KR20020071853A - System and method for detecting and identifying molecular events in a test sample - Google Patents

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로버트 지. 채프만
존 제이. 헤프티
바렛 제이. 바텔
마크 에이. 로데스
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시그나츄어 바이오사이언스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 테스트 샘플내의 분자 이벤트의 존재 또는 부존재를 탐지하는 분자 탐지 시스템에 관한 것으로서, 그 시스템은 유체 저장용기, 신호 공급원, 측정 프로브 및, 신호 탐지부를 포함한다. 측정 프로브는 프로브 헤드 및 연결 단부를 포함한다. 프로브 헤드는 유체 저장용기의 탐지 영역 내에 있는 테스트 샘플에 입사 테스트 신호를 전자기적으로 커플링시키도록 구성된다. 입사 테스트 신호와 테스트 샘플의 상호작용은 변조된 테스트 신호를 생성하며, 그 변조된 테스트 신호의 적어도 일부를 프로브 헤드가 회수한다. 시스템은 측정 프로브의 연결 단부에 커플링된 신호 탐지부를 추가로 포함하며, 변조된 테스트 신호를 회수하도록 구성된다.The present invention relates to a molecular detection system for detecting the presence or absence of molecular events in a test sample, the system comprising a fluid storage vessel, a signal source, a measurement probe, and a signal detection unit. The measurement probe includes a probe head and a connection end. The probe head is configured to electromagnetically couple an incident test signal to a test sample within the detection region of the fluid storage vessel. The interaction of the incident test signal with the test sample generates a modulated test signal, and at least a portion of the modulated test signal is retrieved by the probe head. The system further comprises a signal detector coupled to the connection end of the measurement probe and configured to recover the modulated test signal.

Description

테스트 샘플에서 분자 이벤트를 탐지 및 규명하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AND IDENTIFYING MOLECULAR EVENTS IN A TEST SAMPLE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a system and method for detecting and identifying molecular events in test samples.

실질적으로 모든 생물학 분야는 관심 분자가 다른 분자와 상호작용할 수 있는 능력을 측정하는 시스템을 필요로 한다. 유사하게, 작은 크기의 생물학적 분자의 존재 및/또는 물리적 및 기능적 성질들을 탐지하는 능력이 크게 요구된다. 이하에서, 분자들의 기능적 및 물리적 성질 뿐만 아니라 분자 상호작용들을 분자 이벤트(event)라고 칭한다. 분자 이벤트 탐지 필요성은, 화학적 메신저 경로들을 조사하고 질병 과정과 관련한 그들의 기능을 조사하는 기초 과학 조사 실험으로부터, 잠재적인 생체내 유효성에 대해 후보(candidate) 약품들을 평가하는 임상전(pre-clinical) 조사까지, 요구된다. 물리적 및 기능적 성질을 탐지할 필요성은 또한, 새롭게 발견된 단백질의 기능적 분석 또는 생물학적 중요성이 알려진 분자의 유전학적(또는 합성적인) 변형의 기능적인 분석과 같은 연구 분야에서도 존재한다. 분자 이벤트를 보다 잘 이해하는 것이 바람직한 기타 영역으로는, 약학 연구분야, 군사적 용도, 수의학, 식음료분야 및 환경 분야 등이 있다. 이러한 모든 경우에서, 특히 적은 양의 샘플로부터 정보를 얻어야 하는 경우에, 특정의 분석대상물이 목표 분자와 결합하는 능력에 관한 인식, 그러한 결합의 속성(예를 들어, 친화력(affinity) 및 온-오프 율(on-off rate))에 관한 정보, 기타 새로운 분자에 관한 기능적 정보는 매우 유용하다.Virtually all biologic fields require systems that measure the ability of molecules of interest to interact with other molecules. Similarly, there is a great need for the ability to detect the presence and / or physical and functional properties of small sized biological molecules. Hereinafter, the functional and physical properties of molecules as well as molecular interactions are referred to as molecular events. The need for molecular event detection extends from basic scientific research to investigate chemical messenger pathways and their function in relation to disease processes, to pre-clinical research to evaluate candidate drugs for potential in vivo efficacy , Is required. The need to detect physical and functional properties also exists in research areas such as functional analysis of newly discovered proteins or functional analysis of genetic (or synthetic) modifications of known biological importance molecules. Other areas where it is desirable to better understand molecular events include pharmacy research, military applications, veterinary medicine, food and beverage, and the environment. In all of these cases, in particular when it is necessary to obtain information from a small amount of sample, the knowledge of the ability of a particular analyte to bind to the target molecule, the properties of such binding (e.g., affinity and on- On-off rate, and other functional information about new molecules are very useful.

효소면역측정법(ELISA), 방사면역측정법(RIA), 여러 가지 형광측정법, 핵자기공명(NMR) 분광기, 비색측정법(colorimetric assays) 및 다수의 보다 특화된 측정법들과 같은 수 많은 방법론이 근년에 이러한 분야에서 개발되었다. 이러한 측정 기술들의 대부분은 특별한 준비작업, 정화작업, 또는 테스트되는 샘플의 증폭을 필요로 한다. 리간드와 항리간드(antiligand) 간의 결합 이벤드를 탐지하기 위해, 예를 들어, 결합의 존재 또는 정도(extent)를 알리는 탐지가능한 신호가 필요하다. 대개, 그 신호들은 관련 리간드 또는 항리간드에 부착된 라벨(label)에 의해 제공된다. 탐지 가능한 신호들을 위한 적절한 라벨이 존재하는 경우, 그 신호들을 생성하는 물리적 또는 화학적 효과는 방사능, 형광, 화학발광, 인광(燐光) 및 효소 활동도를 포함하며, 그 중 몇개를 지정한다. 그 후, 라벨은 분광적, 방사능적, 또는 광학적 추적 방법에 의해 탐지된다.Numerous methodologies such as enzyme immunoassay (ELISA), radioimmunoassay (RIA), various fluorescence measurements, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, colorimetric assays and many more specialized assays have recently become available in these areas . Most of these measurement techniques require special preparation, purification, or amplification of the sample being tested. A detectable signal is needed to detect the binding event between the ligand and the antiligand, for example, the presence or extent of binding. Usually, the signals are provided by a label attached to the ligand or anti-ligand. When there is an appropriate label for detectable signals, the physical or chemical effects that produce them include radiation, fluorescence, chemiluminescence, phosphorescence, and enzymatic activity, and designate some of them. The label is then detected by a spectroscopic, radioactive, or optical tracking method.

