤＮＡ技術、タンパク質発現、およびタンパク質／ペプチド／炭水化物化学の従来的な方法を採用することができ、それらの多くは、例示の目的で以下に説明される。そのような技術の例は、Ｓａｍｂｒｏｏｋ，ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ（３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０００）、ＤＮＡ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ｖｏｌ．Ｉ＆ＩＩ（Ｄ．Ｇｌｏｖｅｒ，ｅｄ．）、Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（Ｎ．Ｇａｉｔ，ｅｄ．，１９８４）、Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｐ．Ｈｅｒｄｅｗｉｊｎ，ｅｄ．，２００４）、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（Ｂ．Ｈａｍｅｓ＆Ｓ．Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｄｓ．，１９８５）、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ：Ｍｏｄｅｒｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｂｕｚｄｉｎ ａｎｄ Ｌｕｋｙａｎｏｖ，ｅｄｓ．，２００９）、Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（Ｂ．Ｈａｍｅｓ＆Ｓ．Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｄｓ．，１９８４）、Ａｎｉｍａｌ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅ（Ｒ．Ｆｒｅｓｈｎｅｙ，ｅｄ．，１９８６）、Ｆｒｅｓｈｎｅｙ，Ｒ．Ｉ．（２００５）Ｃｕｌｔｕｒｅ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｃｅｌｌｓ，ａ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｂａｓｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，５ｔｈ Ｅｄ．Ｈｏｂｏｋｅｎ ＮＪ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｂ．Ｐｅｒｂａｌ，Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ（３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ２０１０）、Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｒ．，ＲＮＡ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ（３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ２００５）．Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ），Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＡＣＳ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，１９９７、Ｖｅｒｏｎｅｓｅ，Ｆ．，ａｎｄ Ｊ．Ｍ．Ｈａｒｒｉｓ，Ｅｄｓ．，Ｐｅｐｔｉｄｅ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ＰＥＧｙｌａｔｉｏｎ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ，５４（４）４５３－６０９（２００２）、Ｚａｌｉｐｓｋｙ，Ｓ．，ｅｔ ａｌ．，“Ｕｓｅ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ Ｐｏｌｙ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌｓ）ｆｏｒ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ”ｉｎ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓに説明されており、これらの各々の開示は、本明細書に組み込まれる。

概要
本開示は、特に、例えば、複雑な生物学的混合物から、多様な分析物を捕捉するためのアレイ、およびそのような分析物の標識なしの検出のための方法、ならびにそれに基づく診断プラットフォームを提供し得る。

本開示は、いくつかの実施形態では、ＵＶベースの重合の前にハイドロゲルアレイ内における光開始剤化合物（例えば、２，２－ジメトキシ２－フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）、１－ヒドロキシ－シクロヘキシルフェニルケトン（ＨＣＰＫ）、および２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－プロパノン（ＨＭＰＰ）、ならびにそれらの光切断生成物）の含有が、分析物を捕捉し、非酵素的褐変反応を介して（例えば、カラメル化またはメイラード反応を介して）、それを検出するために最適である高分子ポリマーを結果的にもたらすという驚くべき発見に部分的に基づく。本開示はまた、いくつかの実施形態では、ハイドロゲルアレイ重合中のＵＶ光への特定の最適な長さの曝露が、非酵素的褐変反応を介して（例えば、カラメル化またはメイラード反応を介して）、結合された分析物の改善された比色検出を可能にするハイドロゲルアレイを結果的にもたらすという驚くべき発見に部分的に基づく。本開示はまた、いくつかの実施形態では、光開始剤化合物、またはその光切断生成物を含む、そのようなハイドロゲルアレイを、アレイを１つ以上の分析物と接触させた後に、特定の最適な時間にわたって特定の最適な温度で加熱することが、十分に分化される改善された比色特性を生成し、異なるタイプまたは量の分析物を含む試料の分類を可能にするという驚くべき発見に部分的に基づく。したがって、本開示は、特に、改善された、かつ多用途の検出可能なアレイ、ならびにそれを使用して、分析物標識を必要とせずに、分析物を捕捉および検出する方法を提供する。

一実施形態では、複数のモノマー、ポリマー、またはモノマーおよびポリマー原液が調製され、光開始剤化合物と混合され、基材と接触して配置される。一実施形態では、複数のモノマー、ポリマー、またはモノマーおよびポリマー原液が調製され、光開始剤化合物と混合され、アレイを形成するために基材上にスポットされる。モノマー、ポリマー、またはモノマーおよびポリマー原液は、アレイ上のスポッティングによって一緒に混合され得るか、またはそれらは、アレイ上のスポッティングの前に一緒に混合され得る。いくつかの態様では、基材は、基材コーティングを含む。一部の態様では、基材コーティングは、１つ以上の高分子を基材の表面に固定するための１つ以上の適切な化学基を含む。例えば、特定の実施形態では、基材コーティングは、基材上にスポットされたモノマーまたはポリマーと共に重合され得る化学基を含む。いくつかの態様では、光開始剤と混合された複数のモノマー、ポリマー、またはモノマーおよびポリマー原液を含むアレイは、ある期間の間、ＵＶ光に曝露され、光開始剤および基材コーティングとの任意のモノマーおよびその上にスポットされたポリマーの硬化を可能にして、例えば、基材へのモノマーおよびポリマーの共有結合を促進する、および／または光開始剤の光切断を、他のフリーラジカルと反応するフリーラジカルに促進して、高分子内に捕獲される新しい分子種を形成する。重合後、アレイは、１つ以上の分析物（例えば、被験体から取得された試料から）を含む異なる試料に曝露されて、それによって、アレイ上の試料から１つ以上の分析物を捕捉し得る。捕捉された分析物を含むアレイは、続いて、特定の温度で加熱されて、撮像デバイスを使用して捕捉され得る比色特性を生成し得る。いくつかの態様では、アレイによって生成され、かつ撮像デバイスを使用して捕捉された比色特性は、計算モデル（例えば、ニューラルネットワーク）を使用して処理および分析されて、試料を分類する（例えば、疾患または健康状態を診断する）。

いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、異なるタイプの疾患もしくは健康状態、および／または異なる疾患（例えば、異なる癌のステージ）もしくは健康状態を診断するために使用される。従来の診断アプローチは、典型的には、疾患を検出および分類するための新しいバイオマーカの識別および検証を必要とする。そのようなバイオマーカの識別および検証は、医療診断のための速度制限ステップである。複数の分析物を統合する複雑な特性は、この制限に対処する１つのアプローチであり得る。しかしながら、現在の特性プラットフォームは、例えば、核酸、抗体、タンパク質または揮発性有機化合物などの、特定の分析物分類に焦点が合わせられている傾向がある。そのような試料ベースの特異性は、標的分析物分類を単離および標識するための試料処理ステップを必要とする。それゆえに、専門機器（例えば、ＤＮＡシーケンサ、マイクロアレイスキャナ、および質量分析計）が、多くの場合、分析物を単離するために、および／または結果の検出を可能にするために必要とされる。それゆえに、そのような特性プラットフォームは、それらが分析し得る分析物に制限され、かつそのようなプラットフォームの使用を困難にする、顕著な試料処理および機器の専門知識を必要とし得る。

本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、例えば、核酸、抗体、タンパク質、または揮発性有機化合物などの、複数の分析物分類をカバーする化学空間に対処する特性プラットフォームを提供する。いくつかの実施形態では、そのような特性プラットフォームの使用は、本明細書に説明されるハイドロゲルアレイとの試料接触、およびそのようなアレイの加熱を含む。それゆえに、そのような特性プラットフォームは、コストを低減し、使い易く、かつ複数の条件の同時スクリーニングを可能にし得る。

いくつかの実施形態では、システム、デバイス、および方法は、十分に利用されていない診断情報源である尿試料を利用し得る。尿の利点にもかかわらず、血液学的試験の市場は、尿分析よりも大きい。尿は、さらなる処理を必要とせずに、予めフィルタ処理され、分析の準備ができている採取容器に到達し得る、定義された分析物を含有する。尿の採取は、溶血に悩まされ得る血液試料とは異なり、非侵襲的であり、試料が分解し難い。加えて、ｃｔＤＮＡおよび他の循環核酸の検出に基づく分析物は、高度に特異的であり、感度に欠け得る。そのような液体生検アプローチは、感度を高めるために、エピジェネティクスおよびプロテオミクスなどの、追加の情報層を必要とし得る。したがって、ハイドロゲルアレイを有する尿プロファイルの使用を行う、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、液体生検アプローチに対する有用な補完であり得る。

いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、特定の文脈に合わせてカスタマイズされ得る。例えば、分析物特性は、疾患の一般的スクリーニングとして、疾患部位（例えば、癌部位）を局在化するために、疾患の再発を検出するために、または単一の疾患のスクリーニング試験として使用され得る。特に、尿特性は、例えば、肺癌などの疾患をスクリーニングするために使用され得、その疾患については、現在、一般的に利用可能なスクリーニング試験が存在しない。米国では、例えば、放射線および高い偽陽性率またはそのようなスキャンから結果的に生じる害のため、肺癌のリスクが高い個人に対して、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンが推奨され得る。

いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、疾患の異なるステージ、例えば、癌の異なるステージを検出するために使用され得る。本開示は、異なるステージにおける癌が、本明細書に説明される計算方法を使用して区別され得る別個の比色特性を有し得るという驚くべき発見に部分的に基づく。いくつかの実施形態では、別個の特性は、低悪性癌を致死的癌から区別するために使用され得る。そのようなデータは、患者の余命に影響を与えない、成長の遅い腫瘍の過剰診断および過剰治療を最小化するのに有用であり得る。

システム、デバイス、および方法は、人間の解釈、およびそれゆえに、人間の訓練および／または知識の必要性を低減し得る。いくつかの実施形態では、本明細書に説明される特性プラットフォームは、データ駆動型アプローチに基づき得る。そのような特性プラットフォームは、計算システムおよび方法を使用して、比色データ内の複雑な依存性および相関を捕捉し得る。そのような複雑な依存性および相関は、単一または少数のバイオマーカが焦点を当てられたときに失われ得る。いくつかの実施形態では、そのようなプラットフォームは、疾患の下にある分子機構を照射するためのバイオマーカを識別するために使用され得る。

本発明の態様または実施形態のうちの１つの文脈で説明される実施形態および特徴は、本発明の他の態様および実施形態にも適用されることに留意されたい。

アレイ
検出可能なアレイは、１つ以上の分析物を結合するための複数の特徴または結合部位を有する基材を備え得る。図１は、いくつかの実施形態による、検出可能なアレイ１００の非限定的な例を図示する。検出可能なアレイ１００は、複数の特徴１０２を有する基材１２０を含む。当業者によって理解され得るように、アレイに含まれ得る特徴の数は、基材のサイズおよび特徴の所望の密度によって制限され得るが、その異なるサイズの基材および／または密度は、より小さいか、またはより大きい数の特徴１０２を生成し得る。基材１２０は、例えば、プラスチック、ガラス、およびセラミックのうちの１つ以上などの、任意の好適な基材材料で作製され得る。特定の実施形態では、基材は、ガラスである。特定の実施形態では、基材は、ケイ酸またはホウケイ酸ガラスである。複数の特徴１０２は、基材の形状またはサイズに応じて、任意の適切な形状またはサイズを有し得る。例えば、基材１２０がプレートであるとき、複数の特徴１０２は、プレート内のウェルとすることができる。基材１２０がスライドであるとき、複数の特徴１０２の各々は、スライド上の異なる場所とすることができる。代替的な実施形態では、基材が粒子であるとき、複数の特徴は、粒子内の細孔または開口部とすることができる。一実施形態では、基材１２０は、ガラス、プラスチック、金属、複合材料、アクリル、または生物学的に活性な基材のうちの少なくとも１つ、または１つ以上を含む。

図２は、実施形態による、検出可能なアレイ１００の例示的な特徴１０２の断面図を図示する。複数の特徴１０２の各々は、１つ以上の高分子１０４を基材１２０の表面に固定するための１つ以上の基材コーティング１０６を独立して含み得る。１つ以上の基材コーティング１０６は、独立して、複数の特徴の各々の全てまたは一部分をコーティングし得る。基材コーティング１０６は、１つ以上の高分子１０４を基材の表面に固定するための適切な化学基を含有する任意のコーティングであり得る。いくつかの実施形態では、基材コーティング１０６の同一性は、基材に固定される１つ以上の高分子１０４の同一性に依存し得る。例えば、１つ以上の高分子１０４がナノチューブを含む場合、基材コーティング１０６は、ナノチューブに結合する化学的部分を有し得る。別の例として、１つ以上の高分子１０４がポリマーを含む場合、基材コーティング１０６は、オレフィンなどのポリマー骨格内に重合し得る１つ以上の官能基を有し得る。いくつかの実施形態では、基材コーティング１０６は、少なくとも１つのシランまたは少なくとも１つのシロキサンを含む。いくつかの実施形態で利用される特定のシロキサンは、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－（３－アクリロキシ－２－ヒドロキシプロピル）－３－アミノプロピルトリエトキシシラン、および３－メタクリロキシプロピルジメチルクロロシランのうちの１つ以上などの、１つ以上のアクリロシロキサンを含む。

