JP6820839B2 - Lsprセンサを取り込むモバイル/装着式デバイス - Google Patents
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Description
本出願は、2014年12月24日に出願された米国仮出願番号第62/096,785号に基づく利益を主張しており、この仮出願は、参考として本明細書中にその全体が援用される。
現在、大部分の臨床診断試験は、直接光学検出(例えば、吸光度)、間接(標識ベースの)光学検出(例えば、放射性同位体、蛍光色素、量子ドット)、または電気化学検出(例えば、ボルタンメトリまたはアンペロメトリを使用して、酸化還元反応を検出する)を利用して、高感度および高特異性を伴って、複合生物学的サンプル中の生物学的分子(検体)の存在を識別および定量化する、高スループットの自動化されたアッセイプラットフォーム技術を使用して、中央実験室内で行われる。
本開示のいくつかの実施形態では、センサチップは、1つまたはそれを上回る反応ウェルであって、それぞれ、局在化表面プラズモン共鳴を持続可能なセンサ表面を備える、反応ウェルを備えてもよい。センサチップはまた、検体を備えるサンプルを含有するように構成される、サンプルリザーバを備えてもよい。センサチップはまた、1つまたはそれを上回る流体導管であって、それぞれ、サンプルリザーバおよび反応ウェルのうちの1つを接続する、流体導管を備えてもよい。1つまたはそれを上回るセンサ表面は、サンプルとの接触に応じて、光学特性の検体誘発変化を呈してもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
センサチップであって、
a)1つまたはそれを上回る反応ウェルであって、それぞれ、局在化表面プラズモン共鳴を持続可能なセンサ表面を備える、反応ウェルと、
b)検体を備えるサンプルを含有するように構成される、サンプルリザーバと、
c)1つまたはそれを上回る流体導管であって、それぞれ、前記サンプルリザーバおよび前記反応ウェルのうちの1つを接続する、流体導管と、
を備え、前記1つまたはそれを上回るセンサ表面は、前記サンプルとの接触に応じて、光学特性の検体誘発変化を呈する、センサチップ。
(項目2)
前記1つまたはそれを上回るセンサ表面のそれぞれ上に固定化された一次結合成分をさらに備え、前記一次結合成分は、抗体、抗体断片、ペプチド、タンパク質、アプタマー、分子認識ポリマー、ビオチン、ストレプトアビジン、Hisタグ、Ni−NTA等のキレート化金属イオン、オリゴヌクレオチド、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目1に記載のセンサチップ。
(項目3)
少なくとも第2のサンプルリザーバをさらに備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目4)
少なくとも1つの試薬リザーバをさらに備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目5)
少なくとも1つの廃棄物リザーバをさらに備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目6)
前記サンプルリザーバはさらに、濾過膜を備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目7)
前記サンプルリザーバは、シールされる、項目1に記載のセンサチップ。
(項目8)
前記サンプルリザーバは、キャップ、可撓性膜、または隔壁でシールされる、項目7に記載のセンサチップ。
(項目9)
前記1つまたはそれを上回る反応ウェルは、光学的に透明な材料でシールされる、項目1に記載のセンサチップ。
(項目10)
前記光学的に透明な材料は、ガラスまたは無散乱ポリマーシートである、項目9に記載のセンサチップ。
(項目11)
少なくとも1つのマイクロ製作ポンプをさらに備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目12)
少なくとも1つのマイクロ製作弁をさらに備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目13)
前記センサ表面の厚さは、約15nm〜約200nmである、項目1に記載のセンサチップ。
(項目14)
前記センサ表面は、2つまたはそれを上回る材料の層を備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目15)
各層の厚さは、約5nm〜約100nmである、項目14に記載のセンサチップ。
(項目16)
各層は、金属、貴金属、ポリマー、セラミック、またはガラスを含む、項目14に記載のセンサチップ。
(項目17)
上部層は、その上に固定化された一次結合成分を有し、前記一次結合成分は、抗体、抗体断片、ペプチド、タンパク質、アプタマー、分子認識ポリマー、ビオチン、ストレプトアビジン、Hisタグ、Ni−NTA等のキレート化金属イオン、オリゴヌクレオチド、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択され、前記上部層は、ナノ構造化貴金属薄膜である、項目14に記載のセンサチップ。
(項目18)