불행하게도, 많은 경우에, 특별한 분석에 필요한 분자들 모두 또는 그 중 하나에 라벨링(label)하는 것이 곤란하거나 심지어 불가능하기까지 하다. 또한, 공간적배치(steric) 효과를 포함한 여러 가지 이유로 인해, 일반적인 방식에서 라벨의 존재로 인해 두 분자들 사이의 분자를 인식하지 못할 수 있다. 또한, 이러한 라벨링 접근 방법 중 어느 것도 결합 이벤트의 정확한 본질을 측정하지 못함으로써, 예를 들어 수용기(receptor)로의 활성-사이트(active-site) 결합을 알로스테릭 (allosteric) 결합과 같은 비-활성-사이트 결합과 구분하지 못하며, 따라서 현재의 탐지 방법론을 통해 기능적인 정보를 얻지 못한다. 일반적으로, 대부분의 측정 시스템에서 특이성 및 민감성에 한계가 존재한다. 세포 잔해 및 비-특정 결합이 종종 측정에 잡음을 일으키며 정확하고 유용한 정보를 얻기 곤란하게 하거나 불가능하게 한다. 전술한 바와 같이, 밀부 시스템들은 너무 복잡하여 모든 관련 분석대상에 라벨을 부착할 수 없거나 또는 정확한 광학적 측정을 실행할 수 없게 된다. 따라서, 주어진 시스템내에서 실제로 발생하는 결합 이벤트 타입, 기능 및 정도(extent)와 같은 분석 대상의 존재를 라벨 없이 그리고 실시간으로 직접 모니터링할 수 있는, 실용적이고, 경제적이며, 범용적인 탐지 기술은 상당한 진전을 가져올 것이다.Unfortunately, in many cases, it is difficult or even impossible to label all or any of the molecules required for a particular assay. Also, due to a number of reasons, including spatial steric effects, the presence of a label in a conventional manner may not be able to recognize molecules between two molecules. In addition, none of these labeling approaches can measure active-site binding to receptors, for example, as non-active, such as allosteric binding, by not measuring the exact nature of the binding event, - It can not distinguish from the site combination and therefore does not get functional information through the current detection methodology. In general, there is a limit to the specificity and sensitivity in most measurement systems. Cell debris and non-specific binding often cause noise in the measurement and make it difficult or impossible to obtain accurate and useful information. As noted above, the buried systems are too complex to attach labels to all relevant analytes or to perform precise optical measurements. Thus, practical, economical, and universal detection techniques that can directly monitor the presence of analytes such as binding event types, functions and extent actually occurring within a given system, without labeling and in real time, .

특히, 생의학(biomedical)계는 핵산 결합, 단백질-단백질 상호작용, 및 소분자 결합, 기타 관심 화합물과 같은 다양한 수계(water-based) 또는 기타 유체계(fluid-based) 생리학 시스템에 널리 적용할 수 있는 개선된 일반적인 기반(基盤) 기술을 필요로 한다. 이상적으로는, 측정법은 특정 항체 또는 정확히 보체(complementary) 핵산 프로브(probe)와 같은 매우 특정된 프로브를 필요로 하지 않아야 한다. 전체 혈액 또는 세포질성(cytosolic) 혼합물, 및 기타 자연적 발생 시스템과 같은 본래의 환경에서 작동될 수 있어야 한다. 몇몇 용도에서, 주어진 혼합물이 특정 약제 수용기상의 주동근(agonist) 또는 길항근(antagonist)으로서 활성 사이트에 결합되는지의 여부, 또는 주어진 혼합물이 알로스테릭 사이트에 결합되고 결합 이벤트가 발생했는지의 여부를 나타내는 단순한 마커(marker)로서의 기능을 하지 않는지와 같은 결합 이벤트의 본질에 관한 정보를 제공할 수 있어야 한다. 많은 용도에서, 복잡한 생화학적 경로를 밝힐 수 있도록, 또는 극히 적고 또 많은 수의 결합 혼합물을 약제 선택 프로토콜(protocol)에 사용할 수 있도록, 그 기술은 극히 소형화할 수 있어야 하고 또 병렬적이어야 한다. 많은 용도에서, 정확한 동력학 및 친화력 정보를 거의 즉각적으로 얻을 수 있도록, 복잡한 일련의 반응을 실시간으로 모니터링할 수 있어야 한다. 아마 가장 중요한 것으로서, 대부분의 상업적 용도에서, 샘플 준비 단계가 적고, 전자부품이 적으며, 측정에 사용되고 버려지는 생물검정용 표면 칩과 같은 일회용 부품들이 적으면서도, 사용하기 쉽고 저렴하며, 다양한 측정 분야에 적용될 수 있어야 한다.In particular, biomedical systems can be widely applied to various water-based or fluid-based physiological systems such as nucleic acid binding, protein-protein interactions, and small molecule binding, It requires improved general infrastructure skills. Ideally, the assay should not require highly specific probes, such as specific antibodies or precisely complementary nucleic acid probes. Such as whole blood or cytosolic mixtures, and other natural developmental systems. In some applications it may be desirable to determine whether a given mixture is bound to the active site as an agonist or antagonist on a particular drug acceptor or whether a given mixture is bound to an allosteric site and a binding event has occurred It should be able to provide information about the nature of the binding event, such as not acting as a simple marker. In many applications, the technique must be extremely small and parallel, so that complex biochemical pathways can be revealed, or very few, and a large number of binding mixtures can be used in drug selection protocols. In many applications, it is necessary to be able to monitor a complex series of reactions in real time, so that accurate kinetic and affinity information can be obtained almost instantaneously. Perhaps most importantly, for most commercial applications, there are few sample preparation steps, fewer electronic components, fewer disposable parts such as biochip surface chips used for measurement and discarded, .

