JP2024502991A - 空気中の揮発性有機化合物の検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

空気中の揮発性有機化合物の検出のためのシステムおよび方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2024502991A
JP2024502991A JP2023541257A JP2023541257A JP2024502991A JP 2024502991 A JP2024502991 A JP 2024502991A JP 2023541257 A JP2023541257 A JP 2023541257A JP 2023541257 A JP2023541257 A JP 2023541257A JP 2024502991 A JP2024502991 A JP 2024502991A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
biochip
air
membrane
cells
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023541257A
Other languages
English (en)
Inventor
オシオレノヤ イー． アガビ
ルノー ルノー
Original Assignee
コニク インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コニク インコーポレイテッド filed Critical コニク インコーポレイテッド
Publication of JP2024502991A publication Critical patent/JP2024502991A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B01L2300/044—Connecting closures to device or container pierceable, e.g. films, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0883—Serpentine channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/10—Means to control humidity and/or other gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/168—Specific optical properties, e.g. reflective coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0472—Diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/12—Well or multiwell plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/02—Membranes; Filters

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

空気中の揮発性有機化合物を検出するためのバイオチップ（22）は、生細胞を保持するための1つまたは複数のウェルを含む。各々のウェルを液体源に接続する毛細管を使用することができる。液体源は、チップ上のリザーバであっても、またはシステムの液体供給源であってもよい。空気流路が、膜によって各々のウェルから隔てられる。バイオチップの少なくとも一部分は、細胞の蛍光の光学的検出を可能にするために透明である。空気中の揮発性有機化合物を検出するためのシステム（20）は、揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、嗅覚受容体への揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発するカルシウム感受性蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞の蛍光を検出するように適合された光学システム（24）を有する。TIFF2024502991000002.tif151169

Description

本発明の分野は、空気中の揮発性有機化合物（VOC）の検出である。
発明の背景
揮発性有機化合物（VOC）は、その揮発性ゆえに、空気中に容易に拡散する天然または人工の化合物である。多くのVOCは、長期間の曝露で人間および環境に有毒である。VOCは、爆発物にも関連する。したがって、VOCを検出することが、人間の安全および安心ならびに環境のより良好な保全に重要である。VOCを検出するためにさまざまな技術が提案され、使用されているが、それらは、ばらつきのある成功しか収めていない。したがって、VOCを検出するためのより良いシステムおよび方法が必要とされている。
発明の簡単な記述
VOCを検出するためのシステムは、生きている生体細胞を使用する。進化論的観点から、システムとしての生体細胞は、さまざまな分子を検知する目的で、数百万年にわたって微調整されてきた。細胞は、エネルギーに関して効率的かつ屈強であるように進化してきた。細胞は、自身を修復し、環境の変化に適合することができる。さらに、細胞は、遺伝子組み換えを通じてさまざまなやり方で初期化および操作することができる。
人間において、嗅覚は、一般に、鼻上皮に位置し、その表面に嗅受容体（olfactory receptor）または嗅覚受容体（odorant receptor）（OR）を発現するニューロンの一種によって達成される。各々の嗅覚ニューロンは、通常は、生物のゲノムに存在する数百種類のOR遺伝子のうちの1種類のOR遺伝子のみを発現する。吸い込んだ空気からの臭気分子またはVOCが、適した受容体に結合すると、この事象は、電気シグナルをもたらす一連の反応を引き起こす。これらのシグナルまたはスパイクは、脳内に伝播し、さらに処理されて、複雑な嗅覚を生じさせる。
細胞を、受容体を発現するように改変することが可能である。受容体は、嗅覚受容体であってよい。受容体は、野生型の受容体であってよい。受容体は、遺伝子改変受容体などの改変受容体であってよい。受容体は、特定の化合物に対する結合特異性を高めるために、または、広く調整された受容体から狭く調整された受容体へと受容体を変化させる、もしくはその反対へと受容体を変化させるために、改変されてよい。細胞は、1種類の特有な受容体のみ、または2種類以上の特有な受容体を発現するように改変されてよい。細胞は、2種類の特有な受容体を発現するように改変されてよい。細胞は、3種類以上の特有な受容体を発現するように改変されてよい。受容体は、ヒトの受容体、マウスの受容体、イヌの受容体、昆虫の受容体、または他の種のタイプの嗅覚受容体であってよい。
ORの活性化は、最終的に、細胞質カルシウム濃度の増加をもたらし、これを、カルシウム感受性蛍光レポーターを使用して測定することができる。それらは、FIP-CBSM、Pericam、GCaMP TN-L15、TNhumTnC、TN-XL、TN-XXL、Twitch、RCaMP1、jRGECO1a、または任意の他の適切な遺伝的にコードされたカルシウム指示物質を含み得る。臭気分子がその受容体に結合することにより、細胞が放出する蛍光の増加が引き起こされる。したがって、光学検出器を使用して、非接触なやり方で細胞応答を測定することができる。本システムおよび方法は、蛍光を検出する光学検出器を使用してVOCを検出する。
本システムにおいて使用されるバイオチップは、揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、嗅覚受容体への揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルを有する。毛細管は、各々のウェルを液体源へと接続する。空気流路は、膜によって各々のウェルから分離される。生細胞は、膜の第1の面に結合し、空気流路の壁が、膜の第2の面によって形成される。バイオチップの少なくとも一部分は透明であってよい。
図面において、同一の要素番号は、各々の図中の同一の要素を示している。
