JP7252925B2

JP7252925B2 - ポイントオブケア（ｐｏｃ）で病原体及び抗体アレイを検出するクラウドベースの自動検出システム及び方法

Info

Publication number: JP7252925B2
Application number: JP2020145686A
Authority: JP
Inventors: シャハー，ジョシュ; フェルナー，フィリップ; マードウ，マーク
Original assignee: オートノマスメディカルデバイシズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2023-04-05
Anticipated expiration: 2040-08-31
Also published as: JP2022007854A

Description

[01] 本願は、米国特許法第１２０条に従って２０１９年１２月１３日付けで出願されたAPPARATUS AND METHOD FOR OVERCOMING MINIMAL MASS SENSITIVITY LIMITATIONS IN A SHEAR HORIZONTAL SURFACE ACOUSTIC WAVE BIOSENSORと題する米国特許出願第１６／７１４，４２１号の一部継続出願であり、その優先権及び出願日遡及の特典を主張するものであり、この米国特許出願の全ての内容は参照により本明細書に援用される（以下、「援用明細書」として定義する）。

[02] 背景
[03] 技術の分野
[04] 本発明は、ポイントオブケア（ＰＯＣ）病原体及び多重化病原体抗体アレイ検出プラットフォーム及び方法の分野、特にＣＰＣＣ４０Ｂ６０／１２に関する。

[05] 従来技術の説明
[06] 過去数十年にわたり、ますます多くの数の新興感染疾患が深刻な社会的及び経済的影響を世界規模で生じさせてきている。特に、地方の第三世界コミュニティは、感染疾患への高露出を経験しているのみならず、医療アクセスにおいて多くの難問にも直面している。それにもかかわらず、病原体は国境を識別せず、新疾患の勃発はそれがどこであってもあらゆる場所の人々に影響する。感染疾患パンデミックの高速拡散を追跡し阻止する、世界中の相互接続されたポイントオブケアネットワークからの医療診断検査結果の解釈をサポートする、専門家が精選した知識、ソフトウェア、及びサービスは、人類が活気のある経済及び高流動性社会を維持すると予期することができる唯一の方法である。

[07] 必要とされるのは、現在のＣＯＶＩＤ－１９パンデミックを最も差し迫ったターゲットとして使用することにより、疾患スクリーニング、解釈、及び阻止目標を確立するという最も差し迫った要件の幾つかに対処する装置及び方法である。コロナウイルスは、ヒト、他の哺乳類、及び鳥類に広く分布し、呼吸器疾患、腸疾患、肝疾患、及び神経疾患を生じさせるエンベロープ型プラス鎖ＲＮＡウイルスである。ヒトに感染することがわかっているこのウイルスの６つの既知の種があるが、４つのみが流行しており、通常、風邪のような症状を生じさせる：２２９Ｅ、ＯＣ４３、ＮＬ６３、及びＨＫＵ１。ウイルスのその他の２つの種である重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（ＳＡＲＳ－ＣｏＶ）及び中東呼吸器症候群コロナウイルス（ＭＥＲＳ－ＣｏＶ）は、人畜共通感染性ウイルスであり、２００２年～２００３年及び２０１２年に大きなパンデミック事象を生じさせた。最初の事例が２０１９年の年末に検出され報告された世界規模でのコロナウイルスのパンデミックは、ＣＯＶＩＤ－１９疾患を生じさせる、世界保健機関（ＷＨＯ）によりＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２と名付けられた新規のコロナウイルスの結果である。ウイルスの表面タンパク質（スパイク、エンベロープ、及び膜）は、宿主細胞由来の脂質二重層エンベロープに埋め込まれる。一本鎖プラス鎖ウイルスＲＮＡは、図１７に示されるようなヌクレオカプシドタンパク質に関連する。

[08] 現在のＰＯＣＣＯＶＩＤ－１９検出プラットフォームは４つのカテゴリに分けられる：１）ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の検出方法、２）ＥＬＩＳＡ、免疫蛍光アッセイ、３）ＲＴ－ｑＰＣＲ、及び４）胸部Ｘ線。胸部Ｘ線は、普及したＰＯＣ検査に実用的ではない。

[09] 酵素結合免疫吸着検査法－ＥＬＩＳＡ。
[10] 血清学的検査は、ウイルスに暴露された人々からの血中の抗体を測定する。ＥＬＩＳＡ血液検査は、コロナウイルス疾患２０１９（ＣＯＶＩＤ－１９）への過去又は最近の暴露から生じた免疫グロブリン（ＩｇＧ）についてチェックする。人体は、ウイルスへの免疫反応の一環としてＩｇＧ抗体を生成する。血中での検出に十分な抗体を生成するには通常約１０日～約１８日かかる。更に、ＥＬＩＳＡ血液検査は免疫グロブリンＭ（ＩｇＭ）抗体を探すことができ、これは、個人が抗原に暴露された後、最初に出現する抗体であるが、抗原が存在しなくなると消失する。ＩｇＧ及びＩｇＭを同時に見るＥＬＩＳＡは、患者が現在戦っている疾患及び患者が既に有し、免疫を獲得した疾患についての実態を表すことができる。

[11] 通常使用される試料は、一般に鼻用綿棒又は咽頭綿棒試料（上記検査タイプ２及び３に使用される）よりも高信頼的に収集される血液試料である。しかし、血液試料の場合、取り扱い、貯蔵、及び血漿から血清を分離する遠心分離は、エラーを導入する恐れがある、必要となる追加ステップである。抗体が血清学的検査試料で見つかった場合、直接イムノアッセイ（検査タイプ２参照）又はＤＮＡ検査（検査タイプ３参照）が実行されて、ウイルス自体がまだ患者の体内に存在するか否かを確立する。

[12]
[13] 免疫蛍光アッセイ。
[14] これらのアッセイは、多種多様なウイルス抗原を直接検出するのに広く使用されてきた。免疫蛍光法は、抗体を使用して、組織切片又は感染細胞中のウイルス抗原を検出する。上気道の粘膜からの感染細胞又は上咽頭から吸引された粘液中に存在する細胞が使用され、綿棒を使用して収集される。免疫蛍光アッセイは、抗ウイルス抗体に共役する蛍光標識を使用し、これは直接免疫蛍光法として知られ、又は抗抗体に共役する蛍光標識を使用し、これは間接免疫蛍光法として知られている。抗原への抗体の結合量は、蛍光生成源量に直接相関する。

[15] 本発明者らは、ＳＡＷセンサに基づく代替の直接的で標識がないウイルス検出技術を紹介した。援用された明細書を参照のこと。センサは、直接ＣＯＶＩＤ－１９検出に表面弾性波バイオセンサ（ＳＡＷ）を利用する。従来、ＳＫＣＳＡＷセンサは、エボラ、ＨＩＶ、及び炭疽菌を含め、多くの高プロファイルバクテリア及びウイルスの検出に成功してきた。これまでの２年にわたり、ＳＡＷバイオセンサの感度及び検出能力を大幅に改善してきた。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の抗体はＳＡＷ表面で不動化され、濃度の関数としての反応が評価される。鼻用綿棒試料からＣＯＶＩＤ－１９を検出する高速（＜１２分）ポイントオブケア診断検査。

[16] 綿棒の使用は、必ずしも低感度検出方法論によるものではなく、試料を鼻道から再現性よく収集することができないため、相当数の偽陰性を生じさせる。試料を収集する医療者間にばらつきがあり、鼻に存在するウイルス量もばらつきがある。別の主要な欠点は、ウイルスがまだ存在する場合、これらの検査が陽性結果しか与えないことである。検査は、感染を経て回復し、体内からウイルスがなくなった人々を識別することができない。

[17]
[18] リアルタイム定量性ポリメラーゼ連鎖反応－ＲＴ－ｑＰＣＲ
[19] 高速ＤＮＡ増幅に基づく直接病原体検出。ＰＣＲは、試料中の遺伝材料（ＤＮＡ又はＲＮＡ）の数量を測定するのに使用され、Ｔａｑポリメラーゼの使用が関わり、Ｔａｑポリメラーゼは温度サイクルで鋳型ＤＮＡの短い特定の部分を増幅する。各サイクルで、ＤＮＡの幾つかの小さな特定の切片が倍化され、標的の指数的増幅をもたらす。ＰＣＲ実験でのサイクル数は通常、１２～４５サイクルである。ＲＮＡはＤＮＡの逆転写であるため、逆転写酵素ＰＣＲ（ＲＴ－ＰＣＲ）がＲＮＡの検出に使用される。ＲＴ－ｑＰＣＲでは、２つのファクタを除き、同じ方法が行われる：ｉ）増幅されたＤＮＡは蛍光標識され、ｉｉ）増幅中に解放された蛍光量は、増幅されたＤＮＡ源の量に直接リンクされる。１ステップＲＴ－ｑＰＣＲ検出キットは、呼吸器標本－鼻用綿棒を使用してＣＯＶＩＤ－１９のin vitro検出に有用である。ＰＯＣ製品の例には、ID NOWのブランドの、検査機器を使用するAbbottコロナウイルス検査がある。

[20] 必要とされるのは、現在利用可能なＣＯＶＩＤ－１９診断又は検査機器に関連する問題を解消する手法である。

概要
[21] 本発明の図示の実施形態は、ウイルスパンデミック感染に研究所グレードの診断検査を自動的に実行することが可能な、ハンドヘルド現場可搬診断機器が使用されるクラウドベース自動システムに関する。生体試料を採取し、ハンドヘルド現場可搬診断機器に配置した後、試料準備及び検査の全ての更なるステップは、人間の介入及び関連する遅延なしで自動的に実行される。検査から数十分以内で、人間の介入又は更なる医療介入の必要又は遅延なしで、試料は検査され、結果が生成され、人工知能又は専門家システムにより分析され、記憶データベースに通信され、検査された被験者に通信され、関連する医療提供者に通信される。この様式でのみ、数億の被験者の信頼性の高いパンデミック検査及び報告を提供することが可能であり、これは、グローバルパンデミックを食い止めるべき又はコントロールすべき場合、必要な能力である。

[22] 本発明の図示の実施形態は、最小質量感度限界を有する検出器を有するポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダにおいて試料中のウイルス及び抗体検体をアッセイする方法を含む。本方法は、試料をリーダに挿入するステップと、付着したＤＮＡタグを有する第１の抗体及び付着した磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を有する第２の抗体を有する試料の第１の部分から検体を捕捉するステップであって、第１及び第２の抗体、検体、ＭＮＰ、及びＤＮＡタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉するステップと、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用してＤＮＡタグを、検出器の質量感度限界を克服するのに十分な所定量のＤＮＡタグまで複製するステップと、検出器を使用して複製されたＤＮＡタグの量を測定して、少なくとも１つの選択されたウイルスを検出するステップと、試料の第２の部分をマイクロアレイに配置するステップと、マイクロアレイを使用して、少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップと、蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップとを含む。

[23] マイクロアレイを使用して、少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、所定の時間量にわたり、マイクロアレイ上の試料の第２の部分を培養するステップと、蛍光標識された二次Ａｂを配置するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップは、マイクロアレイのカラー画像を生成することにより試料の第２の部分中のＩｇアイソタイプを検出する。本方法は、分析及び／又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップを更に含む。

[24] マイクロアレイに、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供されている実施形態では、マイクロアレイを使用して、少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供されたマイクロアレイ、蛍光標識されたＡＣＥ２、及びＲＢＤ抗体を検出するためにヒトＩｇＧに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップは、少なくとも２つの異なる色を有するマイクロアレイのカラー画像を生成し、一色は試料の第２の部分に存在するＲＢＧ抗体用であり、第２の色はＡＣＥ２用であり、中和抗体又はＲＢＤ抗体のない試料の第２の部分は、ＡＣＥ２蛍光を用いて検出され、一方、ＲＢＤ抗体を有する試料又はＡＣＥ２－ＲＢＤ結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ＡＣＥ２蛍光量を低減して検出される。ＲＢＤ抗体がない場合、ＡＣＥ２蛍光の量は相対中和活性について定量化することができる。本方法は、分析及び／又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップを更に含む。

[25] マイクロアレイは、既知の強度で蛍光する正規化蛍光コントロールを含む。３つのスポットは１００％強度であり、３つのスポットは５０％強度であり、３つのスポットは０％強度である。これら９つのスポットを測定することにより、残りの検査ドットの比較及びプロットの際に突き合わせることができる正規化曲線を作成することができる。

[26] マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、往復動を使用して試料の第２の部分をマイクロ混合するステップであって、液体要素に対して作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、マイクロ混合するステップと、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを試料の第２の部分に適用して、培養／ハイブリダイゼーション中の抗体マクロ分子と抗原マクロ分子との間の培養／ハイブリダイゼーション効率を最大化するステップとを更に含む。

[27] 図示の実施形態はまた、試料中の検体をアッセイするポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダも含む。リーダは、回転可能マイクロ流体ディスク又はロータを有し、試料が挿入される、ディスクに画定される試料入口と、ディスクに画定され、試料入口と選択的に連通し、ＤＮＡタグが付着した検体を捕捉する第１の抗体が提供される混合チャンバと、ディスクに画定され、表面に付着した検体又は付着した磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を有する検体を捕捉する第２の抗体が提供された混合チャンバと選択的に連通する増幅チャンバであって、表面又はＭＮＰ、第１及び第２の抗体、検体及びＤＮＡタグを含むサンドイッチが増幅チャンバで形成され、等温増幅を使用してＤＮＡタグを複製して、所定量のＤＮＡタグを生成する、増幅チャンバと、増幅チャンバと選択的に連通し、複製されたＤＮＡタグの量を測定するためにディスクに提供される検出器と、試料の第２の部分を受け取る反応チャンバと、反応チャンバに配置され、マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別する蛍光カメラとを含む。

[28] 検出器は、ディスクＣＤ－１上のマイクロアレイにおけるフルオロフォアを励起して、測定を行うＬＥＤを含み、励起したフルオロフォアにより発せられた光子を捕捉するＣＭＯＳカメラを含む。デバイスはまた、別個の波長帯域を有する２つのフィルタも含み、一方はフルオロフォアとマイクロアレイ（７５０ｎｍ）との間であり、一方はマイクロアレイとＣＭＯＳカメラ（７９０ｎｍ）との間である。２つのフィルタの帯域は隔てられ、電磁スペクトルにおいていかなる重複も共有せず、したがって、発光しているＬＥＤからのいかなる散乱光もＣＭＯＳカメラによって行われる測定に影響しないようにする。

[29] 検出器は、ＣＤ－２と併用される表面弾性波（ＳＡＷ）検出器を含む。検出器は、デバイス及びディスクとインターフェースする必要な全てのＲＦ信号生成器及びインタポーザを含み、それにより、ＲＦ測定をＳＡＷセンサで行えるようにする。

[30] ディスクＣＤ－３は、援用される明細書に開示されるＬＡＭＰ等温ＰＣＲ検出方法論を行い、流体試料は、初期試料中のＤＮＡ量に基づいて色を変える。図示の実施形態では、ディスクは２つ以上のタイプの検出器を有さないが、本発明の範囲は、異なるタイプの検出器の組合せを有するディスクを提供することができる可能性に拡張される。

[31] 試料が血液試料である実施形態では、リーダは、試料入口と連通する入口と、試料の第１の部分から混合チャンバに及び試料の第２の部分から反応チャンバに、検体を含む血漿を伝達する出口とを有する血漿－血液分離チャンバを更に含む。

[32] 検出器は、使い捨てディスクパッケージにプリントされたバーコードをスキャンして、実行中の検査の特定のタイプについての情報を収集するバーコードリーダを含む。更に、バーコードリーダは、スマートデバイス画面又は患者リストバンド上のバーコードを読み取り、特定の患者に対応する結果を識別しログすることができる。

[33] 検出器は、検出器により収集された情報をクラウド基盤に無線送信し、患者情報、結果分析、及びソフトウェア更新等のクラウド基盤により送信された情報を受信するＴＣＰ／ＩＰ Wi-Fiモジュールを含む。

[34] 検出器は、データ送信と、結果の無線送信及び検出器の無線操作の遠隔制御との両方を行うBluetoothモジュールを含む。

[35] 検出器は、検出器と対話し、検査結果をユーザに表示する容量性タッチスクリーンを含む。検出器画面はグラフィカルユーザインターフェースを含み、グラフィカルユーザインターフェースは、試料を収集し、マイクロ流体をデバイスに挿入し、検査の最終結果を表示するプロセスを通してユーザをガイドするのに必要なステップを含む。

[36] 検出器は、マイクロ流体ディスクとインターフェースして、熱平衡を維持するペルチェ温度制御要素を含む。

[37] 再びまとめると、本発明の図示の実施形態は、ポータブルハンドヘルド機器における被験者から採取された試料を野外診断検査して、ウイルス抗原及び／又は抗体の存在を判断する方法であって、機器の回転可能ディスクにおける受けチャンバに試料を配置するステップと、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び／又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップと、機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出するステップと、被験者に対応する試料中のウイルス抗原及び／又は抗体の検出された定量的計測のデータ出力を生成するステップと、被験者に対応するデータ出力をクラウドベースデータベースに通信するステップと、クラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び／又は抗体と被験者に対応する通信されたデータ出力を比較分析して、被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断するステップと、比較分析の結果をクラウドベースエコシステムから被験者に通信するステップとを含む方法を含む。

[38] 検出手段は、抗原及び／又は抗体蛍光スポットのマイクロアレイを含む。機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出するステップは、抗原及び／又は抗体蛍光スポットのマイクロアレイのカラー画像の画像ファイルを生成するステップを含む。

[39] 別の実施形態では、検出手段は機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）を含む。機器内の対応する検出手段を使用して試料中のウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出するステップは、機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）により直接捕捉され、又はウイルス抗原及び／又は抗体に対応する機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）によりポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）複製ＤＮＡタグにより間接的に捕捉されるウイルス抗原及び／又は抗体の定量化に応答するＲＦ位相遅延検出信号を生成することを含む。

[40] 試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び／又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）抗体及び免疫グロブリンＭ（ＩｇＭ）抗体についてのＥＬＩＳＡ血液検査チェックを実行するステップを含む。

[41] 別の実施形態では、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び／又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、直接又は間接免疫蛍光法による共役蛍光標識を使用して免疫蛍光アッセイを実行するステップを含み、抗原に対する抗体の共役量は、蛍光生成源量に直接的に相関する。

[42] 更に別の実施形態では、試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び／又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、ＰＣＲを使用して試料中の遺伝材料（ＤＮＡ又はＲＮＡ）の量を測定するとともに、Ｔａｑポリメラーゼを使用して高速ＤＮＡ増幅によりリアルタイム定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ－ｑＰＣＲ）を実行するステップを含む。

[43] 試料の性質に従って機器を使用し、診断検査を受けるウイルス抗原及び／又は抗体の機器内の対応する検出手段を使用して、回転可能ディスクにおいて試料を選択的に処理するステップは、試料の第１の部分から、ＤＮＡタグが付着した第１の抗体及び付着した磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を有する第２の抗体を有する検体を捕捉するステップであって、第１の抗体及び第２の抗体、検体、ＭＮＰ、及びＤＮＡタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉するステップと、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用してＤＮＡタグを、検出器の質量感度限界を克服するのに十分な所定量のＤＮＡタグまで複製するステップと、試料の第２の部分をマイクロアレイに配置するステップと、マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップと、蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップとを含む。

[44] 更に別の実施形態では、マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、所定の時間量にわたり、マイクロアレイ上の試料の第２の部分を培養するステップと、蛍光標識された二次Ａｂを配置するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップは、マイクロアレイのカラー画像を生成することにより試料の第２の部分中のＩｇアイソタイプを検出するステップと、分析及び／又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップとを含む。

[45] 一実施形態では、マイクロアレイには、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供されており、マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供されたマイクロアレイ、蛍光標識されたＡＣＥ２、及びＲＢＤ抗体を検出するためにヒトＩｇＧに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行するステップと、マイクロアレイを洗浄するステップと、マイクロアレイを乾燥させるステップとを含む。蛍光カメラを使用してマイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別するステップは、少なくとも２つの異なる色を有するマイクロアレイのカラー画像を生成するステップであって、一色は試料の第２の部分に存在するＲＢＧ抗体用であり、第２の色はＡＣＥ２用であり、中和抗体又はＲＢＤ抗体のない試料の第２の部分は、ＡＣＥ２蛍光を用いて検出され、一方、ＲＢＤ抗体を有する試料又はＡＣＥ２－ＲＢＤ結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ＡＣＥ２蛍光量を低減して検出され、ＲＢＤ抗体がない場合、ＡＣＥ２蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができる、生成するステップと、分析及び／又はデータ処理に向けてマイクロアレイのカラー画像をクラウドに通信するステップとを含む。

[46] マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするステップは、往復動を使用して試料の第２の部分をマイクロ混合するステップであって、液体要素に対して作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、マイクロ混合するステップと、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを試料の第２の部分に適用して、培養／ハイブリダイゼーション中の抗体マクロ分子と抗原マクロ分子との間の培養／ハイブリダイゼーション効率を最大化するステップとを更に含む。

[47] クラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び／又は抗体と被験者に対応する通信されたデータ出力を比較分析して、被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断するステップは、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の陽性及び／又は陰性指示についてマイクロアレイの通信されたデータ出力を分析するステップと、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力をＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップと、陽性及び／又は陰性指示の通信されたデータ出力が、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断することであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップとを含む。

[48] 陽性及び／又は陰性指示の通信されたデータ出力が、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断するステップは、陽性及び／又は陰性指示の通信されたデータ出力の対応するＺスコアが、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のＺスコアではなくＣＯＶＩＤ－１９を示すか否かを判断するステップを含む。

[49] ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力をＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップは、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力を、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶ、一般的な風邪コロナウイルス（ＨＫＵ１、ＯＣ４３、ＮＬ６３、２２９Ｅ）、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び／又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む群から選択される複数の急性呼吸器感染症のマイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較するステップを含む。

[50] 陽性及び／又は陰性指示の通信されたデータ出力が、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断するステップであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップは、曲線下面積（ＡＵＣ）が測定される受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を使用して、抗原を評価し、広範なアッセイカットオフ値にわたり抗原陰性群から抗原陽性群の出力データを区別して、ＣＯＶＩＤ－１９を診断する高性能抗原を特定するステップを含む。

[51] 陽性及び／又は陰性指示の通信されたデータ出力が、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断するステップであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、判断するステップは、複数の高性能抗原の組合せで計算された対応するヨーデン指標に基づいて、複数の高性能抗原の組合せからＣＯＶＩＤ－１９に最適な感度及び特異性を特定するステップを含む。

[52] 本発明の図示の実施形態の範囲はまた、試料中の検体をアッセイするポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダにも拡張され、リーダは回転可能マイクロ流体ディスクを有する。リーダは、試料が配置されるディスクに画定される試料入口と、ディスクに画定され、試料入口と選択的に連通し、ＤＮＡタグが付着した検体を捕捉する第１の抗体が提供される混合チャンバと、ディスクに画定され、表面に付着した検体又は付着した磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を有する検体を捕捉する第２の抗体が提供された混合チャンバと選択的に連通する増幅チャンバであって、表面又はＭＮＰ、第１及び第２の抗体、検体及びＤＮＡタグを含むサンドイッチが増幅チャンバで形成され、等温増幅を使用してＤＮＡタグを複製して、所定量のＤＮＡタグを生成する、増幅チャンバと、増幅チャンバと選択的に連通し、複製されたＤＮＡタグの量を測定するためにディスクに提供される検出器と、試料の第２の部分を受け取る反応チャンバと、反応チャンバに配置され、マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について試料の第２の部分を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを読み取り、試料の第２の部分中の抗体を識別する蛍光カメラとを含む。

[53] 一実施形態では、検出器は表面弾性波（ＳＡＷ）検出器である。

[54] 一実施形態では、試料は血液試料であり、リーダは、試料入口と連通する入口と、試料の第１の部分から混合チャンバに及び試料の第２の部分から反応チャンバに、検体を含む血漿を伝達する出口とを有する血漿－血液分離チャンバを含む。

[55] 図示の実施形態はまた、試料中の検体をアッセイし、クラウドエコシステムで動作するポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダとして特徴付けることができる。リーダは回転可能マイクロ流体ディスクを有し、リーダは、試料が配置され処理される、ディスクにおける流体工学回路、流体工学回路に配置された複数の蛍光タグ付き抗原及び／又は抗原プローブを有し、少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体及び／又は抗原について試料を選択的にプロービングするマイクロアレイと、マイクロアレイを撮像して、試料中の抗体及び／又は抗原を識別する蛍光カラーカメラと、マイクロアレイの画像に対応する出力データを生成して、試料中のプロービングされ検出された抗原及び／又は抗体の量を定量化し、出力データをクラウドエコシステムに通信する回路とを含む。

[56] ポータブルハンドヘルドマイクロ流体リーダは、クラウドベースのデータベース及びリーダから出力データを受信し、試料中のプロービングされ検出された抗原及び／又は抗体から、存在するウイルス感染又は過去のウイルス感染の証拠を統計学的に診断するプロセッサを組み合わせて更に含む。

[57] 本装置及び本方法は、機能的説明と共に文法的流暢さのために説明され、又は説明されることになるが、特許請求の範囲が、米国特許法第１１２条下で明示的に策定されない限り、「手段（means）」又は「ステップ（step）」限定の構築により必然的に限定されるものとして決して解釈されるべきではなく、均等物の法理下で特許請求の範囲により提供される規定の意味の全範囲及び均等物に従うべきであり、特許請求の範囲が米国特許法第１１２条下で明示的に策定される場合には、米国特許法第１１２条下で最大限の法定均等物に従うべきであることを明示的に理解されたい。本開示は、これより、同様の要素が同様の番号で参照される以下の図面を参照することにより、よりよく視覚化することができる。

図面の簡単な説明
[58] 特許又は出願のファイルは、少なくとも１つのカラー図面を含む。カラー図面を有するこの特許又は特許出願公報のコピーは、要求し、必要料金を支払った上で特許庁により提供される。

[59]周波数と対比したコロナウイルス抗原マイクロアレイ上の血清標本の蛍光強度により測定されるＩｇＧ血清反応性を示すグラフであり、このアレイはOptikusプラットフォームではディスクＣＤ－１で実施され、図１ａは、並べて示される複数のウイルスに対応する蛍光分光写真セグメントである。 [59]周波数と対比したコロナウイルス抗原マイクロアレイ上の血清標本の蛍光強度により測定されるＩｇＧ血清反応性を示すグラフであり、このアレイはOptikusプラットフォームではディスクＣＤ－１で実施され、図１ｂは、スペクトルのＣＯＶＩＤ－１９タンパク質、ＳＡＲＳ－ＣｏＶタンパク質、及びＭＥＲＳ－ＣＯＶＩＤタンパク質の拡大である。 [60]コロナウイルス抗原マイクロアレイのヒートマップであり、ヒートマップは、陽性若しくは赤（ＰＣＲ陽性個人からの回復期）又は陰性若しくは青（パンデミック前の未感染個人から）として分類された列に編成された血清についてウイルスで配色された行に編成されたマイクロアレイにおける各ＤＮＡドットと突き合わせた４つの複製にわたる平均蛍光強度として測定された図２ａのＩｇＧ反応性及び図２ｂのＩｇＡ反応性を示し、反応性は、ヒートマップの下にカラーで提示される（白＝低、黒＝中、赤＝高）。 [61]コロナウイルス抗原マイクロアレイでの陽性血清及び陰性血清の正規化ＩｇＧ反応性のグラフであり、プロットは、ＰＣＲ陽性個人からの回復期血清（陽性、赤）及びパンデミック前の未感染個人からの血清（陰性、青）での全範囲（棒）及び四分位間（ボックス）を有する平均蛍光強度（ＭＦＩ）として測定された各抗原に対するＩｇＧ反応性を示し、プロット下に、ヒートマップは、各群の平均反応性を示し（白＝低、黒＝中、赤＝高）、抗原標識は各ウイルス群で配色される。 [62]ウイルス試料を処理して、感染後に誘導される抗原特異性抗体応答を定量化するOptikus IIの斜視部分透明図であり、試料準備ステップ－アッセイに依存する－は、試料導入、血液血漿分離、血漿分離、増幅又は培養、洗浄、及び測定（ウイルスの場合、ＳＡＷ検知及び抗体の場合、蛍光強度検出）を含む。 [63]研究所ベンチトップで実行されるマイクロアレイでのアッセイ手順を示す図である。 [64]抗原アレイを使用した血液中の抗ウイルスＡｂ検出又は抗体アレイでの鼻汁中のウイルス抗原検出の方法を示す図である。 [65]ＲＢＤ抗原のアレイを使用して抗体中和アッセイを使用する方法の図である。 [66]ディスクＣＤ－１における流体工学システムの概略図である。 [66]各アレイ要素での抗体捕捉の概略図であり、反応チャンバはスポット付きタンパク質アレイを保持する。 [67]異なる培養時間を有する往復フローシステムを使用して作成されたＩｇＧマイクロアレイの強度と培養時間１時間の手動方法を使用して作成されたＩｇＧマイクロアレイの強度とを比較した実験結果のグラフである。 [68]シングルフロー及び受動拡散と比較した培養の図示の実施形態における往復フローの特性を比較する。 [68]シングルフロー及び受動拡散と比較した培養の図示の実施形態における往復フローの特性を比較する。 [68]シングルフロー及び受動拡散と比較した培養の図示の実施形態における往復フローの特性を比較する。 [69]ディスクＣＤ－１での信号読み出しのためにＣＭＯＳレーザ／ダイオードチップを下に有するタンパク質アレイの図示の実施形態の蛍光バイオセンサの図である。 [70]血液試料が引き込まれたマイクロランセット及び３００μＬマイクロベッテを示す図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [71]鼻用綿棒を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ中に再懸濁させ、試薬を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスクに退避させることができる円錐体の断面図である。 [72]ディスクＣＤ－２における流体工学回路及びＲＦインタポーザに対応する２つのＳＡＷ検出器を含むＣＤロータの図である。 [73]Optikus IIクラウド基盤の図である。 [74]クラウド基盤を使用したOptikus IIの使用方法を示す図である。 [75]新規コロナウイルスの構造の図である。 [76][77]マイクロアレイを使用した試料中のＩｇＧ及びＩｇＭ検出用の個々の患者の蛍光スコア並びに対応するＺスコア統計のグラフであり、赤線は、測定が陽性であるか否かの評価に使用される平均陽性結果であり、青線は陰性結果の平均であり、赤は、ＰＣＲを介して更に確認された平均血清反応陽性結果に対応し、青線は、ＰＣＲを介して確認された平均血清反応陰性結果に対応し、患者のＩｇＧ棒グラフが赤線のように見える場合、検査は陽性であり、青線のように見える場合、検査は陰性であり、図１８ａは、図１８ｃのｘ軸に列記されて見られるマイクロアレイ上のＤＮＡドットの関数としての、幾つかのウイルス、すなわち、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ、ＭＥＲＳ、一般的なコロナウイルス、インフルエンザ、ＡＤＶ、ＭＰＶ、ＰＩＶ、及びＲＳＶのＩｇＧの蛍光スコアのグラフである。 [76][78]マイクロアレイを使用した試料中のＩｇＧ及びＩｇＭ検出用の個々の患者の蛍光スコア並びに対応するＺスコア統計のグラフであり、赤線は、測定が陽性であるか否かの評価に使用される平均陽性結果であり、青線は陰性結果の平均であり、赤は、ＰＣＲを介して更に確認された平均血清反応陽性結果に対応し、青線は、ＰＣＲを介して確認された平均血清反応陰性結果に対応し、患者のＩｇＧ棒グラフが赤線のように見える場合、検査は陽性であり、青線のように見える場合、検査は陰性であり、図１８ｂは、図１８ｄのｘ軸に列記されて見られるマイクロアレイ上のＤＮＡドットの関数としての、幾つかのウイルス、すなわち、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ、ＭＥＲＳ、一般的なコロナウイルス、インフルエンザ、ＡＤＶ、ＭＰＶ、ＰＩＶ、及びＲＳＶのＩｇＭの蛍光スコアのグラフである。 [76][79]マイクロアレイを使用した試料中のＩｇＧ及びＩｇＭ検出用の個々の患者の蛍光スコア並びに対応するＺスコア統計のグラフであり、赤線は、測定が陽性であるか否かの評価に使用される平均陽性結果であり、青線は陰性結果の平均であり、赤は、ＰＣＲを介して更に確認された平均血清反応陽性結果に対応し、青線は、ＰＣＲを介して確認された平均血清反応陰性結果に対応し、患者のＩｇＧ棒グラフが赤線のように見える場合、検査は陽性であり、青線のように見える場合、検査は陰性であり、図１８ｃは、ｘ軸に列記されるマイクロアレイ上のＤＮＡドットの関数としての、幾つかのウイルス、すなわち、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ、ＭＥＲＳ、一般的なコロナウイルス、インフルエンザ、ＡＤＶ、ＭＰＶ、ＰＩＶ、及びＲＳＶのＩｇＧ読み取りのＺスコア統計の棒グラフである。 [76][80]マイクロアレイを使用した試料中のＩｇＧ及びＩｇＭ検出用の個々の患者の蛍光スコア並びに対応するＺスコア統計のグラフであり、赤線は、測定が陽性であるか否かの評価に使用される平均陽性結果であり、青線は陰性結果の平均であり、赤は、ＰＣＲを介して更に確認された平均血清反応陽性結果に対応し、青線は、ＰＣＲを介して確認された平均血清反応陰性結果に対応し、患者のＩｇＧ棒グラフが赤線のように見える場合、検査は陽性であり、青線のように見える場合、検査は陰性であり、図１８ｄは、ｘ軸に列記されるマイクロアレイ上のＤＮＡドットの関数としての、幾つかのウイルス、すなわち、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ、ＭＥＲＳ、一般的なコロナウイルス、インフルエンザ、ＡＤＶ、ＭＰＶ、ＰＩＶ、及びＲＳＶのＩｇＭ読み取りのＺスコア統計の棒グラフである。 [81]マイクロ流体ベイが露出された状態のOptikusリーダの上部透明斜視図である。 [82]ＣＭＯＳカメラによるマイクロアレイアッセイ及び検出のＬＥＤ励起の側面図の図である。 [82]ＬＥＤ放射フィルタ及びカメラノッチフィルタスペクトルが重ねられた試料の励起スペクトル及び放射スペクトルの透過分光写真である。 [83]マイクロアレイ測定に使用されるOptikusにおける電子構成要素のブロック図である。 [83]マイクロアレイ測定に使用されるOptikusにおける電子構成要素のブロック図である。 [83]マイクロアレイ測定に使用されるOptikusにおける電子構成要素のブロック図である。 [84]デバイスとインターフェースし、データを受信し、結果を計算し、結果をデバイスに返すクラウドエコシステムの一使用例のブロック図である。 [85]検出器としてＳＡＷセンサを有する機器のブロック図である。 [86]検出器として光学センサを有する機器のブロック図である。 [87]ディスクで実行される一連のステップを示すイムノＰＣＲに使用されるディスクＣＤ－３の図である。

[88] 好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより、本開示及びその種々の実施形態についてこれより、よりよく理解することができ、好ましい実施形態は、特許請求の範囲において規定される実施形態の説明のための例として提示される。特許請求の範囲により規定される実施形態が、後述する説明のための実施形態よりも広義であり得ることが明示的に理解される。

好ましい実施形態の詳細な説明
[89] 過去数十年にわたり、ますます多くの数の新興感染疾患が深刻な社会的及び経済的影響を世界規模で生じさせてきている。特に、地方の第三世界コミュニティは、感染疾患への高露出を経験しているのみならず、医療アクセスにおいて多くの難問にも直面している。それにもかかわらず、病原体は国境を識別せず、新疾患の勃発はそれがどこであってもあらゆる場所の人々に影響する。感染疾患パンデミックの高速拡散を追跡し阻止する、世界中の相互接続されたポイントオブケア（ＰＯＣ）ネットワークからの医療診断検査結果の解釈をサポートする、専門家が精選した知識、ソフトウェア、及びサービスは、人類が活気のある経済及び高流動性社会を維持すると予期することができる唯一の方法である。

[90] 図示の実施形態の開示される手法は、まず、病原体を直接及び病原体抗体の両方を測定することにより、現在利用可能なＣＯＶＩＤ－１９診断機器に関連する問題を解消する。SKC-Optilkus-2020は、上記列挙した３つ全てのタイプの測定を実行する。異なるタイプの検査は、コンパクトディスク又はマイクロ流体ディスク（ＣＤ）の形状の異なるタイプの使い捨てカートリッジを必要とし、すなわち、ＥＬＩＳＡではディスク２９ＣＤ－１、免疫蛍光法又はＳＡＷ検出ではディスク３１ＣＤ－２、及びＲＴ－ｑＰＣＲではディスク２６ＣＤ－３が必要とされる。ディスク２９ＣＤ－１でのタンパク質アレイは１０分未満で実行することができる。ディスク３１ＣＤ－２での直接ウイルス検査にかかる時間は１２分未満である。ディスク２９ＣＤ－１での抗体検査がまず実行され、病原体抗体が発見された場合、関連する病原体検査が実行される（ディスク３１ＣＤ－２又はディスク２６ＣＤ－３の何れかを使用して）。

[91] ディスク２９ＣＤ－１での「多重化抗体アレイ」は、過去の暴露及びワクチン接種履歴を反映した「レガシー抗体プロファイル」である、個人のウイルス「暴露フィンガープリント（exposure fingerprint）」を提供する。このアレイ分析手法は、ウイルスに対する抗体を測定する現行使用においてラテラルフローアッセイよりもはるかにデータが豊富（例えば、アレイ毎に４複製で６７抗原）であり、より定量的である。このポイントを理解するために、２０２０年ワシントン州でのＣＯＶＩＤ－１９アウトブレイクからの血液試料で得られた陽性及び陰性両方の２０１９ｎＣＯＶアレイ感度ＩｇＧ結果を示す図１を参照する。

[92] 第２に、図１３ａ～図１３ｆに関連して説明した試料収集デバイス１００が使い捨てコンパクトディスクに直接結合される。試料準備ステップは流体ディスクに集積され、クラウドベースのデータ処理が、図１５に関連して説明されるように実施される。

[93] ワクシニア、サル痘、ヘルペス１及び２、水痘帯状疱疹、ＨＰＶ、ＨＩＶ、デング、インフルエンザ、西ナイル、チクングニア熱、アデノウイルス、及びコロナウイルス等のバクテリア、寄生虫、菌類、及びウイルスを含め、３５を超える医療的に重要な病原体からの抗原と共に、ヒト及び動物の抗体を含む高スループットクローニング及び構築マイクロアレイ１２が従来から開発されている。ＤＮＡマイクロアレイ１２（一般にＤＮＡチップ又はバイオチップとしても知られている）は、固体面に付着した顕微鏡的ＤＮＡスポットの集まりである。ＤＮＡマイクロアレイ１２は、多数の遺伝子の発現レベルを同時に測定し、又はゲノムの複数領域の遺伝子型特定に使用される。各ＤＮＡスポットは、数ピコモル（１０^－１２モル）のプローブ（又はレポーター又はオリゴ）として知られる特定のＤＮＡ配列を含む。これらは、遺伝子の短い一部又は高厳密条件下でｃＤＮＡ又はアンチセンスＲＮＡとも呼ばれるｃＲＮＡ、標的と呼ばれる試料のハイブリダイゼーションに使用される他のＤＮＡ要素であることができる。プローブ標的ハイブリダイゼーションは通常、フルオロフォア、銀、又は化学発光標識された標的の検出により検出、定量化されて、標的中の核酸配列の相対存在比を特定する。元の核酸アレイは概ね９ｃｍ×１２ｃｍのマクロアレイであり、最初のコンピュータ化画像ベースの分析は１９８１年に公開された。本発明者らは、病原体に感染したヒト及び動物からの２５０００超の試料をプロービングし、１０００超の免疫優性及びこれらの病原体に対するワクチン抗原候補を識別した。本発明者らは、これらのアレイ１２にプリントされた個々のタンパク質／抗体が、感染した個人からの血清中に存在する抗体及び／又は抗原を捕捉し、蛍光二次抗体を使用して、捕捉された抗体量を定量化することができることを示した。

[94] このようにして、感染のタイプ及び疾患のステージに固有の、感染又は暴露後に生じる抗体の包括的なプロファイルを特定することができる。アレイ１２は、各試料で２μｌ未満を消費しながら、多数で生産しプロービングすることができる（１日当たり５００超の血清又は血漿）。このマイクロアレイ手法では、検査者は、他の技術では可能ではない試料の大きな集まりで抗体レパートリーを評価することができる。

[95] 急性呼吸器感染症の原因である６７個の抗原を含むコロナウイルス抗原マイクロアレイ１２（ＣＯＶＡＭ）を構築した。このアレイ１２にプリントされたウイルス抗原は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶ、一般的な風邪コロナウイルス（ＨＫＵ１、ＯＣ４３、ＮＬ６３、２２９Ｅ）、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び／又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む流行性コロナウイルスからのものである。このアレイ１２でのＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２抗原は、図３のグラフに示されるように、スパイクタンパク質（Ｓ）、レセプタ結合（ＲＢＤ）、Ｓ１及びＳ２ドメイン、総蛋白（Ｓ１＋Ｓ２）、並びにヌクレオカプシドタンパク質（ＮＰ）を含む。ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶ、及び４つの一般的な風邪コロナウイルスからの、アレイに表される同様の組の抗原がある。

[96] ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２感染の抗体プロファイルを特定するために、ＰＣＲ陽性個人からのＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２回復期血液標本（陽性群）及び未検査個人からのＣＯＶＩＤ－１９パンデミック前に収集された血清（陰性コントロール群）についてこれらの抗原への微分反応度を評価した。図２ａ及び図２ｂのヒートマップに示されるように、陽性群はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２抗原に対して高反応性である。これは、ＩｇＡよりもＩｇＧの場合、より明らかである。陰性コントロールは、一般的な風邪コロナウイルス抗原には高い反応性を示すにもかかわらず、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、又はＭＥＲＳ－ＣｏＶ抗原に反応しない。図２ａ及び図２ｂに示されるように、陽性群は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ＮＰ、Ｓ２、及びＳ１＋Ｓ２抗原に対して高いＩｇＧ反応性を示し、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ１への反応性の程度はより低い。陽性群はまた、ＳＡＲＳ－ＣｏＶＮＰ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶＳ２及びＳ１＋Ｓ２抗原に対して高いＩｇＧ交差反応性も示すが、一方、陰性群は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２及びＭＥＲＳ－ＣｏＶからのＳ１＋Ｓ２及びＳ２抗原との低い交差反応性を示し、他のＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２抗原に対しては交差反応性を示さない。

[97] 表１は、図１８ａに示されるＩｇＧでの蛍光強度結果、図１８ｃでの蛍光結果のＺスコア統計、図１８ｂに示されるＩｇＭでの蛍光強度結果、及び図１８ｄの蛍光結果のＺスコア統計を含む。Ｚスコアは、確定陽性ＩｇＧ又はＩｇＭ試料が平均陰性結果の標準偏差何個分、上又は下かを示す。統計的に有意なｚスコア（５以上）は陰影付きの数字を有する。

[98] 次に抗原が評価されて、曲線下面積（ＡＵＣ）が測定された受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を使用して全範囲のアッセイカットオフ値にわたり陽性群を陰性群から区別する。ＩｇＧを検出する高性能抗原は、表１に示されるようにＲＯＣＡＵＣ＞０．８５により定義される。４つの抗原は高性能抗原としてランク付けされる：ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２ＮＰ、ＳＡＲＳ－ＣｏＶＮＰ、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ１＋Ｓ２、及びＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２＿Ｓ２。追加の高性能抗原は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ１（マウスＦｃタグを有する）、ＲＢＤ、及びＭＥＲＳ－ＣｏＶＳ２を含んだ。７つの高性能抗原について、ヨーデン指標に基づいて最適な感度及び特異性も推定した。ヨーデンのＪ統計（ヨーデン指標とも呼ばれる）は、二分診断試験の性能を捕捉する１つの統計である。インフォームドネス（informedness）は、マルチクラス事例への一般化であり、インフォームドディシジョンの確率を推定する。最低感度はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ１で見られ、陽性群におけるこの抗原に対する比較的低い反応性と相関する。最低特異性はＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ２で見られ、陰性群のサブセットにおいて見られたこの抗原の交差反応性と相関する。抗原の結合による性能の利得を推定するために、７つの高性能抗原のうちの４つまでの可能な全ての組合せをin silicoで陽性群と陰性群との区別における性能に関してテストした。ＡＵＣ、感度、及び特性を有するＲＯＣ曲線を各組合せで計算した。２つ以上の抗原を組み合わせることにより性能に明らかな利得がある。ＩｇＧの場合、最良の区別は、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ２及びＳＡＲＳ－ＣｏＶＮＰの２つの抗原組合せを用いて達成され、同様の性能が、マウスＦｃタグと共にＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２Ｓ１を追加した場合も達成された（ＡＵＣ＝０．９９４、特異性＝１、感度＝０．９４４）。４番目の抗原の追加は性能を低下させた。

[99] 表２は、高性能抗原の組合せの性能データを示す。ランク付けられた個々の各抗原について、ＲＯＣ、ＡＵＣ値、並びに陽性血清と陰性血清との区別に関するヨーデン指標に基づく感度及び特異性を導出し、ＲＯＣＡＵＣ＞０．８６を有する高性能抗原が線の上に示された。

[100] 図１８ａ～図１８ｄは、１つの確定陽性患者結果の一例を示す。図１８ａは、血清中の種々のＩｇＧ抗体の正規化蛍光強度を示し、２本の線は確定陽性（上）及び確定陰性（下）の平均結果を示す。図１８ｂは、血清中の種々のＩｇＭ抗体の正規化蛍光強度を示し、２本の線は確定陽性（上）及び確定陰性（下）の平均結果を示す。図１８ｃは、陽性結果と陰性結果との間のＩｇＧ抗体のプロットされたＺスコアを示し、３本の点線は低、中、及び高反応の種々のＺスコア閾値を表す。図１８ｄは、陽性結果と陰性結果との間のＩｇＭ抗体のプロットされたＺスコアを示し、３本の点線は低、中、及び高反応の種々のＺスコア閾値を表す。

[101] 現在のＣＯＶＩＤ－１９パンデミックを最も切迫したターゲットとして使用することにより、疾患スクリーニング、解釈、及び阻止目標を確立する最も切迫した要件の幾つかに対処する。現在のＣＯＶＩＤ－１９検出プラットフォームは３つのカテゴリに分けられる：１）酵素結合免疫吸着検査法（ＥＬＩＳＡ）、免疫蛍光アッセイ、２）リアルタイム定量性ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ－ｑＰＣＲ）、及び３）胸部Ｘ線。ポイントオブケア方法及びデバイスが本開示の焦点であり、胸部Ｘ線は本明細書では対処しない。

[102]
[103] Optikus II
[104] 本発明者らは、コンパクトディスク（ＣＤ）マイクロ流体をハンドヘルド機器１０において使用して、図４の斜視図に示される機器１０により表されたような多数の異なるアッセイ標的について、カートリッジへの試料の導入（毛細管又は綿棒）、試料準備（例えば、計量、希釈、血液血漿分離、及び細胞溶解）、試薬格納、並びにＳＡＷセンサ９０（直接ウイルス測定用）及び蛍光カメラ８９（タンパク質アッセイ測定用）を使用した定量的測定を自動化する高速ポータブル診断スクリーニングデバイスを開発した。図４には、援用される明細書によりよく説明されるＺステージ移動プラットフォーム１３及びディスクスピンドルモータ１５４を含むマイクロ流体ディスクインターフェース１１、ＳＡＷＲＦシールド１５、多機能ボタン１７、ＳＤカード３５、ＵＳＢポート１９、スピーカ・マイクロホン２１、タッチディスプレイ２３、並びにステータスＬＥＤ３３も示される。

[105] Optikus機器１０はまた、マイクロ流体ディスク２６（ＣＤ－３）で直接、熱サイクリング又は等温増幅の何れかを使用してＲＮＡ及びＤＮＡ増幅を実行する、図１９に示されるディスクＣＤ－１における熱電加熱及び冷却又はペルチェ要素１４２及びディスクＣＤ－１における温度制御機構（図示せず）も含む。Optikusプラットフォームは、マイクロ流体ディスク設計及びアッセイ構成要素を変更することにより新しい検査に素早く適応する能力において特異である。例えば、Optikus IIは、援用される明細書に記載されるように（ＳＡＷを用いたＥＬＩＳＡ検出に）ディスク２９ＣＤ－１を用い、ディスク３１ＣＤ－２を（免疫蛍光法検出に）用いて２つのＣＯＶＩＤ－１９検査セットを実行する。第３のカートリッジ（ＲＴ－ｑＰＣＲ用のＣＤ－３）の開発もまた、援用される明細書に記載されるように、本発明の意図される範囲内である。本明細書は主に、ディスク３１ＣＤ－２におけるマイクロアレイ１２を使用して免疫蛍光法検出を実行するように構成された機器１０の開示に関する。図１９における機器１０は、ＳＡＷを用いたＥＬＩＳＡ検出、免疫蛍光法検出、及びＲＴ－ｑＰＣＲについてディスク２６、２９、及び３１という３つ全てのタイプに対応又は操作するのに必要な回路及び検出器を有する。

[106] Optikus IIリーダ１０は、種々のタイプのバイオセンサ及びマイクロ流体ＣＤを用いて測定を行うための種々の追加の構成要素を含む。図１９は、マイクロ流体アセンブリベイ１３６が開かれた状態のOptikus IIリーダ１０の上部透明斜視図を示し、Optikus IIリーダ１０は、マイクロ流体ＣＤＣＤ２６、２９、３１において種々のマイクロ弁をアブレートするレーザ１３８と、ＳＡＷ検出器９０を使用してＲＦ測定を行うＳＡＷＲＦインタポーザ１４０と、ディスク上の温度を調整する種々のペルチェ要素１４２と、種々の蛍光撮像測定を行うＣＭＯＳカメラ８９とを含む。

[107] 図２３は、ＳＡＷリーダ１３５がセンサインターフェース１３７に結合され、ＲＦ励起信号をＳＡＷ９０に提供した機器１０の高レベルブロック図である。リーダ１３５は、ＵＳＢインターフェース、電力、シリアルデータインターフェース、ディスプレイ制御及び無線通信を含む。ディスクＣＤ－２でのマイクロ流体の制御は、マイクロ流体コントローラ１３３を通してリーダ１３５により制御され、マイクロ流体コントローラ１３３は、レーザ及びディスクモータのプロセッサ制御を含む。図２３の機器１０の詳細な動作は、援用される明細書に記載されている。

[108] 図２４は、血清学的ＰＣＲリーダ１２９がカメラ１３１に結合された機器１０の高レベルブロック図である。この高レベルブロック図は、カメラ１３１を有するリーダ１２９が、血清学的解決策用のカメラ及び化学ルミネッセントＰＣＲ解決策用のリーダの両方としていかに動作するかを示す。リーダ１２９はＰＣＲ及び血清学の両方を行うことができる。図示の実施形態でのリーダ１２９は、Rasberry PIシングルボードコンピュータに基づき、ＵＳＢインターフェース、電力、シリアルデータインターフェース、ディスプレイ制御・無線通信を含む。ディスク２６ＣＤ－３におけるマイクロ流体の制御は、血清学的マイクロ流体コントローラ１２７を通してリーダ１２９により制御され、血清学的マイクロ流体コントローラ１２７は、レーザ、ディスクモータ、並びにペルチェ要素１４２の熱電（ＴＥＣ）加熱及び冷却制御のプロセッサ制御を含む。図２３の機器１０の詳細な動作は、援用される明細書に記載されている。

[109] 図２５はディスク２６ＣＤ－３及びディスク２６ＣＤ－３において自動的に実行されるイムノＰＣＲステップの図である。同様のステップは、援用される明細書に詳述されている。ステップ６５において指を指して採取された血液試料が試料チャンバ６７に配置される。血液血清分離ステップ６１において、血液及び血清は血液－血清分離チャンバ６３において自動的に分離される。ステップ５７において、血清は混合チャンバ５９に移送され、標的５３である抗体ＤＮＡ複合体と混合され共役する。共役標的５３は混合・複製チャンバ５５に移送され、そこで、援用される明細書により十分に説明されるように、ＤＮＡタグを有する抗体－磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）複合体と混合され共役する。ステップ４７において、血漿廃棄チャンバ４９への移送により血漿は除去される。ステップ４６において、洗浄リザーバ４５からチャンバ５９を通してチャンバ５５に送られた緩衝剤は、非共役ＤＮＡを除去する。ステップ７７において、共役抗体標的複合体は、増幅緩衝剤チャンバ７９からチャンバ５５に供給された増幅緩衝剤中に再懸濁する。次に、ステップ８１において、複製又はＰＣＲ中、等温増幅がチャンバ５５において実行される。次にステップ１０３において、複製されたＤＮＡタグは撮像チャンバ８７に移送され、結合する。必要な場合、結合しなかったＤＮＡタグを廃棄物チャンバ１０７に除去する任意選択的な洗浄・スピン乾燥ステップ１０５を実行して、撮像結果を改善し得る。図２５に示される方法に関する追加のバックアップ詳細は、援用される明細書に提供されている。

[110] 図２１ａ～図２１ｃは、ディスク２９ＣＤ－１を読み取るために、Optikus機器１０のマイクロアレイリーダ１３４で使用される回路のブロック図である。検出器としてＳＡＷ９０を利用するリーダに使用される回路の同様のブロック図が、援用される明細書に詳述されている。ディスク２９は、線図で、試料を血液－血漿分離チャンバ７２に移送する装填チャンバ７０を含むものとして示されている。磁気的にタグ付けされた要素が、磁石／キャビティ１５３により作用され、マイクロプロセッサ１４８に結合された磁気・光学インデックス駆動装置１５７を通して制御される光及び磁場により検知される。磁石１５３はインデクサとして動作し、それにより、ディスク２９における磁石１５３が磁気センサ（図示せず）を通過する都度、ディスク２９の位置をリーダ１３４によりチェックすることができる。次に、ディスク位置はモータ１５４上のインデックスと比較され、必要な場合、修正が適用される。したがって、光学センサ及び反射ステッカー又はディスク２９上の磁石及び磁場センサを用いてオフモータインデクサを実現することができる。

[111] 分離された血漿がチャンバ７２から移送されると、血漿は、ＬＥＤ駆動装置７３に結合された光検出回路７１により測定され、返された信号はオペアンプ７５により増幅され、回路７３及び７５は両方ともマイクロプロセッサ１４８に結合され、マイクロプロセッサ１４８により制御される。ディスク２９における弁を選択的に開くのに使用されるレーザ１３８は、レーザ駆動装置１３９及びオペアンプ１４１を通して制御され、これらは両方ともマイクロプロセッサ１４８により制御される。処理された試料は、ディスク２９における反応検出チャンバ７６に移送され、そこで、マイクロアレイ１２におけるＤＮＡドットと反応する。カメラ１６４はマイクロアレイ１２のカラー写真を撮影し、画像は画像信号プロセッサ１６６を介してマイクロプロセッサ１４６に通信される。ＲＡＭメモリ１４７及びフラッシュメモリ１４９に記憶されたプログラム制御下で同期（clocked）プロセッサ１４６は、マイクロアレイデータをフォーマットし、図２２に関連して更に説明するように、無線モジュール１６８を通してクラウドサービス１０６に通信する。

[112] リーダ１３４は、１つのプロセッサ１４６は既製（ＯＴＳ）メインボード１５０に配置され、１つのプロセッサ１４８はマイクロ流体基板１５２に配置される２つのマイクロプロセッサ１４６、１４８により制御される。マイクロ流体基板１５２上のマイクロプロセッサ１４８は、モータ駆動装置１５５を通してエンコーダを用いてスピンドルモータ１５４を制御し、モータ駆動装置１５９により駆動されるエンコーダを用いてギヤードモータを制御し、ローパスフィルタ１６１を通して結合されたリミットスイッチ１５８を制御し、モータ１５６はディスク２９を回転させ、測定に向けて選択又は制御された角度位置に配置できるようにする。マイクロ流体基板１５２はＬＥＤ駆動装置１６２を通してＩＲＬＥＤ１６０を制御して、フルオロフォアを励起させる。ＣＭＯＳカメラ８９は、メインボードＯＴＳ１５０により画像信号プロセッサ１６６を通して制御される。メインボードＯＴＳ１５０は、Wi-Fiモジュール１６８、Bluetoothモジュール（図示せず）、デジタルディスプレイ１７０、及び電力インターフェース１７２を制御する。メモリ１５１に記憶されたプログラム制御下で動作するマイクロプロセッサ１４８は、温度・湿度センサ１４５を使用してディスク２９内の環境依存動作を調整する。

[113] ディスク２６ＣＤ－３及びディスク３１ＣＤ－２と併用される同様の回路図は付録に含まれ、これ以上ここで考察しない。

[114]
[115] アッセイ－タンパク質アッセイ
[116] タンパク質マイクロアレイ１２は、Optikus II機器１０のプローブを利用し、標的を分析して、任意の微生物からの感染後に誘導される抗原特異的抗体反応を定量化する。アレイ１２において、３５個の感染因子からの約７０，０００個のタンパク質が、タンパク質マイクロアレイ１２にプリントされたＤＮＡスポットを使用してプロービングされ分析された。アレイ１２は、感染疾患事例及びコントロールからの数千の血清標本を用いてプロービングされて、感染後、抗体を誘導する特定の抗原を識別した。このアレイ１２は特に、環境中の誰がウイルスに暴露されたかを理解し、誰が重症化する疑いがあり、誰が軽症感染であり、誰が無症状感染であるかを予測し、誰が暴露されて保護能を有し、誰が無自覚に濃厚接触者に感染を拡散させているかを識別する差し迫った必要性により、コロナウイルスアウトブレイクに伴う今日の問題に直結している。この種の血清調査データは、感染因子が地域個体群に存在し、公衆衛生的軽減及び封じ込め対策を収集させるべき「ホットスポット」を見つけることができる。

[117] ４つのステップを有する、現在開かれているベンチトップワークフローを図５に示す：１）マイクロアレイプリントステップ１４、２）プロービングステップ１６、３）撮像ステップ１８、及び４）分析ステップ２０。マイクロアレイ１２を使用して、感染後に誘導されたＡｂ反応を定量化し識別する。現在、図５において識別される各ステップのキャパシティは以下の通りである。プリントステップ１４は、１日当たり１４０万のタンパク質抗原スポット２２を４，８００個のマイクロアレイにプリントすることができる従来のタンパク質マイクロアレイプリント設備を使用する。プロービングステップ１６は、特定の蛍光タグ２４、２７を対応する抗体２３、２５に共役することにより、１日当たり５万個の血清標本をマイクロアレイ１２でプロービングできるベンチトッププロービング方法である。定量化又は撮像ステップ１８は、ロボットレーザスキャナを使用して、アレイ１２にプリントされた抗原に結合したＡｂのレベルを定量化する。分析ステップ２０はソフトウェアを使用して、アレイ１２の検査の結果２８を編成し、解釈するのに役立つ（図１ａ及び図１ｂにおける例を参照のこと）。

[118] ＣＤでの使用に向けたアッセイ変更ステップ
[119] 図５に関連して記載されたマイクロアレイアッセイを機器１０のＣＤベースの流体工学プラットフォームに適合させるために、以下のウイルスからの又は以下のウイルスに対する抗原又は抗体を含む小型抗原・抗体アレイ１２が準備される：ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－１、ＭＥＲＳ、インフルエンザ、アデノウイルス、パラインフルエンザ、メタニューモウイルス、及び呼吸器合抱体ウイルス。プロービングプロセス全体は約１５分かかる。簡潔に言えば、抗原アレイ１２上の抗体を検出するための血漿１０μｌ又は抗体アレイ１２上のウイルス抗原を検出するための鼻用綿棒試料は、図６のステップ３２において、乾燥プリブロックアレイ（dry preblocked array）１２に直接配置される。５分培養した後、ステップ３４において、アレイチャンバから試料を押し出しながら、蛍光標識した二次Ａｂ１０μｌを添加する。ステップ３６において、アレイ１２は洗浄され、ステップ３８において遠心分離されて乾燥され、次に、ステップ４０において、血漿試料から異なるＩｇイソタイプについて蛍光カメラを使用して３色まで画像を捕捉する準備ができる。次に、画像は分析のためにクラウドに送信される。

[120] 図２０ａは、ＣＭＯＳ蛍光カメラ８９を用いてディスク２９で行われたマイクロアレイ１２の蛍光測定を示す図である。ＬＥＤ９１は蛍光励起光子を発し、蛍光励起光子は、バンドパスピーク７５０ｎｍを有する予備放射光フィルタ８４を通る。濾波された励起光子は、フルオロフォアマイクロアレイ１２を担持するニトロセルロース膜８５上に搭載されたマイクロアレイ１２と相互作用する。試料は、反応チャンバ５６内でマイクロアレイ１２と相互作用する。次に、励起又は誘導されて放射された蛍光光子は、７９０ｎｍを中心としたカメラノッチフィルタ８３を通り、次にＣＭＯＳカラーカメラ８９により収集され、処理及びクラウドサービス１０６への通信のためにマイクロアレイリーダ１３４に送られる。

[121] 図２０ｂは、フルオロフォア又は励起スペクトル４１の吸収及びフルオロフォアの放射又は放射スペクトル４３のスペクトルグラフを示す。励起スペクトル４１及び放射スペクトル４３には、ＬＥＤ放射フィルタ８４及びノッチフィルタ８３のバンドパスが重ねられる。フィルタ８４は、ＬＥＤ９１からの励起光を、マイクロアレイ１２上のＤＮＡスポット２２のフルオロフォア励起スペクトルの下半分と重なる波長範囲に閉じ込める。ノッチフィルタ８３は、フィルタ８４のバンドパスと完全に重複せずに、カメラ８９が受け取る波長を放射スペクトル４３のより大きなドメインに制限する。したがって、カメラ８９により生成されるカラー画像は、マイクロアレイ１２のＤＮＡスポット２２内の励起フルオロフォアのもののみであり、レーザ９１からの励起光の何れの画像でもない。

[122] 更に、図は、ＬＥＤ励起とＣＭＯＳカメラ検出との境界を画定する２つのカットオフフィルタの存在を示す。

[123] 代替的には、アレイ１２はまた、図７に線図で示される中和抗体アッセイを行うように適合することもできる。スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）がスポットされたアレイ１２は、ステップ４２において、患者からの血漿試料及びフルオロフォア標識ＡＣＥ２（例えば、Alexa Fluor 488）でプロービングされ、ステップ４４において、試料をアレイチャンバから押し出しながら、ヒトＩｇＧに対する別のフルオロフォア（例えば、Alexa Fluor 647）標識二次抗体（試料中のＲＢＤ抗体を検出するため）が添加される。次に、アレイ１２はステップ６において洗浄され、ステップ４８において遠心分離されて乾燥され、ステップ５０において、患者試料に存在するＲＢＤ抗体及びＡＣＥ２のそれぞれの２色の画像捕捉の準備ができる。中和抗体又はＲＢＤ抗体のない試料は、ＡＣＥ２蛍光を用いて検出され、一方、ＲＢＤ抗体を有するか、又はＡＣＥ２－ＲＢＤ結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、低減した量のＡＣＥ２蛍光を用いて検出される。血漿試料からＲＢＤ抗体がない場合、ＡＣＥ２蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができる。血漿試料はＣＤプラットフォームに直接適用され、画像取得のために処理することができる。これは流体工学システムの設計を簡易化する。

[124]
[125] ＣＤ－１での展開へのタンパク質アレイアッセイの適合
[126] 図５～図７に示される手法は研究所設定では上手く機能するが、より広範囲の現場での展開を妨げる幾つかの制限がある。例えば、オープンウェルの使用は、ＰＯＣ設定では明らかに不可能であり、レーザスキャナのコストもそのような設定では法外である。代わりに、本発明者らは、使い捨て流体工学ディスクＣＤ－１カートリッジ当たり１つのアレイが入れられた１０分自動ＰＯＣコロナウイルス抗原マイクロアレイを開発した。定量化のために、デジタル蛍光顕微鏡が使用される。このシナリオを実施するために、タンパク質アレイプリントは上記と同じままであるが、ここでは、方法論を大規模商業拡大生産で実施しなければならない。

[127]
[128] アレイ切断
[129] 複数のアレイ１２が通常、基板上にバッチプロセスで製造されるが、１つのアレイ１２が、対応するニトロセルロース薄膜スライドに取り付けられたカートリッジ（ディスクＣＤ－１）毎に使用される。ディスクＣＤ－１に組み込まれたアレイ１２は、幾つかのタイプのアデノウイルス、ＲＳＶ、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及びインフルエンザウイルスと共に１２の既知のコロナウイルスからの６０個の抗原を同時にプロービングする。この検査は、異なるウイルスへのＩｇＧ、ＩｇＡ、及びＩｇＭ血清反応性を明らかにすることができ、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２の血清有病率の特定に有用である。

[130]
[131] ＣＤ流体工学
[132] 図８ａ及び図８ｂは、低コスト高スループットの自動イムノアッセイ処理のＣＤシステムを示す。使い捨てイムノアッセイディスク設計は、液体要素に作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、空気エネルギーは次に、遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、往復動メカニズムに基づく非常に効率的なマイクロ混合を可能にする流体工学構造を含む。アッセイの培養／ハイブリダイゼーション段階中、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを通して、システムはディスク内で液体の流れを往復動させて、抗体と抗原マイクロ分子との間の培養／ハイブリダイゼーション効率を最大化する。流体工学システム５２及び各アレイ要素における抗体捕捉５４の概略図を図８ａに示す。図８ａにおける反応チャンバ５６は、スポット付きタンパク質アレイ１２を保持している。試料はＣＤの装填チャンバ５８に装填され、遠心力を通して上部チャンバ６０に移送される。試料は、ダクト６６を介して反応チャンバ５６にも移送され、そこでアレイ１２によりプロービングされる。余剰試料はサイフォン６２に移送され、廃棄物チャンバ６４に廃棄される。

[133] 概念証明のために、バークホルデリア抗原のアレイを作成し、感染した血清及び未感染血清を用いてプロービングすることにより、イムノスクリーニング実験を用意した。溶液中では無色である試料の特徴的な酵素は、二次Ａｂ及び一次Ａｂを介してアレイ１２に捕捉された抗原と共役する。産物は、濃青色沈殿物として蛍光する。バークホルデリアは、ヒトの呼吸器系を攻撃し、類鼻疽を生じさせるバクテリア病原体である。症状には、胸部、骨、又は関節の痛み、咳、皮膚感染、肺小結節があり得る。

[134] イムノアッセイの小型化及び自動化を駆動する主な懸案事項は、抗体及び抗原等の高コストの試薬、高コストの高質な労働力、及び長いアッセイ時間が関わることである。本発明者らは、概念証明の結果に基づいて、記載される往復動流体工学システムを使用することにより、試薬消費を約７５％まで低減し、アッセイ時間を約８５％まで短縮してイムノアッセイを実行することができたことを実証した。図９参照。

[135] ディスクＣＤ－１で実施されるシステムは、（１）血液試料を使用することができ、（２）吸収測定の代わりに蛍光が使用され、それにより、タイミングが必要なく、（３）安価なデジタル蛍光顕微鏡を使用して定量化が実行されるため、簡易化される。

[136] 図１０ａ～図１０ｃは、シミュレーション結果を示すグラフである。図１０ａは、ヒトＩｇＧ抗原とヤギ抗ヒトＩｇＧ抗体との間で３つの培養モード：シングルフロースルー、往復フロー、及び受動拡散を比較する。図１０ｂは、複合体形成速度への抗体濃縮の効果を示す。検体の初期濃縮が下がるにつれて、より長い時間で抗原抗体複合体形成は低下し、平衡状態に達する。図１０ｃは、複合体形成速度へのフローレイノルズ数の影響を示す。流速が増大するにつれて、抗原抗体複合体形成は増大し、平衡状態に達する。この差は、初期濃縮が低い抗体ほど顕著である。

[137] 往復動に加えて、本発明者らがディスクＣＤ－１で実施している他の流体工学機能は、１）試料計量、２）血液血漿分離、及び３）蛍光検出である。図１１ａでは、これらの機能は、タンパク質アレイ１２並びに信号読み出しのためにＣＤの下にレーザダイオード及びＣＣＤ検出器を含むＣＭＯＳチップと共に示されている。試料はＣＤの試料装填チャンバ７０に装填され、遠心力により血液血漿分離チャンバ７２に移送される。標的担持血漿はサイフォン７４を介して反応検出チャンバ７６に移送され、反応検出チャンバ７６は選択的に、任意選択的にチャンバ７８からの弁付き洗浄緩衝剤と連通し得、チャンバ８０からの質量増大のため、チャンバ８２のエアポケットを往復動に用いて任意選択的に金ナノ粒子と共役し得る。検出は、ＣＤの下に位置決めされたＳｉ－ＣＣＤアレイにより読み取られる、チャンバ７６内のアレイ１２に向けられた６５０ｎｍダイオードレーザの使用により実現される。

[138] 図１２に、血液試料が指を指すことからいかに取得され、３００μＬマイクロベッテ８８（ＣＢ３００）に収集されるかを示す。血液滴３９が、入れ子式微小毛細管３７により指刺しにより引き出され、キャビティ７１に入る。微小毛細管３７はキャビティ７１及びキャップ６８で封止されたマイクロキュベット８８に入れ子状に引き込まれる。試料をディスク２６、２９、又は３１に送るべきとき、微小毛細管３７は入れ子状に伸長し、毛管作用によりキャビティ７１からの血液は微小毛細管３７を介してＣＤロータ８６の試料装填チャンバ７０に移送され、そこで最初のステップは、上述したように、試料容量計量及び血液血漿分離を含む。

[139]
[140] ＣＤ－２での展開への直接的なＣＯＶＩＤ－１９アッセイ適合
[141] ディスク２９ＣＤ－１での結果が、ウイルス抗体の存在について陽性である場合、ＣＤ－２ディスク３１が、鼻用綿棒試料からＣＯＶＩＤ－１９を直接検出するための高速（１２分未満）ポイントオブケア診断検査に使用される。ＣＤ－２は表面弾性波バイオセンサ９０（ＳＡＷ）を直接ＣＯＶＩＤ－１９検出に利用する。従来、ＳＫＣＳＡＷセンサ９０は、エボラ及び炭疽菌を含め、複数の高プロファイルバクテリア及びウイルスの検出に成功してきた。これまでの２年にわたり、本発明者らはＳＡＷバイオセンサ９０の感度及び検出能力を大幅に改善してきた。綿棒先端部９５からＣＤ３１への試料導入を図１３ａ～図１３ｆに示し、ＳＫＣディスク３１に搭載されたＳＡＷセンサ９０を図１４に示す。図１４の実施形態では、ディスク３１はファズボタンコネクタ１０１と共に２つのＳＡＷセンサ９０を含む。

[142] 図１３ａ及び図１３ｂは、ディスク３１を機器１０に挿入する前、ディスク３１に挿入された円錐形デバイス１００の断面図である。円錐形デバイスは鼻用綿棒９４を受け入れ、切断し、緩衝剤・溶解ビーズ９８中に再懸濁させ、試薬９３を解放し、細胞溶解を実行し、試料をディスク３１に退避させる。試薬パウチ９２は、綿棒９４からの試料を扱うのに選択された試薬を含むチャンバである。綿棒先端部９５は、標的試料を担持し、図１３ａに示されるように綿棒チャンバ１０２に完全に挿入され、切断されることなく下方傾斜ブレード９６を超えてスライドする。綿棒シャフト９４を上に引っ張ると、綿棒シャフト９４は強制的に下方傾斜ブレード９６に押し当てられて切断され、綿棒シャフト９４がデバイス１００から取り出される際、図１３ｂに示されるように、綿棒９４の先端部がデバイス１００の下部に留まれるようにする。図１３ｃに示されるように、封止キャップ１０４が押し下げられ、緩衝剤パウチ９２を破裂させて開き、ダクト９７を通して試薬又は緩衝剤９３を綿棒チャンバ１０２に流入させ、切断された綿棒先端部９５に接触させる。図１３ｄに示されるように、封止キャップ１０４は完全に押し下げられて、デバイス１０２に対して入口を封止する。図１３ｅに示されるように、デバイス１００は手動で角度的に振動して、試料標的を溶解させる。遊離金属ビーズ９８が綿棒チャンバ１０２に存在し、攪拌中、溶解を支援する。次に、デバイス１００は手動で回転されて、矢印９９で示されるように周縁開口部を通して綿棒チャンバ１０２から退避し、図１３ｆに示されるように、溶解した標的試料を移送する。

[143]
[144] ＳＫＣ Optikusクラウド基盤
[145] インターネットオブシングズ（ＩｏＴ）デバイスとして、Optikus II機器１０は、病気及び疾患の診断に極めて重要なデータを提供する。Optikus II測定は、図１５に示されるように、ローカルOptikusクラウドであるデバイスＡＰＩ１０８を使用して、暗号化されたセキュアなＨＴＴＰＳリンクを介してクラウドサービス１０６に送信される。クラウドサービス１０６は、セキュリティ、回復性、及び信頼性に関して現行でベストプラクティスを使用するマイクロサービスＡＰＩプラットフォームである。これにより、病院１１２、医師１１４、及び患者１１０自体からの検査結果への許可されたアクセスが可能になる。検査結果は、ディープラーニング分析のためにOracleデータベース１１６に記憶され、分散型台帳技術１１８（ＤＬＴ）又はブロックチェーンデータベースに記憶され、データの透明性、高可用性、及び不変性を保証する。

[146] 図１６は、クラウドベースのデータ処理と組み合わせて使用されるデジタル蛍光撮像対応Optikus II機器１０からの画像データ出力を処理するステップを示す。ステップ１２０において、上述したように、現場で試料が患者から取得され、機器１０においてプロービングされる。マイクロアレイ１２の画像が、ステップ１２２において機器１０により取得され、ステップ１２４において、クラクド中のクラウドサーバ１０６にアップロードされる。ステップ１２６において、検出された抗原又は抗体は、アップロードされたデータから定量化され、ステップ１２８において、更なるデータ処理を受ける。次に、ステップ１３０において、結果データは個々の患者及び公衆衛生データ分析に提供される。データ及びその分析は次に、ステップ１３２において、臨床試験に提供され、すなわち、Oracleクラウドネットワーク１０６と統合されて、全ての臨床試験データを編纂し、それにより、分析されたデータがポイントオブケア現場に即座に提供される。

[147] 図２２は、機器１０をユーザ携帯電話１７４とインターフェースし、マイクロアレイデータを受信し、診断結果を計算し、診断分析を携帯電話１７４に返すクラウドエコシステム１７６、１７８、１８０のより詳細な図である。図示の実施形態では、電話１７４を使用してＣＯＶＩＤ－１９の検査を求めているユーザ又は患者は、登録モジュール１８２を通してOracleデータ管理システム（ＤＭＳ）１７６にオンラインで登録する。ユーザは身元を明らかにし、モジュール１８４により、指定された日時及びユーザの近くの場所での１つ又は複数の指定された検査がスケジュールされ、ユーザの全ての関連データはデータベース１８６に蓄積される。患者検査事象には一意のクイックリスポンス（ＱＲ）コード（登録商標）が割り当てられ、モジュール１８８を介してショートメッセージサービス（ＳＭＳ）としてユーザの電話１７４に送信される。

[148] ユーザは、スケジュールされた予約時に検査現場１８０を訪れ、割り当てられたＱＲコード（登録商標）を使用して自身を識別し、チェックイン事象がモジュール１９０により処理され、データベース１８６内のユーザデータレコードに蓄積される。患者及び行うべき１つ又は複数の検査を識別する、ＱＲコード（登録商標）が関連付けられたデータは、検査現場１８０において機器１０により読み出され、又はスキャンされる。ステップ１９４において、上述したように検査が機器１０を用いて実行される。試料採取後、エコシステム１７６、１７８、１８０における全てのステップは自動であり、更なる人間の介入の必要なく、ソフトウェア制御下で順次行われる。アッセイが実行され、アッセイデータがアップロード、分析、記憶され、診断が行われ、結果は１時間以内、通常数十分以内に患者に報告される。ステップ１９６において、カラー写真マイクロアッセイレコードが、タグ付き画像ファイルフォーマット（ＴＩＦＦ）又は他のグラフィカルフォーマットファイルとして作成される。ステップ１９８において、カラー写真マイクロアッセイレコードは、機器１０によりＱＲスキャンコードと共にパッケージされ、検査サービスクラウド現場１７８に送信され、ステップ２００において、検査サービスクラウド現場１７８において無線で受信され、検査サービスクラウド現場１７８のデータベース２０２にアップロードされる。アッセイ結果は、ステップ２０４において生成された検査に基づいて処理、診断され、JavaScriptオブジェクト表記（ＪＳＯＮ）に変換される。ＪＳＯＮはオープンスタンダードファイルフォーマット及び人間可読テキストを使用して、属性－値対及びアレイデータ型（又は任意の他の直列化可能値）からなるデータオブジェクトを記憶、送信するデータ相互交換フォーマットである。これは非常に一般的なデータフォーマットであり、ＡＪＡＸシステムにおいてＸＭＬへの代わりとして機能する等の多種多様な用途を有する。結果として生成されたＪＳＯＮ及びＴＩＦＦファイルは、ステップ２０６において、インターネットを介して通信され、Oracle ＤＭＳ１７６内のオブジェクト記憶装置２０８に記憶され、そこからデータベース１８６に記憶され、患者のレコードに挿入される。次に、慣性した結果は結果ポータル２１０からユーザの電話１７４に通信される。プロセス全体は、３０分～６０分以下で自動的に実行される。ベンチマーク事象は、医療介入を必要に応じて実施又は開始し得る医療パートナー（ＨＣＰ）の電話２１２と共にユーザの電話１７４とOracle ＤＭＳ１７６との間で自動的に共有される。更なる診断ステップが望まれるか、又は公衆衛生報告及び応答が必要な場合、更なる処理がモジュール２１４を通して検査クラウドサービス１７８に関連して実行され、モジュール２１６を通してOracle クラウドＤＭＳ１７６により独立して実行される。

[149] 実施形態の趣旨及び範囲から逸脱せずに、多くの改変及び変更が当業者により行われ得る。したがって、図示の実施形態が例のみを目的として記載され、以下の実施形態及び種々の実施形態により定義される実施形態の限定として解釈されるべきではないことが理解されなければならない。

[150] したがって、図示の実施形態が例のみを目的として記載され、以下の特許請求の範囲により規定される実施形態の限定として解釈されるべきではないことが理解されなければならない。例えば、クレームの要素が特定の組合せで以下に記載されることにも関わらず、実施形態が、上述されたよりも少数、多数、又は異なる要素の他の組合せを、最初にそのような組合せでクレームに記載されない場合であっても、含むことが明示的に理解されなければならない。２つの要素が、クレームに記載される組合せで組み合わせられるという教示は、クレームに記載された組合せで、２つの要素が互いに組み合わせられず、単独で又は他の組合せで組み合わせられて使用し得ることも可能なものとしても更に理解されたい。実施形態の任意の開示された要素の削除は、実施形態の範囲内にあることが明示的に意図される。

[151] 種々の実施形態を説明するために本明細書で使用された用語は、一般に定義される意味のみならず、本明細書における特別な定義により、一般的に定義された意味の範囲を超えた構造、材料、又は動作も含むものと理解されたい。したがって、要素が、２つ以上の意味を含むものとして本明細書の状況で理解することができる場合、クレームでのその使用は、本明細書及びその用語自体によりサポートされる可能な全ての意味への総称であるとして理解されなければならない。

[152] したがって、以下の特許請求の範囲の用語又は要素の定義は、本明細書において、文字通り記載された要素の組合せのみならず、実質的に同じ機能を実質的に同じように実行して、実質的に同じ結果を得る全ての均等な構造、材料、又は動作も含むものとして定義される。したがって、この意味で、２つ以上の要素の均等な置換も、以下の特許請求の範囲における要素の何れか１つで行われ得、又は１つの要素がクレーム中の２つ以上の要素の代わりになり得ることが意図される。要素は、特定の組合せで動作するものとして上述され得、そのように最初にクレームに記載されることさえもあるが、場合によっては、クレームに記載された組合せからの１つ又は複数の要素を組合せから削除することができ、クレームに記載された組合せをサブ組合せ又はサブ組合せの変形に向け得ることを明示的に理解されたい。

[153] 現在既知であるか、又は後の考案される、当業者により見たクレームに記載される趣旨からのわずかな変更は、均等に特許請求の範囲内にあるものとして明示的に意図される。したがって、現在又は後に当業者に知られる明らかな置換は、定義される要素の範囲内にあると定義される。

[154] したがって、特許請求の範囲は、特に上記で示され説明されたもの、概念的に均等であるもの、明らかに置換できるもの、及び実施形態の基本概念を基本的に組み込むものも含むものと理解されたい。

１０ハンドヘルド機器
１１マイクロ流体ディスクインターフェース
１２マイクロアレイ
１３Ｚステージ移動プラットフォーム
１４プリントステップ
１５ＳＡＷＲＦシールド
１６プロービングステップ
１７多機能ボタン
１８撮像ステップ
１９ＵＳＢポート
２０分析ステップ
２１スピーカ・マイクロホン
２２タンパク質抗原スポット
２３タッチディスプレイ
２４、２７蛍光タグ
２５抗体
２６、２９、３１ディスク
２８結果
３３ステータスＬＥＤ
３５ＳＤカード
３７入れ子式微小毛細管
４１励起スペクトル
４３放射スペクトル
４５洗浄リザーバ
４９血漿廃棄チャンバ
５２流体工学システム
５３標的
５４抗体捕捉
５５混合・複製チャンバ
５６反応チャンバ
５９混合チャンバ
６０上部チャンバ
６２、７４サイフォン
６３血液血清分離チャンバ
６４廃棄物チャンバ
６６ダクト
６７試料チャンバ
６８キャップ
７０装填チャンバ
７１キャビティ
７２血液血漿分離チャンバ
７３ＬＥＤ駆動装置
７５、１４１オペアンプ
７６反応検出チャンバ
７８、８０、８２チャンバ
７９増幅緩衝剤チャンバ
８３カメラノッチフィルタ
８４予備放射光フィルタ
８５ニトロセルロース膜
８７撮像チャンバ
８８マイクロベッテ
８９蛍光カメラ
９０ＳＡＷセンサ
９１ＬＥＤ
９２試薬パウチ
９３試薬
９４鼻用綿棒
９５綿棒先端部
９６下方傾斜ブレード
９８緩衝剤・溶解ビーズ
９９矢印
１００円錐形デバイス
１０１ファズボタンコネクタ
１０２綿棒チャンバ
１０４封止キャップ
１０６クラウドサーバ
１０７廃棄物チャンバ
１０８デバイスＡＰＩ
１１０患者
１１２病院
１１４医師
１１６ Oracleデータベース
１１８分散型台帳技術
１２９血清学的ＰＣＲリーダ
１３１、１６４カメラ
１３３マイクロ流体コントローラ
１３４マイクロアレイリーダ
１３５ＳＡＷリーダ
１３６マイクロ流体アセンブリベイ
１３７センサインターフェース
１３８レーザ
１３９レーザ駆動装置
１４０ＳＡＷＲＦインタポーザ
１４２ペルチェ要素
１４５温度・湿度センサ
１４６、１４８マイクロプロセッサ
１４７ＲＡＭメモリ
１４９フラッシュメモリ
１５０既製メインボード
１５１メモリ
１５２マイクロ流体基板
１５３磁石／キャビティ
１５４ディスクスピンドルモータ
１５５、１５９モータ駆動装置
１５６モータ
１５７磁気・光学インデックス駆動装置
１５８リミットスイッチ
１６０ＩＲＬＥＤ
１６１ローパスフィルタ
１６２ＬＥＤ駆動装置
１６４カメラ
１６６画像信号プロセッサ
１６８無線モジュール
１７０デジタルディスプレイ
１７２電力インターフェース
１７４携帯電話
１７６クラウドエコシステム
１７８検査サービスクラウド現場
１８０検査現場
１８２登録モジュール
１８４、１８８、１９０モジュール
１８６、２０２データベース
２０８記憶装置
２１０結果ポータル
２１２医療パートナーの電話

Claims

ポータブルハンドヘルド機器における被験者から採取された試料を野外診断検査して、ウイルスのウイルス抗原及び／又は抗体の存在を判断するクラウドベースのエコシステムの自動方法であって、
前記機器の回転可能ディスクにおける受けチャンバに前記試料を配置することと、
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記ポータブルハンドヘルド機器内の対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を処理することと、
自動制御下で、前記ポータブルハンドヘルド機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出することと、
自動制御下で、前記被験者に対応する前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記検出された定量的計測のデータ出力を生成することと、
自動制御下で、前記被験者に対応する前記データ出力をクラウドベースデータベースに通信することと、
自動制御下でクラウドベースエコシステムにおいて、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び／又は抗体と前記被験者に対応する前記通信されたデータ出力を比較分析して、前記被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断することであって、
自動制御下で、ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を分析することと、
自動制御下で、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較することと、
自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断することと、を含む、診断することと、
自動制御下で、前記比較分析の結果を前記クラウドベースエコシステムから前記被験者に通信することと、を含む自動方法。
自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断することは、自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力の対応するＺスコアが、前記ＣＯＶＩＤ１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染の前記ＺスコアではなくＣＯＶＩＤ－１９を示すか否かを判断することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染の前記マイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較することは、自動制御下で、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶ、一般的な風邪コロナウイルス（ＨＫＵ１、ＯＣ４３、ＮＬ６３、２２９Ｅ）、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び／又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む群から選択される複数の急性呼吸器感染症の前記マイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と比較することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断することであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、判断することは、自動制御下で、曲線下面積（ＡＵＣ）が測定される受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を使用して、抗原を評価し、広範なアッセイカットオフ値にわたり抗原陰性群から抗原陽性群の出力データを区別して、ＣＯＶＩＤ－１９を診断する高性能抗原を特定することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを判断することであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、判断することは、自動制御下で、複数の高性能抗原の組合せで計算された対応するヨーデン指標に基づいて、前記複数の高性能抗原の組合せからＣＯＶＩＤ－１９に最適な感度及び特異性を特定することを含む、請求項１に記載の自動方法。
前記検出手段は、抗原及び／又は抗体蛍光スポットのマイクロアレイを含み、自動制御下で、前記機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出することは、自動制御下で、抗原及び／又は抗体蛍光スポットの前記マイクロアレイのカラー画像の画像ファイルを生成することを含む、請求項１に記載の自動方法。
前記検出手段は、機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）を含み、自動制御下で、前記機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を検出することは、自動制御下で、前記機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）により直接捕捉され、又はウイルス抗原及び／又は抗体に対応する前記機能化表面弾性波検出器（ＳＡＷ）によりポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）複製ＤＮＡタグにより間接的に捕捉されるウイルス抗原及び／又は抗体の定量化に応答するＲＦ位相遅延検出信号を生成することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記機器内の前記対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を選択的に処理することは、自動制御下で、免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）抗体及び免疫グロブリンＭ（ＩｇＭ）抗体についてのＥＬＩＳＡ血液検査チェックを実行することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記機器内の前記対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を選択的に処理することは、自動制御下で、直接又は間接免疫蛍光法による共役蛍光標識を使用して免疫蛍光アッセイを実行することを含み、前記抗原に対する前記抗体の共役量は、蛍光生成源量に直接的に相関する、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記機器内の前記対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を選択的に処理することは、自動制御下で、ＰＣＲを使用して前記試料中の遺伝材料（ＤＮＡ又はＲＮＡ）の量を測定するとともに、Ｔａｑポリメラーゼを使用して高速ＤＮＡ増幅によりリアルタイム定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ－ｑＰＣＲ）を実行することを含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記機器内の前記対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を選択的に処理することは、
自動制御下で、前記試料の第１の部分から、ＤＮＡタグが付着した第１の抗体及び付着した磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）を有する第２の抗体を有する検体を捕捉することであって、前記第１の抗体、前記第２の抗体、前記検体、前記ＭＮＰ、及び前記ＤＮＡタグを含むサンドイッチが形成される、捕捉することと、
自動制御下で、検出器により確実に検出可能な量を提供することにより、等温増幅を使用して前記ＤＮＡタグを、前記検出器の最小質量感度限界を克服するのに十分な所定量のＤＮＡタグまで複製することと、
自動制御下で、前記試料の第２の部分をマイクロアレイに配置することと、
自動制御下で、前記マイクロアレイを使用して少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について前記試料の前記第２の部分を選択的にプロービングすることと、
自動制御下で、蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第２の部分中の抗体を識別することと、を含む、請求項１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記マイクロアレイを使用して前記少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について前記試料の前記第２の部分を選択的にプロービングすることは、
自動制御下で、所定の時間量にわたり、前記マイクロアレイ上の前記試料の前記第２の部分を培養することと、
蛍光標識された二次Ａｂを自動制御下で配置することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを洗浄することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを乾燥させることと、を含み、
蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第２の部分中の抗体を識別することは、
自動制御下で、前記マイクロアレイのカラー画像を生成することにより前記試料の前記第２の部分中のＩｇアイソタイプを検出することと、
自動制御下で、分析及び／又はデータ処理に向けて前記マイクロアレイの前記カラー画像をクラウドに通信することと、を含む、請求項１１に記載の自動方法。
前記マイクロアレイには、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供されており、自動制御下で、前記マイクロアレイを使用して前記少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について前記試料の前記第２の部分を選択的にプロービングすることは、
自動制御下で、スパイクタンパク質のレセプタ結合ドメイン（ＲＢＤ）のＤＮＡスポットが提供された前記マイクロアレイ、蛍光標識されたＡＣＥ２、及びＲＢＤ抗体を検出するためにヒトＩｇＧに対する別の蛍光標識された二次抗体を使用して中和抗体アッセイを実行することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを洗浄することと、
自動制御下で前記マイクロアレイを乾燥させることと、を含み、
自動制御下で、蛍光カメラを使用して前記マイクロアレイを読み取り、前記試料の前記第２の部分中の抗体を識別することは、
自動制御下で、少なくとも２つの異なる色を有する前記マイクロアレイのカラー画像を生成することであって、一色は前記試料の前記第２の部分に存在するＲＢＤ抗体用であり、第２の色はＡＣＥ２用であり、中和抗体又はＲＢＤ抗体のない前記試料の前記第２の部分は、ＡＣＥ２蛍光を用いて検出され、一方、ＲＢＤ抗体を有する試料又はＡＣＥ２－ＲＢＤ結合に干渉する中和抗体量が多い試料は、ＡＣＥ２蛍光量を低減して検出され、ＲＢＤ抗体がない場合、ＡＣＥ２蛍光の量は、相対中和活性について定量化することができ、
自動制御下で、分析及び／又はデータ処理に向けて前記マイクロアレイの前記カラー画像をクラウドに通信することと、を含む、請求項１１に記載の自動方法。
自動制御下で、前記マイクロアレイを使用して前記少なくとも１つの選択されたウイルスに対応する抗体について前記試料の前記第２の部分を選択的にプロービングすることは、自動制御下で、往復動を使用して前記試料の前記第２の部分をマイクロ混合することであって、液体要素に対して作用する遠心加速がまず、空気エネルギーを生成、貯蔵し、前記空気エネルギーは次に、前記遠心加速の低下により解放され、その結果として液体の流れる方向は逆になる、マイクロ混合することと、高及び低遠心加速が交互になったシーケンスを前記試料の前記第２の部分に適用して、培養／ハイブリダイゼーション中の抗体マクロ分子と抗原マクロ分子との間の培養／ハイブリダイゼーション効率を最大化することとを更に含む、請求項１１に記載の自動方法。
自動ポータブルハンドヘルド機器を使用して被験者から採取された試料を野外診断検査して、ウイルスのウイルス抗原及び／又は抗体の存在を判断する自動クラウドベースシステムであって、
前記機器内の回転可能ディスク内の試料受けチャンバと、
前記試料の性質に従って前記機器を使用し、診断検査を受ける前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記ポータブルハンドヘルド機器内の対応する検出手段を使用して、前記回転可能ディスクにおいて前記試料を自動的に処理するリーダと、
前記ポータブルハンドヘルド機器内の前記対応する検出手段を使用して前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の定量的計測を自動的に検出する検出器と、
前記被験者に対応する前記試料中の前記ウイルス抗原及び／又は抗体の前記検出された定量的計測のデータ出力を自動的に生成するデータ出力回路と、
前記被験者に対応する前記データ出力をクラウドベースデータベースに自動的に通信する通信回路と、
自動制御下で、複数の異なるタイプのウイルス抗原及び／又は抗体と前記被験者に対応する前記通信されたデータ出力を比較分析して、前記被験者が有する確率が最も高い又は以前に有した確率が最も高いウイルス感染がある場合、そのウイルス感染のタイプを診断し、前記比較分析の結果を前記クラウドベースエコシステムから前記被験者に自動的に通信するクラウドベースエコシステムと、を備え、
前記クラウドベースエコシステムは、
ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を分析することと、
ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染のマイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と自動的に比較することと、
陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなく前記ウイルスを統計学的に示すか否かを自動的に判断することと、を行うクラウドベースモジュールを備える、自動クラウドベースシステム。
陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを自動的に判断する前記クラウドベースモジュールは、自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力の対応するＺスコアが、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染の前記ＺスコアではなくＣＯＶＩＤ－１９を示すか否かを自動的に判断するクラウドベースモジュールを含む、請求項１５に記載の自動クラウドベースシステム。
自動制御下で、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する複数のウイルス感染の前記マイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と自動的に比較する前記クラウドベースモジュールは、ＣＯＶＩＤ－１９の陽性及び／又は陰性指示について前記通信されたデータ出力を、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２、ＳＡＲＳ－ＣｏＶ、ＭＥＲＳ－ＣｏＶ、一般的な風邪コロナウイルス（ＨＫＵ１、ＯＣ４３、ＮＬ６３、２２９Ｅ）、及びインフルエンザ、アデノウイルス、メタニューモウイルス、パラインフルエンザ、及び／又は呼吸器合抱体ウイルスの複数のサブタイプを含む群から選択される複数の急性呼吸器感染症の前記マイクロアレイの陽性及び／又は陰性指示について通信されたデータ出力と自動的に比較するクラウドベースモジュールを含む、請求項１５に記載の自動クラウドベースシステム。
自動制御下で、陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを自動的に判断する前記クラウドベースモジュールであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、自動的に判断する前記クラウドベースモジュールは、曲線下面積（ＡＵＣ）が測定される受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を使用して、抗原を自動的に評価し、広範なアッセイカットオフ値にわたり抗原陰性群から抗原陽性群の出力データを区別して、ＣＯＶＩＤ－１９を診断する高性能抗原を特定するクラウドベースモジュールを含む、請求項１５に記載の自動クラウドベースシステム。
陽性及び／又は陰性指示の前記通信されたデータ出力が、前記ＣＯＶＩＤ－１９抗原及び／又は抗体の少なくとも幾つかを共有する前記複数のウイルス感染ではなくＣＯＶＩＤ－１９を統計学的に示すか否かを自動的に判断する前記クラウドベースモジュールであって、それにより、偽陽性及び／又は偽陰性が有意に低下する、自動的に判断する前記クラウドベースモジュールは、自動制御下で、複数の高性能抗原の組合せで計算された対応するヨーデン指標に基づいて、前記複数の高性能抗原の組合せからＣＯＶＩＤ－１９に最適な感度及び特異性を自動的に特定するクラウドベースモジュールを含む、請求項１５に記載の自動クラウドベースシステム。