前記表面は、ナノ構造化、ドープまたは自己ドープ半導体薄膜を備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目19)
前記ナノ構造化、ドープまたは自己ドープ半導体膜は、硫化銅(I)(Cu 2−x S)、ドープ半導体系酸化物(限定ではないが、アルミニウムドープZnO、ガリウムドープZnO、またはインジウムスズ酸化物を含む)、またはチタン(TiN)、タンタル(TaN)、ハフニウム(HfN)、もしくはジルコニウム(ZnN)の窒化物等の遷移金属窒化物である、項目18に記載のセンサチップ。
(項目20)
前記センサ表面は、ナノ構造化金属薄膜を備える、項目1に記載のセンサチップ。
(項目21)
前記ナノ構造化金属薄膜は、ナノ構造化貴金属薄膜である、項目20に記載のセンサチップ。
(項目22)
前記ナノ構造化貴金属薄膜は、ナノ構造化金薄膜である、項目21に記載のセンサチップ。
(項目23)
サンプル中の検体を検出するためのデバイスであって、
a) 1つまたはそれを上回る局在化表面プラズモン共鳴(LSPR)センサを備える、基質であって、検体分子が、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサの表面上に固定化される、基質と、
b) 部分的または完全のいずれかにおいて、前記基質を封入する、カートリッジであって、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサの表面は、前記サンプルの添加にアクセス可能である、カートリッジと、を備える、デバイス。
(項目24)
前記デバイスは、前記サンプル中の検体の検出および定量化のために、競合免疫アッセイを行うように構成される、項目23に記載のデバイス。
(項目25)
前記検体は、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、脂質分子、炭水化物分子、小有機分子、薬物分子、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目24に記載のデバイス。
(項目26)
前記検体は、グルコース、コルチゾール、クレアチニン、ラクテート、C−反応性タンパク質、α−フェトプロテイン、心臓トロポニンI(cTnI)、心臓トロポニンT(cTNT)、心臓クレアチンホスホキナーゼMおよびB(CK−MB)、脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目25に記載のデバイス。
(項目27)
前記検体は、コルチゾールである、項目26に記載のデバイス。
(項目28)
前記サンプルは、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサへの添加前に、コロイド状金溶液(OD=2)で体積比1:1で希釈される、項目24に記載のデバイス。
(項目29)
前記コロイド状金は、抗検体抗体およびアルカリホスファターゼの両方でコーティングされる、項目28に記載のデバイス。
(項目30)
BCIP/NBTは、アルカリホスファターゼのための基質として使用される、項目29に記載のデバイス。
(項目31)
前記サンプル中の検体の存在は、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサ表面から反射された光の波長の偏移を用いて検出される、項目23に記載のデバイス。
(項目32)
前記デバイス内で行われる競合免疫アッセイのための検出限界は、約1,000pg/mLを上回る、項目24に記載のデバイス。
(項目33)
前記デバイス内で行われる競合免疫アッセイのための検出限界は、約100pg/mLを上回る、項目24に記載のデバイス。
(項目34)
前記デバイス内で行われる競合免疫アッセイのための検出限界は、約10pg/mLを上回る、項目24に記載のデバイス。
(項目35)
前記デバイス内で行われる競合免疫アッセイのための検出限界は、約1pg/mLを上回る、項目24に記載のデバイス。
(項目36)
前記基質は、2つまたはそれを上回るLSPRセンサを備え、前記LSPRセンサのうちの少なくとも1つは、対照試験を行うために使用される、項目23に記載のデバイス。
(項目37)
前記サンプルは、唾液である、項目23に記載のデバイス。
(項目38)
前記唾液は、ヒトの唾液である、項目37に記載のデバイス。
(項目39)
前記サンプルは、血漿または血清である、項目23に記載のデバイス。
(項目40)
前記カートリッジは、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサを備える1つまたはそれを上回る反応ウェルを備え、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサの表面は、前記サンプルを前記1つまたはそれを上回る反応ウェルの中にピペット注入することによって、前記サンプルの添加にアクセス可能である、項目23に記載のデバイス。
(項目41)
前記カートリッジは、サンプルリザーバと、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサを備える1つまたはそれを上回る反応チャンバとを備え、前記1つまたはそれを上回るLSPRセンサの表面は、相互接続流体チャネルを介して、前記サンプルリザーバから前記1つまたはそれを上回る反応チャンバのそれぞれに前記サンプルを流動させることによって、前記サンプルの添加にアクセス可能である、項目23に記載のデバイス。
(項目42)
前記1つまたはそれを上回る反応チャンバは、中心サンプルリザーバの周囲にハブアンドスポークパターンで配列される、項目41に記載のデバイス。
(項目43)
前記サンプルは、機械的ピストンを使用して、圧力を前記サンプルリザーバ上に付与することによって、相互接続流体チャネルを介して、前記サンプルリザーバから前記1つまたはそれを上回る反応チャンバのそれぞれに流動させられる、項目42に記載のデバイス。
(項目44)
前記カートリッジはさらに、前記サンプルリザーバと前記1つまたはそれを上回る反応チャンバとの間のサンプルまたは他の流体の流動を制御するための1つまたはそれを上回る弁を備える、項目41に記載のデバイス。
(項目45)
前記カートリッジはさらに、流体チャネルを介して前記サンプルリザーバおよび前記1つまたはそれを上回る反応チャンバと相互接続される、1つまたはそれを上回る試薬ウェルを備える、項目41に記載のデバイス。
(項目46)
前記1つまたはそれを上回る試薬ウェルは、事前パッケージ化されたアッセイ試薬および/または対照を備える、項目45に記載のデバイス。
本明細書に記載される全ての刊行物、特許、および特許出願は、各個々の刊行物、特許、または特許出願が、具体的かつ個々に、参照することによって組み込まれることが示される場合と同程度において、参照することによって本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示されるのは、LSPRセンサチップと、潜在的に、より高速(例えば、約15分のアッセイ時間)、より敏感(最大4の対数までより敏感となる、すなわち、低フェムトモル範囲内の検出限界)、より頑丈、より経済的、より再現性があって、かつ現在利用可能な診断デバイスおよび器具より小さい、診療現場診断デバイスまたは器具とである。本明細書に開示されるセンサおよびデバイスの付加的利点は、精密な定量化およびセンサの製造スケーラビリティであって、特に、診療現場において使用するために小型、可搬性、かつ可動性である、診断器具に非常に好適なものにする。本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、患者近傍または診療現場試験設定において使用するために好適なコンパクトで可搬性のベンチトップシステムである、診断試験器具を開示する。いくつかの実施形態は、患者近傍または診療現場試験設定において使用するために好適な携行式診断試験デバイスを開示する。本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、ユーザによって装着可能な診断試験デバイスを開示する。したがって、中央実験室のものと品質が同等な診断試験が、必要なときは常に提供され得る。
Claims (22)
- サンプル中の検体を検出するためのシステムであって、前記システムは、
a)ナノ構造化センサ表面であって、前記ナノ構造化センサ表面は、誘電材料の層上に堆積された2つまたはそれより多い金属層を備え、前記ナノ構造化センサ表面は、局在化表面プラズモン共鳴を持続することが可能である、ナノ構造化センサ表面と、
b)光学撮像デバイスであって、前記光学撮像デバイスは、一連の2つまたはそれより多い画像を捕捉することが可能であり、前記一連の2つまたはそれより多い画像は、前記ナノ構造化センサ表面を前記サンプルに接触させる前および後に捕捉された画像を含む、光学撮像デバイスと、
c)プロセッサであって、前記プロセッサは、前記一連の2つまたはそれより多い画像を処理することと、前記検体を含む前記サンプルに前記センサ表面を接触させたときの前記一連の2つまたはそれより多い画像における1つ以上の対応するピクセル内のRGB値またはグレースケール値の変化を測定することであって、RGB値またはグレースケール値の変化は、ランダムに選択された小さな着目領域において測定される、ことと、RGB値またはグレースケール値の前記測定された変化に基づいて、前記サンプル内の前記検体の存在を検出することとを行うことが可能である、プロセッサと
を備える、システム。 - 前記ナノ構造化センサ表面は、前記検体に特異的に結合する固定化された一次結合成分をさらに備え、前記一次結合成分は、抗体、抗体断片、ペプチド、タンパク質、アプタマー、分子認識ポリマー、ビオチン、ストレプトアビジン、Hisタグ、キレート化金属イオン、オリゴヌクレオチド、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項1に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、RGB値またはグレースケール値の前記測定された変化に基づいて、前記検体の濃度を決定することが可能である、請求項1または請求項2に記載のシステム。
- 前記検体は、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、脂質分子、炭水化物分子、小有機分子、薬物分子、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記検体は、グルコース、コルチゾール、クレアチニン、ラクテート、C−反応性タンパク質、α−フェトプロテイン、心臓トロポニンI(cTnI)、心臓トロポニンT(cTNT)、心臓クレアチンリン酸キナーゼMおよびB(CK−MB)、脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記サンプルおよびアッセイ試薬を連続的または同時のいずれかで前記センサ表面に送達するための流体システムをさらに備え、前記アッセイ試薬は、二次結合成分を含み、前記二次結合成分は、感度増強標識を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記感度増強標識は、酵素であり、前記酵素は、反応物の不溶性生成物への変換を触媒し、これにより、前記ナノ構造化センサ表面上に沈殿物を形成する、請求項6に記載のシステム。
- 前記感度増強標識は、金属ナノ粒子であり、前記金属ナノ粒子は、前記金属ナノ粒子と前記ナノ構造化センサ表面とのプラズモン−プラズモン結合を誘発することが可能である、請求項6に記載のシステム。
- 前記検体を検出するための検出限界は、100ng/mLを上回る、請求項1〜8のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記検体を検出するための検出限界は、100pg/mLを上回る、請求項1〜8のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記サンプル中の前記検体の存在は、20分以内に検出される、請求項1〜10のいずれか一項に記載のシステム。
- サンプル中の検体を検出するための方法であって、前記方法は、
a)ナノ構造化センサ表面を前記サンプルに接触させることであって、前記ナノ構造化センサ表面は、誘電材料の層上に堆積された2つまたはそれより多い金属層を備え、前記ナノ構造化センサ表面は、局在化表面プラズモン共鳴を持続することが可能である、ことと、
b)前記ナノ構造化センサ表面の一連の2つまたはそれより多い画像を捕捉することであって、前記一連の画像は、前記ナノ構造化センサ表面を前記サンプルに接触させる前および後に捕捉された画像を含む、ことと、
c)前記一連の2つまたはそれより多い画像における1つ以上の対応するピクセル内のRGB値またはグレースケール値の変化を測定することであって、RGB値またはグレースケール値の変化は、ランダムに選択された小さな着目領域において測定される、ことと、
d)RGB値またはグレースケール値の前記測定された変化に基づいて、前記サンプル内の前記検体の存在を検出することと
を含む、方法。 - 前記ナノ構造化センサ表面は、前記検体に特異的に結合する固定化された一次結合成分をさらに備え、前記一次結合成分は、抗体、抗体断片、ペプチド、タンパク質、アプタマー、分子認識ポリマー、ビオチン、ストレプトアビジン、Hisタグ、キレート化金属イオン、オリゴヌクレオチド、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項12に記載の方法。
- RGB値またはグレースケール値の前記測定された変化に基づいて、前記検体の濃度を決定することをさらに含む、請求項12または請求項13に記載の方法。
- 前記検体は、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、脂質分子、炭水化物分子、小有機分子、薬物分子、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記検体は、グルコース、コルチゾール、クレアチニン、ラクテート、C−反応性タンパク質、α−フェトプロテイン、心臓トロポニンI(cTnI)、心臓トロポニンT(cTNT)、心臓クレアチンリン酸キナーゼMおよびB(CK−MB)、脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、または任意のそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノ構造化センサ表面は、前記サンプルおよび二次結合成分に連続的または同時のいずれかで接触させられ、前記二次結合成分は、感度増強標識を含む、請求項12〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記感度増強標識は、酵素であり、前記酵素は、反応物の不溶性生成物への変換を触媒し、これにより、前記ナノ構造化センサ表面上に沈殿物を形成する、請求項17に記載の方法。
- 前記感度増強標識は、金属ナノ粒子であり、前記金属ナノ粒子は、前記金属ナノ粒子と前記ナノ構造化センサ表面とのプラズモン−プラズモン結合を誘発することが可能である、請求項17に記載の方法。
- 前記検体を検出するための検出限界は、100ng/mLを上回る、請求項12〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記検体を検出するための検出限界は、100pg/mLを上回る、請求項12〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記サンプル中の前記検体の存在は、20分以内に検出される、請求項12〜21のいずれか一項に記載の方法。
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