JP2024503238A - Optofluidic array for radical protein footprinting - Google Patents

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Abstract

光流体アレイを使用する生体内および生体外ラジカルタンパク質フットプリント法のシステムおよび方法が提示される。これらの教示は、例えば、三次元タンパク質構造または生体動態を研究するために使用されてもよい。任意の固有標準を含むラジカル線量測定が使用される。内部標準に基づくリアルタイムフィードバックは、異なる実験間の比較可能性を提供し、生体内および生体外分析結果は、実際の生物学的条件を表すデータをもたらす。【選択図】図3Systems and methods for in vivo and in vitro radical protein footprinting using optofluidic arrays are presented. These teachings may be used, for example, to study three-dimensional protein structure or biokinetics. Radical dosimetry including any specific standard is used. Real-time feedback based on internal standards provides comparability between different experiments, and in vivo and in vitro analysis results yield data representative of real biological conditions. [Selection diagram] Figure 3

Description

本出願は、2020年12月21日に出願された米国仮出願第63/128,439号の利益を主張し、2021年3月5日に出願された米国非仮出願第17/193,913号の一部継続でもあり、これは、2020年1月6日に出願されたPCT/US20/12430の一部継続であり、2019年10月18日に出願されたPCT/US19/57059の一部継続でもある。PCT/US20/12430およびPCT/US19/57059の両方は、2019年1月7日に出願された米国非仮特許出願第16/316,006号の一部継続であり、現在は、米国特許第10,816,468号となっている。米国非仮出願第16/316,006号は、2018年10月18日に出願された米国仮特許出願第62/747,247号および2019年1月4日に出願された第62/788,219号の利益を主張する。PCT/US19/57059 は、さらに、2018年10月18日に出願された米国仮特許出願第62/747,247号の利益を直接主張する。PCT/US20/12430およびPCT/US19/57059の両方は、2019年1月4日に出願された米国仮特許出願第62/788,219号の利益を主張する。上記の特許出願は、全て参照により本明細書に組み込まれる。 This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 63/128,439, filed on December 21, 2020, and U.S. Nonprovisional Application No. 17/193,913, filed on March 5, 2021. It is also a continuation in part of PCT/US20/12430, filed on January 6, 2020, and a continuation in part of PCT/US19/57059, filed on October 18, 2019. It is also a continuation of the section. Both PCT/US20/12430 and PCT/US19/57059 are continuations-in-part of U.S. Nonprovisional Patent Application No. 16/316,006, filed on January 7, 2019, and are now U.S. Pat. No. 10,816,468. U.S. Non-Provisional Application No. 16/316,006 is based on U.S. Provisional Patent Application No. 62/747,247, filed on October 18, 2018, and U.S. Provisional Application No. 62/788, filed on January 4, 2019. Claim the benefit of No. 219. PCT/US19/57059 further directly claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/747,247, filed on October 18, 2018. Both PCT/US20/12430 and PCT/US19/57059 claim the benefit of US Provisional Patent Application No. 62/788,219, filed on January 4, 2019. All of the above patent applications are incorporated herein by reference.

本発明は、National Institute of General Medical Sciencesによって授与された助成金R43 GM137728、R43 GM125420、およびR44 GM125420の下で政府の支援を受けて行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。 This invention was made with government support under grants R43 GM137728, R43 GM125420, and R44 GM125420 awarded by the National Institute of General Medical Sciences. The Government has certain rights in this invention.

本発明は、ラジカルタンパク質フットプリント法のプロセスによる生体分子の高次構造分析のための装置および方法論に関する。本発明のいくつかの実施形態は、バイオ医薬品の三次および四次構造ならびに関連した配座の特定に関し、タンパク質の高次生体分子構造を特定するために、集積光学およびマイクロ流体チップを使用して処理されるタンパク質の閃光光酸化のための改良された装置および方法論を使用する。 The present invention relates to an apparatus and methodology for conformational analysis of biomolecules by the process of radical protein footprinting. Some embodiments of the invention relate to identifying the tertiary and quaternary structure and associated conformations of biopharmaceuticals, using integrated optical and microfluidic chips to identify higher order biomolecular structures of proteins. Using improved equipment and methodology for flash photooxidation of processed proteins.

本出願と共に提出された任意の文書を含む、この提出物中のいかなる研究、出版物、販売、または活動に関する議論は、そのような研究が先行技術を構成することを認めたものとして解釈されるべきではない。ここでの活動、研究、または出版物に関する議論は、そのような活動、作品、または出版物が特定の管轄区域で存在したこと、または知られていたことを認めるものではない。 Any discussion of any research, publications, sales, or activities in this submission, including any documents submitted with this application, shall be construed as an admission that such work constitutes prior art. Shouldn't. Discussion of any activity, work, or publication herein is not an admission that such activity, work, or publication exists or is known in any particular jurisdiction.

バイオシミラーは、既存の先発品または参照品に類似するが同一ではない治療薬である。低分子薬の場合とは異なり、バイオシミラーは、オリジナル製品の単なるジェネリック版ではない。従来のジェネリックは、それらの先発品と治療的および分子的に等価であると考えられる。これは、複雑な三次元生体分子であるバイオシミラーの場合には、単純に当てはまらず、その不均一性および生細胞内での生成への依存性は、従来の医薬品と全く異なる。バイオ医薬品の構造と機能活性は、環境に非常に敏感である。治療薬の意図された構造は、タンパク質の濃度、翻訳後修飾の制御、pHおよび製剤中の共溶質、ならびに生産/精製スキームを含む要因の微妙なバランスによって維持される(Gabrielson,J.P.;Weiss IV,W.F.,Technical decision-making with higher order structure data:starting a new dialogue;Journal of Pharmaceutical Sciences,2015)。このように、バイオ医薬品の構造は、慎重に維持されなければならず、されない場合、望ましくない有害な薬理学的結果が生じる可能性がある。 A biosimilar is a therapeutic drug that is similar, but not identical, to an existing originator or reference product. Unlike small molecule drugs, biosimilars are not simply generic versions of the original product. Traditional generics are considered therapeutically and molecularly equivalent to their originator products. This is simply not the case with biosimilars, which are complex three-dimensional biomolecules whose heterogeneity and dependence on production within living cells are quite different from conventional medicines. The structure and functional activity of biopharmaceuticals are highly sensitive to the environment. The intended structure of a therapeutic agent is maintained by a delicate balance of factors including protein concentration, control of post-translational modifications, pH and co-solutes in the formulation, and production/purification scheme (Gabrielson, J.P.; Weiss IV , W.F., Technical decision-making with higher order structure data: starting a new dialogue; Journal of Pharmaceutical Sciences, 2015). Thus, the structure of biopharmaceuticals must be carefully maintained or undesirable and adverse pharmacological consequences may occur.

バイオ医薬品の副作用(adverse drug reactions:ADR)は、典型的には、誇張され
た薬理学および面性反応に起因すると考えられている。患者のADRの範囲は、症状のある刺激から罹患および死亡にまで及ぶ。一部のADRの病因は、患者の薬理ゲノム感受性に起因する可能性があるが、多くは治療薬の固有の特性に起因すると考えられており、これが患者に病的かつ致命的な結果をもたらし、バイオ医薬品産業に多大な経済的損失をもたらしている(Giezen,T.J.;Schneider,C.K.,Safety assessment of biosimiles in Europe:a regulatory perspective;J. Generics and Biosimils Initiative Journal;2014)。このように、壊滅的なADRの発生は、バイオ医薬品の開発および品質管理のための改善された分析の必要性を例証している。
Adverse drug reactions (ADRs) of biopharmaceuticals are typically thought to be due to exaggerated pharmacological and facial reactions. The range of patient ADRs ranges from symptomatic irritation to morbidity and mortality. Although the pathogenesis of some ADRs may be due to the patient's pharmacogenomic susceptibility, many are thought to be due to the inherent properties of the therapeutic agent, which can lead to morbid and fatal consequences for the patient. , causing significant economic losses to the biopharmaceutical industry (Giezen, TJ; Schneider, CK, Safety assessment of biosimiles in Europe: a regulatory perspective; J. Generics and Biosimils Initiative Journal; 2014). Thus, the occurrence of catastrophic ADRs illustrates the need for improved assays for biopharmaceutical development and quality control.

ADRを最小限に抑え、バイオシミラーの開発を促進にするために、FDA、the Center for Drug Evaluation and Research、およびthe Center for Biologics Evaluation and Researchは、タンパク質の高次構造(higher order structure :HOS)を評価するための最先端技術の使用を強調するガイドラインを発行している(Quality considerations
in demonstration bio-similarity of a therapeutic protein product to a reference
product;guidance for industry;U.S.Department of Health and Human Services;J. Food and Drug Administration;Center for Drug Evaluation and Research;Center for Biologics Evaluation and Research Washington,DC;2015)。HOS分析は、所与の生体分子の三次および四次構造ならびに関連した配座の特定を含む。このような生体分子には、タンパク質と、生物治療薬とみなされる場合もあれば、そうでない場合もあるタンパク質複合体と、を含む。今日、様々なHOS分析が存在しているが、生物療法の有効性と安全性を確実に予測するには不十分であることが疑問視されており、新しく改良されたHOS分析に対する満たされていないニーズが確立されている(Gabrielson,J.P.;Weiss IV,W.F.,Technical decision-making with higher order structure data:starting a new dialogue;Journal of pharmaceutical sciences;2015)。
To minimize ADRs and facilitate the development of biosimilars, the FDA, the Center for Drug Evaluation and Research, and the Center for Biologics Evaluation and Research are investigating protein higher order structures (HOS). ) has issued guidelines that emphasize the use of cutting-edge technology to assess quality considerations.
in demonstration bio-similarity of a therapeutic protein product to a reference
product;guidance for industry;USDepartment of Health and Human Services;J. Food and Drug Administration;Center for Drug Evaluation and Research;Center for Biologics Evaluation and Research Washington,DC;2015). HOS analysis involves the identification of the tertiary and quaternary structure and associated conformations of a given biomolecule. Such biomolecules include proteins and protein complexes that may or may not be considered biotherapeutic agents. Although various HOS assays exist today, their inability to reliably predict the efficacy and safety of biological therapies has been questioned, and there is a growing need for new and improved HOS assays. (Gabrielson, JP; Weiss IV, WF, Technical decision-making with higher order structure data: starting a new dialogue; Journal of pharmaceutical sciences; 2015).

HOS分析の満たされていないニーズに対処する技術は、質量分析(mass spectrometry:MS)と組み合わせた、不可逆的なタンパク質水酸化に依存するラジカルタンパク質フットプリント法である((Hambly,D.M.;グロス,M.L.,Laser flash photolysis of hydrogen peroxide to oxidize protein solvent-accessible residues on the microsecond timescale;Journal of the American Society for Mass Spectrometry;2005)。このプロセスは、ヒドロキシル基ラジカルタンパク質フットプリント法(hydroxyl radical protein foot-printing:HRPE)と呼ばれている。HRPEを行うには、様々な技術が使用される。おそらく最も広く使用されているアプローチは、単一の高流束量の短パルスのUV光を使用して過酸化水素(H)からヒドロキシル基(OH)ラジカルを生成する、タンパク質の高速光化学酸化(fast photochemical oxidation of proteins:FPOP)に依存している。OHラジカルと溶媒に曝されたアミノ酸との反応では、典型的には、アミノ酸に正味1個の酸素原子が挿入される。OHラジカルは、寿命が短く、短UVパルスによって生成されると、標識(labeled)タンパク質による立体構造変化が起こる前に、アミノ酸とラジカルとの間の反応が完了する可能性がある(Konermann,L.;Tong,X.;Pan,Y.,Protein structure and dynamics studied by mass spectrometry:H/D exchange,hydroxyl radical labeling,and related approaches;Journal of mass spectrometry;2008)。酵素消化のペプチド生成物の質量スペクトルは、16Da、32Da、48Daなどのピークシフトによって特徴付けられるさまざまなレベルの酸化を示す。この情報は、どのペプチドがHOSの外側に位置しているかを推定することに使用されることができ、それゆえ、HOSのより深い理解につながる。 A technique that addresses the unmet need for HOS analysis is radical protein footprinting, which relies on irreversible protein hydroxylation in combination with mass spectrometry (MS) (Hambly, DM; Gross, ML, Laser flash photolysis of hydrogen peroxide to oxidize protein solvent-accessible residues on the microsecond timescale;Journal of the American Society for Mass Spectrometry;2005).This process is based on hydroxyl radical protein foot-printing. A variety of techniques are used to perform HRPE. Perhaps the most widely used approach uses a single, high-flux, short pulse of UV light. It relies on fast photochemical oxidation of proteins (FPOP), which generates hydroxyl (OH) radicals from hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The reaction typically inserts a net oxygen atom into the amino acid. The OH radical is short-lived and, when generated by a short UV pulse, undergoes a conformational change by the labeled protein. Before the reaction between amino acids and radicals can be completed (Konermann, L.; Tong, X.; Pan, Y., Protein structure and dynamics studied by mass spectrometry:H/D exchange, hydroxyl radical labeling, and related approaches;Journal of mass spectrometry;2008).The mass spectra of the peptide products of enzymatic digestion show different levels of oxidation, characterized by peak shifts such as 16Da, 32Da, 48Da.This information It can be used to estimate which peptides are located outside the HOS, thus leading to a deeper understanding of the HOS.

最近、Grossおよび共同研究者は、トリフリン酸ナトリウム水溶液のヒドロキシル基ラジカル攻撃によって形成されるトリフルオロメチル(CF)ラジカルの生成に基づいた別のラジカルタンパク質フットプリント法技術を実証した(Cheng,M.et al.,Laser-Initiated Radical Tirfluoromethylation of Peptides and Proteins:Application to Mass-S
pectrometry-Based Protein Footprinting;Angewandte Chemie International Edition,2017,56(45):p.14007-14010)。タンパク質がCFラジカルを介して標識されると、それらのペプチド生成物の質量スペクトルは、+69Daだけシフトする。OHラジカル攻撃と比較した場合、CFラジカルは、アミノ酸反応速度において非常に相補的であることが示されており、OHラジカルと組み合わせて使用すると、OHラジカルのみ場合と比較して、表面露出アミノ酸の優れた被覆をもたらす。HRPFの場合と同様に、CF標識情報は、どのペプチドがタンパク質の外側に位置するかを推定することに使用されることができ、それゆえ、タンパク質HOSのより深い理解につながる。
Recently, Gross and coworkers demonstrated another radical protein footprinting technique based on the generation of trifluoromethyl (CF 3 ) radicals formed by hydroxyl radical attack of aqueous sodium trifinate (Cheng, M. .et al.,Laser-Initiated Radical Tirfluoromethylation of Peptides and Proteins:Application to Mass-S
pectrometry-Based Protein Footprinting; Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56(45):p.14007-14010). When proteins are labeled via the CF3 radical, the mass spectra of their peptide products are shifted by +69 Da. When compared to OH radical attack, CF3 radicals have been shown to be highly complementary in amino acid reaction kinetics, and when used in combination with OH radicals attack surface exposed amino acids compared to OH radicals alone. provides excellent coverage. As in the case of HRPF, CF3 labeling information can be used to infer which peptides are located on the outside of the protein, thus leading to a deeper understanding of protein HOS.

比較研究に悪影響を与えるHRPFの技術的制限は、OHラジカルと、緩衝液成分、初期溶質、外来生物物質などの試料中の非分析物成分と、の反応に起因する。バックグラウンド除去比率のばらつきは、試験ごとの非再現性を引き起こし、これは、比較研究を制限してきた(Niu,B.et al.;Dosimetry determines the initial OH radical concentration
in fast photochemical oxidation of proteins(FPOP);Journal of the American Society for Mass Spectrometry;2015)。OHラジカルは、タンパク質トポグラフィーの優れたプローブであるが、分析用調製物に含まれる多くの化合物とも反応する。分析対象タンパク質とバックグラウンド捕捉剤と間には遊離OHラジカルに対する競合が存在するので、再現性のある結果を保証するために、標的タンパク質を酸化するために利用可能なラジカルの有効濃度を測定することが望ましい。同様に、バックグラウンド除去の変動性も、CFラジカルフットプリント法の再現性に悪影響を及ぼす。光化学では、有効ラジカル濃度は、ラジカル線量計内部標準を使用して測定される。理想的には、線量計(dosimeter)は、有効ラジカル濃度と線量計応答(response)との間の単純な関係、単純で迅速かつ非破壊的な測定手段を有し、ほとんどのタンパク質に対して非反応性である。
A technical limitation of HRPF that adversely affects comparative studies is due to the reaction of OH radicals with non-analyte components in the sample, such as buffer components, initial solutes, and foreign biological materials. Variability in background removal ratios causes test-to-test nonreproducibility, which has limited comparative studies (Niu, B. et al.; Dosimetry determines the initial OH radical concentration
in fast photochemical oxidation of proteins (FPOP); Journal of the American Society for Mass Spectrometry; 2015). Although OH radicals are excellent probes of protein topography, they also react with many compounds included in analytical preparations. Since competition for free OH radicals exists between the analyte protein and the background scavenger, measure the effective concentration of radicals available to oxidize the target protein to ensure reproducible results. This is desirable. Similarly, variability in background subtraction also negatively impacts the reproducibility of CF3 radical footprinting methods. In photochemistry, the effective radical concentration is measured using a radical dosimeter internal standard. Ideally, a dosimeter would have a simple relationship between effective radical concentration and dosimeter response, a simple, rapid and non-destructive means of measurement, and would be suitable for most proteins. Non-reactive.

従来技術では、添加ペプチド内部標準を使用して行われるラジカル線量測定(dosimetry)を教示し(Niu,B.,et al.,Dosimetry determines the initial OH radical concentration in fast photochemical oxidation of proteins(FPOP). J Am Soc Mass Spectrom,2015. 26(5):p.843-6;Niu,B.,et al.,Incorporation of a Reporter Peptide in FPOP Compensates for Adventitious Scavengers and Allows Time-Dependent Measurements. J Am Soc Mass Spectrom,2016.)、または、緩衝液に添加され、標識後の方法で評価されたアデニンなどのUV吸収内部標準を使用して行われるラジカル線量測定を教示している(Xie,B.;Sharp,J.S.,Hydroxyl radical Dosimetry for High Flux Hydroxyl radical Protein Foot-printing Applications using a Simple Optical Detection Method. Analytical chemistry 2015,87(21),10719-23.)。ペプチドラジカル線量測定において、標識ペプチドおよび標的タンパク質は、続いてLC-MS (選択的にタンパク質分解を伴う) を使用して分析され、酸化標的タンパク質に対する酸化ペプチドの相対比を評価する。所望のペプチド対タンパク質の酸化比が達成されない場合は、有効なOHラジカル負荷を増加または減少させる必要性に応じてHの濃度を調整しながら実験全体を繰り返す。アデニン線量測定のために、標識プロセスの完了時にアデニンUV吸光度の有効変化が特定され、達成されたアデニンUV吸光度変化と目標アデニUV吸光度変化との比率が特定される。H濃度は、その後、UV吸光度の所望の変化に従って変化される。どちらのアプローチも標識が完了した後に行われ、有効なOHラジカル負荷をリアルタイムで調整することができず、貴重な試料が消費され、研究者の時間が不必要に無駄になる。 Prior art teaches radical dosimetry performed using added peptide internal standards (Niu, B., et al., Dosimetry determines the initial OH radical concentration in fast photochemical oxidation of proteins (FPOP). J Am Soc Mass Spectrom,2015. 26(5):p.843-6;Niu,B.,et al.,Incorporation of a Reporter Peptide in FPOP Compensates for Adventitious Scavengers and Allows Time-Dependent Measurements. J Am Soc Mass (Xie, B.; Sharp , JS, Hydroxyl radical Dosimetry for High Flux Hydroxyl radical Protein Foot-printing Applications using a Simple Optical Detection Method. Analytical chemistry 2015, 87(21), 10719-23.). In peptide radical dosimetry, the labeled peptide and target protein are subsequently analyzed using LC-MS (selectively with proteolysis) to assess the relative ratio of oxidized peptide to oxidized target protein. If the desired peptide-to-protein oxidation ratio is not achieved, repeat the entire experiment, adjusting the concentration of H 2 O 2 as needed to increase or decrease the effective OH radical load. For adenine dosimetry, the effective change in adenine UV absorbance is determined upon completion of the labeling process, and the ratio of the achieved adenine UV absorbance change to the target adenine UV absorbance change is determined. The H 2 O 2 concentration is then varied according to the desired change in UV absorbance. Both approaches are performed after labeling is complete and do not allow real-time adjustment of the effective OH radical loading, consuming valuable sample and unnecessarily wasting researcher time.

米国特許第10,816,468号および国際出願PCT/US18/34682は、生物製剤がFPOP HRPFプロセス中に標識される際に、リアルタイムでラジカル線量測定を行うシステムおよび方法を教示している。バックグラウンド除去の変動を調整および補償するリアルタイム手段を作成する一方で、ここでのシステムおよび方法では、生物学的混合物に外部内部標準線量計を追加する必要がある。条件によっては、外部内部標準は、生体分子の高次構造に人為的な変化を引き起こす可能性があるため、生物製剤の発
生期の高次構造を特徴付ける簡単な手段を提供するという望ましい目標には適合しない可能性がある。米国特許第10,816,468号およびPCT/US18/34682出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
US Patent No. 10,816,468 and International Application PCT/US18/34682 teach a system and method for performing real-time radical dosimetry as the biologic is labeled during the FPOP HRPF process. While creating a real-time means to adjust and compensate for variations in background subtraction, the systems and methods herein require the addition of an external internal standard dosimeter to the biological mixture. Under some conditions, external internal standards can induce artifactual changes in the conformation of biomolecules, so the desired goal of providing a simple means of characterizing the nascent conformation of biologics is It may not be suitable. The disclosures of US Pat. No. 10,816,468 and PCT/US18/34682 are incorporated herein by reference.

米国仮出願第62/747,247号およびPCT/US19/57059は、一般に使用される生物緩衝液システムをラジカル線量計の内部標準として使用できる装置および方法論を記載している。一般的に使用される一部の生物学的緩衝液の測光特性(photometric properties)は、OHラジカル攻撃により予測可能な様式で変化する。そのため、これらの緩衝液は、ラジカル線量計の内部標準として使用されることができ、外部試薬を追加する必要性を排除し、また、これらの緩衝液の溶媒和特性は、生体分子の発生期構造を安定化するために十分に確立されているため、生物学的高次構造を変化させない。 US Provisional Application No. 62/747,247 and PCT/US19/57059 describe devices and methodologies that allow commonly used biological buffer systems to be used as internal standards in radical dosimeters. The photometric properties of some commonly used biological buffers change in a predictable manner upon OH radical attack. Therefore, these buffers can be used as internal standards in radical dosimeters, eliminating the need for adding external reagents, and the solvation properties of these buffers also It is well established to stabilize the structure and therefore does not change the biological conformation.

前述の技術は、生体外(in vitro)でタンパク質または生物医薬品を標識しながらHRPFラジカル線量測定を行うための装置および方法を記載している。しかしながら、生体外構造実験の結果を真正の生体内(in vivo)挙動に適用する行為は、疑問視されている(Mourao,M.A.;Hakim,J.B.;Schnell,S.,Connecting the dots:the effects of macromolecular crowding on cell physiology. Biophysical Journal 2014,107(12),2761-2766)。生体外HRPFの欠点のために、HRPFの使用を生体内様式で無傷の全細胞に拡張することに最近の関心および願望がある。例えば、米国特許第10,851,335B2号は、生体内HRPFを行うことができる方法および方法論を記載している。簡単に説明すると、複数の溶融シリカ毛細管およびマイクロ流体フィッティングを使用して、緩衝液懸濁細胞とHとの混合をサポートする。教示されるように、Hは、細胞破壊を引き起こすことなく、アポトーシスを誘導することなく、または細胞死を促進することなく、細胞によって迅速に取り込まれる。しかしながら、教示されたシステムおよび方法は、依然として様々な欠点をもたらす。米国仮特許出願第62/788,219号およびPCT/US2020/012430は、細胞内ラジカル線量測定を行って細胞内細胞質またはオルガネララジカル捕捉を評価および調整する手段を提供することによって、生体内FPOP HRPFが改善される装置および方法論を記載している。 さらに、それは、シース流速およびその後の細胞間の間隔を評価し、最終的に制御して、生体内標識プロセス中に浮遊細胞(suspended cells)への効果的な照射を確実にすることができる手段を教示している。 The aforementioned techniques describe devices and methods for performing HRPF radical dosimetry while labeling proteins or biopharmaceuticals in vitro. However, applying the results of in vitro structural experiments to true in vivo behavior has been questioned (Mourao, MA; Hakim, JB; Schnell, S., Connecting the dots: the effects of macromolecular crowding on cell physiology. Biophysical Journal 2014, 107(12), 2761-2766). Due to the shortcomings of in vitro HRPF, there is recent interest and desire to extend the use of HRPF to intact whole cells in an in vivo manner. For example, US Pat. No. 10,851,335B2 describes methods and methodologies by which in vivo HRPF can be performed. Briefly, multiple fused silica capillaries and microfluidic fittings are used to support mixing of buffer suspended cells with H2O2 . As taught, H 2 O 2 is rapidly taken up by cells without causing cell destruction, inducing apoptosis, or promoting cell death. However, the taught systems and methods still present various drawbacks. U.S. provisional patent application Ser. describes an apparatus and methodology by which improvements are made. Furthermore, it is a means by which the sheath flow rate and subsequent intercell spacing can be evaluated and ultimately controlled to ensure effective irradiation of suspended cells during the in vivo labeling process. is taught.

前述の技術は、輸送、シース流の確立、化学処理、光ラジカル反応の開始のための手段として溶融シリカ毛細管を使用してタンパク質または生物薬剤を標識するために生体外または生体内FPOP HRPFを行い、さらにタンパク質、細胞、化学試薬、および標識生成物の測光特性を精査するための光学領域を提供する装置および方法を記載している。これらの初期段階の実験に有用であるが、溶融シリカ毛細管は、いくつかの望ましくない特徴を有する。1)特に外側保護ポリイミドコーティングが除去される場合、壊れやすく、偶発的に破損しやすい。2)Hからのヒドロキシル基ラジカル形成および適合したUV測光線量測定を可能にするために、紫外線(ultra violet:UV)不透明ポリイミドコーティングの除去を必要とする。3)光学構成要素への適切な位置合わせを確保にするために、かなりの注意を必要とする。4)例えば生体内FPOPを容易にするために必要とされる流体循環路を作製および形成するために、高価で扱いにくいマイクロ流体フィッティングを必要とする。5)交換が面倒である。小さいID(<100nm)の毛細管が、高流束量の適用時に偶発的に詰まったり破損したりすることは、珍しいことではない。このように、以前に教示されたシステムおよび方法は、様々な欠点をもたらす。 The aforementioned techniques perform in vitro or in vivo FPOP HRPF to label proteins or biopharmaceuticals using fused silica capillaries as a means for transport, establishment of sheath flow, chemical processing, and initiation of photoradical reactions. , further describes devices and methods that provide an optical field for probing the photometric properties of proteins, cells, chemical reagents, and labeled products. Although useful for these early stage experiments, fused silica capillaries have some undesirable characteristics. 1) Fragile and prone to accidental damage, especially if the outer protective polyimide coating is removed. 2) Requires removal of the ultra violet (UV) opaque polyimide coating to allow hydroxyl group radical formation from H 2 O 2 and compatible UV photometric dosimetry. 3) Requires considerable care to ensure proper alignment to the optical components. 4) Requires expensive and cumbersome microfluidic fittings, e.g. to create and form the fluid circuits needed to facilitate in vivo FPOP. 5) Replacement is troublesome. It is not uncommon for small ID (<100 nm) capillaries to become accidentally clogged or damaged during high flux applications. Thus, previously taught systems and methods present various drawbacks.

本発明の様々な実施形態は、溶融シリカ毛細管を、標的タンパク質と標識試薬とのオン
ライン混合をサポートする光流体チップ構成要素に置き換える手段を提供することによって、現在の生体外ラジカルタンパク質フットププリント法の上記の欠点に対処するシステムおよび方法を含む。開示されたシステムは、毛細管構成と比較して、光誘起ラジカル化学の間に照射量を実質的に増加させる蛇行光分解セル(serpentine photolysis cell)を含む。様々な実施形態は、生体外ラジカル線量計内部標準の測光特性を使用して、効果的なラジカル生成のリアルタイム測光評価および不要なバックグラウンド除去の調整のためのインライン線量測定セルを含む。
Various embodiments of the present invention improve current in vitro radical protein footprinting methods by providing a means to replace fused silica capillaries with optofluidic chip components that support online mixing of target proteins and labeling reagents. systems and methods that address the above-mentioned shortcomings of. The disclosed system includes a serpentine photolysis cell that substantially increases radiation dose during photoinduced radical chemistry compared to a capillary configuration. Various embodiments include an in-line dosimetry cell for real-time photometric evaluation of effective radical production and adjustment of unwanted background removal using the photometric properties of an in vitro radical dosimeter internal standard.

本発明の様々な実施形態は、溶融シリカ毛細管を、標的細胞と標識試薬とのオンライン混合をサポートする光流体チップ構成要素に置き換える手段を提供することによって、現在の生体内ラジカルタンパク質フットプリント法の上記の欠点に対処するシステムおよび方法を含む。種々の実施形態は、マイクロ流体シース流の生成をサポートして、細胞間距離の正確な制御を可能にし、毛細管構成と比較したとき、光誘起ラジカル化学の間に照射量を実質的に増加させる蛇行光分解セルなどを用いて、各細胞の外部および細胞内部分の効果的かつ一貫した照射を可能にする。様々な実施形態は、生体内ラジカル線量計内部標準の測光特性を使用して、効果的なラジカル生成のリアルタイム測光評価および不要なバックグラウンド除去の調整のためのインライン線量測定セルを含む。様々な実施形態は、また、細胞の単一化および分割を評価し、再現可能に制御することができる手段、ならびにHRPF光分解区域への細胞の到着時間を特定する手段を提供する。 Various embodiments of the present invention improve current methods of in vivo radical protein footprinting by providing a means to replace fused silica capillaries with optofluidic chip components that support online mixing of target cells and labeling reagents. Systems and methods that address the above-mentioned shortcomings are included. Various embodiments support the generation of microfluidic sheath flow to allow precise control of intercellular distance and substantially increase irradiance during photoinduced radical chemistry when compared to capillary configurations. Using a serpentine photolytic cell or the like, allow effective and consistent irradiation of the external and intracellular parts of each cell. Various embodiments include an in-line dosimetry cell for real-time photometric evaluation of effective radical production and adjustment of unwanted background removal using the photometric properties of an in-vivo radical dosimeter internal standard. Various embodiments also provide a means by which cell singulation and division can be assessed and reproducibly controlled, as well as a means to determine the time of arrival of cells to the HRPF photolysis zone.

本発明の様々な実施形態は、高度なラジカルタンパク質フットプリント法を可能にするタンパク質の生体外または生体内閃光光酸化(flash photo-oxidation)を実行するための改良された実施形態を含む、タンパク質の高次構造を分析するためのオンチップシステムおよび方法を対象とする。いくつかの実施形態では、本発明は、閃光光分解システムと線量計との間に閉ループ制御を確立して、内部標準ラジカル線量計の測光特性における測定された変化に応答して閃光光分解システムの放射照度を制御する、インラインラジカル線量測定システムを提供する。 Various embodiments of the invention include improved embodiments for performing in vitro or in vivo flash photo-oxidation of proteins that enable advanced radical protein footprinting methods. On-chip systems and methods for analyzing the higher-order structure of In some embodiments, the present invention establishes closed-loop control between the flash photolysis system and the dosimeter to control the flash photolysis system in response to measured changes in the photometric properties of the internal standard radical dosimeter. Provides an in-line radical dosimetry system that controls the irradiance of

いくつかの実施形態では、本発明は、自動インラインマイクロ流体混合システムと線量計との間に閉ループ制御を確立して、内部標準ラジカル線量計の測光特性における測定された変化に応答して標識試薬の濃度を制御する、オンチップ、インライン、生体内、または生体外ラジカル線量測定システムを含む。 In some embodiments, the invention establishes closed-loop control between an automated in-line microfluidic mixing system and a dosimeter to adjust labeled reagents in response to measured changes in the photometric properties of an internal standard radical dosimeter. including on-chip, in-line, in-vivo, or in-vitro radical dosimetry systems that control the concentration of

いくつかの実施形態では、本発明は、閃光光分解システムと線量計との間に閉ループ制御を確立して、内部標準ラジカル線量計の測光特性における測定された変化に応答して閃光光分解システムの放射照度を制御する、オンチップ、インライン、生体内、または生体外ラジカル線量測定システムを含み、ラジカルは、標識試薬の光分解によって生成される。 In some embodiments, the present invention establishes closed-loop control between the flash photolysis system and the dosimeter to control the flash photolysis system in response to measured changes in the photometric properties of the internal standard radical dosimeter. an on-chip, in-line, in-vivo, or in-vitro radical dosimetry system that controls the irradiance of the radicals generated by photolysis of the labeled reagent.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計、および他の標識試薬と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)細胞の新生期の測光特性を特定する工程、(4)細胞を、光分解区域において少なくとも1回のUV照射で光照射する工程、(5)光照射後の細胞についての測光特性の変化を特定する工程、および(6)ラジカル線量計測光特性の変化に従って、UV光源のスペクトル放射照度を調整する工程を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) nascent cells; (4) irradiating the cells with at least one UV irradiation in a photolysis zone; (5) determining changes in photometric properties for the cells after irradiation; and (6) adjusting the spectral irradiance of the UV light source according to changes in radical dosimetry light characteristics.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体外インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1
)標的タンパク質(単数または複数)を、生物学的緩衝液、内部標準ラジカル線量計、および他の標識試薬と混合する工程、(2)混合物を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)混合物の発生期の測光特性を特定する工程、(4)混合物を、光学光分解区域において少なくとも1回のUV照射で光照射する工程、(5)光照射後の混合物についての測光特性の変化を特定する工程、および(6)ラジカル線量計測光特性の変化に従って、UV光源のスペクトル放射照度を調整する工程を含む。
In some embodiments, using an on-chip in vitro in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising (1)
) mixing the target protein(s) with a biological buffer, an internal standard radical dosimeter, and other labeling reagents; (2) introducing the mixture into an optical dosimetry zone; ) determining the nascent photometric properties of the mixture; (4) irradiating the mixture with at least one UV irradiation in an optical photolysis zone; (5) changing the photometric properties of the mixture after irradiation. and (6) adjusting the spectral irradiance of the UV light source according to the change in the radical dosimetry light characteristics.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計、および他の標識試薬と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)細胞の新生期の測光特性を特定する工程、(4)細胞を、光分解区域において少なくとも1回のUV照射で光照射する工程、(5)光照射後の細胞についての測光特性の変化を特定する工程、および(6)ラジカル線量計測光特性の変化に従って、インラインマイクロ流体ミキサーを使用して標識試薬の濃度を調整する工程を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) nascent cells; (4) irradiating the cells with at least one UV irradiation in a photolysis zone; (5) determining changes in photometric properties for the cells after irradiation; and (6) adjusting the concentration of the labeled reagent using an in-line microfluidic mixer according to changes in the radical dosimetry optical properties.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体外インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)標的タンパク質(単数または複数)を、生物学的緩衝液、内部標準ラジカル線量計、および他の標識試薬と混合する工程、(2)混合物を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)混合物の発生期の測光特性を特定する工程、(4)混合物を、光分解区域において少なくとも1回のUV照射で光照射する工程、(5)光照射後の混合物についての測光特性の変化を特定する工程、および(6)ラジカル線量計測光特性の変化に従って、インラインマイクロ流体ミキサーを使用して標識試薬の濃度を調整する工程を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vitro in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) target protein (singular (2) introducing the mixture into an optical dosimetry zone; (3) nascent phase of the mixture; (4) irradiating the mixture with at least one UV irradiation in a photolysis zone; (5) determining changes in photometric properties for the mixture after irradiation; and (6) adjusting the concentration of the labeled reagent using an in-line microfluidic mixer according to the change in radical dosimetry optical properties;

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、標識試薬、および細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)線量測定区域を出る散乱光の強度を監視することによって、細胞の到着および存在を検出する工程、(4)連続する細胞の到着の間の経過時間を特定する工程、(5)経過時間と正味の緩衝液流速との積当たりの細胞単離量(cell isolation volume)を特定する工程、いおよび(6)所望の細胞単離量を達成するために、シース流および緩衝液流パラメーターを調整する工程を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) exiting the dosimetry zone. (4) determining the elapsed time between successive cell arrivals by monitoring the intensity of the scattered light; (5) determining the elapsed time and net buffer flow rate; (6) adjusting the sheath flow and buffer flow parameters to achieve the desired cell isolation volume.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、標識試薬、および細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)線量測定区域を出る光の位相の変化を監視することによって、細胞の到着および存在を検出する工程、(4)連続する細胞の到着の間の経過時間を特定する工程、(5)経過時間と正味の緩衝液流速との積当たりの細胞単離量を特定する工程、および(6)所望の細胞単離量を達成するために、シース流および緩衝液流パラメーターを調整する工程を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) exiting the dosimetry zone. Detecting cell arrival and presence by monitoring changes in the phase of light; (4) determining elapsed time between successive cell arrivals; (5) elapsed time and net buffer flow rate. and (6) adjusting the sheath flow and buffer flow parameters to achieve the desired cell isolation.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、標識試薬、および細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)線量測定区域を出る散乱光の強度を監視することによって、細胞の到着および存在
を検出する工程、(4)到着する細胞についての正味の流速を特定する工程、(5)光分解区域および線量測定区域から延びる相互接続量(interconnect volume)を特定する工程、(6)細胞が光分解区域から線量測定区域に移動するために必要とされる通過時間を特定する工程、(7)細胞についての光分解区域到着時間を特定する工程、および(8)全てのその後の細胞が光分解区域に到着する時間で光分解システムを動作させる工程と、を含む。
In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) exiting the dosimetry zone. detecting the arrival and presence of cells by monitoring the intensity of the scattered light; (4) determining the net flow rate for arriving cells; (5) interconnections extending from the photolysis zone and the dosimetry zone. (6) determining the transit time required for cells to move from the photolysis zone to the dosimetry zone; (7) determining the photolysis zone arrival time for the cells. (8) operating the photolysis system at a time when all subsequent cells arrive at the photolysis zone.

いくつかの実施形態では、オンチップ生体内インラインラジカル線量測定システムを使用して、本発明は、分析のための標識生体分子を生成する方法を含み、当該方法は、(1)細胞を、生物学的緩衝液、標識試薬、および細胞によって最終的に取り込まれる内部標準ラジカル線量計と混合する工程、(2)細胞を、光学的線量測定区域に導入する工程、(3)線量測定区域を出る位相を監視することによって、細胞の到着および存在を検出する工程、(4)到着する細胞についての正味の流速を特定する工程、(5)光分解区域および線量測定区域から延びる相互接続量を特定する工程、(6)細胞が光分解区域から線量測定区域に移動するために必要とされる通過時間を特定する工程、(7)細胞についての光分解区域到着時間を特定する工程、および(8)全てのその後の細胞が光分解区域に到着するような時間で光分解システムを動作させる工程と、を含む。 In some embodiments, using an on-chip in vivo in-line radical dosimetry system, the invention includes a method of producing labeled biomolecules for analysis, the method comprising: (1) (2) introducing the cells into the optical dosimetry zone; (3) exiting the dosimetry zone. (4) determining the net flow rate for arriving cells; (5) determining the amount of interconnection extending from the photolysis zone and the dosimetry zone; (6) determining the transit time required for the cells to move from the photolysis zone to the dosimetry zone; (7) determining the photolysis zone arrival time for the cells; and (8) ) operating the photolysis system for a time such that all subsequent cells arrive at the photolysis zone.

標識生体分子の生成に続いて、質量分析または電気泳動などの他の方法を用いて、標識ペプチドを同定し、生体内または生体外での生体分子の高次構造に関する情報を推定してもよい。 Following generation of the labeled biomolecule, other methods such as mass spectrometry or electrophoresis may be used to identify the labeled peptide and deduce information regarding the conformation of the biomolecule in vivo or in vitro. .

本発明の様々な実施形態は、オンチップ分析システムを含み、オンチップ分析システムは、発生期の生物学的実体を光分解区域に提供するように構成された試料導入システムであって、生物学的実体は、集束されたシース流中で互いに単離される、試料導入システムと、光を生成して標識試薬の供給源からラジカルを生成するように構成された光分解光源と、シース流および光を受けて、内部標準を標識し、生体内で生物学的実体の生物学的化合物を標識するように構成された光分解区域と、光分解区域から生物学的実体を受容し、散乱光検出器を使用して生物学的実体の存在を検出し、蛍光検出器を使用して内部標準の酸化を検出するように構成された線量測定区域と、生物学的実体の各々についてのラジカルの目標濃度を特定し、ラジカルの目標濃度を満たすために光分解区域の動作を調整するように構成された制御理論回路(control logic)と、標識生物学的化合物を含む生物学的実体を受容するように構成されたリザーバーと、を含む。 Various embodiments of the invention include an on-chip analysis system, the on-chip analysis system being a sample introduction system configured to provide a nascent biological entity to a photolysis zone; The target entities are isolated from each other in a focused sheath stream, a sample introduction system, a photolytic light source configured to generate light to generate radicals from a source of labeled reagent, and a sheath stream and light source. a photolysis zone configured to receive the biological entity from the photolysis zone and label the internal standard and label the biological compound of the biological entity in vivo; a dosimetry zone configured to detect the presence of the biological entity using a detector and detect oxidation of the internal standard using a fluorescence detector and a radical target for each of the biological entities; control logic configured to determine the concentration and adjust the operation of the photolysis zone to meet a target concentration of radicals and to receive a biological entity, including a labeled biological compound; a reservoir configured to.

本発明の様々な実施形態は、発生期の細胞内の生体分子を標識するオンチップ方法を含み、当該方法は、少なくとも1つの細胞を含む試料混合物を、光分解区域に導入し、標識ラジカルの供給源および線量計内部標準を、閃光光分解システムの光分解区域に導入する工程と、標識ラジカルの供給源から標識ラジカルを生成するために、光を供給する工程であって、標識ラジカルは、少なくとも1つの細胞内の生体分子を標識するように構成されている、工程と、線量計内部標準と標識ラジカルとの反応から生じる線量計内部標準の測光特性を検出するように構成されたラジカル線量計の線量測定区域に、少なくとも1つの細胞が到達するまで、必要に応じて予め決定された時間待機する工程であって、ここで、少なくとも1つの細胞は、光散乱によってラジカル線量計の線量測定区域内で検出可能である、工程と、少なくとも1つの細胞が線量測定区域内にある間、ラジカル線量計を使用して線量計内部標準の測光特性を測定する工程と、線量計内部標準の測定された測光特性に基づいて、目標レベルの標識ラジカルが生成されなかったことを決定する工程と、少なくとも1)~4)のうちの1つを調整することによって、光分解区域内の標識ラジカルの濃度を調節する工程と、を含む。1)光分解区域に供給される光の量。2)標識ラジカルの供給の濃度。3)光分解区域内の少なくとも1つの細胞の流速。または、4)光分解区域への光の供給の時間を調整。前述の実施形態では、光分解区域に供給される一連の光パ
ルスは、周期性および位相の両方を有し、周期的パルスの位相を調整することは、周期性を変化させることなくパルスのタイミングを変化させることに留意されたい。
Various embodiments of the present invention include on-chip methods for labeling biomolecules within nascent cells, which methods include introducing a sample mixture containing at least one cell into a photolytic zone and generating labeled radicals. introducing a source and a dosimeter internal standard into a photolysis zone of a flash photolysis system; and providing light to generate labeled radicals from the source of labeled radicals, the labeled radicals comprising: a step configured to label a biomolecule in at least one cell; and a radical dose configured to detect a photometric property of the dosimeter internal standard resulting from the reaction of the dosimeter internal standard with the labeled radical. waiting for an optional predetermined period of time until at least one cell reaches the dosimetry zone of the radical dosimeter, wherein the at least one cell is detected by light scattering in the dosimetry zone of the radical dosimeter; detectable within the dosimeter zone; and measuring photometric properties of the dosimeter internal standard using a radical dosimeter while the at least one cell is within the dosimetry zone; and measuring the dosimeter internal standard. determining that the target level of labeled radicals was not produced based on the photometric properties determined; and adjusting at least one of 1) to 4). and adjusting the concentration. 1) Amount of light supplied to the photolysis zone. 2) Concentration of labeled radical supply. 3) flow rate of at least one cell within the photolysis zone; or 4) time the supply of light to the photolysis zone. In the embodiments described above, the series of light pulses delivered to the photolysis zone has both periodicity and phase, and adjusting the phase of the periodic pulses can affect the timing of the pulses without changing the periodicity. Please note that changing the

本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明を参照することによって得られるであろう。さらに、本発明の上記の目的および利点は、本発明の特徴を組み込む添付の図面に照らして考慮される場合、例示的な実施形態の以下の説明を読むことから当業者に容易に明らかになるであろう。図面における構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。 The novel features of the invention are pointed out with particularity in the appended claims. A better understanding of the features and advantages of the invention may be obtained by reference to the following detailed description that describes exemplary embodiments in which the principles of the invention are utilized. Furthermore, the above objects and advantages of the present invention will become readily apparent to those skilled in the art from reading the following description of exemplary embodiments when considered in light of the accompanying drawings incorporating features of the present invention. Will. The components in the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon clearly illustrating the principles of the disclosure.

本明細書に記載される方法のいずれも、特定の実施形態によれば、以下のいずれか1つ以上をさらに利用することができる。 Any of the methods described herein can further utilize any one or more of the following, according to certain embodiments.

図1は、閃光光分解システムの実施形態を示す。FIG. 1 shows an embodiment of a flash photolysis system. 図2は、マイクロ流体システムの実施形態を示す。FIG. 2 shows an embodiment of a microfluidic system. 図3は、光流体チップの構成要素の実施形態を詳細に示す。FIG. 3 shows an embodiment of the components of the optofluidic chip in detail. 図4は、1秒間隔でUV光のパルスを照射されたときのアデニンと過酸化水素との混合物についての線量測定区域測光応答プロットを詳細に示す。FIG. 4 details the dosimetric zone photometric response plot for a mixture of adenine and hydrogen peroxide when irradiated with pulses of UV light at 1 second intervals. 図5は、マイクロ流体システムの実施形態を示す。FIG. 5 shows an embodiment of a microfluidic system. 図6は、生体内光流体チップの好ましい実施形態を示す。FIG. 6 shows a preferred embodiment of an in-vivo optofluidic chip. 図7は、いくつかの内部標準ラジカル線量計について、流通細胞、蛍光励起、および発光波長を列挙する表である。FIG. 7 is a table listing flowing cells, fluorescence excitation, and emission wavelengths for several internal standard radical dosimeters. 図8は、本発明の組み合わされた蛍光および光散乱検出器システムの実施形態を示す。FIG. 8 shows an embodiment of the combined fluorescence and light scattering detector system of the present invention. 図9は、本発明の組み合わされた蛍光および光散乱検出器の他の実施形態を示す。FIG. 9 shows another embodiment of the combined fluorescence and light scattering detector of the present invention. 図10は、本発明においてCellRox(登録商標)DeepRedおよび過酸化水素を使用して生体内実施形態を照射している間の蛍光ラジカル線量測定応答を示す。FIG. 10 shows the fluorescence radical dosimetry response during irradiation of an in-vivo embodiment using CellRox® DeepRed and hydrogen peroxide in the present invention. 図11は、本発明における単離量または細胞間距離を特定および制御するための例示的なプロセスを示す。FIG. 11 shows an exemplary process for identifying and controlling isolated volume or intercellular distance in the present invention. 図12は、光分解光トリガリングの一致した調整を用いた細胞到着特定のための例示的なプロセス1200を示す。FIG. 12 shows an example process 1200 for cell arrival identification using coordinated adjustment of photolytic light triggering.

有効ラジカル濃度のリアルタイム監視および制御を伴うオンチップ生体内または生体外高速光酸化によって触媒として機能し、溶媒露出分子基の選択的標識によって達成される、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。さらに、標識試薬と、標的タンパク質、細胞、または他の生体内実施形態と、のオンチップインラインマイクロ流体混合によって達成される、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。さらに、生体内での高速光酸化反応をサポートするためのシース流を生成するように機能するオンチップマイクロ流体チャネルによって達成される、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。さらに、一体型蛇行光分解セルを使用してオンチップインライン光化学的誘導反応によって達成される、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。 Device for the analysis of biomolecular conformation, catalyzed by on-chip in vivo or in vitro fast photooxidation with real-time monitoring and control of effective radical concentration, achieved by selective labeling of solvent-exposed molecular groups. and methods are provided. Further provided are devices and methods for the analysis of biomolecular conformation achieved by on-chip, in-line microfluidic mixing of labeled reagents with target proteins, cells, or other in-vivo embodiments. Furthermore, an apparatus and method for the analysis of biomolecular conformation achieved by an on-chip microfluidic channel that functions to generate a sheath flow to support fast photooxidation reactions in vivo is provided. Ru. Further provided are devices and methods for the analysis of biomolecular conformation achieved by on-chip in-line photochemically induced reactions using an integrated serpentine photolysis cell.

有効ラジカル濃度のリアルタイム監視および制御を伴うオンチップ生体内または生体外高速光酸化によって触媒として機能し、溶媒露出分子基の選択的標識によって達成される
、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。さらに、生体内種単離量のリアルタイム監視および制御を伴うオンチップ生体内高速光酸化、ならびにその後の閃光光分解によって達成される、生体分子高次構造の分析のための装置および方法が提供される。装置および方法は、以下に限定されないが、測光的に半透明または透明である様々な生体内実施形態に適用可能であり、真核細胞、原核細胞、細菌、細胞内ウイルス、ビリオン、ウイルス様粒子、単細胞生物、真核組織、および多細胞生物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明は、説明のために細胞に言及するが、そのような言及は、限定的なものではなく、そのような言及は、全ての測光的に半透明または透明な生体内生物学的または非生物学的実体に、本質的に適用可能であることが理解される。
Device for the analysis of biomolecular conformation, catalyzed by on-chip in vivo or in vitro fast photooxidation with real-time monitoring and control of effective radical concentration, achieved by selective labeling of solvent-exposed molecular groups. and methods are provided. Furthermore, an apparatus and method for the analysis of biomolecular conformation achieved by on-chip in vivo fast photooxidation with real-time monitoring and control of the amount of isolated species in vivo, followed by flash photolysis is provided. Ru. The apparatus and methods are applicable to a variety of in vivo embodiments that are photometrically translucent or transparent, including, but not limited to, eukaryotic cells, prokaryotic cells, bacteria, intracellular viruses, virions, and virus-like particles. , unicellular organisms, eukaryotic tissues, and multicellular organisms. Although the present invention refers to cells for purposes of illustration, such references are not limiting and include all photometrically translucent or transparent in vivo biological or non-transparent cells. It is understood that it is essentially applicable to biological entities.

装置および方法は、一般的なタンパク質生化学、診断研究および開発、感染症研究、生物薬剤研究および開発、抗体研究および開発、バイオシミラー開発、治療抗体研究および開発、小分子薬物研究および開発、ならびに他の治療化合物および材料の開発などの様々な研究分野に適用可能である。さらに、装置および方法は、タンパク質-リガンド相互作用分析、タンパク質-タンパク質相互作用分析、タンパク質-DNA相互作用、タンパク質-RNA相互作用、タンパク質融合産物分析、タンパク質配座および配座変化分析、細胞-細胞相互作用、ウイルス-細胞相互作用、小薬物分子作用様式分析、生物薬剤作用様式分析、抗体-抗原分析、タンパク質エピトープマッピング、タンパク質パラトープマッピング、ならびに化学反応監視のような種々の研究分析に適用可能である。 The equipment and methods are suitable for general protein biochemistry, diagnostic research and development, infectious disease research, biopharmaceutical research and development, antibody research and development, biosimilar development, therapeutic antibody research and development, small molecule drug research and development, It is applicable to various research fields such as the development of other therapeutic compounds and materials. In addition, the apparatus and method can be used for protein-ligand interaction analysis, protein-protein interaction analysis, protein-DNA interaction, protein-RNA interaction, protein fusion product analysis, protein conformation and conformational change analysis, cell-cell Applicable to various research analyzes such as interactions, virus-cell interactions, small drug molecule mode of action analysis, biopharmaceutical mode of action analysis, antibody-antigen analysis, protein epitope mapping, protein paratope mapping, and chemical reaction monitoring. It is.

装置は、標的タンパク質または細胞を、システムの試料導入アセンブリ内に配置された適切なマイクロ遠心分離管またはマイクロプレート内に、手動でピペットを操作することによって、標的タンパク質または細胞の段階的導入を介して、後続の化学標識のために細胞を受容することができる。あるいは、装置は、他の分離および分析器と組み合わせられることができ、標的タンパク質または標的細胞を他の分離および分析器から直接受けることができ、他の分離および分析器としては、選択的タンパク質分離、細胞選別、細胞計数、および組織からの細胞単離を行う機器が挙げられるが、これらに限定されない。 The device enables stepwise introduction of target proteins or cells by manually pipetting the target proteins or cells into appropriate microcentrifuge tubes or microplates placed within the sample introduction assembly of the system. cells can be received for subsequent chemical labeling. Alternatively, the device can be combined with other separations and analyzers and can receive target proteins or target cells directly from other separations and analyzers, such as selective protein separation. , cell sorting, cell counting, and cell isolation from tissues.

本節は、生体内または生体外有効ラジカル濃度を評価し、最終的に制御するために、内部標準線量計の測光特性を使用するオンチップインライン生体内または生体外ラジカル線量計を有する閃光光分解装置の一般的概要を提供する。さらに、本節は、単離量を評価し、緩衝液の流動流内の生体内実施形態の分離を正確に制御するために、生体内実施形態の測光特性を使用する本発明の一般的概要を提供する。各サブアセンブリの詳細な説明は、本明細書の他の箇所で提供される。さらに、これらのサブアセンブリの相互作用を説明する方法が、典型的な器具動作の理解を可能にするために提供される。 This section describes a flash photolysis device with an on-chip in-line in-vivo or in-vitro radical dosimeter that uses the photometric properties of an internal standard dosimeter to evaluate and ultimately control the in-vivo or in-vivo effective radical concentration. Provide a general overview of Additionally, this section provides a general overview of the present invention, which uses the photometric properties of an in-vivo embodiment to assess isolated quantities and precisely control the separation of an in-vivo embodiment within a flowing stream of a buffer solution. provide. A detailed description of each subassembly is provided elsewhere herein. Additionally, a method of explaining the interaction of these subassemblies is provided to enable understanding of typical instrument operation.

本発明の様々な実施形態は、図1に示すように、閃光光分解システム100を含む。 閃光光分解システム100は、リアルタイムラジカル線量測定のために構成され、いくつかのサブアセンブリを含む。試料導入システム101、光分解区域102、閃光光分解光源103、ラジカル線量計104、制御電子機器105、機器コントローラー106、試料導入システム101と光分解区域102との間の流体相互接続ライン107、光分解セルとラジカル線量計との間の流体相互接続ライン108、閃光光分解光源103と光分解区域102との間の光通信相互接続109、ラジカル線量計104と制御電子機器105との間の電子相互接続110、試料導入システム101と制御電子機器105との間の電子相互接続111、制御電子機器105と機器コントローラー106との間の電子相互接続112、および制御電子機器と閃光光分解システムとの間の電子相互接続113が示されている。光分解区域102、閃光光分解光源103、およびラジカル線量計104は、一緒になって、「閃光光分解システム」を構成する。 Various embodiments of the invention include a flash photolysis system 100, as shown in FIG. Flash photolysis system 100 is configured for real-time radical dosimetry and includes several subassemblies. sample introduction system 101, photolysis zone 102, flash photolysis light source 103, radical dosimeter 104, control electronics 105, instrument controller 106, fluidic interconnect line 107 between sample introduction system 101 and photolysis zone 102, light Fluidic interconnect lines 108 between the decomposition cell and the radical dosimeter, optical communication interconnects 109 between the flash photolysis light source 103 and the photolysis zone 102, and electronics between the radical dosimeter 104 and control electronics 105. an interconnect 110, an electronic interconnect 111 between the sample introduction system 101 and the control electronics 105, an electronic interconnect 112 between the control electronics 105 and the instrument controller 106, and an electronic interconnect 112 between the control electronics and the flash photolysis system. An electronic interconnect 113 between is shown. The photolysis zone 102, flash photolysis light source 103, and radical dosimeter 104 together constitute a "flash photolysis system."

光分解区域102は、典型的には、光分解セルに含まれる。閃光光分解システム100
は、生体外試料または生体内試料細胞をリアルタイムで酸化して、ラジカル線量測定を達成するように構成されている。分析対象は、試料導入システム101を介して導入される。分析対象は、小容量の微細遠心分離管を使用して、またはEppendorf(ハンブルク、ドイツ)から容易に入手可能なマルチウェルマイクロタイタープレート(multi-well microtiter plates)を使用することによって提示され得る。マイクロ流体循環路は、分析対象吸引、標識試薬との混合、生体内処理のためのシース流機器を使用する細胞流体力学的集束、光分解および線量測定区域への輸送、ならびに標識生成物の輸送および沈殿のために構成される。いくつかの実施形態において、試料導入システム101は、発生期の生物学的実体を光分解区域(例えば、光分解区域102、集束されたシース流中で互いに単離された生物学的実体)に提供するように構成される。シース流は、典型的には、生物学的実体を互いから単離するように構成される。例えば、適切な条件を使用して、生物学的実体は、規則的な間隔によって互いに分離される。
Photolysis zone 102 is typically included in a photolysis cell. Flash photolysis system 100
is configured to oxidize in vitro or in vivo sample cells in real time to achieve radical dosimetry. An object to be analyzed is introduced via sample introduction system 101 . Analytes can be presented using small volume microcentrifuge tubes or by using multi-well microtiter plates readily available from Eppendorf (Hamburg, Germany). The microfluidic circuit provides analyte aspiration, mixing with labeled reagents, cell hydrodynamic focusing using sheath flow devices for in vivo processing, photolysis and transport to the dosimetry zone, and transport of labeled products. and configured for precipitation. In some embodiments, sample introduction system 101 transfers nascent biological entities into a photolysis zone (e.g., photolysis zone 102, biological entities isolated from each other in a focused sheath flow). configured to provide. The sheath flow is typically configured to isolate biological entities from each other. For example, using appropriate conditions, biological entities are separated from each other by regular intervals.

光酸化は、光分解区域102内で起こる。いくつかの実施形態では、光分解区域は、光流体チップ内に位置する。いくつかの実施形態では、光流体チップは、シリコンまたは石英基板内にマイクロ流体チャネルを作成する、リソグラフィーでサポートされたウェット化学エッチング、ドライ反応性イオンエッチング、およびレーザアブレーション微細構造化等の様々な技術を使用して製造される。いくつかの実施形態では、光流体チップは、プラスチック基板内に流体チャネルをエンボス加工することによって製造され、形成された流体チャネルは、プラスチック基板が除去された領域に光学的に透明な窓を封止することによって作成された光学的に透明なセル内に、試料を輸送する。そのような光学的に透明な窓は、本明細書に開示される光分解および線量測定セルの片側だけに、または両側に配置され得る。例示的なプラスチック基板としては、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエーテル-エーテル-ケトン、環状オレフィンポリマー、環状オレフィンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、Kalrez(登録商標)、およびポリクロロトリフルオロエチレンが挙げられるが、これらに限定されない。流体および光学チャネルの内径は、0.1~5.0mmの範囲であり得るが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、流体チャネルおよび光学チャネルは、流体移送、流体混合、流体力学的集束、および光学結合の異なる要件に理想的に対処するために、異なる内径を有することができる。いくつかの実施形態において、光分解区域は、複数の流体経路を向流様式で並置するチャネルの蛇行アレイを含む。 Photooxidation occurs within the photolysis zone 102. In some embodiments, the photolysis zone is located within the optofluidic chip. In some embodiments, optofluidic chips are fabricated using various techniques such as lithography-assisted wet chemical etching, dry reactive ion etching, and laser ablation microstructuring to create microfluidic channels within a silicon or quartz substrate. Manufactured using technology. In some embodiments, optofluidic chips are manufactured by embossing fluidic channels into a plastic substrate, and the formed fluidic channels seal optically transparent windows in the areas where the plastic substrate is removed. The sample is transported into an optically transparent cell created by stopping the sample. Such optically transparent windows may be placed on only one side or on both sides of the photolysis and dosimetry cells disclosed herein. Exemplary plastic substrates include polycarbonate, polyethylene, polyether-ether-ketone, cyclic olefin polymers, cyclic olefin copolymers, polytetrafluoroethylene, Kalrez®, and polychlorotrifluoroethylene. but not limited to. The inner diameter of the fluidic and optical channels can range from 0.1 to 5.0 mm, but is not limited thereto. In some embodiments, the fluidic channels and optical channels can have different inner diameters to ideally address different requirements for fluid transport, fluid mixing, hydrodynamic focusing, and optical coupling. In some embodiments, the photolysis zone includes a serpentine array of channels that juxtapose multiple fluidic pathways in a countercurrent manner.

光分解区域102は、マイクロ流体経路107を介して試料導入システム101から分析対象を受容する。処理後、光分解区域102内の光照射された分析対象は、ラジカル線量計104に移送される。光分解区域102は、閃光光分解光源103と光学的に連通している。閃光光分解光源103は、光分解区域102内で標識試薬源から標識ラジカルを生成するための光を生成するように構成された光分解光源の一例である。いくつかの実施形態では、光分解区域102は、生物学的実体を含むシース流を受容し、閃光光分解光源103から光を受けて、線量計内部標準を酸化させ、生体内で生物学的実体の生物学的化合物を酸化させるように構成されている。 例えば、アミノ酸を含むタンパク質およびペプチドは、光分解区域102において酸化されてもよい。 Photolysis zone 102 receives analyte from sample introduction system 101 via microfluidic pathway 107 . After processing, the irradiated analyte in the photolysis zone 102 is transferred to the radical dosimeter 104. Photolysis zone 102 is in optical communication with flash photolysis light source 103 . Flash photolysis light source 103 is an example of a photolysis light source configured to generate light for generating labeled radicals from a source of labeled reagent within photolysis zone 102 . In some embodiments, the photolytic zone 102 receives a sheath stream containing biological entities and receives light from a flash photolytic light source 103 to oxidize the dosimeter internal standard and generate biological entities in vivo. Configured to oxidize biological compounds of the entity. For example, proteins and peptides containing amino acids may be oxidized in photolysis zone 102.

光分解区域102、閃光光分解光源103、およびラジカル線量計104は、閃光光分解システムを構成する。閃光光分解システムは、プラズマフラッシュランプまたは他の適切な光源(例えば、エキシマレーザー、固体レーザー、またはレーザーダイオード)、および光透過手段の要件を光分解区域に適合させるための関連する光収集/透過光学部品を含む。 Photolysis zone 102, flash photolysis light source 103, and radical dosimeter 104 constitute a flash photolysis system. A flash photolysis system consists of a plasma flash lamp or other suitable light source (e.g. excimer laser, solid state laser, or laser diode) and associated light collection/transmission to adapt the requirements of the light transmission means to the photolysis area. Contains optical components.

ラジカル線量計104は、光分解区域102から標識される分析対象を受容するように構成されるか、または他の実施形態において、ラジカル線量計104は、直交光路を使用
することによって光分解区域102に組み込まれている。様々な測光検出スキームは、線量計内部標準の関連する測光特性を監視するために、ラジカル線量計によって使用されてもよい。いくつかの実施形態では、線量計内部標準は、生物学的試料中に添加された外部添加剤であり得る。いくつかの実施形態では、生物学的緩衝液システムの固有測光特性は、固有線量計内部標準として機能してもよい。「固有」または「緩衝液に固有」とは、内部標準が緩衝特性を提供する化学種のうちの1つであることを意味する。緩衝液は、必要に応じて、分析対象または細胞を生理学的pHまたはイオン濃度に維持するように構成された生理学的適合性緩衝液である。いくつかの実施形態において、内部標準は、光分解区域102において閃光光分解光を受光し、その結果、蛍光性になるように構成される。例えば、線量計内部標準は、様々な実施形態において、水酸化物ラジカルとの反応の際に、少なくとも10倍、100倍、または1000倍の因子によって蛍光を増加してもよい。
Radical dosimeter 104 is configured to receive an analyte to be labeled from photolysis zone 102, or in other embodiments, radical dosimeter 104 is configured to receive labeled analyte from photolysis zone 102 by using orthogonal optical paths. is incorporated into. Various photometric detection schemes may be used by radical dosimeters to monitor relevant photometric properties of dosimeter internal standards. In some embodiments, the dosimeter internal standard can be an external additive added into the biological sample. In some embodiments, the intrinsic photometric properties of the biological buffer system may serve as an intrinsic dosimeter internal standard. By "specific" or "buffer specific" is meant that the internal standard is one of the species that provides buffering properties. The buffer is a physiologically compatible buffer configured to maintain the analyte or cell at a physiological pH or ionic concentration, as appropriate. In some embodiments, the internal standard is configured to receive flash photolysis light in the photolysis zone 102 and, as a result, becomes fluorescent. For example, the dosimeter internal standard may increase fluorescence by a factor of at least 10x, 100x, or 1000x upon reaction with hydroxide radicals, in various embodiments.

測光検出スキームとしては、蛍光、測光吸光度、屈折率検出、光散乱検出、および発光が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、測光検出スキームは、紫外線(UV)蛍光または発光を生成するためにUV光励起源を使用する蛍光検出器を含む。いくつかの実施形態では、蛍光検出器は、可視蛍光または発光を生成するために、UV励起源を使用する。いくつかの実施形態では、蛍光検出器は、可視蛍光または発光を生成するために、可視励起源を使用する。いくつかの実施形態では、蛍光検出器は、積分光散乱検出器も含む。 いくつかの実施形態では、蛍光検出器は、一体型光屈折率検出器も含む。 Photometric detection schemes include, but are not limited to, fluorescence, photometric absorbance, refractive index detection, light scattering detection, and luminescence. In some embodiments, the photometric detection scheme includes a fluorescence detector that uses a UV light excitation source to generate ultraviolet (UV) fluorescence or luminescence. In some embodiments, the fluorescence detector uses a UV excitation source to generate visible fluorescence or luminescence. In some embodiments, the fluorescence detector uses a visible excitation source to generate visible fluorescence or luminescence. In some embodiments, the fluorescence detector also includes an integrating light scattering detector. In some embodiments, the fluorescence detector also includes an integrated photorefractive index detector.

制御電子機器105は、実験室交流(alternating current:AC)電源から導出された直流(direct current:DC)駆動電圧を周辺アセンブリに提供し、アナログおよびデジタル制御信号を周辺装置に提供し、アナログまたはデジタル情報を周辺装置から受信し、ADCおよびデジタルアナログ変換(digital to analog conversion)機能を提供し、データを機器コントローラー106に提供し、コマンドを機器コントローラー106から受信するように機能する。典型的な実施形態において、制御電子機器アセンブリは、試料導入システム101内に配置されたモーターとインターフェースで接続されるモーターコントローラーを含む。さらに、そのような実施形態における制御電子機器アセンブリは、機器コントローラー106とのデジタル通信のためのユニバーサルシリアルバス(universal serial bus:USB)ハブを含んでもよい。 Control electronics 105 provides direct current (DC) drive voltage derived from a laboratory alternating current (AC) power source to peripheral assemblies, provides analog and digital control signals to peripheral devices, and provides analog or digital control signals to peripheral devices. It functions to receive digital information from peripheral devices, provide ADC and digital to analog conversion functionality, provide data to equipment controller 106, and receive commands from equipment controller 106. In an exemplary embodiment, the control electronics assembly includes a motor controller that interfaces with a motor located within sample introduction system 101. Further, the control electronics assembly in such embodiments may include a universal serial bus (USB) hub for digital communication with the equipment controller 106.

機器コントローラー106は、様々な機器周辺装置のためのプロセス制御を提供する一方で、これらの装置からデジタル形式でステータスおよびデータ情報を受信するように機能する。いくつかの実施形態では、機器コントローラー106は、2つの主要モジュール、すなわち、器具構成要素制御のための低レベルマルチスレッドモジュールと、高レベルユーザーインターフェース(user interface:UI)モジュールと、を有するソフトウェア制御プログラムを実行する。いくつかの実施形態では、制御電子機器105は、埋込マイクロプロセッサーを含み、埋込マイクロプロセッサーは、USBまたは無線インターフェースを介して機器コントローラー106の高レベルUI制御プログラムと通信しながら、低レベル器具構成要素制御を提供する、 Equipment controller 106 functions to provide process control for various equipment peripheral devices while receiving status and data information in digital form from these devices. In some embodiments, the instrument controller 106 is a software control having two main modules: a low-level multi-threaded module for instrument component control and a high-level user interface (UI) module. Run the program. In some embodiments, control electronics 105 includes an embedded microprocessor that controls low-level appliance control while communicating with a high-level UI control program of appliance controller 106 via a USB or wireless interface. provide component control;

機器コントローラー106、制御電子機器105、および様々な相互接続は、共に、閃光光分解システム100を制御するように構成された制御理論回路を表す。この制御理論回路は、本明細書で開示される方法のいずれかの工程を実行するように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態において、制御理論回路は、目標濃度の標識ラジカルが各生物学的実体(entity)について生成されたことを特定するように構成される。この目標濃度は、必要に応じて、タンパク質または細胞構成要素の標識反応が所望の完了レベルに近づくのに十分な標識ラジカル剤を有することを確実にするように選択される。 Instrument controller 106, control electronics 105, and various interconnections together represent control logic circuitry configured to control flash photolysis system 100. The control logic circuit may be configured to perform any steps of the methods disclosed herein. For example, in some embodiments, the control theory circuit is configured to identify that a target concentration of labeled radicals has been generated for each biological entity. This target concentration is optionally selected to ensure that the protein or cellular component labeling reaction has sufficient labeling radical agent to approach the desired level of completion.

制御理論回路は、さらに、光分解区域102における条件を調整して標識ラジカルの目標濃度を満たすことを含むフィードバックループを管理するように構成されてもよい。光分解区域102における条件は、例えば、標識ラジカル源の濃度を変化させること、試料導入システム101における流速を変化させること、光分解光源103から受光する光の量を変化させること、光が光分解光源から受ける時間を変化させること、単離された細胞の分離距離/量を変化させることなどによって調整されてもよい。光分解区域102における条件を変化させることによって、制御理論回路は、第1分析対象の分析に基づいて試料導入システム101および/または光分解光源103にフィードバックを提供して、第2分析対象の分析を改善することができる。 The control theory circuitry may further be configured to manage a feedback loop that includes adjusting conditions in the photolysis zone 102 to meet a target concentration of labeled radicals. Conditions in the photolysis zone 102 may include, for example, changing the concentration of the labeled radical source, changing the flow rate in the sample introduction system 101, changing the amount of light received from the photolysis light source 103, or changing the amount of light received from the photolysis light source 103. It may be adjusted by varying the time of exposure to the light source, varying the separation distance/amount of isolated cells, etc. By varying the conditions in the photolysis zone 102, the control theory circuitry provides feedback to the sample introduction system 101 and/or the photolysis light source 103 based on the analysis of the first analyte to improve the analysis of the second analyte. can be improved.

いくつかの実施形態では、制御理論回路は、線量測定区域内の内部標準からの蛍光信号に基づいて、細胞からの酸化および/または同定されたペプチドの定量を、正規化するように構成される。これは、閃光光分解システム100の異なる実例を使用する異なる実験からの結果の比較を可能にする。 In some embodiments, the control theory circuit is configured to normalize quantification of oxidation and/or identified peptides from cells based on fluorescence signals from internal standards within the dosimetry zone. . This allows comparison of results from different experiments using different instances of flash photolysis system 100.

制御理論回路は、選択的に、さらに、光分解区域102内で細胞が光分解光を受光する時間を特定するように、および/または単離された細胞が光分解区域102に入る時間間隔を特定するように、構成されている。これらの特定は、線量測定区域内における、蛍光、散乱光、または光の位相変化の検出に基づいてもよく、試料導入システム101における流速および/または流量を調整することによって制御されてもよい。 The control theory circuitry optionally further determines the times at which cells within the photolytic zone 102 receive photolytic light and/or the time intervals at which isolated cells enter the photolytic zone 102. configured to specify. These identifications may be based on detection of fluorescence, scattered light, or phase changes of light within the dosimetry zone and may be controlled by adjusting the flow rate and/or flow rate in the sample introduction system 101.

制御理論回路は、選択的に、さらに、標識細胞リザーバーおよび分析器への細胞の流れを制御するように構成される。例えば、制御理論回路は、破裂した細胞が標識細胞リザーバーの特定の容器から迂回されるように、または、異なる酸化細胞が時間の関数にわたって異なる区画内に配置されるように、細胞の流れを制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制御理論回路は、分析器からの分析対象信号を使用して、閃光光分解システム100の任意の態様を制御するように構成される。 The control logic circuit is optionally further configured to control the flow of cells to the labeled cell reservoir and the analyzer. For example, control theory circuits control the flow of cells such that ruptured cells are diverted from specific vessels of labeled cell reservoirs, or that different oxidizing cells are placed in different compartments over a function of time. It may be configured to do so. In some embodiments, the control logic circuit is configured to control any aspect of the flash photolysis system 100 using the analyte signal from the analyzer.

機器コントローラー106および制御電子機器105は、選択的に、単一の装置に組み合わせられる。
<生体外分析対象光化学標識>
Instrument controller 106 and control electronics 105 are optionally combined into a single device.
<Photochemical label for in vitro analysis>

図2は、生体外分析対象の処理をサポートするように構成された閃光光分解システム100のさらなる詳細を、システムのマイクロ流体システム200の特定の説明とともに示す。 試料/生成物マイクロプレート201、試料入口/生成物出口ポート202、組み合わされた光分解および線量測定セル203、インラインマイクロ流体ミキサー204、光流体チップ205、緩衝液シリンジポンプ206、標識試薬シリンジポンプ207、緩衝液リザーバー208、廃棄物リザーバー209、試料貯蔵ループ210、標識試薬リザーバー211、試薬移送ライン212、緩衝液シリンジポンプ四方弁213、インラインミキサーゲート弁214、試薬廃棄物ライン215、標識試薬シリンジポンプ四方弁216、試薬導入ライン217、緩衝液導入ライン218、緩衝液廃棄物ライン219、試料マイクロウェル(microwell)220、廃棄物収集マイクロウェル221、および生成物収集マイクロウェル222が示されている。 FIG. 2 shows further details of a flash photolysis system 100 configured to support processing of in vitro analytes, along with a specific description of the microfluidic system 200 of the system. Sample/product microplate 201, sample inlet/product outlet port 202, combined photolysis and dosimetry cell 203, in-line microfluidic mixer 204, optofluidic chip 205, buffer syringe pump 206, labeled reagent syringe pump 207 , buffer reservoir 208, waste reservoir 209, sample storage loop 210, labeled reagent reservoir 211, reagent transfer line 212, buffer syringe pump four-way valve 213, in-line mixer gate valve 214, reagent waste line 215, labeled reagent syringe pump Four-way valve 216, reagent introduction line 217, buffer introduction line 218, buffer waste line 219, sample microwell 220, waste collection microwell 221, and product collection microwell 222 are shown.

標識される試料は、ThermoFisher(USA)から入手可能な96または384ウェルプレート等の試料/生成物マイクロプレート201などの貯蔵容器内に貯蔵される。試料は、試料入口/生成物出口ポート202を通して吸引によって導入される。吸引された試料は、システムの線量測定および光分解区域203を通過し、さらにインラインミキサー204を通って引き込まれる。インラインミキサー204ならびに光分解および線量測定区域203は、両方とも、光流体チップ205内に形成される。 The sample to be labeled is stored in a storage container, such as a sample/product microplate 201, such as a 96 or 384 well plate available from ThermoFisher (USA). The sample is introduced by suction through the sample inlet/product outlet port 202. The aspirated sample passes through the dosimetry and photolysis section 203 of the system and is then drawn through an in-line mixer 204. In-line mixer 204 and photolysis and dosimetry zone 203 are both formed within optofluidic chip 205.

マイクロ流体システム200は、2つのシリンジポンプ、緩衝液シリンジポンプ206および標識試薬ポンプ207を含む。シリンジポンプ206は、緩衝液リザーバー208、廃棄物リザーバー209、および試料貯蔵ループ210と連通している。 シリンジポンプ207は、試薬移送ライン212を介して、廃棄物リザーバー209、試薬リザーバー211、およびインラインミキサー204と連通している。 Microfluidic system 200 includes two syringe pumps, a buffer syringe pump 206 and a labeled reagent pump 207. Syringe pump 206 is in communication with buffer reservoir 208, waste reservoir 209, and sample storage loop 210. Syringe pump 207 communicates with waste reservoir 209, reagent reservoir 211, and in-line mixer 204 via reagent transfer line 212.

標識プロセスの前に、マイクロ流体循環路は、プライミングされる。シリンジポンプ206は、その四方弁213を緩衝液リザーバー208と連通するように切り替えることによって緩衝液で充填される。そのプランジャーは、シリンジをその容積を完全に充填するために引き抜かれる。シリンジポンプ206の容積は、標識される試料の所望の量に応じて、50μL、100μL、250μL、500μL、1.5mL、2.0mL、および2.5 mLの範囲であり得るが、これらに限定されない。次に、シリンジポンプ206は、貯蔵ループ210と連通するように弁213を切り替え、システムを洗い流すのに十分な量をポンピングすることによって、マイクロ流体システムをプライミングする。システム洗い流しの間、緩衝液は、インラインミキサー204、光分解および線量測定区域203、ポート202を通って流れるように方向付けられ、最終的にマイクロプレート201の指定された廃棄物ウェル221に分注される。このプロセスの間、弁214は、インラインミキサー204に対して閉じられたままであり、その結果、緩衝液は、チップ205を通って方向付けられ、ミキサー204を通って出ず、最終的に試薬移送ライン212に流入することはない。 Before the labeling process, the microfluidic circuit is primed. Syringe pump 206 is filled with buffer by switching its four-way valve 213 into communication with buffer reservoir 208 . The plunger is withdrawn to completely fill the syringe to its volume. The volume of the syringe pump 206 can range from, but is not limited to, 50 μL, 100 μL, 250 μL, 500 μL, 1.5 mL, 2.0 mL, and 2.5 mL, depending on the desired amount of sample to be labeled. Not done. Syringe pump 206 then primes the microfluidic system by switching valve 213 into communication with storage loop 210 and pumping enough volume to flush the system. During system flushing, buffer is directed to flow through the in-line mixer 204, photolysis and dosimetry zone 203, port 202, and finally dispensed into designated waste wells 221 of the microplate 201. be done. During this process, valve 214 remains closed to in-line mixer 204 so that buffer is directed through chip 205 and not out through mixer 204 and ultimately reagent transfer. It does not flow into line 212.

チップをプライミングした後、試薬送達循環路がプライミングされる。試薬ポンプ207は、弁216が試薬導入ライン217に接続している間に、そのプランジャーを引き戻すことによって試薬リザーバー211から引き出された試薬で完全に充填される。試薬ポンプ207の容量は、標識される試料の所望の量に依存して、50μL、100μL、250μL、500μL、1.5mL、2.0mL、および2.5mLの範囲であり得るが、これらに限定されない。試薬移送ライン212は、シリンジ207の内容物を試薬移送ライン212に移送するように構成された四方弁216を有する試薬ポンプ207でポンピングすることによって洗い流され、試薬移送ライン212は、プライミング量を、試薬廃棄物ライン215を介して廃棄物リザーバー209に向けるように構成された弁214を有する。弁214は、弁214からミキサー204への相互接続容積が0.25から1.5μLの範囲に最小化されるように、インラインミキサー204に隣接して配置されている。チップ205の流体接続のさらなる詳細は、図3に提供される。 After priming the chip, the reagent delivery circuit is primed. Reagent pump 207 is completely filled with reagent drawn from reagent reservoir 211 by pulling back its plunger while valve 216 is connected to reagent introduction line 217. The capacity of the reagent pump 207 can range from, but is not limited to, 50 μL, 100 μL, 250 μL, 500 μL, 1.5 mL, 2.0 mL, and 2.5 mL depending on the desired amount of sample to be labeled. Not done. The reagent transfer line 212 is flushed by pumping with a reagent pump 207 having a four-way valve 216 configured to transfer the contents of the syringe 207 to the reagent transfer line 212, where the reagent transfer line 212 transfers the priming amount to It has a valve 214 configured to direct the reagent waste line 215 to the waste reservoir 209 . Valve 214 is positioned adjacent to in-line mixer 204 such that the interconnect volume from valve 214 to mixer 204 is minimized to a range of 0.25 to 1.5 μL. Further details of the fluid connections of chip 205 are provided in FIG.

以下の工程は、光誘起ラジカル反応を使用して生体外試料を標識するために、マイクロ流体システム200に関して説明される実施形態によって使用される例示的な動作カスケード反応を概説する。このカスケード反応の変形形態は、当業者には明らかであり、そのような変形形態は、機能的に等価であると解釈され、本明細書で提供される例と発明的に異なるものではない。試料/生成物マイクロプレート201は、別個のマイクロウェル220が、標識される試料、ならびに空のマイクロウェル221および222を含むように指定されるように配置され、空のマイクロウェル221および222は、マイクロ流体システム200のサブシステムの流体プライミング中に沈殿された標識生成物、廃棄緩衝液、または標識試薬を選択的に収集する。生体外ラジカルタンパク質フットプリント法のために、マイクロウェル220は、タンパク質または他のタンパク質性生物学的混合物を含む。プライミング後、緩衝液シリンジポンプ206は、試料ループ210と連通するように弁213を移動させることによって所定量の緩衝液を分注し、その結果として、光流体チップ205を通して、入口出口ポート202を通して指定された廃棄物マイクロウェル221に緩衝液を圧送する。ここで圧送される量は、標識される試料の量よりもわずかに大きい。例えば、100mLの試料が標識のために目標とされる場合、シリンジポンプ2
06は、120mLの緩衝液を廃棄物マイクロウェル221に分注する。他の異なる容積比を使用することができ、上記の例は、例示的なものであり、範囲を限定するものではない。
The following steps outline an exemplary operational cascade reaction used by the embodiment described with respect to microfluidic system 200 to label an in vitro sample using a photoinduced radical reaction. Variations on this cascade reaction will be apparent to those skilled in the art, and such variations are to be construed as functionally equivalent and not inventively different from the examples provided herein. The sample/product microplate 201 is arranged such that separate microwells 220 are designated to contain the sample to be labeled, as well as empty microwells 221 and 222; Labeled products, waste buffers, or labeled reagents precipitated during fluidic priming of subsystems of microfluidic system 200 are selectively collected. For in vitro radical protein footprinting, microwells 220 contain proteins or other proteinaceous biological mixtures. After priming, buffer syringe pump 206 dispenses a predetermined amount of buffer by moving valve 213 into communication with sample loop 210 and, as a result, through optofluidic chip 205 and through inlet/outlet port 202. Pump buffer into designated waste microwells 221. The volume pumped here is slightly larger than the volume of sample to be labeled. For example, if a 100 mL sample is targeted for labeling, syringe pump 2
06 dispenses 120 mL of buffer into the waste microwell 221. Other different volume ratios can be used and the above examples are illustrative and not limiting.

マイクロプレート201は、ポート202が、標識される試料を含むマイクロウェル220に浸漬されるように移動される。緩衝液シリンジポンプ206は、そのプランジャーを引き出し、弁213、インラインミキサー204、光分解線量測定セル203、およびポート202を介して、流体的に連通することによって、所定の量の試料を吸引する。試料は、光分解線量測定セル203およびインラインミキサー204を通ってチップ205に引き込まれ、最終的に試料貯蔵ループ210に引き込まれる。この試料吸引プロセス中、インラインミキサーゲート弁214は、標識試薬が循環路に引き込まれないようにミキサーを閉鎖する。 Microplate 201 is moved such that ports 202 are immersed in microwells 220 containing the samples to be labeled. Buffer syringe pump 206 aspirates a predetermined amount of sample by withdrawing its plunger and fluidly communicating through valve 213, in-line mixer 204, photolytic dosimetry cell 203, and port 202. . The sample is drawn into the chip 205 through the photolytic dosimetry cell 203 and the in-line mixer 204 and finally into the sample storage loop 210. During this sample aspiration process, the in-line mixer gate valve 214 closes the mixer from drawing labeled reagent into the circuit.

試薬リザーバー211は、タンパク質標識プロセスに必要とされる標識試薬を含む。HRPFの場合、リザーバー211は、例えば、典型的には20mMから1000mMの範囲の濃度で水性過酸化水素を含む。トリフルオロメチルフットプリント法の場合、試薬リザーバー211は、過酸化水素と水性トリフリン酸ナトリウムとの混合物を含む。主にCFラジカル標識が望ましい場合、Hおよびトリフリン酸ナトリウムをそれぞれ1:4の濃度比で混合し、典型的には5mMのHおよび20mMのトリフリン酸ナトリウムを使用する。同時にHRPFおよびCFフットプリント法が所望される場合、Hおよびトリフリナートをそれぞれ5:1の比で混合し、典型的には50mMのHおよび10mMのトリフリン酸を用いる。上記の混合物は例示的であることを意図しており、範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、他の比が機能的に等価であるように機能してもよく、絶対的条件が実際のタンパク質標識条件に基づいて変化してもよい。 Reagent reservoir 211 contains labeling reagents needed for the protein labeling process. In the case of HRPF, reservoir 211 contains, for example, aqueous hydrogen peroxide, typically at a concentration in the range of 20mM to 1000mM. For the trifluoromethyl footprint method, reagent reservoir 211 contains a mixture of hydrogen peroxide and aqueous sodium triflate. If primarily CF 3 radical labeling is desired, H 2 O 2 and sodium triflate are mixed in a concentration ratio of 1:4, respectively, typically 5 mM H 2 O 2 and 20 mM sodium triflate are used. If simultaneous HRPF and CF3 footprinting methods are desired, H2O2 and triflinate are mixed in a 5:1 ratio , respectively , typically using 50mM H2O2 and 10mM triflic acid. The above mixtures are intended to be illustrative and should not be construed as limiting the range; other ratios may function as functionally equivalent and absolute terms are May vary based on actual protein labeling conditions.

標識プロセスを開始するために、ポンプ206および207は、それらのそれぞれの溶液をマイクロ流体循環路内に分注し始める。ポンプ206および207の相対的なポンピング速度は、光分解区域に入る標識試薬の所望の最終濃度およびリザーバー211内に位置する標識試薬の開始濃度に依存する。一例としてヒドロキシル基ラジカル標識を使用すると、試薬リザーバー211は、1000mM濃度のHを含んでもよく、標識中の所望の最終濃度は、100mMである。このような条件下では、ポンプ207のポンピング速度は、ポンプ206のポンピング速度の10分の1である。正味の流速は、ポンプ206および207によって確立されるポンピング速度の合計である。 To begin the labeling process, pumps 206 and 207 begin dispensing their respective solutions into the microfluidic circuit. The relative pumping speeds of pumps 206 and 207 depend on the desired final concentration of labeled reagent entering the photolysis zone and the starting concentration of labeled reagent located within reservoir 211. Using hydroxyl radical labeling as an example, reagent reservoir 211 may contain a 1000 mM concentration of H 2 O 2 and the desired final concentration in the label is 100 mM. Under these conditions, the pumping speed of pump 207 is one-tenth the pumping speed of pump 206. The net flow rate is the sum of the pumping rates established by pumps 206 and 207.

図3は、後続の説明を可能にする例示的な光流体アレイ300のさらなる実施形態を示す。試薬入口ポート301、緩衝液入口ポート302、ミキサー303、光分解セル304、線量測定セル305、入口出口ポート306、および流体チャネル308を含む光分解セル307の詳細図が示されている。光流体チップ205を通る流れを確立した後、光分解光源103が動作されて、規則的な閃光間隔で光分解区域304を照射する。閃光周波数は、0.25Hzから5Hzの範囲であってもよいが、これに限定されない。閃光周波数および正味の流速は、試料と標識試薬との混合物が一回の閃光によってのみ照射されること、および照射された混合物の各後続ボーラス(bolus)が所定の単離量によって分割されることを確実にするように確立される。このように、光分解セルの照明された量は、必要な正味の流速および閃光速度を規定する。 FIG. 3 shows a further embodiment of an exemplary optofluidic array 300 to enable subsequent discussion. A detailed view of a photolysis cell 307 is shown including a reagent inlet port 301, a buffer inlet port 302, a mixer 303, a photolysis cell 304, a dosimetry cell 305, an inlet outlet port 306, and a fluidic channel 308. After establishing flow through the optofluidic chip 205, the photolysis light source 103 is activated to illuminate the photolysis area 304 at regular flash intervals. The flash frequency may range from 0.25Hz to 5Hz, but is not limited thereto. The flash frequency and net flow rate are such that the sample and labeled reagent mixture is illuminated by only one flash, and that each subsequent bolus of the illuminated mixture is divided by a predetermined isolated volume. established to ensure that Thus, the illuminated volume of the photolytic cell defines the required net flow rate and flash rate.

毛細管式の光誘起ラジカルフットプリント法において、光分解光源は、毛細管内腔内に位置する少量の流体を照射するように集束される。典型的な毛細管内径(internal diameter:ID)は、50~250μmの範囲であるが、これに限定されない。さらに、照射領域は、2~8mmの範囲であるが、これに限定されない照射軸方向長さを規定する毛細
管軸に沿って延びる。典型的な用途では、6mmの軸方向距離を有する100μmID毛細管は、47nLの照明容積を含む。50μLの試料が標識のために所望される場合、約1,064回の閃光が必要とされ、これは、処理するために多くの分を必要とし、光源の消耗を不必要に加速する。さらに、これらの条件下では、エキシマレーザーおよびプラズマ光源の両方の屈折集束限界が、内腔の内径よりも大きいビーム浪費をもたらすので、光分解光のごく一部のみが毛細管内腔内に集束される。このように、先に教示された毛細管式のアプローチは、様々な欠点をもたらす。
In capillary photoinduced radical footprinting, a photolytic light source is focused to illuminate a small volume of fluid located within the capillary lumen. Typical capillary internal diameters (ID) range from 50 to 250 μm, but are not limited thereto. Additionally, the irradiation area extends along the capillary axis defining an axial length of irradiation in the range of, but not limited to, 2-8 mm. In a typical application, a 100 μm ID capillary with an axial distance of 6 mm contains an illumination volume of 47 nL. If a 50 μL sample is desired for labeling, approximately 1,064 flashes are required, which requires many minutes to process and unnecessarily accelerates light source wear. Furthermore, under these conditions, only a small fraction of the photolyzed light is focused into the capillary lumen, since the refractive focusing limits of both excimer lasers and plasma sources result in beam waste that is larger than the inner diameter of the lumen. Ru. Thus, the previously taught capillary approach presents various drawbacks.

光流体チップ205は、光分解区域307によって詳述されるような蛇行光分解区域304を含む。光分解区域307内の流体経路は、隣接するフローチャネルが密接に並置された状態で、折り畳まれた様式または曲がりくねった様式で配置され、流れは、向流様式で確立される。蛇行光分解区域は、光分解光をより広い入射領域にわたって分布させることができ、屈折焦点制限を克服するので、光分解光源103と試料試薬混合物との間のより良好な光-流体整合を可能にする。標識試薬を効果的に光分解するために入射UV照射に必要な流束量は、UV源スペクトル放射照度および標識試薬吸光係数に依存する。Hに基づく標識では、250nm未満のUV波長に対して少なくとも3mJ/mmの流速量が典型的に必要とされる。OHおよびCFラジカル標識の両方について、閃光光分解光源103は、16mmまでの照射面積を可能にするのに十分なスペクトル放射照度を有する。このような条件下で、光分解セル304内の流体チャネル308は、約6.4mLの照射体積を含むように配置され得る。このように、光分解区域304の照射体積は、前述の100mmID毛細管システムの照射体積よりも136倍大きく、したがって、標識は、毛細管式の標識に必要とされる時間のほんの一部で進行し、同時に、光分解システムのひずみを99%超低減する。 Optofluidic chip 205 includes a serpentine photolysis zone 304 as detailed by photolysis zone 307 . The fluid paths within the photolysis zone 307 are arranged in a folded or tortuous manner, with adjacent flow channels in close juxtaposition, and flow is established in a countercurrent manner. The serpentine photolysis zone can distribute the photolysis light over a wider incident area, overcoming refractive focus limitations and thus allowing better opto-fluidic matching between the photolysis light source 103 and the sample reagent mixture. Make it. The amount of flux of incident UV radiation required to effectively photolyze the labeled reagent depends on the UV source spectral irradiance and the labeled reagent extinction coefficient. For H 2 O 2 -based labels, a flow rate of at least 3 mJ/mm 2 is typically required for UV wavelengths below 250 nm. For both OH and CF3 radical labels, the flash photolysis light source 103 has sufficient spectral irradiance to allow an illuminated area of up to 16 mm2 . Under such conditions, fluidic channel 308 within photolysis cell 304 may be arranged to include an irradiation volume of approximately 6.4 mL. In this way, the illumination volume of the photolysis zone 304 is 136 times larger than the illumination volume of the 100 mm ID capillary system described above, and therefore the labeling proceeds in a fraction of the time required for capillary-style labeling. At the same time, it reduces the strain of the photolysis system by more than 99%.

試料と標識試薬との混合物は、光分解区域304において光分解光源103によって照射される。露光後、ラジカルが迅速に形成され、典型的には数マイクロ秒以内に試料を共有結合的に修飾する。標識試料、緩衝液、および修飾試薬は、下流に圧送されて、線量測定区域305に入る。線量測定区域305の内容物は、限定はしないが、測光吸光度、蛍光、光散乱、屈折率検出、および/または化学発光などの測光手段を使用して精査される。線量測定区域305において行われるリアルタイム測定は、フィードバックループを可能にし、このフィードバックループにおいて、光分解条件は、所望の量のラジカル生成が生じ、所望の量の生体外分析対象標識が生じることを確実にするように改変され得る。システムの初期動作中、未照射試料と試薬との混合物を含む線量測定区域の測光特性のベースライン測定が行われる。一旦ベースライン測定がなされると、光分解が進行し、測光特性の変化が特定される。ヒドロキシル基ラジカルタンパク質フットプリント法の場合、OHラジカルは、試料を共有結合的に標識し、典型的に使用されるアデニンなどの内部標準ラジカル線量計を同時に攻撃する。この場合、評価される測光特性は、265nmでのUV測光吸光度である。OHラジカル攻撃の際に、アデニンは、有効OHラジカル収率に正比例する様式で、UV265nm吸光度の減少を示す。微調整プロセス中、有効OHラジカル収率は、線量測定信号における評価された変化と目標変化との間の差に応答して、閃光強度またはH濃度のいずれかを変更することによって制御される。 The sample and labeled reagent mixture is illuminated by photolysis light source 103 in photolysis zone 304 . After exposure, radicals are rapidly formed, typically covalently modifying the sample within a few microseconds. Labeled samples, buffers, and modification reagents are pumped downstream into dosimetry zone 305. The contents of dosimetry zone 305 are probed using photometric means such as, but not limited to, photometric absorbance, fluorescence, light scattering, refractive index detection, and/or chemiluminescence. The real-time measurements made in the dosimetry zone 305 enable a feedback loop in which the photolysis conditions are adjusted to ensure that the desired amount of radical generation occurs and the desired amount of in vitro analyte label. It can be modified to During initial operation of the system, a baseline measurement of the photometric properties of the dosimetry zone containing the unirradiated sample and reagent mixture is taken. Once baseline measurements are made, photolysis proceeds and changes in photometric properties are identified. In the case of hydroxyl radical protein footprinting, OH radicals covalently label the sample and simultaneously attack an internal standard radical dosimeter, such as adenine, which is typically used. In this case, the photometric property evaluated is the UV photometric absorbance at 265 nm. Upon OH radical attack, adenine exhibits a decrease in UV 265 nm absorbance in a manner directly proportional to the effective OH radical yield. During the fine-tuning process, the effective OH radical yield is controlled by changing either the flash intensity or the H2O2 concentration in response to the difference between the estimated and target changes in the dosimetric signal. be done.

内部標準ラジカル線量計の実際の応答が所望のレベル未満である場合、光分解光源103の閃光エネルギーは、線量計応答の所望のレベルが達成されるまで増加される。あるいは、試薬ポンプ207の相対的なポンピング速度は、緩衝液ポンプ206に対して増加され、その後、インラインミキサー204内での試料との混合後に、標識試薬の有効濃度を増加させる。内部標準ラジカル線量計の実際の応答が所望のレベルよりも大きい場合、光分解光源103の閃光エネルギーは、線量計応答の所望のレベルが達成されるまで減少される。あるいは、試薬ポンプ207の相対的なポンピング速度は、緩衝液ポンプ206に対して減少され、その後、インラインミキサー204内での試料と混合後に、標識試薬の
有効濃度を減少させる。
If the actual response of the internal standard radical dosimeter is less than the desired level, the flash energy of the photolysis light source 103 is increased until the desired level of dosimeter response is achieved. Alternatively, the relative pumping speed of reagent pump 207 is increased relative to buffer pump 206 to subsequently increase the effective concentration of labeled reagent after mixing with the sample within in-line mixer 204. If the actual response of the internal standard radical dosimeter is greater than the desired level, the flash energy of photolytic light source 103 is reduced until the desired level of dosimeter response is achieved. Alternatively, the relative pumping speed of reagent pump 207 is reduced relative to buffer pump 206 to subsequently reduce the effective concentration of labeled reagent after mixing with the sample in in-line mixer 204.

図4は、光分解区域304においてヒドロキシル基ラジカルを発生させている間に、線量測定区域305で得られたUV吸光度対時間のリアルタイム出力トレース400を示し、1Hzの閃光速度を使用し、1mMのアデニン水溶液の存在下で100mMHを使用し、これは、マイクロ流体ミキサー303において2mMアデニン水溶液と200mMHを1:1(v/v)で混合したものである。非露光ベースライン401が示されている。下降肩402が示されている。測光応答におけるピークシフト(最小値403)、またはこの場合はUV吸光度が示されている。上昇肩404が示されている。再確立されたベースライン405、時間T1 406で達成された最小UV吸光度値が示されている。時間T2 407で達成された最小UV吸光度値が示されている。当業者に明らかなように、他のアデニン/H混合比が、標目濃度を達成するために使用されてもよく、1:1混合比は、例示的であり、範囲を限定するものではないことを意味する。露光されていない前述の混合物についてのベースラインUV測光吸光度測定は、非露光ベースライン401によって表される。非露光ベースライン401において、ベースラインUV吸光度は、泳動用緩衝液(この場合は水)のバックグラウンドに対して特定されるように、約55ミリ吸光度単位(milli-absorbance units:mAU)であると解釈される。光分解区域304内でこの混合物を光照射すると、OHラジカルが形成され、続いてアデニンを酸化する。光照射時間は、特に限定されないが、典型的には10μ秒である。続いて、ヒドロキシル基ラジカル反応がさらに約1~5μ秒間進行し、その後、反応が自己停止する。照射された混合物が光分解区域304から流れ線量測定区域305に入ると、測光吸光度信号は、下降肩402に示されるように、減少し始める。標識試料のUV吸光度最小値は、最小値403で示されるように、約33mAUであると解釈される。ここで、混合物の最初に照射されたボーラスについてのアデニンUV吸光度の有効変化は、非露光ベースライン401と最小値403との間の差(55mAU-33mAU)をとることによって計算され、22mAUであると特定される。照射された混合物が線量測定区域305から流出するにつれて、測定されたUV吸光度は、上昇肩404によって示されるようにそのベースラインに戻り、ベースライン405に再び達する。光照射時のUV吸光度の特定された変化は、標識実験のための目標変化と比較される。吸光度変化の有効レベルが所望の目標から逸脱した場合、閃光エネルギーおよび/またはH濃度を変更して、前述の制御ループロジックを使用してOHラジカル収率を調整する。目標レベルの内部標準線量計測光特性変化が達成されると、所望の量の標識試料が処理され続いて収集されるまで、光照射/線量計応答評価処理が繰り返される。 FIG. 4 shows a real-time output trace 400 of UV absorbance versus time obtained in the dosimetry zone 305 while generating hydroxyl group radicals in the photolysis zone 304, using a flash rate of 1 Hz and at 1 mM. 100 mM H 2 O 2 in the presence of aqueous adenine solution is used, which is a 1:1 (v/v) mixture of 2 mM aqueous adenine solution and 200 mM H 2 O 2 in the microfluidic mixer 303. An unexposed baseline 401 is shown. A descending shoulder 402 is shown. The peak shift in the photometric response (minimum value 403) or in this case UV absorbance is shown. A rising shoulder 404 is shown. Re-established baseline 405, the minimum UV absorbance value achieved at time T1 406 is shown. The minimum UV absorbance value achieved at time T2 407 is shown. As will be apparent to those skilled in the art, other adenine/H 2 O 2 mixing ratios may be used to achieve the target concentration; the 1:1 mixing ratio is exemplary and limited. It means not. The baseline UV photometric absorbance measurement for the aforementioned mixture that has not been exposed to light is represented by the unexposed baseline 401. At the unexposed baseline 401, the baseline UV absorbance is approximately 55 milli-absorbance units (mAU), as specified against the background of the running buffer (in this case water). It is interpreted as Upon photoirradiation of this mixture within the photolysis zone 304, OH radicals are formed which subsequently oxidizes the adenine. Although the light irradiation time is not particularly limited, it is typically 10 μsec. Subsequently, the hydroxyl group radical reaction proceeds for about 1 to 5 μs, after which the reaction self-stops. As the irradiated mixture enters the flow dosimetry zone 305 from the photolysis zone 304, the photometric absorbance signal begins to decrease, as shown by the falling shoulder 402. The UV absorbance minimum of the labeled sample is interpreted to be approximately 33 mAU, as indicated by minimum value 403. Here, the effective change in adenine UV absorbance for the first irradiated bolus of the mixture is calculated by taking the difference between the unexposed baseline 401 and the minimum value 403 (55 mAU - 33 mAU), which is 22 mAU. It is identified as As the irradiated mixture flows out of the dosimetry zone 305, the measured UV absorbance returns to its baseline as indicated by the rising shoulder 404 and reaches the baseline 405 again. The identified change in UV absorbance upon light irradiation is compared to the target change for the labeling experiment. If the effective level of absorbance change deviates from the desired target, the flash energy and/or H 2 O 2 concentration is changed to adjust the OH radical yield using the control loop logic described above. Once the target level of internal standard dosimetric light property change is achieved, the light exposure/dosimeter response evaluation process is repeated until the desired amount of labeled sample is processed and subsequently collected.

標識プロセス中、線量計応答における有効な変化は、全標識プロセスの再現性および固有の品質を特定するために、各閃光サイクルについて選択的にアクセスされてもよい。これらの条件下で、各閃光サイクルに対する有効線量計応答についての平均、標準偏差、およびパーセント相対標準偏差(relative standard deviation:RSD)が取られ、予め確立された品質の測定基準と比較される。典型的なRSD品質測定基準は、標的タンパク質に対する特定の光化学標識条件によって決定され、5%未満であり得るが、これに限定されない。品質測定基準が達成された場合、標識実験は、許容可能な品質であると決定される。 品質測定基準が達成されない場合、標識実験は、疑わしいものとしてフラグを立てられ、実験者は、適切に警告される。 During the labeling process, effective changes in dosimeter response may be selectively accessed for each flash cycle to determine the reproducibility and inherent quality of the overall labeling process. Under these conditions, the mean, standard deviation, and percent relative standard deviation (RSD) for the effective dosimeter response for each flash cycle are taken and compared to pre-established quality metrics. Typical RSD quality metrics are determined by the specific photochemical labeling conditions for the target protein and can be, but are not limited to, less than 5%. If the quality metrics are met, the labeling experiment is determined to be of acceptable quality. If the quality metrics are not met, the labeled experiment is flagged as questionable and the experimenter is appropriately alerted.

混合物の各露光ボーラスは、所定の単離量に分割され、所定の単離量は、連続閃光間に光分解区域304を通って流れる未照射混合物を含む。単離量は、混合物の各ボーラスが1回だけ光照射されることを確実にするために必須であり、これは、照射された試料が光照射される次の試料のボーラスに戻る望ましくない逆行軸方向拡散を軽減するための緩衝区域として効果的に作用すること、および層流軸方向速度差(laminar flow axial velocity differences)を調整することによる。有用な単離量は、標識生成物の望ましくない
希釈を同時に減少させながら、望ましくない二重照射に対して保証する量である。例示的な望ましい単離量目標は、試料を約10%希釈する量であると解釈される。
Each exposure bolus of mixture is divided into predetermined isolated volumes, where the predetermined isolated volumes include the unirradiated mixture that flows through the photolysis zone 304 between successive flashes. Isolated volume is essential to ensure that each bolus of the mixture is only photoirradiated once, and this prevents undesired backtracking of the irradiated sample back into the bolus of the next sample that is photoirradiated. By effectively acting as a buffer zone to reduce axial diffusion and adjusting laminar flow axial velocity differences. A useful isolation amount is one that ensures against undesired double irradiation while simultaneously reducing undesired dilution of the labeled product. An exemplary desired isolation volume target is taken to be an amount that dilutes the sample by about 10%.

図4に示される測光応答プロット400は、アデニンのOHラジカル攻撃中に生成される線量計応答最小値の差を特定することによって、有効単離量を計算するために使用され得る。Trisまたはヒスチジン緩衝液のような他の内部標準ラジカル線量計は、OHラジカル攻撃の際に増加した測光吸光度を示し、この場合、測光応答プロット400は、極大値を示す。この例示的な考察のために、アデニンを再び内部標準ラジカル線量計として使用する。アデニンについて、混合物の2つの連続的に光照射されたボーラスは、406および407によって示されるように、2つのそれぞれの有効線量計応答最小値を含む。406(T1)と407(T2)との間の時間差は、計算され得る。例示のために、T1とT2との間の時間差が1.25秒であると考える。前述の1Hzの閃光速度に対して、閃光間隔は、1.0秒であると特定される。アデニンの例では、単離量は、正味の流速、および閃光間隔と線量計最小間隔との間の差によって特定される。アデニンの例では、正味の流速は、70μL/分または1.17μL/秒であった。したがって、単離量は、1.17μL/秒(1.25秒)=0.29μLであると特定される。光分解セル304の幾何学的特性によって決定される総露光量が3μLである場合、単離量は、照射量の約10%であるとみなされ、各ボーラスの1回の閃光露光を確実にするのに十分であると決定される。単離量が所望の目標よりも小さい場合は、所望の単離量を達成するために、正味の流速を比例的に増加させてもよいし、あるいは閃光速度を比例的に減少させてもよい。単離量が所望の目標を超えた場合は、所望の単離量を達成するために、正味の流速を比例的に減少させてもよいし、あるいは閃光速度を比例的に増加させてもよい。 一実施形態では、上述の制御理論ロジックは、機器コントローラー106によって自動的に実行される。 The photometric response plot 400 shown in FIG. 4 can be used to calculate the effective isolated amount by identifying the difference in dosimeter response minima produced during OH radical attack of adenine. Other internal standard radical dosimeters, such as Tris or histidine buffers, exhibit increased photometric absorbance upon OH radical attack, in which case the photometric response plot 400 shows a local maximum. For this exemplary discussion, adenine is again used as the internal standard radical dosimeter. For adenine, two consecutively illuminated boluses of the mixture contain two respective effective dosimeter response minima, as shown by 406 and 407. The time difference between 406 (T1) and 407 (T2) may be calculated. For purposes of illustration, consider that the time difference between T1 and T2 is 1.25 seconds. For the aforementioned flash rate of 1 Hz, the flash interval is specified to be 1.0 seconds. In the adenine example, the isolated amount is determined by the net flow rate and the difference between the flash interval and the dosimeter minimum interval. In the adenine example, the net flow rate was 70 μL/min or 1.17 μL/sec. Therefore, the isolated volume is determined to be 1.17 μL/sec (1.25 seconds) = 0.29 μL. If the total exposure volume determined by the geometrical properties of the photolytic cell 304 is 3 μL, the isolated volume is considered to be approximately 10% of the irradiance, ensuring one flash exposure of each bolus. determined to be sufficient to If the isolated yield is less than the desired target, the net flow rate may be increased proportionally or the flash rate may be decreased proportionally to achieve the desired isolated yield. . If the isolated yield exceeds the desired target, the net flow rate may be proportionally decreased or the flash rate may be proportionally increased to achieve the desired isolated yield. . In one embodiment, the control theory logic described above is automatically executed by the equipment controller 106.

一旦適切な線量計応答および単離量が達成されると、試料混合物は、確実に標識されることができ、標識された生成物が収集される。標識および生成物収集プロセス中、機器コントローラー106は、線量計および単離量目標が達成された時間を記録し、入口出口ポート202の出口への適切に標識された生成物の到着時間を特定する。到着時間は、線量測定区域305から入口出口ポート202までの移送量と正味の流速との商によって特定される。適切に標識された生成物が到着する前に、光流体チップ205の出て行く内容物は、ポート202を通して指定された廃棄物ウェル221に分注される。機器コントローラー106の制御下で、適切に標識された生成物が入口出口ポート202の出口に到達すると、マイクロプレート201は、標識された生成物が生成物収集マイクロウェル222内に収集されるように、試料導入システム101によって移動される。
<生体内光化学標識>
Once an appropriate dosimeter response and isolated amount is achieved, the sample mixture can be reliably labeled and the labeled product collected. During the label and product collection process, the instrument controller 106 records the time when the dosimeter and isolated volume goals are achieved and identifies the time of arrival of the appropriately labeled product at the outlet of the inlet exit port 202. . The arrival time is determined by the quotient of the amount transferred and the net flow rate from the dosimetry zone 305 to the inlet/outlet port 202. The outgoing contents of optofluidic chip 205 are dispensed through port 202 into a designated waste well 221 before the arrival of the appropriately labeled product. Under the control of the instrument controller 106 , once the appropriately labeled product reaches the outlet of the inlet/outlet port 202 , the microplate 201 is configured such that the labeled product is collected within the product collection microwell 222 . , are moved by the sample introduction system 101.
<In-vivo photochemical labeling>

先の議論は、生体外試料を標識するための本発明の実施形態の詳細を記載した。 ここで、生体内標識反応をサポートする実施形態についての詳細を記載する。図5は、オンチップ生体内光化学標識のためのマイクロ流体循環路500および光流体チップ501を示す。マイクロプレート201、試料入口生成物出口ポート202、細胞含有マイクロプレートウェル220、廃棄物受容マイクロウェル221、生成物収集マイクロウェル221、生体内ラジカル標識光流体チップ501、シース流発生器502、インラインミキサー503、光分解区域および線量測定区域アレイ504、試料緩衝液マイクロ流体ポンピングシステム505、シース緩衝液マイクロ流体ポンピングシステム506、試薬マイクロ流体ポンピングシステム507、シース流緩衝液シリンジポンプ508、四方マイクロ流体弁509、シース緩衝液リザーバー510、廃棄物リザーバー511、シース緩衝液ティー(sheath buffer tee)512、試料緩衝液シリンジポンプ513、四方マイクロ流体弁514、廃棄物リザーバー515、緩衝液リザーバー516、試料ループ517、試薬シリンジポンプ518、四方マイクロ流体弁519、試薬リザーバー520、試薬移送
ライン521、シース流入口ポート522、およびインラインミキサー試薬導入ポート523が示されている。
The previous discussion described details of embodiments of the invention for labeling in vitro samples. Details regarding embodiments that support in vivo labeling reactions will now be described. FIG. 5 shows a microfluidic circuit 500 and an optofluidic chip 501 for on-chip in vivo photochemical labeling. Microplate 201, sample inlet product outlet port 202, cell-containing microplate well 220, waste receiving microwell 221, product collection microwell 221, in-vivo radical labeling optofluidic chip 501, sheath flow generator 502, in-line mixer 503, photolysis zone and dosimetry zone array 504, sample buffer microfluidic pumping system 505, sheath buffer microfluidic pumping system 506, reagent microfluidic pumping system 507, sheath flow buffer syringe pump 508, four-way microfluidic valve 509 , sheath buffer reservoir 510, waste reservoir 511, sheath buffer tee 512, sample buffer syringe pump 513, four-way microfluidic valve 514, waste reservoir 515, buffer reservoir 516, sample loop 517, Reagent syringe pump 518, four-way microfluidic valve 519, reagent reservoir 520, reagent transfer line 521, sheath inlet port 522, and in-line mixer reagent introduction port 523 are shown.

光流体チップ501は、3つの異なる機能区域、すなわち、シース流発生器502、標識試薬/試料インラインミキサー503、ならびに光分解および線量測定セルアレイ504を含む。光流体チップ501は、3つの異なるマイクロ流体循環路、すなわち、緩衝液および試料流体システム505、シース流流体システム506、ならびに試薬導入流体システム507に接続される。標識を開始する前に、3つの流体システム全てがプライミングされる。システム505は、緩衝液シリンジポンプ513および弁514の作用によってプライミングされる。第1弁514は、緩衝液リザーバー516とシリンジポンプ513との間の流体連通を可能にするように構成される。ポンプ513は、緩衝液リザーバー516から吸引された泳動用緩衝液で充填される。充填後、弁514は、シリンジポンプ513と廃棄物リザーバー515との間の連通を可能にするように再構成される。シリンジポンプ513の内容物は、廃棄物リザーバー515に圧送される。このプライミングサイクルは、流体システム505内の全ての空気が排出され、以前の緩衝液の残りが洗い流されるまで継続される。典型的な状況下では、サイクルは、3回繰り返されるが、これに限定されない。次に、シリンジポンプ513に泳動用緩衝液が再充填され、弁514は、試料ループ517を介してシリンジポンプ513と光流体チップ501との間の流体連通を可能にするように構成される。次に、泳動用緩衝液は、シリンジポンプ513によって、試料ループ517を通して、光流体チップ501内に圧送され、緩衝液は、シース流発生器502、インラインミキサー503、光分解および線量測定区域アレイ504を通って流れ、入口出口ポート202を介してマイクロプレート201内の指定された廃棄物マイクロウェル221に流出する。 The optofluidic chip 501 includes three different functional areas: a sheath flow generator 502, a labeled reagent/sample in-line mixer 503, and a photolysis and dosimetry cell array 504. The optofluidic chip 501 is connected to three different microfluidic circuits: a buffer and sample fluid system 505, a sheath flow fluid system 506, and a reagent introduction fluid system 507. Before starting marking, all three fluid systems are primed. System 505 is primed by the action of buffer syringe pump 513 and valve 514. First valve 514 is configured to allow fluid communication between buffer reservoir 516 and syringe pump 513. Pump 513 is filled with running buffer drawn from buffer reservoir 516 . After filling, valve 514 is reconfigured to allow communication between syringe pump 513 and waste reservoir 515. The contents of syringe pump 513 are pumped into waste reservoir 515. This priming cycle continues until all the air in fluid system 505 is evacuated and the remnants of the previous buffer are flushed out. Under typical circumstances, the cycle is repeated three times, but is not limited to this. The syringe pump 513 is then refilled with running buffer and the valve 514 is configured to allow fluid communication between the syringe pump 513 and the optofluidic chip 501 via the sample loop 517. The running buffer is then pumped by a syringe pump 513 through a sample loop 517 into the optofluidic chip 501 and the buffer is pumped through a sheath flow generator 502, an in-line mixer 503, a photolysis and dosimetry zone array 504 through the inlet and outlet ports 202 into designated waste microwells 221 within the microplate 201.

システム505をプライミングした後、シース流流体システム506がプライミングされる。弁509は、シース緩衝液シリンジポンプ508とシース緩衝液リザーバー510との間の流体連通を可能にするように構成される。生体内光化学標識のために、リザーバー510および516は、同じ緩衝液を含む。シース流緩衝液は、吸引されて、シース緩衝液シリンジポンプ508を満たす。充填後、弁509は、シース緩衝液シリンジポンプ508と廃棄物リザーバー511との間の流体連通を可能にするように再構成される。廃棄物リザーバー511は、試薬導入システム507と共有されてもよい。さらに、試薬導入システム507、マイクロ流体ポンピングシステム506、およびシステム505は、選択的に、同じ廃棄物緩衝液リザーバーを利用してもよい。シース緩衝液シリンジポンプ508は、その内容物を廃棄物リザーバー511に排出にする。このプライミングサイクルは、流体システム506内の全ての空気が排出され、以前の緩衝液の残りが洗い流されるまで継続される。典型的な状況下では、サイクルは、3回繰り返されるが、これに限定されない。次に、シース緩衝液シリンジポンプ508は、シース緩衝液で再充填され、弁509は、シース緩衝液シリンジポンプ508と光流体チップ501との間の流体連通を可能にするように構成される。シース流緩衝液の流れは、結合ティー512によって分割され、結合ティー512は、シース流発生器502のポート522を通って光流体チップ501に入るシース流緩衝液の2つの流れを確立する。次に、シース流緩衝液は、シース流発生器502、インラインミキサー503、光分解および線量測定区域アレイ504を通って流れ、マイクロプレート201内の指定された廃棄物マイクロウェル221に入口出口ポート202を介して流出する。 After priming system 505, sheath flow fluid system 506 is primed. Valve 509 is configured to allow fluid communication between sheath buffer syringe pump 508 and sheath buffer reservoir 510. For in-vivo photochemical labeling, reservoirs 510 and 516 contain the same buffer. Sheath flow buffer is aspirated to fill sheath buffer syringe pump 508. After filling, valve 509 is reconfigured to allow fluid communication between sheath buffer syringe pump 508 and waste reservoir 511. Waste reservoir 511 may be shared with reagent introduction system 507. Additionally, reagent introduction system 507, microfluidic pumping system 506, and system 505 may optionally utilize the same waste buffer reservoir. Sheath buffer syringe pump 508 drains its contents into waste reservoir 511 . This priming cycle continues until all the air in fluid system 506 is evacuated and the remains of the previous buffer are flushed out. Under typical circumstances, the cycle is repeated three times, but is not limited to this. Sheath buffer syringe pump 508 is then refilled with sheath buffer, and valve 509 is configured to allow fluid communication between sheath buffer syringe pump 508 and optofluidic chip 501. The flow of sheath flow buffer is split by coupling tee 512, which establishes two streams of sheath flow buffer entering optofluidic chip 501 through port 522 of sheath flow generator 502. The sheath flow buffer then flows through the sheath flow generator 502, the in-line mixer 503, the photolysis and dosimetry zone array 504, and into the designated waste microwells 221 in the microplate 201 at the inlet/outlet ports 202. flows out through.

システム505およびマイクロ流体ポンピングシステム506をプライミングした後、試薬流体システム507がプライミングされる。弁519は、試薬リザーバー520と試薬シリンジポンプ518との間の流体連通を可能にするように構成される。試薬溶液は、吸引されて、試薬シリンジポンプ518を満たす。充填後、弁519は、試薬シリンジポンプ518と廃棄物リザーバー511との間の流体連通を可能にするように再構成される
。廃棄物リザーバー511は、シース緩衝液流体システム506と共有されてもよい。さらに、試薬流体システム507、シース緩衝液流体システム506、およびシステム505は、選択的に、同じ廃棄物緩衝液リザーバーを利用してもよい。試薬シリンジポンプ518は、その内容物を廃棄物リザーバー511に排出する。このプライミングサイクルは、流体システム507内の全ての空気が排出され、以前の試薬溶液の残りが洗い流されるまで継続される。 典型的な状況下では、サイクルは、3回繰り返されるが、これに限定されない。
After priming system 505 and microfluidic pumping system 506, reagent fluid system 507 is primed. Valve 519 is configured to allow fluid communication between reagent reservoir 520 and reagent syringe pump 518. Reagent solution is aspirated to fill reagent syringe pump 518 . After filling, valve 519 is reconfigured to allow fluid communication between reagent syringe pump 518 and waste reservoir 511. Waste reservoir 511 may be shared with sheath buffer fluid system 506. Additionally, reagent fluid system 507, sheath buffer fluid system 506, and system 505 may optionally utilize the same waste buffer reservoir. Reagent syringe pump 518 pumps its contents into waste reservoir 511 . This priming cycle continues until all the air in fluid system 507 is evacuated and the remainder of the previous reagent solution is washed away. Under typical circumstances, the cycle is repeated three times, but is not limited to this.

次に、試薬シリンジポンプ518は、試薬溶液で再充填され、弁519は、試薬シリンジポンプ518と光流体チップ501との間の流体連通を可能にするように構成される。試薬溶液は、試薬移送ライン521を通って圧送され、インラインミキサー503の試薬入口ポート523を通って光流体チップ501に入る。後者と同時に、流体システム506および505は、前述したように、それらの流体成分を光流体チップ501内に圧送する。このようにして、試薬流体システム507からのものを含む全ての流体の流れは、チップの下方に向けられ、最終的にポート202を出て廃棄物マイクロウェル221に向かう。これで、システムは、生体内ラジカルタンパク質フットプリント法の準備が整う。 Reagent syringe pump 518 is then refilled with reagent solution, and valve 519 is configured to allow fluid communication between reagent syringe pump 518 and optofluidic chip 501. Reagent solutions are pumped through reagent transfer line 521 and enter optofluidic chip 501 through reagent inlet port 523 of in-line mixer 503. Simultaneously with the latter, fluidic systems 506 and 505 pump their fluidic components into optofluidic chip 501, as described above. In this way, all fluid flow, including that from reagent fluid system 507, is directed down the chip and ultimately exits port 202 to waste microwell 221. The system is now ready for in vivo radical protein footprinting.

生体内ラジカルタンパク質フットプリント法のために、マイクロウェル220は、緩衝液中に懸濁された細胞、組織、または生物を含む。試薬マイクロ流体ポンプシステム507およびシース緩衝液シリンジポンプ508が静止したままである間、緩衝液シリンジポンプ513は、弁514を介して試料ループ517に接続される。緩衝液シリンジポンプ513は、マイクロウェル220から細胞を吸引するために使用される。細胞は、ポート202まで吸引され、線量測定区域アレイ504、インラインミキサー503、シース流発生器502を通って、最終的に試料ループ517に流入する。典型的には、緩衝液中に懸濁された所定量の細胞が吸引され、試料ループ517内に貯蔵される。このようにして、細胞は、また、光流体チップ501の各区画および内部ポート202を通って残る。標識が始まると、流体システム507、506、および505は、同時に流動を開始し、最終的に、試料ループ517内に貯蔵された細胞を光流体チップ501内に押し込み、そこで、細胞は、標識試薬と混合され、その後、光照射されて、光ラジカル標識プロセスを開始する。 For in vivo radical protein footprinting, microwells 220 contain cells, tissues, or organisms suspended in a buffer. Buffer syringe pump 513 is connected to sample loop 517 via valve 514 while reagent microfluidic pump system 507 and sheath buffer syringe pump 508 remain stationary. Buffer syringe pump 513 is used to aspirate cells from microwells 220. Cells are aspirated to port 202 and flow through dosimetry zone array 504, in-line mixer 503, sheath flow generator 502, and finally into sample loop 517. Typically, a predetermined amount of cells suspended in a buffer is aspirated and stored within sample loop 517. In this way, cells also remain through each compartment and internal port 202 of the optofluidic chip 501. Once labeling begins, fluidic systems 507, 506, and 505 begin flowing simultaneously, ultimately pushing the cells stored in sample loop 517 into optofluidic chip 501, where they are exposed to labeling reagents. and then irradiated with light to begin the photoradical labeling process.

細胞が互いに単独で単離され、それらが光照射されたときに一緒に塊にならないまたは凝集しないようにするために、シース流がシース流発生器502内に確立され、シース流緩衝液の小分割量によって細胞を分離する。典型的な条件下では、シース緩衝液流速は、緩衝液シリンジ流速の10倍であるように確立されるが、これに限定されない。後述するように、流体システム505および506の流速比は、所望の程度の細胞単離を達成するように自動的に調整されてもよい。流体システム505および506のポンピング活動と同時に、試薬流体システム507は、インラインミキサー503内で流動細胞と混合するために標識試薬を送達する。生体外標識の場合、シース緩衝液シリンジポンプ508およびシステム505の正味の流速に対する試薬流体システム507の相対流速は、標識試薬の濃度、およびインラインラジカル線量測定システムによって特定されるような有効ラジカル収率の所望のレベルに応じて、自動的に調整され得る。 In order to ensure that the cells are isolated from each other alone and do not clump or aggregate together when they are irradiated with light, a sheath flow is established within the sheath flow generator 502 and a small volume of sheath flow buffer is added. Separate cells by aliquot size. Under typical conditions, but not limited to, the sheath buffer flow rate is established to be 10 times the buffer syringe flow rate. As discussed below, the flow rate ratio of fluidic systems 505 and 506 may be automatically adjusted to achieve the desired degree of cell isolation. Simultaneously with the pumping activity of fluidic systems 505 and 506, reagent fluidic system 507 delivers labeled reagents for mixing with flowing cells within in-line mixer 503. For in vitro labeling, the relative flow rate of reagent fluid system 507 to the net flow rate of sheath buffer syringe pump 508 and system 505 depends on the concentration of the label reagent and the effective radical yield as determined by the in-line radical dosimetry system. may be automatically adjusted depending on the desired level of.

図6は、光流体チップ601の好ましい実施形態の詳細図を示す。光流体チップ601、緩衝液シリンジポート602、試薬入口ポート603、試薬ミキサー604、シース緩衝液入口ポート605、シース流発生器606、光分解区域607、線量測定区域608、および試料入口/生成物出口ポート609が示されている。光流体チップ601では、試薬ミキサー604がシース流発生器606の上流に位置する。細胞は、緩衝液シリンジポート602を介して光流体チップ601に入る。この時点で、それらは単離されず、細胞の密に塊となった集団または他の生体内実施形態として入ってもよい。試薬ミキサー6
04に入ると、それらは、試薬入口ポート603を介して緩衝液シリンジポート602に入る標識試薬と混合される。当業者に知られているように、複数の異なる生体内標識試薬が使用されてもよいが、例示的な目的で、生体内ヒドロキシル基ラジカルタンパク質フットプリント法に使用される過酸化水素の使用について説明する。Jonesら(Espino,J.A.;Mali,V.S.;Jones,L.M.,In Cell Footprinting Coupled with Mass Spectrometry for the Structural Analysis of Proteins in Live Cells. Analytical chemistry 2015,87(15),7971-7978.)に記載されているように、過酸化水素は、細胞または他の生体外実体によって迅速かつ容易に取り込まれ、全ての細胞区画に迅速に分注される。後述するように、使用される過酸化水素の最終濃度は、基本的に、線量測定区域607で精査される内部標準ラジカル線量計の測光特性の変化によって評価される有効ヒドロキシル基ラジカル収率を特定することによって、閉ループ方式で特定される。
FIG. 6 shows a detailed view of a preferred embodiment of an optofluidic chip 601. optofluidic chip 601, buffer syringe port 602, reagent inlet port 603, reagent mixer 604, sheath buffer inlet port 605, sheath flow generator 606, photolysis zone 607, dosimetry zone 608, and sample inlet/product outlet Port 609 is shown. In optofluidic chip 601, reagent mixer 604 is located upstream of sheath flow generator 606. Cells enter optofluidic chip 601 via buffer syringe port 602. At this point, they may not be isolated, but may enter as a dense clump of cells or other in-vivo embodiment. Reagent mixer 6
04, they are mixed with labeled reagents that enter buffer syringe port 602 via reagent inlet port 603. As known to those skilled in the art, a number of different in vivo labeling reagents may be used, but for exemplary purposes, we will discuss the use of hydrogen peroxide used in in vivo hydroxyl radical protein footprinting methods. explain. As described in Jones et al. As shown, hydrogen peroxide is quickly and easily taken up by cells or other in vitro entities and rapidly distributed to all cellular compartments. As discussed below, the final concentration of hydrogen peroxide used essentially specifies the effective hydroxyl radical yield as assessed by the change in the photometric properties of the internal standard radical dosimeter probed in the dosimetry zone 607. is determined in a closed-loop manner.

マイクロウェル220内への沈殿の前に、内部標準ラジカル線量計は、細胞の集団または他の生体内実施形態に添加され、この混合物は、内部標準ラジカル線量計が全ての細胞によって取り込まれ、最終的に細胞間および細胞区画内で均一な分布を達成するように、十分に培養される。次に、細胞を沈降して沈殿物を形成し、上清液を除去する。次に、細胞の沈殿物を緩衝液中に再懸濁し、再度2回目の沈降を行う。このプロセスを、全ての細胞外内部標準ラジカル線量計が除去されるまで繰り返す。細胞外内部標準ラジカル線量計がなくなったら、細胞を緩衝液中に再懸濁し、最終的にウェル220に移送する。 Prior to precipitation into microwells 220, the internal standard radical dosimeter is added to a population of cells or other in-vivo embodiment, and this mixture ensures that the internal standard radical dosimeter is taken up by all cells and the final cultured thoroughly to achieve uniform distribution between cells and within cell compartments. The cells are then sedimented to form a precipitate and the supernatant is removed. The cell pellet is then resuspended in a buffer and again subjected to a second sedimentation. This process is repeated until all extracellular internal standard radical dosimeters are removed. Once the extracellular internal standard radical dosimeter is exhausted, the cells are resuspended in buffer and finally transferred to well 220.

試薬ミキサー604を通過した後、細胞試薬混合物は、シース流発生器606に入る。シース流発生器606は、シース流緩衝液を受容するための空洞およびシース流緩衝液ポート605を含み、発生器606のこれらの構成要素は、ともに、流体力学的集束を生成するように成形および配置され、細胞は、シース流緩衝液によって単離される。マイクロ流体システム505、506、および507の相対流速は、所望の細胞間単離量が確立され、同時に標的細胞内ヒドロキシル基ラジカル収率を達成するように調整される。シース流発生器606を通過した後、単離された細胞集団は、光分解区域607に入り、そこで細胞内光標識ラジカル反応を開始させる光が照射される。光分解区域607を通過した後、細胞は、線量測定区域608に入り、そこで、有効ラジカル収率、ならびに細胞間距離およびその後の細胞間分割量(partitioning volume)を評価するために光学的に精査される。 After passing through reagent mixer 604, the cell reagent mixture enters sheath flow generator 606. Sheath flow generator 606 includes a cavity for receiving a sheath flow buffer and a sheath flow buffer port 605, these components of generator 606 being shaped and shaped together to produce hydrodynamic focusing. Once placed, cells are isolated by sheath flow buffer. The relative flow rates of microfluidic systems 505, 506, and 507 are adjusted to establish the desired intercellular isolation volume while simultaneously achieving the target intracellular hydroxyl group radical yield. After passing through the sheath flow generator 606, the isolated cell population enters a photolysis zone 607 where it is illuminated with light that initiates an intracellular photolabeled radical reaction. After passing through the photolysis zone 607, the cells enter the dosimetry zone 608 where they are optically probed to assess the effective radical yield as well as the intercellular distance and subsequent partitioning volume. be done.

生体内ラジカルタンパク質フットプリント法の間、細胞内内部標準ラジカル線量計応答は、線量測定区域608を通して精査される際に測光的に測定される。典型的な測光測定手段としては、測光吸光度、測光発光、および測光蛍光が挙げられるが、これらに限定されない。単一細胞または他の単一生体内実施形態内で生成される測光信号を検出することが望ましいので、測光蛍光は、そのダイナミックレンジおよび分析感度が典型的に他の前述の方法よりも優れているため、好ましい測定手段であり得る。 During in-vivo radical protein footprinting, the intracellular internal standard radical dosimeter response is measured photometrically as probed through the dosimetry zone 608. Typical photometric measurement means include, but are not limited to, photometric absorbance, photometric luminescence, and photometric fluorescence. Because it is desirable to detect photometric signals generated within single cells or other single in vivo embodiments, photometric fluorescence typically outperforms other previously mentioned methods in its dynamic range and analytical sensitivity. Therefore, it can be a preferred measurement method.

生体内ラジカルタンパク質フットプリント法のために、蛍光内部標準ラジカル線量計は、ラジカル攻撃および最終的な共有結合修飾の際に、励起および発光特性などの蛍光特性を変化させる。そのような変更は、線量計が所与の励起/発光波長設定について蛍光の増加または減少を行うように、線量計の励起および発光特性を変化させることを含み得る。ラジカル線量計信号検出の感度を最大化することが望ましいので、ラジカル攻撃に起因する取得した蛍光の存在を検出することは、暗または0(dark or zero)バックグラウンドでの小さな信号の検出を可能にするため、このアプローチのための好ましい実施形態である。ラジカル線量計蛍光検出器は、共有結合的に修飾された内部標準線量計についての特定の励起および発光波長を使用して構成される。線量計がその天然状態にある場合、蛍光信号は、検出されない。ラジカル攻撃の際に、線量計の蛍光特性は、選択された励起波長および発光波長に対応するように変化され、検出された蛍光信号強度は、共有結合的に修
飾れた内部標準線量計の濃度に比例し、同様にして、有効ラジカル収率に比例する。
For in vivo radical protein footprinting methods, fluorescent internal standard radical dosimeters change fluorescence properties such as excitation and emission properties upon radical attack and final covalent modification. Such modifications may include changing the excitation and emission characteristics of the dosimeter such that the dosimeter increases or decreases fluorescence for a given excitation/emission wavelength setting. Since it is desirable to maximize the sensitivity of radical dosimeter signal detection, detecting the presence of acquired fluorescence due to radical attack allows detection of small signals in a dark or zero background. This is the preferred embodiment for this approach. Radical dosimeter fluorescence detectors are constructed using specific excitation and emission wavelengths for the covalently modified internal standard dosimeter. When the dosimeter is in its native state, no fluorescent signal is detected. Upon radical attack, the fluorescence properties of the dosimeter are changed to correspond to the selected excitation and emission wavelengths, and the detected fluorescence signal intensity is determined by the concentration of the covalently modified internal standard dosimeter. and, in turn, to the effective radical yield.

図7は、5つの異なる内部標準ラジカル線量計を示し、ヒドロキシル基ラジカル攻撃を使用して酸化された場合に、線量反応様式(dose response manner)で示された励起波長および発光波長の蛍光信号信号を示す。表700は、線量反応様式でヒドロキシル基ラジカル攻撃に反応する以下の内部標準ラジカル線量計についての細胞分布ならびに蛍光励起および発光波長を列挙する。テレフタル酸、CellRox Green(登録商標)Green、ジクロロフルオレセイン、CellRox Orange、およびCellRox Deep Red。各線量計が主に分布する細胞内部分もまた示されている。CellROX(登録商標)色素は、ThermoFisher(USA)から市販されている。 Figure 7 shows five different internal standard radical dosimeters with excitation and emission wavelength fluorescence signal signals shown in dose response manner when oxidized using hydroxyl group radical attack. shows. Table 700 lists cell distributions and fluorescence excitation and emission wavelengths for the following internal standard radical dosimeters that respond to hydroxyl group radical attack in a dose-response manner. Terephthalic acid, CellRox Green® Green, dichlorofluorescein, CellRox Orange, and CellRox Deep Red. The subcellular portion where each dosimeter is primarily distributed is also shown. CellROX® dyes are commercially available from ThermoFisher (USA).

図8は、本発明の内部標準ラジカル線量計測光検出器800の実施形態を示す。光源801、集束レンズ802、励起光803、線量測定区域608、ダイクロイックミラー804、発光光805、コリメーター806、干渉ノッチフィルター807、狭帯域発光光808、蛍光/発光光検出器809、散乱光810、コリメーター811、および光散乱検出器812が示されている。内部標準ラジカル線量計測光検出器800は、組み合わされた蛍光および光散乱検出器システムである。当業者には明らかであるように、この組み合わされたシステムは、2つの別個の(蛍光および光散乱)検出器によって置き換えることができ、そのため、本実施形態は、例示的なものであり、範囲を限定するものではない。生体内要素が線量測定区域608に入ると、レンズ802によって集束され、ダイクロイックミラー804によって線量測定区域608に向けられた光源801からの励起光803によって、それらは照射される。光源801は、Q-Photonics(Ann Arbor、MI)から入手可能なUV発光ダイオード(light emitting diode:LED)などの狭帯域幅固体UV源、またはThorlabs(Newton、NJ)から入手可能な小型固体レーザーであってもよい。あるいは、光源801は、Q‐Photonics(Ann Arbor、MI)から入手可能な可視LEDなどの固体可視光源、またはThorlabs(Newton、NJ)から入手可能な小型固体可視レーザーであってもよい。典型的な出力パワーは、0.1~10mWの範囲とすることができるが、これに限定されず、典型的な帯域幅は、1から15nmの範囲とすることができるが、これに限定されない。光源801の波長は、使用される生体内内部標準ラジカル線量計の励起波長に対して適切な選択であるように選択される。集束レンズアセンブリ802は、限定されないが、線量測定区域608の中心の1~200μm程度の狭いビームに励起光を集束させるために使用され、精査線量測定区域を生成する。ダイクロイックミラー804は、励起光を効率的に反射するが、線量測定区域608内で照射された共有結合修飾内部標準線量計から生じる発光光805を、透過するように選択される。 FIG. 8 shows an embodiment of an internal standard radical dosimetry photodetector 800 of the present invention. Light source 801, focusing lens 802, excitation light 803, dosimetry zone 608, dichroic mirror 804, emitted light 805, collimator 806, interference notch filter 807, narrowband emitted light 808, fluorescence/emission light detector 809, scattered light 810 , a collimator 811, and a light scattering detector 812 are shown. Internal standard radical dosimetry photodetector 800 is a combined fluorescence and light scattering detector system. As will be clear to those skilled in the art, this combined system can be replaced by two separate (fluorescence and light scattering) detectors, so this embodiment is exemplary and ranges from It is not limited to. As biological elements enter the dosimetry zone 608 , they are illuminated by excitation light 803 from the light source 801 that is focused by a lens 802 and directed into the dosimetry zone 608 by a dichroic mirror 804 . Light source 801 can be a narrow bandwidth solid state UV source such as a UV light emitting diode (LED) available from Q-Photonics (Ann Arbor, MI) or a compact solid state laser available from Thorlabs (Newton, NJ). It may be. Alternatively, light source 801 may be a solid state visible light source such as a visible LED available from Q-Photonics (Ann Arbor, Mich.) or a compact solid state visible laser available from Thorlabs (Newton, NJ). Typical output powers can range from, but are not limited to, 0.1 to 10 mW, and typical bandwidths can range from, but are not limited to, from 1 to 15 nm. . The wavelength of the light source 801 is selected to be an appropriate choice for the excitation wavelength of the in-vivo internal standard radical dosimeter used. A focusing lens assembly 802 is used to focus the excitation light into a narrow beam on the order of, but not limited to, 1-200 μm at the center of the dosimetry area 608 to create a probe dosimetry area. Dichroic mirror 804 is selected to efficiently reflect excitation light but transmit emission light 805 resulting from the covalently modified internal standard dosimeter illuminated within dosimetry area 608 .

発光光805は、最終的にコリメーター806によって平行化され、次に、干渉ノッチフィルター807を通過して、蛍光発光光検出器809に入射する狭帯域発光光808を生成する。光検出器809は、Hamamatsu(浜松市、日本)から入手可能なS1336-8BQシリコンフォトダイオードなどのシリコンフォトダイオードを含んでもよい。あるいは、光検出器809は、Hamamatsuから入手可能なMicroPMTアセンブリH12400などの小型光電子増倍管(photo-multiplier tube:PMT)を含んでもよい。光検出器809の出力電流は、電流-電圧(I-V)変換器によって処理されて、狭帯域発光光808の入射発光光強度に比例する電圧を提供する。光検出器809の出力電圧は、制御電子機器105に伝送され、アナログデジタル変換器(analog to digital converter:ADC)は、最終的に、蛍光計算が行われる機器コントローラー106に伝送されるデジタル信号を生成する。 The emitted light 805 is finally collimated by a collimator 806 and then passes through an interference notch filter 807 to produce a narrowband emitted light 808 that is incident on a fluorescence emitted light detector 809 . Photodetector 809 may include a silicon photodiode, such as a S1336-8BQ silicon photodiode available from Hamamatsu (Hamamatsu, Japan). Alternatively, photodetector 809 may include a miniature photo-multiplier tube (PMT), such as the MicroPMT assembly H12400 available from Hamamatsu. The output current of photodetector 809 is processed by a current-to-voltage (IV) converter to provide a voltage proportional to the incident emission light intensity of narrowband emission light 808 . The output voltage of photodetector 809 is transmitted to control electronics 105, and an analog to digital converter (ADC) converts the digital signal to instrument controller 106, where fluorescence calculations are performed. generate.

細胞または他の生体内実施形態が線量測定区域608に入ると、それらは、励起光80
3を弾性的に散乱させる。入射励起光波長(nm)と生体内実体サイズ(μm)との間のサイズ差により、散乱光810は、入射励起光に対して直角な光が優先的に検出される。散乱光810は、コリメーター811によって平行化され、最終的に散乱光検出器812に入射する。所与の励起光強度に対して、散乱光の測定された強度は、量を精査する線量測定区域618内に位置する生体内実体のサイズおよび数に比例する。散乱光検出は、入射励起光に対して直交する方向で行われているので、バックグラウンド散乱も測定される。生体内実体が存在しない場合、精査された量の内容物の弾性散乱および非弾性散乱、ならびにラジカル線量計光学表面からの弾性散乱は、非常に低く、そのため、非常に低いバックグラウンド信号を生成する。光散乱信号は、固有の蛍光とは無関係に均一に生成され、そのため、内部標準ラジカル線量計信号なしで細胞または他の生体内実施形態の存在を検出することができる。
When cells or other in-vivo embodiments enter the dosimetry zone 608, they are exposed to the excitation light 80
3 is elastically scattered. Due to the size difference between the incident excitation light wavelength (nm) and the in-vivo entity size (μm), the scattered light 810 that is perpendicular to the incident excitation light is preferentially detected. Scattered light 810 is collimated by collimator 811 and finally enters scattered light detector 812 . For a given excitation light intensity, the measured intensity of the scattered light is proportional to the size and number of biological entities located within the dosimetry area 618 whose volume is being probed. Since scattered light detection is performed in a direction perpendicular to the incident excitation light, background scattering is also measured. In the absence of biological entities, elastic and inelastic scattering of the contents of the probed volume, as well as elastic scattering from the radical dosimeter optical surface, is very low and therefore produces a very low background signal. . The light scattering signal is generated uniformly, independent of intrinsic fluorescence, so that the presence of cells or other in-vivo embodiments can be detected without an internal standard radical dosimeter signal.

散乱光検出器812は、Hamamatsu(浜松市、日本)から入手可能なS1336-8BQシリコンフォトダイオードなどのシリコンフォトダイオードを含んでもよい。あるいは、光検出器812は、Hamamatsuから入手可能なMicroPMTアセンブリH12400などの小型光電子増倍管(PMT)を含んでもよい。散乱光検出器812の出力電流は、電流-電圧(I-V)変換器によって処理されて、入射散乱光810に比例する電圧を提供する。光検出器812の出力電圧は、制御電子機器105に伝送され、アナログデジタル変換器(ADC)は、最終的に、光散乱計算が行われる機器コントローラー106に伝送されるデジタル信号を生成する。 Scattered light detector 812 may include a silicon photodiode, such as a S1336-8BQ silicon photodiode available from Hamamatsu (Hamamatsu, Japan). Alternatively, photodetector 812 may include a miniature photomultiplier tube (PMT), such as the MicroPMT assembly H12400 available from Hamamatsu. The output current of the scattered light detector 812 is processed by a current-to-voltage (IV) converter to provide a voltage proportional to the incident scattered light 810. The output voltage of photodetector 812 is transmitted to control electronics 105, and an analog-to-digital converter (ADC) generates a digital signal that is ultimately transmitted to instrument controller 106 where light scattering calculations are performed.

図9は、本発明の内部標準ラジカル線量計測光検出器900の別の実施形態を示す。蛍光励起光源901、赤色ダイオードレーザー干渉パターン光源902、光収集および伝送分岐光ファイバー903、ファイバー出力結合光学系904、線量測定セル608、散乱光列905、光学ビームスプリッター906、光散乱電荷結合素子カメラ907、蛍光列908、蛍光収集光学系909、蛍光選択干渉フィルター910、蛍光検出器809、遠視野干渉縞パターン911、および抽出空間周波数912が示されている。 FIG. 9 shows another embodiment of an internal standard radical dosimetry photodetector 900 of the present invention. Fluorescence excitation light source 901, red diode laser interference pattern light source 902, light collection and transmission branch optical fiber 903, fiber output coupling optics 904, dosimetry cell 608, scattering light train 905, optical beam splitter 906, light scattering charge-coupled device camera 907 , fluorescence array 908, fluorescence collection optics 909, fluorescence selective interference filter 910, fluorescence detector 809, far-field interference fringe pattern 911, and extraction spatial frequency 912.

組み合わされた蛍光および光散乱検出器システム900では、光源は、蛍光内部標準ラジカル線量計要件に合致するように交換されてもよく、光散乱検出は、線量測定セルによって生成される干渉パターンを撮像する二次元電荷結合素子(charged couple device:CCD)撮像カメラを使用して達成される。蛍光励起源901および赤色ダイオード干渉パターン光源902は、光流体チップ601から離れて配置され、分岐光ファイバー903および必要な光ファイバー結合光学系904を使用して線量測定セル608に結合される。光源901によって生成される波長は、使用された内部標準ラジカル線量計の励起波長要件に合致するように選択される。赤色ダイオード干渉パターン光源902は、650nmの赤色ダイオードレーザーを使用して、線量測定セル608の遠方光学場に生成される光学干渉パターンを生成する。このような構成では、光源901および902を、機器の外部に取り付けることができ、ラジカル線量測定を行うときに、光源を交換する容易な手段を提供する。 In the combined fluorescence and light scattering detector system 900, the light source may be exchanged to meet fluorescence internal standard radical dosimeter requirements, and light scattering detection images the interference pattern produced by the dosimetry cell. This is accomplished using a two-dimensional charged couple device (CCD) imaging camera. Fluorescence excitation source 901 and red diode interference pattern light source 902 are located remotely from optofluidic chip 601 and are coupled to dosimetry cell 608 using branch optical fiber 903 and necessary fiber optic coupling optics 904. The wavelength produced by light source 901 is selected to meet the excitation wavelength requirements of the internal standard radical dosimeter used. Red diode interference pattern light source 902 uses a 650 nm red diode laser to generate an optical interference pattern that is generated in the far optical field of dosimetry cell 608 . In such a configuration, light sources 901 and 902 can be mounted externally to the instrument and provide an easy means of replacing the light sources when performing radical dosimetry.

光源901および902からのコヒーレント光は、単一式光ファイバー903内で均質化され、線量測定セル608に入射するように向けられる。ビームスプリッター906は、線量測定セル608を出る光を分割して、2つの光学列、すなわち散乱列905および蛍光列908を生成するために使用される。光散乱列905は、線量測定セル608の光学遠視野において生成される。赤色ダイオード干渉パターン光源902は、コヒーレント光源であるため、そのモダリティー(modality)は、線量測定セル608の光学特性と相互作用して、電荷結合素子二次元カメラ907によって撮像されるような遠視野干渉縞パターン911を生成する。 Coherent light from light sources 901 and 902 is homogenized within a single optical fiber 903 and directed into dosimetry cell 608 . A beam splitter 906 is used to split the light exiting the dosimetry cell 608 to produce two optical columns: a scattering column 905 and a fluorescent column 908. A light scattering array 905 is generated in the optical far field of the dosimetry cell 608. Since the red diode interference pattern light source 902 is a coherent light source, its modality interacts with the optical properties of the dosimetry cell 608 to provide far-field interference as imaged by the charge-coupled device two-dimensional camera 907. A striped pattern 911 is generated.

蛍光列908は、収集光学系909によって収集され平行化され、収集光学系909は、干渉フィルター910を透過するように光を方向付ける。干渉フィルター910の帯域通過特性は、内部標準ラジカル線量計発光スペクトルに合致するように選択される。干渉フィルター910の光帯域幅は、10nmとすることができるが、これに限定されない。干渉フィルター910および蛍光励起源901は、表700に列挙されるものなど複数の異なる内部標準ラジカル線量計を収容するために、整合対として交換されるので、干渉フィルター910は、ユーザーアクセス可能で除去が簡単な取り付け具に収容される。蛍光発光光は、蛍光検出器809によって検出される。 Fluorescent array 908 is collected and collimated by collection optics 909 , which directs the light to pass through interference filter 910 . The bandpass characteristics of interference filter 910 are selected to match the internal standard radical dosimeter emission spectrum. The optical bandwidth of the interference filter 910 may be 10 nm, but is not limited thereto. Interference filter 910 and fluorescence excitation source 901 are exchanged as a matched pair to accommodate multiple different internal standard radical dosimeters, such as those listed in table 700, so that interference filter 910 is user accessible and removable. is housed in a simple fitting. Fluorescent light is detected by fluorescence detector 809.

細胞が線量測定セル608に入ると、それらは、赤色ダイオードレーザー干渉パターン光源902の光を弾性的に散乱させ、そのような散乱は、光の平均偏光度を変化させ、同様にして、精査領域を出る光の屈折率および結果として生じる位相(resultant phase)を変化させる。精査領域の屈折率が変化すると、結像された縞911は、屈折率の変化に応じて右または左に位置的に変化する。所与の水平またはx増分について二次元カメラ907の各垂直ピクセルの強度を合計することによって、光学干渉パターン912の縞パターンは、空間周波数分布として表される。高速フーリエ変換(fast Fourier transform:FFT)を使用して、光学干渉パターン912に見られる支配的な空間周波数の位相を、高速時間間隔で計算することができる。細胞が線量測定セル608に入ると、付随する光散乱が縞の位置を変化させ、次に位相の変化として表示される。位相変化は、線量測定セル608の精査領域内のセルのサイズおよび数に比例する。前述のように、シース流発生器502および606は、導入された細胞または他の生体内実施形態を単離するように機能してもよく、その結果、それらは、明確に分離され、一緒に凝集されず、ラジカル標識光分解区域内の各実体の効果的かつ一貫した照射を行う。これらの生体内実体の制御された単離は、シース緩衝液シリンジポンプ508および緩衝液シリンジポンプ513の異なるポンピング速度によって影響される。名目上、シース緩衝液シリンジポンプ508のポンピング速度は、例えば、緩衝液シリンジポンプ513のポンピング速度の10倍であるが、これに限定されない。明細書中にさらに記載されるように、各生体内実体の有効な単離は、検出された光散乱信号における時間差を特定することによって評価されてもよく、この時間差は、図4に示される信号プロファイルに同種の様式で、生体内実体が照射される場合に最大になり、この実体が存在しない場合に最小になる。本実施形態では、生体内実体の存在を評価するために、光散乱検出器が用いられる。 他の実施形態では、光散乱検出器は、弾性散乱から生じる検出光の位相の変化を特定する屈折率検出器と置き換えられる。 As cells enter the dosimetry cell 608, they elastically scatter the light of the red diode laser interference pattern light source 902, and such scattering changes the average degree of polarization of the light and, in turn, changes the refractive index and resultant phase of the light exiting the light. As the refractive index of the examination area changes, the imaged fringes 911 change positionally to the right or left depending on the change in the refractive index. By summing the intensity of each vertical pixel of the two-dimensional camera 907 for a given horizontal or x increment, the fringe pattern of the optical interference pattern 912 is represented as a spatial frequency distribution. Using a fast Fourier transform (FFT), the phase of the dominant spatial frequencies seen in the optical interference pattern 912 can be calculated at fast time intervals. As the cell enters the dosimetry cell 608, the accompanying light scattering changes the position of the stripes, which is then displayed as a change in phase. The phase change is proportional to the size and number of cells within the study area of dosimetry cell 608. As previously discussed, sheath flow generators 502 and 606 may function to isolate introduced cells or other in-vivo embodiments so that they are clearly separated and together No agglomeration, resulting in effective and consistent irradiation of each entity within the radical labeled photolysis zone. Controlled isolation of these biological entities is influenced by the different pumping speeds of sheath buffer syringe pump 508 and buffer syringe pump 513. Nominally, the pumping rate of sheath buffer syringe pump 508 is, for example, but not limited to, ten times the pumping rate of buffer syringe pump 513. As further described herein, effective isolation of each biological entity may be assessed by determining the time differences in the detected light scattering signals, which are shown in FIG. In a similar manner to the signal profile, it is maximum when an in-vivo entity is irradiated and minimum when this entity is absent. In this embodiment, a light scattering detector is used to assess the presence of in-vivo entities. In other embodiments, the light scattering detector is replaced with a refractive index detector that determines the change in phase of the detected light resulting from elastic scattering.

所望の細胞または生体内実体の単離が達成されると、ラジカル標識は、生体外実験について行われたものと非常に類似して進行する。有効ラジカル線量は、生体内実体が光分解区域607において照射される際に線量測定区域608において測定される蛍光信号の変化を、監視することによって評価される。 Once isolation of the desired cells or in vivo entities is achieved, radical labeling proceeds very similarly to that performed for in vitro experiments. The effective radical dose is estimated by monitoring the change in the fluorescence signal measured in the dosimetry zone 608 when the biological entity is irradiated in the photolysis zone 607.

図10は、CellRox(登録商標)DeepRedおよび100mM濃度の過酸化水素を用いたラジカル線量測定応答1000を示す。ベースライン蛍光レベル1001、線量計蛍光信号の上昇肩1002、最大線量計蛍光レベル1003、線量計信号の下降肩1004、再確立されたベースライン蛍光レベル1005、時間T1で生じる最大蛍光レベル1006、および時間T2で生じる最大蛍光レベル1007が示される。図示のように、ベースライン蛍光線量計信号1001は、上昇肩1002に急速に移行し、混合物がパルス照射される最中に蛍光レベル1003で最大になる。酸化されたCellRox Deep Redが線量測定区域を出ると、蛍光信号は、下降肩1004によって示されるように減少し、最終的に、1005においてその低いバックグラウンド蛍光ベースラインを再確立する。 FIG. 10 shows the radical dosimetry response 1000 using CellRox® DeepRed and a 100 mM concentration of hydrogen peroxide. a baseline fluorescence level 1001, a rising shoulder in the dosimeter fluorescence signal 1002, a maximum dosimeter fluorescence level 1003, a falling shoulder in the dosimeter signal 1004, a re-established baseline fluorescence level 1005, a maximum fluorescence level 1006 occurring at time T1, and The maximum fluorescence level 1007 occurring at time T2 is shown. As shown, the baseline fluorescence dosimeter signal 1001 rapidly transitions to a rising shoulder 1002 and peaks at fluorescence level 1003 during the pulse of the mixture. As the oxidized CellRox Deep Red exits the dosimetry area, the fluorescence signal decreases as shown by the falling shoulder 1004 and eventually re-establishes its low background fluorescence baseline at 1005.

生体外ラジカル標識に類似して、1006(T1)および1007(T2)によって図示されるように、細胞の2つの連続的に暴露されたボーラスまたは生体内実施形態についての2つの最大蛍光値間の時間差は、単離量、およびシース流発生器606によって生成される細胞間分離距離を評価するために使用され得る。生体外系と同様に、全ての最大蛍光信号の再現性を評価して、得られた生体内ラジカル標識の質および再現性を判断してもよい。 Similar to in vitro radical labeling, between two consecutively exposed boluses of cells or two maximum fluorescence values for in vivo embodiments, as illustrated by 1006 (T1) and 1007 (T2). The time difference can be used to evaluate the amount of isolation and the intercellular separation distance produced by the sheath flow generator 606. Similar to in vitro systems, the reproducibility of all maximum fluorescence signals may be evaluated to determine the quality and reproducibility of the obtained in vivo radical labeling.

適切な線量計応答および生体内実体単離量が達成されると、生体内実体を確実に標識することができ、標識された生体内生成物を収集することができる。標識および生成物収集プロセスの間、機器コントローラー106は、線量計および単離量目標が達成された時間を記録し、入口出口ポート202の出口への適切に標識された生成物の到着時間を特定する。到着時間は、線量測定区域608から入口出口ポート202までの移送量と、正味の流速と、の商によって特定される。適切に標識された生成物が到着する前に、光流体チップ601の流出内容物は、入口出口ポート202を通って、指定された廃棄物ウェル221内に分注される。機器コントローラー106の制御下で、適切に標識された生成物が入口出口ポート202の出口に到達すると、マイクロプレート201は、標識された生成物が生成物収集マイクロウェル222内に収集されるように、試料導入システム101によって移動される。
<標識後分析>
Once an appropriate dosimeter response and isolated amount of in vivo entity is achieved, the in vivo entity can be reliably labeled and the labeled in vivo product can be collected. During the labeling and product collection process, the instrument controller 106 records the time that the dosimeter and isolated volume goals are achieved and determines the time of arrival of the appropriately labeled product at the outlet of the inlet exit port 202. do. The arrival time is determined by the quotient of the volume transferred from the dosimetry zone 608 to the inlet/outlet port 202 and the net flow rate. Prior to the arrival of the appropriately labeled product, the effluent contents of optofluidic chip 601 are dispensed into designated waste wells 221 through inlet/outlet ports 202 . Under the control of the instrument controller 106 , once the appropriately labeled product reaches the outlet of the inlet/outlet port 202 , the microplate 201 is configured such that the labeled product is collected within the product collection microwell 222 . , are moved by the sample introduction system 101.
<Post-labeling analysis>

生体内および生体外の両方のラジカルフットプリント法実験について、標識後分析は、典型的には、続いて行われ、収集された試料は、選択的に、分析器を使用して分析される。分析器は、試料の化学分析を行うように構成される。例えば、分析器は、光分解区域において酸化されたタンパク質、ペプチド、炭水化物、金属、核酸、脂質、および/またはアミノ酸を同定するように構成されてもよい。分析器は、例えば、質量分析計、シンチレーター、電気泳動装置、クロマトグラフ、および/または、放射線、質量、電荷、サイズ、もしくは他の特性に基づいて試料成分を分離および/または同定するように構成される任意の他の装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、分析器は、細胞または他の生物学的実体内の同位体または放射性同位体標識を検出し、選択的に、そのような標識を含む構成要素が酸化されたかどうかを判定するように構成される。いくつかの実施形態では、分析器は、特定の成分の標識/非標識濃度の比を測定するように構成される。いくつかの実施形態では、分析器は、ポート202と「インライン」であり、そのため、試料を受け取り、リアルタイムで分析するように構成される。例えば、ポート202は、試料を質量分析計に直接流入するように構成される、毛細管を含んでもよい。
<シース流の特定の制御>
For both in vivo and in vitro radical footprinting experiments, post-labeling analysis typically follows and the collected sample is optionally analyzed using an analyzer. The analyzer is configured to perform chemical analysis of the sample. For example, the analyzer may be configured to identify oxidized proteins, peptides, carbohydrates, metals, nucleic acids, lipids, and/or amino acids in the photolysis zone. The analyzer can be, for example, a mass spectrometer, scintillator, electrophoresis device, chromatograph, and/or configured to separate and/or identify sample components based on radiation, mass, charge, size, or other properties. may also include any other devices that may be used. In some embodiments, the analyzer detects isotopic or radioisotopic labels within cells or other biological entities and selectively determines whether components containing such labels have been oxidized. configured to determine. In some embodiments, the analyzer is configured to measure the ratio of labeled/unlabeled concentrations of a particular component. In some embodiments, the analyzer is "in-line" with port 202 and is therefore configured to receive and analyze the sample in real time. For example, port 202 may include a capillary tube configured to flow sample directly into a mass spectrometer.
<Specific control of sheath flow>

本発明の様々な実施形態は、再現可能な生体内ラジカル線量測定を可能にするために、細胞間単離量を特定および制御する方法を含む。生体内ラジカル線量測定が効果的に実施されるためには、生体内実体(単数または複数)が線量測定区域内に存在する場合に内部標準ラジカル線量計の測光測定を実施して、細胞間の細胞内ラジカル線量計応答の差を表す意味のある比較測定を可能にするべきである。 Various embodiments of the present invention include methods for identifying and controlling intercellular isolation to enable reproducible in vivo radical dosimetry. For in-vivo radical dosimetry to be performed effectively, photometric measurements of an internal standard radical dosimeter must be performed when in-vivo entity(s) are present within the dosimetry zone to It should enable meaningful comparative measurements that represent differences in intracellular radical dosimeter responses.

図11は、本明細書に記載の発明を使用して細胞間単離量を特定および制御する例示的な方法1100を示し、方法1100は、線量測定区域内の生体内実体の検出をさらに可能にする。細胞導入工程1101、第1細胞検出工程1102、第2細胞検出工程1103、正味の流速特定工程1104、細胞単離量特定工程1105、良好単離評価工程1106、不良単離およびシース流速調整工程1107、ならびに反復サイクル1108が示されている。 FIG. 11 shows an exemplary method 1100 of identifying and controlling intercellular mass using the invention described herein, which method 1100 further enables detection of in vivo entities within a dosimetric area. Make it. Cell introduction step 1101, first cell detection step 1102, second cell detection step 1103, net flow rate identification step 1104, cell isolation amount identification step 1105, good isolation evaluation step 1106, poor isolation and sheath flow rate adjustment step 1107 , as well as an iterative cycle 1108.

細胞導入工程1101において、細胞の単一縦列アレイが形成され、線量測定区域60
8に流入する。第1細胞検出工程1102において、散乱光検出器812からの信号が監視されて、線量測定区域608への第1細胞の到着時間を検出する。細胞または他の生体内生物学的実体が線量測定区域608内に到達すると、散乱励起光810の強度は、精査領域内の生体内実体のサイズおよび生体内実体の数に従って増加する。第2細胞検出工程1103において、上述のプロセスは、線量測定区域608への第2細胞の到着時間を検出するために使用される。システムの正味の流速は、シリンジポンプ508、シリンジポンプ513、およびシリンジポンプ518のポンピング速度を合計することによって計算される(1104)。流速は、第1細胞と第2細胞との検出の間の時間が、2つの細胞が同時に線量測定区域608内にある確率を、低下するのに十分な長さとなる程度まで低下され得る。これは、条件が1度に1つの細胞の照射および酸化を可能にする単一細胞単離を達成する。
In the cell introduction step 1101, a single tandem array of cells is formed and the dosimetry area 60
8. In a first cell detection step 1102, the signal from the scattered light detector 812 is monitored to detect the time of arrival of the first cell to the dosimetry area 608. When cells or other biological entities arrive within the dosimetry area 608, the intensity of the scattered excitation light 810 increases according to the size of the biological entities and the number of biological entities within the examination area. In the second cell detection step 1103, the process described above is used to detect the arrival time of the second cell to the dosimetry area 608. The net flow rate of the system is calculated by summing the pumping rates of syringe pump 508, syringe pump 513, and syringe pump 518 (1104). The flow rate may be reduced to such an extent that the time between detection of the first and second cells is long enough to reduce the probability that the two cells are in the dosimetry zone 608 at the same time. This achieves single cell isolation where conditions allow for irradiation and oxidation of one cell at a time.

細胞単離量計算工程1105において、細胞間単離量は、第1細胞と第2細胞との間の到着時間差に正味の流速1104を掛けることによって特定される。実験的に特定された細胞単離量が、所望の単離量(分離距離および分離時間に直接関連する)から±5%(または他の所定の限界)未満だけ逸脱する場合、次に、システムは、進行工程1006において、さらなる調整なしに追加の細胞を標識することに進む。選択的に、実験的に特定された細胞単離量が±5%より大きく逸脱する場合、シース流シリンジポンプ508のポンピング速度は、シース流速調整工程1107において、所望の細胞単離目標量1107を達成するように変更され、目標細胞単離量が達成されるまで、特定プロセスが繰り返される(1108)。 In the cell isolation amount calculation step 1105, the intercellular isolation amount is determined by multiplying the arrival time difference between the first cell and the second cell by the net flow rate 1104. If the experimentally determined cell isolation amount deviates from the desired isolation amount (which is directly related to separation distance and separation time) by less than ±5% (or other predetermined limit), then the system proceeds to label additional cells without further adjustment in proceeding step 1006. Optionally, if the experimentally determined cell isolation amount deviates by more than ±5%, the pumping speed of the sheath flow syringe pump 508 is adjusted to the desired cell isolation target amount 1107 in a sheath flow rate adjustment step 1107. The identification process is repeated 1108 until the target cell isolation amount is achieved.

様々な実施形態は、線量測定区域608内の生体内実体の存在を検出するためのシステムおよび方法を含む。線量測定区域608内の生体内実体の進入および退出の検出された時間は、細胞内線量計内部標準ラジカル応答を測光的に特定するためのデータ取得期間を、特定するために使用されてもよい。線量測定区域608に入ると、生体内実体は、散乱光検出器812によって検出される散乱光の強度の急速な上昇を引き起こす。調和して、生体内実体が出ると、散乱光検出器812によって検出される散乱光の強度は、急激に低下する。散乱光強度の上昇と下降との間の時間差は、生体内実体、例えば細胞の線量測定区域存在期間を表す。存在期間中に、発光光検出器809によって検出された光強度値が合計および/または統合されて、対象の生体内実体についての正味の線量測定信号が特定される。このアプローチを使用することによって、測光線量測定は、細胞内および/または細胞外測光信号から生じる信号を検出する一方で、生体内実体を欠く領域についての細胞外液から生じる任意の固有のバックグラウンド信号を拒絶することによって行われてもよい。このようにして、細胞外液に対するバックグラウンド信号は、実験設計によって、細胞内液のバックグラウンド信号よりも実質的に低く、測定は、生体内実体(単数または複数)が存在する場合にのみ行われるので、測定された測光信号の大部分は、細胞内成分から生じるものからなる。
<生体内実施形態生存率の特定>
Various embodiments include systems and methods for detecting the presence of biological entities within dosimetry area 608. The detected times of entry and exit of biological entities within the dosimetry zone 608 may be used to identify data acquisition periods for photometrically determining the intracellular dosimeter internal standard radical response. . Upon entering the dosimetry zone 608, the biological entity causes a rapid increase in the intensity of the scattered light detected by the scattered light detector 812. Concordantly, when the in-vivo entity exits, the intensity of the scattered light detected by the scattered light detector 812 decreases rapidly. The time difference between the rise and fall of the scattered light intensity represents the period of existence of the dosimetric zone of an in-vivo entity, such as a cell. During the presence period, the light intensity values detected by the luminescent light detectors 809 are summed and/or integrated to determine the net dosimetric signal for the in-vivo entity of interest. By using this approach, photometric dosimetry detects signals arising from intracellular and/or extracellular photometric signals while eliminating any inherent background arising from extracellular fluid for regions devoid of in vivo entities. This may be done by rejecting the signal. In this way, the background signal for the extracellular fluid is, by experimental design, substantially lower than the background signal for the intracellular fluid, and measurements are only made when the in vivo entity(s) are present. Therefore, the majority of the measured photometric signal consists of those originating from intracellular components.
<Identification of in-vivo embodiment survival rate>

いくつかの実施形態は、生体内実体の生存率(viability)を特定するためのシステムおよび方法を含む。所与の生体内実体について、散乱光強度は、測光評価中に線量測定区域608内に存在する生体内実体のサイズおよび数に比例する。本明細書に開示される方法論を使用して、線量測定区域608内の生体内実体の一定の到達率を効果的に確実にするための手段が説明される。このような状況下では、各データ取得期間の生体内実体の数を一定に制御することができ、測定された散乱光の変動は、生体内実体サイズの変化に大きく依存するようになる。生体内実体サイズの変化は、固有の形態学的変動に起因し得るか、細胞/種の形態における人為的変化を示すことができ、細胞破壊、細胞死、もしくは細胞アポトーシスを示してもよい。生体内培養HRPFの固有の目標は、生存条件下で生体分子補体HOSを評価することであるので、生存できないプロセスおよび/または条件
の存在を検出し、信号を送ることが望ましい。
Some embodiments include systems and methods for determining the viability of an in-vivo entity. For a given biological entity, the scattered light intensity is proportional to the size and number of biological entities present within the dosimetry area 608 during the photometric evaluation. Using the methodology disclosed herein, means are described for effectively ensuring a constant arrival rate of biological entities within the dosimetry area 608. Under such circumstances, the number of in-vivo entities in each data acquisition period can be controlled to be constant, and the fluctuation of the measured scattered light becomes highly dependent on the change in in-vivo entity size. Changes in in vivo entity size may be due to inherent morphological variations or may be indicative of artifactual changes in cell/species morphology and may be indicative of cell destruction, cell death, or cell apoptosis. Since the unique goal of in vitro cultured HRPF is to assess the biomolecular complement HOS under viable conditions, it is desirable to detect and signal the presence of nonviable processes and/or conditions.

本明細書に記載された本発明の実施形態は、HRPFプロトコルから生じてもよい生体内部分への潜在的な害を検出するためのシステムおよび方法を提供し、生存しているが破壊されていない生体内実体について生体内HOS分析を行うことができる手段を提供する。例えば、破壊された細胞または線量測定区域608内の2つ以上の細胞の存在を、測定された光散乱に基づいて、同時に検出することができる。これらの状況下で検出されたこれらの実体は、これらの条件下で照射されなかった実体から分離され、廃棄されてもよい。
<閃光光分解光の制御された動作>
Embodiments of the invention described herein provide systems and methods for detecting potential harm to living but not destroyed parts of the body that may result from HRPF protocols. The present invention provides a means by which in-vivo HOS analysis can be performed for in-vivo entities that do not exist. For example, the presence of a destroyed cell or two or more cells within the dosimetry area 608 can be detected simultaneously based on the measured light scatter. Those entities detected under these conditions may be separated from entities that were not irradiated under these conditions and discarded.
<Controlled operation of flash photolysis light>

本発明の様々な実施形態は、光分解区域102への生体内実体の到着と同期して閃光光分解光源103を動作するためのシステムおよび方法を含む。生体内ラジカルフットプリント法は、理想的には、再現可能な様式で上記実体(単数または複数)を確実に照射し、再現可能な細胞内ラジカル負荷を光触媒的に引き起こすために、光分解区域内の生体内実体の存在を特定および定量する工程を含む。 Various embodiments of the invention include systems and methods for operating flash photolysis light source 103 in synchronization with the arrival of biological entities to photolysis zone 102. In-vivo radical footprinting methods ideally ensure that the entity(s) mentioned above are irradiated in a reproducible manner and within the photolysis zone in order to photocatalytically induce reproducible intracellular radical loading. identifying and quantifying the presence of the in-vivo entity.

図12は、光分解区域608への生体内実体の到着を特定する一方で、光分解区域608への生体内実体の到着の際に閃光光分解光源103が閃光するように正確に動作されるシステムおよび方法を提供する例示的な方法1200を示す。細胞導入工程1201、第1細胞検出工程1202、正味の流速の特定1203、オンチップ相互接続量の特定1204、通過時間の特定1205、光分解区域到着時間の特定1206、細胞到着時間1207での光分解動作の活性化、および適切に標識された細胞1208の沈殿を伴うプロセスの継続が示されている。 While FIG. 12 identifies the arrival of the biological entity to the photolysis zone 608, the flash photolysis light source 103 is precisely operated to flash upon the arrival of the biological entity to the photolysis zone 608. 12 illustrates an example method 1200 providing systems and methods. Cell introduction step 1201, first cell detection step 1202, determination of net flow rate 1203, determination of on-chip interconnection amount 1204, determination of transit time 1205, determination of photolysis zone arrival time 1206, light at cell arrival time 1207 Activation of the degrading action and continuation of the process with precipitation of appropriately labeled cells 1208 is shown.

細胞導入工程1201において、細胞の単一縦列アレイが本明細書の他の箇所に記載されるように形成され、第1細胞が光分解区域102に導入される。検出工程1202において、散乱光検出器812の出力信号は、線量測定区域608への第1細胞の到着時間を検出するために監視される。線量測定区域608内に細胞または他の生体内実体が入ると、散乱光の強度は、精査領域内の生体内実体のサイズおよび生体内実体の数に従って増加する。この増加は、散乱光検出器812によって検出される。正味の流速特定工程1203において、システムの正味の流速は、シリンジポンプ508、シリンジポンプ513、およびシリンジポンプ518のポンピング速度を合計することによって計算される。相互接続量特定工程1204において、マイクロ流体システム設計の直接の明示として、光分解区域102および線量測定区域608から延在する相互接続量が特定され、生体内ラジカルタンパク質フットプリント法の間、一定のままである。通過時間特定工程1205において、生体内実体が光分解区域102から線量測定区域608に移動するために必要とされる通過時間は、相互接続量を正味の流速で割ることによって計算される。光分解区域到着時間特定工程1206において、光分解区域到着時間は、線量測定区域到着時間と、光分解区域から線量測定区域への移行時間と、の差を特定することによって計算される。動作工程1207において、後続の細胞または生体内実体について、光分解システムは、特定された光分解区域到着時間またはその後の一定の間隔で閃光するように動作される。継続プロセス工程1208において、目標数の細胞が処理されるまで、さらなる標識細胞が標識細胞リザーバー221内に沈殿される。 In a cell introduction step 1201, a single tandem array of cells is formed as described elsewhere herein, and a first cell is introduced into the photolysis zone 102. In a detection step 1202, the output signal of the scattered light detector 812 is monitored to detect the time of arrival of the first cell to the dosimetry area 608. As cells or other biological entities enter the dosimetry area 608, the intensity of the scattered light increases according to the size of the biological entities and the number of biological entities within the examination area. This increase is detected by scattered light detector 812. In the net flow rate determination step 1203, the net flow rate of the system is calculated by summing the pumping rates of syringe pump 508, syringe pump 513, and syringe pump 518. In an interconnection identification step 1204, interconnections extending from the photolysis zone 102 and the dosimetry zone 608 are identified as a direct manifestation of the microfluidic system design, and are determined to be constant during in vivo radical protein footprinting. It remains as it is. In the transit time determination step 1205, the transit time required for the biological entity to travel from the photolysis zone 102 to the dosimetry zone 608 is calculated by dividing the amount of interconnection by the net flow rate. In the photolysis zone arrival time determination step 1206, the photolysis zone arrival time is calculated by determining the difference between the dosimetry zone arrival time and the transition time from the photolysis zone to the dosimetry zone. In operation step 1207, for subsequent cells or biological entities, the photolysis system is operated to flash at the identified photolysis zone arrival time or at regular intervals thereafter. In a continuing process step 1208, additional labeled cells are deposited into the labeled cell reservoir 221 until the target number of cells have been processed.

本明細書の教示は、光散乱光検出器812および蛍光/発光光検出器809から生じる検出信号の特定の有用性を説明するが、これらの検出器は、複数の説明されていない組み合わせまたは手段によって、線量測定区域608への生体内実体の到着を検出する目的のために、または光分解区域102への生体内実体の到着を予測する目的のために使用され得ることが、当業者に明らかである。例えば、蛍光/発光光検出器809で生成された信
号は、線量測定区域内の生体内実体の存在を検出するための全体的な感度を改善するために、光散乱光検出器812からの信号と時間的コヒーレンスにおいて合計され得る。このように、本明細書で説明する方法は、例示的なものであり、範囲を限定するものではないことが意図される。
<ラジカル線量測定閉ループ制御>
Although the teachings herein describe the particular utility of detection signals resulting from light scattering light detector 812 and fluorescence/emission light detector 809, these detectors may be combined with multiple undescribed combinations or means. It will be clear to those skilled in the art that it can be used for the purpose of detecting the arrival of a biological entity in the dosimetry zone 608 or for the purpose of predicting the arrival of a biological entity in the photolysis zone 102. It is. For example, the signal generated by the fluorescence/luminescence light detector 809 may be combined with the signal from the light scattering light detector 812 to improve the overall sensitivity for detecting the presence of biological entities within the dosimetry area. and can be summed in temporal coherence. As such, the methods described herein are intended to be illustrative and not limiting in scope.
<Radical dose measurement closed loop control>

本発明の様々な実施形態は、閉ループ制御ラジカル線量測定システムを較正するシステムおよび方法を含む。これらの実施形態では、閉ループ制御ラジカル線量測定システムは、測定されたラジカル線量計測光蛍光変化に応答して光学的流束量またはラジカル試薬濃度の必要な変化を予測するために使用される較正理論回路を含む。較正関数は、複数の測定を通して経験的に特定され、測定では、サポート緩衝液、生体内実体、およびラジカル線量計の既知の混合物または制御された混合物が、様々な流束量またはラジカル試薬濃度レベルで各別個の制御された一定分量について、単一の閃光で処理される。例示的な実施形態において、低レベル機器制御または高レベルユーザーインターフェースプログラム(例えば、制御電子機器105および/または機器コントローラー106)のいずれかにおいて実行されるソフトウェアルーティンは、各流束量またはラジカル試薬濃度における線量計測光蛍光の測定された変化を記述するルックアップテーブルまたは曲線適合を生成し、適用された流束量および/またはラジカル試薬濃度と、単一の閃光露光について測定された線量計蛍光変化と、の間の関係を記述する数学的表現または較正関数の生成を可能にする。別の実施形態では、ルックアップテーブルおよび後続の較正関数は、各閃光電圧値および/またはラジカル試薬濃度に対する蛍光変化値を使用して、ユーザーによって手動で生成される。 Various embodiments of the invention include systems and methods for calibrating closed-loop controlled radical dosimetry systems. In these embodiments, the closed-loop controlled radical dosimetry system uses a calibration theory that is used to predict the required changes in optical flux or radical reagent concentration in response to measured radical dosimetric optical fluorescence changes. Contains circuit. The calibration function is determined empirically through multiple measurements in which known or controlled mixtures of support buffers, in-vivo entities, and radical dosimeters are used at various flux volumes or radical reagent concentration levels. For each separate controlled aliquot, a single flash is applied. In an exemplary embodiment, a software routine executed in either the low-level instrument control or the high-level user interface program (e.g., control electronics 105 and/or instrument controller 106) controls each flux or radical reagent concentration. Generate a lookup table or curve fit that describes the measured change in dosimetric light fluorescence at the applied flux volume and/or radical reagent concentration and the dosimeter fluorescence change measured for a single flash exposure. allows the generation of a mathematical expression or calibration function that describes the relationship between . In another embodiment, the look-up table and subsequent calibration function are manually generated by the user using fluorescence change values for each flash voltage value and/or radical reagent concentration.

生体内ラジカルタンパク質フットプリント法処理の間、バックグラウンドラジカル除去を線量測定によって評価する。線量計測光蛍光の測定された変化は、ユーザー指定の目標変化と比較される。測定された線量計値が目標値から±10%以上逸脱する場合、適用された流束量またはラジカル試薬濃度は、測定された線量計吸光度の目標とされた変化を達成するために変更される。上記較正関数は、流束量またはラジカル試薬濃度の必要な変化を予測するために使用される。 During the in vivo radical protein footprinting process, background radical scavenging is assessed dosimetrically. The measured change in dosimetric photofluorescence is compared to a user-specified target change. If the measured dosimeter value deviates from the target value by more than ±10%, the applied flux amount or radical reagent concentration is changed to achieve the targeted change in measured dosimeter absorbance. . The above calibration function is used to predict the required changes in flux or radical reagent concentration.

当業者には、本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明したもの以外のさらに多くの変更が可能であることが明らかであろう。したがって、本発明の主題は、開示の趣旨を除いて限定されるべきではない。さらに、本開示を解釈する際に、全ての用語は、文脈と矛盾しない最も広い可能な方法で解釈されるべきである。特に、「含む(comprises)」および「含んでいる(comprising)」という用語は、要素、構成要素、または工程を非排他的に参照するものとして解釈されるべきであり、参照された要素、構成要素、または工程が、明示的に参照されていない他の要素、構成要素、または工程とともに提示または利用され、または組み合わせられてもよいことを示す。 It will be apparent to those skilled in the art that many more modifications than those already described are possible without departing from the inventive concept herein. Accordingly, the subject matter of the invention is not to be limited except in the spirit of the disclosure. Furthermore, in interpreting this disclosure, all terms should be interpreted in the broadest possible manner consistent with the context. In particular, the terms "comprises" and "comprising" should be construed as referring non-exclusively to an element, component, or step; Indicates that an element or step may be presented or utilized with, or combined with, other elements, components, or steps not explicitly referenced.

本明細書では、本発明の様々な実施形態を説明するために生体細胞が使用されているが、他の実施形態では、「細胞(cells)」は、任意の実施例または請求項において、非生物学的実体、生物学的実体、ウイルス、多細胞生物(例えば、真菌、胞子、極小微生物、カビ、藻類、線虫、アメーバ属、原虫、センモウヒラムシ、酵母)、または非生物学的材料などの他の実体によって置き換えられてもよい。 Although biological cells are used herein to describe various embodiments of the invention, in other embodiments, "cells" may refer to non-living cells in any example or claim. Biological entities, biological entities, viruses, multicellular organisms (e.g., fungi, spores, microorganisms, molds, algae, nematodes, amoebae, protozoa, gynoecium, yeast), or non-biological materials may be replaced by other entities such as

一般的な構造および技法、ならびにより一般的な目標を実行する異なる方法を達成するために使用され得るより具体的な実施形態が、本明細書で説明される。いくつかの実施形態のみが上記で詳細に開示されているが、他の実施形態が可能であり、本明細書内に包含されると見なされる。本明細書は、別の方法で達成されてもよいより一般的な目標を達成するための特定の例を説明する。本開示は、例示的であることが意図され、特許請求の範
囲は、当業者に予測可能であってもよい任意の修正または代替を包含することが意図される。
General structures and techniques, as well as more specific embodiments that may be used to accomplish different methods of carrying out more general goals, are described herein. Although only some embodiments are disclosed in detail above, other embodiments are possible and are considered to be included within this specification. This specification describes specific examples to achieve a more general goal that may be achieved in other ways. This disclosure is intended to be exemplary, and the claims are intended to cover any modifications or alternatives that may be foreseeable to those skilled in the art.

本明細書で論じられる論理回路は、電子回路、ハードウェア、ファームウェア、および/または非一時的コンピューター可読媒体上に記憶されたソフトウェアを含むことができる。 Logic circuits discussed herein may include electronic circuits, hardware, firmware, and/or software stored on non-transitory computer-readable media.

「ための手段(means for)」という用語を使用する請求項のみが、35 USC 112第6段落に基づいて解釈されることが意図されている。さらに、明細書からの限定は、それらの限定が特許請求の範囲に明示的に含まれない限り、いずれの特許請求の範囲にも読み込まれることを意図していない。本明細書で説明されるコンピューターは、汎用コンピューター、またはワークステーションもしくは実験室もしくは製造機器などの何らかの特定目的コンピューターのいずれかの、任意の種類のコンピューターであってもよい。コンピューターは、Windows 10、8、7、またはLinuxを実行するIntel(例えば、PentiumまたはCore 2 duo、i3など)またはAMDベースのコンピューターであってもよく、あるいはMacintoshコンピューターであってもよい。コンピューターは、また、Android、Windows Mobile、iOS等を含む任意の利用可能なオペレーティングシステムを実行する、PDA、携帯電話、タブレット、またはラップトップ等のハンドヘルドコンピューターであってもよい。 Only claims that use the term "means for" are intended to be construed under 35 USC 112, 6th paragraph. Furthermore, no limitations from the specification are intended to be read into any claims unless such limitations are expressly included in a claim. The computer described herein may be any type of computer, either a general purpose computer or some special purpose computer, such as a workstation or laboratory or manufacturing equipment. The computer may be an Intel (eg, Pentium or Core 2 duo, i3, etc.) or AMD-based computer running Windows 10, 8, 7, or Linux, or it may be a Macintosh computer. The computer may also be a handheld computer such as a PDA, cell phone, tablet, or laptop running any available operating system, including Android, Windows Mobile, iOS, and the like.

著作権通知:37 C.F.R.1.71(e)に準拠して、本開示の一部は、著作権保護の対象であり、著作権保護が主張される資料(ソースコードリスト、スクリーンショット、ユーザーインターフェース、またはユーザー命令、または著作権保護が任意の管轄において利用可能である、または利用可能であってもよい、本出願の任意の他の態様等であるが、それらに限定されない)を含む。著作権者は、特許文書または特許開示が特許商標庁の特許ファイルまたは記録に記載されているので、特許文書または特許開示のいずれかによるファクシミリ複製に対して異議を唱えない。他のすべての権利は留保され、他の全ての複製、配布、コンテンツに基づく派生作品の作成、公開表示、およびアプリケーションまたはその任意の部分の公開実行は、適用可能な著作権法によって禁止される。 Copyright Notice: 37 C. F. R. Pursuant to Section 1.71(e), portions of this disclosure are subject to copyright protection and do not contain any material claimed to be copyrighted, such as source code listings, screenshots, user interfaces, or user instructions; Copyright protection is or may be available in any jurisdiction, including, but not limited to, any other aspects of this application. Copyright owners do not object to facsimile reproduction of either a patent document or patent disclosure because the patent document or patent disclosure appears in the Patent and Trademark Office's patent files or records. All other rights are reserved, and all other reproduction, distribution, creation of derivative works based on the Content, public display, and public performance of the Application or any portion thereof is prohibited by applicable copyright law. .

Claims (27)

ラジカルタンパク質フットプリント法のための光流体チップであって、
基板と、
前記基板内にそれぞれ規定された第1ポート、第2ポート、および第3ポートと、
前記基板内に規定され、前記第2および第3ポートの両方と流体連通する第1空洞を含む混合区域と、
前記基板内に規定され、前記混合区域と流体連通する第2空洞を含む光分解区域であって、前記基板に封止され、前記第2空洞の片側を境界付ける第1光学的透明窓をさらに含み、前記第2空洞が蛇行パターンで構成されたチャネルを含み、前記光分解区域が両側で透明である、前記光分解区域と、
前記基板内に規定され、前記光分解区域と流体連通し、前記第1ポートとさらに流体連通する第3空洞を含む線量測定区域であって、前記基板に封止され、前記第3空洞の片側を境界付ける第2光学的透明窓をさらに含む、前記線量測定区域と、
を含む、光流体チップ。
An optofluidic chip for radical protein footprinting, comprising:
A substrate and
a first port, a second port, and a third port each defined within the substrate;
a mixing zone defined in the substrate and including a first cavity in fluid communication with both the second and third ports;
a photolysis zone defined in the substrate and including a second cavity in fluid communication with the mixing zone, further comprising a first optically transparent window sealed in the substrate and bounding one side of the second cavity; the photolysis zone, wherein the second cavity includes channels configured in a serpentine pattern, and the photolysis zone is transparent on both sides;
a dosimetry zone defined in the substrate and including a third cavity in fluid communication with the photolysis zone and further in fluid communication with the first port, the dosimetry zone being sealed to the substrate and on one side of the third cavity; the dosimetry area further comprising a second optically transparent window bounding the dosimetry area;
including an optofluidic chip.
前記基板は、プラスチックを含む、請求項1に記載の光流体チップ。 The optofluidic chip of claim 1, wherein the substrate comprises plastic. 前記基板は、石英を含む、請求項1または2に記載の光流体チップ。 3. The optofluidic chip of claim 1 or 2, wherein the substrate comprises quartz. 前記基板は、シリコンの中間層と、石英の上層と、石英の下層と、を含み、前記中間層は、前記上層と前記下層との間に配置されている、請求項3に記載の光流体チップ。 4. The optical fluid of claim 3, wherein the substrate includes an intermediate layer of silicon, an upper layer of quartz, and a lower layer of quartz, the intermediate layer being disposed between the upper layer and the lower layer. Chip. 前記基板は、シリコンの中間層と、溶融シリカの上層と、溶融シリカの下層と、を含み、前記中間層は、前記上層と前記下層との間に配置されている、請求項3に記載の光流体チップ。 4. The substrate of claim 3, wherein the substrate includes an intermediate layer of silicon, an upper layer of fused silica, and a lower layer of fused silica, and the intermediate layer is disposed between the upper layer and the lower layer. optofluidic chip. 前記基板内に規定され、前記混合区域および前記光分解区域の両方と流体連通する第4空洞を含むシース流発生器をさらに含み、前記シース流発生器は、前記基板内に規定され、前記第4空洞と流体連通する2つのシース流入口ポートを含み、前記シース流入口ポートおよび前記第4空洞は、流体力学的集束を生成するように構成されている、請求項1ないし4または5に記載の光流体チップ。 further comprising a sheath flow generator defined within the substrate and including a fourth cavity in fluid communication with both the mixing zone and the photolysis zone; 6. The fourth cavity includes two sheath inlet ports in fluid communication with a fourth cavity, the sheath inlet ports and the fourth cavity configured to create hydrodynamic focusing. optofluidic chip. 前記インラインミキサーは、前記シース流発生器と前記光分解区域との間に流体連通して配置され、前記シース流発生器は、前記インラインミキサーと前記第3ポートとの間に流体連通している、請求項6に記載の光流体チップ。 The in-line mixer is disposed in fluid communication between the sheath flow generator and the photolysis zone, and the sheath flow generator is in fluid communication between the in-line mixer and the third port. , an optofluidic chip according to claim 6. 前記シース流発生器は、前記光分解区域と前記インラインミキサーとの間に流体連通して配置され、前記インラインミキサーは、前記シース流発生器と前記第2および第3ポートの両方との間に流体連通している、請求項6に記載の光流体チップ。 The sheath flow generator is disposed in fluid communication between the photolysis zone and the in-line mixer, the in-line mixer being between the sheath flow generator and both the second and third ports. 7. The optofluidic chip of claim 6, wherein the optofluidic chip is in fluid communication. ラジカルタンパク質フットプリント法のための光流体システムであって、
基板と、前記基板内にそれぞれ規定された第1ポート、第2ポート、および第3ポートと、を含むチップを含み、前記チップは、さらに、
前記基板内に規定され、前記第2および第3ポートの両方と流体連通する第1空洞を含む混合区域と、
前記基板内に規定され、前記混合区域と流体連通する第2空洞を含む光分解区域であって、前記基板に封止され、前記第2空洞の片側を境界付ける第1光学的透明窓をさらに含み、前記第2空洞が蛇行パターンで構成されたチャネルを含む、前記光分解区域と、
前記基板内に規定され、前記光分解区域と流体連通し、前記第1ポートとさらに流体連
通する第3空洞を含む線量測定区域であって、前記基板に封止され、前記第3空洞の片側を境界付ける第2光学的透明窓をさらに含む、前記線量測定区域と、
前記混合区域の前記第2および第3ポートの両方と流体連通するマイクロ流体システムと、
を含む、光流体システム。
An optofluidic system for radical protein footprinting, comprising:
a chip including a substrate and a first port, a second port, and a third port each defined in the substrate, the chip further comprising:
a mixing zone defined in the substrate and including a first cavity in fluid communication with both the second and third ports;
a photolysis zone defined in the substrate and including a second cavity in fluid communication with the mixing zone, further comprising a first optically transparent window sealed in the substrate and bounding one side of the second cavity; the photolysis zone, wherein the second cavity includes a channel configured in a serpentine pattern;
a dosimetry zone defined in the substrate and including a third cavity in fluid communication with the photolysis zone and further in fluid communication with the first port, the dosimetry zone being sealed to the substrate and on one side of the third cavity; the dosimetry area further comprising a second optically transparent window bounding the dosimetry area;
a microfluidic system in fluid communication with both the second and third ports of the mixing zone;
optofluidic systems, including;
酸化された生物学的化合物を含む生物学的実体を受容するように構成されたリザーバーをさらに含む、請求項9に記載のシステム。 10. The system of claim 9, further comprising a reservoir configured to receive a biological entity including an oxidized biological compound. 前記線量測定区域に光を供給するように構成された光源をさらに含む、請求項9または10に記載のシステム。 11. The system of claim 9 or 10, further comprising a light source configured to provide light to the dosimetry area. 前記線量測定区域内から放射された蛍光を受光するように構成された蛍光光検出器をさらに含む、請求項9、10、または11に記載のシステム。 12. The system of claim 9, 10, or 11, further comprising a fluorescence photodetector configured to receive fluorescence emitted from within the dosimetry zone. 前記線量測定区域にコヒーレント光を供給するように構成された光源をさらに含む、請求項9ないし11または12に記載のシステム。 13. The system of claim 9-11 or 12, further comprising a light source configured to provide coherent light to the dosimetry area. 前記線量測定区域内から散乱された光であって、前記光源からの前記光の方向と直交する方向に散乱された光を受光するように構成された散乱光検出器をさらに含む、請求項13に記載のシステム。 13 . The method of claim 13 , further comprising a scattered light detector configured to receive light scattered from within the dosimetry area in a direction perpendicular to a direction of the light from the light source. system described in. 前記線量測定区域内から散乱された光であって、前記光源からの前記光の方向と直交する方向に散乱された光を受光するように構成された屈折率光検出器をさらに含む、請求項13に記載のシステム。 5. The method further comprises a refractive index photodetector configured to receive light scattered from within the dosimetry zone in a direction perpendicular to the direction of the light from the light source. The system described in 13. 前記チップは、前記基板内に規定され、前記混合区域および前記光分解区域の両方と流体連通する第4空洞を含むシース流発生器をさらに含み、前記シース流発生器は、前記基板内に規定され、前記第4空洞と流体連通する2つのシース流入口ポートを含み、前記シース流入口ポートおよび前記第4空洞は、流体力学的集束を生成するように構成されている、請求項9ないし14または15に記載のシステム。 The chip further includes a sheath flow generator defined in the substrate and including a fourth cavity in fluid communication with both the mixing zone and the photolysis zone, the sheath flow generator being defined in the substrate. and comprising two sheath inlet ports in fluid communication with the fourth cavity, the sheath inlet ports and the fourth cavity configured to create hydrodynamic focusing. or the system described in 15. 光分解区域、光分解光源、線量測定区域、および線量測定光源を含む光流体アレイと併せて使用するための方法であって、
前記光分解区域に、生物学的実体、化学化合物、および線量計内部標準を含む混合物を導入する工程と、
前記光分解光源から前記光分解区域に光パルスを供給する工程であって、前記光パルスは、一連の周期的光パルスのうちの1つのパルスであり、前記化学化合物からある濃度のラジカルを生成し、前記ラジカルは、前記線量計内部標準と反応するのに有効である、工程と、
前記線量測定光源から前記線量測定区域に光を供給し、前記光分解光源からの前記光が前記光分解区域に供給された後、前記線量測定区域内から受け取られた光の変化を検出し、前記受け取られた光の変化は、前記生物学的実体が前記線量測定区域内にあることを示し、前記線量測定区域内の前記線量計内部標準の測光特性を測定する工程と、
前記測定された測光特性が閾値未満であると判定する工程と、
前記測定された測光特性を前記閾値にするために前記光流体アレイに適用されるべき変化を特定する工程であって、前記変化は、前記光分解光源によって供給される光の量の変化、前記混合物中の前記化合物の濃度の変化、前記光分解区域を通る前記混合物の流速の変化を含む、工程、または前記周期的パルスの位相を調整する工程、
を含む、方法。
A method for use in conjunction with an optofluidic array including a photolysis zone, a photolysis light source, a dosimetry zone, and a dosimetry light source, the method comprising:
introducing into the photolysis zone a mixture comprising a biological entity, a chemical compound, and a dosimeter internal standard;
providing a light pulse from the photolysis light source to the photolysis zone, the light pulse being one of a series of periodic light pulses to generate a concentration of radicals from the chemical compound; the radical is effective to react with the dosimeter internal standard;
providing light from the dosimetry light source to the dosimetry zone and detecting a change in light received from within the dosimetry zone after the light from the photolysis light source is provided to the photolysis zone; the change in the received light indicates that the biological entity is within the dosimetry zone, and measuring photometric properties of the dosimeter internal standard within the dosimetry zone;
determining that the measured photometric characteristic is less than a threshold;
identifying a change to be applied to the optofluidic array to bring the measured photometric property to the threshold, the change comprising: a change in the amount of light provided by the photolytic light source; changing the concentration of said compound in the mixture, changing the flow rate of said mixture through said photolysis zone, or adjusting the phase of said periodic pulse;
including methods.
前記光分解光源は、プラズマフラッシュランプ、エキシマレーザー、固体レーザー、またはレーザーダイオードを含む、請求項17に記載の方法。 18. The method of claim 17, wherein the photolytic light source comprises a plasma flash lamp, an excimer laser, a solid state laser, or a laser diode. 前記線量測定光源は、可視またはUV光源を含む、請求項17または18に記載の方法。 19. A method according to claim 17 or 18, wherein the dosimetric light source comprises a visible or UV light source. 前記化合物は、過酸化水素を含む、請求項17、18、または19に記載の方法。 20. The method of claim 17, 18, or 19, wherein the compound comprises hydrogen peroxide. 前記化合物は、トリフリナートを含む、請求項17ないし19または20に記載の方法。 21. The method of claim 17-19 or 20, wherein the compound comprises triflinate. 前記測光特性は、UV吸光度を含む、請求項17ないし20または21に記載の方法。 22. A method according to claim 17-20 or 21, wherein the photometric property comprises UV absorbance. 前記測光特性は、UVまたは可視蛍光を含む、請求項17ないし21または22に記載の方法。 23. A method according to claim 17-21 or 22, wherein the photometric property comprises UV or visible fluorescence. 線量測定区域、線量測定光源、およびシース流発生器を含む光流体アレイにおけるシース流制御のための方法であって、前記方法は、
前記シース流発生器に、複数の細胞、化合物、および線量計内部標準を含む混合物を導入し、さらに前記シース流発生器に緩衝液を導入する工程であって、前記シース流発生器は、流体力学的集束を利用して前記複数の細胞を含む前記混合物をそこから通過させるのに有効であり、前記複数の細胞の前記細胞は、それらの間に均一な間隔を空けて個々に通過させられる、工程と、
前記混合物を前記シース流発生器から前記線量測定区域内に受容し、前記線量測定区域から受光した光を監視しながら、前記線量測定光源から前記線量測定区域に光を供給する工程であって、前記受光した光は、前記細胞が前記線量測定区域を個々に通過する際に周期性を伴って変化する、工程と、
前記周期性を制御するために、前記シース流発生器内への前記混合物の流速または前記緩衝液の流速を調整する工程と、
を含む、方法。
A method for sheath flow control in an optofluidic array including a dosimetry zone, a dosimetry light source, and a sheath flow generator, the method comprising:
introducing a mixture comprising a plurality of cells, a compound, and a dosimeter internal standard into the sheath flow generator, and further introducing a buffer solution into the sheath flow generator, the sheath flow generator comprising: effective for passing said mixture comprising said plurality of cells therethrough using mechanical focusing, said cells of said plurality of cells being passed individually with uniform spacing therebetween; , process and
receiving the mixture from the sheath flow generator into the dosimetry zone and providing light to the dosimetry zone from the dosimetry light source while monitoring light received from the dosimetry zone; the received light changes with periodicity as the cells individually pass through the dosimetry zone;
adjusting the flow rate of the mixture or the buffer into the sheath flow generator to control the periodicity;
including methods.
前記光流体アレイは、前記混合物を前記シース流発生器に送達する第1ポンプと、前記緩衝液を前記シース流発生器に送達する第2ポンプと、をさらに含む、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the optofluidic array further includes a first pump that delivers the mixture to the sheath flow generator and a second pump that delivers the buffer to the sheath flow generator. . 前記シース流発生器への前記混合物の流速または前記緩衝剤の流速を調整することは、前記第1,第2ポンプの間の差動ポンピング速度を調整することを含む、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein adjusting the flow rate of the mixture or the flow rate of the buffer to the sheath flow generator includes adjusting a differential pumping rate between the first and second pumps. Method. 前記第2ポンプのポンピング速度は、前記第1ポンプのポンピング速度の少なくとも10倍である、請求項25に記載の方法。 26. The method of claim 25, wherein the pumping speed of the second pump is at least 10 times the pumping speed of the first pump.
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US7670559B2 (en) * 2001-02-15 2010-03-02 Caliper Life Sciences, Inc. Microfluidic systems with enhanced detection systems
US20100137163A1 (en) * 2006-01-11 2010-06-03 Link Darren R Microfluidic Devices and Methods of Use in The Formation and Control of Nanoreactors
WO2010030321A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-18 Albert Einstein College Of Medicine Of Yeshiva University Solid state synthesis hydroxyl radicals for high-throughput structure determination of proteins and nucleic acids by oxidative footprinting
WO2020142785A1 (en) * 2019-01-04 2020-07-09 Gennext Technologies, Inc. In vivo radical dosimetry and in vivo hydroxyl radical protein foot-printing
US20220126298A1 (en) * 2019-01-07 2022-04-28 Elegen Corporation Methods of using microfluidic positional encoding devices

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