최근의 생물학적 및 생화학적 분야에서의 경향은 측정의 소형화에 있으며, 때때로 전자공학 분야(그 분야로부터 명칭이 유래되었다)에서 사용되는 크기의 장치인 "칩" 상에서 측정이 실시되는 경우도 있다. 소위 칩 장치들 중에는, 칩상에서 다중적으로 동시에 분석을 실시하는 칩 장치(어레이 기술로 칭해지기도 한다) 및 분석 사이트를 지나도록 칩 상으로 유체를 이송시켜 분석을 실시하는 칩 장치(미세유동(microfluidics) 기술로 칭해지기도 한다)가 있다. 최근에 많은 회사들이 이러한 기술을 사용하여 실현하였으며, 어레이 기술 분야에서는 캘리포니아 산다 클라라에 소재하는 Affymetrix, 캘리포니아 팔로 알토에 소재하는 IncytePharmaceuticals Inc, 매릴렌드 록빌에 소재하는 Human Genome Sciences 가 있고, 미세유동 기술 분야에는 캘리포니아 마운틴 뷰에 소재하는 Caliper, 캘리포니아 마운틴 뷰에 소재하는 Aclara BioSciences Inc. 가 있다. 이러한 두 분야에서 많은 특허가 허여되었으며, 예를 들어 "화학적 분석 및 합성을 위한 미세유동 조작을 수행하기 위한 장치 및 방법" 라는 명칭의 USPN 6,033,546 호, "다수의 전기장을 가함으로써 분자를 이동시키는 방법 및 장치"라는 명칭의 USPN 5,126,022 호, "질량적 마이크로어레이 복합 측정"이라는 명칭의 USPN 6,004,755 호, "다수의 생물학적 칩 어레이를 동시에 처리하는 방법"이라는 명칭의 USPN 5,874,219 호, "연속적인 어레이 및 리쏘그래픽 마스크의 설계를 위한 컴퓨터 엔지니어링 시스템" 이라는 명칭의 USPN 5,593,839 호가 있다. 많은 수의 여러가지 어레이 구성 및 그 제조 방법들이 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 미국 특허 제 5,445,934; 5,532,128; 5,556,752; 5,242,974; 5,384,261; 5,405,783; 5,412,087; 5,424,186; 5,429,807; 5,436,327; 5,472,672; 5,527,681; 5,529,756; 5,545,531; 5,554,501; 5,561,071; 5,571,639; 5,593,839; 5,599,695; 5,624,711; 5,658,734; 및 5,700,637 호가 있으며, 이들 특허는 본 명세서에서 인용하고 있다. 미세유동 분야에서, 미국 특허(명칭과 함께)의 예를 들면, 6,012,902, 마이크로 펌프; 6,011,252, 낮은 빛 레벨을 탐지하는 방법 및 장치; 6,001,231, 미세유동 시스템에서 유속을 제어하고 모니터링하기 위한 방법 및 시스템; 5,989,402, 미세유동 시스템용 제어기/탐지기 인터페이스; 5,976,336, 채널의 기하학적 형상이 개선된 미세유동 장치; 5,972,187, 전기이동(electrophoretic) 바이어스를 위한 일렉트로피페터 및 보상 수단; 5,965,410, 미세채널에서의 유체 파라미터를 제어하기 위한 전류; 5,965,001, 전기력을 통한 유체-함유 구조물내의 일렉트로오스모틱(electroosmotic) 및/또는 전기이동 힘의 가변 제어; 5,964,995, 강화된 유체 이송을 위한 방법 및 시스템; 5,959,291, 저전력 신호 측정을 위한 방법 및 장치; 5,958,694, 미세유동 시스템에서 핵산을 시퀀싱하기 위한 장치 및 방법; 5,958,203, 전기이동 바이어스를 위한 일렉트로피페터 및 보상 수단; 5,957,579, 채널 크기가 가변적인 미세유동 시스템; 5,955,028, 분석 시스템 및 방법; 5,948,227, 전기이동식 분자 분류를 위한 방법 및 시스템; 5,942,443, 미세유동 장치에서의 고출력 선별 측정 시스템; 5,885,470, 미세 제조된 폴리머 기판에서의 제어된 유체 이송; 5,882,465, 미세유동 장치 제조 방법; 5,880,071, 전기이동 바이어스를 위한 일렉트로피페터 및 보상 수단; 5,876,675, 미세유동 장치 및 시스템; 5,869,004, 미세유동 시스템에서 물질의 자체 농축 및/또는 희석을 위한 방법 및 장치; 5,852,495, 미세채널내에서 이동하는 종(種)의 푸리에(Fourier) 탐지; 5,842,787, 채널 크기가 가변적인 미세유동 시스템; 5,800,690, 전기력을 통한 유체-함유 구조물내의 일렉트로오스모틱 및/또는 전기이동 힘의 가변 제어; 5,779,868, 전기이동 바이어스를 위한 일렉트로피페터 및 보상 수단; 및 5,699,157 미세채널내에서 이동하는 종(種)의 푸리에 탐지가 있으며, 이상의 특허는 본 명세서에서 인용하고 있다. 다른 특허를 포함한 여러가지 기타 간행물들로서 당업계의 현재 기술 수준을 나타내는 간행물들은 상기 특허들의 명세서내에 또는 인용된 종래기술의 리스트로서 기재되었다.Recent trends in the biological and biochemical field are in the miniaturization of measurements and sometimes measurements are made on a " chip " which is a device of the size used in the field of electronics (the name is derived from the field). Among the so-called chip devices are chip devices (also referred to as array technology) that perform multiple simultaneous analyzes on a chip, and chip devices that perform analysis by transferring fluids onto a chip across an analysis site (microfluidics ) Technology). Recently, many companies have realized using this technology. In the field of array technology, there are Affymetrix in Sandaklara, Calif., Incyte Pharmaceuticals Inc in Palo Alto, California, and Human Genome Sciences in Maryland Rockville, California. Lt; RTI ID = 0.0 > Aclara < / RTI > BioSciences Inc., Mountain View, CA, Calif. . Many patents have been granted in these two fields, for example, USPN 6,033, 546 entitled " Apparatus and Method for Performing Microfluidic Operations for Chemical Analysis and Synthesis ", " Methods of Moving Molecules by Applying Multiple Electric Fields USPN 5,126,022, entitled " Device and Device, " USPN 6,004,755 entitled " Mass Microarray Composite Measurements ", USPN 5,874,219 entitled " USPN 5,593,839 entitled " Computer Engineering System for Designing a Graphical Mask ". A large number of different array configurations and fabrication methods are known to those skilled in the art and are described, for example, in U.S. Patent Nos. 5,445,934; 5,532,128; 5,556,752; 5,242,974; 5,384,261; 5,405,783; 5,412,087; 5,424,186; 5,429,807; 5,436,327; 5,472,672; 5,527,681; 5,529,756; 5,545,531; 5,554,501; 5,561,071; 5,571,639; 5,593,839; 5,599,695; 5,624,711; 5,658,734; And 5,700,637, all of which are incorporated herein by reference. In the field of microfluidics, for example, US Pat. No. 6,012,902 (with name) micropumps; 6,011,252, METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING LOW LIGHT LEVELS; 6,001,231, A method and system for controlling and monitoring flow rate in a microfluidic system; 5,989,402, controller / detector interface for microfluidic systems; 5,976,336, a microfluidic device with improved channel geometry; 5,972,187, electropiator and compensation means for electrophoretic bias; 5,965,410, current for controlling fluid parameters in a microchannel; 5,965,001, Variable control of electroosmotic and / or electromotive force within a fluid-containing structure via electrical force; 5,964,995, Method and system for enhanced fluid transfer; 5,959,291, Method and apparatus for low power signal measurement; 5,958,694, Apparatus and method for sequencing nucleic acids in a microfluidic system; 5,958,203, an electropiator and compensation means for the electrophoretic bias; 5,957,579, a microfluidic system with variable channel size; 5,955,028, Analysis system and method; 5,948,227, Methods and systems for electrophoretic molecular classification; 5,942,443, High Power Selective Measurement System in Microfluidics; 5,885, 470, controlled fluid transfer in a microfabricated polymer substrate; 5,882,465, Method of manufacturing microfluidic device; 5,880,071, an electropiator and compensating means for electric transfer bias; 5,876,675, Microfluidic devices and systems; 5,869,004, Method and apparatus for self-concentration and / or dilution of material in a microfluidic system; 5,852,495 Fourier detection of species moving in the microchannel; 5,842,787, a microfluidic system with variable channel size; 5,800,690, Variable control of electro-osmotic and / or electromigration forces in fluid-containing structures via electrical force; 5,779,868, an electropiator and compensation means for an electrophoretic bias; And 5,699,157 Fourier detection of species moving within the microchannel, the above patents being incorporated herein by reference. Publications representing current state of the art in the industry as a number of other publications including other patents have been described as a list of prior art cited within the specifications of the patents.

각 분석을 위한 샘플들을 유지하는 일련의 각각의 웰(well)(예를 들어, 미세타이터(microtitre) 플레이트 및 다른 형태의 다수 웰(multi well) 플레이트) 또는 각각의 용기(예를 들어, 시험관)를 사용하는 측정 시스템들 역시 상당히 개발되었다. 96개의 웰을 가지는 미세타이터 플레이트를 일반적으로 이용할 수 있으며, 그 플레이트들은 384-웰 플레이트와 같이 다른 수의 웰을 가질 수도 있다. 각각의 용기, 하나의 다중 웰 플레이트, 또는 다중 플레이트가 동시에 취급되는지에 관계없이, 각 용기의 내용물을 조작하고 분석하는 여러 가지 자동화 장치가 개발되어 있다. (통상적인 미세타이터 플레이트 시스템에 더하여) 다른 다중-웰 시스템이 있다. 각 샘플을 위한 여러 가지 형태의 용기내에서 측정을 조작 및 실시하도록 디자인된 시스템을 나타내는 미국 특허의 예를 들면, 6,033,911, 자동화된 측정 장치; 6,024,920, 미세플레이트 스캐닝 판독 헤드; 5,993,746, 플레이트 홀더; 5,998,236, 액체 취급기를 이한 다중 시린지(syringe) 펌프; 5,985,214, 액체 샘플내의 유용한 화학물질을 신속히 규명하는 방법 및 장치; 5,976,470, 샘플 세척 스테이션 조립체; 5,972,295, 자동화된 분석 장치; 5,968,731, 생물학적 시편의 자동화된 테스팅 장치; 및 5,952,240, 단속적인 매트릭스 플레이트 배치장치가 있다. 다른 특허를 포함한 여러가지 기타 간행물들로서 당업계의 현재 기술 수준을 나타내는 간행물들은 상기 특허들의 명세서내에 또는 인용된 종래기술의 리스트로서 기재되었다.A series of individual wells (e.g., microtitre plates and other types of multiple well plates) that hold samples for each assay, or individual wells (e.g., ) Have also been developed. Microtiter plates having 96 wells are generally available, and the plates may have a different number of wells, such as a 384-well plate. Various automation devices have been developed to manipulate and analyze the contents of each container, regardless of whether each container, a multiple well plate, or multiple plates are handled simultaneously. There are other multi-well systems (in addition to conventional microtiter plate systems). For example, US Pat. No. 6,033,911, which shows a system designed to manipulate and perform measurements in various types of containers for each sample, an automated measurement device; 6,024,920, fine plate scanning read head; 5,993,746, plate holder; No. 5,998,236, a multiple syringe pump with a liquid handling machine; 5,985,214, A method and apparatus for rapidly identifying useful chemicals in a liquid sample; 5,976,470, sample cleaning station assembly; 5,972,295, Automated Analytical Apparatus; 5,968,731, Automated testing equipment for biological specimens; And 5,952,240, intermittent matrix plate placement devices. Publications representing current state of the art in the industry as a number of other publications including other patents have been described as a list of prior art cited within the specifications of the patents.

생화학적 시스템을 연구하기 위해 사용된 역사적인 접근방법들 중에는 여러 가지 형태의 유전체 측정이 있다. 1950년대에는, 당시에 알려진 물질의 유전체 특성 측정 기술을 이용하여 생물학적 조직의 유전체 특성을 측정하기 위한 실험이 행해졌다. 그 이후로, 이러한 측정을 실시하기 위한 여러 가지 접근 방법이 있었는데, 이는 주파수 도메인(domain) 측정 방법, 시간 도메인 유전체 분광법(Time Domain Dielectric Spectroscopy)와 같은 시간 도메인 기술을 포함한다. 이러한 접근 방법들에서는, 물질의 유전체 특성화(charaterization)에서 여러 가지 형태의 동축적인 전송(transmission) 라인 또는 다른 전송 라인 및 통상적인 용도의 구조물을 이용하여 실험을 실시하였다. 이것은 넓은 범위의 생물학적 시스템의 유전체 특성의 이용 및 관련성을 조사하는 연구를 포함한다. 포유류의 여러 가지 기관에서 취한 조직 샘플로부터 세포막 및 세포기관 작용을 포함하는 세포 및 하부세포 시스템까지 관심이 걸쳐져 있었다. 가장 최근에, 어레이 조건에서 분자 시스템의 유전체 특성의 변화를 감지하기 위한, 전술한 기술들을 소형화하기 위한 시도(예를 들어, USP 제 5,653,939; 5,627,322 및 5,846,708 참조)가 있었다. 통상적으로, 이러한 것들은 전기 회로 위상(topology)에서의 측로 또는 일련의 요소와 같은 생물학적 샘플-조직, 세포 시스템, 분자 시스템일 수 있다-을 이용한다.Among the historical approaches used to study biochemical systems, there are several types of dielectric measurements. In the 1950s, experiments were conducted to measure the dielectric properties of biological tissues using techniques for measuring the dielectric properties of known materials at that time. Since then, there have been several approaches to implementing such measurements, including time domain techniques such as frequency domain measurement methods and Time Domain Dielectric Spectroscopy. In these approaches, experiments were conducted using various types of coaxial transmission lines or other transmission lines and structures for typical applications in the dielectric characterization of materials. This includes studies investigating the use and relevance of the dielectric properties of a wide range of biological systems. From tissue samples taken from various mammalian organs, attention has been drawn to cellular and subcellular systems, including cell membranes and cell organelles. Most recently, there have been attempts to miniaturize the above-described techniques for sensing changes in the dielectric properties of molecular systems in array conditions (see, for example, USP 5,653,939; 5,627,322 and 5,846,708). Typically, they use a biological sample-tissue, cell system, molecular system, such as a side-by-side or a series of elements in an electrical circuit topology.

물체로부터의 방사선을 감지하고 지역적인 물질 특성을 측정하기 위한 라지 스케일(large scale) 필드(field) 프로브에 관한 많은 기술들이 있는 바, 예를 들어 IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 38 8-14(1990) 에 기재된 미스라(Misra) 등의 "개방-단부형 축방향 라인을 이용한 마이크로파 주파수에서의 물질의 비침투적 전기 특성화: 개선된 교정 기술의 테스트(Noninvasive electrical characterization of material at microwave frequencies using anopen-ended coaxial line: test of an improved calibration technique)": Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 6 1259-75(1992)에 기재된 "개방-단부 웨이브가이드를 이용한 복합 물질의 고온 복합 유전율 측정"; IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 40 1701-8(1992) 에 기재된 오소프스키 및 슈발츠(Osofsky and Schwarz)의 "고주파 평탄 회로상에서 측정을 위한 비-접촉식 프로브의 디자인 및 성능"; IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 40 143-50(1992) 에 기재된 주, 가노우치(Xu, Ghannouchi) 등의 "개방 단부 타원형 동축 프로브를 이용한 마이크로웨이프 유전율 측정에 대한 이론적 및 실험적 고찰"; Review of Scientific Instruments, 64 1614-21(1993)에 기재된 장 웡(Jiang Wong)의 "저손 고체 및 액체에 대한 마이크로 웨이브 유전체 상수의 측정을 위한 개방-단부형 동축-라인 기술"; Review of Scientific Instruments, 64 1622-6(1993)에 기재된 장 웡(Jiang Wong)의 "개방-단부형 동축-라인 프로브를 이용하여 유한한 두께의 저손 샘플에 대한 마이크로 웨이브 유전체 상수의 측정"이 있다. 현미경 팁(tip)에서 전자 전류에 더하여 무선 주파수 또는 마이크로웨이브 신호를 사용하는 전자 현미경에 관한 간행물들이 있으며, 예를 들어 Optic Communications 129 15-18(1996)에 개시된 카일만, 반 데어 바이데(Keilmann, van der Weide) 등의 "스캐닝 무선-주파수 투과 현미경을 이용한 극한 서브-파장(sub-wavelength) 해상도"; Applied Physics Letters, 69 3272-4(1996)에 기재된 브라하코스, 블랙(Vlahacos, Black) 등의 "100.mu.m 해상도를 가지는 근접-필드 스캐닝 마이크로웨이브 현미경"; Applied Physics Letters, 68 2506-8(1996)에 기재된 웨이 장(Wei, Xiang) 등의 " 스캐닝 팁 마이크로웨이브 근접-필드 현미경" 이 있다. 따라서, 유전체 물질의 특성을 테스트하기 위해 프로브(웨이브가이드 및 동축적인 프로브 모두)를 이용하는 것은 공지되어 있으며, 현미경적인 영상 수집 그리고 전자산업계에서 절연체 및 기타 물질의 유전체 측정과 같은 다른 기술 분야에서 일반적으로 실시된다.There are a number of techniques for large scale field probes to sense radiation from an object and to measure local material properties, such as IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 38 8-14 Non-invasive electrical characterization of materials at microwave frequencies using open-end axial lines such as those described in Misra et al., 1990 (1990): Noninvasive electrical characterization of materials at microwave frequencies using anopen quot; Measurement of high-temperature complex permittivity of a composite material using an open-end waveguide ", Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 6, 1259-75 (1992); "Design and performance of a non-contact probe for measurement on a high frequency flat circuit" by Osofsky and Schwarz, IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 40 1701-8 (1992); "Theoretical and Experimental Investigation of Microwave Dielectric Constant Measurements Using an Open-End Elliptic Coaxial Probe", Xu, Ghannouchi, et al., IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, 40 143-50 (1992); Jiang Wong, " Open-Ended Coaxial-Line Technology for Measurement of Microwave Dielectric Constants for Low-Loss Solids and Liquids " in Review of Scientific Instruments, 64 1614-21 (1993); Jiang Wong, " Measurement of Microwave Dielectric Constants for Finite Thickness Low-loss Samples Using Open-Ended Coaxial-Line Probes " in Review of Scientific Instruments, 64 1622-6 (1993) . There are publications on electron microscopy using radio frequency or microwave signals in addition to electron current in a microscope tip, for example, Keilmann, Keilmann, published in Optic Communications 129 15-18 (1996) , van der Weide et al., "Extreme sub-wavelength resolution using a scanning radio-frequency transmission microscope"; Field-scanning microwave microscope with a resolution of 100.mu.m, such as Vlahacos, Black et al., Applied Physics Letters, 69 3272-4 (1996); There is a " scanning tip microwave close-field microscope " of Wei, Xiang et al., Applied Physics Letters, 68 2506-8 (1996). Thus, it is known to use probes (both waveguides and coaxial probes) to test the properties of dielectric materials and is commonly used in other technical fields such as microscopic image collection and dielectric measurements of insulators and other materials in the electronics industry .

발효와 같은 화학 공정을 분석 및 제어하기 위해 사용되는 비교적 라지-스케일인 장비의 일 형태는 최초에 오일 처리 및 천공 산업계에서 사용되기 시작했다. 예를 들어, USP 5,025,222 는 유체 매개체내의 상태를 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 유체 매개체 흐름은 전송 라인 단편으로 전기적으로 구성되고 부하(load)에 전기적으로 커플링(coupling)되는 유체 용기를 통해 UHF 또는 마이크로웨이브 발진기까지 유동한다. 발진기는 부하로부터 절연되지 않고, 화학 반응이 진행됨에 따라, 유체 매개체의 유전율의 특히 강한 전환을 제공하도록 선택된 시동 주파수에서 프리러닝(freerunning) 작동된다. 바람직하게, 반응의 진행을 측정하기 위해, 발진기의 삽입손(insertion loss) 및 주파수를 모니터링한다. 이와 관련한 최근의 두개의 특허 즉, 테스트하의 시스템에 로드-풀(load-pulled) 발진기의 단일-단부 커플링을 이용하여 전자적 모니터링 및 특징화(charaterization)하기 위한 시스템, 방법 및 프로브가 개시된 USP 5,748,022 및 5,966,017 가 있다. 그러나, 이러한 특허들의 목적이 발효(및 다른 공정)에 의해 생산되는 화학적 종류의 탐지에 있다 하더라도, 그 특허 중 어느 것도 분자의 특성화에 대해 또는 분자 결합에 대해 특별히 고려하고 있지 않은 것으로 고려된다.One form of relatively large-scale equipment used to analyze and control chemical processes, such as fermentation, was first used in the oil processing and punching industries. For example, USP 5,025,222 relates to a system and method for monitoring conditions in fluid media. The fluid medium flow flows to the UHF or microwave oscillator through a fluid vessel that is electrically constructed as a transmission line segment and is electrically coupled to a load. The oscillator is not isolated from the load and is freerunning at a selected starting frequency to provide a particularly strong transition of the dielectric constant of the fluid medium as the chemical reaction proceeds. Preferably, to measure the progress of the reaction, the insertion loss and frequency of the oscillator are monitored. Two recent patents related to this, namely systems, methods and probes for electronic monitoring and characterization using a single-ended coupling of a load-pulled oscillator to a system under test are disclosed in US Pat. No. 5,748,022 And 5,966,017. However, even though the purpose of these patents is in the detection of chemical species produced by fermentation (and other processes), none of the patents are considered to be specially considered for molecular characterization or for molecular binding.

따라서, 형광표지염료(fluorophore) 또는 방사성동위원소과 같은 라벨을 필요로 하지 않고, 정량적 및 정성적이며, 대상 분자에 특이하며(specific), 매우 민감하며, 실행이 비교적 간단한 분자 이벤트 탐지 방법의 추가적인 개발이 요구된다. 본 발명은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 전술한 요구사항 및 기타 요구사항을 충족시킨다.Thus, additional development of molecular event detection methods that do not require labels such as fluorophore or radioactive isotopes, are quantitative and qualitative, specific to the molecule of interest, very sensitive, and relatively simple to implement . The present invention fulfills the above and other requirements, as described below.

본 출원은 1999년 10월 13일자로 출원된 "분자 상호반응의 탐지를 위해 유전체 계면을 이용하는 방법" 이라는 명칭의 미국 가명세서 출원 제 60/159,175 호 및 2000년 3월 23일자로 출원된 "샘플내에서 분자 존재를 탐지하는 방법 및 장치"라는 명칭의 60/191,702 호의 우선권 이익 향수를 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 60 / 159,175 entitled " Method of Utilizing a Dielectric Interface for the Detection of Molecular Interactions ", filed on October 13, 1999, Quot; Method and Apparatus for Detecting the Presence of Molecules in Molecules ", 60 / 191,702.

도 1a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합된 탐지기를 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 a shows an integrated detector in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 이송 시스템을 도시한 도면.1B illustrates a fluid delivery system in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 프로브의 도면.FIG. 2A is a view of a measurement probe according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 2b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 프로브 상단의 도면.2B is a top view of a coaxial probe according to one embodiment of the present invention.

도 2c 는 본 발명에 따른 측정 프로브의 제 2 실시예의 단면도.2C is a sectional view of a second embodiment of a measurement probe according to the invention;

도 2d 는 도 2c 에 도시된 측정 프로브의 평면도.2d is a plan view of the measuring probe shown in Fig. 2c. Fig.

도 2e 는 본 발명의 일 실시예에 따른 비-공진형 동축 측정 프로브를 도시한 도면.FIG. 2E illustrates a non-resonant coaxial measurement probe according to one embodiment of the present invention. FIG.

도 3a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분자 탐지 시스템의 도면.Figure 3a is a diagram of a molecular detection system in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석대상 탐지 방법.FIG. 3B illustrates a method of detecting an analyte according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 3c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 분석대상 신호 응답을 도시한 그래프.3C is a graph illustrating an exemplary analyzed signal response in accordance with one embodiment of the present invention.

도 3d 는 본 발명의 일 실시예에 따라 테스트 샘플내에서 일어나는 분자 결합 이벤트를 탐지하는 방법을 나타낸 흐름도.3D is a flow chart illustrating a method for detecting molecular binding events occurring in a test sample according to one embodiment of the present invention.

도 3e 는 베이스라인 버퍼 응답, 제 1 테스트 샘플 응답, 제 2 테스트 샘플 응답의 실시예와, 그리고 결합 및 비결합 조건에 대응하는 제 3 샘플 신호 응답의 두가지 가능한 실시예를 도시한 도면.FIG. 3E illustrates two possible embodiments of a baseline buffer response, a first test sample response, an embodiment of a second test sample response, and a third sample signal response corresponding to a combining and non-combining condition.

도 3f 는 본 발명에 따라 테스트 샘플내에서 일어나는 분자 결합 이벤트를 탐지하는 제 2 방법을 나타낸 도면.Figure 3f shows a second method for detecting molecular binding events taking place in a test sample according to the present invention.

도 3g 는 본 발명에 따라 도 3f 의 방법을 이용하여 결합 이벤트가 없는 것을 나타내는 제 1, 제 2 및 제 3 샘플 응답의 실시예를 도시한 도면.Figure 3g illustrates an embodiment of first, second and third sample responses indicating that there is no binding event using the method of Figure 3f in accordance with the present invention;

도 4a 는 본 발명에 따른 분자 탐지 시스템의 제 2 실시예를 도시한 도면.Figure 4a illustrates a second embodiment of a molecular detection system according to the present invention.

도 4b 는 본 발명에 따른 분자 탐지 시스템의 제 3 실시예를 도시한 도면.Figure 4b shows a third embodiment of a molecular detection system according to the present invention.

도 5a 는 본 발명에 따른 전술한 각각의 방법을 실행하도록 디자인된 소프트웨어 프로그램을 실시하도록 작동될 수 있는 컴퓨터 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.5A illustrates one embodiment of a computer system that can be operated to implement a software program designed to execute each of the methods described above in accordance with the present invention.

도 5b 는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 5a 에 도시된 컴퓨터 시스템의 내부 구조를 도시한 도면.Figure 5B illustrates the internal structure of the computer system shown in Figure 5A in accordance with one embodiment of the present invention.

도 6a 는 본 발명에 따라 특정 실험에서 실행되는 분자 탐지 시스템의 도면.FIG. 6A is a diagram of a molecular detection system implemented in a particular experiment in accordance with the present invention. FIG.

도 6b - 6g 는 본 발명에 따른 특정 분석대상의 탐지시에 만들어지는 S11신호 응답을 도시한 그래프.FIGS. 6B-6G are graphs illustrating S 11 signal responses generated upon detection of a particular analyte according to the present invention. FIG.

도 6h 는 본 발명에 따라 NaCl 의 상이한 농도 레벨의 탐지시에 만들어지는 S11신호 응답을 도시한 그래프.Figure 6h is a graph depicting S 11 signal responses made upon detection of different concentration levels of NaCl in accordance with the present invention.

도 6i - 6j 는 본 발명에 따른 도 3d 의 방법을 이용하여 특정 분자 결합 이벤트의 탐지시에 만들어지는 S11신호 응답을 도시한 그래프.Figures 6i-6j are graphs illustrating S 11 signal responses made upon detection of a specific molecular binding event using the method of Figure 3d according to the present invention.

도 6k - 6l 는 본 발명에 따른 도 3f 의 방법을 이용하여 특정 분자 결합 이벤트의 탐지시에 만들어지는 S11신호 응답을 도시한 그래프.6k-6l are graphs illustrating S 11 signal responses made upon detection of specific molecular binding events using the method of Figure 3f according to the present invention.

도 6m 은 본 발명에 따라 만들어진 도즈(dose) 응답 곡선을 도시한 그래프.Figure 6m is a graph showing a dose response curve made in accordance with the present invention.

본 발명의 실험실에서의 초기 용도는, 단일 경로를 따라 커플링된 분자 결합 영역을 이용하여 분자 구조의 유전체 특성의 변화를 탐지하는 측정 기술에 관한 것이었다. 이러한 용도는 본 발명에 사용된 많은 일반적인 원칙들을 제시한다. 예를 들어, 1999년 8월 5일에 발행되고 본 발명과 함께 양도된 PCT WO99/39190 을 참조할 수 있다. 본 발명은 미세타이터 플레이트에 있는 것과 같은 유체 저장용기내의 또는 미세유동 장치에 있는 것과 같은 폐쇄된 유체 채널내의 분자 이벤트의 탐지를 일반적인 목적으로하고 있다는 점이 상이하다. 이 경우에, 이하에서 설명하는 바와 같이, 프로브의 오염을 피하기 위해, 통상적으로 샘플들은 유체 용기의 벽에 존재하는 공기 갭 및/또는 유전 물질에 의해 전자기 프로브로부터 분리된다.The initial use in the laboratory of the present invention was directed to a measurement technique for detecting changes in the dielectric properties of the molecular structure using molecular coupled regions coupled along a single pathway. This application presents many of the general principles used in the present invention. For example, reference may be made to PCT WO 99/39190, published Aug. 5, 1999, and assigned to the present invention. The present invention differs in that the general purpose is to detect molecular events in closed fluid channels, such as in fluid storage vessels, such as in microtiter plates, or in microfluidic devices. In this case, as described below, in order to avoid contamination of the probe, the samples are typically separated from the electromagnetic probe by an air gap and / or dielectric material present in the wall of the fluid container.

대략적으로, 본 발명은, 분자 구조의 유전체 특성 및 조명 신호와의 상호작용을 이용하여, 특히 수성(水性) 상태에서, 분자 결합 이벤트내에서의 자체 분자구조로서의 또는 협력체로서의 분자 구조를 탐지하고 특징화하는 단일 포트 측정 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 연속적인 유체 흐름에서 분자구조 및/또는 다른 분자들과의 결합을 식별할 수 있게하여, 공정의 자동화가 가능하게 한다. 분자들이 생리학적인 조건의 수성(水性) 환경에서 서로 결합하기 때문에, 생물학적 및 약제학적 분야에서 분자 식별과 같은 여러가지 선별 공정에 본 발명의 방법을 이용할 수 있다. 본 발명의 방법 및 장치에 의해, 결합 파트너들 중 하나에 라벨을 존치시키지 않고도 탐지를 할 수 있기 때문에, 라벨에 의한 결합의 변화를 계산할 필요가 없음으로해서 의도하는 약제 대상물을 탐지하는데 특히 적합하게 된다.Roughly speaking, the present invention is based on the discovery and characterization of the molecular structure as a self-molecular structure in a molecular bonding event or as a partner, in particular in an aqueous state, using the dielectric properties of the molecular structure and interaction with the illumination signal The present invention also provides a method and system for measuring a single port. The systems and methods of the present invention also allow identification of molecular structures and / or bonds with other molecules in a continuous fluid stream, thus enabling automation of the process. Because the molecules bind to each other in an aqueous environment of physiological conditions, the method of the present invention can be used for various sorting processes such as molecular identification in the biological and pharmaceutical field. By the method and apparatus of the present invention, it is possible to detect without having to maintain a label on one of the binding partners, so that it is not necessary to calculate the change of binding by the label, making it particularly suitable for detecting the intended drug substance do.

본 발명의 제 1 실시예에서, 수성 샘플내의 분자 구조를 탐지하는 방법이 개시된다. 이 방법은 (a) 샘플 유입 단부, 탐지 영역, 및 샘플 배출 단부를 가지는 유체 채널과 유체 이동 제어부를 가지는 유체 이송 시스템의 유체 채널내로 제 1 샘플을 도입하는 단계; (b) 유체 제어부의 제어하에서 샘플 유입 단부로부터 샘플 배출 단부를 향해 채널을 통해 샘플을 이동시키는 단계; (c) 유체 채널의 탐지 영역에 10 MHz 내지 1000 GHz 의 테스트 신호를 가하는 단계; 및 (d) 테스트 신호와 샘플의 상호작용 결과로서의 테스트 신호 변화를 탐지하는 단계를 포함한다. 유체 이동 제어의 비-제한적인 예를 들면, 표면효과(모세관), 중력, 관성효과(예를 들어, 기울임 또는 스피닝(spinning) 작업) 뿐만 아니라, 전기이동 펌핑과 같은 전기장의 제어하에서 액체를 이동시키는 것 및 기계적 펌프가 있다. 분자 구조를 포함하는 샘플이 분자 구조를 포함하지 않는 경우에 생성되는 탐지 전자기장과 상이한 탐지 전자기장을 생성하도록, 주파수(또는, 몇몇 경우에, 다수의 주파수 세트 또는 스펙트럼과 같은 연속주파수)가 선택된다.In a first embodiment of the present invention, a method for detecting a molecular structure in an aqueous sample is disclosed. The method includes the steps of: (a) introducing a first sample into a fluid channel of a fluid delivery system having a fluid channel having a sample inlet end, a detection region, and a sample discharge end; (b) moving the sample through the channel from the sample inlet end to the sample outlet end under the control of the fluid control; (c) applying a test signal of 10 MHz to 1000 GHz to the detection region of the fluid channel; And (d) detecting a test signal change as a result of interaction of the test signal and the sample. Non-limiting examples of fluid movement control include movement of liquid under the control of an electric field such as electrophoretic pumping as well as surface effects (capillary), gravity, inertial effects (e.g., tilting or spinning operations) And a mechanical pump. A frequency (or, in some cases, a continuous frequency such as multiple frequency sets or spectra) is selected to produce a detection electromagnetic field that differs from the detection electromagnetic field generated when the sample comprising the molecular structure does not include a molecular structure.

다른 실시예에서, 상기 방법은 (e) 제 1 샘플 다음에 채널내로 간격(spacer)물질을 도입하는 단계; (f) 간격 물질 다음에 채널내로 추가의 샘플을 도입하는 단계; (g) 상기 추가의 샘플을 유체 제어부의 제어하에서 채널을 통해 이동시킴으로써, 간격 물질에 의해 분리된 다수의 서로 상이한 샘플들을 서로 섞이지 않게 채널을 통해 이송하는 단계; 및 (f) 추가 샘플에 대해 상기 단계 (c)-(d) 를 반복하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 방식에서, 일련의 샘플들이 단일 탐지기에 제공됨으로써, 탐지 시스템의 디자인을 상당히 단순화시킬 수 있고, 일회성 분석 칩의 보다 용이한 디자인 뿐만 아니라 재생성을 크게 개선할 수 있다.In another embodiment, the method further comprises: (e) introducing a spacer material into the channel after the first sample; (f) introducing an additional sample into the channel after the spacing material; (g) moving the additional sample through the channel under the control of the fluid control, so that a plurality of disparate samples separated by the spacing material are not mixed with each other; And (f) repeating steps (c) - (d) for an additional sample. In this way, a series of samples is provided to a single detector, which can significantly simplify the design of the detection system and greatly improve regeneration as well as easier design of the one-time analysis chip.

전술한 방법은 여러가지 장치에서 실행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 테스트 샘플내에 분자 이벤트가 있는지의 여부를 탐지하는 분자 탐지 시스템은 유체 저장용기, 신호 공급원, 측정 프로브, 및 신호 탐지기를 포함한다. 유체 저장용기는 별도로 분리된 용기(개방형 또는 폐쇄형)이거나 또는 샘플 유입 단부, 탐지 영역, 및 배출 단부를 포함하는 채널일 수 있다. 신호 공급원은 입사 테스트 신호를 전달하도록 작동된다. 측정 프로브는 신호 공급원에 커플링되고, 프로브 헤드 및 연결 단부를 포함한다. 프로브 헤드는, 탐지 영역에서, 입사 테스트 신호를 테스트 샘플에 전자기적으로 커플링하도록 구성된다. 입사 테스트 신호의 테스트 샘플과의 상호작용은 변조된 테스트 신호를 생성하며, 프로브 헤드는 그 변조된 신호의 적어도 일부를 회수하도록 구성된다. 그 시스템은 측정 프로브의 연결 단부에 커플링되는 신호 탐지기를 추가로 포함하며, 신호 공급원은 변조된 테스트 신호를 회수하도록 구성된다.The above-described method can be executed in various apparatuses. In one embodiment of the present invention, a molecular detection system for detecting whether a molecular event is present in a test sample includes a fluid storage vessel, a signal source, a measurement probe, and a signal detector. The fluid storage vessel may be a separate vessel (open or closed) or a channel including a sample inlet end, a detection zone, and an outlet end. The signal source is operated to deliver an incident test signal. The measurement probe is coupled to the signal source and includes a probe head and a connection end. The probe head is configured to electromagnetically couple an incident test signal to a test sample in a detection region. The interaction of the incident test signal with the test sample generates a modulated test signal and the probe head is configured to recover at least a portion of the modulated signal. The system further includes a signal detector coupled to the connection end of the measurement probe, wherein the signal source is configured to recover the modulated test signal.

따라서, 개략적으로, 본 발명은 통상적으로 약 1 MHz 내지 1000 GHz 의 전자기 신호가 유체 저장용기내의 분자 이벤트와 상호작용하여 분자 자체의 구조적 및 기능적 특성들과 다른 분자와 결합하는 분자의 능력과 같은 분자 구조의 특성을 측정하는 것을 포함한다.Thus, in general, the present invention relates to a method and apparatus for measuring electromagnetic properties of a molecule, such as an electromagnetic signal, typically from about 1 MHz to 1000 GHz, interacting with molecular events in a fluid storage vessel to determine the structural and functional properties of the molecule itself, And measuring the characteristics of the structure.

본 발명의 특질 및 이점들은 이하의 보다 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.The features and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following more detailed description and the accompanying drawings.

목차Contents

Ⅰ. 용어 정의Ⅰ. Term Definition

Ⅱ. 개요Ⅱ. summary

Ⅲ. 탐지기 조립체Ⅲ. Detector assembly

Ⅳ. 예시적인 분자 탐지 시스템IV. Exemplary molecular detection systems

Ⅴ. 예시적인 용도Ⅴ. Exemplary Uses

Ⅵ. 소프트웨어 실행VI. Software execution

Ⅶ. 실험VII. Experiment

Ⅰ. 용어 정의Ⅰ. Term Definition

본 명세서에서 사용되는 "분자 결합 이벤트"(종종, "결합 이벤트" 또는 "결합"으로 축약하여 칭한다)라는 용어는 대상(interest) 분자의 다른 분자와의 상호작용을 칭하는 것이다. "분자 구조"라는 용어는, (알파 헬릭스(helix) 영역, 베타 시트, 면역글로불린 영역, 기타 다른 형태의 분자 하부구조와 같은) 특정 분자 하부구조 뿐만 아니라, 용액에서의 분자 자체의 용매화 껍질(solvation shell)과 분자의 상호작용을 포함하여 (벤딩 또는 폴딩(bending or folding) 운동과 같은) 다른 분자와의 상호작용을 통한 분자의 전체적인 물리적 구조의 변화를 포함한, 대상 분자의 모든 구조적 특성을 나타낸다. "분자 구조" 및 "분자 결합 이벤트"는 모두 "분자 이벤트"를 칭한다. 탐지/분석이 행해지는 영역내의 대상 분자의 단순한 존재는 "분자 이벤트"로 간주되지 않고 "존재"로 언급된다.As used herein, the term " molecular binding event " (often abbreviated as " binding event " or " binding ") refers to the interaction of an interest molecule with another molecule. The term " molecular structure " refers not only to a specific molecular substructure (such as an alpha helical region, a beta sheet, an immunoglobulin region, or any other type of molecular substructure), but also to a solvated shell including all of the molecules' interaction with other molecules (such as bending or folding movements), including the interaction between the molecule and the solvation shell . &Quot; Molecular structure " and " molecular binding event " all refer to a " molecular event ". The mere presence of a molecule of interest within the region in which detection / analysis is performed is not referred to as a " molecular event "

분자 결합 이벤트의 예를 들면, (1) 리간드와 그 리간드의 항리간드 간에 발생하는 단순한, 비-공유결합, 및 (2) 효소가 기질과 반응할 때 종종 발생하는 바와 같은, 일시적인 공유 결합 형성이 있다. 관련된 결합 이벤트의 보다 상세한 예를 들면, 리간드/수용기, 항원/항체, 효소/기질, DNA/DNA, DNA/RNA, RNA/RNA, 핵산 부정합(mismatch), 보체 핵산 및 핵산/단백질이 있다. 그러나, 이러한 예에 한정되는 것은 아니다. 결합 이벤트는 1차적, 2차적, 또는 보다 고차원의 결합 이벤트로 발생할 수 있다. 1차 결합 이벤트는, 통상적으로 탐지 영역내의 표면이 되는 제 1 표면의 일부인 물질 또는 별도의 분자일 수 있는 임의 형태의 실체에 제 1 분자가 결합(특이적 또는 비-특이적)되어 제 1 분자 상호작용 복합체를 형성하는 것으로서 정의 된다. 2차 결합 이벤트는, 제 1 분자 상호작용 복합체로의 제 2 분자 결합(특이적 또는 비-특이적)으로서 정의 된다. 3차 결합 이벤트는 제 2 분자 상호작용 복합체로의 제 3 분자 결합(특이적 또는 비-특이적)으로서 정의되며, 보다 고차원적인 결합 이벤트도 마찬가지다.Examples of molecular binding events include, but are not limited to, (1) simple, non-covalent bonds between ligands and their ligands, and (2) transient covalent bond formation, as often occurs when the enzyme is reacting with a substrate have. DNA / DNA, DNA / RNA, RNA / RNA, nucleic acid mismatch, complement nucleic acids, and nucleic acid / protein are more specific examples of related binding events. However, the present invention is not limited to these examples. A join event can occur as a primary, secondary, or higher-level join event. The primary binding event is the binding of the first molecule (specific or non-specific) to any type of entity, typically a substance that is part of the first surface that will be the surface within the detection region, or a separate molecule, ≪ / RTI > interacting complexes. The secondary binding event is defined as a second molecular binding (specific or non-specific) to the first molecular interaction complex. The tertiary binding event is defined as a third molecular binding (specific or non-specific) to the second molecular interaction complex, as is a higher dimensional binding event.

관련 분자 구조의 예를 들면, 물리적 하부 구조의 존재(예를 들어, 알파 헬릭스 영역, 베타 시트, 면역글로불린 영역, 촉매 활성화 사이트, 결합 영역, 또는 분자내의 세븐-트랜스-멤브레인(seven-trans-membrane) 단백질 구조의 존재) 또는 일부 작용 가능성과 관련한 구조(예를 들어, 항체로서 작용할 능력, 특정 리간드를 이송할 능력, 이온 채널(또는 그 이온 채널의 구성부)로서 작용할 능력, 또는 신호 전달부로서 작용할 능력)가 있다.Examples of related molecular structures include, but are not limited to, the presence of a physical substructure (e. G., An alpha-helical region, a beta sheet, an immunoglobulin region, a catalytic activation site, a binding region, or a seven- trans- membrane The ability to act as an antibody, the ability to transport a particular ligand, the ability to act as an ion channel (or a component of its ion channel), or as a signal transduction moiety Ability to act).

통상적으로, 구조적 특질은 미지의 구조 및/또는 작용의 분자로부터 얻어지는 신호를 공지의 구조 및/또는 작용의 분자로부터 얻어지는 신호와 비교함으로써 탐지된다. 통상적으로, 분자 결합 이벤트는 전위(potential) 결합 파트너 중 하나를 포함하는 샘플로부터 얻어지는 신호(또는 각각이 하나의 전위 결합 파트너를 가지는 두개의 별도의 샘플로부터의 신호)를 두개의 전위 결합 파트너를 포함하는 샘플로부터 얻어지는 신호와 비교함으로써 탐지된다. "분자 결합 이벤트" 또는 "분자 구조"의 탐지는 모두 "분자 탐지"로 종종 언급한다.Typically, structural features are detected by comparing signals obtained from molecules of unknown structure and / or action with signals obtained from molecules of known structure and / or action. Typically, the molecular binding event involves a signal obtained from a sample comprising one of the potential binding partners (or a signal from two separate samples each having one potential binding partner) with two potential binding partners To the signal obtained from the sample. Detection of " molecular binding events " or " molecular structures " are all often referred to as " molecular detection ".

본 명세서에 기재된 방법론 및 장치들은 생리적 조건(세포막이나 하부세포막내의 또는 세포의 세포질내의)에서 발생하는 분자적 이벤트의 생물학적 및 약학적 중요성을 탐지하고 예상하는 것에 주로 관심을 두고 있다. 따라서, 생리학적 조건과 동일하지 않고 그와 유사한 조건들하에서의 분자들의 구조적 특성 또는 분자들 간의 상호작용들에 대해서는 보다 덜 관심을 가진다. 예를 들어, 전자 현미경의 진공 필드에서와 같은 비-생리적 조건하에서 각 분자의 복합체 형성은 본 명세서에서 사용된 용어로서의 바람직한 "분자 결합 이벤트"로 간주되지 않는다. 여기서, 바람직한 분자 이벤트 및 특성은, 자연적인 세포나 세포간 환경, 또는 생리적 조건을 모사하도록 디자인된 수성(水性) 버퍼와 같은 인공적인 환경에서 존재하는 "생리적인 조건"하에서 존재한다. 세포 및 조직내에서 위치마다 국부적인 생리학적 조건이 변할 것이며, 그러한 조건을 모사한 인공적인 조건에서도 역시 상당히 변한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 결합에 영향을 미치는 작은 분자 및 도움(helper) 단백질의 존재하에서 하부세포 격실내의 단백질과 리간드 간에 결합 이벤트가 발생할 것이다. 그러한 조건은, 예를 들어 "규정 인산염 식염수" 또는 PBS로 칭해지는 인공적인 매개체와 같은 혈청에서의 생리적 조건과 상당히 상이할 것이다. 통상적으로, 본 발명의 바람직한 조건은, 테스트되는 일부 성분들의 용해를 돕기위해 존재할 수 있는 DMSO 와 같은 유기 용매를 약간 그러나 최소한으로 가지는 수용액이 될 것이다. "수용액"은 50 중량 % 이상, 바람직하게는 80 중량 % 이상, 가장 바람직하게는 90 중량 % 이상의 물, 그보다 바람직하게는, 95 중량 % 이상의 물을 포함한다. 삼투질 농도, pH, 온도, 압력과 같은 다른 조건들은, 예를 들어 결합 이벤트가 일어나는 세포간 환경의 국부적인 조건을 모사하기 위해 상당히 변화될 수 있다. 예를 들어 세포의 세포질 및 그 세포의 리소좀내의 자연적인 조건은 서로 상당히 상이하며, 그러한 조건들을 모사하기 위해 상이한 인공 매체가 사용될 것이다. 여러가지 생물학적 이벤트 및 구조를 연구하기 위해 자연적인 것을 모방하도록 디자인된 인공적인 조건의 예들은 문헌에 많이 기재되어 있다. 다수의 그러한 인공적인 매체가 상업적으로 판매되고 있으며, 예를 들면 생물학 분야 연구에 주로 이용되는 3.73 내지 9.24 pH 의 60 개의 상업적으로 이용가능한 버퍼를 나열하고 있는, 2000/2001년 발행된 Calbiochem General Catalogue 81 내지 82면과 같은 여러가지 과학관련 제품 카탈로그에 나타나 있다. 통상적인 매체의 제조와 관련한 일반적인 기록 즉, R. Ian Freshney, Wiley-Liss, New York(1994) 3판, Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques 의 제 7 장("The Culture Environment")과 같은 기록을 참조할 수 있다.The methodologies and devices described herein are primarily concerned with detecting and predicting the biological and pharmacological significance of molecular events that occur in a physiological condition, such as within a cell membrane or subcellular membrane or within the cellular cytoplasm. Thus, less attention is paid to the structural properties of molecules or interactions between molecules under conditions similar to, and not identical to, physiological conditions. For example, complex formation of each molecule under non-physiological conditions, such as in a vacuum field of an electron microscope, is not considered a preferred " molecular binding event " as used herein. Here, the preferred molecular events and properties exist under "physiological conditions" that exist in an artificial environment such as an aqueous buffer designed to simulate natural cell or intercellular environment, or physiological conditions. It will be appreciated that local physiological conditions will vary from location to location in cells and tissues, and will also vary significantly under artificial conditions that simulate such conditions. For example, a binding event will occur between the protein and ligand in the lower cell membrane in the presence of small molecules and helper proteins that affect binding. