KR102424219B1 - 분석물의 검출을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

분석물의 검출을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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수미타 펜나투르
피터 조셉 크리살리
로날드 필립 치아렐로
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알베오 테크놀로지스 인크.
더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

실시양태는 하나 이상의 샘플 중의 하나 이상의 분석물의 존재를 검출하기 위한 분석물 검출 시스템 및 방법을 제공한다. 검출 방법에서는, 샘플 및 센서 화합물이 채널 내로 도입된다. 제1 전위차가 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 인가되고, 제1 전기적 특성 값이 검출된다. 연속해서, 제2 전위차가 제2의 반대 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 인가되고, 제2 전기적 특성 값이 검출된다. 채널 내의 분석물의 존재 또는 부재는 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값 간의 비교에 근거하여 결정된다.

Description

분석물의 검출을 위한 방법 및 시스템 {METHODS AND SYSTEMS FOR DETECTION OF ANALYTES}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "분석물의 검출을 위한 시스템"이란 발명의 명칭으로 2014년 10월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/507,825의 일부 계속 출원; "분석물의 검출을 위한 방법"이란 발명의 명칭으로 2014년 10월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/507,828의 일부 계속 출원; "수은(MERCURY)의 검출을 위한 시스템 및 방법"이란 발명의 명칭으로 2014년 10월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/507,818의 일부 계속 출원; "은(SILVER)의 검출을 위한 시스템 및 방법"이란 발명의 명칭으로 2014년 10월 6일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/507,820의 일부 계속 출원; 및 "핵산의 검출을 위한 시스템 및 방법"이란 발명의 명칭으로 2014년 11월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/535,378의 일부 계속 출원인데, 이들 특허 출원 각각은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
화학적 및 생물학적 분석물의 민감하고 선택적인 검출은 의료 및 환경적 시험 및 연구에 중요한 영향을 미친다. 예를 들어, 병원 및 실험실에서는 일상적으로, 중금속 중독 진단에서 잠재적으로 유해한 물질, 예컨대 수은 및 은을 검출하기 위해 생물학적 샘플을 시험한다. 유사하게, 핵산과 같은 생체 분자의 측정은 현대 의학의 기초이며 의학 연구, 진단, 요법 및 약물 개발에 사용된다.
나노세공(Nanopore) 서열 분석 기술이 핵산 분자를 검출하는 통상적인 방법이다. 나노세공 서열 분석의 개념은 지질 이중 층 막을 가로 질러, 즉 막의 깊이 또는 두께 치수를 가로 질러 연장되는 작은 구멍 또는 세공인 나노세공 개구를 활용한다. 나노세공 서열 분석은 뉴클레오티드가 상기 막 내의 나노세공을 통과하여 이동하게 하는 것, 즉 막의 깊이 또는 두께 치수를 따라 막의 상부 표면과 하부 표면 사이를 이동하게 하는 것을 포함한다. 막의 깊이 또는 두께 치수에 걸쳐 전위차가 인가되어 뉴클레오티드가 나노세공을 통과하여 이동할 수 있게 한다. 뉴클레오티드의 환경 상의 물리적 변화 (예를 들어, 나노세공을 통과하는 전류)는 뉴클레오티드가 나노세공을 횡단함에 따라 검출된다. 전류 상의 검출된 변화에 근거하여, 뉴클레오티드를 확인하고 서열 분석할 수 있다.
핵산 검출의 통상적인 시스템 및 기술의 범위를 개선하고 확대시키기 위한 분야가 확인되었고, 기술적인 해결책이 예시적인 실시양태에서 구현되었다.
하나의 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 채널의 전기적 특성과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값을 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여, 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 제1 측정 단계에서 측정되었던 채널의 길이의 동일한 부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 센서 화합물을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 메모리로부터, 채널의 길이의 적어도 일부분과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 센서 화합물을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 센서 화합물을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 센서 화합물과 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 센서 화합물을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 센서 화합물을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 센서 화합물과 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 센서 화합물로 코팅하는 단계; 채널을 센서 화합물로 코팅한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 및 채널에 도입된 샘플에 특정 분석물이 존재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 참조 채널 전기적 특성 값을 저장하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 센서 화합물을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제1 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제1 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라, 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제2 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제2 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값을 비교하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여 특정 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
하나의 예시적인 실시양태에 따라서, 검출 시스템이 제공된다. 이러한 검출 시스템은 기판을 포함하며, 이러한 기판은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는다. 상기 검출 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면(end section)과 유체 연통하는 제1 포트 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트를 포함한다. 상기 검출 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다. 이러한 제1 전극 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어 채널 회로를 형성한다. 이러한 채널 회로는 전기적 특성을 지니고 있고, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우, 이러한 전기 전도성 유체가 채널 회로의 전기적 특성을 변경시키도록 설정된다. 상기 검출 시스템은 또한, 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 분석물 검출 회로를 포함한다. 이러한 분석물 검출 회로는 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 측정 회로를 포함한다. 이러한 측정 회로는 측정 회로 출력을 가지는데, 이러한 측정 회로 출력은 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 포함한다. 분석물 검출 회로는 또한, 측정 회로 출력과 전기 통신하고, 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제1 값 및 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제2 값을 포함한, 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 저장하도록 설정된 메모리를 포함한다. 분석물 검출 회로는 추가로, 상기 메모리와 전기 통신하고, 적어도 제1 값과 제2 값을 입력으로서 갖는 비교 회로를 포함한다. 이러한 비교 회로는 적어도 제1 및/또는 제2 값에 적어도 부분적으로 근거한 비교 회로 출력을 제공하도록 설정된다. 비교 회로 출력은 특정 분석물이 적어도 하나의 채널 내에 존재하는 지의 여부를 나타낸다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 검출 시스템이 제공된다. 이러한 검출 시스템은 기판을 포함하며, 이러한 기판은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는다. 상기 검출 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면과 유체 연통하는 제1 포트 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트를 포함한다. 상기 검출 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함한다. 이러한 제1 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우에, 이러한 전기 전도성 유체가 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 회로를 완성하도록 한다. 상기 검출 시스템은 또한, 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 분석물 검출 회로망을 포함한다. 이러한 분석물 검출 회로망은 제1 전극과 제2 전극 간의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하도록 설정된다. 분석물 검출 회로망은 메모리를 포함하며, 이러한 메모리는 측정된 전기적 특성 값을 저장하도록 설정된다. 분석물 검출 회로망은 추가로, 상기 측정된 전기적 특성 값을 근거로 하여 적어도 하나의 채널에서의 특정 분석물의 존재를 검출하도록 설정된 비교 회로를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 검출 시스템이 제공된다. 이러한 검출 시스템은 유체 흐름을 수용하기 위한 수단, 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말(terminal end)에서 유체를 도입하기 위한 수단, 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제2 단말에서 유체를 출력하기 위한 수단, 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말과 제2 단말 사이에서 유체의 전기적 특성의 제1 값 및 제2 값을 검출하기 위한 수단, 및 상기 전기적 특성의 제1 값과 제2 값 간의 차이에 근거하여 유체 내에 특정 분석물이 존재하는 지의 여부를 결정하기 위한 수단을 포함한다.
하나의 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 채널의 전기적 특성과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값을 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여, 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 제1 측정 단계에서 측정되었던 채널의 길이의 동일한 부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 TPET2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPET2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 메모리로부터, 채널의 길이의 적어도 일부분과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 TPET2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPET2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPET2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 TPET2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPET2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPET2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPET2 분자와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPET2 분자를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPET2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPET2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; TPET2 분자를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPET2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPET2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPET2 분자와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 TPET2 분자로 코팅하는 단계; 채널을 TPET2 분자로 코팅한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 및 채널에 도입된 샘플에 수은 이온이 존재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 참조 채널 전기적 특성 값을 저장하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 수은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 TPET2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제1 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제1 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라, 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제2 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제2 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값을 비교하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여 수은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 수은 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는 기판; 적어도 하나의 채널의 제1 단면과 유체 연통하는 제1 포트; 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트를 포함한다. 상기 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하며, 이러한 제1 전극 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어 채널 회로를 형성하고; 이러한 채널 회로는 전기적 특성을 지니고 있고, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우, 이러한 전기 전도성 유체가 채널 회로의 전기적 특성을 변경시키도록 설정된다. 상기 시스템은 추가로, 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 수은 검출 회로를 포함하며, 이러한 수은 검출 회로는 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 측정 회로를 포함하고; 이러한 측정 회로는 측정 회로 출력을 가지며; 측정 회로 출력은 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 포함하고; 수은 검출 회로는 측정 회로 출력과 전기 통신하고, 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제1 값 및 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제2 값을 포함한, 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 저장하도록 설정된 메모리를 포함하며; 수은 검출 회로는 추가로, 상기 메모리와 전기 통신하고, 적어도 제1 값과 제2 값을 입력으로서 갖는 비교 회로를 포함하고; 이러한 비교 회로는 적어도 제1 및/또는 제2 값에 적어도 부분적으로 근거한 비교 회로 출력을 제공하도록 설정되며; 비교 회로 출력은 수은 이온이 적어도 하나의 채널 내에 존재하는 지의 여부를 나타낸다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 수은 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 유체 흐름을 수용하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말에서 유체를 도입하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제2 단말에서 유체를 출력하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말과 제2 단말 사이에서 유체의 전기적 특성의 제1 값 및 제2 값을 검출하기 위한 수단; 및 상기 전기적 특성의 제1 값과 제2 값 간의 차이에 근거하여 유체 내에 수은 이온이 존재하는 지의 여부를 결정하기 위한 수단을 포함한다.
하나의 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 전기적 특성과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값을 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여, 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 제1 측정 단계에서 측정되었던 채널의 길이의 동일한 부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 TPEA2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPEA2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 메모리로부터, 채널의 길이의 적어도 일부분과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 TPEA2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPEA2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPEA2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 TPEA2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPEA2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPEA2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPEA2 분자와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPEA2 분자를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPEA2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPEA2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; TPEA2 분자를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 TPEA2 분자를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; TPEA2 분자 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; TPEA2 분자와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 TPEA2 분자로 코팅하는 단계; 채널을 TPEA2 분자로 코팅한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 및 채널에 도입된 샘플에 은 이온이 존재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 참조 채널 전기적 특성 값을 저장하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 은 이온의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 TPEA2 분자를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제1 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제1 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라, 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제2 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제2 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값을 비교하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여 은 이온이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 은 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는 기판; 적어도 하나의 채널의 제1 단면과 유체 연통하는 제1 포트; 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트를 포함한다. 상기 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하며, 이러한 제1 전극 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어 채널 회로를 형성하고; 이러한 채널 회로는 전기적 특성을 지니고 있고, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우, 이러한 전기 전도성 유체가 채널 회로의 전기적 특성을 변경시키도록 설정된다. 상기 시스템은 추가로, 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 은 검출 회로를 포함하며, 이러한 은 검출 회로는 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 측정 회로를 포함하고; 이러한 측정 회로는 측정 회로 출력을 가지며; 측정 회로 출력은 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 포함하고; 은 검출 회로는 측정 회로 출력과 전기 통신하고, 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제1 값 및 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제2 값을 포함한, 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 저장하도록 설정된 메모리를 포함하며; 은 검출 회로는 추가로, 상기 메모리와 전기 통신하고, 적어도 제1 값과 제2 값을 입력으로서 갖는 비교 회로를 포함하고; 이러한 비교 회로는 적어도 제1 및/또는 제2 값에 적어도 부분적으로 근거한 비교 회로 출력을 제공하도록 설정되며; 비교 회로 출력은 은 이온이 적어도 하나의 채널 내에 존재하는 지의 여부를 나타낸다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 은 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 유체 흐름을 수용하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말에서 유체를 도입하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제2 단말에서 유체를 출력하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말과 제2 단말 사이에서 유체의 전기적 특성의 제1 값 및 제2 값을 검출하기 위한 수단; 및 상기 전기적 특성의 제1 값과 제2 값 간의 차이에 근거하여 유체 내에 은이 존재하는 지의 여부를 결정하기 위한 수단을 포함한다.
하나의 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 전기적 특성과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값을 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여, 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 제1 측정 단계에서 측정되었던 채널의 길이의 동일한 부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 채널 내의 샘플을 이용하여 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 샘플 채널 전기적 특성 값과 참조 채널 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 핵산 프로브를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 측정하는 단계; 메모리로부터, 채널의 길이의 적어도 일부분과 연관된 참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산 프로브가 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산 프로브의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 하나 이상의 핵산 프로브를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 하나 이상의 핵산 프로브를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 샘플을 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플을, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입하는 단계; 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 하나 이상의 핵산 프로브와 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정된 참조 채널 전기적 특성 값을 액세스하는 단계; 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정하는 단계; 및 참조 채널 전기적 특성 값과 상기 전기적 특성 값 간에 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 하나 이상의 핵산 프로브로 코팅하는 단계; 채널을 하나 이상의 핵산 프로브로 코팅한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계; 이전의 측정 단계 동안 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성에 근거하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정하는 단계; 및 채널에 도입된 샘플에 핵산이 존재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 참조 채널 전기적 특성 값을 저장하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 샘플 및 하나 이상의 핵산 프로브를, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제1 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제1 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 채널의 길이를 따라, 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 제2 전위차를 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제2 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성의 제2 전기적 특성 값을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값을 비교하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여 핵산이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 핵산 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는 기판; 적어도 하나의 채널의 제1 단면과 유체 연통하는 제1 포트; 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트를 포함한다. 상기 시스템은 또한, 적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하며, 이러한 제1 전극 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어 채널 회로를 형성하고; 이러한 채널 회로는 전기적 특성을 지니고 있고, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우, 이러한 전기 전도성 유체가 채널 회로의 전기적 특성을 변경시키도록 설정된다. 상기 시스템은 추가로, 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 검출 회로를 포함하며, 이러한 검출 회로는 제1 및 제2 전극과 전기 통신하는 측정 회로를 포함하고; 이러한 측정 회로는 측정 회로 출력을 가지며; 측정 회로 출력은 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 포함하고; 검출 회로는 측정 회로 출력과 전기 통신하고, 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제1 값 및 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제2 값을 포함한, 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 저장하도록 설정된 메모리를 포함하며; 검출 회로는 추가로, 상기 메모리와 전기 통신하고, 적어도 제1 값과 제2 값을 입력으로서 갖는 비교 회로를 포함하고; 이러한 비교 회로는 적어도 제1 및/또는 제2 값에 적어도 부분적으로 근거한 비교 회로 출력을 제공하도록 설정되며; 비교 회로 출력은 핵산이 적어도 하나의 채널 내에 존재하는 지의 여부를 나타낸다.
또 다른 예시적인 실시양태에 따라서, 핵산 검출 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 유체 흐름을 수용하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말에서 유체를 도입하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제2 단말에서 유체를 출력하기 위한 수단; 유체 흐름을 수용하기 위한 수단의 제1 단말과 제2 단말 사이에서 유체의 전기적 특성의 제1 값 및 제2 값을 검출하기 위한 수단; 및 상기 전기적 특성의 제1 값과 제2 값 간의 차이에 근거하여 유체 내에 핵산이 존재하는 지의 여부를 결정하기 위한 수단을 포함한다.
예시적인 실시양태의 전술된 및 다른 목적, 측면, 특징 및 이점은 첨부되는 도면과 연계해서 취해진 다음의 설명을 참조로 하여 보다 명백해질 것이고 더 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 단일 채널을 포함한 예시적인 검출 시스템의 상면도를 예시한 것이다.
도 1b는 도 1a의 예시적인 검출 시스템의 횡단면 측면도를 예시한 것이다.
도 2는 응집체 입자 및 전기 이중 층 (EDL)을 보여주는, 도 1a의 예시적인 검출 시스템의 채널의 도식적 횡단면 측면도를 예시한 것이다.
도 3은 다수의 채널을 포함한 예시적인 검출 시스템의 상면도를 예시한 것이다.
도 4는 다수의 채널을 포함한 또 다른 예시적인 검출 시스템의 상면도를 예시한 것이다.
도 5는 예시적인 검출 시스템 내에서의 예시적인 이온을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 6a 및 6b는 예시적인 분석물의 상이한 농도하에 특정 채널에서 측정된 예시적인 전도율 값을 예시하는 그래프이다.
도 7a, 7b, 8a, 8b, 및 9 내지 16은 샘플 중의 특정 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 검출하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 플로차트이다.
도 17a 및 17b는 샘플 중의 용매를 검출하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 플로차트이다.
도 18은 예시적인 컴퓨터 실행 가능 방법을 구현하고 실행하는데 사용될 수 있는 예시적인 프로세싱 또는 컴퓨팅 장치의 블록도이다.
도 19a, 19b 및 20 내지 27은 샘플 중의 핵산을 검출하기 위한 예시적인 방법을 예시하는 플로차트이다.
도 28은 핵산의 검출 동안 핵산 응집체의 형성을 도식적으로 예시한 것이다.
도 29a 및 29b는 샘플 중의 핵산을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 방법을 예시하는 플로차트이다.
첨부 도면은 일정한 비율로 그려지는 것이 아니다.
분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산 및 뉴클레오티드) 검출의 통상적인 시스템 및 기술을 개선하기 위한 분야가 확인되었고, 기술적인 해결책이 예시적인 실시양태에서 구현되었다. 예시적인 실시양태는 나노 및 마이크로 유체 표면 화학, 동전기학 및 유체 역학에 대한 지식과 연결되어 새로운 기능적 능력을 제공하는 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산) 검출 시스템 및 기술을 제공한다. 나노세공 기술과 같은 통상적인 기술과 비교하여, 실시양태는 개선된 치수 정밀도 및 제어를 제공하여, 새로운 기능성과 증강된 장치 성능을 초래한다.
실시양태는 하나 이상의 샘플 중의 하나 이상의 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 분석물 검출 시스템 및 방법을 제공한다. 예시적인 검출 시스템은 샘플 및 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 핵산 검출을 위한 핵산 프로브)을 수용하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함하며, 이러한 채널은 그 길이가 폭 보다 치수면에서 상당히 더 큰 폭과 길이를 갖는다. 예시적인 검출 시스템은 채널이 관심 분석물을 함유하는 지를 결정하기 위하여 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성을 검출하도록 프로그램되거나 또는 설정된 분석물 검출 회로를 포함한다.
일부 경우에, 센서 화합물은 분석물이 샘플 중에 존재하는 경우, 이러한 분석물의 입자와 센서 화합물의 입자 간의 직접 또는 간접 상호 작용으로 인해, 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 변경시키는 응집체가 형성되도록 선택될 수 있다. 특정의 경우에, 예시적인 채널은 관심 분석물의 입자 또는 이온과 이러한 관심 분석물을 검출하기 위해 사용된 센서 화합물의 입자 간의 상호 작용으로 인해 채널 내에 형성된 응집체의 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 이보다 더 작은 깊이 및/또는 폭을 갖도록 설정될 수 있다. 따라서, 응집체의 형성이 채널 내에서의 전도성 입자의 흐름을 부분적으로 또는 완전히 차단시킬 수 있는데, 이로써 채널의 길이를 따라 전류 및 전기 전도율(conductivity)이 감소되고 채널의 길이를 따라 저항률(resistivity)이 증가될 수 있다. 분석물 검출 회로는 응집체가 채널에 존재하는지를 결정하기 위하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다의 도입시 채널의 전기적 특성에서의 이러한 측정 가능한 변화를, 참조 값에 대해 상대적으로 비교할 수 있다. 응집체가 채널에 존재한다는 결정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로는 샘플이 관심 분석물을 함유한다고 결정할 수 있다.
특정의 다른 경우에, 응집체 입자는 전기적으로 전도성일 수 있고, 응집체 입자의 형성은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로를 증강시킬 수 있는데, 이로써 채널의 길이를 따라 측정된 전기 전도율 및 전류에서의 측정 가능한 증가가 야기될 수 있다. 이들 경우에, 응집체의 형성은 채널의 길이를 따라 저항률에서의 측정 가능한 감소를 야기시킬 수 있다. 분석물 검출 회로는 응집체가 채널에 존재하는지를 결정하기 위하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다의 도입시 채널의 전기적 특성에서의 이러한 측정 가능한 변화를, 참조 값에 대해 상대적으로 비교할 수 있다. 응집체가 채널에 존재한다는 결정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로는 샘플이 관심 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)을 함유한다고 결정할 수 있다.
분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 기술은 채널에서의 응집체의 형성에 의해 야기되는 채널에서의 다이오드 형 동작(diode-like behavior)의 존재를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 응집체의 부재 하에서는, 실질적으로 유사한 크기 (예를 들어, +500 V)를 갖는 전위차가 인가되면, 전위차 또는 전기장의 인가 방향과 상관없이, 채널의 길이를 따라 검출되는 전기적 특성 (예를 들어, 전류)이 실질적으로 동일한 크기가 될 수 있다. 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 전위차가 인가되는 경우 (예를 들어, 이로써 양극이 채널의 제1 말단에서 또는 그 근처에서 입력 포트에 있게 되고, 음극이 채널의 제2 말단에서 또는 그 근처에서 출력 포트에 있게 된다), 이로써 생성되는 전류는 전위차가 반대 방향으로 인가되는 경우 (예를 들어, 이로써 양극이 출력 포트에 있게 되고, 음극이 입력 포트에 있게 된다)에 생성되는 전류와 그 크기 면에서 실질적으로 동등할 수 있다.
채널 내에 응집체가 형성되면, 인가된 전위차 또는 전기장의 방향을 역전시켜 채널에서 검출된 전기적 특성 상의 변화를 유발시키는 다이오드 형 동작이 야기될 수 있다. 이러한 다이오드 형 동작은 검출된 전류가 전기장의 방향에 따라 그 크기 면에서 다양해지도록 한다. 전기장 또는 전위차가 제1 방향으로 인가될 때, 전류의 크기는 전위차 또는 전기장이 반대 방향으로 인가될 때와 상이한 크기일 수 있다. 따라서, 제1 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제1 방향으로 인가될 때 검출됨)과 제2 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제2의 반대 방향으로 인가될 때 검출됨)을 비교하여 응집체를 검출할 수 있게 되고, 이로써 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)을 검출할 수 있게 된다. 이러한 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등한 경우에는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)을 함유하지 않는다고 결정할 수 있다. 다른 한편으로는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등하지 않는 경우에는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)을 함유한다고 결정할 수 있다. 다시 말해서, 전기적 특성의 값의 합 (한 방향에서 양성이고, 다른 방향에서 음성)은 응집체의 부재 하에서는 실질적으로 제로이고, 응집체의 존재 하에서는 실질적으로 제로가 아니다.
통상적인 나노세공 기술과는 반대로, 예시적인 실시양태는 채널의 깊이 또는 두께 치수에 걸쳐서가 아니라, 채널의 길이를 따라 하나 이상의 전기적 특성을 검출하는 것을 포함한다. 예시적인 실시양태의 채널은 그의 폭보다 치수 면에서 상당히 더 큰 길이를 가지며, 개구, 구멍 또는 세공으로서 설정되지 않는다. 이로써, 예시적인 채널은 전기적 특성이 검출되기 전에, 샘플 및 센서 화합물이 이러한 채널의 길이를 따라 유동될 수 있게 해줌으로써, 전기적 특성 전반에 걸쳐 개선된 치수 정밀도 및 제어를 가능하게 해준다. 더욱이, 예시적인 실시양태는 통상적인 나노세공 기술에서와 같이 뉴클레오티드의 검출로만 제한되지 않는다.
특정 실시양태에서, 전기적 특성 이외의 채널의 하나 이상의 특성은 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 관심 핵산 및/또는 뉴클레오티드)이 채널에 존재하는 지의 여부를 결정하는 데 있어서 검출될 수 있다. 이들 특성은 음향 검출, 공명-방식 파라메트릭 검출, 광학 검출, 분광 검출, 형광 염료 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 기술을 이용하여 검출할 수 있다.
I. 용어의 정의
예시적인 실시양태와 연계해서 사용된 특정 용어들이 다음에 정의된다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "검출 시스템", "검출 방법" 및 "검출 기술"은 적어도 하나의 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성을 측정함으로써 샘플 중의 특정 분석물을 검출하기 위한 시스템 및 방법을 포괄한다. 이러한 분석물은 수은, 은, 또는 관심 핵산 및/또는 뉴클레오티드일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "채널"은 명확히 정의된 내부 표면과, 이러한 내부 표면에 의해 둘러싸인, 유체를 수용하도록 설정된 내부 공간을 갖도록 설정되는 검출 시스템 내의 도관을 포괄한다. 일부 실시양태에서, 채널의 내부 표면은 마이크로 제작되고 매끄러운 표면을 제시하도록 설정된다. 예시적인 채널은 다음 치수를 가질 수 있다: 그의 가장 긴 치수 (y-축)를 따라 측정되고 검출 시스템의 기판에 실질적으로 평행한 평면을 따라 연장되는 길이 (l); 그의 가장 긴 치수에 수직인 축 (x-축)을 따라 측정되고 실질적으로 상기 기판에 평행한 평면을 따라 연장되는 폭 (w); 및 기판에 평행한 평면에 실질적으로 수직인 축 (z-축)을 따라 측정된 깊이 (d). 예시적인 채널은 그의 폭 및 그의 깊이보다 실질적으로 더 큰 길이를 가질 수 있다. 일부 경우에, 길이:폭 간의 예시적인 비율은 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1, 13:1, 14:1, 15:1, 16:1, 17:1, 18:1, 19:1, 20:1, 모든 중간 비율 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 특정의 경우에, 예시적인 채널은 센서 화합물과 관심 분석물 간의 상호 작용으로 인해 채널에서 형성될 수 있는 응집체 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 이보다 더 작은 깊이 및/또는 폭을 갖도록 설정될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "분석물"은 예시적인 검출 시스템 또는 방법을 이용하여 그의 존재 또는 부재를 검출할 수 있는 물질을 포괄한다. 예시적인 실시양태를 이용하여 검출될 수 있는 예시적인 분석물은 유기 물질 (예를 들어, 생체 분자) 또는 무기 물질 (예를 들어, 금속 이온)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태를 이용하여 검출될 수 있는 특정의 분석물은 은, 수은, 하나 이상의 용매, 하나 이상의 핵산, 및/또는 하나 이상의 뉴클레오티드를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "샘플"은 샘플이 관심 분석물을 포함하는 지의 여부를 결정하기 위하여 예시적인 검출 시스템 또는 방법에 의해 분석될 수 있는 시험 물질을 포괄한다. 예시적인 실시양태에서 시험될 수 있는 예시적인 샘플은 타액, 혈액, 혈장, 뇨, 대변과 같은 생물학적 유체로부터 유래된 것을 포함한 임의의 유체; 토양 샘플; 도시 용수 샘플; 공기 샘플 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "센서" 및 "센서 화합물"은 응집체의 형성을 유발시키기 위하여 하나 이상의 다른 센서 화합물을 통하여 샘플 중의 관심 분석물과 직접적으로 또는 간접적으로 상호 작용하는 물질을 포괄한다. 관심 분석물이 수은인 예에서는, 적합한 센서 화합물이 TPET2일 수 있다. 관심 분석물이 은인 예에서는, 적합한 센서 화합물이 TPEA2일 수 있다. 관심 분석물이 핵산 및/또는 뉴클레오티드인 예에서는, 적합한 센서 화합물이 하나 이상의 핵산 프로브 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 포획 프로브, 하나 이상의 핵산 가교 결합성 프로브, 하나 이상의 핵산 사전 증폭 프로브, 하나 이상의 핵산 표지 증량제, 하나 이상의 핵산 증폭 프로브 등)일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "응집체"는 분석물의 입자와 하나 이상의 센서 화합물의 입자로 구성된 거대분자 구조를 포괄한다. 따라서, 응집체 입자는 분석물 입자의 단위 치수 또는 단위 크기보다 더 크고 센서 화합물의 치수 또는 단위 크기보다 더 큰 단위 치수 또는 단위 크기를 갖는다. 응집체는 분석물의 입자와 하나 이상의 센서 화합물의 입자 간의 직접적 및/또는 간접적 상호 작용으로 인해 예시적인 검출 시스템의 채널에서 형성될 수 있다. 특별한 분석물을 검출하기 위한 예시적인 검출 시스템 및 방법에서는, 하나 이상의 센서 화합물이 다른 물질을 통하여 직접적으로 또는 간접적으로 상기 분석물과 상호 작용하여 채널 내에 응집체를 형성하도록 하나 이상의 센서 화합물을 선택할 수 있다. 따라서, 채널 내에서의 응집체 입자의 존재는 이러한 채널 내에서의 분석물의 존재를 표시하는 반면, 채널 내에서의 응집체 입자의 부재는 이러한 채널 내에서의 분석물의 부재를 표시한다.
채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차가 인가되는 특정의 경우에, 응집체의 형성은 채널 내의 유체 흐름에 있어서의 부분적 또는 완전한 봉쇄를 야기할 수 있고; 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기 전도율 또는 전류 상의 측정 가능한 감소 및/또는 전기 저항률 상의 측정 가능한 증가를 유발시킬 수 있다. 특정의 다른 경우에, 응집체의 입자는 전기적으로 전도성일 수 있으므로, 응집체의 형성은 채널의 전기 전도율을 증강시킴으로써, 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기 전도율 또는 전류 상의 측정 가능한 증가 및/또는 전기 저항률 상의 측정 가능한 감소를 유발시킬 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "전기적 특성"은 채널을 따라 얼마나 많은 전류가 전도되는지를 정량화하는 측정치; 전류를 전도할 수 있는 채널 (및/또는 채널의 임의의 내용물)의 능력을 정량화하는 측정치; 채널 (및/또는 채널의 임의의 내용물)이 전류의 흐름에 얼마나 강하게 반대하는지를 정량화하는 측정치 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 채널의 하나 이상의 특징을 포괄한다. 예시적인 실시양태에서, 전기적 특성은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 검출될 수 있다. 실시양태에서 검출된 예시적인 전기적 특성은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전도된 전류의 측정치, 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기 전도율의 측정치, 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기 저항률의 측정치, 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸친 전위차의 측정치 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은, 전기적 특성 값과 관련한 용어 "참조"는 샘플과 모든 필요한 센서 화합물 (예를 들어, TPET2, TPEA2, 또는 핵산 프로브) 둘 다를 채널 내로 도입하고 이러한 채널 내에서 서로 상호 작용할 수 있도록 한 상태 이전에 채널의 전기적 특성의 특정 값 또는 일정 범위의 값을 포괄한다. 즉, 참조 값은 샘플 중의 관심 분석물과 이러한 관심 분석물을 검출하기 위해 사용된 모든 센서 화합물 간의 상호 작용 이전의 채널을 명확히 규명하는 값이다. 일부 경우에, 참조 값은 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 샘플을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플을 채널 내로 도입한 후이지만, 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전 (예를 들어, 적어도 하나의 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전)인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플 또는 센서 화합물 중 하나를 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플 또는 센서 화합물 중 하나를 채널 내로 도입하기 전이지만, 완충제 용액을 채널 내로 도입한 후인 시간 주기에 검출할 수 있다.
일부 경우에, 참조 값은 미리 결정하고 이를 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있는데, 이러한 매체로부터 상기 참조 값을 액세스할 수 있다. 다른 경우에, 참조 값은 검출 시스템의 사용 동안 하나 이상의 전기적 특성 측정으로부터 결정될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "데이터", "내용물", "정보" 및 유사한 용어는 본 발명의 실시양태에 따라서 전송, 수신 및/또는 저장될 수 있는 데이터를 지칭하기 위해 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 따라서, 임의의 상기 용어의 사용이 본 발명의 실시양태의 요지 및 범위를 제한하지 않아야 한다. 추가로, 특정 모듈, 프로세서 또는 장치가 또 다른 모듈, 프로세서 또는 장치로부터 데이터를 수신하도록 본원에 기재되는 경우에는, 데이터가 또 다른 모듈, 프로세서 또는 장치로부터 직접 수신될 수 있거나 또는 하나 이상의 중간 모듈 또는 장치, 예컨대 예를 들어, 하나 이상의 서버, 계전기, 라우터(router), 네트워크 액세스 포인트, 기지국, 호스트 등 (종종 본원에서 "네트워크"로서 지칭됨)을 통하여 간접적으로 수신될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 유사하게, 컴퓨팅 장치가 데이터를 또 다른 컴퓨팅 장치에 송신하는 것으로 본원에 기재되는 경우에는, 데이터가 또 다른 컴퓨팅 장치에 직접 송신될 수 있거나 또는 하나 이상의 중간 컴퓨팅 장치, 예컨대 예를 들어, 하나 이상의 서버, 계전기, 라우터, 네트워크 액세스 포인트, 기지국, 호스트 등을 통하여 간접적으로 송신될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "모듈"은 하나 이상의 특별한 기능을 수행하도록 설정된 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포괄한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 그 위에 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 소프트웨어 프로그램을 코딩하기 위한 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 전산 시스템 또는 전산 시스템의 모듈에 의해 액세스될 수 있는 비-일시적 저장 하드웨어, 비-일시적 저장 장치 또는 비-일시적 컴퓨터 시스템 메모리를 지칭한다. "비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체"는 전산 시스템 또는 전산 시스템의 모듈에 의해 액세스되어, 매체상에서 코딩된 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 소프트웨어 프로그램을 검색 및/또는 실행할 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 비-일시적 하드웨어 메모리, 비-일시적 유형 매체 (예를 들어, 하나 이상의 자기 저장 디스크, 하나 이상의 광 디스크, 하나 이상의 USB 플래시 드라이브), 컴퓨터 시스템 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 (예컨대, DRAM, SRAM, EDO RAM) 중 하나 이상의 유형 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "세트"는 하나 이상의 항목의 컬렉션을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "복수 개"는 2개 이상의 항목을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "동등한" 및 "실질적으로 동등한"은 넓은 의미에서 상호 교환적으로, 어느 정도 허용 오차 내에서의 정확한 동등 또는 근사 동등을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "유사한" 및 "실질적으로 유사한"은 넓은 의미에서 상호 교환적으로, 어느 정도 허용 오차 내에서의 정확한 동일성 또는 근사 유사성을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "연결되다" 및 "연결하다"는 2개 이상의 성분 간의 직접적 또는 간접적 연결을 포괄한다. 예를 들어, 제1 성분은 제2 성분에 직접적으로 또는 하나 이상의 중간 성분을 통하여 연결될 수 있다.
본 발명의 일부 예시적인 실시양태는 본 발명의 전부는 아니지만 일부 실시양태가 제시되는 첨부 도면을 참조로 하여 다음에 보다 상세히 기재될 것이다. 실제로, 이들 발명은 많은 상이한 형태로 구체화될 수 있으며 본원에 제시된 실시양태로 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하며; 오히려, 이러한 실시양태는 본 개시내용이 적용 가능한 법적 요건들을 만족시키도록 제공된다. 동일한 번호는 전반적으로 동일한 요소를 지칭한다.
II. 예시적인 분석물 검출 시스템
예시적인 검출 시스템은 적어도 하나의 채널을 포함하고; 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성을 검출하여, 채널이 분석물 (예를 들어, 수은; 은; 또는 특별한 관심 핵산 및/또는 특별한 관심 뉴클레오티드)을 함유하는 지의 여부를 결정한다. 예시적인 검출 시스템은 샘플 및 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 핵산 검출을 위한 하나 이상의 핵산 프로브)을 수용하기 위한 하나 이상의 채널, 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 위한 하나 이상의 입력 포트, 및 일부 실시양태에서, 그를 통하여 채널의 내용물을 제거할 수 있는 하나 이상의 출력 포트를 포함하도록 설정될 수 있다.
하나 이상의 센서 화합물은 분석물이 샘플 중에 존재하는 경우, 이러한 분석물의 입자와 센서 화합물의 입자 간의 직접적 또는 간접적 상호 작용으로 인해, 채널의 길이의 적어도 일부분의 하나 이상의 전기적 특성을 변경시키는 응집체가 형성되도록 선택될 수 있다. 특정의 경우에, 응집체 입자의 형성은 채널 내에서의 유체 흐름을 억제 또는 차단시킬 수 있으므로, 채널의 길이를 따라 측정된 전기 전도율 및 전류 상의 측정 가능한 하락을 유발시킬 수 있다. 유사하게, 이들 경우에, 응집체의 형성은 채널의 길이를 따라 저항률 상의 측정 가능한 증가를 유발시킬 수 있다. 특정의 다른 경우에, 응집체 입자는 전기적으로 전도성일 수 있고, 응집체 입자의 형성은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로를 증강시킴으로써, 채널의 길이를 따라 측정된 전기 전도율 및 전류 상의 측정 가능한 증가를 유발시킬 수 있다. 이들 경우에, 응집체의 형성은 채널의 길이를 따라 저항률 상의 측정 가능한 감소를 유발시킬 수 있다.
예시적인 채널은 다음 치수를 가질 수 있다: 그의 가장 긴 치수 (y-축)를 따라 측정되고 검출 시스템의 기판에 평행한 평면을 따라 연장되는 길이; 그의 가장 긴 치수에 수직인 축 (x-축)을 따라 측정되고 상기 기판에 평행한 평면을 따라 연장되는 폭; 및 기판에 평행한 평면에 수직인 축 (z-축)을 따라 측정된 깊이. 예시적인 채널은 그의 폭 및 그의 깊이보다 실질적으로 더 큰 길이를 가질 수 있다. 일부 경우에, 길이:폭 간의 예시적인 비율은 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1, 11:1, 12:1, 13:1, 14:1, 15:1, 16:1, 17:1, 18:1, 19:1, 20:1, 중간 비율 등일 수 있다.
특정의 경우에, 예시적인 채널은 관심 분석물 (예를 들어, 수은, 은, 또는 핵산)의 입자와 이러한 관심 분석물을 검출하기 위해 사용된 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 핵산 검출을 위한 핵산 프로브)의 입자 간의 상호 작용으로 인해 채널 내에 형성된 응집체의 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 이보다 더 작은 깊이 및/또는 폭을 갖도록 설정될 수 있다.
예시적인 채널은 1 nm 내지 50,000 nm의 범위이지만, 이러한 예시적인 범위로 제한되지 않는 x-축을 따라 취해진 폭을 가질 수 있다. 예시적인 채널은 10 nm 내지 2 cm의 범위이지만, 이러한 예시적인 범위로 제한되지 않는 y-축을 따라 취해진 길이를 가질 수 있다. 예시적인 채널은 1 nm 내지 1 마이크로미터의 범위이지만, 이러한 예시적인 범위로 제한되지 않는 z-축을 따라 취해진 폭을 가질 수 있다.
예시적인 채널은 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, D-형상 (등방성 에칭에 기인함) 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 횡단면 형상 (예를 들어, x-z 평면을 따라 취한 횡단면)을 가질 수 있다.
도 1a 및 1b는 샘플 중의 특정 분석물 (예를 들어, 수은; 은; 또는 특별한 핵산 또는 특별한 뉴클레오티드)의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 검출 시스템 (100)을 예시한 것이다. 도 1a는 이러한 시스템의 상면도인 반면, 도 1b는 상기 시스템의 횡단면 측면도이다. 검출 시스템 (100)은 실질적으로 수평 x-y 평면을 따라 연장되는 기판 (102)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 기판 (102)은 유전 재료, 예를 들어, 실리카로 형성될 수 있다. 기판 (102)에 대한 다른 예시적인 재료는 유리, 사파이어, 다이아몬드 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
기판 (102)은 적어도 내부 표면 (106) 및 유체를 수용하기 위한 내부 공간 (108)을 갖는 채널 (104)을 지지하거나 또는 포함할 수 있다. 일부 경우에, 채널 (104)은 기판 (102)의 상부 표면에서 에칭될 수 있다. 채널 (104)의 내부 표면 (106)에 대한 예시적인 재료는 유리, 실리카 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
채널 (104) 및 기판 (102)은 특정 실시양태에서 유리로 형성될 수 있다. 생물학적 조건은 생물학적 유체에 유리가 서서히 용해되고 유리 표면에 단백질과 작은 분자가 부착되기 때문에 유리 파생 주입의 사용에 장애가 된다. 특정의 비제한적 실시양태에서, 자기 조립 단층을 이용한 표면 변형은 분석물 검출 및 분석을 위해 유리 표면을 변형시키는 접근 방식을 제공한다. 특정 실시양태에서, 채널 (104)의 내부 표면 (106)의 적어도 일부분은 내부 표면에 대한 센서 화합물의 특이적 공유 결합을 가능하게 하는 재료를 포함하도록 미리 처리되거나 공유적으로 변형될 수 있거나 또는 상기 재료로 코팅될 수 있다. 특정 실시양태에서, 채널을 덮는 커버 슬립 (114)이 또한, 특정 재료로 공유적으로 변형될 수 있다.
채널 (104)의 내부 표면 (106)을 변형시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 재료는 실란 화합물 (예를 들어, 트리클로로실란, 알킬실란, 트리에톡시실란, 퍼플루오로 실란), 쯔비터이온성 술톤, 폴리(6-9)에틸렌 글리콜 (Peg), 퍼플루오로옥틸, 플루오레세인, 알데히드, 그래핀 화합물 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 채널의 내부 표면의 공유적 변형은 특정 분자의 비특이적 흡수를 방지할 수 있다. 한 예에서, 내부 표면의 공유적 변형은 내부 표면에 대한 다른 분자의 비특이적 흡수를 방지하면서 내부 표면에 대한 센서 화합물 분자의 공유 결합을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 폴리(에틸렌 글리콜) (Peg)을 이용하여 채널 (104)의 내부 표면 (106)을 변형시켜, 이러한 내부 표면에 대한 재료의 비특이적 흡수를 저하시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 채널 (104)은 윤곽이 분명하고 매끄러운 내부 표면 (106)을 가지도록 나노 또는 마이크로 제작될 수 있다. 채널을 제작하고 채널의 내부 표면을 변형시키기 위한 예시적인 기술이 문헌 [Sumita Pennathur and Pete Crisalli (2014), "Low Temperature Fabrication and Surface Modification Methods for Fused Silica Micro- and Nanochannels", MRS Proceedings, 1659, pp 15-26. doi:10.1557/opl.2014.32]에 교시되는데, 그 전문이 본원에 명확히 참조로 포함된다.
채널 (104)의 제1 단면은 입력 포트 (110)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있고, 채널 (104)의 제2 단면은 출력 포트 (112)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 특정의 비제한적 실시양태에서, 상기 포트 (110 및 112)는 채널 (104)의 단말에 제공될 수 있다.
채널 (104) 및 포트 (110, 112)를 갖는 기판 (102)의 상부 표면은 일부 실시양태에서, 커버 슬립 (114)으로 덮어 밀봉할 수 있다.
제1 전극 (116)은, 예를 들어 입력 포트 (110)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제1 단면에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 (118)은, 예를 들어 출력 포트 (112)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제2 단면에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 전극 (116, 118)은 이러한 제1 전극과 제2 전극 사이에 전위차를 인가하기 위하여 전력 공급 또는 전압원 (120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차가 인가된다. 유체가 채널 (104)에 존재하고 상기 인가된 전위차의 영향하에 있는 경우, 전극 (116, 118) 및 유체는 완전한 전기 경로를 창출할 수 있다.
전력 공급 또는 전압원 (120)은 채널 길이를 따라 (y-축을 따라) 제1 방향으로 전위차가 인가되고 또한 (y-축을 따라) 제2의 반대 방향으로 인가되는 가역적 방식으로 전기장을 인가하도록 설정될 수 있다. 전기장 또는 전위차 방향이 제1 방향인 한 예에서는, 양극이, 예를 들어 입력 포트 (110)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제1 단면에 연결될 수 있고, 음극이, 예를 들어 출력 포트 (112)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제2 단면에 연결될 수 있다. 전기장 또는 전위차 방향이 제2의 반대 방향인 또 다른 예에서는, 음극이, 예를 들어 입력 포트 (110)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제1 단면에 연결될 수 있고, 양극이, 예를 들어 출력 포트 (112)에서 또는 그 근처에서, 채널 (104)의 제2 단면에 연결될 수 있다.
채널 (104)의 제1 및 제2 단면 [예를 들어, 입력 포트 (110) 및 출력 포트 (112)에서 또는 그 근처에서]은 분석물이 채널 (104)에 존재 또는 부재하는 지의 여부를 결정하기 위하여 채널 (104)의 하나 이상의 전기적 특성 값을 검출하도록 프로그램되거나 또는 설정되는 분석물 검출 회로 (122)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전기적 특성 값은 단일 시간 주기 (예를 들어, 샘플 및 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후 특정 시간 주기) 또는 다수의 상이한 시간 주기 (예를 들어, 샘플과 하나 이상의 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입하기 전 및 후)에 검출될 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성은 전류, 전도율, 전압, 저항 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 특정의 예시적인 분석물 검출 회로 (122)는 프로세서 또는 컴퓨팅 장치, 예를 들어 도 18에 예시된 장치 (1700)로서 포함되거나 또는 설정될 수 있다. 특정의 다른 분석물 검출 회로 (122)는 전류계, 전압계, 저항계 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
한 실시양태에서, 분석물 검출 회로 (122)는 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값을 측정하도록 프로그램되거나 또는 설정된 측정 회로 (123)를 포함할 수 있다. 분석물 검출 회로 (122)는 또한, 일정 시간 주기에 걸쳐 채널의 전기적 특성의 하나 이상의 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링하고 상기 값이 평형에 도달한 후 (즉, 분산 또는 허용 범위의 특정의 한계치를 넘어서는 변동이 멈춘 후) 이러한 값 중 단 하나를 선택하도록 프로그램되거나 또는 설정되는 평형 회로 (124)를 포함할 수 있다.
분석물 검출 회로 (122)는 또한, 채널의 2개 이상의 전기적 특성 값, 예를 들어 참조 전기적 특성 값 (샘플과 모든 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 상태가 되기 전에 측정됨)과 특정 전기적 특성 값 (샘플과 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 측정됨)을 비교하도록 프로그램되거나 또는 설정되는 비교 회로 (126)를 포함할 수 있다. 비교 회로 (126)는 관심 분석물이 채널에 존재 또는 부재하는 지의 여부를 결정하기 위해 상기 비교를 이용할 수 있다. 한 실시양태에서, 비교 회로 (126)는 상기 측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 차이를 계산하고, 채널 내의 분석물의 존재 또는 부재를 나타내는 미리 결정된 값과의 차이를 비교할 수 있다.
특정 실시양태에서, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입할 때, 비교 회로 (126)는 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널에 걸쳐 전기장 또는 전위차가 인가되는 경우의 제1 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류의 크기)을, 채널의 길이를 따라 제2의 반대 방향으로 채널에 걸쳐 전기장 또는 전위차가 인가되는 경우의 제2 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류의 크기)과 비교하도록 프로그램되거나 또는 설정될 수 있다. 한 실시양태에서, 비교 회로 (126)는 제1 값의 크기와 제2 값의 크기 간의 차이를 계산하고, 그 차이를 채널 내의 분석물의 존재 또는 부재를 나타내는 미리 결정된 값 (예를 들어, 그 차이가 실질적으로 제로인지의 여부)과 비교할 수 있다. 예를 들어, 그 차이가 실질적으로 제로인 경우, 이는 채널 내에서의 분석물 응집체의 부재, 예를 들어 채널 내에서의 분석물의 부재를 표시한다. 그 차이가 실질적으로 제로가 아닌 경우, 이는 채널 내에서의 분석물 응집체의 존재, 예를 들어 채널 내에서의 분석물의 존재를 표시한다.
특정 실시양태에서, 분석물 검출 회로 (122)는 샘플 중의 분석물의 절대 농도, 및/또는 샘플 중의 하나 이상의 부가 물질에 대한 분석물의 상대 농도를 결정하도록 프로그램되거나 또는 설정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 비교 회로 (124) 및 평형 회로 (126)는 별도의 회로 또는 모듈로서 설정될 수 있는 반면; 다른 실시양태에서, 이들은 단일 집적 회로 또는 모듈로서 설정될 수 있다.
분석물 검출 회로 (122)는 일부 실시양태에서, 하나 이상의 외부 장치 또는 모듈과 연결될 수 있는 출력 (128)을 가질 수 있다. 예를 들어, 분석물 검출 회로 (122)는 참조 전기적 특성 값 및/또는 하나 이상의 측정된 전기적 특성 값을, 추가의 계산, 프로세싱 및 분석을 위한 프로세서 (130), 상기 값을 저장하기 위한 비-일시적 저장 장치 또는 메모리 (132), 및 사용자에게 상기 값을 디스플레이하기 위한 시각적 디스플레이 장치 (134) 중 하나 이상에 전송할 수 있다. 일부 경우에, 분석물 검출 회로 (122)는 그 자체가 샘플이 분석물을 포함하는 지의 여부 표시를 생성할 수 있고, 이러한 표시를 프로세서 (130), 비-일시적 저장 장치 또는 메모리 (132) 및/또는 시각적 디스플레이 장치 (134)에 전송할 수 있다.
도 1a 및 1b의 시스템을 이용하는 예시적인 방법에서는, 하나 이상의 센서 화합물, 및 샘플을 채널 내로 순차적으로 또는 공동으로 도입할 수 있다.
유체의 흐름 및/또는 유체 내의 하전 입자의 흐름이 억제되지 않는 경우 (예를 들어, 응집체의 부재에 기인함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온은 입력 포트 (110)로부터 출력 포트 (112)를 향한 y-축을 따라 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 이동할 수 있다. 전도성 입자 또는 이온의 움직임으로 인해, 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 분석물 검출 회로 (122)에 의해 검출되는 제1 또는 "참조" 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 생성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 참조 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
용어 "참조" 전기적 특성 값은 샘플 및 모든 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값을 지칭할 수 있다. 즉, 참조 값은 샘플 중의 분석물과 모든 센서 화합물 간의 임의의 상호 작용 이전의 채널을 명확히 규명하는 값이다. 일부 경우에, 참조 값은 특정 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 샘플 및 부가의 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 특정 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후이지만, 부가의 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플 또는 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 미리 결정하고 이를 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있는데, 이러한 매체로부터 상기 참조 값을 액세스할 수 있다.
일부 경우에, 채널 내에 전기 전도성 응집체가 형성되면 (이는 샘플 중의 관심 분석물과 하나 이상의 센서 화합물 간의 상호 작용에 기인한다), 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로가 증강될 수 있다. 이러한 경우에, 검출 회로 (122)는 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 제2 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)을 검출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 검출 회로 (122)는 샘플 및 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 제2 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기 동안 대기할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플 및 센서 화합물을 도입한 후 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 제2 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
비교 회로 (126)는 제2 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제2 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 증가 (또는 저항률 상의 감소)에 상응한다고 결정된 경우, 검출 회로 (122)는 응집체가 채널 내에 존재하므로, 분석물이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
특정의 다른 경우에, 채널 내의 유체의 흐름 및/또는 채널 내의 하전 입자의 흐름이 부분적으로 또는 완전히 차단되는 경우 (예를 들어, 응집체의 형성에 의함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온은 입력 포트 (110)로부터 출력 포트 (112)를 향한 y-축을 따라 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 자유롭게 이동할 수 없다. 이와 같이 전도성 입자 또는 이온의 움직임이 방해받거나 또는 정지되면, 제3 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 초래될 수 있는데, 이는 채널 (104)의 길이의 적어도 일부분을 따라 분석물 검출 회로 (122)에 의해 검출된다. 제3 전기적 특성 값은 제2 전기적 특성 값에 덧붙여 또는 제2 전기적 특성 값 대신 검출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 분석물 검출 회로 (122)는 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후이지만, 제3 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기 동안 대기할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플 및 센서 화합물을 도입한 후 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로 (124)는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 제3 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
비교 회로 (126)는 제3 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제3 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 감소 (또는 저항률 상의 증가)에 상응한다고 결정된 경우, 분석물 검출 회로 (122)는 분석물 응집체가 채널 내에 존재하므로, 관심 분석물이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
채널의 길이에 따른 유체 흐름은 채널의 치수와 관련한 응집체 입자의 크기 및 채널의 내부 표면에서의 전기 이중 층 (EDL)의 형성에 좌우될 수 있다. 도 2는 도 1a 및 1b의 검출 시스템의 예시적인 채널의 횡단면 측면도를 예시한 것인데, 여기서는 채널의 내부 표면에서의 전기 이중 층 (EDL) (202)과 응집체 입자 (204)의 조합이 채널 내의 유체 흐름을 억제한다는 것을 나타낸다.
일반적으로, EDL은 하전 고체 (예를 들어, 채널의 내부 표면, 분석물 입자, 응집체 입자)와 전해질 함유 용액 (예를 들어, 채널의 유체 내용물) 간의 순 전하 영역이다. EDL은 채널의 내부 표면 주변과 채널 내의 임의의 분석물 입자 및 응집체 입자 둘레에 존재한다. 전해질로부터의 반대 이온은 채널의 내부 표면의 전하를 향해 끌어 당겨지고 순 전하의 영역을 유도한다. EDL은 채널 내에서의 이온 흐름 및 관심 분석물 입자 및 응집체 입자 주변에 영향을 미치므로, 반대 이온 중 임의의 것이 채널의 길이를 관통하지 못하게 함으로써 다이오드 형 동작을 창출시킨다.
EDL의 특징적 길이를 수학적으로 풀기 위해, 포아송 볼츠만(Poisson-Boltzmann) (PB) 방정식 및/또는 포아송 네른스트 플랭크(Poisson-Nernst-Plank) 방정식 (PNP)을 풀 수 있다. 이러한 해법은 유체 흐름에 대한 나비에-스토크스(Navier-Stokes) (NS) 방정식에 연결되어, 예시적인 시스템의 작동을 이해하기 위해 분석되는 결합 방정식의 비선형 세트를 창출시킨다.
채널 표면, EDL 및 응집체 입자 간의 치수 상호 작용의 관점에서, 예시적인 채널은 특정의 미리 결정된 크기의 응집체가 채널 내에 형성될 때, 전도성 이온의 흐름이 채널의 길이를 따라 실질적으로 반드시 억제되도록 주의 깊게 선택된 치수 파라미터로 설정되고 구축될 수 있다. 특정의 경우에, 예시적인 채널은 분석물 검출 동안 채널 내에 형성된 응집체 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 이보다 더 작은 깊이 및/또는 폭을 가지도록 설정될 수 있다. 특정 실시양태에서, EDL의 크기는 채널에 대한 치수 파라미터를 선택하는 데 있어서 또한 고려될 수 있다. 특정의 경우에, 예시적인 채널은 채널 내의 응집체 입자 및 채널의 내부 표면 주변에 생성된 EDL의 치수와 실질적으로 동등하거나 또는 이보다 더 작은 깊이 및/또는 폭을 가지도록 설정될 수 있다.
특정 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널에는 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 핵산 검출을 위한 하나 이상의 핵산 프로브)이 없을 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 이러한 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시키지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 사용하는 동안에, 사용자가, 예를 들어 전해질 완충제 중의 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입하고, 센서 화합물을 수반하긴 하지만 샘플의 부재하에 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다.
특정의 다른 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분이 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 은 검출을 위한 TPEA2, 또는 핵산 검출을 위한 하나 이상의 핵산 프로브)을 포함하거나 또는 이러한 화합물로 코팅되도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 상기 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 채널 내로 샘플을 도입하기만 하면 된다. 한 예에서, 제조업자는 센서 화합물로 변형시킨 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있고, 사용하는 동안 사용자는 저장된 참조 전기적 특성 값을 사용할 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 특정 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 샘플 및 하나 이상의 부가 센서 화합물을 채널 내로 도입할 필요가 있다.
특정의 예시적인 검출 시스템은 단일 채널을 포함할 수 있다. 특정의 다른 예시적인 검출 시스템은 단일 기판 상에 제공된 다수의 채널을 포함할 수 있다. 이러한 검출 시스템은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20개의 채널을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 수의 채널을 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 검출 시스템은 복수 개의 채널을 포함할 수 있는데, 여기서 적어도 2개의 채널이 서로 독립적으로 작동한다. 도 1a 및 1b의 예시적인 채널 (104) 및 관련 성분이 동일한 기판 상에서 재생되어 상기 다-채널 검출 시스템을 달성할 수 있다. 다수의 채널을 사용하여 동일한 샘플 중의 동일한 분석물, 동일한 샘플 중의 상이한 분석물, 상이한 샘플 중의 동일한 분석물, 및/또는 상이한 샘플 중의 상이한 분석물을 검출할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 검출 시스템은 복수 개의 채널을 포함할 수 있는데, 여기서 적어도 2개의 채널이 서로 협력하여 작동한다. 도 3은 기판 (302)을 포함한 예시적인 검출 시스템 (300)을 예시한 것이다. 기판 (302)은 동일한 샘플 중의 동일한 분석물을 검출하기 위해 사용될 수 있는 복수 개의 채널 (304, 306)을 포함할 수 있다. 2개의 채널을 나타내긴 하지만, 더 많은 채널이 검출 시스템에 제공될 수 있다. 다수의 채널의 제공은 중복 및 오류 검사 기능을 허용함으로써, 채널 내에서의 상이한 분석물 검출 결과는 검출 시스템이 신뢰성 있게 수행되지 않는다는 것을 표시할 수 있고, 채널 내에서의 동일한 결과는 검출 시스템이 신뢰성 있게 수행된다는 것을 표시할 수 있다. 전자의 경우에는, 검출 시스템을 수리, 재교정 또는 폐기해야 할 필요가 있다.
제1 채널 (304)의 제1 단면 및 제2 채널 (306)의 제1 단면은 샘플 및 하나 이상의 센서 화합물을 검출 시스템 내로 도입할 수 있는 공통의 입력 포트 (308)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 제1 채널 (304)의 제2 단면은 제1 출력 포트 (310)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있고, 제2 채널 (306)의 제2 단면은 제2 출력 포트 (312)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 출력 포트 (310 및 312)는 서로 유체 연통하지 않을 수 있다.
검출 시스템 (300)은 제1 및 제2 채널 (304, 306)의 단면에서 또는 그 근처에서 전기적으로 연결될 수 있는 전극 (314, 316A 및 316B)을 포함할 수 있다. 이러한 전극 (314, 316A 및 316B)은 입력 포트 (308) 및 제1 출력 포트 (310)에 걸쳐 전위차를 인가하고 입력 포트 (308) 및 제2 출력 포트 (312)에 걸쳐 전위차를 인가하기 위해 채널 (304, 306)을 전압 또는 전력 공급 (332)에 연결시킬 수 있다. 유사하게, 분석물 검출 회로 (318)는 제1 및 제2 채널 (304, 306)의 단면에서 또는 그 근처에서 전기적으로 연결되어, 양 채널 내로 도입된 샘플이 관심 분석물을 함유하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
도 1a 및 1b에 나타낸 성분과 공통으로 도 3에 나타낸 성분은 도 1a 및 1b와 연계해서 기재된다.
또 다른 실시양태에서, 검출 시스템은 복수 개의 채널을 포함할 수 있는데, 여기서 적어도 2개의 채널이 서로 협력하여 작동한다. 도 4는 기판 (402)을 포함한 예시적인 검출 시스템 (400)을 예시한 것이다. 기판 (402)은 상이한 샘플 중의 동일한 분석물 또는 동일한 샘플 중의 상이한 분석물을 검출하기 위해 사용될 수 있는 복수 개의 채널 (404, 406)을 포함할 수 있다. 2개의 채널을 나타내긴 하지만, 더 많은 채널이 검출 시스템에 제공될 수 있다. 다수의 채널의 제공은 동일한 샘플 중의 다수의 분석물 또는 다수의 샘플 중의 동일한 분석물의 공동 검출을 허용할 수 있음으로써, 검출 시스템의 속도 및 처리량을 개선시킬 수 있다.
제1 채널 (404)의 제1 단면 및 제2 채널 (406)의 제1 단면은 샘플 또는 하나 이상의 센서 화합물을 검출 시스템 내로 도입할 수 있는 공통의 제1 입력 포트 (408)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 또한, 제1 채널 (404)의 제1 단면은 제2 입력 포트 (414)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 제2 채널 (406)의 제1 단면은 제3 입력 포트 (416)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 제2 및 제3 입력 포트 (414, 416)는 다른 것과 유체 연통하지 않을 수 있다.
제1 채널 (404)의 제2 단면은 제1 출력 포트 (410)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있고, 제2 채널 (406)의 제2 단면은 제2 출력 포트 (412)를 포함하거나 또는 이와 유체 연통할 수 있다. 출력 포트 (410 및 412)는 서로 유체 연통하지 않을 수 있다.
검출 시스템 (400)은 제1 및 제2 채널 (404, 406)의 단면에서 또는 그 근처에서 전기적으로 연결될 수 있는 전극 (418, 420 및 422)을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 제1 입력 포트 (408) 및 제1 출력 포트 (410)에 걸쳐 전위차를 인가하고 제1 입력 포트 (408) 및 제2 출력 포트 (412)에 걸쳐 전위차를 인가하기 위해 제1 및 제2 채널을 전압 또는 전력원 (436)에 전기적으로 연결시킬 수 있다. 유사하게, 분석물 검출 회로 (424)는 제1 및 제2 채널 (404, 406)의 단면에서 또는 그 근처에서 전기적으로 연결되어, 이들 채널 내로 도입된 하나 이상의 샘플이 하나 이상의 관심 분석물을 함유하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
도 1a 및 1b에 나타낸 성분과 공통으로 도 4에 나타낸 성분은 도 1a 및 1b와 연계해서 기재된다.
도 4의 시스템 (400)을 사용하는 예시적인 방법에서는, 샘플을 공통의 제1 입력 포트 (408) 내로 도입할 수 있고, 센서 화합물의 제1 및 제2 세트를 제2 및 제3 입력 포트 (414 및 416)에 각각 도입할 수 있다. 그 결과, 제1 채널 (404)의 제1 및 제2 단면에서 수행된 측정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로 (424)는 샘플이 제1 관심 분석물 (제1 채널 내의 제1 센서 화합물과 상호 작용하여 응집체를 형성한다)을 포함하는 지의 여부를 결정할 수 있다. 제2 채널 (406)의 제1 및 제2 단면에서 수행된 측정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로 (424)는 샘플이 제2 관심 분석물 (제2 채널 내의 제2 센서 화합물과 상호 작용하여 응집체를 형성한다)을 포함하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
사용의 또 다른 예시적인 방법에서는, 하나 이상의 센서 화합물을 공통의 제1 입력 포트 (408) 내로 도입할 수 있고, 제1 및 제2 샘플을 제2 및 제3 입력 포트 (414 및 416)에 각각 도입할 수 있다. 그 결과, 제1 채널 (404)의 제1 및 제2 단면에서 수행된 측정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로 (424)는 제1 샘플이 관심 분석물 (제1 채널 내의 센서 화합물과 상호 작용하여 응집체를 형성한다)을 포함하는 지의 여부를 결정할 수 있다. 제2 채널 (406)의 제1 및 제2 단면에서 수행된 측정을 근거로 하여, 분석물 검출 회로 (424)는 제2 샘플이 동일한 관심 분석물 (제2 채널 내의 센서 화합물과 상호 작용하여 응집체를 형성한다)을 포함하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
특정 실시양태에서, 도 1a, 1b, 3 및 4에 예시된 시스템을 사용하여, 채널의 하나 이상의 전기적 특성 값에 근거한 분석물의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있다. 분석물의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 내부 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 분석물에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 분석물의 상이한 농도에서 주어진 특별한 분석물의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 분석물의 미지의 농도를 결정할 수 있다.
상이한 이온에 대한 채널 내의 표면 전하에 관한 상세한 정보가 다음 문헌에 제시되는데, 이들 문헌의 전문이 본원에 명확히 참조로 포함된다 ["Surface-dependent chemical equilibrium constants and capacitances for bare and 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels," M. B. Andersen, J. Frey, S. Pennathur and H. Bruus, J. Colloid Interface Sci. 353, 301-310 (2011), and "Hydronium-domination ion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low salt concentrations in nanochannels," K.L. Jensen, J.T. Kristensen, A.M. Crumrine, M.B.Andersen, H. Bruus and S. Pennathur., Phys. Review E. 83, 5, 056307].
도 5는 채널의 내부 표면 (502), 채널의 내부 표면에 바로 인접하여 놓인 유체의 고정 층 (504), 이러한 고정 층에 바로 인접하여 놓인 유체의 확산 층 (506), 및 이러한 확산 층에 바로 인접하여 놓인 벌크 유체 흐름 층 (508)을 포함한 채널 내부의 개략도이다. 예시적인 이온이 각각의 유체 층에 제시된다. 채널의 길이에 걸쳐 전위차를 인가하면, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 검출할 수 있다 [예를 들어, 분석물 검출 회로 (122)에 의함]. 비교 회로 (126)를 이용하여 상기 측정된 전기적 특성 값을, 분석물의 특별한 농도 또는 일정 범위의 농도 값에 상응하는 미리 결정된 범위의 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 결정된 농도는 분석물의 절대 농도 또는 채널 내의 하나 이상의 다른 물질의 농도에 대한 분석물의 상대 농도일 수 있다.
도 6a 및 6b는 상이한 시험 사례에 있어서 채널에서 측정된 전도율 값을 도시하는 그래프이다. 각 시험 사례에서는, 2개의 부가 물질 (본 사례에는, 암모늄 및 과산화수소)의 농도에 대한 분석물의 상이한 상대 농도를 사용하고, 상응하는 전도율 값을 채널에서 결정한다. 한 실시양태에서, 표준 클린 1 또는 SC1이 상기 시험 사례에서 용액으로 사용된다. SC1의 세부 사항은 온라인에서 찾을 수 있다. 도 6a 및 6b에 나타낸 시험 사례에서의 3개의 물질 간의 농도 비가 표 1에 제시되는데, 여기에는 SC1 농도 대 과산화수소 농도 대 암모늄 농도에 대한 시험 사례 비가 열거되어 있다.
<표 1>
Figure 112017041780114-pct00001
분석물의 농도가 더 낮을수록, 분석물과 다른 물질 간의 상대 농도에서의 차이를 측정하는 것이 더 용이해진다. 예를 들어, 1000:1:1의 농도 비에서는, 예시적인 검출 시스템에서 대략 1 내지 10 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 350:1:1의 농도 비에서는, 대략 100 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 5:1:1의 농도 비에서는, 대략 10,000 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다.
도 1a 및 1b의 기판 (102), 채널 (104) 및 커버 슬립 (114)은 특정 실시양태에서 유리로 형성될 수 있다. 생물학적 조건은 생물학적 유체에 유리가 서서히 용해되고 유리 표면에 단백질과 작은 분자가 부착되기 때문에 유리 파생 주입의 사용에 장애가 된다. 예시적인 실시양태에서, 자기 조립 단층을 이용한 표면 변형은 분석물 검출 및 분석을 위해 유리 표면을 변형시키는 접근 방식을 제공한다. 특정 실시양태에서, 채널 (104)의 내부 표면 (106) 및/또는 커버 슬립 (114)의 내부 표면의 적어도 일부분은 내부 표면에 대한 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 핵산 검출을 위한 하나 이상의 핵산 프로브)의 특이적 공유 결합을 가능하게 하는 재료를 포함하도록 미리 처리되거나 공유적으로 변형될 수 있거나 또는 상기 재료로 코팅될 수 있다.
채널 및/또는 커버 슬립의 내부 표면을 변형시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 재료는 실란 화합물 (예를 들어, 트리클로로실란, 알킬실란, 트리에톡시실란, 퍼플루오로 실란), 쯔비터이온성 술톤, 폴리(6-9)에틸렌 글리콜 (Peg), 퍼플루오로옥틸, 플루오레세인, 알데히드, 그래핀 화합물 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 채널의 내부 표면의 공유적 변형은 특정 분자의 비특이적 흡수를 방지할 수 있다. 한 예에서, 내부 표면의 공유적 변형은 내부 표면에 대한 다른 분자의 비특이적 흡수를 방지하면서 내부 표면에 대한 센서 화합물 분자의 공유 결합을 가능하게 할 수 있다.
변형 재료의 한 예로서, 알킬실란은 실리콘 및 유리의 표면 상에 공유적 단분자층을 형성하는 분자 군이다. 알킬실란은 다음 3개의 별개의 영역을 갖는다: 양호한 이탈 기에 의해 둘러싸인 헤드 기, 장쇄 알킬 쇄 및 단말 기. 통상적으로 할로겐, 알콕시 또는 다른 이탈 기를 함유하는 헤드 기는 분자가 적절한 반응 조건하에 고체 유리 표면에 공유적으로 고정되도록 해준다. 알킬 쇄는 반 데르 발스(Vander-Waals) 상호 작용을 통한 단분자층의 안정성 및 정렬에 기여하는데, 이는 잘 정렬된 단분자층의 조립을 허용해 준다. 단말 기는 친핵성 치환 반응, 클릭 화학 또는 중합 반응을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 기술을 사용함으로써 화학적 표면 특성의 기능화 및 동조성을 허용한다.
내부 표면을 실란 화합물로 처리하는 하나의 예시적인 기술에서는, 용액이 생성된다. 이러한 용액은 적절한 용매 (예를 들어, 트리메톡시- 또는 트리에톡시실란에 대해서는 톨루엔이거나, 클로로- 또는 트리클로로실란에 대해서는 에탄올이거나 또는 트리메톡시실란에 대해서는 3.5 내지 5.5의 pH를 갖는 물이다) 중의 0.1% 내지 4% v/v (실란이 액체인 경우) 또는 w/v (실란이 고체인 경우)의 적절한 클로로-, 트리클로로-, 트리메톡시- 또는 트리에톡시실란일 수 있다. 상기 용액을 0.2 마이크로미터 계면활성제 없는 셀룰로스 아세테이트 (SFCA) 필터를 통하여 여과시킬 수 있다. 이와 같이 여과된 실란 용액 10 μL를 채널의 포트에 부가하고, 채널을 모세관 충전시킬 수 있다. 이것은 광학 현미경에 의해 관찰될 수 있거나 관찰되지 않을 수 있으며 용매 조성에 따라서 5 내지 40분이 소요될 수 있다. 모세관 충전이 완료된 후, 상기 여과된 실란 용액 10 μL를 채널의 나머지 포트에 부가할 수 있다. 이어서, 전체 채널을 상기 여과된 실란 용액에 담그고, 원하는 온도 (예를 들어, 변형을 위해 사용된 특이적 실란 및 용매 조성에 따라서 20℃ 내지 80℃)에서 원하는 시간 (예를 들어, 1 내지 24시간) 동안 반응시킬 수 있다. 원하는 반응 시간이 경과한 후, 다음 기술 중 하나를 이용하여 실란화 공정을 켄칭할 수 있고, 촉매적 양의 아세트산을 일부 경우에, 톨루엔 또는 에탄올-기반 표면 변형에 부가할 수 있다.
켄칭의 하나의 예시적인 기술에서는, 전체 채널을 0.2 마이크로미터 SFCA 여과된 에탄올로 채워진 용기로 옮기고, 사용 또는 추가 변형을 위해 원하는 시간까지 저장할 수 있다. 켄칭의 또 다른 예시적인 기술에서는, 채널을 적절한 용매 조성물로 동전기적으로 세척할 수 있다. 채널의 톨루엔 변형에 대한 하나의 동전기적 세척 기술에서는, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 톨루엔을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 에탄올을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 에탄올:물의 1:1 혼합물을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 10 V 내지 1000 V에서 채널을 통해 물을 최종으로 동전기적으로 구동시킨다. 채널의 적당한 작동은 채널 내의 부가된 50 mM 붕산나트륨 완충제에 1000 V 인가된 전기장에서 전류를 측정하고 (채널 치수에 근거하여 대략 330 nA의 전류 판독 값을 제공함), 20 nA 미만이지만 제로보다 큰 전류를 공급하는 동일하게 인가된 전기장에서 초순수 [예를 들어, 밀리큐(MilliQ) 초순수] 물의 재첨가에 의해 확증될 수 있다.
표 2에는 채널의 내부 표면 및/또는 이러한 채널을 덮고 있는 커버 슬립의 내부 표면을 변형시키기 위해 사용될 수 있는 특정의 예시적인 재료가 요약되어 있다.
<표 2>
Figure 112017041780114-pct00002
Figure 112017041780114-pct00003
III. 예시적인 분석물 검출 기술
예시적인 기술은 하나 이상의 센서 화합물을 이용하여 샘플 중의 하나 이상의 관심 분석물을 검출할 수 있게 해준다. 예시적인 기술은 샘플 중에 분석물이 존재한다면, 이러한 분석물과 상호 작용하여 응집체의 생성을 유발시키는 것으로 공지되어 있는 하나 이상의 센서 화합물을 사용할 수 있다. 예시적인 기술은 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 사용하여 샘플 중의 수은 (II) 또는 은 (I) 이온을 검출할 수 있게 해준다. 특정의 경우에, TPET2 분자와 수은 (II) 이온이 상호 작용하여 응집체를 형성하는데, 이는 채널 내의 유체 흐름을 실질적으로 차단시키고, 결과적으로 전류 및 전도율의 감소를 유발시킨다. TPET2는 다음 분자식을 갖는다: C42H40N4O6. TPET2는 다음 구조를 갖는다:
Figure 112017041780114-pct00004
특정의 경우에, TPEA2 분자와 은 (I) 이온이 상호 작용하여 응집체를 형성하는데, 이는 채널 내의 유체 흐름을 실질적으로 차단시키고, 결과적으로 전류 및 전도율의 감소를 유발시킨다. TPEA2는 다음 구조를 갖는다:
Figure 112017041780114-pct00005
특정 실시양태에서, 검출 시스템에 사용된 전극은 금속성, 예를 들어 알루미늄, 망가니즈 및 백금일 수 있다.
예시적인 기술은 샘플과 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2) 둘 다를, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은) 검출을 허용하도록 특별히 설정되고 치수 조정되는 검출 시스템 내의 채널 내로 도입할 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 채널은 그의 깊이 및/또는 그의 폭이 응집체 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 그보다 더 낮도록 설정될 수 있다. 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입할 때, 응집체의 형성은 샘플 중에 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 존재한다는 것을 표시할 수 있는 반면, 응집체의 부재는 샘플 중에 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 부재한다는 것을 표시할 수 있다.
유체의 흐름 및/또는 유체 내의 하전 입자의 흐름이 억제되지 않는 경우 (예를 들어, 응집체의 부재에 기인함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온 (예를 들어, 분석물 입자 또는 이온)은 입력 포트로부터 출력 포트를 향한 y-축을 따라 검출 시스템 내의 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 이동할 수 있다. 전도성 입자 또는 이온의 움직임으로 인해, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 검출되는 (예를 들어, 분석물 검출 회로에 의함) 제1 또는 "참조" 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 생성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다 (예를 들어, 평형 회로에 의함). 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 검출된 값들 중 하나를 참조 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
용어 "참조" 전기적 특성 값은 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값을 지칭할 수 있다. 즉, 참조 값은 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)과 센서 화합물 간의 임의의 상호 작용 이전의 채널을 명확히 규명하는 값이다. 일부 경우에, 참조 값은 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 샘플을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플을 채널 내로 도입한 후이지만, 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플 또는 센서 화합물 중 하나를 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 미리 결정하고 이를 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있는데, 이러한 매체로부터 상기 참조 값을 액세스할 수 있다.
그러나, 유체의 흐름 및/또는 채널 내의 하전 입자의 흐름이 부분적으로 또는 완전히 차단되는 경우 (예를 들어, 응집체의 형성에 의함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온 (예를 들어, 분석물 입자 또는 이온)은 입력 포트로부터 출력 포트를 향한 y-축을 따라 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 자유롭게 이동할 수 없다. 이와 같이 전도성 입자 또는 이온의 움직임이 방해받거나 또는 정지되면, 제2 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 초래될 수 있는데, 이는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 검출된다. 일부 실시양태에서, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후이지만, 제2 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기가 경과할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플과 센서 화합물 둘 다를 도입한 후 일정 시간 주기 동안 하나 이상의 전기적 특성 값을 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 검출된 값들 중 하나를 제2 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
제2 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제2 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 감소 (또는 저항률 상의 증가)에 상응한다고 결정된 경우에는, 응집체가 채널 내에 존재하므로, 관심 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
일부 경우에, 전기 전도성 응집체의 형성은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로를 증강시킬 수 있다. 이러한 경우에, 제3 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 검출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후이지만, 제3 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기가 경과할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플과 센서 화합물 둘 다를 도입한 후 일정 시간 주기 동안 하나 이상의 전기적 특성 값을 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 제3 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
제3 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제3 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 증가 (또는 저항률 상의 감소)에 상응한다고 결정된 경우에는, 응집체가 채널 내에 존재하므로, 관심 분석물이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
특정 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널에는 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)이 없을 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 이러한 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시키지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 사용하는 동안에, 사용자가 센서 화합물과 샘플 둘 다를 채널 내로 도입할 필요가 있다.
한 예에서, 사용자는 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)과 샘플을 채널 내로 공동으로, 예를 들어 센서 화합물과 샘플의 혼합물로 도입할 수 있다. 이러한 경우에, 참조 전기적 특성 값은 상기 혼합물을 도입하기 전에 채널에서 검출할 수 있고, 전기적 특성 값은 상기 혼합물을 도입한 후에 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)과 샘플을 채널 내로 공동으로, 예를 들어 센서 화합물과 샘플의 혼합물로 도입할 수 있다. 샘플과 센서 화합물 둘 다를 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 전기적 특성 값은 샘플과 센서 화합물의 혼합물을 채널 내로 도입한 후에 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 상기 저장된 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 채널 내로 도입하고, 채널 내의 센서 화합물만을 이용하여 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 샘플을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 채널 내로 도입하고, 연속해서 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 이어서, 사용자는 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 샘플과 센서 화합물 둘 다를 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 상기 저장된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 샘플을 채널 내로 도입하고, 채널 내의 샘플만을 이용하여 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 채널 내로 도입하고, 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 샘플을 채널 내로 도입하고, 연속해서 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 채널 내로 도입할 수 있다. 이어서, 사용자는 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 샘플과 센서 화합물 둘 다를 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 상기 저장된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
특정의 다른 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분이 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 포함하거나 또는 이러한 화합물로 코팅되도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 상기 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 채널 내로 샘플을 도입하기만 하면 된다.
한 예에서, 제조업자는 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 이용하여 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있고, 이러한 참조 전기적 특성 값을 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있다. 사용하는 동안, 사용자는 샘플을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 상기 저장된 참조 전기적 특성 값을, 상기 저장 매체로부터 액세스 또는 검색할 수 있다. 상기 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에, 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 이용하여 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 샘플을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
도 7a 및 7b는 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 예시적인 방법 (700)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (702)에서는, 전해질 완충제 중의 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을, 임의의 적합한 기술, 예를 들어 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 채널 내로 도입할 수 있다. 또 다른 한편으론, 단계 (702)에서는, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을, 센서 화합물 (예를 들어, 수은 검출을 위한 TPET2, 또는 은 검출을 위한 TPEA2)을 포함하도록 처리할 수 있거나 또는 이러한 화합물로 코팅할 수 있다. 단계 (704)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (706)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
센서 화합물을 채널 내로 도입하면, 채널의 전기적 특성에 있어서 일시적 변화가 야기될 수 있다. 전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (708)에서는, 단계 (706)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제1 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 변동이 멈추었는지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 전기적 특성 값을 검출하기 위해 단계 (706)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (710)를 진행할 수 있다.
단계 (710)에서는, 제1 세트의 전기적 특성으로부터 제1 또는 참조 값을 선택할 수 있다. 이러한 제1 전기적 특성 값을 이용하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전의 채널의 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
대체 실시양태에서, 제1 값 또는 참조 값은 비-일시적 저장 또는 메모리로부터 액세스될 수 있고, 단계 (704 내지 710)에서 검출될 필요가 없으므로, 이러한 실시양태에서는 단계 (704 내지 710)가 불필요하다.
단계 (711)에서는, 일부 실시양태에서, TPET2 분자 또는 TPEA2 분자를 포함한 전해질 완충제가, 이를 도입한 채널의 입력 포트로부터 제거될 수 있다. 이러한 단계는 샘플을 입력 포트에 후속 도입하여도, 입력 포트에서 TPET2 분자 또는 TPEA2 분자와 샘플 간의 상호 작용이 유발되지 않는다는 것을 보장해 준다. 이러한 단계는 오히려, 입력 포트에서가 아니라 채널의 길이 내에서 임의의 상기 상호 작용이 일어난다는 것을 보장해 준다.
단계 (712)에서는, 전해질 완충제 중의 샘플을, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 채널 내로 도입할 수 있다.
도 7a 및 7b에 예시된 방법이 샘플을 도입하기 전에 센서 화합물을 채널 내로 도입한다는 것을 표시하긴 하지만, 방법의 또 다른 실시양태는 센서 화합물을 도입하기 전에 샘플을 채널 내로 도입하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 샘플을 단계 (702)에서 채널 내로 도입할 수 있고, 센서 화합물을 단계 (712)에서 채널 내로 도입할 수 있다. 또한 또 다른 실시양태는 샘플과 센서 화합물을 예비 혼합하고, 이러한 예비-혼합물을 채널 내로 한꺼번에 도입하는 것을 포함할 수 있다. 예비 혼합하는 경우에는, 예비-혼합물을 채널 내로 도입하기 전에, 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있고, 예비-혼합물을 채널 내로 도입한 후에, 제2 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 제2 값을 참조 값과 비교하여, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재하는 지의 여부를 결정할 수 있다.
단계 (714)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (716)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
샘플을 채널 내로 도입하면, 채널을 따라 전도된 전류 상의 일시적 변화가 야기될 수 있다. 전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (718)에서는, 단계 (716)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제2 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는 지의 여부, 예를 들어 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 일시적인 변동이 멈추었는 지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (716)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (720)를 진행할 수 있다. 단계 (720)에서는, 전기적 특성의 제2 세트의 값으로부터 제2 값을 선택할 수 있다. 이러한 제2 값을 이용하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후의 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
단계 (722)에서는, 제1 또는 참조 값 [단계 (710)에서 결정됨]의 크기와 제2 값 [단계 (720)에서 결정됨]의 크기 간의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (724)에서는, 단계 (722)에서 결정된 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 지의 여부, 예를 들어 이러한 차이가 미리 결정된 값 위이거나 또는 상기 차이가 미리 결정된 범위 이내인지의 여부가 결정될 수 있다.
샘플이 센서 화합물과 특별한 유형의 상호 작용을 진행하는 특별한 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 포함하는 경우, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입하는 것이 특별한 유형의 상호 작용을 야기시킬 수 있다. 반대로, 샘플이 특별한 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 포함하지 않는 경우, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입하는 것이 특별한 유형의 상호 작용을 야기시키지 않을 수 있다. 따라서, 특별한 상호 작용이 채널 내의 전류 또는 전도율 상의 변화를 유발시키는 경우, 이와 같이 예상되는 변화가 단계 (724)에서 검출된다는 것은 샘플 중에 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 존재한다는 것을 표시할 수 있다.
따라서, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치보다 더 큰 것으로 단계 (724)에서 결정되는 경우, 샘플이 그 시험 대상인 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유한다고 단계 (730)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (732)에서는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유한다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (732)에서는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유한다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
다른 한편으로는, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치보다 더 적은 것으로 단계 (724)에서 결정되는 경우, 샘플이 그 시험 대상인 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유하지 않는다고 단계 (726)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (728)에서는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유하지 않는다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (728)에서는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)을 함유하지 않는다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
예시적인 한계치는 특정의 비-제한적 경우에 5 내지 100 nA를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
수은 검출과 관련하여, 예시적인 한계치는 특정의 비-제한적 경우에 5 내지 100 nA를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 한 예에서, 대략 10 μL의 전해질 완충제를 채널 포트 중 하나에 부가함으로써, 대략 5분 동안 100-nm 채널을 전해질 완충제 (예를 들어, 2:1 50 mM 사붕산나트륨:아세토니트릴의 비를 수반한 수중 용해된 사붕산나트륨 및 아세토니트릴)로 모세관 충전시킬 수 있다. 완전한 채널 충전시, 대략 10 μL의 전해질 완충제를 다른 채널 포트에 부가할 수 있고, 그 다음 키슬리(Kiethley) 2410 전류계에 연결된 전극을 채널의 포트 내로 삽입하고, 안정적인 전류가 수득될 때까지 +500 V 또는 -500 V의 차동이 인가된다 (+500 V의 경우 대략 29 내지 31 nA이고, -500 V의 경우 대략 -29 내지 -31 nA이다). 전해질 완충제 (2:1 50 mM 붕산나트륨:아세토니트릴) 중의 100 μM 질산수은(II) 일수화물 (이것이 분석물이다)을 함유하는 대략 2 μL의 용액을 각 채널 포트에 부가하고, 안정적인 전류가 수득될 때까지 +500 V 또는 -500 V 볼트의 차동을 인가할 수 있다 (+500 V의 경우 대략 28 내지 29 nA이고, -500 V의 경우 대략 -29 내지 -31 nA이다). 완충제 중의 샘플 질산수은을 채널의 포트로부터 제거하고, 이를 전해질 완충제 (2:1 50 mM 붕산나트륨:아세토니트릴) 중의 20 μM의 TPET2를 함유하는 대략 5 μL의 용액으로 대체시킬 수 있다. 전기장은 +500 V 내지 -500 V에서 간헐적으로 전환시켜 30초 사이클로 혼합을 유도할 수 있다. 전기장의 방향에 상관없이 상이한 크기의 안정적인 전류가 검출될 수 있다 (+500 V의 경우 대략 29 내지 33 nA이고, -500 V의 경우 대략 -37 내지 -40 nA이다).
은 검출과 관련하여, 예시적인 한계치는 특정의 비-제한적 경우에 5 내지 100 nA를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 한 예에서, 대략 10 μL의 전해질 완충제를 채널 포트 중 하나에 부가함으로써, 대략 5분 또는 10분 동안 100-nm 채널을 전해질 완충제 (예를 들어, 5:1 45 mM 사붕산나트륨:테트라히드로푸란의 비를 수반한, 수중 용해된 사붕산나트륨 및 테트라히드로푸란)로 모세관 충전시킬 수 있다. 완전한 채널 충전시, 대략 10 μL의 전해질 완충제를 다른 채널 포트에 부가한 다음, 키슬리 2410 전류계에 연결된 전극을 채널의 포트 내로 삽입하고, 안정적인 전류가 수득될 때까지 +1000 V 또는 -1000 V의 차동이 인가된다 (+1000 V의 경우 대략 45 nA이고, -1000 V의 경우 대략 -45 nA이다). 5:1 50 mM 붕산염:테트라히드로푸란 중의 대략 40 μM TPEA2를 채널 내로 도입하고, 안정적인 전류가 수득될 때까지 +1000 V 또는 -1000 V 볼트의 전위차를 인가한다 (+1000 V의 경우 대략 40 내지 43 nA이고, -1000 V의 경우 대략 -40 내지 -43 nA이다). TPEA2 완충제를 단지 1개 또는 둘 다의 채널 포트로부터 제거하고, 이를 대략 5 μL의 샘플 용액으로 대체시킬 수 있다. 샘플 용액은 은 이온을 함유할 수 있거나 또는 함유하지 않을 수 있다. 한 예에서, 샘플 용액이 은 이온을 함유하는 것인 경우, 이러한 샘플 용액은 전해질 완충제 (대략 5:1 비의 50 mM 붕산나트륨:테트라히드로푸란) 중의 대략 200 μM 질산은(I)을 함유할 수 있다. 샘플 용액을 채널 내로 도입한 후, +1000 V의 전위차를 전극에 걸쳐 인가할 수 있고, 전기장을 -1000 V로 간헐적으로 전환시켜 혼합을 유도한다. 대략 30초 사이클을 +1000 V 및 -1000 V에서 사용하여 샘플 혼합을 유도시킬 수 있고, 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전류를, 인가된 양 전기장에서 검출할 수 있다. 대략 +1000 V의 인가된 전기장을 이용하여, 특정의 경우에 대략 43 내지 46 nA의 전류를 검출하고, -1000 V의 인가된 전기장을 이용하여, 특정의 경우에 대략 -60 내지 -63 nA의 전류를 검출한다.
특정 실시양태에서, 채널은 샘플의 후속 시험을 위한 재사용을 위해 준비될 수 있다. 단계 (736)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 탈응집제를 채널 내로 도입할 수 있다. 탈응집제와 채널 내에 형성된 응집체 간의 상호 작용으로 인해 이러한 응집체가 용해 또는 붕해되도록 탈응집제를 선택할 수 있다. 연속해서, 채널을 전해질 완충제로 충전시켜 채널을 플러싱하고 샘플 및 센서 화합물이 채널 내로 도입되도록 할 수 있다. 한 예에서, 응집체를 포함한 채널은 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 채널 내에 도입된 디메틸술폭시드로 채널을 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 채널 내에 도입된 10 mM 수산화나트륨으로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 100 V의 전위차로 채널 내에 도입된 1 M 염화수소로 세척함으로써 재사용을 위해 준비될 수 있다. 또 다른 예에서, 응집체를 포함한 채널은 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 디메틸술폭시드로 채널을 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 100 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 1 M 염화수소로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 100 mM 사붕산나트륨으로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 18 밀리큐 메가옴(MilliQ MegaOhm) 물로 세척함으로써 재사용을 위해 준비될 수 있다.
특정 실시양태에서, 단계 (734)에서는, 응집체를 붕해시키기 이전에, 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있다. 분석물의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 내부 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 분석물에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 분석물 이온의 상이한 농도에서 주어진 특별한 분석물 이온 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 분석물의 미지의 농도를 결정할 수 있다. 상이한 이온에 대한 채널 내의 표면 전하에 관한 상세한 정보가 다음 문헌에 제시되는데, 이들 문헌의 전문이 본원에 명확히 참조로 포함된다 ["Surface-dependent chemical equilibrium constants and capacitances for bare and 3- cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels" M. B. Andersen, J. Frey, S. Pennathur and H. Bruus, J. Colloid Interface Sci. 353, 301-310 (2011), and "Hydronium-domination ion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low salt concentrations in nanochannels" K.L. Jensen, J.T. Kristensen, A.M. Crumrine, M.B.Andersen, H. Bruus and S. Pennathur. Phys. Review E. 83, 5, 056307].
도 5는 채널의 내부 표면 (502), 채널의 내부 표면에 바로 인접하여 놓인 유체의 고정 층 (504), 이러한 고정 층에 바로 인접하여 놓인 유체의 확산 층 (506), 및 이러한 확산 층에 바로 인접하여 놓인 벌크 유체 흐름 층 (508)을 포함한 채널 내부의 개략도이다. 예시적인 이온이 각각의 유체 층에 제시된다. 채널의 길이에 걸쳐 전위차를 인가하면, 채널의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 검출할 수 있다 [예를 들어, 분석물 검출 회로 (122)에 의함]. 비교 회로 (126)를 이용하여 상기 측정된 전기적 특성 값을, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 특별한 농도 또는 일정 범위의 농도 값에 상응하는 미리 결정된 범위의 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 결정된 농도는 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 절대 농도 또는 채널 내의 하나 이상의 다른 물질의 농도에 대한 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 상대 농도일 수 있다.
도 6a 및 6b는 상이한 시험 사례에 있어 채널에서 측정된 전도율 값을 도시하는 그래프이다. 각 시험 사례에서는, 2개의 부가 물질 (본 사례에는, 암모늄 및 과산화수소)의 농도에 대한 분석물의 상이한 상대 농도를 사용하고, 상응하는 전도율 값을 채널에서 결정한다. 한 실시양태에서, 표준 클린 1 또는 SC1이 상기 시험 사례에서 용액으로 사용된다. SC1의 세부 사항은 온라인에서 찾을 수 있다. 도 6a 및 6b에 나타낸 시험 사례에서의 3개의 물질 간의 농도 비가 상기 표 1에 제시된다.
분석물의 농도가 더 낮을수록, 분석물과 다른 물질 간의 상대 농도에서의 차이를 측정하는 것이 더 용이해진다. 예를 들어, 1000:1:1의 농도 비에서는, 예시적인 검출 시스템에서 대략 1 내지 10 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 350:1:1의 농도 비에서는, 대략 100 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 5:1:1의 농도 비에서는, 대략 10,000 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다.
분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 기술은 채널에서의 분석물 응집체의 형성에 의해 야기되는 채널에서의 다이오드 형 동작의 존재를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 응집체의 부재 하에서는, 실질적으로 유사한 크기 (예를 들어, +500 V)를 갖는 전위차를 인가하면, 전위차 또는 전기장의 인가 방향과 상관없이, 채널의 길이에 따라 검출된 전기적 특성 (예를 들어, 전류)이 실질적으로 동일한 크기가 될 수 있다. 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 전위차가 인가되는 경우 [예를 들어, 이로써 양극이 채널의 제1 말단에서 또는 그 근처에서 입력 포트 (110)에 있게 되고, 음극이 채널의 제2 말단에서 또는 그 근처에서 출력 포트 (112)에 있게 된다], 이로써 생성되는 전류는 전위차가 반대 방향으로 인가되는 경우 [예를 들어, 이로써 양극이 출력 포트 (112)에 있게 되고, 음극이 입력 포트 (110)에 있게 된다]에 생성되는 전류와 그 크기 면에서 실질적으로 동등할 수 있다.
채널 내에 응집체가 형성되면, 인가된 전위차 또는 전기장의 방향을 역전시켜 채널에서 검출된 전기적 특성 상의 변화를 유발시키는 다이오드 형 동작이 야기될 수 있다. 이러한 다이오드 형 동작은 검출된 전류가 전기장의 방향에 따라 그 크기 면에서 다양해지도록 한다. 전기장 또는 전위차가 제1 방향으로 인가될 때, 전류의 크기는 전위차 또는 전기장이 반대 방향으로 인가될 때와 상이한 크기일 수 있다. 따라서, 제1 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제1 방향으로 인가될 때 검출됨)과 제2 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제2의 반대 방향으로 인가될 때 검출됨)을 비교하여 응집체를 검출할 수 있게 되고, 이로써 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 검출할 수 있게 된다. 이러한 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등한 경우에는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유하지 않는다고 결정될 수 있다. 다른 한편으로는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등하지 않는 경우에는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유한다고 결정될 수 있다. 다시 말해서, 전기적 특성 값의 합 (한 방향에서 양성이고, 다른 방향에서 음성)은 응집체의 부재 하에서는 실질적으로 제로이고, 응집체의 존재 하에서는 실질적으로 제로가 아니다. 도 8a 및 8b는 샘플 중의 특정 분석물의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (750)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (752)에서는, 전해질 완충제 중의 센서 화합물 및 샘플을, 임의의 적합한 기술, 예를 들어 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 채널 내로 도입할 수 있다. 센서 화합물과 샘플은 공동으로 또는 별도로 도입할 수 있다. 한 실시양태에서, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을, 센서 화합물을 포함하도록 처리할 수 있거나 또는 이러한 화합물로 코팅할 수 있다. 단계 (754)에서는, 채널 길이를 따라 (y-축) 제1 방향으로 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (756)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (758)에서는, 단계 (756)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제1 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는 지의 여부, 예를 들어 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 변동이 멈추었는 지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 전기적 특성 값을 검출하기 위해 단계 (756)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (760)를 진행할 수 있다.
단계 (760)에서는, 제1 세트의 전기적 특성으로부터 제1 값을 선택할 수 있다. 이러한 제1 전기적 특성 값을 이용하여, 채널 길이를 따라 (y-축) 제1 방향으로 전기장이 인가될 때 채널의 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
단계 (762)에서는, 채널 길이를 따라 (y-축) 제2의 반대 방향으로 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 제2 방향은 제1 방향과 실질적으로 반대일 수 있다. 단계 (764)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (766)에서는, 단계 (764)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제2 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는 지의 여부, 예를 들어 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 일시적인 변동이 멈추었는지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (764)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (768)를 진행할 수 있다. 단계 (768)에서는, 전기적 특성의 제2 세트의 값으로부터 제2 값을 선택할 수 있다. 이러한 제2 값을 이용하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
단계 (770)에서는, 제1 값 [단계 (760)에서 결정됨]의 크기와 제2 값 [단계 (768)에서 결정됨]의 크기 간의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (772)에서는, 단계 (770)에서 결정된 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 지의 여부, 예를 들어 이러한 차이가 미리 결정된 값 위이거나 또는 상기 차이가 미리 결정된 범위 이내인 지의 여부가 결정될 수 있다.
제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시킨다고 (예를 들어, 그 크기에 있어서의 차이가 실질적으로 제로가 아니라고) 단계 (772)에서 결정되는 경우, 샘플이 그 시험 대상인 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유한다고 단계 (778)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (780)에서는, 샘플이 분석물을 함유한다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (780)에서는, 샘플이 분석물을 함유한다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
다른 한편으로는, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키지 않는다고 (예를 들어, 그 크기에 있어서의 차이가 실질적으로 제로라고) 단계 (772)에서 결정되는 경우, 샘플이 그 시험 대상인 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유하지 않는다고 단계 (774)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (776)에서는, 샘플이 분석물을 함유하지 않는다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (776)에서는, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유하지 않는다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
특정의 경우에, 제1 값과 제2 값 간의 크기에 있어서의 차이가 상기 한계치보다 더 큰 경우, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)을 함유한다고 결정될 수 있다. 그렇지 않다면, 샘플이 분석물 (예를 들어, 수은 (Hg) 이온 또는 은 (Ag) 이온)을 함유하지 않는 것으로 결정될 수 있다. 특정의 비-제한적 예에서, 상기 한계치는 대략 1 nA 내지 대략 3 nA일 수 있다.
수은 (II) 이온의 존재가 TPET2 (C42H40N4O6)에 의해 검출되는 한 예에서는, 수은 이온과 TPET2 간의 상호 작용으로 인해 채널 내에 응집체가 형성된다. 수은 응집체의 부재하에서는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 실질적으로 동등할 수 있다. 예를 들어, 채널을 2:1 50 mM 붕산염:아세토니트릴로 충전시킨 경우 (응집체가 결여됨), +500 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 32 nA 내지 33 nA의 제1 전류 값이 검출되고, -500 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 -31 nA 내지 -32 nA의 제2 전류 값이 검출된다. 유사하게, 채널을 2:1 50 mM 붕산염:아세토니트릴 중의 100 μM 질산수은(II) 용액으로 충전시킨 경우 (센서 화합물이 결여되고 응집체가 결여됨), +500 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 29 nA 내지 31 nA의 제1 전류 값이 검출되고, -500 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 28 nA 내지 30 nA의 제2 전류 값이 검출된다. 즉, 두 전기적 특성 값의 크기 간의 차이는 실질적으로 제로이다 (예를 들어, 0 내지 3 nA). 다시 말해서, 두 전기적 특성 값은 실질적으로 동등한데, 이는 채널 내에서의 수은 응집체의 부재를 표시한다. 이와는 대조적으로, 본 예에서 수은 응집체의 존재하에서는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 동등하지 않을 수 있는데, 즉 실질적으로 상이하다. 예를 들어, 수은 응집체가 채널에 존재하는 경우 (수은-함유 샘플과 TPET2 둘 다를 채널 내로 도입한 후), +500 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 29 nA 내지 33 nA의 제1 전류 값이 검출되고, -500 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 -37 nA 내지 -40 nA의 제2 전류 값이 검출된다. 즉, 두 전기적 특성 값의 크기 간의 차이는 제로가 아니다 (예를 들어, 7 내지 8 nA). 다시 말해서, 두 전기적 특성 값은 실질적으로 동등하지 않는데, 이는 채널 내에서의 수은 응집체의 존재를 표시한다.
은 (I) 이온의 존재가 TPEA2에 의해 검출되는 한 예에서는, 은 이온과 TPEA2 간의 상호 작용으로 인해 채널 내에 응집체가 형성된다. 은 응집체의 부재하에서는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 실질적으로 동등할 수 있다. 예를 들어, 채널을 5:1 45 mM 사붕산나트륨:테트라히드로푸란으로 충전시킨 경우 (응집체가 결여됨), +1000 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 45 nA의 제1 전류 값이 검출될 수 있고, -1000 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 -45 nA의 제2 전류 값이 검출될 수 있다. 유사하게, 채널을 5:1 50 mM 붕산염:테트라히드로푸란 중의 40 μM TPEA2로 충전시킨 경우 (센서 화합물이 결여되고 응집체가 결여됨), +1000 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 40 nA 내지 43 nA의 제1 전류 값이 검출될 수 있고, -1000 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 -40 nA 내지 -43 nA의 제2 전류 값이 검출될 수 있다. 즉, 두 전기적 특성 값의 크기 간의 차이는 실질적으로 제로이다 (예를 들어, 0 내지 3 nA). 다시 말해서, 두 전기적 특성 값은 실질적으로 동등한데, 이는 채널 내에서의 은 응집체의 부재를 표시한다. 이와는 대조적으로, 본 예에서 은 응집체의 존재하에서는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 동등하지 않을 수 있는데, 즉 실질적으로 상이하다. 예를 들어, 은 응집체가 채널에 존재하는 경우 (은-함유 샘플과 TPEA2 둘 다를 채널 내로 도입한 후), +1000 V의 전위차가 제1 방향으로 인가될 때 43 nA 내지 46 nA의 제1 전류 값이 검출될 수 있고, -1000 V의 전위차가 제2의 반대 방향으로 인가될 때 -60 nA 내지 -63 nA의 제2 전류 값이 검출될 수 있다. 즉, 두 전기적 특성 값의 크기 간의 차이는 제로가 아니다. 다시 말해서, 두 전기적 특성 값은 실질적으로 동등하지 않는데, 이는 채널 내에서의 은 응집체의 존재를 표시한다.
특정 실시양태에서, 채널은 샘플의 후속 시험을 위한 재사용을 위해 준비될 수 있다. 단계 (784)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 탈응집제를 채널 내로 도입할 수 있다. 탈응집제와 채널 내에 형성된 응집체 간의 상호 작용으로 인해 이러한 응집체가 용해 또는 붕해되도록 탈응집제를 선택할 수 있다. 채널을 전해질 완충제로 충전시켜 채널을 플러싱하고 샘플 및 센서 화합물이 채널 내로 도입되도록 할 수 있다. 한 예에서, 응집체를 포함한 채널은 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 채널 내에 도입된 디메틸술폭시드로 채널을 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 채널 내에 도입된 10 mM 수산화나트륨으로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 100 V의 전위차로 채널 내에 도입된 1 M 염화수소로 세척함으로써 재사용을 위해 준비될 수 있다. 또 다른 예에서, 응집체를 포함한 채널은 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 디메틸술폭시드로 채널을 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 100 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 1 M 염화수소로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 100 mM 사붕산나트륨으로 세척한 다음, 입력 노드와 출력 노드 사이에 인가된 500 V의 전위차로 10분 동안 채널 내에 도입된 18 밀리큐 메가옴 물로 세척함으로써 재사용을 위해 준비될 수 있다.
특정 실시양태에서, 단계 (782)에서는, 응집체를 붕해시키기 이전에, 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있다. 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 내부 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 분석물 이온의 상이한 농도에서 주어진 특별한 분석물 이온 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 미지의 농도를 결정할 수 있다.
도 9는 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (800)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (802)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (804)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (806)에서는, 참조 전기적 특성 값을 액세스할 수 있다. 참조 전기적 특성 값은 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 단계 (804)에서 검출된 전기적 특성과 연관될 수 있다. 단계 (808)에서는, 단계 (804)에서 측정된 전기적 특성 값을, 단계 (806)에서 액세스된 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 단계 (810)에서는, 단계 (808)에서의 비교를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 10은 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (900)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (902)에서는, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 하나 이상의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (904)에서는, 단계 (902)에서 측정된 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (906)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (908)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 하나 이상의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (910)에서는, 단계 (908)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성 값을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (912)에서는, 단계 (910)에서 결정된 샘플 채널 전기적 특성 값을, 단계 (904)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 단계 (914)에서는, 단계 (912)에서의 비교를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 11은 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1000)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1002)에서는, 샘플과 센서 화합물의 혼합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (1004)에서는, 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (1006)에서는, 참조 전기적 특성 값을 액세스할 수 있다. 참조 전기적 특성 값은 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 단계 (1004)에서 검출된 전기적 특성과 연관될 수 있다. 단계 (1008)에서는, 단계 (1004)에서 측정된 전기적 특성 값과 단계 (1006)에서 액세스된 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1010)에서는, 단계 (1008)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 12는 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1100)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1102)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (1104)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1106)에서는, 단계 (1104)에서 측정된 채널의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1108)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (1110)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1112)에서는, 단계 (1110)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 채널의 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1114)에서는, 단계 (1112)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (1106)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1116)에서는, 단계 (1114)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 13은 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1200)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1202)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (1204)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (1206)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1208)에서는, 단계 (1206)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 채널의 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1210)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값이 액세스될 수 있다. 참조 채널 전기적 특성 값은 센서 화합물과 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정될 수 있다. 단계 (1212)에서는, 단계 (1208)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (1210)에서 액세스된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1214)에서는, 단계 (1212)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 14는 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은 이온)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1300)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1302)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (1304)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1306)에서는, 단계 (1304)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1308)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (1310)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1312)에서는, 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 단계 (1310)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1314)에서는, 단계 (1312)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (1306)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1316)에서는, 단계 (1314)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 15는 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1400)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1402)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (1404)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (1406)에서는, 샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1408)에서는, 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 단계 (1406)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1410)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값이 액세스될 수 있다. 참조 채널 전기적 특성 값은 센서 화합물과 샘플 둘 다를 채널 내로 도입하기 이전에 측정될 수 있다. 단계 (1412)에서는, 단계 (1408)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (1410)에서 액세스된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1414)에서는, 단계 (1412)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 16은 샘플 중의 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (1500)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1502)에서는, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 센서 화합물로 코팅할 수 있다. 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 가질 수 있다. 일부 경우에, 채널의 내부 부분은 내부 표면에 대한 센서 화합물의 특이적 공유 부착을 가능하게 하고 내부 표면에 대한 다른 분자의 비특이적 부착을 방지하도록 미리 처리되거나 또는 공유적으로 변형될 수 있다. 단계 (1504)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (1506)에서는, 단계 (1504)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (1508)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값을, 분석물 (예를 들어, 수은 또는 은)이 샘플에 존재 또는 부재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있다.
IV. 용매의 검출을 위한 예시적인 기술
예시적인 검출 시스템 및 기술은 샘플 중의 특별한 용매 (예를 들어, 물)의 존재 또는 부재를 검출하도록 설정될 수 있다. 이러한 경우에, 샘플에서 시험되는 분석물은 용매 (예를 들어, 물)이다. 용매의 존재 또는 부재에 관하여 시험하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 센서 화합물은 에탄올에 용해되지만, 물에서 응집체를 형성하는 염료이다. 즉, 이러한 염료와 물은 상호 작용하여 응집체를 형성하는데, 이는 채널 내의 유체 흐름을 실질적으로 차단시키고, 결과적으로 전류 및 전도율의 감소를 유발시킨다. 예시적인 염료는 다음 구조를 갖는 살리실알데히드 아진 (SA)이다:
Figure 112017041780114-pct00006
도 17a 및 17b는 샘플 중의 용매를 검출하기 위한 예시적인 방법 (1600)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (1602)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 전해질 완충제를 채널 내로 도입할 수 있다. 전해질 완충제는 에탄올에 용해된 수산화나트륨일 수 있다. 에탄올 중의 임의의 적합한 농도의 수산화나트륨을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이는 1 내지 10 mM을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 단계 (1606)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다.
단계 (1608)에서는, 전해질 완충제 중의 염료 (예를 들어, 수산화나트륨 및 에탄올에 용해된 SA)를, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 채널 내로 도입할 수 있다. 에탄올 중의 임의의 적합한 농도의 수산화나트륨을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이는 1 내지 10 mM을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 임의의 적합한 농도의 염료를 채널 내로 도입할 수 있는데, 이는 1 내지 50 μM을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 단계 (1610)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (1612)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률)을 검출할 수 있다.
전류의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (1614)에서는, 단계 (1612)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제1 세트를 분석하기 위해 평형 회로를 사용할 수 있다. 평형 회로는 상기 값이 평형에 도달하였는지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 변동이 멈추었는 지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (1612)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (1616)를 진행할 수 있다. 단계 (1616)에서는, 평형 회로가 제1 세트의 값으로부터 제1 또는 참조 값을 선택할 수 있다. 이러한 제1 또는 참조 값을 이용하여, 샘플과 염료 간의 상호 작용 이전의 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
단계 (1618)에서는, 일부 실시양태에서, 염료 분자를 포함한 전해질 완충제가, 이를 도입한 채널의 입력 포트로부터 제거될 수 있다. 이러한 단계는 샘플을 입력 포트에 후속 도입하여도, 입력 포트에서 염료 분자와 샘플 간의 상호 작용이 유발되지 않는다는 것을 보장해 준다. 단계 (1620)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (1622)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (1624)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률)을 검출할 수 있다.
전류의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (1626)에서는, 단계 (1624)에서 검출되었던 하나 이상의 값의 제2 세트를 분석하기 위해 평형 회로를 사용할 수 있다. 평형 회로는 상기 값이 평형에 도달하였는지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 변동이 멈추었는 지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (1624)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (1628)를 진행할 수 있다. 단계 (1628)에서는, 평형 회로가 제2 세트의 값으로부터 제2 값을 선택할 수 있다. 이러한 제2 값을 이용하여, 샘플과 염료 간의 임의의 상호 작용 후의 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
단계 (1630)에서는, 비교 회로를 이용하여 제1 또는 참조 값 [단계 (1616)에서 결정됨]과 제2 값 [단계 (1628)에서 결정됨] 간의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1632)에서는, 비교 회로가, 단계 (1630)에서 결정된 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 지의 여부, 예를 들어 이러한 차이가 미리 결정된 값 위이거나 또는 상기 차이가 미리 결정된 범위 이내인지의 여부를 결정할 수 있다.
제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 것으로 단계 (1632)에서 결정되는 경우, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유한다고 단계 (1638)에서 결정할 수 있다. 연속해서, 단계 (1640)에서, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유한다는 표시를 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장할 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (1640)에서, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유한다는 표시를 디스플레이 장치 상에 디스플레이할 수 있다.
다른 한편으로는, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키지 않는 것으로 단계 (1632)에서 결정되는 경우, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유하지 않는다고 단계 (1634)에서 결정할 수 있다. 연속해서, 단계 (1636)에서, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유하지 않는다는 표시를 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장할 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (1636)에서, 분석물 검출 회로는 샘플이 용매를 함유하지 않는다는 표시를 디스플레이 장치 상에 디스플레이할 수 있다.
특정 실시양태에서, 채널은 샘플의 후속 시험을 위하여 재사용될 수 있다. 단계 (1644)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 탈응집제를 채널 내로 도입할 수 있다. 탈응집제와 채널 내에 형성된 응집체 간의 상호 작용으로 인해 이러한 응집체가 용해 또는 붕해되도록 탈응집제를 선택할 수 있다. 채널을 전해질 완충제로 충전시켜 채널을 플러싱하고 샘플 및 센서 화합물이 채널 내로 도입되도록 할 수 있다.
특정 실시양태에서, 단계 (1642)에서는, 응집체를 붕해시키기 이전에, 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 용매의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있고, 이러한 농도를 비-일시적 저장 장치 상에 저장하고/하거나 시각적 디스플레이 장치 상에 디스플레이할 수 있다. 분석물의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 분석물에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 분석물 이온의 상이한 농도에서 주어진 특별한 분석물 이온의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 분석물의 농도를 결정할 수 있다.
상이한 이온에 대한 채널 내의 표면 전하에 관한 상세한 정보가 다음 문헌에 제시되는데, 이들 문헌의 전문이 본원에 명확히 참조로 포함된다 ["Surface-dependent chemical equilibrium constants and capacitances for bare and 3- cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels" M. B. Andersen, J. Frey, S. Pennathur and H. Bruus, J. Colloid Interface Sci. 353, 301-310 (2011), and "Hydronium-domination ion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low salt concentrations in nanochannels" K.L. Jensen, J.T. Kristensen, A.M. Crumrine, M.B.Andersen, H. Bruus and S. Pennathur. Phys. Review E. 83, 5, 056307].
V. 예시적인 핵산 검출 기술
예시적인 기술은 하나 이상의 센서 화합물 (즉, 하나 이상의 핵산 프로브)을 이용하여 샘플 중의 특별한 핵산 및/또는 뉴클레오티드 (예를 들어, DNA, RNA)의 검출을 가능하게 한다. 검출될 수 있는 예시적인 핵산은 전체 RNA 추출물에 포함된 글리세르알데히드-3-포스페이트 데히드로게나제 (GAPD) 메신저 RNA (mRNA)이다. 핵산의 존재 또는 부재에 관하여 시험하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 예시적인 센서 화합물은 분석물 핵산과 직접적 또는 간접적으로 결합하여 전기 전도성 응집체를 형성하는 하나 이상의 핵산 프로브를 포함한다. 분석물 핵산과 하나 이상의 핵산 프로브는 상호 작용하여 응집체를 형성할 수 있는데, 이는 채널의 내부 표면 또는 내부 공간의 적어도 일부를 코팅하거나 또는 덮음으로써, 채널의 길이에 따른 전기 경로를 증강시킬 수 있다. 응집체가 전기 전도성 경우, 이는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 측정된 전류 및/또는 전기 전도율 상의 측정 가능한 증가, 및 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 측정된 전기 저항률 상의 측정 가능한 감소를 유발시킬 수 있다.
특정 실시양태에서, 검출 시스템에 사용된 전극은 금속성, 예를 들어, 알루미늄, 망가니즈 및 백금일 수 있다. 다른 실시양태에서, 검출 시스템에 사용된 전극은 비금속성일 수 있다.
예시적인 기술은 샘플과 모든 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브) 둘 다를, 핵산 검출을 허용하도록 특별히 설정되고 치수 조정되는 검출 시스템 내의 채널 내로 도입할 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 채널은 그의 깊이 및/또는 그의 폭이 응집체 입자의 직경과 실질적으로 동등하거나 또는 그보다 더 적도록 설정될 수 있다. 샘플과 센서 화합물를 채널 내로 도입할 때, 응집체의 형성은 이러한 샘플 중에 핵산이 존재한다는 것을 표시할 수 있는 반면, 응집체의 부재는 상기 샘플 중에 핵산이 부재한다는 것을 표시할 수 있다.
유체의 흐름 및/또는 유체 내의 하전 입자의 흐름이 억제되지 않는 경우 (예를 들어, 응집체의 부재에 기인함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온은 입력 포트로부터 출력 포트를 향한 y-축을 따라 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 이동할 수 있다. 전도성 입자 또는 이온의 움직임으로 인해, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 핵산 검출 회로에 의해 검출되는 제1 또는 "참조" 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 생성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 평형 회로는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 참조 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
용어 "참조" 전기적 특성 값은 샘플과 모든 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하기 이전의 채널의 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값을 지칭할 수 있다. 즉, 참조 값은 샘플 중의 핵산과 모든 센서 화합물 간의 임의의 상호 작용 이전의 채널을 명확히 규명하는 값이다. 일부 경우에, 참조 값은 특정 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 샘플 및 부가의 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후이지만, 부가의 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 샘플 또는 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 전인 시간 주기에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 참조 값은 미리 결정하고 이를 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있는데, 이러한 매체로부터 상기 참조 값을 액세스할 수 있다.
일부 경우에, 채널 내에서의 전기 전도성 응집체의 형성 (샘플 중의 관심 핵산과 하나 이상의 핵산 프로브 간의 상호 작용에 기인함)은 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로를 증강시킬 수 있다. 이러한 경우에, 핵산 검출 회로는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 제2 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)을 검출할 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵산 검출 회로는 샘플과 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후이지만, 제2 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기 동안 대기할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 평형 회로는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플과 모든 센서 화합물을 도입한 후 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 제2 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
비교 회로는 제2 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제2 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 증가 (또는 저항률 상의 감소)에 상응한다고 결정된 경우, 핵산 검출 회로는 응집체가 채널 내에 존재하므로, 핵산이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
특정의 다른 경우에, 채널 내의 유체의 흐름 및/또는 채널 내의 하전 입자의 흐름이 부분적으로 또는 완전히 차단되는 경우 (예를 들어, 응집체의 형성에 의함), 유체 내의 전도성 입자 또는 이온은 입력 포트로부터 출력 포트를 향한 y-축을 따라 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 자유롭게 이동할 수 없다. 이와 같이 전도성 입자 또는 이온의 움직임이 방해받거나 또는 정지되면, 제3 전기적 특성 값 또는 일정 범위의 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률의 값)이 초래될 수 있는데, 이는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 핵산 검출 회로에 의해 검출된다. 제3 전기적 특성 값은 제2 전기적 특성 값에 덧붙여 또는 제2 전기적 특성 값 대신 검출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵산 검출 회로는 샘플과 모든 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후이지만, 제3 전기적 특성 값을 검출하기 전에 대기 또는 조정 시간 주기 동안 대기할 수 있다. 이러한 대기 또는 조정 시간 주기로 인해, 응집체가 채널 내에 형성될 수 있고 응집체 형성이 채널의 전기적 특성을 변경시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 평형 회로는 전기적 특성 값이 평형에 도달할 때까지 샘플 및 모든 센서 화합물을 도입한 후 일정 시간 주기 동안 전기적 특성 값을 주기적으로 또는 연속적으로 모니터링할 수 있다. 이어서, 평형 회로는 전기적 특성 상의 일시적 변화의 영향을 피하기 위해 상기 값들 중 하나를 제3 전기적 특성 값으로서 선택할 수 있다.
비교 회로는 제3 전기적 특성 값을 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 상기 제3 값과 참조 값 간의 차이가 미리 결정된 범위의 전류 또는 전도율 상의 감소 (또는 저항률 상의 증가)에 상응한다고 결정된 경우, 핵산 검출 회로는 응집체가 채널 내에 존재하므로, 핵산이 샘플에 존재한다고 결정할 수 있다.
특정 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널에는 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)이 없을 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 이러한 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시키지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 사용하는 동안에, 사용자가, 예를 들어 전해질 완충제 중의 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입하고, 센서 화합물을 수반하긴 하지만 샘플의 부재하의 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다.
특정의 다른 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분이 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 포획 프로브)을 포함하거나 또는 이러한 화합물로 코팅되도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 한 예에서, 제조업자는 센서 화합물로 변형시킨 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있고, 사용하는 동안, 사용자는 상기 저장된 참조 전기적 특성 값을 사용할 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 이러한 경우에, 사용자는 샘플 및 하나 이상의 부가의 센서 화합물을 채널 내로 도입할 필요가 있다.
한 예에서, 사용자는 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)과 샘플을 채널 내로 공동으로, 예를 들어 센서 화합물과 샘플의 혼합물로 도입할 수 있다. 이러한 경우에, 참조 전기적 특성 값은 상기 혼합물을 도입하기 전에 채널에서 검출할 수 있고, 전기적 특성 값은 상기 혼합물을 도입한 후에 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)과 샘플을 채널 내로 공동으로, 예를 들어 센서 화합물과 샘플의 혼합물로 도입할 수 있다. 이러한 혼합물을 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 전기적 특성 값은 상기 혼합물을 채널 내로 도입한 후에 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 상기 저장된 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입하기 전에 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 샘플 및 임의로, 하나 이상의 부가 센서 화합물을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 하나 이상의 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하고, 연속해서 샘플 및 임의로, 하나 이상의 부가 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 이어서, 사용자는 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 샘플과 모든 센서 화합물을 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 상기 저장된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 샘플을 채널 내로 도입하고, 채널 내의 샘플만을 이용하여 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하고, 이러한 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 먼저, 샘플을 채널 내로 도입하고, 연속해서 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입할 수 있다. 이어서, 사용자는 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 샘플과 모든 센서 화합물을 도입하기 이전의 채널을 명확히 규명하는 것으로 저장된 참조 전기적 특성 값을, 비-일시적 저장 매체로부터 검색 또는 액세스할 수 있다. 상기 저장된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
특정의 다른 실시양태에서, 검출 시스템을 사용하기 이전에, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분이 제1 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 포획 프로브)을 포함하거나 또는 이러한 화합물로 코팅되도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 즉, 검출 시스템의 제조업자는 상기 센서 화합물을 포함하도록 채널을 미리 처리하거나 또는 변형시킬 수 있다. 제조업자는 제1 센서 화합물을 이용하여 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있고, 이러한 참조 전기적 특성 값을 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있다. 사용하는 동안, 사용자는 샘플 및 하나 이상의 부가 센서 화합물 (예를 들어, 하나 이상의 핵산 프로브)을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 상기 저장된 참조 전기적 특성 값을 비-일시적 저장 매체로부터 액세스 또는 검색할 수 있다. 상기 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
또 다른 예에서, 사용자는 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에, 센서 화합물을 이용하여 채널의 참조 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 사용자는 연속해서, 샘플을 채널 내로 도입하고, 샘플을 채널 내로 도입한 후 일정 시간 주기 동안 대기한 후에 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값의 비교를 이용하여, 핵산이 샘플에 존재하는 지를 결정할 수 있다.
도 19a 및 19b는 샘플 중의 핵산 또는 뉴클레오티드를 검출하기 위한 예시적인 방법 (1900)의 플로차트이다.
단계 (1902)에서는, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분이 핵산 프로브의 부착을 가능하게 하는 재료를 포함하거나 또는 이러한 재료로 코팅되도록 상기 부분을 미리 처리하거나 또는 공유적으로 변형시킬 수 있다. 예시적인 재료는 실란 화합물 (예를 들어, 트리클로로실란, 트리에톡시실란, 알킬실란, 퍼플루오로 실란), 쯔비터이온성 술톤, 폴리(6-9)에틸렌 글리콜 (Peg), 퍼플루오로옥틸, 플루오레세인, 알데히드, 그래핀 화합물 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 채널의 내부 표면의 공유적 변형은 특정 분자의 비특이적 흡수를 방지할 수 있다. 한 예에서, 내부 표면의 공유적 변형은 내부 표면에 대한 다른 분자의 비특이적 흡수를 방지하면서 내부 표면에 대한 하나 이상의 핵산 포획 프로브의 공유 결합을 가능하게 할 수 있다.
채널 변형 재료는 한 예에서 실란 화합물일 수 있다. 이러한 실란 변형은 하나 이상의 프로브, 예를 들어, 핵산 프로브를 채널의 내부 표면에 부착시키는 데 유용할 수 있다. 내부 표면을 "실란화"하는 하나의 예시적인 기술에서는, 용액이 생성된다. 이러한 용액은 적절한 용매 (예를 들어, 트리메톡시- 또는 트리에톡시실란에 대해서는 톨루엔이거나, 클로로- 또는 트리클로로실란에 대해서는 에탄올이거나 또는 트리메톡시실란에 대해서는 3.5 내지 5.5의 pH를 갖는 물이다) 중의 0.1% 내지 4% v/v (실란이 액체인 경우) 또는 w/v (실란이 고체인 경우)의 적절한 클로로-, 트리클로로-, 트리메톡시- 또는 트리에톡시실란일 수 있다. 한 예에서, 1 mL의 트리에톡시알데히드 실란을 24 mL의 톨루엔에 용해시킬 수 있고, 상기 용액을 0.2 마이크로미터 계면활성제 없는 셀룰로스 아세테이트 (SFCA) 필터를 통하여 여과시킬 수 있다. 이와 같이 여과된 실란 용액 10 μL를 채널의 포트에 부가하고, 채널을 5분 동안 모세관 충전시킬 수 있다. 이것은 광학 현미경에 의해 관찰될 수 있거나 관찰되지 않을 수 있으며 용매 조성에 따라서 5 내지 40분이 소요될 수 있다. 모세관 충전이 완료된 후, 상기 여과된 실란 용액 10 μL를 채널의 나머지 포트에 부가할 수 있다. 전체 채널을 상기 여과된 실란 용액에 담그고, 원하는 온도 (예를 들어, 변형을 위해 사용된 특이적 실란 및 용매 조성에 따라서 20℃ 내지 80℃)에서 원하는 시간 (예를 들어, 1 내지 24시간) 동안 반응시킬 수 있다. 한 예에서, 채널을 상기 여과된 실란 용액에 담그고 45℃에서 18시간 동안 가열할 수 있다. 원하는 반응 시간이 경과한 후, 다음 기술 중 하나를 이용하여 실란화 공정을 켄칭할 수 있다. 촉매적 양의 아세트산을 일부 경우에, 톨루엔 또는 에탄올-기반 표면 변형에 부가할 수 있다.
켄칭의 하나의 예시적인 기술에서는, 전체 채널을 25 mL의 0.2 마이크로미터 SFCA 여과된 에탄올로 채워진 용기로 옮기고, 사용 또는 추가 변형을 위해 원하는 시간까지 저장할 수 있다. 켄칭의 또 다른 예시적인 기술에서는, 채널을 적절한 용매 조성물로 동전기적으로 세척할 수 있다. 채널의 톨루엔 변형을 위한 하나의 동전기적 세척 기술에서는, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 톨루엔을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 에탄올을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 전극들 간의 10 V 내지 1000 V 차동에서 채널을 통해 에탄올:물의 1:1 혼합물을 동전기적으로 구동시킨 다음, 5 내지 15분 동안 10 V 내지 1000 V에서 채널을 통해 물을 동전기적으로 구동시킨다. 채널의 적당한 작동은 채널 내의 부가된 50 mM 붕산나트륨 완충제에 1000 V 인가된 전기장에서 전류를 측정하고 (대략 330 nA의 전류 판독 값을 제공함), 20 nA 미만이지만 제로보다 큰 전류를 공급하는 동일하게 인가된 전기장에서 초순수 (예를 들어, 밀리큐 초순수) 물의 재첨가에 의해 확증될 수 있다.
단계 (1904)에서는, 하나 이상의 핵산 프로브 (예를 들어, 포획 프로브)를 채널의 변형된 내부 표면의 적어도 일부분에 부착시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 핵산 프로브는 채널의 변형된 내부 표면에 공유적으로 부착시킬 수 있다.
단계 (1904)의 한 예에서, 단계 (1902)에서와 같이 변형된 채널은 이러한 채널로부터 모든 에탄올을 제거하기 위해 15분 동안 낮은 설정으로 핫 플레이트 상에 놓아둘 수 있다. 2 μL의 1 mM 스톡 5' 히드라지드 변형된 DNA를, 50 mM 소듐 아세테이트 및 1 mM 5-메톡시안트라닐산을 함유하는 198 μL의 pH 4.5 완충제와 혼합할 수 있다. 용액 중의 최종 DNA 농도는 10 μM일 수 있다. 20 μL의 상기 용액을 변형된 채널의 특정 포트에 부가하고, 40분 동안 채널을 모세관 충전시킬 수 있다. 연속해서, 10 μL의 상기 용액을 채널의 나머지 포트에 부가할 수 있다. 상기 용액을 채널에 부하하는 것은 5분 동안 또는 안정한 전류가 검출될 때까지 키슬리 2410 장치를 이용하여 전극을 채널의 포트와 연결시키고 700 V 전위차를 유지시킴으로써 동전기적으로 보장할 수 있다. 한 예에서, 230 nA의 안정한 전류를 검출할 수 있다. 상기 용액을 채널 내에 3시간 동안 잔존시켜 채널을 변형시킬 수 있다. 연속해서, 10 nA 미만의 전류가 검출될 때까지 두 포트 간의 1000 V 전위차에서 채널을 초순수 (예를 들어, 밀리큐 초순수) 물로 동전기적으로 세척할 수 있다. 이어서, 이와 같이 변형된 채널을 나중 단계에 사용할 때까지 진공 건조기에 저장할 수 있다.
단계 (1906)에서는, 샘플과 핵산 프로브 (예를 들어, 가교 결합성 표적 프로브)의 예비-혼합물을 제조할 수 있다. 한 예에서, 가교 결합성 표적 프로브는 이것이 단계 (704)에서 채널의 내부 표면에 제공된 포획 프로브와, 샘플에 존재하는 경우의 분석물 핵산 둘 다와 결합하도록 선택된다. 단계 (1908)에서는, 상기 예비-혼합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 한 예에서, 샘플은 인간의 간 전체 RNA 추출물 (이는 분석물 GAPD RNA를 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다)일 수 있다. 이러한 경우에, 예비-혼합물은 45.5 μL 뉴클레아제-무함유 물, 33.3 μL 용해 완충제, 1 μL 차단성 시약, 0.3 μL의 핵산 프로브 (예를 들어, 가교 결합성 표적 프로브), 및 20 μL의 20 ng/mL 인간의 간 전체 RNA 추출물을 함유하는 용액 (이는 와동 혼합된다)을 포함할 수 있다. 10 μL의 상기 용액을 하나의 포트를 통하여 채널 내로 도입할 수 있고 채널을 모세관 충전시킬 수 있다. 이어서, 10 μL의 상기 동일한 용액을 채널의 또 다른 포트 내로 도입할 수 있다.
단계 (1910)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (1912)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항률)을 검출할 수 있다. 한 예에서, +1000 V의 전위차가 인가될 수 있고, 0.4 μA의 전류 값이 검출될 수 있다.
전류의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (1914)에서는, 단계 (1912)에서 검출되었던 값들 중 2개 이상의 값의 제1 세트를 분석하기 위해 평형 회로를 사용할 수 있다. 평형 회로는 상기 값이 평형에 도달하였는지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 일시적인 변동이 멈추었는 지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (1912)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (1916)를 진행할 수 있다. 단계 (1916)에서는, 평형 회로가 제1 세트의 값으로부터 제1 또는 참조 값을 선택할 수 있다. 이러한 제1 또는 참조 값을 이용하여, 채널 내에 임의의 응집체 입자가 형성되기 전의 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
특정의 다른 예에서, 상기 제1 값은 채널을 세척 완충제로만 충전시키고/시키거나 핵산을 함유하지 않은 희석제 완충제로만 충전시킨 경우에 측정될 수 있다. 한 예에서, +1000 V의 전위차에서는, 제1 전기적 특성 값이 13 내지 19 nA (세척 완충제의 경우) 및 380 내지 400 nA (희석제 완충제의 경우)의 전류일 수 있다.
단계 (1918)에서는, 일부 실시양태에서, 채널을 인큐베이션하고 적합한 세척 완충제로 세척하여, 채널 내의 응집체와 특이적으로 결합되지 않는 핵산을 제거할 수 있다. 임의로, 전기적 특성 값을 연속해서 검출할 수 있다. 단계 (1920)에서는, 하나 이상의 부가 핵산 프로브를 채널 내로 도입할 수 있다. 예시적인 핵산 프로브는 이들이 분석물 핵산과 직접적 또는 간접적으로 결합하도록 선택된 하나 이상의 표지 증량제, 및/또는 이들이 이러한 표지 증량제와 결합하도록 선택된 하나 이상의 증폭 프로브를 포함할 수 있다. 이러한 상호 작용으로 인해 응집체가 형성되는데, 이는 일부 경우에 전기적으로 전도성일 수 있다. 전기 전도성 응집체는 채널 내의 전기 전도율을 증강시킬 수 있고, 분석물 핵산이 샘플에 존재하는 경우에, 특정 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류, 전도율) 상의 측정 가능한 증가 및 또 다른 전기적 특성 값 (예를 들어, 저항률) 상의 측정 가능한 감소를 초래할 수 있다.
다수의 핵산 프로브를 순차적으로 도입하는 일부 경우에, 단계 (1918 및 1920)는 각 핵산 프로브의 도입을 위해 반복될 수 있다.
단계 (1922)에서는, 일부 실시양태에서, 채널을 인큐베이션하고 적합한 세척 완충제로 세척하여, 채널 내의 응집체와 특이적으로 결합되지 않는 핵산을 제거할 수 있다. 한 예에서, 채널을 밀봉시키고 50℃ 하에 90분 동안 인큐베이션한 다음, 45분 동안 실온으로 냉각시킬 수 있다. 이어서, 채널을 안정한 전류가 검출될 때까지 세척 완충제로 세정할 수 있다.
단계 (1924)에서는, 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (1926)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값을 검출할 수 있다.
전류의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (1928)에서는, 단계 (1926)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제2 세트를 분석하기 위해 평형 회로를 사용할 수 있다. 평형 회로는 상기 값이 평형에 도달하였는지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 일시적인 변동이 멈추었는 지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (1926)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (1930)를 진행할 수 있다.
단계 (1930)에서는, 평형 회로가 제2 세트의 값으로부터 제2 값을 선택할 수 있다. 이러한 제2 값을 이용하여, 핵산과 모든 핵산 프로브 간의 임의의 상호 작용 후의 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 나타낼 수 있다. 한 예에서, +10 V의 전위차에서는, 샘플이 핵산을 함유하는 경우에 1 μA 내지 3.5 μA의 전류가 검출될 수 있다. +100 V의 전위차에서는, 샘플이 핵산을 함유하는 경우에 3 μA 내지 20 μA의 전류가 검출될 수 있다.
단계 (1932)에서는, 비교 회로를 이용하여 제1 또는 참조 값 [단계 (1916)에서 결정됨]과 제2 값 [단계 (1930)에서 결정됨] 간의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (1934)에서는, 비교 회로가, 단계 (1932)에서 결정된 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 지의 여부, 예를 들어 이러한 차이가 미리 결정된 값 위이거나, 미리 결정된 값 아래이거나 또는 상기 차이가 미리 결정된 범위 이내인지의 여부를 결정할 수 있다. 응집체가 전기 전도성인 한 예에서, 제2 전기적 특성 값은 제1 또는 참조 값보다 1 μA 내지 20 μA 더 클 수 있는데, 이러한 범위의 값은 전기적으로 전도성이고 채널의 전기 전도율을 증강시켜 주는 응집체가 채널 내에 형성되었다는 것을 표시함으로써, 샘플이 핵산을 포함하였다는 것을 표시한다. 또 다른 예에서, 제2 전기적 특성 값은 제1 또는 참조 값보다 1 μA 내지 20 μA 더 적을 수 있는데, 이러한 범위의 값은 응집체가 채널 내에 형성되었다는 것을 표시함으로써, 샘플이 핵산을 포함하였다는 것을 표시한다.
제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 것으로 단계 (1934)에서 결정되는 경우, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유한다고 단계 (1940)에서 결정할 수 있다. 연속해서, 단계 (1942)에서, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유한다는 표시를 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장할 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (1942)에서, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유한다는 표시를 디스플레이 장치 상에 디스플레이할 수 있다.
다른 한편으로는, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키지 않는 것으로 단계 (1934)에서 결정되는 경우, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유하지 않는다고 단계 (1936)에서 결정할 수 있다. 연속해서, 단계 (1938)에서, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유하지 않는다는 표시를 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장할 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (1938)에서, 핵산 검출 회로는 샘플이 핵산을 함유하지 않는다는 표시를 디스플레이 장치 상에 디스플레이할 수 있다.
단계 (1918 내지 1932)의 한 예에서는, 채널을 밀봉하고 55℃ 하의 오븐에서 16시간 동안 인큐베이션한 다음, 이러한 오븐으로부터 꺼낼 수 있다. 10 μL의 세척 완충제를 10분 동안 채널을 통하여 동전기적으로 구동시킬 수 있고, +100 V의 전위차가 인가될 수 있으며, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 6 μA 내지 7.5 μA의 범위의 전류일 수 있다. 연속해서, 1 mL의 희석제 완충제 중의 1 μL의 핵산 프로브 (예를 들어, 사전 증폭 프로브)를 함유하는 10 μL의 용액을 채널 내로 동전기적으로 구동시킬 수 있다. +100 V의 전위차가 인가될 수 있고, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 5.8 μA 내지 7.5 μA의 범위의 전류일 수 있다.
이어서, 채널을 밀봉하고 55℃ 하에 1시간 동안 인큐베이션할 수 있다. 10 μL의 세척 완충제를 10분 동안 채널을 통하여 동전기적으로 구동시킬 수 있고, +100 V의 전위차가 인가될 수 있으며, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 2.8 μA 내지 3.2 μA의 범위의 전류일 수 있다. 연속해서, 1 mL의 희석제 완충제 중의 1 μL의 핵산 프로브 (예를 들어, 증폭 프로브)를 함유하는 10 μL의 용액을, 전류가 안정적인 것으로 검출될 때까지 채널 내로 동전기적으로 구동시킬 수 있다. +100 V의 전위차가 인가될 수 있고, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 4 μA의 전류일 수 있다.
이어서, 채널을 밀봉하고 55℃ 하에 1시간 동안 인큐베이션할 수 있다. 10 μL의 세척 완충제를 10분 동안 채널을 통하여 동전기적으로 구동시킬 수 있고, +100 V의 전위차가 인가될 수 있으며, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 5 μA 내지 20 μA의 범위의 전류일 수 있다. 연속해서, 1 mL의 희석제 완충제 중의 1 μL의 핵산 프로브 (예를 들어, 표지 증량제)를 함유하는 10 μL의 용액을, 전류가 안정적인 것으로 검출될 때까지 채널 내로 동전기적으로 구동시킬 수 있다. +100 V의 전위차가 인가될 수 있고, 전기적 특성 값을 검출할 수 있다. 검출된 예시적인 전기적 특성 값은 3 μA 내지 10 μA의 범위의 전류일 수 있다.
특정 실시양태에서, 채널은 샘플의 후속 시험을 위하여 재사용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시양태에서, 단계 (1946)에서는, 탈응집제 (예를 들어, 핵산 표면 절단 또는 분해 완충제)를 채널 내로 도입하여, 이러한 채널이 재사용될 수 있도록 응집체를 붕해시킬 수 있다. 단계 (1948)에서는, 채널을 전해질 완충제로 충전시켜 채널로부터 응집체를 플러싱하고 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류)을 검출하여 응집체가 채널로부터 제거되었다는 것을 보장할 수 있다. 한 예에서, 전류가 현저하게 감소된다는 것은 전기 전도성인 응집체가 채널로부터 제거되었다는 것을 표시할 수 있다.
단계 (1946 및 1948)의 한 예에서, 안정한 전류가 수득될 때까지 (+/- 100 V = 1.4 내지 1.7 μA), 응집체를 수반한 채널에, 50 mM 인산나트륨 (pH 7.4), 1 mM 5-메톡시안트라닐산 및 5 mM 히드록실아민 히드로클로라이드를 함유하는 완충액을 동전기적으로 부하한다. 이어서, 전체 채널을 실온하에 18시간 동안 상기 완충액에서 인큐베이션할 수 있으며, 그 후에 안정해질 때까지 전류를 다시 측정한다 (+ 1000 V = 86 내지 87 nA, -1000 V = 63 내지 64 nA). 전류 상의 유의적 감소 (표면 절단 완충제를 도입하기 전의 1.4 내지 1.7 μA에서 표면 절단 완충제로 세척한 후 63 내지 90 nA로 감소됨)는 전기 전도성인 응집체가 제거되었다는 것을 나타낸다.
특정 실시양태에서, 단계 (1944)에서는, 응집체를 붕해시키기 이전에, 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 핵산의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있다. 핵산의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 내부 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 핵산에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 핵산의 상이한 농도에서 주어진 핵산 입자의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 핵산의 미지의 농도를 결정할 수 있다.
상이한 이온에 대한 채널 내의 표면 전하에 관한 상세한 정보가 다음 문헌에 제시되는데, 이들 문헌의 전문이 본원에 명확히 참조로 포함된다 ["Surface-dependent chemical equilibrium constants and capacitances for bare and 3-cyanopropyldimethylchlorosilane coated silica nanochannels," M. B. Andersen, J. Frey, S. Pennathur and H. Bruus, J., Colloid Interface Sci. 353, 301-310 (2011), and "Hydronium-domination ion transport in carbon-dioxide-saturated electrolytes at low salt concentrations in nanochannels," K.L. Jensen, J.T. Kristensen, A.M. Crumrine, M.B.Andersen, H. Bruus and S. Pennathur, Phys. Review E. 83, 5, 056307].
도 5는 채널의 내부 표면 (502), 채널의 내부 표면에 바로 인접하여 놓인 유체의 고정 층 (504), 이러한 고정 층에 바로 인접하여 놓인 유체의 확산 층 (506), 및 이러한 확산 층에 바로 인접하여 놓인 벌크 유체 흐름 층 (508)을 포함한 채널 내부의 개략도이다. 예시적인 이온이 각각의 유체 층에 제시된다. 채널의 길이에 걸쳐 전위차를 인가하면, 채널의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 값을 검출할 수 있다 [예를 들어, 분석물 검출 회로 (122)에 의함]. 비교 회로 (126)를 이용하여 상기 측정된 전기적 특성 값을, 핵산의 특별한 농도 또는 일정 범위의 농도 값에 상응하는 미리 결정된 범위의 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 결정된 농도는 핵산의 절대 농도 또는 채널 내의 하나 이상의 다른 물질의 농도에 대한 핵산의 상대 농도일 수 있다.
도 6a 및 6b는 상이한 시험 사례에 있어 채널에서 측정된 전도율 값을 도시하는 그래프이다. 각 시험 사례에서는, 2개의 부가 물질 (본 사례에는, 암모늄 및 과산화수소)의 농도에 대한 분석물의 상이한 상대 농도를 사용하고, 상응하는 전도율 값을 채널에서 결정한다. 한 실시양태에서, 표준 클린 1 또는 SC1이 상기 시험 사례에서 용액으로 사용된다. SC1의 세부 사항은 온라인에서 찾을 수 있다. 도 6a 및 6b에 나타낸 시험 사례에서의 3개의 물질 간의 농도 비가 상기 표 1에 제시된다.
분석물의 농도가 더 낮을수록, 분석물과 다른 물질 간의 상대 농도에서의 차이를 측정하는 것이 더 용이해진다. 예를 들어, 1000:1:1의 농도 비에서는, 예시적인 검출 시스템에서 대략 1 내지 10 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 350:1:1의 농도 비에서는, 대략 100 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다. 5:1:1의 농도 비에서는, 대략 10,000 ppm의 검출 감도가 달성될 수 있다.
표 3에는 도 19a 및 19b의 방법의 상이한 단계에서 검출될 수 있는 예시적인 전류 값이 요약되어 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 표 3에 제시된 예시적인 수치 값이 단지 예시적인 목적이고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라는 것을 인식할 것이다.
<표 3>
Figure 112017041780114-pct00007
한 예에서, 표면 변형을 전혀 수반하지 않은 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 검출하였는데, 여기서는 핵산을 부가하지 않은 완충제 만이 채널에 노출되었다. 표 4에는 세척 완충제 및 희석제 완충제가 채널에 존재한 경우에 검출되었던 안정적 전류가 요약되어 있다.
<표 4>
Figure 112017041780114-pct00008
도 20은 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2000)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2002)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2004)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (2006)에서는, 참조 전기적 특성 값을 액세스할 수 있다. 참조 전기적 특성 값은 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 단계 (2004)에서 검출된 전기적 특성과 연관될 수 있다. 단계 (2008)에서는, 단계 (2004)에서 측정된 전기적 특성 값을, 단계 (2006)에서 액세스된 참조 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 단계 (2010)에서는, 단계 (2008)에서의 비교를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 21은 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2100)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2102)에서는, 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 하나 이상의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (2104)에서는, 단계 (2102)에서 측정된 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2106)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (2108)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 하나 이상의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (2110)에서는, 단계 (2108)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성 값을 근거로 하여 샘플 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2112)에서는, 단계 (2110)에서 결정된 샘플 채널 전기적 특성 값을, 단계 (2104)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값과 비교할 수 있다. 단계 (2114)에서는, 단계 (2112)에서의 비교를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 22는 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2200)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2202)에서는, 샘플과 하나 이상의 센서 화합물의 혼합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2204)에서는, 샘플 및 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)의 전기적 특성 값을 측정할 수 있다. 단계 (2206)에서는, 참조 전기적 특성 값을 액세스할 수 있다. 참조 전기적 특성 값은 샘플 및 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입하기 이전에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 단계 (2204)에서 검출된 전기적 특성과 연관될 수 있다. 단계 (2208)에서는, 단계 (2204)에서 측정된 전기적 특성 값과 단계 (2206)에서 액세스된 참조 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2210)에서는, 단계 (2208)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 23은 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2300)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2302)에서는, 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2304)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2306)에서는, 단계 (2304)에서 측정된 채널의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2308)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (2310)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2312)에서는, 단계 (2310)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 채널의 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2314)에서는, 단계 (2312)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (2306)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2316)에서는, 단계 (2314)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 24는 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2400)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2402)에서는, 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2404)에서는, 샘플을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (2406)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2408)에서는, 단계 (2406)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 채널의 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2410)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값이 액세스될 수 있다. 참조 채널 전기적 특성 값은 모든 센서 화합물과 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 측정될 수 있다. 단계 (2412)에서는, 단계 (2408)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (2410)에서 액세스된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2414)에서는, 단계 (2412)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 25는 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2500)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2502)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2504)에서는, 샘플을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2506)에서는, 단계 (2504)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2508)에서는, 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (2510)에서는, 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2512)에서는, 모든 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 단계 (2510)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2514)에서는, 단계 (2512)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (2506)에서 결정된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2516)에서는, 단계 (2514)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 26은 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2600)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2602)에서는, 샘플을 검출 시스템의 채널 내로 도입할 수 있는데, 이러한 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 갖는다. 단계 (2604)에서는, 하나 이상의 센서 화합물을 채널 내로 도입할 수 있다. 단계 (2606)에서는, 샘플 및 모든 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2608)에서는, 모든 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입한 후에 단계 (2606)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2610)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값이 액세스될 수 있다. 참조 채널 전기적 특성 값은 모든 센서 화합물 및 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 측정될 수 있다. 단계 (2612)에서는, 단계 (2608)에서 결정된 전기적 특성 값과 단계 (2610)에서 액세스된 참조 채널 전기적 특성 값 간의 임의의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2614)에서는, 단계 (2612)에서 결정된 차이가 존재한다면, 이러한 차이를 근거로 하여, 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 결정할 수 있다.
도 27은 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 일반 예시적인 방법 (2700)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2702)에서는, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을, 이러한 채널의 내부 표면에 대한 하나 이상의 핵산 프로브의 특이적 공유 부착을 촉진시키거나 또는 가능하게 할 수 있는 재료로 변형시키거나 또는 처리할 수 있다. 채널은 그 길이가 폭보다 실질적으로 더 큰 길이와 폭을 가질 수 있다. 채널의 내부 표면을 변형시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 재료는 실란 화합물 (예를 들어, 트리클로로실란, 알킬실란, 트리에톡시실란, 퍼플루오로 실란), 쯔비터이온성 술톤, 폴리(6-9)에틸렌 글리콜 (Peg), 퍼플루오로옥틸, 플루오레세인, 알데히드, 그래핀 화합물 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 채널의 내부 표면의 공유적 변형은 특정 분자, 예를 들어 핵산 프로브 이외의 분자의 비특이적 흡수를 방지할 수 있다. 단계 (2704)에서는, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을 하나 이상의 핵산 프로브로 코팅하거나 또는 이러한 부분에 핵산 프로브를 제공할 수 있다. 핵산 프로브는 내부 표면의 변형된 부분에 공유적으로 부착될 수 있다. 단계 (2706)에서는, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류, 전도율, 저항)을 측정할 수 있다. 단계 (2708)에서는, 단계 (2706)에서 측정된 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 채널 전기적 특성 값을 결정할 수 있다. 단계 (2710)에서는, 참조 채널 전기적 특성 값을, 핵산이 샘플에 존재 또는 부재하는 지의 여부를 결정하는 데 사용하기 위하여 비-일시적 저장 매체 상에 저장할 수 있다.
도 28은 도 19a, 19b, 20 내지 27, 29a 및 29b의 방법에서 사용될 수 있는 예시적인 핵산 프로브의 개략도이다. 도 28은 내부 표면 (2802)에 대한 하나 이상의 핵산 프로브 [예를 들어, 포획 프로브 (2806)]의 부착을 가능하게 하기 위해 미리 처리되거나 또는 변형되는 (예를 들어, 실란 화합물의 분자를 이용함) 채널 (2804)의 내부 표면 (2802)을 예시한다. 포획 프로브 (2806)는 이들이 하나 이상의 가교 결합성 표적 프로브 (2808)와 결합하도록 선택되고, 표적 프로브 (2808)는 이들이 특별한 핵산 (2810) (이는 시험 대상 분석물이고, 한 예에서 바이러스 DNA일 수 있다)과 포획 프로브 (2806) 둘 다와 결합하도록 선택된다.
샘플 [이는 핵산 (2810)을 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있다] 및 표적 프로브 (2808)을 채널 내로 공동으로 또는 순차적으로 도입할 수 있다. 핵산 (2810), 표적 프로브 (2808) 및 포획 프로브 (2806) 간의 상호 작용으로 인해, 채널 내에 응집체 (2812)가 생성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 하나 이상의 부가 핵산 프로브 [예를 들어, 하나 이상의 표지 증량제 (2814)]를 채널 내로 도입할 수 있다. 표지 증량제 (2814)는 이들이 응집체 (2812) 내의 핵산 (2810)과 결합하여 더 복잡한 응집체 (2816)를 형성하도록 선택된다. 하나 이상의 부가 핵산 프로브 [예를 들어, 하나 이상의 증폭 프로브 (2818)]를 또한 채널 내로 도입할 수 있다. 증폭 프로브 (2818)는 이들이 응집체 (2816) 내의 표지 증량제 (2814)와 결합하여, 일부 경우에 전기적으로 전도성일 수 있는 더 복잡한 응집체 (2820)를 형성하도록 선택된다. 전기 전도성인 응집체 (2820)는 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전기 경로를 증강시킬 수 있고, 핵산이 샘플에 존재하는 경우에는, 참조 값과 비교해서 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류, 전도율) 상의 측정 가능한 증가 및 또 다른 전기적 특성 값 (예를 들어, 저항률) 상의 측정 가능한 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 참조 값에 대해 상대적으로 증가된 전류 또는 전도율이 채널 내에 검출된다는 것은 샘플에 핵산 (2810)이 존재한다는 것을 표시할 수 있다. 유사하게, 참조 값에 대해 상대적으로 감소된 저항률이 검출된다는 것은 샘플에 핵산 (2810)이 존재한다는 것을 표시할 수 있다.
핵산을 검출하기 위한 또 다른 예시적인 기술은 채널 내에서의 핵산 응집체의 형성에 의해 유발되는 채널 내에서의 다이오드 형 동작의 존재를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 응집체의 부재 하에서는, 실질적으로 유사한 크기 (예를 들어, +500 V)를 갖는 전위차가 인가되면, 전위차 또는 전기장의 인가 방향과 상관없이, 채널의 길이에 따라 검출되는 전기적 특성 (예를 들어, 전류)이 실질적으로 동일한 크기가 될 수 있다. 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 채널의 길이에 걸쳐 전위차가 인가되는 경우 (예를 들어, 이로써 양극이 채널의 제1 말단에서 또는 그 근처에서 입력 포트 (110)에 있게 되고, 음극이 채널의 제2 말단에서 또는 그 근처에서 출력 포트 (112)에 있게 된다), 이로써 생성되는 전류는 전위차가 반대 방향으로 인가되는 경우 (예를 들어, 이로써 양극이 출력 포트 (112)에 있게 되고, 음극이 입력 포트 (110)에 있게 된다)에 생성되는 전류와 그 크기 면에서 실질적으로 동등할 수 있다.
채널 내에 응집체가 형성되면, 인가된 전위차 또는 전기장의 방향을 역전시켜 채널에서 검출된 전기적 특성 상의 변화를 유발시키는 다이오드 형 동작이 야기될 수 있다. 이러한 다이오드 형 동작은 검출된 전류가 전기장의 방향에 따라 그 크기 면에서 다양해지도록 한다. 전기장 또는 전위차가 제1 방향으로 인가될 때, 전류의 크기는 전위차 또는 전기장이 반대 방향으로 인가될 때와 상이한 크기일 수 있다. 따라서, 제1 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제1 방향으로 인가될 때 검출됨)과 제2 전기적 특성 값 (전위차가 채널 길이를 따라 제2의 반대 방향으로 인가될 때 검출됨)을 비교하여 응집체를 검출할 수 있게 되고, 이로써 샘플 중의 핵산을 검출할 수 있게 된다. 이러한 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등한 경우에는, 샘플이 핵산을 함유하지 않는다고 결정할 수 있다. 다른 한편으로는, 제1 전기적 특성 값과 제2 전기적 특성 값이 그 크기 면에서 실질적으로 동등하지 않는 경우에는, 샘플이 핵산을 함유한다고 결정할 수 있다. 다시 말해서, 전기적 특성 값의 합 (한 방향에서 양성이고, 다른 방향에서 음성)은 응집체의 부재 하에서는 실질적으로 제로이고, 응집체의 존재 하에서는 실질적으로 제로가 아니다.
도 29a 및 29b는 샘플 중의 핵산의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 예시적인 방법 (2950)을 예시하는 플로차트이다. 단계 (2952)에서는, 하나 이상의 핵산 프로브 및 샘플을, 임의의 적합한 기술, 예를 들어 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 채널 내로 도입할 수 있다. 핵산 프로브와 샘플은 공동으로 또는 별도로 도입할 수 있다. 한 실시양태에서, 채널의 내부 표면의 적어도 일부분을, 핵산 프로브 (예를 들어, 포획 프로브)를 포함하도록 처리할 수 있거나 또는 이러한 핵산 프로브로 코팅할 수 있다.
단계 (2954)에서는, 채널 길이를 따라 (y-축) 제1 방향으로 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 단계 (2956)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 값 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (2958)에서는, 단계 (2956)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제1 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는 지의 여부, 즉 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 변동이 멈추었는 지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 전기적 특성 값을 검출하기 위해 단계 (2956)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (2960)를 진행할 수 있다.
단계 (2960)에서는, 제1 세트의 전기적 특성으로부터 제1 값을 선택할 수 있다. 이러한 제1 전기적 특성 값을 이용하여, 채널 길이를 따라 (y-축) 제1 방향으로 전기장이 인가될 때 채널의 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
단계 (2962)에서는, 채널 길이를 따라 (y-축) 제2의 반대 방향으로 전압원을 이용하여 채널의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 전위차를 인가할 수 있다. 제2 방향은 제1 방향과 실질적으로 반대일 수 있다. 단계 (2964)에서는, 전위차가 인가되는 동안, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 및/또는 전도율)을 검출할 수 있다. 일부 경우에, 전류 및/또는 전도율을 직접적으로 측정할 수 있다. 다른 경우에, 전류를 표시하는 측정치 및/또는 전기 전도율을 표시하는 측정치를 검출할 수 있다.
전기적 특성의 정확하고 신뢰할 만한 측정치를 수득하기 위해, 단계 (2966)에서는, 단계 (2964)에서 검출되었던 2개 이상의 값의 제2 세트를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하였는 지의 여부, 예를 들어 미리 결정된 분산 또는 허용 범위를 넘어서는 일시적인 변동이 멈추었는지의 여부가 결정될 수 있다. 전기적 특성 값이 평형에 도달하지 않은 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 부가의 값을 검출하기 위해 단계 (2964)로 되돌아갈 수 있다. 다른 한편으로는, 전기적 특성 값이 평형에 도달한 것으로 결정된 경우, 상기 방법은 단계 (2968)를 진행할 수 있다. 단계 (2968)에서는, 전기적 특성의 제2 세트의 값으로부터 제2 값을 선택할 수 있다. 이러한 제2 값을 이용하여, 샘플과 센서 화합물 둘 다를 채널 내로 도입한 후의 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 하나 이상의 전기적 특성 (예를 들어, 전류 또는 전도율)을 나타낼 수 있다.
단계 (2970)에서는, 제1 값 [단계 (2960)에서 결정됨]의 크기와 제2 값 [단계 (2968)에서 결정됨]의 크기 간의 차이를 결정할 수 있다. 단계 (2972)에서는, 단계 (2970)에서 결정된 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키는 지의 여부, 예를 들어 이러한 차이가 미리 결정된 값 위이거나, 미리 결정된 값 아래이거나 또는 상기 차이가 미리 결정된 범위 이내인 지의 여부가 결정될 수 있다.
제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시킨다고 (예를 들어, 그 크기에 있어서의 차이가 실질적으로 제로가 아니라고) 단계 (2972)에서 결정되는 경우, 샘플이 핵산을 함유한다고 단계 (2978)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (2980)에서는, 샘플이 핵산을 함유한다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (2980)에서는, 샘플이 핵산을 함유한다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
다른 한편으로는, 제1 값과 제2 값 간의 차이가 미리 결정된 한계치를 충족시키지 않는다고 (예를 들어, 그 크기에 있어서의 차이가 실질적으로 제로라고) 단계 (2972)에서 결정되는 경우, 샘플이 핵산을 함유하지 않는다고 단계 (2974)에서 결정될 수 있다. 연속해서, 단계 (2976)에서는, 샘플이 핵산을 함유하지 않는다는 표시가 비-일시적 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 또 다른 한편으론 또는 부가적으로, 단계 (2976)에서는, 샘플이 핵산을 함유하지 않는다는 표시가 디스플레이 장치 상에 디스플레이될 수 있다.
특정의 경우에, 제1 값과 제2 값 간의 크기에 있어서의 차이가 상기 한계치보다 더 큰 경우, 샘플이 핵산을 함유한다고 결정될 수 있다. 그렇지 않다면, 샘플이 핵산을 함유하지 않는 것으로 결정될 수 있다. 특정의 비-제한적 예에서, 상기 한계치는 대략 1 nA 내지 대략 10 nA의 범위일 수 있다.
특정 실시양태에서, 채널은 샘플의 후속 시험을 위한 재사용을 위해 준비될 수 있다. 단계 (2984)에서는, 임의의 적합한 기술, 예를 들어, 모세관 충전 또는 동전기적 충전을 이용하여 탈응집제를 채널 내로 도입할 수 있다. 탈응집제와 채널 내에 형성된 응집체 간의 상호 작용으로 인해 이러한 응집체가 용해 또는 붕해되도록 탈응집제를 선택할 수 있다. 채널을 전해질 완충제로 충전시켜 채널을 플러싱하고 샘플 및 센서 화합물이 채널 내로 도입되도록 할 수 있다.
특정 실시양태에서, 단계 (2982)에서는, 응집체를 붕해시키기 이전에, 채널의 전기적 특성 값을 근거로 하여 핵산의 절대 농도 또는 상대 농도를 결정할 수 있다. 핵산의 농도는 이러한 방식으로 결정될 수 있는데, 이는 예시적인 검출 시스템의 채널이 높은 내부 표면적 대 용적 비를 갖고 있기 때문이다. 낮은 농도의 핵산에서는, 채널 내의 전기 전도율이 표면 전하에 의해 좌우된다. 따라서, 채널의 전기적 특성의 측정은 상이한 이온들 간의 뚜렷한 차이를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 채널 내의 벌크 흐름에 대한 독특하고 민감한 측정은 채널의 내부 표면에서 표면 전하에 대한 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태는 채널의 치수와 핵산의 상이한 농도에서 주어진 핵산의 특징인 채널의 전기적 특성 값의 미리 결정된 범위를 계산할 수 있다. 이어서, 이들 미리 결정된 값을 이용하여 샘플 중의 핵산의 미지의 농도를 결정할 수 있다.
VI. 예시적인 프로세서 및 컴퓨팅 장치
본원에 개시된 시스템 및 방법은 하나 이상의 프로그램 가능한 프로세서, 프로세싱 유닛, 및 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체, RAM, ROM, 하드 드라이브 및/또는 하드웨어 상에 보유되거나 코딩된 실행 가능한 컴퓨터 실행 가능 명령어와 연관된 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 하드웨어, 펌웨어 및/또는 실행 가능 코드는, 예를 들어 기존 인프라 (예를 들어, 기존 장치/프로세싱 유닛)와 연계해서 사용하기 위한 업그레이드 모듈(들)로서 제공될 수 있다. 하드웨어는, 예를 들어 컴퓨팅 프로세스로서 본원에서 교시된 실시양태를 실행하기 위한 성분들 및/또는 로직 회로망을 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따라서, 예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스를 렌더링하기위한 디스플레이 및/또는 다른 피드백 수단이 또한 포함될 수 있다. 이러한 디스플레이 및/또는 다른 피드백 수단은 독립형 장비일 수 있거나 또는 프로세싱 유닛 (들)의 하나 이상의 성분/모듈로서 포함될 수 있다.
본 실시양태 중 일부를 구현하는데 사용될 수 있는 실제 컴퓨터 실행 가능 코드 또는 제어 하드웨어는 그러한 실시양태의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 본원에 기재된 실시양태의 특정 측면은, 예를 들어 통상적인 기술 또는 객체 지향 프로그래밍 기술을 사용하는 MATLAB 기술 컴퓨팅 언어, LABVIEW 그래픽 프로그래밍 언어, 어셈블리 코드, C, C# 또는 C++와 같은 임의의 적합한 프로그래밍 언어 유형을 사용하여 코드로 구현될 수 있다. 이러한 컴퓨터 실행 가능 코드는 자기 또는 광학 저장 매체와 같은 임의의 유형의 적합한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(들) 상에 저장되거나 또는 유지될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, "프로세서", "프로세싱 유닛", "컴퓨터" 또는 "컴퓨터 시스템"은, 예를 들어, 무선 또는 유선 회선의 마이크로 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 서버, 메인 프레임, 랩탑, 개인 정보 단말기 (PDA), 무선 전자 메일 장치 [예를 들어, "블랙베리(BlackBerry)", "안드로이드(Android)" 또는 "애플(Apple)", 무역 지정 장치], 휴대 전화, 호출기, 프로세서, 팩스기, 스캐너 또는 데이터를 네트워크 상으로 송수신하도록 설정된 임의의 다른 프로그램 가능 장치일 수 있다. 본원에 개시된 컴퓨터 시스템은 데이터를 수득하고, 프로세싱하며, 통신하는데 사용되는 특정 소프트웨어 애플리케이션을 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 메모리는 본원에 개시된 실시양태의 내부 또는 외부에 있을 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 메모리는 또한, 하드 디스크, 광 디스크, 플로피 디스크, ROM (판독 전용 메모리), RAM (랜덤 액세스 메모리), PROM (프로그램 가능 ROM), EEPROM (전기적으로 소거 가능한 PROM), 플래시 메모리 저장 장치 등을 포함한, 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 코드를 저장하기 위한 비-일시적 저장 매체를 포함할 수 있다.
도 18은 본원에 개시된 시스템 및 방법을 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 장치 (1700)를 나타내는 블록도를 도시한다. 특정 실시양태에서, 도 1a 및 1b에 예시된 프로세서 (130)는 컴퓨팅 장치 (1700)의 특정의 기능성 및/또는 성분으로서 설정될 수 있거나 또는 이를 구현할 수 있다. 특정 실시양태에서, 분석물 검출 회로 (122)는 컴퓨팅 장치 (1700)의 특정의 기능성 및/또는 성분으로서 설정될 수 있거나 또는 이를 구현할 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 임의의 컴퓨터 시스템, 예컨대 워크스테이션, 데스크탑 컴퓨터, 서버, 랩탑, 핸드 헬드(handheld) 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 [예를 들어, 아이패드(iPad™) 태블릿 컴퓨터], 모바일 컴퓨팅 또는 통신 장치 [예를 들어, 아이폰(iPhone™) 이동 통신 장치, 안드로이드™ 이동 통신 장치 등), 또는 통신이 가능하고 본원에 기재된 작동을 수행하기에 충분한 프로세서 전력 및 메모리 용량을 갖는 다른 형태의 컴퓨팅 또는 원격 통신 장치일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 분산된 전산 시스템은 복수 개의 상기 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 본원에 기재된 예시적인 방법을 구현하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 소프트웨어가 그위에 코딩된 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 이러한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 하나 이상의 유형의 하드웨어 메모리 및 다른 유형 매체 (예를 들어, 하나 이상의 자기 저장 디스크, 하나 이상의 광 디스크, 하나 이상의 USB 플래시 드라이브) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치 (1700)에 포함된 메모리 (1706)는 본원에 기재된 바와 같은 분석물 검출 회로 (122)의 기능성을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능 및 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 소프트웨어를 저장할 수 있다. 컴퓨팅 장치 (1700)는 또한, 메모리 (1706)에 저장된 컴퓨터 판독 가능 및 컴퓨터 실행 가능 명령어 또는 소프트웨어 및 시스템 하드웨어를 제어하기 위한 다른 프로그램을 실행하기 위한 프로세서 (1702) 및 관련 코어 (1704)를 포함할 수 있고, 일부 실시양태에서, 하나 이상의 부가 프로세서(들) (1702') 및 관련 코어(들) (1704') (예를 들어, 다중 프로세서/코어를 갖는 컴퓨터 시스템의 경우)를 포함할 수 있다. 프로세서 (1702) 및 프로세서(들) (1702') 각각은 단일 코어 프로세서 또는 다중 코어 (1704 및 1704') 프로세서일 수 있다.
가상화가 컴퓨팅 장치 (1700)에 이용될 수 있으므로 컴퓨팅 장치의 인프라 및 리소스가 동적으로 공유될 수 있다. 가상 머신 (1714)은 프로세스가 다수의 컴퓨팅 리소스 보다는 오히려 하나의 컴퓨팅 리소스만을 사용하는 것처럼 보이도록 다중 프로세서 상에서 실행되는 프로세스를 핸들링하도록 제공될 수 있다. 하나의 프로세서로 여러 개의 가상 머신을 사용할 수도 있다.
메모리 (1706)는 비-일시적 컴퓨터 시스템 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리, 예컨대 DRAM, SRAM, EDO RAM 등을 포함할 수 있다. 메모리 (1706)는 또한, 다른 유형의 메모리, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
사용자는 본원에 기재된 예시적인 실시양태에 따라서 제공된 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스 (1720)를 디스플레이할 수 있는 시각적 디스플레이 장치 (1718), 예컨대 스크린 또는 모니터를 통해 컴퓨팅 장치 (1700)와 상호 작용할 수 있다. 시각적 디스플레이 장치 (1718)는 또한, 예시적인 실시양태와 연관된 다른 측면, 요소 및/또는 정보 또는 데이터를 디스플레이할 수 있다. 특정의 경우에, 시각적 디스플레이 장치 (1718)는 예시적인 분석물 검출 시스템 또는 방법에서 검출된 하나 이상의 전기적 특성 값을 디스플레이할 수 있다. 특정의 경우에, 시각적 디스플레이 장치 (1718)는 샘플이 관심 분석물을 함유하는 지의 여부 표시를 디스플레이할 수 있다. 특정 실시양태에서, 다른 유형의 인터페이스, 예를 들어 관심 분석물이 샘플에 존재하는 것으로 결정된 경우에 활성화될 수 있는 음향 경보가 동일한 정보를 전달하기 위해 제공될 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 사용자로부터의 입력을 수신하기 위한 다른 I/O 장치, 예를 들어 키보드 또는 임의의 적합한 멀티 포인트 터치 인터페이스 (1708) 또는 포인팅 장치 (1710) (예를 들어, 마우스, 디스플레이 장치와 직접 인터페이스하는 사용자의 손가락 등)를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은, "포인팅 장치(pointing device)"는 사용자가 컴퓨팅 시스템 또는 장치에 공간 데이터를 입력할 수 있게 해주는 임의의 적합한 입력 인터페이스, 구체적으로 인간 인터페이스 장치이다. 예시적인 실시양태에서, 포인팅 장치는 사용자가 물리적인 제스처, 예를 들어 포인팅, 클릭, 드래그, 드롭핑 등을 사용하여 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있게한다. 예시적인 포인팅 장치는 마우스, 터치 패드, 디스플레이 장치와 직접 인터페이스하는 사용자의 손가락 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
키보드 (1708) 및 포인팅 장치 (1710)는 시각적 디스플레이 장치 (1718)에 연결될 수 있다. 컴퓨팅 장치 (1700)는 다른 적합한 통상적인 I/O 주변 장치를 포함할 수 있다. I/O 장치는 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스 (1720)의 구현을 용이하게 할 수 있는데, 예를 들어 본원에 기재된 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스를 구현할 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 본원에 교시된 바와 같은 예시적 실시양태를 구현하는 데이터 및 컴퓨터 판독 가능 명령어 및/또는 소프트웨어를 저장하기 위한 하나 이상의 저장 장치 (1724), 예컨대 내구성 디스크 저장 (임의의 적합한 광 또는 자기 내구성 저장 장치, 예를 들어, RAM, ROM, 플래시, USB 드라이브, 또는 다른 반도체 기반의 저장 매체를 포함할 수 있다), 하드-드라이브, CD-ROM, 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 하나 이상의 저장 장치 (1724)는 본 개시내용의 시스템 및 방법에 의해 생성될 수 있는 데이터에 대한 저장을 제공할 수 있다. 하나 이상의 저장 장치 (1724)는 컴퓨팅 장치 (1700) 상에 제공될 수 있고/있거나 컴퓨팅 장치 (1700)와 별도로 또는 원격으로 제공될 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 표준 전화선, LAN 또는 WAN 링크 (예를 들어, 802.11, T1, T3, 56kb, X.25), 광대역 연결 (예를 들어, ISDN, 프레임 릴레이, ATM), 무선 연결, 컨트롤러 지역 네트워크 (CAN), 또는 상기 중 임의의 또는 모두의 일부 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 각종 연결을 통하여, 하나 이상의 네트워크 장치 (1722)를 통해 하나 이상의 네트워크, 예를 들어 근거리 통신망 (LAN), 광역 통신망 (WAN) 또는 인터넷과 인터페이스하도록 설정된 네트워크 인터페이스 (1712)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스 (1712)는 내장형 네트워크 어댑터, 네트워크 인터페이스 카드, PCMCIA 네트워크 카드, 카드 버스 네트워크 어댑터, 무선 네트워크 어댑터, USB 네트워크 어댑터, 모뎀, 또는 컴퓨팅 장치 (1700)가 본원에 기재된 작동을 수행하고 통신할 수 있는 임의의 유형의 네트워크와 인터페이스하기에 적합한 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 네트워크 장치 (1722)는 하나 이상의 수신기, 하나 이상의 송신기, 하나 이상의 송수신기, 하나 이상의 안테나 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 네트워크를 통해 통신을 수신하고 송신하기 위한 하나 이상의 적합한 장치를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치 (1700)는 임의의 운영 체제 (1716), 예컨대 임의의 버전의 마이크로소프트 윈도 (Microsoft® Windows®) 운영 체제, 유닉스(Unix) 및 리눅스(Linux) 운영 체제의 상이한 릴리스, 매킨토시(Macintosh) 컴퓨터용 임의의 버전의 MacOS®, 임의의 임베디드 운영 체제, 임의의 실시간 운영 체제, 임의의 오픈 소스 운영 체제, 임의의 독점 운영 체제, 모바일 컴퓨팅 장치용 임의의 운영 체제, 또는 본원에 기재된 작동을 수행하고 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 임의의 다른 운영 체제를 실행할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 운영 체제 (1716)는 네이티브 모드 또는 에뮬레이트된 모드(emulated mode)로 실행될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 운영 체제 (1716)는 하나 이상의 클라우드 머신 인스턴스 상에서 실행될 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 예시적인 컴퓨팅 장치 (1700)가 도 18에 도시된 것 보다 더 많거나 더 적은 모듈을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
예시적인 실시양태를 설명하는 데 있어서, 명확한 설명을 위해 특이적 용어가 사용된다. 설명의 목적상, 각각의 특이적 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동되는 모든 기술적 및 기능적 등가물을 적어도 포함하도록 의도된다. 부가적으로, 특별한 예시적인 실시양태가 복수 개의 시스템 요소 또는 방법 단계를 포함하는 일부 경우에, 이들 요소 또는 단계는 단일 요소 또는 단계로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 단일 요소 또는 단계는 동일한 목적을 제공하는 복수 개의 요소 또는 단계로 대체될 수 있다. 추가로, 각종 특성에 대한 파라미터가 예시적인 실시양태를 위해 본원에 명시되는 경우, 이들 파라미터는 달리 명시되지 않는 한, 1/20, 1/10, 1/5, 1/3, 1/2 등 정도로 또는 그의 반올림 근사법에 의해 위아래로 조정될 수 있다. 더욱이, 예시적인 실시양태가 그의 특별한 실시양태를 참조하여 제시되고 기재되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 형태 및 세부 사항에 있어서 다양한 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 또한 추가로, 다른 측면, 기능 및 이점이 또한, 본 발명의 범위 내에 있다.
예시적인 플로차트는 예시적 목적을 위해 본원에 제공되고, 이는 방법의 비제한적 예이다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 예시적인 방법이 예시적인 플로차트에 예시된 것 보다 더 많거나 또는 더 적은 단계를 포함할 수 있고, 예시적인 플로차트 내의 단계들이 도시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
블록도 및 플로차트의 블록은 명시된 기능을 수행하기 위한 수단의 조합, 명시된 기능을 수행하기 위한 단계의 조합 및 명시된 기능을 수행하기 위한 프로그램 명령어 수단을 지원한다. 또한, 회로도 및 프로세스 플로차트의 블록/단계 중 일부 또는 전부, 및 회로도 및 프로세스 플로차트의 블록/단계의 조합이, 명시된 기능 또는 단계를 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터 시스템, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령어의 조합에 의해 구현될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예시적인 시스템은 예시적인 블록도에 예시된 것보다 더 많거나 더 적은 모듈을 포함할 수 있다.
본원에 제시된 본 발명의 많은 변형, 조합 및 다른 실시양태는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 갖는 것으로, 본 발명의 이들 실시양태가 속하는 분야의 통상의 기술자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명의 실시양태는 개시된 특이적 실시양태로 제한되지 않으며, 변형, 조합 및 다른 실시양태가 첨부된 청구범위 내에 포함되는 것으로 이해해야 한다. 특이적 용어가 본원에 이용되긴 하지만, 이들은 제한적인 목적이 아닌 일반적이고 서술적인 의미로만 사용된다.

Claims (132)

  1. 샘플 및 센서 화합물을, 길이가 폭보다 더 큰 길이와 폭을 갖는 채널 내로 도입하는 단계이며, 여기서 상기 센서 화합물이 상기 채널의 길이를 따라 유동되도록 하는 단계,
    샘플 및 센서 화합물을 채널 내로 도입한 후에 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기적 특성의 전기적 특성 값을 측정하는 단계,
    참조 전기적 특성 값을 액세스하는 단계이며, 여기서 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 채널의 전기적 특성의 참조 전기적 특성 값은 샘플을 채널 내로 도입하기 이전에 얻는 것인 단계,
    측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값을 비교하는 단계, 및
    측정된 전기적 특성 값과 참조 전기적 특성 값 간의 비교를 근거로 하여, 분석물이 채널 내에 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계
    를 포함하는, 샘플 중 분석물의 존재 또는 부재를 검출하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    샘플을 채널 내로 도입하는 단계 이전에, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 측정하는 단계, 및
    샘플을 채널 내로 도입하는 단계 이전에, 측정된 채널의 하나 이상의 전기적 특성을 근거로 하여 참조 전기적 특성 값을 결정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    샘플을 채널 내로 도입하는 단계와 전기적 특성 값을 측정하는 단계 사이에서 일정 시간 주기 동안 대기하는 단계, 및
    분석물이 샘플 중에 존재하는 지의 여부 표시를 시각적 디스플레이 장치 상에 디스플레이하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    측정된 전기적 특성 값의 검출 동안 채널의 길이에 걸쳐 전위차를 인가하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 측정된 전기적 특성 값이, 채널의 길이의 적어도 일부분을 따라 전도된 전류 값 또는 채널의 길이의 적어도 일부분에 따른 전기 전도율의 측정치인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 채널이
    10 나노미터 내지 10 센티미터의 범위의 길이,
    1 나노미터 내지 50 마이크로미터의 범위의 폭, 또는
    1 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위의 깊이
    로부터 선택된 치수를 갖도록 설정되는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 시간 동안 채널 내 전기적 특성의 하나 이상의 값의 제1 세트, 및 제2 시간 동안 채널 내 전기적 특성의 하나 이상의 값의 제2 세트를 모니터링하는 단계,
    제1 시간 동안 채널 내 하나 이상의 값의 평형시 제1 세트의 값으로부터 상기 참조 전기적 특성 값을 선택하는 단계, 및
    제2 시간 동안 채널 내 하나 이상의 값의 평형시 제2 세트의 값으로부터 상기 측정된 전기적 특성 값을 선택하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    측정된 전기적 특성 값을 근거로 하여, 샘플 중 분석물의 농도를 결정하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    분석물과 센서 화합물 간의 상호 작용에 의해 채널 내 형성된 응집체의 붕해를 유발시키는 탈응집제를 채널 내로 도입함으로써, 재사용을 위한 채널을 준비하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 분석물이
    핵산 (여기서, 센서 화합물은 핵산 프로브임),
    은 이온 (여기서, 센서 화합물은 TPEA2임), 및
    수은 이온 (여기서, 센서 화합물은 TPET2임)
    으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  11. 길이가 폭보다 더 큰 길이와 폭을 갖는 적어도 하나의 채널을 갖는 기판,
    적어도 하나의 채널의 제1 단면과 유체 연통하는 제1 포트,
    적어도 하나의 채널의 제2 단면과 유체 연통하는 제2 포트,
    적어도 하나의 채널의 제1 단면에서 전기적으로 연결된 제1 전극 및 적어도 하나의 채널의 제2 단면에서 전기적으로 연결된 제2 전극, 및
    제1 전극 및 제2 전극과 전기 통신하는 분석물 검출 회로
    를 포함하는, 센서 화합물의 존재하에 분석물을 검출하기 위한 검출 시스템이며, 여기서
    제1 전극 및 제2 전극은 적어도 하나의 채널의 그들 각각의 제1 및 제2 단면과 전기적으로 연결되어 채널 회로를 형성하고,
    채널 회로는 전기적 특성을 지니고 있으며, 전기 전도성 유체가 적어도 하나의 채널에 존재하는 경우에 전기 전도성 유체가 채널 회로의 전기적 특성을 변경시키도록 설정되고,
    분석물 검출 회로는 제1 전극 및 제2 전극과 전기 통신하는 측정 회로를 포함하고,
    측정 회로는 측정 회로 출력을 갖고,
    측정 회로 출력은 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 포함하고,
    분석물 검출 회로는, 측정 회로 출력과 전기 통신하고 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제1 값 및 채널 회로의 전기적 특성의 적어도 제2 값을 포함하는, 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 하나 이상의 값을 저장하도록 설정된 메모리를 포함하며,
    분석물 검출 회로는, 메모리와 전기 통신하고 적어도 제1 값과 제2 값을 입력으로서 갖는 비교 회로를 추가로 포함하고,
    비교 회로는 적어도 제1 및/또는 제2 값에 적어도 부분적으로 근거한 비교 회로 출력을 제공하도록 설정되고,
    비교 회로 출력은 분석물 및 센서 화합물이 적어도 하나의 채널 내에 존재하는 지의 여부를 나타내며,
    여기서 상기 센서 화합물은 상기 채널의 길이를 따라 유동되는 것인
    검출 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 값이, 적어도 하나의 채널 내 유체의 존재 없이 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내고,
    제2 값이, 적어도 하나의 채널 내 유체의 존재하에 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 것인
    검출 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    제1 값이, 적어도 하나의 채널의 길이를 따라 제1 방향으로 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 전위차가 인가될 때 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내고,
    제2 값이, 적어도 하나의 채널의 길이를 따라 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 제1 전극과 제2 전극 사이에 제2 전위차가 인가될 때 채널 회로의 하나 이상의 전기적 특성을 나타내는 것인
    검출 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 분석물 검출 회로가 전류계, 전압계, 저항계, 프로세서, 및 평형 검출 회로 중 하나 이상을 포함하는 것인 검출 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 하나 이상의 전기적 특성이, 제1 전극과 제2 전극 사이의 적어도 하나의 채널의 길이를 따라 전도된 전류 또는 제1 전극과 제2 전극 사이의 적어도 하나의 채널의 길이에 따른 전기 컨덕턴스를 포함하는 것인 검출 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 채널이
    제1 채널의 제1 단면과 유체 연통되는 제1 채널 포트 및 제1 채널의 제2 단면과 유체 연통되는 제2 채널 포트를 포함하는 제1 채널, 및
    제3 채널 포트를 포함하는 제2 채널
    을 포함하며, 여기서
    제1 채널 포트는 제2 채널의 제1 단면과 유체 연통되고
    제3 채널 포트는 제2 채널의 제2 단면과 유체 연통되는 것인
    검출 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    제1 전극 및 제2 전극을 이용하여 전위차를 인가하기 위한 전압원
    을 추가로 포함하는 검출 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 채널이
    10 나노미터 내지 10 센티미터의 범위의 길이,
    1 나노미터 내지 50 마이크로미터의 범위의 폭, 또는
    1 나노미터 내지 1 마이크로미터의 범위의 깊이
    로부터 선택된 치수를 갖도록 설정되는 것인 검출 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 비교 회로 출력이, 적어도 하나의 채널 내 분석물의 농도를 추가로 나타내는 것인 검출 시스템.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 분석물이
    핵산 (여기서, 센서 화합물은 핵산 프로브임),
    은 이온 (여기서, 센서 화합물은 TPEA2임), 및
    수은 이온 (여기서, 센서 화합물은 TPET2임)
    으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 검출 시스템.
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KR1020177011722A 2014-10-06 2015-10-05 분석물의 검출을 위한 방법 및 시스템 KR102424219B1 (ko)

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US14/507,820 US10352899B2 (en) 2014-10-06 2014-10-06 System and method for detection of silver
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KR1020177011722A KR102424219B1 (ko) 2014-10-06 2015-10-05 분석물의 검출을 위한 방법 및 시스템

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WO (1) WO2016057422A2 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9921182B2 (en) 2014-10-06 2018-03-20 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of mercury
US10627358B2 (en) 2014-10-06 2020-04-21 Alveo Technologies, Inc. Method for detection of analytes
US10352899B2 (en) 2014-10-06 2019-07-16 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of silver
US9506908B2 (en) 2014-10-06 2016-11-29 Alveo Technologies, Inc. System for detection of analytes
US10196678B2 (en) 2014-10-06 2019-02-05 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of nucleic acids
KR102461735B1 (ko) 2016-09-23 2022-11-01 알베오 테크놀로지스 인크. 분석물을 검출하기 위한 방법 및 조성물
CN107643228B (zh) * 2017-08-31 2021-04-27 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种测量汞蒸气的芯片的制备方法及其传感器的使用方法
CN110523447B (zh) * 2019-08-29 2021-05-11 苏州大学 一种对细胞多角度力学测量的微流控芯片及其制作方法
KR102618172B1 (ko) * 2020-12-24 2023-12-29 경북대학교 산학협력단 액체의 전기적 특성 측정 시스템 및 액체의 전기적 특성 측정 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008532005A (ja) 2005-02-25 2008-08-14 インバーネス・メデイカル・スウイツツアーランド・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 流体ゲート装置
US20100200400A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 Commissariat A L'energie Atomique Embedded bodily fluid analysis device
JP2012501627A (ja) 2008-09-03 2012-01-26 ナブシス， インコーポレイテッド 流体チャネル内の生体分子および他の分析物の電圧感知のための、長手方向に変位されるナノスケールの電極の使用
JP2012177599A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Arkray Inc 再生可能なマイクロチップ、それを用いる測定装置、およびマイクロチップの再生方法

Family Cites Families (142)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5234795A (en) * 1975-06-19 1977-03-16 Nippon Miniature Bearing Co Detecting apparatus for fluid concentration
JPS5914054U (ja) * 1982-07-19 1984-01-27 東ソー株式会社 液体クロマトグラフ用フロ−セル
JPS59139624A (ja) 1983-01-31 1984-08-10 Fujitsu Ltd 試料の加熱方法
GB9318677D0 (en) * 1993-09-09 1993-10-27 Kodak Ltd Method and apparatus for measuring silver ion activity
US6403367B1 (en) 1994-07-07 2002-06-11 Nanogen, Inc. Integrated portable biological detection system
US5589136A (en) 1995-06-20 1996-12-31 Regents Of The University Of California Silicon-based sleeve devices for chemical reactions
US6524532B1 (en) 1995-06-20 2003-02-25 The Regents Of The University Of California Microfabricated sleeve devices for chemical reactions
ES2309022T3 (es) 1997-12-24 2008-12-16 Cepheid Dispositivo y procedimiento para lisis.
JPH11241977A (ja) * 1998-02-25 1999-09-07 Shimadzu Corp 流体濃度測定装置
US6699713B2 (en) 2000-01-04 2004-03-02 The Regents Of The University Of California Polymerase chain reaction system
US6489785B2 (en) 2000-12-05 2002-12-03 Agilent Technologies, Inc. Comparative contactless conductivity detector
US6576459B2 (en) 2001-03-23 2003-06-10 The Regents Of The University Of California Sample preparation and detection device for infectious agents
GB0116384D0 (en) 2001-07-04 2001-08-29 Diagnoswiss Sa Microfluidic chemical assay apparatus and method
TWI245895B (en) * 2001-11-29 2005-12-21 Sun-Wing Tong Molecular detection and assay by electrobiochip micro-array
US20030203504A1 (en) 2002-04-26 2003-10-30 John Hefti Diffusion-based system and method for detecting and monitoring activity of biologic and chemical species
JP4092990B2 (ja) 2002-09-06 2008-05-28 株式会社日立製作所 生体および化学試料検査装置
ITTO20020808A1 (it) 2002-09-17 2004-03-18 St Microelectronics Srl Dispositivo integrato di analisi del dna.
AU2003270832A1 (en) 2002-09-24 2004-04-19 U.S. Government As Represented By The Secretary Of The Army Portable thermocycler
KR100858080B1 (ko) 2002-11-12 2008-09-10 삼성전자주식회사 전기적 신호를 측정하는 ｐｃｒ 증폭 산물을 검출하는 방법
US7062385B2 (en) 2002-11-25 2006-06-13 Tufts University Intelligent electro-optical nucleic acid-based sensor array and method for detecting volatile compounds in ambient air
WO2005038459A2 (en) 2003-08-06 2005-04-28 Bridger Technologies, Inc. Bridged element for detection of a target substance
US8346482B2 (en) 2003-08-22 2013-01-01 Fernandez Dennis S Integrated biosensor and simulation system for diagnosis and therapy
WO2005031352A1 (en) * 2003-09-29 2005-04-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Label-free detection of biomolecules
US6990849B2 (en) * 2004-03-26 2006-01-31 Lifescan, Inc. Microfluidic analytical system with position electrodes
JP3952042B2 (ja) 2004-06-07 2007-08-01 ソニー株式会社 凹状部位を有する電極を備えるハイブリダイゼーション検出部と該検出部を備えるｄｎａチップ
EP2261650A3 (en) 2004-09-15 2011-07-06 IntegenX Inc. Microfluidic devices
CA2584576C (en) 2004-10-18 2015-12-08 Brandeis University Reagents and methods for improving reproducibility and reducing mispriming in pcr amplification
US8883487B2 (en) 2004-12-23 2014-11-11 Abbott Point Of Care Inc. Molecular diagnostics system and methods
US20060176179A1 (en) 2005-01-26 2006-08-10 Battelle Memorial Institute Bendable, active radio-frequency sensor tags and a system of same
US7635594B2 (en) 2005-05-09 2009-12-22 Theranos, Inc. Point-of-care fluidic systems and uses thereof
US20150141264A1 (en) 2005-05-20 2015-05-21 Apdn (B.V.I.) Inc. In-field dna extraction, detection and authentication methods and systems therefor
CN101258397B (zh) 2005-07-14 2012-07-04 毫微创新科技公司 微流装置和制备及使用方法
US7915030B2 (en) 2005-09-01 2011-03-29 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Method and molecular diagnostic device for detection, analysis and identification of genomic DNA
CN101365781A (zh) 2005-11-21 2009-02-11 阿普尔拉公司 用于核酸处理的便携式制备、分析和检测设备
WO2007078833A2 (en) 2005-12-16 2007-07-12 The Curators Of The University Of Missouri Reusable pcr amplification system and method
AR059361A1 (es) 2006-02-07 2008-03-26 Antara Biosciences Inc Dispositivo y metodos para detectar y cuantificar uno o mas agentes objetivos
US20090061450A1 (en) 2006-03-14 2009-03-05 Micronics, Inc. System and method for diagnosis of infectious diseases
US7998708B2 (en) 2006-03-24 2011-08-16 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
US9562837B2 (en) 2006-05-11 2017-02-07 Raindance Technologies, Inc. Systems for handling microfludic droplets
US7708944B1 (en) 2006-06-13 2010-05-04 Research Foundation Of State University Of New York Ultra-sensitive, portable capillary sensor
US20070298487A1 (en) 2006-06-23 2007-12-27 Becton, Dickinson And Company Radio Frequency Transponder Assay
US20120058547A1 (en) 2006-08-11 2012-03-08 The Hong Kong University Of Science And Technology Method and system for nucleic acid detection using electroconductive or electrochemically active labels
GB0618966D0 (en) 2006-09-26 2006-11-08 Iti Scotland Ltd Cartridge system
US20100075312A1 (en) 2006-09-28 2010-03-25 Stokes Bio Limited Qpcr analysis apparatus
WO2008066747A2 (en) 2006-11-22 2008-06-05 The Board Of Trustees Of Michigan State University Electroluminescent-based fluorescence detection device
JP5185948B2 (ja) * 2006-12-06 2013-04-17 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク メッキ及びエッチング浴組成をスクリーニングするマイクロ流体システム及び方法
US7483805B2 (en) 2006-12-26 2009-01-27 Integrated Sensing Systems, Inc. Sensing and analysis system, network, and method
ES2307430B1 (es) 2007-05-09 2009-10-20 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Biosensor y sus aplicaciones.
US8198658B2 (en) 2007-06-13 2012-06-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Device and method for detecting biomolecules using adsorptive medium and field effect transistor
US8133671B2 (en) 2007-07-13 2012-03-13 Handylab, Inc. Integrated apparatus for performing nucleic acid extraction and diagnostic testing on multiple biological samples
BRPI0703025B1 (pt) 2007-08-08 2018-07-17 Universidade De São Paulo - Usp microdispositivo multicamada, processo de preparação de microdispositivo multicamada
CA2934220C (en) 2007-10-02 2019-11-05 Theranos, Inc. Modular point-of-care devices and uses thereof
PE20090965A1 (es) 2007-10-12 2009-07-13 Bigtec Private Ltd Micro chip
EP2240568A4 (en) 2007-12-10 2016-04-13 Samsung Electronics Co Ltd BIOLOGICAL VALVE DEVICE WITH THIN FILM AND ITS CONTROL APPARATUS
US8865401B2 (en) 2007-12-14 2014-10-21 The Johns Hopkins University Purification and concentration of proteins and DNA from a complex sample using isotachophoresis and a device to perform the purification
WO2009079028A1 (en) 2007-12-14 2009-06-25 Johns Hopkins University Purification and concentration of proteins and dna from a complex sample using isotachophoresis and a device to perform the purification
DE102007062441A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Aj Innuscreen Gmbh Mobiles Schnelltestsystem für die Nukleinsäureanalytik
CN103472241B (zh) 2008-01-21 2015-06-17 三星电子株式会社 薄膜分层离心装置及使用其的分析方法
DE102008009920A1 (de) 2008-02-15 2009-08-20 Aj Innuscreen Gmbh Mobiles Gerät für die Nukleinsäureisolierung
KR100969667B1 (ko) 2008-03-24 2010-07-14 디지탈 지노믹스(주) 생리활성물질을 전기적으로 검출하는 방법 및 이를 위한바이오칩
WO2010019898A1 (en) 2008-08-14 2010-02-18 Zygem Corporation Limited Temperature controlled nucleic-acid detection method suitable for practice in a closed-system
WO2010026488A2 (en) 2008-09-03 2010-03-11 Quantumdx Group Limited Methods and kits for nucleic acid sequencing
US8524490B2 (en) 2008-09-18 2013-09-03 X-Bar Diagnostic Systems, Inc. Fully automated portable DNA detection system
GB0818609D0 (en) 2008-10-10 2008-11-19 Univ Hull apparatus and method
US20100122904A1 (en) 2008-11-17 2010-05-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Incorporating cmos integrated circuits in the design of affinity-based biosensor systems
WO2010059126A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-27 Agency For Science, Technology And Research Sensor for detection of nucleic acid
US20110318728A1 (en) 2008-12-30 2011-12-29 Huan Lac Phan Systems, devices, methods and kits for fluid handling
JP5715068B2 (ja) 2009-01-30 2015-05-07 マイクロニクス， インコーポレイテッド 携帯型高利得蛍光検出システム
US20100216225A1 (en) 2009-02-25 2010-08-26 Ag-Defense Systems, Inc. Portable microorganism detection unit
US8106428B2 (en) 2009-03-03 2012-01-31 Board Of Regents, The University Of Texas System Nano-scale bridge biosensors
WO2010111605A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Nabsys, Inc. Devices and methods for analyzing biomolecules and probes bound thereto
US9393564B2 (en) 2009-03-30 2016-07-19 Ibis Biosciences, Inc. Bioagent detection systems, devices, and methods
EP2443256A1 (en) 2009-06-15 2012-04-25 BG Research Ltd Nucleic acid detection
KR101217576B1 (ko) 2009-09-22 2013-01-03 한국전자통신연구원 바이오 센서 및 그의 구동 방법
US20110136104A1 (en) 2009-12-04 2011-06-09 Massachusetts Institute Of Technology Multiplexed quantitative pcr end point analysis of nucleic acid targets
KR20110080067A (ko) 2010-01-04 2011-07-12 엘지전자 주식회사 샘플분석 카트리지 및 샘플분석 카트리지 리더
KR102032523B1 (ko) 2010-01-12 2019-10-15 아람 바이오시스템 주식회사 2단 열대류 장치 및 그 사용법
KR102032522B1 (ko) 2010-01-12 2019-11-08 아람 바이오시스템 주식회사 3단 열대류 장치 및 그 사용법
US10295472B2 (en) 2010-05-05 2019-05-21 Alverix, Inc. Assay reader operable to scan a test strip
CN102004126A (zh) * 2010-05-11 2011-04-06 中国科学院上海应用物理研究所 电化学生物传感器及其检测方法
US20110312676A1 (en) 2010-06-17 2011-12-22 Geneasys Pty Ltd Loc device with integral driver for excitation of electrochemiluminescent luminophores
US9029168B2 (en) 2010-06-28 2015-05-12 The Trustees Of Princeton University Use and making of biosensors utilizing antimicrobial peptides for highly sensitive biological monitoring
US8951472B2 (en) 2010-07-19 2015-02-10 Andalyze, Inc. Portable fluorimetric apparatus, method and system
EP2743704A3 (en) 2010-07-23 2014-06-25 Beckman Coulter, Inc. System or method of including analytical units
US20130240376A1 (en) * 2010-09-02 2013-09-19 Heed Diagnostics Aps Electrochemical detection of analyte
US8865075B2 (en) 2010-11-01 2014-10-21 Princeton Biochemicals, Inc. Multi-task immunoaffinity device secured to a peripheral box and integrated to a capillary electrophoresis apparatus
US9696299B2 (en) 2010-11-01 2017-07-04 Norberto Guzman Integrated modular unit including an analyte concentrator microreactor device connected to a cartridge-cassette
WO2012073114A2 (en) 2010-11-30 2012-06-07 Quantumdx Group Limited The design, fabrication and use of a microfluidics multitemperature flexible reaction device
US9877673B2 (en) 2010-12-10 2018-01-30 Clinitech, Llc Transdermal sampling and analysis device
WO2012122564A2 (en) 2011-03-10 2012-09-13 Xagenic, Inc. Diagnostic and sample preparation devices and methods
WO2012142192A2 (en) 2011-04-11 2012-10-18 Gray Mark A Apparatus and method for making uniform emulsions
US9988668B2 (en) 2011-06-23 2018-06-05 Anitoa Systems, Llc Apparatus for amplification of nucleic acids
US20140349298A1 (en) 2011-07-14 2014-11-27 William Eugene Stanchina Portable, low power instrument for the optoelectronic detection of pathogens using isothermal nucleic acid amplification protocols
US9051605B2 (en) 2011-07-29 2015-06-09 Auburn University Magnetic bead quantum dot nanoparticle assay
US8435738B2 (en) * 2011-09-25 2013-05-07 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis
JP2014530358A (ja) 2011-09-25 2014-11-17 セラノス， インコーポレイテッド 多重分析のためのシステム及び方法
WO2013049782A2 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Pandora Genomics, LLC System, apparatus and method for evaluating samples or analytes using a point-of-care device
US9030215B2 (en) 2011-10-04 2015-05-12 The Regents Of The University Of California Corporation Real-time, label-free detection of nucleic acid amplification in droplets using impedance spectroscopy and solid-phase substrate
US9335292B2 (en) 2011-10-13 2016-05-10 Auburn University Electrochemical proximity assay
US10928321B2 (en) 2012-03-09 2021-02-23 Ubiquitome Limited Portable device for detecting molecule(s)
US10180421B2 (en) 2012-03-30 2019-01-15 Boston Microfluidics Methods and systems to collect a biological sample
WO2013155213A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 Keck Graduate Institute Of Applied Life Sciences System and cartridge for efficient nucleic acid testing
US10132802B2 (en) 2012-04-17 2018-11-20 i-calQ, LLC Device for performing a diagnostic test and methods for use thereof
US9808798B2 (en) 2012-04-20 2017-11-07 California Institute Of Technology Fluidic devices for biospecimen preservation
AU2013249007B2 (en) 2012-04-20 2016-04-21 California Institute Of Technology Fluidic devices and systems for sample preparation or autonomous analysis
US20130309676A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Biased n-mers identification methods, probes and systems for target amplification and detection
CA2884531A1 (en) 2012-09-12 2014-03-20 Xagenic Inc. Systems, devices, and methods for identifying a disease state in a biological host using internal controls
US20140099636A1 (en) 2012-10-10 2014-04-10 Baker Hughes Incorporated FIELD-BASED qPCR MICROBIAL MONITORING
EP3427830B1 (en) 2012-10-24 2021-06-23 Genmark Diagnostics Inc. Integrated multiplex target analysis
US8956858B2 (en) 2013-03-14 2015-02-17 Src, Inc. Tactical and portable PCR/HRM genome identification system
US10933417B2 (en) 2013-03-15 2021-03-02 Nanobiosym, Inc. Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins
KR20140115210A (ko) 2013-03-20 2014-09-30 한국전자통신연구원 모바일 장비의 앱을 이용한 dna 분석 방법 및 시스템
GB2516666B (en) 2013-07-29 2015-09-09 Atlas Genetics Ltd Fluidic cartridge for nucleic acid amplification and detection
US10416109B2 (en) 2013-08-07 2019-09-17 General Atomics Microchip structure and treatments for electrochemical detection
EP3030681A4 (en) 2013-08-07 2017-03-29 Xagenic, Inc. Systems, devices, and methods for deploying onboard reagents in a diagnostic device
WO2015019194A2 (en) 2013-08-07 2015-02-12 Xagenic Inc. Systems, methods and devices for electrochemical detection using helper oligonucleotides
EP3031138A4 (en) 2013-08-07 2017-04-12 Xagenic, Inc. Precision bipolar current-mode-digital-to-analog converter
EP3030699A4 (en) 2013-08-07 2017-07-26 Xagenic, Inc. Sensor growth controller
EP3030146A4 (en) 2013-08-07 2017-04-26 Xagenic Inc. Potentiostat reference electrode interface
JP6573899B2 (ja) 2013-11-17 2019-09-11 クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドＱｕａｎｔｕｍ−Ｓｉ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 分子をプローブし、検出し、及び分析するための、外部光源を備えた集積デバイス
KR20170016915A (ko) 2014-06-11 2017-02-14 마이크로닉스 인코포레이티드. 핵산의 분석을 위한 통합 검정 대조군을 갖는 마이크로 유체 공학적 카트리지 및 장치
US10627358B2 (en) 2014-10-06 2020-04-21 Alveo Technologies, Inc. Method for detection of analytes
US9506908B2 (en) 2014-10-06 2016-11-29 Alveo Technologies, Inc. System for detection of analytes
US10196678B2 (en) 2014-10-06 2019-02-05 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of nucleic acids
US9921182B2 (en) 2014-10-06 2018-03-20 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of mercury
US10352899B2 (en) 2014-10-06 2019-07-16 ALVEO Technologies Inc. System and method for detection of silver
CN205538786U (zh) 2014-10-14 2016-08-31 贝克顿·迪金森公司 使用电抗和电容型传感平台对微生物生长敏感的系统
US10210410B2 (en) 2014-10-22 2019-02-19 Integenx Inc. Systems and methods for biometric data collections
US10005080B2 (en) 2014-11-11 2018-06-26 Genmark Diagnostics, Inc. Instrument and cartridge for performing assays in a closed sample preparation and reaction system employing electrowetting fluid manipulation
KR101709762B1 (ko) 2015-02-09 2017-02-23 광운대학교 산학협력단 생체분자 농축 기능 일체형 센서 및 그 제조방법
JP6698708B2 (ja) 2015-06-09 2020-05-27 ライフ テクノロジーズ コーポレーション 分子タグ付けのための方法、システム、組成物、キット、装置、及びコンピュータ可読媒体
US10303843B2 (en) 2015-08-06 2019-05-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Computing system for identifying health risk regions
US11401558B2 (en) 2015-12-18 2022-08-02 Clear Gene, Inc. Methods, compositions, kits and devices for rapid analysis of biological markers
EP3419989A4 (en) 2016-02-26 2019-11-06 Alere San Diego, Inc. OXIDIZED REDUCED OLIGONUCLEOTIDE PROBES AND USE THEREOF
CN116397014A (zh) 2016-07-20 2023-07-07 测序健康公司 用于核酸测序的系统和方法
KR102461735B1 (ko) 2016-09-23 2022-11-01 알베오 테크놀로지스 인크. 분석물을 검출하기 위한 방법 및 조성물
TW201832726A (zh) 2016-11-01 2018-09-16 美商海科生醫有限責任公司 可基於輸入數據建議檢測之免疫檢測系統
US10427162B2 (en) 2016-12-21 2019-10-01 Quandx Inc. Systems and methods for molecular diagnostics
EP3899023A4 (en) 2018-12-20 2022-10-12 Alveo Technologies Inc. METHODS AND COMPOSITIONS FOR REDUCING NON-SPECIFIC AMPLIFICATION IN ISOTHERMAL AMPLIFICATION REACTIONS
EP3899020A4 (en) 2018-12-20 2022-10-12 Alveo Technologies Inc. ISOTHERMAL REINFORCEMENT WITH ELECTRICAL DETECTION
CA3124120A1 (en) 2018-12-20 2020-06-25 Alveo Technologies, Inc. Handheld impedance-based diagnostic test system for detecting analytes
JP2022516442A (ja) 2018-12-20 2022-02-28 アルヴェオ テクノロジーズ インコーポレイテッド 増幅産物を検出するための方法および組成物

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008532005A (ja) 2005-02-25 2008-08-14 インバーネス・メデイカル・スウイツツアーランド・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 流体ゲート装置
JP2012501627A (ja) 2008-09-03 2012-01-26 ナブシス， インコーポレイテッド 流体チャネル内の生体分子および他の分析物の電圧感知のための、長手方向に変位されるナノスケールの電極の使用
US20100200400A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 Commissariat A L'energie Atomique Embedded bodily fluid analysis device
JP2012177599A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Arkray Inc 再生可能なマイクロチップ、それを用いる測定装置、およびマイクロチップの再生方法

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