VOC検出システムの概略図である。 図1のVOC検出システムの光学システムの概略図である。 マイクロ流体バイオチップの底面斜視図である。 図3に示したマイクロ流体バイオチップの上面斜視図である。 図3および図4のマイクロ流体バイオチップの底面斜視図であり、図4に示した上部ホイルまたはシール層は、説明の目的のために取り除かれている。 別のマイクロ流体バイオチップの底面斜視図であり、上部ホイルまたはシール層は、説明の目的のために取り除かれている。 他のマイクロ流体バイオチップの底面斜視図であり、上部ホイルまたはシール層は、説明の目的のために取り除かれている。 図3および図4に示したマイクロ流体バイオチップの上面分解斜視図である。 オスモル濃度制御システムの概略図である。 検出システムの正面斜視図であり、上部カバーは説明の目的のために取り除かれている。 上部カバーが定位置にある図8の検出システムの側面斜視図である。 カバーの外側に別の集水容器を有する図8の検出システムの側面斜視図である。 図8および図9に示した検出システムの構成要素の拡大正面図である。 検出システムの構成要素をハウジングから取り出して示した正面図である。 図1に示した検出システムにおいて使用するための4つの光チャネルを有する光学システムの上面図である。 バイオチップローダの正面図である。 図13に示したバイオチップローダの側面図である。 図13および図14に示したバイオチップローダの上面図である。 図8～図12に示した検出システムにバイオチップを装填および脱装填するように位置した図13～図15のバイオチップローダの上面図である。
詳細な説明
図1および図2を参照すると、基本的な形態において、VOC検出システム20は、マイクロ流体バイオチップ22などの細胞キャリアまたは基板と、光学システム24と、電子システム26とを含む。マイクロ流体バイオチップ22は、細胞30と、培地または水32と、ウイルス、細菌、および塵埃などの汚染物質に対するバリアを細胞に提供する膜36とを含む。細胞は膜36に結合し、細胞がVOCなどの浮遊臭気物質とより効果的に相互作用することを可能にする。光学システム24の各々のチャネルまたは光路は、青色LED46などの発光体と、レンズ40A、40B、40C、および40Dと、光学フィルタ42Aおよび42Bと、ダイクロイックミラー44と、フォトダイオード48などの光検出器とを1つまたは複数含む。
図1は、2つの光路を有し、各々の光路が上記の要素を有している態様を示しているが、システムは、意図される用途に応じて、単一の光路または多数の光路を備えるように設計されてもよい。図1の電子システム26は、青色LED46およびフォトダイオード48へと電気的に接続され、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）の形態のデジタルロックインアンプ52を含むことができる。電子システム26は、薄膜トランジスタ（TFT）ディスプレイなどの出力装置を有する。あるいは、検出システム20からの出力または報告は、WIFI、セルラー、RF、または有線接続を介して提供されてもよい。電子システム26は、検出システム20の位置の検出および報告のためのGPSユニットを含むことができる。さらに、電子システム26は、制御ソフトウェアまたは回路、ならびに検出事象および他のデータを記録するためのメモリを含むことができる。検出システム20は、配置および使用における柔軟性を可能にするために、バッテリ28によって動作してもよい。
ここで図3～図6を参照すると、とりわけ図6に示される例において、マイクロ流体バイオチップ22は、下部層または第1の層68と、第2の層66、第3の層64、および第4の層62を含む中間層と、第5の層または上部層60とを有する。層は、PETプラスチックシート（ポリエチレンテレフタレート）から、または他の材料、例えばシリコン、溶融シリカ、ガラス、さまざまなポリマーのいずれか、例えばポリジメチルシロキサン（PDMS;エラストマー）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリカーボネート（PC）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、高密度ポリエチレン（HDPE）、ポリイミド、環状オレフィンポリマー（COP）、環状オレフィンコポリマー（COC）、エポキシ樹脂、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、クロム、およびチタン）、またはこれらの材料の任意の組み合わせから、レーザ切断されてよい。
層を、接着剤、溶剤接着、またはクランプを介し、あるいは生体適合性両面テープおよびホットプレスを使用することによって、貼り合わせる、および封止合わせることができる。層は、任意で、プラズマボンディングを使用して組み立てられるガラスおよび/またはPDMS（ケイ素系有機ポリマー）から製作されてよい。細胞を青色LED46などの光源に曝すことができ、細胞が放出する蛍光をフォトダイオード48によって検出することができるように、細胞の下方にある層は、半透明または透明である。細胞30の上方にある層は、任意で、細胞を上方から見ることができるように、透明であってもよい。そうでない場合、細胞の上方にある層は、プラスチックまたは金属などの不透明な材料であってもよい。
図5および図6に示されるように、第5の層60および第4の層62は、細胞30を保持するためのウェル72を提供する貫通孔を有する。第3の層64の下面に接したPTFE膜などの膜65が、ウェル72の底部を封鎖する。膜を透明にし、細胞の付着を促進するように、膜を処理することができる。膜への細胞の付着は、バイオチップ22内の空気流路84から膜65を通って移動するVOCのより良好な検出を可能にする。図示の例は、4つのウェル72を正方形の配列にて有しているが、ウェルについて、他の数、パターン、および形状を使用してもよい。第4の層62内の毛細管80が、第5の層60内の水入口76を各々のウェル72へと接続する。毛細管80は、組み立て前に第4の層62へとエッチングされてよい。
空気入口74が、第5の層60、第4の層62、および第3の層64を通って延在し、第2の層66内に形成された空気流路84に接続している。図6に示されるように、空気流路84は、S字状の構成で、各々のウェル72の下方に延在している。膜65が空気流路84を上方から囲む一方で、第1の層68が空気流路84を下方から囲む。膜65は、ウェル72内の細胞30を空気流路84から隔てる。空気流路84は、細胞30が、膜65を通って移動するVOCなどの要素により良好に曝されるように、ウェル72の下方の位置において、より広くてもよい。あるいは、位置は、空気入口73が第1の層または下部層を通って延在することによって逆にされてもよい。バイオチップが図5Bおよび図5Cに示されるようにチップ上のリザーバまたは液体源を有する場合、バイオチップの上部に開口部を配置することが、リザーバおよび/またはウェルの充填に関して好都合となり得る。
図6は、一例として、両面テープの層66Aおよび66Cを使用して第1の層68および第3の層64に貼り付けられた第2の層66を示している。あるいは、層は、接着剤、締結具、プラスチック溶接、または他の技術を使用して貼り付けられてもよい。層をマイクロ流体バイオチップ22へと組み立てる際に層を固定具上に正確に整列させるために、各層の角部に整列孔82を設けることができる。
図5Bおよび図5Cが、図5Aのバイオチップ22とは異なり、水入口76を有していない別のバイオチップ22Bおよび22Cを示している。むしろ、バイオチップ22bは、水で満たされたチップ上のリザーバ81を有する。各々のウェル72に、毛細管83を介して水が供給される。細胞30がウェル内に配置されると、水がバイオチップ22B内に導入されてよい。水は栄養素を含んでよい。図5Cにおいて、バイオチップ22Cは、複数の別個のリザーバ85を有する。各々のリザーバ85は、毛細管87を介して単一のウェル72に水を供給する。具体的なバイオチップの設計およびウェルの数に応じて、図5Bのように単一のリザーバがすべてのウェルに水を供給しても、図5Cのように各々のウェルが別個のリザーバに接続されても、1つまたは複数のリザーバが1つまたは複数のウェルに接続されてもよい。場合によっては、チップ上のリザーバおよび外部の水源の両方を使用しても、両方を省略してもよい。例えば、2個、4個、8個、16個、32個、64個、96個または98個、100個、128個、など、さまざまな数のウェルを有するバイオチップ22を使用することができ、最大1000個またはそれ以上が、特殊な用途である。
マイクロ流体バイオチップ22が組み立てられて使用の準備ができた後に、細胞30が第5の層の上部からウェル72内に配置され、細胞は膜65の上に播種され、細胞は膜65に結合する。次いで、箔または穿刺可能なシール層70を第5の層60の上面に接着して、ウェル72、ならびに水入口76、空気出口78、および空気入口74を覆って封止することができる。箔またはシール層70は、バイオチップ22の上部への光の進入も防止する。これにより、蒸発が低減され、光検出器からの信号に影響を及ぼす迷光が回避される。したがって、マイクロ流体バイオチップ22は、環境に対して効果的に封止される。バイオチップ22は、例えば30日ごとに交換されるように意図された使い捨てユニットとして製造されてよい。
マイクロ流体バイオチップ22は、図1、図2、および図8～図10に示される検出システム20において動作するように設計されているが、他のシステムにおいても同様に使用することが可能である。図8、図9、および図10を参照すると、検出システム20において、光学システム24、電子システム26、およびバッテリ28は、ハウジング90内に収容される。フレーム112が、ベース110の上部に配置される。フレーム112は、マイクロ流体バイオチップ22を受け入れるように適合された検出システムスロットまたは前部開口部136を有する。ベース110およびフレーム112は、ガイドポスト128の定位置に固定されてよい。上部プレート114が、1つまたは複数のジャッキねじモータ122によって回転させられる1つまたは複数のジャッキねじ120上に支持される。ジャッキねじ120およびジャッキねじモータ122は、上部プレート114をフレーム112に向かうおよびフレーム112から遠ざかるように上下させるエレベータを形成する。上部プレート114の角部のブッシュが、ガイドポスト128に接した状態で摺動し、上部プレート114が垂直方向に移動する際の横方向の移動を防止する。あるいは、上部プレート114が定位置に固定され、フレーム112およびマイクロ流体バイオチップ22が垂直方向に移動してもよい。
水または液体培地供給容器94は、マイクロ流体バイオチップ22が検出システムスロット136に設置された場合にマイクロ流体バイオチップ22の水入口76の上方の整列する位置において上部プレート114を貫通する水供給管96に接続される。バキューム管100は、水収集容器104から、上部プレート114を通って、マイクロ流体バイオチップ22が検出システムスロット136に設置された場合にマイクロ流体バイオチップ22の空気出口78の上方の整列する位置まで、延在する。同様に、空気入口管は、上部プレート114を通り、バイオチップ22の空気入口74の上方の整列する位置まで、延在する。上部プレート114が上方位置にある状態で、バイオチップは環境から封止されている。上部プレート114が下方に移動してバイオチップ22と係合すると、水供給管96、バキューム管100、および空気入口管がシール層70を穿刺して、バイオチップ22との流体の接続を形成する。
ポンプ管102は、バキュームポンプ98の入口を水収集容器104に接続する。バキュームポンプ98の出口は、出口108に通じる。別の設計においては、バキュームポンプ98の代わりに陽圧ポンプを使用することができ、空気は、真空によって空気流路を通って引き込まれるのではなく、陽圧下で空気入口に送り込まれ、空気流路を通過する。
検出システムの構成要素は、カバー92によって囲まれるハウジング90の中またはハウジング90の上にあってよい。図9Aに示されるように、水供給容器94および水収集容器104と整列した視認窓106をハウジング90の側壁を貫いて設け、容器内の水位の目視検査を可能にしてもよい。検出システム20は、バイオチップ22から積極的に水を取り出すことがない。しかしながら、空気流路を移動する空気中の湿気が凝縮して液体の水となる可能性があり、これが水収集容器104へと移動し、水収集容器104に集められる。
図8に示されるように、出口108は、ハウジングの前壁を貫いて延在してよい。やはり図8に示されるように、電子システム26は、ハウジング90上のオン/オフスイッチ132と、バッテリ28を充電し、あるいは電子システム26をUSBケーブルを介して別の装置にインターフェースさせるためのUSBポート134とを含むことができる。図10～図12に示されるように、検出システムスロット136内に突出するローラ126が、バイオチップ22を検出システムスロット136内に案内するように回転可能である。任意で、ローラ126を、この目的のために、1つまたは複数の装填モータ124によって回転させてもよい。この場合、1つまたは複数のセンサまたはスイッチ125が、検出システムスロットにおけるバイオチップの存在を検出し、装填モータ124をオンにする。装填モータ124およびローラ126は、バイオチップ22を水平方向に移動させるためのバイオチップムーバを提供する。リニアアクチュエータ、ラックアンドピニオンプラットフォーム、ソレノイド、などの別の形態のバイオチップムーバを、装填モータ124およびローラ126の代わりに使用してもよい。バイオチップムーバは、単一方向のアクチュエータおよび/またはばね要素を備えることができる。バッテリ28、光学システムのLED46およびフォトダイオード48、ジャッキねじモータ122、ならびに装填モータ124は、後述の動作を制御する電子システム26の制御基板130へと電気的に接続される。
使用時に、細胞30および水または培地が、マイクロ流体バイオチップ22のウェル72へと供給される。次いで、箔層70が、ウェル72を封止するために第5の層60を覆って適用される。これにより、マイクロ流体バイオチップ22はすぐに使用することができる状態であるが、任意で、マイクロ流体バイオチップ22は、細胞が寿命を維持するのに十分な水および栄養素を有する状態で数日間または数週間にわたって保存されてもよい。
検出システム20が所望の位置に配置される。検出システムはコンパクトであり、外部接続を必要としないため、検出システムを多種多様な場所で使用することが可能である。検出システム20がスイッチ132によってオンにされる。マイクロ流体バイオチップ22が検出システムスロット136に装填される。ジャッキねじモータ122がオンにされ、ジャッキねじ120を回転させて、上部プレート114をマイクロ流体バイオチップ22に向かって下降させる。水供給管96およびバキューム管100の先端が、箔層70を穿刺し、マイクロ流体バイオチップ22の水入口76および空気出口78にそれぞれ係合する。バキュームポンプ98がオンにされ、空気流路84を通って空気を引き込む。また、光学システム24もオンにされる。任意で、検出システムの付近の周囲空気をサンプリングするのではなく、空気を特定の位置からより良好にサンプリングするために、延長管を空気入口に設けることができる。使用時に、空気入口または延長管が、VOCの存在を検査するために、空気サンプルまたは周囲空気を引き込む。
マイクロ流体バイオチップ22へと引き込まれた空気中のVOCは、膜65を通過して細胞30の適切なORに結合し、ミラー44によってウェル72へと反射された青色LED46または他の光源によって照射された場合に蛍光を最終的に発生させるシグナルを生じさせる。蛍光は、存在する場合、フォトダイオード48によって検出される。次いで、検出事象を、表示、送信、および/または記録することができる。
水供給管96の先端が水入口76に係合した状態で、水または他の培地が、毛細管作用によって水供給容器94（使用されている場合）から毛細管80を通ってウェル72に流入し、細胞30に供給される。結果として、細胞30は、毛細管80から（水供給容器またはチップ上のリザーバによる）水の供給を受け、膜65を通過するVOCに曝されるが、細胞30は、それ以外では環境から封止されている。
空気のサンプリングが完了すると、マイクロ流体バイオチップ22を検出システム20から取り外し、あるいは排出し、新しいマイクロ流体バイオチップ22と交換することができる。
検出システム20は、複数のバイオチップ22を格納し、バイオチップ22を検出システム20に自動的に装填および脱装填することができる図16に示される複合ユニット148を共に形成するバイオチップローダ150を備えることができる。ローダ150は、検出システム20が長時間にわたって無人で動作することを可能にする。図13～図15は、ハウジングが存在しないローダ150を示している。一般に、ローダ150は、図8～図9に示したハウジング90と同様であってよいハウジングに収容される。あるいは、ローダ150および検出システム20を単一のハウジング内に一緒に設けてもよい。いずれの場合も、ローダ150は、検出システム20に対して所定の位置に固定され、両者の間でのバイオチップ22の移動を可能にする。さらに、ローダ150は、制御基板130または検出システムの電子システム26の他の構成要素へと電気的に接続されてよく、制御基板130は、検出システムおよびローダ150の両方を制御する。
図13～図14に示されるように、ローダ150は、フレームベース154とモータプレート158とに取り付けられたガイドポスト128を含む、フレーム152を有する。リフトプレート166は、ジャッキねじ120を回転させるジャッキねじモータ122によって駆動されて、ガイドポストに接した状態で垂直方向に移動可能である。ブッシュ168が、摺動摩擦を低減し、横方向の動きを防止しながら、ガイドポスト128に接した状態でのリフトプレート166の垂直方向の摺動を可能にする。ガイドウェイ160が、フレームベース154とモータプレート158とに取り付けられた支柱164によって、フレーム152内に形成される。支柱164は、リフトプレート166の開口部を通る。ガイドウェイ160は、リフトプレート166上にバイオチップ22の積み重ねを保持するように構成される。ローダスロット180が、ガイドウェイ160の上部に設けられ、バイオチップ22のガイドウェイ160内への配置を可能にする。
図13は、ローダ150内の3つのバイオチップ22の積み重ねを示しているが、ローダは、例えば2～10個、あるいはそれ以上のバイオチップ22を保持する能力を有してよい。ローダ150の正面図である図13は、前部支柱164の上端を貫く開口部または切り欠き部分182によって形成されたローダスロット180を示している。後部支柱も同じ設計を有することができ、したがって、ローダスロット180は、ローダ150の前部から後部までガイドウェイ160を完全に貫いて延在する。
リミットスイッチまたはセンサ174が、ガイドウェイ160の底部に配置され、リフトプレート166が完全に下降した位置にあることを感知することができる。カメラ170または他の光学検出器をモータプレート158の下面に設け、ローダ150内のバイオチップ22の存在および/もしくは数を視覚的に検出し、ならびに/またはシール層上のバーコードなどのバイオチップ上の識別子を読み取ることができる。図13～図15を参照すると、ローダ150は、モータプレート158上に4つの装填モータ124の形態で設けられてよいバイオチップムーバを有する。各々の装填モータは、バイオチップ22をローダ150に装填および脱装填するためにローラ126を回転させる。
使用時に、ローダ150のリフトプレート166は、ジャッキねじ120を回転させるジャッキねじモータ122によって、ガイドウェイの底部または底部付近まで下げられる。複数の新しいバイオチップまたは未使用のバイオチップ22が、ローダスロット180を通ってガイドウェイ160内のリフトプレート166上に（手作業で）挿入される。バイオチップ22は、バイオチップをただ1つの正しい向きでのみ装填できるように、ローダスロット180とのキーを備えてもよい。あるいは、バイオチップ22は、ただ1つの正しい向きでの装填のみを可能にする突起または他の特徴を有してもよい。複合ユニット148において、検出システム20およびローダ150は、ローダ150の前部をローダ150の前部に面するようにし、ローダのローダスロット180を検出システムスロット136と隣接させかつ垂直方向および水平方向に整列させて、所定の位置に固定される（例えば、ハウジングまたは取り付けプレートの所定の位置にボルトで固定される）。この設計において、バイオチップ22は、ローダ150の後部のローダスロット180を通ってローダ150に装填されてもよい。
複合ユニット148が所望の部屋もしくは空間に配置されるか、または位置した状態で、電気システムがスイッチ132を使用してオンにされる。制御基板130が、ローダ150内の1つまたは複数のバイオチップ22の存在を確認し、任意で、システムチェック、記録、報告、などの他の機能を実行する。制御基板は、ジャッキねじモータ122を作動させてリフトプレート166を上昇させ、最も上方のバイオチップ22をローダスロット180と垂直方向に整列させる。ローダ150および検出システム20の装填モータ124は、ローラ126によって最も上方のバイオチップをローダ150から検出システム20へと移動させる順方向にオンにされる。検出システム20が、上述のようにVOCを検出すべく動作する。
動作中のバイオチップ22内の細胞は、例えば3～10日間など、数日間にわたって有効に動作することができる。バイオチップの動作の持続時間は、細胞の生存度ではなく、受容体（OR）がどれだけ持続できるかの関数である。優れたORを有する細胞は、10日間よりも長く動作することができる可能性がある。封止されたバイオチップ内の細胞のORは、最大6週間にわたってローダ150内で保存可能である。ORの有効期間にかかわらず、所定の時間間隔の後、または他の要因によってORがもはや十分に動作していないと判定された後に、制御基板130は、使用済みのバイオチップ22の交換を開始させる。装填モータ124が逆方向に回転させられ、検出システム20の装填モータは、使用済みのバイオチップ22を検出システム20から再びローダ150内の空のローダスロット180へと移動させる。やはり逆方向に回転する検出システム20の装填モータ124は、使用済みのバイオチップ22を空のローダスロット180を通って移動させ、使用済みのバイオチップは、ローダ150の後部から収集場所へと排出される。制御基板が、ジャッキねじモータ122を動作させてリフトプレート166を上昇させ、ガイドウェイ160内の次のバイオチップをローダスロット180と垂直方向に整列させる。装填モータ124が、順方向に再びオンにされ、次のバイオチップをローダ150から検出システム20へと移動させる。この手順が、ローダ150内のすべてのバイオチップ22が使用されるまで継続される。制御基板は、技術者と無線で通信して、検出結果ならびに/または診断および状態データを提供することができ、あるいは技術者による複合ユニット148の動作の遠隔制御を可能にすることができる。
図5Bおよび図5Cに示されるような水リザーバを有するバイオチップと共に使用される場合、水供給容器94は省略されてもよい。図9Bを参照すると、水収集容器104は、カバー92の外面のホルダ101に支持された外部の収集容器97によって置き換えられてもよい。この場合、ポンプ管102は、継手95を介して外部の収集容器97に取り外し可能に固定されてよい外部の収集容器97の入口管93に接続される。システムから取り出された水は、ゲルまたは他の吸水材料を含んでよい外部の収集容器97に集められる。外部の収集容器97を、バイオチップの交換時や、選択された数のバイオチップがシステムを循環した後に、カバーを開くことなく、取り外して新しい外部の収集容器97と交換することができる。
OR（嗅覚受容体）は、ヒト（600種類のOR）およびマウス（1300種類のOR）のゲノムから抽出された、あるいはイヌ、ゾウ、昆虫、などの他の動物から抽出された配列であってよい。天然には見られない配列を有する合成ORを使用してもよい。そのような合成構築物は、それらの配列および天然ORとの機能的類似性に基づき、依然としてORとみなされる。
使用される細胞型として、一般的に使用されるHEK293（ヒト胎児腎臓）細胞に由来するHana3A細胞株が挙げられる。この細胞株は、受容体輸送タンパク質RTP1、受容体発現促進タンパク質REEP1およびREEP2、ならびにシグナルの変換に必要なタンパク質Gαolfなど、ORの発現を助けるアクセサリータンパク質を含む。使用され得る第2の細胞型は、ラット胎仔脳から抽出され、インビトロで増殖させた初代星状膠細胞である。どちらの細胞型も、VOCの検出において等しく良好に機能することが示されている。米国特許出願第63/189,015号に開示されているORを使用することもできる。
測定可能な応答を生じさせるために必要な細胞の数は、細胞の輝度および蛍光検出器の感度に依存する。説明した可搬型システム20においては、約10,000個の細胞が各々のウェルに使用される。図12に示される設計において、光学システムは、各々のウェルに1つずつの、4つの光路を有し、各々の光路は、図2に示されるような構成要素を含む。
図1に示される例においては、励起光と放射光とを分離するために、バンドパスフィルタ42およびダイクロイックミラー44が使用される。各々の細胞集団の励起源は、コリメートレンズ（Thorlabs LB1157）および青色励起フィルタ（Semrock FF01 469-35）に結合させた15度の視野角を有する青色LED46（Nichia NSPB500AS）であってよい。ダイクロイックミラー（Semrock FF506）が、励起光をバイオチップ22内の細胞に向かって反射させる。ダブレットのレンズが、励起光を細胞へと集束させ、次いで、放射光を再び平行にする。放射光は、ダイクロイックミラーを横切り、緑色発光フィルタ（Semrock FF01 525-39）によって散乱励起光からフィルタ処理される。フィルタ処理後の放射光は、レンズによってシリコンフォトダイオード48（Vishay VEMD5510C）上に集束される。
図2に示されるように、蛍光レポーターは、青色光によって励起され、緑色光を放出することができる。レポーターがカルシウムの存在下にある場合、変換率が大きく向上し（30倍超）、これは、細胞が臭気物質を検出した場合に放出される緑色光の増加をもたらす。
細胞の迅速な応答を生じさせるために、好都合には、細胞を外部環境から分離する膜65上に、細胞を直接播種する。このような薄い膜に電極を埋め込むことは困難であるため、本システムは、非接触な光学的やり方でカルシウムフラックスを監視する。
1つの集団から収集される蛍光は、細胞の数およびカルシウムレポータータンパク質の発現レベルに依存する。細胞数は、システムが神経細胞などの分裂しない細胞を使用する場合、変化しない。HANA3A細胞などの分裂する細胞における細胞数は、利用可能な空間に基づいて分裂することによって単層コンフルエンスへと成長し、互いに接触すると分裂を停止する。各々の細胞において機能する蛍光レポーターの数は、天然のタンパク質の代謝回転および光退色（光によって引き起こされる蛍光分子の損傷）ゆえに時間につれて減少し得る。しかしながら、細胞は、この損失を補償する新しい蛍光タンパク質を連続的に産生し得る。
蛍光レベルは、フォトダイオード48によって電圧に変換され、監視またはさらなる処理のためのデジタル化が容易に可能である。蛍光の変化は、数秒の時間尺度で生じる。そのような低い周波数においては、周囲の電気的および光学的ノイズが、真の蛍光信号よりも著しく大きい影響をフォトダイオード電圧に及ぼす。これを、蛍光信号に高周波シグネチャをもたらし、他の周波数をフィルタ処理することによって回避することができる。例えば、以下の工程を使用することができる。
1. 励起LED46を6kHzで点滅させることにより、蛍光の発光に同じ周波数を持たせる。
2. 生の蛍光信号を、同じ周波数および同じ位相の参照信号で乗算する。2つの周期信号の積は、それらの周波数が異なる場合にゼロになる傾向があるため、ノイズ（6kHzではない）の大部分が大幅に減衰させられる。
3. 積をローパスフィルタで平滑化して高周波振動を除去し、DC成分のみを保持する。
図1の例に示されるように、最初のアナログ-デジタル変換（ADC）工程は、元々は活動電位を記録するように設計された低ノイズ電気生理学チップ（Intan RHD2132）によって実行される。デジタルロックインアンプは、Verilogで設計され、SPARTAN6 FPGAボードに実装される。ロックイン出力を、FPGAボードに接続されたTFT画面上に表示することができ、あるいはカスタムの並列通信プロトコルを介してオンボードコンピュータ（Raspberry Pi Zero）に送信することができる。
オンボードコンピュータは、生の蛍光強度を検出事象へと変換するためにライブ分析を実行することができる。この処理は、最初に、先行の30秒間にわたる信号の導関数の平均および標準偏差を計算することからなってよい。瞬間の導関数が、平均の導関数にRMSのC倍を加えたものを、検出の精度または速度のいずれかを優先するように選択される少なくともn秒間にわたって上回る場合 (dF＞dF＋C X ((dF－dF)2))1/2、検出が生じる。
細胞が生存する膜65は、制御された細胞環境を外気から分離する界面を提供する。膜は、好都合には、VOCが数秒で膜を横切って拡散することを可能にし、生物的汚染物質が細胞培地に進入して細胞に損傷を与えることを防止し、細胞を可視化するために光学的に透明であり、細胞の付着および増殖に化学的に適合し、機械的、化学的、および熱的耐性を有することができる。
膜は、高い多孔度（75％）ならびに細菌およびほとんどの関連ウイルスよりも小さい30nmの最大孔径を有する薄い（15ミクロン）PTFE（テフロン（登録商標））膜であってよい。膜は、乾燥時に不透明であってよいが、イソプロピルアルコールなどの低い表面張力の流体で膜を濡らした後に、膜は透明になり、片面がIPA、水、または細胞培地に接触したままである限り、透明を保つことができる。その薄さにもかかわらず、膜は丈夫であり、摂氏200度を超える温度に加熱することができ、これにより、一部の用途に関して外側を凝着防止材料でコーティングすることができる一方で、内向きの面を、プラズマで処理し、ポリ-D-リジンでインキュベートすることによって、細胞の付着を改善することができる。酸化ケイ素（SiO2）膜も使用可能である。
事前濃縮器を使用して、VOCを吸着し、加熱時に脱着することができる。
膜を介した空気流路84への水または培地の蒸発は、本質的に、空気サンプリングに関連する。培地の蒸発は、細胞培養の失敗の主な原因の1つである。水が蒸発するにつれて、塩などの溶解物質の濃度が、細胞が適切に機能することができない程度まで上昇する。この現象に対処することが、細胞を生存状態に保つのに役立つ。図7を参照すると、図3～図5のバイオチップにおいて測定された蒸発速度は、1時間につき60マイクロリットル程度（図3～図5のバイオチップについて40mL/月）である。この値は、細胞が1ヵ月間生存するのに十分な培地の体積と比較して大きい。実際に、細胞が栄養素を消費する速度に基づいて、細胞は、1ヵ月につき数百マイクロリットルの培地しか必要としない。新鮮な培地を灌流させることで、この蒸発を補うことができるが、細胞は新鮮な培地よりもむしろ水を必要とするため、無駄が多い。しかしながら、純水を灌流させると、培地に含まれる生命維持に必要な溶質が洗い流されてしまうと考えられる。
したがって、バイオチップは、チップ内の蒸発および毛細管作用を使用して、水供給容器94またはリザーバから水を吸引するように設計される。水供給容器が十分に細い毛細管80によってウェルに接続されている場合、流入する水の速度は、ウェル72内の溶質が水供給容器内に拡散して戻るのを防ぎ、これにより、オスモル濃度がウェル内で一定のままであることが保証される。さらに、システムは、受動的なやり方で自己調整されるという利点を有する。蒸発速度が増加すると、ウェル内の圧力低下が進み、水がより速く引き込まれる。
バキュームポンプ98は、オン時の使用が0.5W未満であってよい電気モータによって駆動される。蒸発オスモル濃度制御システムは受動的であるため、水用のポンプは存在しない。バキュームポンプ98は、ORの状態および検出システムの状態に応じて、連続的または断続的に作動することができる。
図3～図5の例は哺乳動物の細胞を使用するため、最適温度は37℃である。温度制御を、4つのウェルにわたって熱を分配する小さなアルミニウム覆いに取り付けられた単一のペルチェモジュール140によって達成することができる。ペルチェ素子は、ヒートポンプとして機能し、装置を通って流れる電流の方向に基づいてユニットの一方側から他方側に熱を伝達する。Hブリッジ回路（DRV8838）を使用し、内部熱電対（MAX31855）で測定される温度に基づいてウェルを加熱または冷却するように、電流の方向を制御することができる。温度測定およびHブリッジの制御は、どちらもオンボードコンピュータによって実行される。
本システムにおいて使用されるバイオチップは、揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、嗅覚受容体への揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルを有する。毛細管は、各々のウェルを液体源へと接続する。空気流路は、膜によって各々のウェルから分離される。生細胞は、膜の第1の面に結合し、空気流路の壁が、膜の第2の面によって形成される。バイオチップの少なくとも一部分は透明であってよい。
[本発明1001]
揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
各々のウェルを液体源に接続する毛細管と、
空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
を備える、バイオチップであって、
該生細胞が、該膜の第1の面に結合しており、かつ該空気流路の壁が、該膜の第2の面によって形成されており、かつ
バイオチップの少なくとも一部分が透明である、
バイオチップ。
[本発明1002]
貼り合わせられた複数の平坦な透明層を備える、本発明1001のバイオチップ。
[本発明1003]
前記液体源が、バイオチップ内の液体入口を備えており、かつ
該液体入口、前記空気入口、および前記空気出口が、バイオチップの第1の表面上に存在し、かつ穿刺可能なシール層によって封止されている、
本発明1001または1002のバイオチップ。
[本発明1004]
前記液体源が、
毛細管によって前記ウェルのうちの1つまたは複数に接続された、バイオチップ内の1つまたは複数の液体収容リザーバ
を備える、本発明1001または1002のバイオチップ。
[本発明1005]
前記第1の表面が、上部層上にあり、かつ前記膜が、中間層に取り付けられている、本発明1003のバイオチップ。
[本発明1006]
前記毛細管が、前記ウェル内の液体のオスモル濃度を維持するように寸法決めされている、本発明1001または1002のバイオチップ。
[本発明1007]
蛍光を検出するように適合された、ハウジング内の光学システムと、
該ハウジング内の1つまたは複数の光源および光検出器へと電気的に接続された電子システムと、
バイオチップスロットを形成している、該ハウジング内のフレームと、
該フレームに向かうおよび該フレームから遠ざかる垂直方向の移動が可能である上部プレートと、
該上部プレート内の空気入口および空気出口と、
該空気出口に接続された、該ハウジング内のポンプと
を備える、空気中のVOCを検出するためのシステム。
[本発明1008]
揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
各々のウェルを液体源に接続する毛細管と、
空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
を有する、バイオチップ
をさらに備え、
該生細胞が、該膜の第1の面に結合しており、かつ該膜の第2の面が、該空気流路の表面を形成しており、
該バイオチップの少なくとも一部分が透明であり、かつ
前記上部プレート内の空気入口および空気出口が、該空気流路の空気入口および空気出口と整列している、
本発明1007のシステム。
[本発明1009]
前記上部プレートを垂直方向に移動させて、その空気入口を前記バイオチップの前記空気入口に係合させ、かつその空気出口を前記バイオチップの前記空気出口に係合させるようにするためのエレベータをさらに含む、本発明1007または1008のシステム。
[本発明1010]
前記ポンプがバキュームポンプであり、該バキュームポンプに接続された液体収集容器をさらに含む、本発明1008または1009のシステム。
[本発明1011]
前記バイオチップが、貼り合わせられた複数の平坦な透明層を備える、本発明1008のシステム。
[本発明1012]
前記液体源が、前記バイオチップ内の液体入口を備えており、かつ
該液体入口、前記空気入口、および前記空気出口が、前記バイオチップの第1の表面上に存在し、かつ穿刺可能なシール層によって封止されている、
本発明1008または1011のシステム。
[本発明1013]
前記液体源が、
毛細管によって前記ウェルのうちの1つまたは複数に接続された、前記バイオチップ内の1つまたは複数の液体収容リザーバ
を備える、本発明1008または1011のシステム。
[本発明1014]
前記第1の表面が、上部層上にあり、かつ前記膜が、中間層に取り付けられている、本発明1008または1011のバイオチップ。
[本発明1015]
前記光学システムが、複数の光源および複数の光検出器を有しており、1つの光源および1つの光検出器が、前記ウェルの各々と整列している、本発明1007または1008のシステム。
[本発明1016]
前記バイオチップが、4つのウェルを有する、本発明1015のシステム。
[本発明1017]
蛍光を検出するように適合された、ハウジング内の光学システム、
該ハウジング内の光源および光検出器へと電気的に接続された電子システム、
検出システムスロットを有するフレーム、
該フレームに向かうおよび該フレームから遠ざかる垂直方向の移動が可能である上部プレート、
該上部プレート内の空気入口および空気出口、ならびに
該空気出口に接続された、該ハウジング内のポンプ
を含む、検出システムと、
フレーム内を垂直方向に移動可能であるリフトプレート、
該リフトプレートを昇降させるためのエレベータ、
ローダスロットを有する、該フレーム内のガイドウェイ、ならびに
該ガイドウェイから該検出システムスロットへとバイオチップを移動させるためのバイオチップムーバ
を含む、ローダと
を備える、空気中のVOCを検出するための複合型のバイオチップローダおよび検出システム。
[本発明1018]
揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
各々のウェルをバイオチップ内の液体リザーバに接続する毛細管と、
空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
を備える、バイオチップであって、
該生細胞が、該膜の第1の面上に存在し、かつ該空気流路が、該膜の第2の面上に存在し、かつ
バイオチップの少なくとも一部分が透明である、
バイオチップ。
[本発明1019]
複数のウェルを備え、
各々のウェルが、毛細管によってバイオチップ内の単一の液体リザーバに接続されている、
本発明1018のバイオチップ。
[本発明1020]
バイオチップ内に複数のウェルおよび複数の液体リザーバを備え、
各々のウェルが、毛細管によって該液体リザーバのうちの1つに接続されている、
本発明1018のバイオチップ。
[本発明1021]
前記空気流路が、S字状の構成で前記ウェルの各々の下方に延在している、本発明1018のバイオチップ。
[本発明1022]
前記空気流路が、前記ウェルの下方の位置において、他の位置よりも幅広い、本発明1018のバイオチップ。
[本発明1023]
複数の層を備え、該層の組み立て時に該層を固定具上に整列させるために各々の層の角部に整列孔をさらに含む、本発明1018のバイオチップ。
[本発明1024]
上部層、下部層、および該上部層と該下部層との間の中間層を備え、
前記細胞の下方にある層が、前記細胞を光源に曝すことができるように透明である、
本発明1001または1018のバイオチップ。
[本発明1025]
前記細胞の上方にある層が、前記細胞を上方から見ることができるように透明である、本発明1024のバイオチップ。
[本発明1026]
複数の層を有し、
前記膜が、或る層の下面に接して存在し、かつ前記ウェルの底部を封鎖している、
本発明1001または1018のバイオチップ。
[本発明1027]
前記膜を透明にし、かつ/または細胞の付着を促進するように、前記膜が処理されている、本発明1001または1018のバイオチップ。
[本発明1028]
複数の層を有し、
前記空気入口が、該層のうちの3つ以上を通って延在し、かつ前記空気流路へと接続している、
本発明1001または1018のバイオチップ。
[本発明1029]
前記蛍光レポーターが、カルシウム感受性蛍光レポーターであり、かつ前記生細胞が、前記膜の第1の面に結合しており、かつ前記膜の前記第2の面が、前記空気流路の壁を形成している、本発明1018のバイオチップ。
[本発明1030]
前記細胞が、1種類の特有な嗅覚受容体を発現する、本発明1001または1008または1018のバイオチップ。
[本発明1031]
前記細胞が、2種類以上の特有な嗅覚受容体を発現する、本発明1001または1008または1018のバイオチップ。
[本発明1032]
前記蛍光レポーターが、カルシウム感受性蛍光レポーターである、本発明1001または1008または1018のバイオチップ。
[本発明1033]
空気サンプルをバイオチップの空気流路を通って移動させる工程、
生細胞を保持する複数のウェルから該空気流路を隔てているバイオチップ内の膜を通って、該空気サンプル中の空中浮遊物質を拡散させる工程、
該空中浮遊物質に結合することができる1種類または複数種類の嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該物質の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを、該生細胞に発現させる工程、および
該生細胞から放射される蛍光を検出する工程
を含む、空中浮遊物質を検出する方法。
[本発明1034]
前記生細胞に光を照射する工程をさらに含む、本発明1033の方法。
[本発明1035]
検出された蛍光を分析して、空中浮遊物質の検出を示す検出事象へと変換する工程をさらに含む、本発明1033の方法。
[本発明1036]
本発明1001または1018のバイオチップを使用する、本発明1033の方法。
[本発明1037]
本発明1007のシステムを使用する、本発明1033または1036の方法。
[本発明1038]
本発明1017の複合型のバイオチップローダおよび検出システムを使用する、本発明1033の方法。

Claims (38)

  1. 揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
    各々のウェルを液体源に接続する毛細管と、
    空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
    を備える、バイオチップであって、
    該生細胞が、該膜の第1の面に結合しており、かつ該空気流路の壁が、該膜の第2の面によって形成されており、かつ
    バイオチップの少なくとも一部分が透明である、
    バイオチップ。
  2. 貼り合わせられた複数の平坦な透明層を備える、請求項1記載のバイオチップ。
  3. 前記液体源が、バイオチップ内の液体入口を備えており、かつ
    該液体入口、前記空気入口、および前記空気出口が、バイオチップの第1の表面上に存在し、かつ穿刺可能なシール層によって封止されている、
    請求項1または2記載のバイオチップ。
  4. 前記液体源が、
    毛細管によって前記ウェルのうちの1つまたは複数に接続された、バイオチップ内の1つまたは複数の液体収容リザーバ
    を備える、請求項1または2記載のバイオチップ。
  5. 前記第1の表面が、上部層上にあり、かつ前記膜が、中間層に取り付けられている、請求項3記載のバイオチップ。
  6. 前記毛細管が、前記ウェル内の液体のオスモル濃度を維持するように寸法決めされている、請求項1または2記載のバイオチップ。
  7. 蛍光を検出するように適合された、ハウジング内の光学システムと、
    該ハウジング内の1つまたは複数の光源および光検出器へと電気的に接続された電子システムと、
    バイオチップスロットを形成している、該ハウジング内のフレームと、
    該フレームに向かうおよび該フレームから遠ざかる垂直方向の移動が可能である上部プレートと、
    該上部プレート内の空気入口および空気出口と、
    該空気出口に接続された、該ハウジング内のポンプと
    を備える、空気中のVOCを検出するためのシステム。
  8. 揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
    各々のウェルを液体源に接続する毛細管と、
    空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
    を有する、バイオチップ
    をさらに備え、
    該生細胞が、該膜の第1の面に結合しており、かつ該膜の第2の面が、該空気流路の表面を形成しており、
    該バイオチップの少なくとも一部分が透明であり、かつ
    前記上部プレート内の空気入口および空気出口が、該空気流路の空気入口および空気出口と整列している、
    請求項7記載のシステム。
  9. 前記上部プレートを垂直方向に移動させて、その空気入口を前記バイオチップの前記空気入口に係合させ、かつその空気出口を前記バイオチップの前記空気出口に係合させるようにするためのエレベータをさらに含む、請求項7または8記載のシステム。
  10. 前記ポンプがバキュームポンプであり、該バキュームポンプに接続された液体収集容器をさらに含む、請求項8または9記載のシステム。
  11. 前記バイオチップが、貼り合わせられた複数の平坦な透明層を備える、請求項8記載のシステム。
  12. 前記液体源が、前記バイオチップ内の液体入口を備えており、かつ
    該液体入口、前記空気入口、および前記空気出口が、前記バイオチップの第1の表面上に存在し、かつ穿刺可能なシール層によって封止されている、
    請求項8または11記載のシステム。
  13. 前記液体源が、
    毛細管によって前記ウェルのうちの1つまたは複数に接続された、前記バイオチップ内の1つまたは複数の液体収容リザーバ
    を備える、請求項8または11記載のシステム。
  14. 前記第1の表面が、上部層上にあり、かつ前記膜が、中間層に取り付けられている、請求項8または11記載のバイオチップ。
  15. 前記光学システムが、複数の光源および複数の光検出器を有しており、1つの光源および1つの光検出器が、前記ウェルの各々と整列している、請求項7または8記載のシステム。
  16. 前記バイオチップが、4つのウェルを有する、請求項15記載のシステム。
  17. 蛍光を検出するように適合された、ハウジング内の光学システム、
    該ハウジング内の光源および光検出器へと電気的に接続された電子システム、
    検出システムスロットを有するフレーム、
    該フレームに向かうおよび該フレームから遠ざかる垂直方向の移動が可能である上部プレート、
    該上部プレート内の空気入口および空気出口、ならびに
    該空気出口に接続された、該ハウジング内のポンプ
    を含む、検出システムと、
    フレーム内を垂直方向に移動可能であるリフトプレート、
    該リフトプレートを昇降させるためのエレベータ、
    ローダスロットを有する、該フレーム内のガイドウェイ、ならびに
    該ガイドウェイから該検出システムスロットへとバイオチップを移動させるためのバイオチップムーバ
    を含む、ローダと
    を備える、空気中のVOCを検出するための複合型のバイオチップローダおよび検出システム。
  18. 揮発性有機化合物に結合することができる嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該揮発性有機化合物の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを発現する遺伝子改変生細胞を含有する、1つまたは複数のウェルと、
    各々のウェルをバイオチップ内の液体リザーバに接続する毛細管と、
    空気入口と空気出口とを有する、膜によって各々のウェルから隔てられた空気流路と
    を備える、バイオチップであって、
    該生細胞が、該膜の第1の面上に存在し、かつ該空気流路が、該膜の第2の面上に存在し、かつ
    バイオチップの少なくとも一部分が透明である、
    バイオチップ。
  19. 複数のウェルを備え、
    各々のウェルが、毛細管によってバイオチップ内の単一の液体リザーバに接続されている、
    請求項18記載のバイオチップ。
  20. バイオチップ内に複数のウェルおよび複数の液体リザーバを備え、
    各々のウェルが、毛細管によって該液体リザーバのうちの1つに接続されている、
    請求項18記載のバイオチップ。
  21. 前記空気流路が、S字状の構成で前記ウェルの各々の下方に延在している、請求項18記載のバイオチップ。
  22. 前記空気流路が、前記ウェルの下方の位置において、他の位置よりも幅広い、請求項18記載のバイオチップ。
  23. 複数の層を備え、該層の組み立て時に該層を固定具上に整列させるために各々の層の角部に整列孔をさらに含む、請求項18記載のバイオチップ。
  24. 上部層、下部層、および該上部層と該下部層との間の中間層を備え、
    前記細胞の下方にある層が、前記細胞を光源に曝すことができるように透明である、
    請求項1または18記載のバイオチップ。
  25. 前記細胞の上方にある層が、前記細胞を上方から見ることができるように透明である、請求項24記載のバイオチップ。
  26. 複数の層を有し、
    前記膜が、或る層の下面に接して存在し、かつ前記ウェルの底部を封鎖している、
    請求項1または18記載のバイオチップ。
  27. 前記膜を透明にし、かつ/または細胞の付着を促進するように、前記膜が処理されている、請求項1または18記載のバイオチップ。
  28. 複数の層を有し、
    前記空気入口が、該層のうちの3つ以上を通って延在し、かつ前記空気流路へと接続している、
    請求項1または18記載のバイオチップ。
  29. 前記蛍光レポーターが、カルシウム感受性蛍光レポーターであり、かつ前記生細胞が、前記膜の第1の面に結合しており、かつ前記膜の前記第2の面が、前記空気流路の壁を形成している、請求項18記載のバイオチップ。
  30. 前記細胞が、1種類の特有な嗅覚受容体を発現する、請求項1または8または18記載のバイオチップ。
  31. 前記細胞が、2種類以上の特有な嗅覚受容体を発現する、請求項1または8または18記載のバイオチップ。
  32. 前記蛍光レポーターが、カルシウム感受性蛍光レポーターである、請求項1または8または18記載のバイオチップ。
  33. 空気サンプルをバイオチップの空気流路を通って移動させる工程、
    生細胞を保持する複数のウェルから該空気流路を隔てているバイオチップ内の膜を通って、該空気サンプル中の空中浮遊物質を拡散させる工程、
    該空中浮遊物質に結合することができる1種類または複数種類の嗅覚受容体と、該嗅覚受容体への該物質の結合に応答して蛍光を発する蛍光レポーターとを、該生細胞に発現させる工程、および
    該生細胞から放射される蛍光を検出する工程
    を含む、空中浮遊物質を検出する方法。
  34. 前記生細胞に光を照射する工程をさらに含む、請求項33記載の方法。
  35. 検出された蛍光を分析して、空中浮遊物質の検出を示す検出事象へと変換する工程をさらに含む、請求項33記載の方法。
  36. 請求項1または18記載のバイオチップを使用する、請求項33記載の方法。
  37. 請求項7記載のシステムを使用する、請求項33または36記載の方法。
  38. 請求項17記載の複合型のバイオチップローダおよび検出システムを使用する、請求項33記載の方法。
JP2023541257A 2021-01-07 2022-01-07 空気中の揮発性有機化合物の検出のためのシステムおよび方法 Pending JP2024502991A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163134830P 2021-01-07 2021-01-07
US63/134,830 2021-01-07
PCT/US2022/011704 WO2022150647A1 (en) 2021-01-07 2022-01-07 System and methods for detection of volatile organic compounds in air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024502991A true JP2024502991A (ja) 2024-01-24

Family

ID=82218586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023541257A Pending JP2024502991A (ja) 2021-01-07 2022-01-07 空気中の揮発性有機化合物の検出のためのシステムおよび方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220214328A1 (ja)
EP (1) EP4275039A1 (ja)
JP (1) JP2024502991A (ja)
CN (1) CN117063068A (ja)
AU (1) AU2022205666A1 (ja)
CA (1) CA3207253A1 (ja)
WO (1) WO2022150647A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240027345A1 (en) * 2022-07-25 2024-01-25 Koniku Inc. Detection of volatile organic compounds in air

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002354569A1 (en) * 2001-07-12 2003-01-29 Merck And Co., Inc. Electrical field stimulation of eukaryotic cells
US20030175947A1 (en) * 2001-11-05 2003-09-18 Liu Robin Hui Enhanced mixing in microfluidic devices
DK3567363T3 (da) * 2008-04-11 2022-04-25 Meso Scale Technologies Llc Prøvningsindretninger, -fremgangsmåder og reagenser
CA2730544C (en) * 2008-07-11 2017-08-29 Universal Biosensors Pty Ltd Enhanced immunoassay sensor
US20140170735A1 (en) * 2011-09-25 2014-06-19 Elizabeth A. Holmes Systems and methods for multi-analysis
EP2761279A4 (en) * 2011-09-27 2015-08-12 Diagnostics For All Inc QUANTITATIVE MICROFLUIDIC DEVICES
JP6707085B2 (ja) * 2014-08-05 2020-06-10 サンワ バイオテック リミテッドＳａｎｗａ Ｂｉｏｔｅｃｈ Ｌｔｄ 現場診断システムおよび方法
US11536707B2 (en) * 2014-09-23 2022-12-27 Tearlab Research, Inc. Systems and methods for integration of microfluidic tear collection and lateral flow analysis of analytes of interest
US11474103B2 (en) * 2017-02-17 2022-10-18 Koniku Inc. Systems for detection

Also Published As

Publication number Publication date
US20220214328A1 (en) 2022-07-07
CN117063068A (zh) 2023-11-14
AU2022205666A1 (en) 2023-08-24
CA3207253A1 (en) 2022-07-14
EP4275039A1 (en) 2023-11-15
WO2022150647A1 (en) 2022-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017248518B2 (en) Device for Rapid Detection of Infectious Agents
US11104930B2 (en) Cap arrangements providing per-well fluidics and gas exchange for advanced microplate, microarray, and microtiter technologies
KR102113990B1 (ko) 생물학적 활성물 분석용 미세 유체 소자
US10094783B2 (en) Prevention of cross-contamination in systems for rapid analysis of biological samples
JP2024502991A (ja) 空気中の揮発性有機化合物の検出のためのシステムおよび方法
CN101384907A (zh) 反应仪器处理装置
CN109142717B (zh) 用于测定生物活性的微流体装置
KR20150101308A (ko) 미세유동장치 및 이를 포함하는 미세유동시스템
US10241054B2 (en) Reaction chambers for use in systems for rapid analysis of biological samples
WO2020055861A1 (en) Heating system for rapid analyte detection system
WO2022250988A1 (en) System and methods for detection of compounds and metabolites
US20220250063A1 (en) Assay system, methods, and multi-well plate for gas stimulation of biological cells, proteins or materials
US20180066300A1 (en) Reflective reaction chambers for use in systems for rapid analysis of biological samples
US20240027345A1 (en) Detection of volatile organic compounds in air
WO2023057602A1 (en) Detection of bioactive agents in a surrounding medium
RU2417365C2 (ru) Способ и система для одновременного измерения множества биологических или химических аналитов в жидкости
NZ716602B2 (en) Device for rapid detection of infectious agents

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231023