１つ以上の高分子（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の１０４）は、任意の高分子を含み得る。いくつかの特定の実施形態では、高分子は、１つ以上の非バイアス結合部位を提供する。非バイアス結合部位を有するそのような高分子は、いくつかの実施形態では、カルボニル、アミン、アミド、カルボン酸、エステル、アルコールなどの結合分析物のための１つ以上の遊離官能基を有し得る。例えば、本発明で使用されるいくつかのポリマーベースの高分子は、カルボニル、アミン、アミド、カルボン酸、エステル、アルコールなどの結合分析物のための１つ以上の遊離官能基を有する。加えて、遊離官能基を有するか、または有していないポリマーは、官能基の性質（存在する場合）に基づくのみならず、ポリマーの形状、および、例えば、それらのサイズおよび形状による、３次元における分析物とのそれらの相互作用にも基づいて、１つ以上の分析物に結合し得る。同様に、ナノチューブを含む高分子は、任意の遊離官能基を含有してもよく、または含有しなくてもよいが、そのサイズおよび形状によって、１つ以上の分析物に依然として結合し得る。

１つ以上の高分子（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の１０４）は、例えば、ポリマー、界面活性剤、ナノスフェア、ナノチューブ、デンドリマー、マイクロスフェア、および重合マイクロスフェアのうちの少なくとも１つであり得る。高分子がポリマーを含むとき、ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーとすることができる。高分子１０４は、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリレート、およびＮ，Ｎ’－（アルキレン）ビスアクリルアミドのうちの１つ以上を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、高分子１０４は、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、アクリルアミド、ヒスタミンアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート、４－ヒドロキシブチルアクリレート（4-hydroybutyl acrylate）、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ，－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、およびＮ－ｔｅｒｔ－オクチルアクリルアミドのうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、高分子は、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、アクリルアミド、ヒスタミンアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート、４－ヒドロキシブチルアクリレート（4-hydroybutyl acrylate）、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ，－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、およびＮ－ｔｅｒｔ－オクチルアクリルアミドのうちの２つ以上を含む。

いくつかの実施形態では、１つ以上の高分子（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の１０４）はまた、少なくとも１つの架橋剤を含み得る。架橋剤は、当該技術分野で公知の任意の架橋剤とすることができる。架橋剤としては、例えば、ビス－アクリルアミド、トリメチロールプロパントリアクリレート、ビスフェノールＡ－ビス（２－ヒドロキシプロピル）アクリレート、および１－（アクリロイルオキシ）－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノールのうちの１つ以上などの、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のオレフィンまたはアクリル官能基を含有する１つ以上の分子が挙げられ得る。

１つ以上の高分子（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の１０４）は、所定の形状またはパターンで基材上に配置され得る。例えば、検出可能なアレイ１００に示されるように、複数の高分子は、検出可能なアレイのｘおよびｙ軸に沿って均等に配設され得、各々が最も近い隣接する高分子から同じ距離だけ分離された順序付けられた複数の高分子を作り出す。いくつかの実施形態では、例えば、検出中に、１つの高分子によって捕捉された任意の分析物からの信号が、近くの高分子によって捕捉された分析物からの信号と干渉しないことを確保するために、高分子間の間隔を最適化することが望ましい。いくつかの実施形態では、検出可能なアレイ上の高分子の間隔は、均等ではないが、検出可能なアレイの１つ以上の部分に沿って変動する。いくつかの実施形態では、複数の特徴（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の複数の特徴１０２）の各々は、異なる高分子を含む。いくつかの実施形態では、複数の特徴（例えば、例示的な検出可能なアレイ１００上の複数の特徴１０２）の数個は、同様のまたは同一の高分子を含む。いくつかの実施形態では、検出可能なアレイ上に提示されるそのような高分子の冗長性は、単一のアレイ上の分析物の複製捕捉および検出を可能にするため有益であり得、これは、そのようなアレイを使用して分析物検出の信頼性および再現性を高めることができる。したがって、複数の特徴の各々の各基材コーティング１０６は、基材の他の特徴に対して、化学的同一性、三次元形状、物理的配設のパターン、またはそれらの組み合わせのいずれかにおいて固有である高分子を含有し得る。または、検出可能なアレイは、そのような固有の高分子の複数の各々を含み、それによって、アレイ上に冗長性を提供して、単一のアレイ上の分析物の検出の複製を可能にし得る。これらの変動は、いくつかのやり方で達成され得る。例えば、リソグラフィ技術は、異なる特徴上に異なるパターンの高分子を作り出すために使用され得る。別の例として、基材がプレートであるとき、プレートの各ウェルに固定された高分子は、異なる化学同一性を有し得る。さらなる例として、基材１２０が図１に図示されるようなスライドであるとき、各化学的に別個の高分子は、スライド上の異なる場所に固定され得、この場合、スライド上の異なる場所の各々は、化学的に別個の高分子が固定されている複数の特徴１０２をスライドが含むように、異なる特徴である。これらまたは他の様式では、１つ以上の高分子１０４は、複数の化学的に別個の高分子を含み得、各化学的に別個の高分子は、基材１２０の複数の特徴１０２の異なる特徴１０２に固定され得る。例えば、１つ以上の高分子１０４は、少なくとも２つ、少なくとも１２個、少なくとも７２個、少なくとも９６個、または少なくとも２８８個の化学的に別個の高分子を含み得、それらの各々は、基材の複数の特徴の異なる特徴に固定され得る。

いくつかの実施形態では、以下でさらに説明されるように、高分子１０４は、光開始剤で硬化されたハイドロゲルを含み得る。ハイドロゲルは、１つ以上のモノマー原液と光開始剤溶液とを組み合わせ、次いで、組み合わせられた溶液を紫外線（ＵＶ）光で硬化することによって形成され得る。例えば、高分子１０４は、単一のモノマーを光開始剤と組み合わせることによって形成され得る。あるいは、異なる高分子１０４は、２つのモノマー、例えば、ＡおよびＢを、異なる比率（例えば、５０：５０、１０：９０）で一緒に重合することによって形成され得る。いくつかの事例では、モノマーの異なる比率を有することは、分析物の構造の差および異なる結合につながり得る。

好適なモノマーの例としては、アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレートが挙げられる。モノマー原液は、当該技術分野で公知の方法を使用して調製され得る。例えば、いくつかの実施形態では、モノマー原液は、モノマー（例えば、上記にリスト化された好適なモノマーのうちの１つ）を好適な溶媒中に溶解することによって調製される。例えば、いくつかの実施形態では、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が、そのようなモノマーのうちの１つ以上を溶解するために使用される。いくつかの実施形態では、モノマー原液は、直接またはモノマーをジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中に最初に溶解した後のいずれかに、本明細書に開示されるモノマー溶媒溶液（例えば、モノマー溶媒１またはモノマー溶媒２）中にモノマーを溶解することによって調製される。例えば、いくつかの実施形態では、モノマーは、ＤＭＳＯ中に溶解され、次いで、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、蒸留水、およびＤＭＳＯを含有するモノマー溶媒溶液とさらに混合され、次いで、追加のアクリル酸またはアクリルアミドが、所望される濃度のモノマーを達成するために必要に応じて加えられる。光開始剤溶液は、任意の好適な溶媒中に光開始剤を溶解することによって調合され得る。特定の実施形態では、光開始剤は、ＤＭＳＯ中に溶解される。好適な光開始剤の例ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、およびＨＭＰＰ。ハイドロゲル溶液は、基材（例えば、基材１２０）上に配置（例えば、スポット）され、続いて、ＵＶ光を使用して硬化され得る。特定のハイドロゲル調製物の特定のパラメータおよびＵＶ硬化パラメータに関するさらなる詳細は、図３～図６を参照して説明される。

いくつかの実施形態では、検出可能なアレイ１００などの検出可能なアレイが、分析物を含有する試料と接触して配置されるとき、検出可能なアレイ１００上の１つ以上の高分子１０４は、１つ以上の分析物１１０に結合する。いくつかの実施形態では、分析物は、１つ以上の高分子１０４の表面１０４ａに結合する。いくつかの実施形態では、分析物は、重合プロセス中に作り出された細孔を介して高分子内に拡散することができ、次いで、分析物は、高分子内に結合する。１つ以上の分析物１１０は、１つ以上の高分子のうちの少なくとも１つに結合された小分子、タンパク質、ペプチド、ヌクレオチド、ヌクレオシド、細菌、ウイルス、真菌細胞、酵母細胞、および動物細胞のうちの１つ以上を含み得る。特に、複数の異なる分析物１１０は、１つ以上の高分子に結合され得る。例えば、検出可能なアレイ１００が被験体の血液または尿と接触する場合、１つ以上の高分子１０４は、赤血球、白血球、Ｔ細胞などの細胞に結合し、また血液中に存在するタンパク質および小分子にも結合し得る。特に、複数の特徴１０２の各々が、異なる固定された高分子を有する場合、異なるタイプおよび量の分析物１１０は、複数の特徴の各々に結合されて、それによって、結合された分析物の検出可能なパターンを作り出し得る。

１つ以上の高分子１０４に結合された１つ以上の分析物１１０の存在または不在は、本明細書に説明されるように、複数の検出方法によって検出可能であり得る。例示的な検出方法は、メイラード反応、カラメル化、１つ以上のアミン反応性染料との反応、１つ以上のチオール反応性染料との反応、１つ以上の細胞染料との反応、１つ以上のソルバトクロミック染料との反応、１つ以上の酸インジケータとの反応、１つ以上の塩基インジケータとの反応、１つ以上の標識抗体との反応、発光、表面テクスチャ分析、フォトスキャン、顕微鏡検査、反射率または透過率照明を用いたフォトスキャン、反射率または透過率照明を用いた写真撮影、質量分析および分光法のうちの１つ以上を含む。１つ以上の検出方法、例えば、メイラード反応およびカラメル化を使用して検出することに関するさらなる詳細は、以下の例および図１１Ａ～図１８を参照して以下に説明される。

光開始剤
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、光開始剤で硬化されたハイドロゲルを含むアレイを使用して、分析物非依存性アプローチを提供し得る。本明細書に説明されるハイドロゲルアレイ用の光開始剤の好適な例としては、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、およびＨＭＰＰが挙げられる。

スプレー試薬は、薄層クロマトグラフィ（ＴＬＣ）プレート上の有機化合物を可視化する方法を提供する。スプレー試薬は、光重合開始剤または光開始剤の光切断生成物を含み得る。光開始剤の化学反応性を、ハイドロゲルの複合多様性アレイに組み込むことによって、そのようなアレイは、アレイに結合された特定の分析物の事前の知識なしで、試料の分類を可能にし得る比色特性を提供し得る。そのようなアプローチは、可視比色出力を生成するためにアレイを加熱することを伴い得るが、例えば、質量分析などの、より高コストのデータ取得モードの必要性を回避し得る。

一実施形態では、ＤＭＰＡは、アクリルアミドおよびアクリレートベースの材料を光重合するために使用され得る。ＤＭＰＡの光切断は、ベンゾイルおよびケタール断片の生成を結果的にもたらし、これは、さらに二量体化または交差反応して、複数の光分解生成物を作り出し得る。２つのそのような生成物は、ベンジルおよびベンゾイン（すなわち、低減された形態のベンジル）であり、それらの両方がＴＬＣスプレー可視化試薬として使用され得る。図３は、ベンジルおよびベンゾインの生成を示すＤＭＰＡの一般的な反応スキームを図示する。

ＤＭＰＡに対するＵＶ切断の効果、および結果として生じる分子によって生成される比色信号を評価するために実験を実施した。図４Ａは、第１の実験の結果を図示する。第１の実験では、３０．６ｍｇのＤＭＰＡを４００ｕＬのＤＭＳＯ中に溶解し、この溶液を１５ｍＬチューブ内の３．６ｍＬの鉱油に添加することによって、ＤＭＰＡ溶液を調製した。混合物を数秒間にわたって激しくボルテックスした。次いで、４００ｕＬのＤＭＰＡ鉱油混合物を、２つのガラスバイアルの各々に添加した。１つのバイアル４４０を、波長３０２ｎｍのＢｉｏｒａｄ ＵＶトランスイルミネータを使用して、６０分間にわたってＵＶ光に曝露した。他のバイアル４３０を、非ＵＶ曝露対照として使用した。加えて、ＤＭＰＡを有していない対照も、３．６ｍＬの鉱油に４００ｕＬのＤＭＳＯを添加し、数秒間にわたって激しくボルテックスすることによって調製した。同様の方式で、次いで、４００ｕＬのＤＭＳＯ鉱油混合物を、２つのガラスバイアルの各々に添加した。一方のバイアル４２０を６０分間にわたってＵＶ光に曝露し、他方４１０を非ＵＶ対照として使用した。次いで、全ての４つの試料を、２５０℃で５分間にわたってホットプレート上で加熱し、続いて、３０分間にわたって室温まで冷却した。図４Ａは、加熱時に黄色生成物を生成するＵＶ（すなわち、バイアル４４０）に予め曝露されたＤＭＰＡ溶液を示すが、他の試料のいずれも、有意な視覚的に観察可能な比色信号を生成しなかった。

第２の実験では、１．５ｇのＤＭＰＡを６ｍｌのＤＭＳＯ中に溶解することによってＤＭＰＡ溶液を調製した。７００ｕＬのＤＭＰＡの２つのガラスバイアルを調製し、一方をＵＶ光（３９０ｎｍ）に１時間にわたって曝露したが、他方は、ＵＶ光に曝露させなかった。非ＵＶ曝露ＤＭＰＡ溶液（ＵＶ－）およびＵＶ曝露ＤＭＰＡ溶液（ＵＶ＋）の様々な比率を、表１にしたがって調製した：

図４Ｂは、表１に示されるＵＶ－ ＤＭＰＡ溶液およびＵＶ＋ ＤＭＰＡ溶液の様々な比率を含有する混合物の加熱された比色生成物の量（吸光度によって測定される）を図示するグラフ４００である。グラフ４００は、ＤＭＰＡのＵＶ切断が、加熱時に比色特性を有する分子を生成し得ることを示す。図４Ｂに示されるように、混合物によって生成される比色生成物は、ＵＶ曝露されたＤＭＰＡの相対的パーセンテージに対して線形比例して増加する。第２の実験と関連付けられた実験設定によると、この線形関係は、ｙ＝０．００５３ｘ＋０．０７４で表され得、式中、ｙは、４０５ｎｍでの混合物の吸光度を表し、ｘは、混合物中のＵＶ曝露された（すなわち、ＵＶ＋）溶液のパーセンテージを表す。

複数の因子が、ＤＭＰＡで硬化されたハイドロゲルを使用して生成される比色生成物の特性に影響し得る。これらの因子は、例えば、ＵＶ曝露時間、ＤＭＰＡ濃度、および加熱温度を含み得る。これらの因子を、顕微鏡スライド上に装着され、かつ異なる条件下でＤＭＰＡで光硬化された１４個の異なるハイドロゲルのプロトタイプスポットアレイを使用して試験した。図５Ａ～図５Ｃは、Ａ１～Ａ１４で標識された１４個の異なるハイドロゲル、ならびにハイドロゲルのスポット強度を捕捉するための透過率モードにおけるフラットベッドスキャナ、およびスポット強度を分析するための好適なソフトウェアを使用することによって取得されたハイドロゲルの色強度の相対的信号を伴って、試験の結果を図示する。

１４個のハイドロゲルＡ１～Ａ１４を、以下の作業溶液、モノマー原液、および光開始剤溶液を使用して調製した。

作業溶液：

ハイドロゲルＡ１～Ａ１４は、アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレートを含む１４個のモノマーの群から選択された１～３つのモノマーから構成される。

モノマーを最初にＤＭＳＯおよびＭＳ－１またはＭＳ－２のいずれかに溶解し、次いで、以下の表２に記載される最終濃度に必要とされる追加のアクリル酸またはアクリルアミドを加えることによって、モノマー原液Ｍ１およびＭ１５を調合した。ＭＳ－１をＭ１～Ｍ１４のための溶媒として使用し、ＭＳ－２をＭ１５のために使用した。

ＤＭＳＯ中に光開始剤を最初に溶解して、原液を作製し、次いで、以下に説明されるように関連する光開始剤溶液を構築することによって光開始剤溶液を作製した。

表３は、ハイドロゲルＡ１～Ａ１４で使用される各ポリマーに対する各モノマー原液の体積による割合を提供する。

アレイについて、ホウケイ酸ガラススライドを蒸留水で３回、最初に洗浄し、続いて、無水エタノール中で５分間にわたって超音波処理して表面汚染物質を除去した。スライドをブロー乾燥し、次いで、５分間にわたって１２０℃のオーブンで乾燥し、続いて、９３℃および５８０ｍｍＨｇで一晩、蒸着を通して３－メタクリルオキシプロピルトリメトキシルシランでコーティングした。その後、スライドを１２０℃のオーブンで１時間にわたって乾燥させた。

各ポリマー溶液Ａ１～Ａ１４について、１０ｕＬのＤＭＰＡ ＰＩ溶液を、１０ｕＬの各溶液Ａ１～Ａ１４に加え、ピペットで混合した。１５ｕＬの各溶液を、上記の手順に従って適切にシラン化されるように、ガラススライド上にスポットし、３０２ｎｍのＵＶトランスイルミネータ（例えば、Ｂｉｏｒａｄ ２０００ ＵＶトランスイルミネータ）で重合した。ＵＶ光曝露は、ポリマーの硬化と、シラン化されたガラス表面上へのポリマーの共有結合と、の両方を触媒する。

図５Ａは、異なるＵＶ曝露時間における１４個のハイドロゲルＡ１～Ａ１４の相対的信号のグラフ５００を図示する。実験では、ハイドロゲルアレイを５分間にわたって２５０℃で加熱する前に、ハイドロゲルを、増分する持続時間、すなわち、５分、２０分、および６０分にわたってＵＶ硬化した。グラフ５００では、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第１の棒（すなわち、最も左の棒）は、５分間にわたって硬化されたハイドロゲルの相対的信号に対応し、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第２の棒（すなわち、中央の棒）は、２０分間にわたって硬化されたハイドロゲルの相対的信号に対応し、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第３の棒（すなわち、最も右の棒）は、６０分間にわたって硬化された相対的信号に対応する。

アレイを、画像分析のためにデジタルスキャンした。具体的には、１２００ｄｐｉでデジタルスキャナ（例えば、ＥＰＳＯＮ Ｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ ｖ５００）を用いてスライドをスキャンし、画像として記憶した。各画像を８ビットのグレースケールに変換し、反転させた。ハイドロゲルと関連付けられた各スポットについて、標準化されたエリアの中央円形領域を、エリア選択ツールを用いて選択し、分析した。各スポットの中央円形領域について、平均強度値を測定した。バックグラウンド平均強度値も、各アレイに対して測定した。次いで、スポット平均強度値を、バックグラウンド平均強度値に基づいて調整し、関心対象の因子、すなわち、ＵＶ曝露時間、ＤＭＰＡ濃度、加熱温度、および／または光開始剤種（すなわち、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、ＨＭＰＰ）に対してプロットした。各データ点を生成し、３回に分けて分析した。

グラフ５００に図示されるように、Ａ４を除いてハイドロゲルのスポットの各々は、ＵＶ曝露時間の増加と共に色強度の増加を示す。ＵＶ硬化の５分～６０分の信号変化は、図７に図示されるように、Ａ４を除いて、ハイドロゲルスポットの各々に対して統計的に有意であり、以下にさらに説明される。

図５Ｂは、異なるＤＭＰＡ濃度における１４個のハイドロゲルＡ１～Ａ１４の相対的信号のグラフ５１０を図示する。実験では、ハイドロゲルアレイを、以下に詳述されるように、０．５×、１×、２×、または４×のＤＭＰＡで６０分のＵＶ曝露で重合し、続いて、５分間にわたって２５０℃で加熱した。

アレイを、上記に説明されるように、画像分析のためにデジタルスキャンした。グラフ５１０では、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第１の棒（すなわち、最も左の棒）は、０．５× ＤＭＰＡによるハイドロゲルの相対的信号に対応し、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第２の棒（すなわち、中央の左の棒）は、１× ＤＭＰＡによるハイドロゲルの相対的信号に対応し、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第３の棒（すなわち、中央の右の棒）は、２× ＤＭＰＡによるハイドロゲルの相対的信号に対応し、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の第４の棒（すなわち、最も右の棒）は、４× ＤＭＰＡによるハイドロゲルの相対的信号に対応する。グラフ５１０は、相対的ＤＭＰＡ濃度の増加と共に色強度の増加を示す、Ａ８を除いたハイドロゲルのスポットの各々を図示する。０．５×から４×までの増加するＤＭＰＡ濃度による信号変化は、図７に図示されるように、Ａ６およびＡ７を除いて、ハイドロゲルスポットの各々に対して統計的に有意であり、以下にさらに説明される。

図５Ｃは、異なる温度で加熱された１４個のハイドロゲルＡ１～Ａ１４の相対的信号のグラフ５２０を図示する。実験では、６０分にわたってＵＶ光で重合されたハイドロゲルアレイを、続いて、５分にわたって、１００℃～４００℃の範囲の５０℃の増分の異なる温度で加熱されたプレートを使用して加熱した（すなわち、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、または４００℃で加熱した）。加熱されたプレートの表面温度を、加熱プロセス中に赤外線温度計によって検証した。アレイを、上記に説明されるように、画像分析のためにデジタルスキャンした。グラフ５２０は、温度上昇を伴うハイドロゲルの各々の相対的信号の増加を図示する。グラフ５２０では、各ハイドロゲルラベルＡ１～Ａ１４の上の棒は、左が１００℃で始まるハイドロゲル、右が４００℃まで増加するハイドロゲルの相対的信号に対応する。グラフ５００および５１０の信号の増加（すなわち、それぞれ、ＵＶ曝露時間およびＤＭＰＡ濃度）と比較して、加熱温度に関連付けられた信号の増加は、最大かつ最も顕著な変化を生成した。したがって、実験は、加熱温度が、ＵＶ光で硬化されたハイドロゲルにおける比色信号の生成のための制限因子であることを実証する。実験は、比色信号が光開始剤を使用してハイドロゲル内に生成され得るという原理をさらに実証する。最初の２つの実験（すなわち、ＵＶ曝露時間およびＤＭＰＡ濃度）は、光切断生成物がハイドロゲルにおけるそのような比色信号の生成に寄与することをさらに示す。

光開始剤で硬化されたハイドロゲルの相対的比色信号生成に対する加熱温度の影響をさらに試験するために、異なる光開始剤を含むハイドロゲルアレイを、１００℃～４００℃の範囲の温度（すなわち、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、または４００℃）で加熱した実験を実施した。アレイを、上記に説明されるように、画像分析のためにデジタルスキャンした。図６Ａ～図６Ｃは、３つの異なる光開始剤、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、およびＨＭＰＰを用いて実施されたこの実験の結果を図示する。グラフ６００は、ＤＭＰＡを使用して取得された結果に対応し、グラフ６１０は、ＨＣＰＫを使用して取得された結果に対応し、グラフ６２０は、ＨＭＰＰを使用して取得された結果に対応する。グラフ６００、６１０、および６２０は、３つの光開始剤の各々が、温度依存性信号増加の同様のパターンを実証したことを示す。ハイドロゲルのスポット強度は、光開始剤に関係なく、例えば、３５０℃の高温で、例えば、１００℃の低温と比較して、有意に高かった。

図７は、図５Ａ～図６のデータの統計分析を図示する。データの統計的有意性を、ｔ検定（両側、異分散）を使用して評価し、図５Ａ～図６に示されるそれぞれの結果からの各データ点を、その関連する開始条件と比較した。結果的に得られるｔ検定からのｐ値は、図７のチャート１３００に示され、データの統計的有意性がｐ値に基づいて評価されている。例えば、０．０５以下のｐ値は、特定のデータ点とその開始条件との間の差が統計的に有意であることを示した。ＵＶ曝露時間（図５Ａ）について、より高いＵＶ曝露時間と関連付けられた各データポイントを、５分におけるＵＶ曝露と関連付けられた点と比較した。したがって、グラフ１３００は、５分間のＵＶ曝露と関連付けられたデータ点と比較された、２０分および６０分のＵＶ曝露と関連付けられたデータ点を用いて実施されたｔ検定からのｐ値を図示する。ＤＭＰＡ濃度（図５Ｂ）について、ＤＭＡの高濃度と関連付けられた各データポイントを、０．５× ＤＭＰＡと関連付けられたデータ点と比較した。したがって、グラフ１３００は、０．５× ＤＭＰＡと関連付けられたデータ点と比較された、１×、２×、および４× ＤＭＰＡと関連付けられたデータ点を用いて実施されたｔ検定からのｐ値を図示する。加熱温度（図５Ｃおよび図６）について、より高温と関連付けられた各データ点を、１００℃と関連付けられたデータ点と比較した。したがって、１００℃と関連付けられたデータ点と比較された、グラフ１３００は、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、および４００℃と関連付けられたデータ点を用いて実施されたｔ検定からのｐ値を図示する。

いくつかの実施形態では、アレイは、複数のスポットされた溶液を含み、各々が、光開始剤と混合された１つ以上の高分子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の高分子は、アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレートからなる群から選択される１つ以上のモノマーを含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の高分子は、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、アクリルアミド、ヒスタミンアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート（4-hydroybutyl acrylate）、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ，－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、およびＮ－ｔｅｒｔ－オクチルアクリルアミドからなる群から選択された１つ以上のモノマーを含み得る。いくつかの実施形態では、複数のスポットされた溶液は、１つのモノマーを含むホモポリマー、少なくとも２つのモノマーを含むヘテロポリマー、少なくとも３つのモノマーを含むヘテロポリマー、またはそれらの任意の数もしくは組み合わせを含み得る。

いくつかの実施形態では、基材は、官能化される表面を含む。いくつかの実施形態では、基材は、シランまたはシロキサンコーティングで官能化される表面を含む。いくつかの実施形態では、基材は、例えば、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－（３－アクリロキシ－２－ヒドロキシプロピル－３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルジメチルクロロシラン、およびそれらの任意の組み合わせから選択される、アクリロシロキサンで官能化される表面を含む。

好適な光開始剤の例としては、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、およびＨＭＰＰが挙げられる。いくつかの実施形態では、光開始剤の濃度は、複数の溶液にわたって一貫し得る。代替的な実施形態では、溶液の個体またはサブセットは、溶液の他の個体またはサブセットとは異なる光開始剤濃度を有し得る。いくつかの実施形態では、複数の溶液の各々は、約０．５×（６．２５ｎＭ）～約４×（５０ｎＭ）の間で、その間の全ての範囲および値を含む、光開始剤の濃度を有し得る。いくつかの実施形態では、複数の溶液の各々は、約１×（１２．５ｎＭ）の光開始剤の濃度を有し得る。

いくつかの実施形態では、アレイは、その間の全ての範囲および値を含む、約１４のスポット、約７０のスポットを含み得る。いくつかの実施形態では、各スポットは、約１ｕＬ、約１．３ｕＬ、約１．５ｕＬ、約２ｕＬを含み得、その間の全ての範囲および値を含む。

いくつかの実施形態では、複数のスポットされた溶液を含むアレイは、ＵＶ光を使用して所定の期間にわたって重合され得る。いくつかの実施形態では、ＵＶ光は、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有し得る。いくつかの実施形態では、ＵＶ光は、約３００ｎｍ～約３５０ｎｍの波長を有し得る。いくつかの実施形態では、ＵＶ光は、約２５０ｎｍ、約３０２ｎｍ、約３５０ｎｍ、約３９０ｎｍ、約４００ｎｍの波長を有し得、その間の全ての範囲を含む。いくつかの実施形態では、ＵＶ光曝露のための所定の期間は、約５分、約２０分、約１時間、約２時間、約数時間とすることができ、その間の全ての範囲および値を含む。

いくつかの実施形態では、重合されたアレイは、１つ以上の分析物（標識または非標識）を含む試料に曝露され、所定の期間にわたってインキュベートされ得る。いくつかの実施形態では、アレイは、試料と共に約５分、約１０分、約１５分間にわたってインキュベートされてもよく、その間の全ての範囲および値を含む。試料でインキュベートした後、重合されたアレイを所定の温度で所定の期間にわたって加熱され得る。いくつかの実施形態では、アレイは、約１００℃、約１５０℃、約２００℃、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃で加熱され得、その間の全ての範囲および値を含む。いくつかの実施形態では、アレイは、単一の温度で加熱され得るが、一方、他の実施形態では、アレイは、等しいか、または異なる期間にわたって複数の温度で加熱され得る。一部の実施形態では、アレイは、所定の温度で約１分、約５分、約１０分、約１５分間、加熱され得、その間の全ての範囲および値を含む。いくつかの実施形態では、アレイは、約１分～約１５分、または約５分などの、メイラード反応を誘導するのに十分な時間にわたって、約２７５℃～約３２５℃、または約３００℃などの、約２００℃～約４００℃の温度に加熱され得る。いくつかの実施形態では、アレイは、カラメル化を引き起こすのに十分な時間にわたって、約１３０℃～約２１０℃、または約１６０℃～約２００℃などの、約１００℃～約２１０℃の温度に加熱され得る。いくつかの実施形態では、アレイは、ホットプレートを介して加熱され得る。

一実施形態では、本明細書に説明される疾患検出用途に好適なハイドロゲルアレイは、約２０分のＵＶ光曝露を伴って約１× ＤＭＰＡ（１２．５ｍＭ）で各々重合され、かつ約２５０℃の温度で加熱されることができる、複数のハイドロゲルスポットを含み得る。

方法
図８～図１０は、分析物（例えば、標識または非標識分析物）を検出し、試料を分類する方法７００のフロー図である。図８に図示されるように、方法７００は、７０２において、１つ以上の試料をアレイ（例えば、アレイ１００）と接触させることを含み得る。１つ以上の試料は、非標識もしくは標識分析物、または標識および非標識分析物の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、試料は、尿試料とすることができる。アレイは、例えば、図９を参照してさらに図示および説明されるように、第１の所定の期間にわたってＵＶ光に既に曝露された、１つ以上のモノマーまたはポリマー、および１つ以上の光開始剤（例えば、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、ＨＭＰＰ）を含む、ハイドロゲルアレイとすることができる。任意選択的に、アレイは、７０４において、第２の所定の期間（例えば、約５分～約１５分）にわたって、試料と共にインキュベートされ得る。試料を有するアレイは、７０６で所定の温度（例えば、約１００℃～約４００℃）で加熱され、７０８で撮像され得る（例えば、フラットベッドスキャナまたは他の撮像デバイスを使用して）。本明細書に説明されるように、アレイが加熱および／または照明されるとき、アレイは、撮像デバイスによって捕捉され得る比色データ（例えば、比色信号）を生成し得る。

図９は、７０２における、試料との接触前のアレイの調製を図示する。いくつかの実施形態では、アレイの調製は、本明細書に説明されるように、モノマー原液Ｍ１～Ｍ１５と混合された光開始剤溶液の調製と同様のステップを含み得る。例えば、１つ以上の光開始剤溶液が、７１２において調製され得る。光開始剤溶液の調製は、例えば、ＤＭＳＯ、蒸留水、およびグリセロールを含有する溶液中に光開始剤（例えば、ＤＭＰＡ、ＨＣＰＫ、ＨＭＰＰ）を溶解することを含み得る。一実施形態では、光開始剤、グリセロール、蒸留水、およびＤＭＳＯの量は、下記のとおりであり得る：

７１４において、１つ以上のモノマーおよびポリマー溶液が調製され得る。いくつかの実施形態では、そのような溶液の調製は、本明細書に説明されるように、例えば、本明細書に説明されるように、モノマー原液Ｍ１～Ｍ１５の調製と同様に、複数のモノマー原液を調製することを含み得る。例えば、各モノマー原液は、ＤＭＳＯ、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド、または蒸留水のうちの１つ以上を含む溶液中にモノマーを溶解することと、任意選択的に、所望される濃度のモノマーを達成するために必要に応じて追加のアクリル酸またはアクリルアミドを添加することと、によって調製され得る。好適なモノマー原液（例えば、モノマー原液Ｍ１～Ｍ１５）の例が、上記の表２に図示される。次いで、表３～１２に図示されるように、例えば、異なる量のモノマー原液を組み合わせることによって、モノマー原液を使用して、１つ以上のポリマー溶液が調製され得る。光開始剤溶液は、７１６において、各モノマーおよびポリマー溶液に添加されて、スポッティング溶液を生成し得る。いくつかの実施形態では、モノマーおよびポリマー溶液は、ピペットを使用して光開始剤溶液と混合され得る。いくつかの実施形態では、光開始剤の最終濃度は、約０．５×（６．２５ｍＭ）～約４×（５０ｍＭ）とすることができる。

各スポッティング溶液は、７１８において、基材の表面上にスポッティングされ、７２０において、ＵＶ光の形態で電磁エネルギーに曝露され得る。いくつかの実施形態では、基材は、例えば、ホウケイ酸ガラスとすることができる。いくつかの実施形態では、ホウケイ酸ガラスは、各スライドを蒸留水で洗浄し、その後、無水エタノール中で超音波処理して表面汚染物質を除去することによって、調製され得る。次いで、スライドは、空気乾燥および／または熱（例えば、オーブン中）で乾燥され、基材コーティング（例えば、３－メタクリルオキシプロピルトリメトキシルシラン）でコーティングされ、再び乾燥され得る。ＵＶ光は、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長とすることができる。いくつかの実施形態では、アレイは、第１の所定の期間、例えば、約５分～約６０分の間、ＵＶ光に曝露され得る。スポッティング溶液の曝露は、光開始剤に対して数個の結果を結果的にもたらし得る。いくつかの事例では、光開始剤は、ＵＶによってフリーラジカルによって光切断され、これらのフリーラジカルは、モノマーまたはポリマーの重合に関与し、プロセスにおいてモノマーまたはポリマーの末端に組み込まれることになり得る。いくつかの事例では、光開始剤は、ＵＶによって、重合に関与しないが、他のフリーラジカルと反応して、新しい分子種を形成する、フリーラジカルに光切断され、これは、次いで、分析物と反応して比色信号を生成することができる。また、いくつかの事例では、残留光開始剤は、光切断から逃れ得る。本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、検出および／または診断目的のために本明細書に説明されるコロメトリック信号を生成するために、光開始剤の光切断された生成物に主に依存する。ＵＶ曝露後、方法７００は、次いで、７０２に進み得、すなわち、試料（例えば、分析物を含む）がアレイと接触する。

図１０は、７０８において、アレイの撮像デバイス（例えば、フラットベッドスキャナ、アナログまたはデジタル撮像デバイスなど）によって捕捉された画像データ（例えば、ＪＰＥＧ）の処理および分析を図示する。そのような処理は、例えば、図２０に図示されるように、計算デバイス、または計算デバイス１７００などの１つ以上のプロセッサによって、実施され得る。図２０に図示されるように、計算デバイス１７００は、プロセッサ１７２２、メモリ１７２４、および入力／出力デバイス１７２６を含み得る。１つのプロセッサ１７２２、メモリ１７２４、および入力／出力デバイス１７２６が図示されているが、計算デバイス１７００が本明細書に説明される機能を提供するように構成されるように、任意の数のプロセッサ、メモリ、および入力／出力デバイスが計算デバイス１７００に含められ得ることが理解され得る。計算デバイス１７００は、本明細書に説明されるように、特性プラットフォームの他の構成要素に動作可能に連結され得る。例えば、計算デバイス１７００は、撮像デバイス、加熱デバイス（例えば、加熱プレート）などのうちの１つ以上に連結されて、そのような構成要素および／またはデバイスの画像データを取得する、および／または動作を制御し得る。

プロセッサ１７０２は、一組の命令またはコードを動作および／または実行するように構成された任意の好適な処理デバイスであり得、１つ以上のデータプロセッサ、画像プロセッサ、グラフィック処理ユニット、物理処理ユニット、デジタル信号プロセッサ、および／または中央処理ユニットを含み得る。本明細書に説明される実施形態では、プロセッサ１７０２は、１つ以上の訓練されたモデルを適用することを含む、画像データの処理および／または分析と関連付けられた機能を動作および／または実行して、試料を分類するように構成された任意の好適な処理デバイスであり得る。プロセッサ１７０２は、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などとすることができる。プロセッサ１７０２は、アプリケーションプロセス、ならびに／またはシステムおよび／もしくはそれと関連付けられたネットワークと関連付けられた他のモジュール、プロセスおよび／または機能を動作および／または実行するように構成され得る。基礎となるデバイス技術は、様々な構成要素タイプ（例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）などの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）技術、エミッタ結合論理（ＥＣＬ）などのバイポーラ技術、ポリマー技術（例えば、シリコン接合ポリマーおよび金属接合ポリマー金属構造）、混合されたアナログおよびデジタルなどにおいて提供され得る。

メモリ１７０４は、データベース（図示せず）を含み得、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリバッファ、ハードドライブ、消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなどとすることができる。メモリ１７０４は、プロセッサ１７０２に、画像データの処理および／または分析と関連付けられたモジュール、プロセス、および／または機能を実行させる命令を記憶し得る。本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、様々なコンピュータ実装された動作を実施するための命令またはコンピュータコードを有する、非一時的コンピュータ可読媒体（非一時的プロセッサ可読媒体とも呼ばれ得る）を有するコンピュータストレージ製品に関する。コンピュータ可読媒体（またはプロセッサ可読媒体）は、それ自体（例えば、空間またはケーブルなどの伝送媒体上に情報を担持する伝搬電磁波）が一時的伝搬信号を含まないという意味で非一時的である。メディアおよびコンピュータコード（また、コードまたはアルゴリズムとも呼ばれ得る）は、特定の目的（複数可）のために設計および構築されたものであり得る。

非一時的コンピュータ可読媒体の例としては、限定されるものではないが、ハードディスクなどの磁気記憶媒体と、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープ、コンパクトディスク／デジタルビデオディスク（ＣＤ／ＤＶＤ）などの光記憶媒体と、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、およびホログラフィックデバイスと、光ディスクなどの磁気光学記憶媒体と、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）およびソリッドステートハイブリッドドライブ（ＳＳＨＤ）などのソリッドステート記憶デバイスと、搬送波信号処理モジュールと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどの、プログラムコードを記憶および実行するよう特別に構成されているハードウェアデバイスと、が挙げられる。本明細書に説明される他の実施形態は、例えば、本明細書に開示される命令および／またはコンピュータコードを含み得る、コンピュータプログラム製品に関する。

入力／出力デバイス１７０６は、入力デバイス（例えば、キーボード、タッチスクリーン、オーディオデバイス）および／または出力デバイス（例えば、ディスプレイデバイス、オーディオデバイス）を含み得る。入力／出力デバイス１７０６は、計算デバイス１７００が、本明細書に説明されるように、特性プラットフォームまたはシステムのうちの１つ以上の構成要素とインターフェースすることを可能にする通信インターフェースを含み得る。例えば、通信インターフェースは、撮像デバイスからデータを受信して、および／または信号（例えば、プロセッサ１７０２によって生成される）を、撮像デバイス、加熱デバイス、光源（例えば、ＵＶ光またはイルミネータ）などのうちの１つ以上に送信して、それらのデバイスの動作を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、入力／出力デバイス１７０６の通信インターフェースを介してプロセッサ１７０２は、ＵＶ光をアクティブ化するために（例えば、ＵＶ光を適用してアレイを重合するために）、撮像デバイスをアクティブ化して画像データまたはアレイを捕捉するために、および／または加熱デバイスをアクティブ化してアレイを加熱するために、信号を送信し得る。

いくつかの実施形態では、計算デバイス１７００は、図１０に図示されるように、方法７００を実施するように構成され得る。例えば、７２２において、画像データが受信され得る。任意選択的に、画像データは、７２４において、処理、例えば、トリミング、反転などを行われ得る。例えば、画像データは、アレイの各スポットを中心として固定ウィンドウサイズを使用してトリミングされ得る。トリミングされた画像データは、７２６において、様々な色チャネルに分割され得る（例えば、色強度データは、各スポットの画像データから抽出され得る）。いくつかの実施形態では、画像データは、本明細書に説明されるように、Ｒ、Ｇ．およびＢチャネルに分割され得る。

訓練された計算モデル（例えば、ニューラルネットワーク）は、７２８において、様々な色チャネル（例えば、色強度データまたはＲＧＢデータ）と関連付けられたデータに適用され得る。いくつかの実施形態では、モデルは、複数の分類から特定の分類に属する試料の確率を出力し得る、完全に接続されたニューラルネットワークを含み得る。好適なニューラルネットワークの例は、以下の実施例３にさらに説明される。いくつかの実施形態では、モデルは、試料を１つ以上の診断分類（例えば、健康、疾患１、疾患２など）に分類するために使用され得る。例えば、以下の実施例３にさらに説明されるように、モデルは、健康、および癌または疾患の１つ以上のタイプを含む診断分類に試料を分類するために使用され得る。任意選択的に、分類に基づいて臨床的推奨が提供され得る（例えば、事前設定されたアルゴリズムまたはルールに基づいて、計算デバイスによって）。例えば、計算デバイスは、試料（例えば、尿試料）を提供した患者が、疾患および／または癌を識別および／または治療するための追加試験を実施するべきであると示し得る。

実施例１－３９種類の分析物の調査
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法が、異なる分析物間を区別するために使用され得る。いくつかの実施形態では、システム、デバイス、および方法は、透過率および比色プロファイルを使用して、異なる分析物を区別し得る。

ＤＭＰＡで硬化されたハイドロゲルアレイを、以下の３９種の分析物で試験した：

ハイドロゲルアレイは、電荷、極性、疎水性、およびサイズ排除の異なる組み合わせを提供するハイドロゲルの様々な成分を含む７０個のスポットを含んでいた。アレイを調製するために、以下の表４～表７に詳述されるように、同体積のＤＭＰＡ光開始剤溶液を添加し、モノマー原液Ａ１～Ａ１４（表３）の各々、ならびに追加の原液Ｂ１～Ｂ１４、Ｃ１～Ｃ１４、Ｄ１～Ｄ１４、およびＥ１～Ｅ１４と混合した。

次いで、１．３ｕＬの各溶液を、以下の構成でシラン化ガラススライド上にスポットした。この構成を有するアレイは、本明細書では、α－アレイと呼ばれ得る。

スポッティングを、Ｂｉｏｍｅｋ ２０００流体取り扱いロボットを使用して実施したが、他の好適な方法およびデバイスが使用されてもよい。各アレイを作製するために使用されたガラススライドを、固有の識別子（ＩＤ）でレーザエッチングした。溶液をスポッティングした後、スポットを３６５ｎｍのゲル硬化ＵＶランプ（例えば、Ｊｉａｄｉ ＪＤ８１８）下で２０分間、光重合した。

合計で６つのα－アレイを、３９種の分析物の各々と共に、室温で１０分間、インキュベートした。次いで、アレイを取り出し、室温で２０分間、空気乾燥させ、１００℃で２０分間、加熱プレート上でさらに乾燥させた。続いて、アレイを２５０℃で５分間、加熱プレート上で加熱して、それらの比色信号プロファイルを発現させた。アレイを、１２００ｄｐｉのデジタルスキャナ（例えば、ＥＰＳＯＮ Ｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ ｖ５００）でスキャンし、赤、緑、および青（「ＲＧＢ」または「Ｒ、Ｇ、およびＢ」）のＪＰＥＧ画像として保存した。各アレイスポットを、固定ウィンドウサイズを使用してトリミングし、次いで、さらなる分析のためにＲ、Ｇ、およびＢチャネルに分割した。各スポットのＲ、Ｇ、およびＢ強度を、各スポットウィンドウに対するそれぞれのＲ、Ｇ、およびＢ画素強度を合計することによって取得した。

２１０のスポット強度（７０のスポットに３つの色チャネルを乗算した）のベクトルを、各アレイデータ点から取得した。各ベクトルをＬ１正規化した。教師なし階層的クラスタリング分析を、Ｎａｔｈａｎ Ｓａｌｏｍｏｎｉｓ（Ｊ．Ｄａｖｉｄ Ｇｌａｄｓｔｏｎｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ、Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって作成された階層的クラスタリングソフトウェア「ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ＿ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ．ｐｙ」を使用して実施した。

Ｌ２正規化を、行方向および列方向の行列の両方に使用した。ヒートマップを、色勾配「ｇｉｓｔ＿ｎｃａｒ」を使用して生成した。クラスタリング結果を採点するために、誤分類されたアレイを２つのステッププロセスで識別した：（１）６つのアレイの各分類について、最大連続クラスタを識別するステップ、および（２）この最大連続クラスタの一部ではなかった任意のアレイを、誤分類されたと識別したステップ。クラスタリング正確性は、

として計算した。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、スキャンされたアレイ画像を図示する。図１１Ａは、画像処理ソフトウェア（例えば、ＩｍａｇｅＪ）を使用してモンタージュされた、スキャンされたアレイ画像８００を図示する、それらの透過率を示す。図１１Ｂは、モンタージュされたバージョンを反転し、かつＩｍａｇｅＪでＬＵＴの“ｂｒｇｂｃｍｙｗ．ｌｕｔ”を適用することによって作成されたアレイのルックアップテーブル（ＬＵＴ）バージョン８１０を図示する。以下のチャートは、図１１Ａおよび図１１Ｂのそれらの位置に従って識別された、図１１Ａおよび図１１Ｂの各ボックスに対応する分析物を識別する。

図１１Ａおよび図１１Ｂに図示されるように、各分析物は、固有の褐変および比色プロファイル（それぞれ、透過率およびＬＵＴ）を呈した。例えば、システインなどの試料は、より多くの青色シフトされた色プロファイルを生成し、グルコースなどの試料は、より多くの赤色シフトされた色プロファイルを生成した。

教師なし階層的クラスタリングを、２３４個のアレイ（すなわち、分析物当たり６個のアレイを有する３９種の分析物）で実施した。アレイおよびアレイスポットは、両方、ユークリッド距離尺度を使用してクラスタリングされた。そのような階層的クラスタリングは、例えば、図９、図１０、および図１６を参照して説明されるように、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法を使用して実施された。図１２は、２３４個のアレイ（すなわち、分析物当たり６個のアレイを有する３９種の分析物）のスポット強度ヒートマップ８２０を図示する。ヒートマップ８２０の各行は、合計２３４行（すなわち、３９種の分析物が６つのアレイで各々試験された）の単一のアレイを表す。ヒートマップ８２０の各列は、合計で２１０列（すなわち、アレイ当たり７０のスポットがＲ、Ｇ、およびＢチャネルに分割される）について、Ｒ、Ｇ、およびＢチャネルに分割される、アレイ上の単一のスポット位置の強度を表す。強度の値は、図１２の凡例に従ってコード化される［より低い値は、スケールの最下部に向かって色を有し、より高い値は、スケールの最上部に向かって色を有する］。ヒートマップ８２０の行は、互いに同様のスポット強度を有するアレイが互いに近接して配置されるように、階層的にクラスタ化される。

図１３は、デンドグラム８３０としてのクラスタリングの出力を図示する。各分析物は、最上部から最下部へ、系統樹８３０の外観の順序で凡例で表される。ヒートマップ８２０と同様、デンドグラム８３０の各行は、合計２３４行（すなわち、３９種の分析物が６つのアレイで各々試験された）の単一のアレイを表す。ヒートマップ８２０およびデンドグラム８３０の両方が階層的にクラスタ化されたデータを含むため、ヒートマップ８２０の各行は、デンドグラム８２０の各それぞれの行に対応する。図１３に図示されるように、階層的クラスタリングは、２３４個のアレイのうちの２２９個（すなわち、アレイの９７．８６％）を正確にクラスタ化した。

２次元（２Ｄ）および３次元（３Ｄ）の線形判別分析を、機械学習ライブラリの「ｓｃｉｋｉｔ－ｌｅａｒｎ」のバージョン０．１６．１からの分類子「ｓｋｌｅａｒｎ．ｌｄａ．ＬＤＡ」を使用して、画像データを用いて実施した。２Ｄおよび３Ｄの線形判別分析のプロットされた出力は、それぞれ、グラフ８４０および８５０に図示される（図１４参照）。グラフ８４０および８５０では、各点または記号は、アレイを表し、凡例によって識別される分析物のうちの１つに対応する。

色分布分析を、２３４個のアレイ（すなわち、分析物当たり６つのアレイを有する３９種の分析物）に対して実施した。具体的には、スキャンされたアレイ画像の一般色プロファイルを、ＩｍａｇｅＪのＣｏｌｏｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ３Ｄプラグインソフトウェアを使用して取得した。図１４は、この色分布分析の出力をグラフ８６０に図示する。示されるように、３９種の分析物調査から収集されたデータには、赤色および青色の比色生成物に対するバイアスが存在する。これは、ＴＬＣ試薬としてベンジルまたはベンゾインを用いて観察された典型的な色と一致する。

誤分類された５つのアレイは、グルコースのうちの１つ、１つまたはカラギナン（ラムダ）、フェノールのうちの２つ、および１つまたはリシンを含んでいた。誤分類されたアレイのうち、４つは、同様の化学構造および特性を有した他の試料と誤ってクラスタ化された。特に、１つのグルコースアレイは、スクロースでクラスタ化され、１つのカラギナン（ラムダ）アレイは、カラギナン（カッパ）でクラスタ化され、２つのフェノールアレイは、クレゾールでクラスタ化された。リジンの残りの誤ってクラスタ化されたアレイは、より薄い特性に起因して、塩化ナトリウムで誤ってクラスタ化された。

この３９種の分析物調査は、多くの試料が化学的に類似しているときであっても、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法が、複数の試料タイプを高い正確性でプロファイリングすることができるアレイプラットフォームを提供することを実証する。例えば、カラギナンのラムダ、カッパ、およびイオタ形態は、１つのアレイを除いて別々にクラスタ化された。例えば、コーヒー、カレー、緑茶、ＬＢ培地、乳、および栄養ブロスなどの複雑な混合物を、誤りなしで区別した。例えば、ソルビン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、および塩化ナトリウムを含む異なる塩もまた、誤りなしでクラスタ化された。クラスタリングデータと一致して、線形判別分析は、試料が２～３個の主要成分（グラフ８４０および８５０）で密にクラスタ化されたことを示した。

実施例２－２９種の分析物の調査
いくつかの実施形態では、システム、デバイス、および方法は、蛍光および発光プロファイルを使用して、異なる分析物を区別し得る。

上記に説明されたαアレイ（すなわち、ＤＭＰＡで硬化されたハイドロゲルアレイ）を、以下の２９種の分析物を用いて試験した：

合計で３つのαアレイを、２９種の分析物の各々と共に室温で１０分間インキュベートし、３つのαアレイを、分析物なしでインキュベートして、対照を確立した。次いで、アレイを取り出し、室温で２０分間、空気乾燥させ、１００℃で２０分間、加熱プレート上でさらに乾燥させた。続いて、アレイを２５０℃で５分間、加熱プレート上で加熱して、それらの比色信号プロファイルを発現させた。アレイを３９０ｎｍのＵＶ光で照射することによって、かつ以下の手動構成を使用してＲＧＢ ＪＰＥＧ画像を捕捉するためのＡｐｐｌｅ（登録商標）のｉＰｈｏｎｅ（登録商標）の夜間カメラ（バージョン３）ソフトウェアアプリケーションによって、蛍光画像を捕捉した：シャッター速度：１／１５秒、自動ＩＳＯ、露光－３．３（－８．０～＋８．０の範囲）。

図１９は、ＩｍａｇｅＪを使用してモンタージュされた、スキャンされたアレイ画像の蛍光プロファイルを図示する。図示されるように、各分析物は、固有の蛍光プロファイルを呈する。

実施例３－疾患分類調査
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、試験された試料内の分析物の優先的知識なしで、複数の疾患分類を同時に検出するために使用され得る。一実施形態では、本明細書に説明されるハイドロゲルアレイが、例えば、尿試料などの生物流体試料から疾患分類を検出するために使用され得る。最小限の試料処理および標識の有無にかかわらず、任意の試料タイプを取り扱うためのそのようなアレイの能力は、血液以外の生物流体を使用する分析を可能にする。ハイドロゲルによって必要とされる低減された試料処理はまた、分析前の分析物の損失および分解を結果的に少なくし、これは、血漿から単離された循環腫瘍デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の検出を制限し得る。

調査では、ＤＭＰＡで硬化されたハイドロゲルアレイを使用して、尿試料を使用して複数の疾患分類を検出した。尿を選択したが、これは、そのような試料の採取が、比較的単純で非侵襲的であり、かつ前処理を必要としないためである。しかしながら、尿は、小分子分析物において情報的に豊富であるにもかかわらず、比較的利用されていない試料タイプである。したがって、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、他の臨床試験および撮像様式を補完するために非冗長情報を生成するか、またはスタンドアローン試験として使用され得る。尿を使用する試験は、実装することが容易であり、より費用効果が高く、低侵襲性であり、かつより安全であり得、それゆえに、患者の疾患スクリーニングまたは再発の監視に特に好適であり得る。

調査のために、上記に説明されたαアレイを、第２の７０スポットのハイドロゲルアレイ、いわゆる、βアレイと共に使用した。βアレイは、疾患分類検出の感度を増加させるために、αアレイとは異なるスポット多様性を含む。

βアレイを、表８～表１２に示される、原液Ｆ１～Ｆ１４、Ｇ１～Ｇ９、Ｈ１～Ｈ１５、Ｉ１～Ｉ１８、Ｊ１～Ｊ１１、およびＫ１～Ｋ３を使用して作製した。

βアレイは、以下の構成を有する：

尿分析を、５９２人の治験参加者に対して、αアレイおよびβアレイを用いて実施した。治験参加者は、健常者（１９７人）、Ｂ型肝炎ウイルス感染患者（９３人）、および生検で証明された様々なステージの結腸直腸癌（７８人）、肝臓癌（１４４人）、前立腺癌（２４人）、および肺癌（５６人）と診断された患者を含んでいた。これら５つの疾患（Ｂ型肝炎、結腸直腸癌、肝臓癌、前立腺癌、および肺癌）を選択したが、これは、それらが、早期に検出および治療された場合に好ましい治療転帰にもかかわらず、一般集団において高い有病率を有し、および／または単純なスクリーニング選択肢の欠如に悩まされているためである。

健常者は、平均年齢４７．３歳（標準偏差１２．５２）、患者は、平均年齢５４．４歳（標準偏差１４．２）であった。患者集団の人口動態は、図１５Ａ～図１５Ｄに要約されている。図１５Ａは、患者の年齢分布の棒グラフ９００を図示する。図１５Ｂは、疾患分類による患者分布のチャート９１０を図示する。図１５Ｃは、チャート９２０および９２２を使用して、それらの疾患のステージによる患者分布を図示する。具体的には、図１５Ｃに図示されるように、試験された癌患者の８２．２％が、それらの疾患のステージ０（上皮内癌）、ステージＩ、またはステージＩＩであった。図１５Ｄは、チャート９３０および９３２の疾患分類、年齢、および性別による患者分布を図示する。

試料採取を、設定された方針および手順に従って実施した。健常者は、その定期健康診断中に登録された。臨床試験自体から生じる変化を避けるために、任意の臨床試験または処置（例えば、結腸鏡検査）の前に尿を採取した。一部の個人では、血液検査、肝臓および腎機能、腫瘍マーカ、胸部Ｘ線、および肝臓、胆嚢、膵臓、脾臓、および腎臓に対する超音波が実施された。他の健常者は、４０歳超の男性であり、既知の医学的健康状態を伴わず、正常な前立腺超音波試験および正常な癌バイオマーカを有していた。個人は、いかなる疾患も呈さず、いかなる既存の医学的健康状態（例えば、腫瘍、高血圧、糖尿病、および腎臓疾患）も有していなかったときに、健康であると登録された。同様の手順が、臨床的に検証されたＢ型肝炎、結腸直腸癌、肝癌、前立腺癌、および肺癌を有する患者を登録するために使用された。これらについて、尿は、任意の手術（例えば、生検）の前に採取され、病理結果が入手可能となった後に特定の疾患に分類された。

各調査参加者試料を、３つのαアレイおよび３つのβアレイを含む６つのアレイで試験した。希釈されていない尿試料を、５０％メタノールを含有する固定液と１：１で混合し、試験まで室温で保存した。次いで、固定された尿、９ｍＬ／チャンバを、２つの使い捨てプラスチックスライドチャンバに添加し、一方は、αアレイを収容し、他方は、βアレイを収容していた。室温で１５分間インキュベーションした後、アレイをチャンバから取り出し、余分な尿をペーパータオル上でアレイをタッピングすることによって除去した。次いで、アレイを、最大温度２５０℃の赤外線オーブン（ＳＭＴＨｏｕｓｅ Ｒｅｆｌｏｗ Ｏｖｅｎ Ｔ９６２Ａ）で約１０分間加熱循環して、それらの比色信号プロファイルを発現させた。

アレイを、１２００ｄｐｉのデジタルスキャナ（ＥＰＳＯＮ Ｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ ｖ５００）でスキャンし、ＲＧＢ ＪＰＥＧ画像として保存した。各アレイスポットを、固定ウィンドウサイズを使用してトリミングし、次いで、さらなる分析のためにＲ、Ｇ、およびＢチャネルに分割した。各スポットのＲ、Ｇ、およびＢ強度を、各スポットウィンドウに対するそれぞれのＲ、Ｇ、およびＢ画素強度を合計することによって取得した。２１０のスポット強度（７０のスポットが３つの色チャネルによって乗算された）のベクトルを、各アレイデータ点から取得した。各ベクトルをＬ１正規化した。

結果的に得られたベクトルを使用して、単一の完全に接続された隠れ層を有する多層パーセプトロン（ＭＬＰ）として実装されたニューラルネットワークを訓練および検証した。そのような分類アルゴリズムを参照してさらなる分析が本明細書に説明されているが、当業者は、他の分類アルゴリズムが使用され得ることを理解することができる。

ＭＬＰは、ｓｋｌｅａｒｎ．ｎｅｕｒａｌ＿ｎｅｔｗｏｒｋ．ＭＬＰＣｌａｓｓｉｆｉｅｒモデル、バージョン０．１８を使用して実装された。モデルのアーキテクチャは、２１０個の入力ノード、および単一の２３５ノードの隠れ層を含んでいた。ＲｅＬＵまたは正規化された線形単位を活性化関数として使用し、制限付きメモリＢｒｏｙｄｅｎ－Ｆｌｅｔｃｈｅｒ－Ｇｏｌｄｆａｒｂ－Ｓｈａｎｎｏ（ＬＢＦＧＳ）最適化アルゴリズムを使用してロジスティック回帰を実施した。ＭＬＰは、各患者試料データを順番に単離する、リーブワンアウト交差検証フレームワークを使用して訓練および評価され、残りの患者に対してＭＬＰを訓練し、次いで、訓練されたＭＬＰを単離された患者試料に適用して、その単離された患者試料の分類を予測した。

図１８は、例えば、調査で使用されるＭＬＰモデルなどの分類モデルを訓練および評価するための例示的な方法１２００の詳細図を提供する。複数の患者の画像データが、１２０２において、受信され得る。上記に説明されたように、この画像データは、フラットベッドスキャナを使用して取得された画像データであり得る。任意選択的に、画像データは、１２０４において、処理（例えば、トリミング、反転）され得る。画像データからの色強度データは、異なる色チャネル、例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢチャネルに分割され、１２０６において、各アレイデータ点を表すベクトルとして編成され得る。いくつかの実施形態では、ベクトルデータは、上記の例に説明されるように、Ｌ１正規化され得る。次いで、リーブワンアウト交差検証フレームワークが実装され得る。各患者のデータは、１２０８において選択され、１２１０において除外され得る。次いで、分類モデルは、１２１２において、残りの除外されていない患者のデータを使用して訓練され得る。訓練は、教師ありであってもよく（例えば、各患者の分類を識別する標識を含む）か、または教師なしであってもよい。次いで、訓練されたモデルを使用して、１２１４において、その患者の色強度データ（例えば、ベクトル）に基づいて、除外された患者の疾患分類を予測し得る。例えば、その患者の除外されたベクトルは、訓練されたモデルを使用して決定される、最も高い分類確率を有する分類に割り当てられ得る。方法１２００は、全ての患者が分類されるまで（１２１６：ＮＯ）、１２０８～１２１４を循環させ、次いで、１２１８において、分類の出力を分析することに進み得る。この分析は、例えば、各患者の予測された分類を、その患者の検証されたか、または既知の分類と比較することを伴い得る。いくつかの実施形態では、分析に基づいて、性能統計（例えば、感度、特異性、陽性予測値、および陰性予測値）が生成され得る。

図１６は、ＭＬＰへの入力および出力を示す、例示的なフロー１０００を図示する。フロー１０００は、尿試料を評価するために調査において使用された。尿は、１０１０において、健常者、Ｂ型肝炎患者、および癌患者から採取される。各尿試料を使用して、１０２０において、所定の数のアレイ、例えば、３つのαアレイおよび３つのβアレイを、合計６つのアレイで処理した。各アレイ上のスポットは、ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、．．．ｘ_ｎとして識別され得る。アレイから捕捉された比色データを表すベクトルは、次いで、１０４０において、処理されて、Ｒ、Ｇ、およびＢチャネルに分割される。チャネルの各々に対応するアレイ上の各スポットの値は、赤色チャネルに対するｘ_ｒ１、ｘ_ｒ２、ｘ_ｒ３、．．．ｘ_ｒｎ、緑色チャネルに対するｘ_ｇ１、ｘ_ｇ２、ｘ_ｇ３、．．．ｘ_ｇｎ、緑色チャネルに対するｘ_ｇ１、ｘ_ｇ２、ｘ_ｇ３、．．．ｘ_ｇｎとして表され得る。１つ以上の完全畳み込みニューラルネットワーク（ＦＣＮＮ）が、１０５０において実装され得る。例えば、３つのαアレイおよび３つのβアレイが関与する事例では、１つのＦＣＮＮが、αアレイからのデータを使用して訓練され得、別のＦＣＮＮが、βアレイからのデータを使用して訓練され得る。ＦＣＮＮは、１０６０において、特定の疾患クラス（Ｃ_ｉ）である各試料の確率（Ｐ_ｉ）を出力し得る。そして、１０７０において、各試料に対して最も高い確率を有する分類が、その試料の分類として選択され得る。

図１７Ａは、調査で使用されたＭＬＰの性能測定基準を図示する。治療後に完全寛解した３人の結腸直腸癌患者を、ＭＬＰの訓練および評価を目的として、健康であると標識した。チャート１４００および１４１０は、６つの分類、すなわち、健康（ＨＥＡ）、Ｂ型肝炎（ＨＢＶ）、結腸直腸癌（ＣＲＣ）、肝癌（ＨＣＣ）、前立腺癌（ＰＣ）、および肺癌（ＬＣ）に対してＭＬＰを訓練および評価したときの性能測定基準を図示する。チャート１４００および１４１０に示されるように、５９２人のうちの４８２人が正確に分類され、８１．４％の未加工の正確性、および７５．６％の正規化された正確性（すなわち、分類の平均正確性）を提供した。感度は、結腸直腸患者に対して５３．３％、肺癌患者に対して８７．５％、ＨＢＶ患者に対して８８．２％、健常者に対して９３．５％であった。肝臓癌を除いて、他の全ての癌の特異性は、最も高い特異性を有する前立腺癌で９５％超であった。チャート１４１０は、混同行列を図示する。チャート１４１０では、斜線ボックスは、特定の健康状態を有する個人が、その健康状態を有すると分類された場所を識別する。示されるように、誤りの最大の原因は、４５．８％の前立腺癌患者を健康であると誤分類したことであった。対照的に、比較的少数の健常者（１．５％）が前立腺癌を有すると誤分類された。次点の２つの誤りの原因は、３２．０％の結腸直腸癌を肝臓癌として、９．７％の肝臓癌を結腸直腸癌として相互に誤分類したことである。これらの誤分類は、これらの癌の共通の胃腸起源に起因した可能性がある。

分析を、結腸直腸癌、肝臓癌、肺癌、および前立腺癌を単一の「癌」分類に統合して繰り返した。チャート１４２０および１４３０は、このより少ない分類の数で評価されたときの性能測定基準を図示する。チャート１４３０では、斜線ボックスは、特定の健康状態を有する個人が、その健康状態を有すると分類された場所を識別する。チャート１４２０および１４３０に示されるように、５９２人のうちの５３９人が正確に分類され、９１．１％の未加工の正確性および９０．１％の正規化された正確性を得た。この統合された「癌」シナリオでは、誤分類の原因は、「癌」として分類された、９．０％の健常者および８．６％のＨＢＶ患者であった。「癌」感度（９２．３％）および陽性予測値（９１．４％）は、別個の分類として評価されたとき、各癌の感度および陽性予測値よりも高かった。この結果は、より多くの癌患者が正確に識別されていることと一致しており、癌が細分化されたときの７５．６％と比較して、統合された「癌」分析の正規化された正確性が９０．１％である理由を説明する。しかしながら、「癌」感度の増加は、偽陽性の増加におけるコストを課す。この傾向は、細分化された癌分析と比較して、統合された「癌」分析の低い特異性（肝臓癌を除いて）および陰性予測値に反映されている。

図１７Ｂは、健常者および罹患固体が関与する誤分類の誤りの内訳を提供する、チャート１５００を図示する。前立腺癌は、偽陰性（罹患者が健常者として誤分類される）のほとんどに関与し、癌が細分化されたときの２６個の誤りのうちの１１個（４２．３％）、および癌が１つの「癌」分類に統合されたときの２１個の誤りのうちの１３個（６１．９％）を占めた。これは、２４人の患者を有する治験参加者の中で、最も少ない表現を有する前立腺癌に起因し得る。したがって、この訓練セットを増加させることが、全体的な分類性能を改善し得る。偽陽性（健常者が罹患者として誤分類される）は、比較によると、存在しなかったＨＢＶを除いて、疾患分類全体により均等に分布した。癌が細分化されたときに合計で１３の偽陽性が存在し、癌が統合されたときに１８の偽陽性が存在した。癌が統合されたか、または細分化されたかにかかわらず、そのような誤りの総数（すなわち、３９）が正確に同数存在した。これは、細分化された分析のより低い正確性が、疾患間の誤分類の増加によって引き起こされることを示す。

図１７Ａおよび図１７Ｂに図示された結果は、異なるタイプの癌を判断するのにアレイプロファイル間に十分な細分化が存在することを示す。癌を１つの分類に統合することは、特異性におけるコストを必要とし、感度および正確性の両方における利益によってバランスが取られる。両方のアプローチ（すなわち、細分化された分類および統合された分類）は、相互に排他的ではない。一実施形態では、統合された分類のアプローチは、敏感な一次スクリーニングとして使用され、その後、癌の組織起源の可能性を見分けるために細分化されたアプローチが続き得る。

図１７Ｃは、癌のタイプおよびステージによる、真の陽性および感度を図示する、チャート１６００および１６０２を含む。示されるように、感度は、概して、ステージＩ、ＩＩおよびＩＩＩで高く、ステージＩＶで低かった。これは、ステージＩＶ集団内における、低い感度を有する前立腺癌のより多くの表現に起因し得る。

図１７Ｄは、ステージ毎の試料数に基づく感度のグラフ１１００を図示する。上記に説明されたバイアスを回避するために、この分析では、前立腺癌を省略した。より多い試料数で表されるステージは、より高い感度を有し、ステージＩＶ（ｎ＝４）が最悪（５７．１％）であり、ステージＩ（ｎ＝１０４）が最良（７５．９％）であった。健常者（ｎ＝２００）が最も高い感度（９３．５％）を有した。この傾向は、アレイパターンに、様々な癌ステージが互いに区別されることを可能にする差が存在することを示唆する。そのような差は、腫瘍発現中に発生する突然変異および代謝変化の既知の段階的増加と一致する。このデータの結果は、例えば、様々なステージの癌が固有の特性を提示し得るため、疾患のステージが、本明細書に説明されるデータ駆動型アプローチにおいて良好に表され得ることを示す。それゆえに、癌の異なるステージに対するデータ表現の増加は、分類性能を改善し得る。

別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に説明される任意の方法、組成物、試薬、細胞、またはこれらの類似物もしくは等価物が、本発明の実施または試験に使用され得るが、好ましい方法および材料が本明細書に説明される。限定されるものではないが、本明細書に引用される特許および特許出願を含む、全ての刊行物および参考文献は、あたかも個々の刊行物または参考文献が、参照により本明細書に完全に記載されるものとして組み込まれることを具体的かつ個別に示したかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願が優先権を主張する任意の特許出願もまた、その全体が、公開文献および参考文献について上記に説明された様式で、参照により本明細書に組み込まれる。

「分析物」は、結合され（共有結合、イオン性、物理的、または任意の他の手段によって）、アレイ（本明細書に開示されるアレイなど）上で検出され得る、関心対象実体である。いくつかの実施形態では、分析物は、限定されるものではないが、ビタミンおよびミネラル、細胞、タンパク質、ペプチド、ヌクレオチドなどの、小分子を含み得る。

本明細書で使用される場合、「被験体」は、治療または診断され得る（例えば、本明細書に開示されるか、または当技術分野で既知のシステム、デバイス、組成物または方法を用いて）、症状を呈するか、または症状を呈するリスクがある任意の動物を含む。好適な被験体（患者）としては、非ヒト霊長類、好ましくは、ヒト患者、ならびに実験動物（マウス、ラット、ウサギ、またはモルモットなど）、家畜、および飼育動物またはペット（ネコまたはイヌなど）が挙げられる。

本明細書で使用される場合、「治療」または「治療すること」は、疾患の症状もしくは病態または健康状態に対する任意の望ましい効果を含み、治療される疾患または健康状態の１つ以上の測定可能なマーカの最小限の変化または改善も含み得る。「治療」または「治療すること」は、必ずしも、疾患もしくは健康状態、またはその関連症状の完全な根絶または治癒を示すものではない。この治療を受ける被験体は、それを必要とする任意の被験体である。臨床的改善の例示的なマーカは、当業者に明らかであろう。

本開示の上記に説明された実施形態は、本開示の原理の明確な理解のために記載される実施態様の単なる可能な例であることを強調すべきである。本開示の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、上記に説明された実施形態（複数可）に多くの変形および修正がなされてもよい。全てのそのような修正および変形は、本開示の範囲内において本明細書に含まれることが意図され、以下の特許請求の範囲によって保護される。

また、様々な概念が、１つ以上の方法として具体化されてもよく、その例が提供されている。方法の一部として実施される作用は、任意の好適なやり方で並べ替えられ得る。したがって、実施形態は、例示的な実施形態で連続的作用として示されているにもかかわらず、いくつかの作用を同時に実施することを含み得る、例示されたものとは異なる順序で作用が実施されるように構築されてもよい。

本明細書で使用される場合、数値および／または範囲と併せて使用されるときの「約」および／または「およそ」という用語は、一般に、列挙された数値および／または範囲に近いそれらの数値および／または範囲を指す。いくつかの事例では、「約」および「およそ」という用語は、列挙された値の±１０％以内を意味し得る。例えば、いくつかの事例では、「約１００［単位］」は、１００の±１０％以内（例えば、９０～１１０）を意味し得る。「約」および「およそ」という用語は、互換的に使用され得る。

本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、様々なコンピュータ実装された動作を実施するための命令またはコンピュータコードを有する、非一時的コンピュータ可読媒体（非一時的プロセッサ可読媒体とも呼ばれ得る）を有するコンピュータストレージ製品に関する。コンピュータ可読媒体（またはプロセッサ可読媒体）は、それ自体（例えば、空間またはケーブルなどの伝送媒体上に情報を担持する伝搬電磁波）が一時的伝搬信号を含まないという意味で非一時的である。媒体およびコンピュータコード（また、コードまたはアルゴリズムとも呼ばれ得る）は、特定の目的（複数可）のために設計および構築されたものであり得る。非一時的コンピュータ可読媒体の例としては、限定されるものではないが、ハードディスクなどの磁気記憶媒体と、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープ、コンパクトディスク／デジタルビデオディスク（ＣＤ／ＤＶＤ）などの光記憶媒体と、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、およびホログラフィックデバイスと、光ディスクなどの磁気光学記憶媒体と、搬送波信号処理モジュールと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどの、プログラムコードを記憶および実行するよう特別に構成されているハードウェアデバイスと、が挙げられる。本明細書に説明される他の実施形態は、例えば、本明細書に開示される命令および／またはコンピュータコードを含み得る、コンピュータプログラム製品に関する。

本明細書に説明されるシステム、デバイス、および／または方法は、ソフトウェア（ハードウェア上で実行される）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせによって実施され得る。ハードウェアモジュールは、例えば、汎用プロセッサ（またはマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。ソフトウェアモジュール（ハードウェア上で実行される）は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｒｕｂｙ、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）、ならびに／または他のオブジェクト指向、手続き型、もしくは他のプログラミング言語および開発ツールを含む、様々なソフトウェア言語（例えば、コンピュータコード）で表現され得る。コンピュータコードの例としては、限定されるものではないが、マイクロコードまたはマイクロ命令、例えば、コンパイルによって生成されるような機械命令、ウェブサービスを生成するために使用されるコード、およびインタプリタを使用してコンピュータによって実行される高レベルの命令を含むファイルが挙げられる。コンピュータコードの追加的な例としては、限定されるものではないが、制御信号、暗号化されたコード、および圧縮されたコードが挙げられる。

Claims (70)

1. アレイであって、
   基材上に配設された複数のポリマーを備え、前記ポリマーが、各々、１つ以上の重合モノマーと、１つ以上の光開始剤またはその１つ以上の光切断生成物と、を含む、アレイ。
2. 前記１つ以上の光開始剤が、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＨＣＰＫ）、または２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－プロパノン（ＨＭＰＰ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のアレイ。
3. 前記１つ以上の光開始剤が、複数のモノマーと同時に前記ＵＶ光に曝露され、それによって、前記モノマーを、前記開始剤および／または前記開始剤の前記光切断生成物を含むポリマーに重合した、請求項１または２に記載のアレイ。
4. 前記１つ以上の光切断生成物が、ベンゾイルおよびケタール断片のうちの一方または両方を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアレイ。
5. 前記１つ以上の光切断生成物が、ベンジルもしくはベンゾインであるか、または各ポリマーが、前記１つ以上の光切断生成物の反応生成物をさらに含む、請求項４に記載のアレイ。
6. 前記モノマーが、紫外線（ＵＶ）光の適用を介して重合された、請求項１～５のいずれか一項に記載のアレイ。
7. 前記ＵＶ光の適用が、約５分間～約６０分間であった、請求項６に記載のアレイ。
8. 前記ＵＶ光の適用が、約２０分間であった、請求項７に記載のアレイ。
9. 前記ＵＶ光が、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長であった、請求項６～８のいずれか一項に記載のアレイ。
10. ポリマーの前記アレイが、各々、約０．５×（６．２５ｍＭ）～約４×（５０ｍＭ）の前記光開始剤の濃度を含む、ポリマースポットを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のアレイ。
11. 前記光開始剤の濃度が、約１×（１２．５ｍＭ）である、請求項１～９のいずれか一項に記載のアレイ。
12. 前記モノマーのうちの１つ以上が、アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレートからなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアレイ。
13. 前記モノマーのうちの１つ以上が、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、アクリルアミド、ヒスタミンアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ，－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、およびＮ－ｔｅｒｔ－オクチルアクリルアミドからなる群から選択される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアレイ。
14. 前記アレイ上の各ポリマーが、１つのモノマーのみを含むホモポリマーであり、前記アレイ上の各ポリマーが、少なくとも２つのモノマーを含むヘテロポリマーであるか、または前記アレイ上の１つ以上のポリマーが、１つのモノマーのみを含むホモポリマーであり、前記アレイ上の１つ以上のポリマーが、少なくとも２つのモノマーを含むヘテロポリマーである、請求項１～１３のいずれか一項に記載のアレイ。
15. 少なくとも３つのモノマーを含む１つ以上のヘテロポリマーを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のアレイ。
16. 前記アレイ上の各ポリマーが、
    ａ．アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、または
    ｂ．２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、アクリルアミド、ヒスタミンアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ、－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、Ｎ，Ｎ’－メチレンジアクリルアミド、１，１，３，３，３－ヘキサフルオロイソプロピルアクリレート、およびＮ－ｔｅｒｔ－オクチルアクリルアミドからなる群から選択される１つ以上のモノマーを含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載のアレイ。
17. 前記基材が、官能化される表面を含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載のアレイ。
18. 前記表面が、シランまたはシロキサンコーティングで官能化されている、請求項１７に記載のアレイ。
19. 前記表面が、アクリロシロキサンで官能化されている、請求項１８に記載のアレイ。
20. 前記アクリロシロキサンが、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－（３－アクリロキシ－２－ヒドロキシプロピル－３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルジメチルクロロシラン、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１９に記載のアレイ。
21. 前記ポリマーが、前記基材に共有結合されている、請求項１～２０のいずれか一項に記載のアレイ。
22. 前記ポリマーが、前記表面上の前記官能化を用いて前記モノマーを直接重合することによって、前記表面に共有結合されている、請求項１７～２１のいずれか一項に記載のアレイ。
23. 前記重合が、前記光開始剤の存在下で、前記基材の前記表面上で起こる、請求項２２に記載のアレイ。
24. 前記アレイが、２５０℃の高温で約５分間加熱した後、検出可能に分解しない、請求項１～２３のいずれか一項に記載のアレイ。
25. 前記アレイが、４００℃の高温で約５分間～約２０分間加熱した後、検出可能に分解しない、請求項１～２４のいずれか一項に記載のアレイ。
26. 前記光開始剤が、約１×（１２．５ｍＭ）におけるＤＭＰＡであり、
    前記ポリマーが、アクリルアミド、２－カルボキシエチルアクリレート、アクリル酸、２－シアノエチルアクリレート、Ｎ－［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、ヒドロキシプロピルアクリレート異性体、４－ヒドロキシブチルアクリレート、Ｎ－ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、Ｎ－（１，１－ジメチル－３－オキソブチル）アクリルアミド、２－メタクリロキシエチルフェニルウレタン、１－アクリロイルオキシ－３－（メタクリロイルオキシ）－２－プロパノール、およびエチレングリコールフェニルエーテルアクリレートからなる群から選択される１つ以上のモノマーを含み、
    前記ポリマーおよびＤＭＰＡは、前記ポリマーおよびＤＭＰＡが前記基材の表面上に堆積された後、約２０分間、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有するＵＶ光に曝露された、請求項１に記載のアレイ。
27. ポリマーの前記アレイが、約１４～約７０のハイドロゲルスポットを含む、請求項１～２６のいずれか一項に記載のアレイ。
28. 非標識分析物を検出するための方法であって、
    １つ以上の非標識分析物を含む１つ以上の試料を、基材上に構成されるポリマーのアレイと接触させることであって、前記ポリマーが、第１の所定の期間の間、紫外線（ＵＶ）光に既に曝露された光開始剤を含む、接触させることと、
    ポリマーの前記アレイ上に配設された前記１つ以上の試料を、第２の所定の期間の間、インキュベーションすることと、
    ポリマーの前記アレイを第３の所定の期間の間、所定の温度で加熱することと、
    撮像デバイスを使用して、前記加熱に応答して生成される１つ以上の比色または発光信号の量を測定することと、を含む、方法。
29. 前記光開始剤が、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＨＣＰＫ）、または２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－プロパノン（ＨＭＰＰ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記光開始剤が、複数のモノマーと同時に前記ＵＶ光に曝露され、それによって、前記モノマーを、前記開始剤および／または前記開始剤の光切断生成物を含むポリマーに重合した、請求項２８に記載の方法。
31. 前記光切断生成物が、ベンゾイルおよびケタール断片のうちの一方または両方を含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記光切断生成物が、ベンジルもしくはベンゾインであるか、または前記ポリマーが、前記光切断生成物の反応生成物をさらに含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記第１の所定の期間が、約５分～約６０分である、請求項２８に記載の方法。
34. 前記第１の所定の期間が、約２０分である、請求項３３に記載の方法。
35. 前記ＵＶ光が、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有する、請求項２８に記載の方法。
36. ポリマーの前記アレイが、各々、約０．５×（６．２５ｍＭ）～約４×（５０ｍＭ）の前記光開始剤の濃度を含む、ポリマースポットを含む、請求項２８に記載の方法。
37. 前記光開始剤の濃度が、約１×（１２．５ｍＭ）である、請求項３６に記載の方法。
38. 前記第３の所定の期間が、約５分である、請求項２８に記載の方法。
39. 前記所定の温度が、約１００℃～約４００℃である、請求項２８に記載の方法。
40. 前記所定の温度が、約２５０℃である、請求項３９に記載の方法。
41. 前記第２の所定の期間が、約１０～約１５分である、請求項２８に記載の方法。
42. 前記光開始剤が、ＤＭＰＡであり、
    ポリマーの前記アレイが、約２０分間、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有するＵＶ光に既に曝露されたＤＭＰＡを含み、
    ポリマーの前記アレイを前記加熱することが、約５分間、約２５０℃でポリマーの前記アレイを加熱することを含む、請求項２８に記載の方法。
43. 前記１つ以上の試料が、１つ以上の尿試料を含む、請求項４２に記載の方法。
44. ポリマーの前記アレイが、約１４～約７０のハイドロゲルスポットを含む、請求項２８に記載の方法。
45. 方法であって、
    光開始剤を含む光開始剤溶液を調製することと、
    各々がモノマーを含む複数のモノマー原液を調製することと、
    ある体積の前記光開始剤溶液を、ある体積の前記複数のモノマー原液の各々および前記複数のモノマー原液の複数の組み合わせに加えて、複数のスポッティング溶液を生成することと、
    所定体積の前記複数のスポッティング溶液の各々を表面上にスポッティングすることと、
    前記スポッティング溶液を含む前記アレイを、所定の期間の間、紫外線（ＵＶ）光に曝露することと、
    それによって、前記表面上にスポットされた前記所定体積の前記複数のスポッティング溶液の各々を重合して、ポリマーのアレイを生成することと、を含む、方法。
46. 前記溶液を前記調製することが、
    ある量の前記光開始剤を、第１の体積のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中に溶解して、原液を生成することと、
    前記原液に、ある体積の鉱油、ある体積の水、ある体積のグリセロール、または第２の体積のＤＭＳＯのうちの少なくとも１つを加えることと、を含む、請求項４５に記載の方法。
47. 前記所定の期間が、約６０分である、請求項４５に記載の方法。
48. 前記ＵＶ光が、約２５０ｎｍ～約４００ｎｍの波長を有する、請求項４５に記載の方法。
49. 前記表面上にスポットされた前記所定体積の前記複数のスポッティング溶液の各々を重合することが、前記表面上にスポットされた前記所定体積の前記複数のスポッティング溶液の各々を、所定の期間、ＵＶ光に曝露し、それにより、前記ＵＶ光が、前記スポッティング溶液中の１つ以上のモノマーの硬化、および前記表面への前記１つ以上のモノマーの共有結合を触媒することを含む、請求項４５に記載の方法。
50. 前記光開始剤が、２，２－ジメトキシ－２－フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）、１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＨＣＰＫ）、または２－ヒドロキシ－２－メチル－１－フェニル－１－プロパノン（ＨＭＰＰ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項４５に記載の方法。
51. 方法であって、
    プロセッサにおいて、かつ複数の被験体に対して、（１）その被験体と関連付けられた１つ以上の試料と接触し、かつ（２）所定の温度で所定の期間加熱された、複数のアレイスポットの比色または発光信号プロファイルと関連付けられた画像データを受信することであって、前記複数のアレイスポットの各々が、紫外線（ＵＶ）光に既に曝露された光開始剤を有する異なるハイドロゲル組成物を含む、受信することと、
    前記複数の被験体の各々に対して、その被験体と関連付けられた前記画像データを処理して、前記複数のアレイスポットの各々に対して色強度値を生成することと、
    前記複数の被験体の各々に対して、ニューラルネットワークを訓練して、その被験体以外のおよび前記複数の被験体の各被験体と関連付けられた前記色強度値を使用して、前記ニューラルネットワークを較正することによってその被験体を分類することと、
    前記複数の被験体の各々に対して、その被験体に対して訓練された前記ニューラルネットワークを使用して、その被験体の診断分類を予測することと、を含む、方法。
52. 前記画像データを処理して、前記複数のアレイスポットの各々に対する前記色強度値を生成することが、前記複数のアレイスポットの各々に対する赤、緑、および青の画素強度を合計することを含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記ニューラルネットワークが、多層パーセプトロンである、請求項５１に記載の方法。
54. 前記多層パーセプトロンが、約２１０ノードを有する入力層と、約３０ノード～２５０ノードを有する隠れ層と、を含む、請求項５３に記載の方法。
55. 前記ニューラルネットワークが、活性化関数として整流器を使用し、制限付きメモリＢｒｏｙｄｅｎ－Ｆｌｅｔｃｈｅｒ－Ｇｏｌｄｆａｒｂ－Ｓｈａｎｎｏ（Ｌ－ＢＦＧＳ）アルゴリズムを使用してロジスティック回帰を実施する、請求項５１に記載の方法。
56. 前記診断分類が、健康な分類および少なくとも１つの癌分類を含む複数の診断分類から選択される、請求項５１に記載の方法。
57. 前記診断分類が、健康な分類、複数の癌分類、およびＢ型肝炎ウイルス感染分類を含む、複数の診断分類から選択される、請求項５１に記載の方法。
58. 被験体における疾患、障害、または病態の状態を判定する方法であって、
    請求項１～２７のいずれかに記載のアレイを前記被験体からの１つ以上の分析物と接触させることと、
    第１の期間の間、前記アレイ上の前記１つ以上の分析物をインキュベーションし、それによって、前記１つ以上の分析物の一部分が前記アレイ上で捕捉されることを可能にすることと、
    第２の期間の間、所定の温度で前記アレイを加熱することと、
    撮像デバイスを使用して、前記加熱に応答して生成される１つ以上の比色または発光信号の量を測定することと、を含む、方法。
59. 接触工程が、（ａ）前記アレイを前記被験体の１つ以上の身体試料と接触させること、（ｂ）前記アレイを、前記被験体の血液、血清、血漿、尿、便、唾液、胆汁、髄液、間質液、胃液、涙液、溶媒、および乳、インビトロ試料、もしくは環境試料のうちの少なくとも１つと接触させること、（ｃ）前記アレイを、前記被験体の血漿および尿のうちの１つ以上と接触させること、または（ｄ）（ａ）～（ｃ）のうちの２つ以上の組み合わせを含む、請求項５８に記載の方法。
60. 前記被験体から、または前記被験体から取得された試料から、前記１つ以上の分析物を取得することをさらに含む、請求項５８または５９に記載の方法。
61. 前記測定に基づいて、前記アレイの１つ以上の画像またはその１つ以上の表現を取得することをさらに含む、請求項５８～６０のいずれか一項に記載の方法。
62. 前記第２の期間が、約５分である、請求項５８～６１のいずれか一項に記載の方法。
63. 前記所定の温度が、約１００℃～約４００℃である、請求項５８～６２のいずれか一項に記載の方法。
64. 前記所定の温度が、約２５０℃である、請求項５８～６２のいずれか一項に記載の方法。
65. 前記１つ以上の試料が、１つ以上の尿試料を含む、請求項５８～６４のいずれか一項に記載の方法。
66. 前記判定が、請求項５１～５７のいずれか一項に記載の方法を介したものである、請求項５８～６５のいずれか一項に記載の方法。
67. 前記疾患が、癌である、請求項５８～６６のいずれか一項に記載の方法。
68. 前記疾患が、ウイルスである、請求項５８～６６のいずれか一項に記載の方法。
69. 前記被験体が疾患を有すると判定された場合に、前記被験体を療法を用いて治療することをさらに含む、請求項５８～６７のいずれか一項に記載の方法。
70. 前記療法が、手術、化学療法、免疫療法、またはそれらの組み合わせを含む、請求項６９に記載の方法。

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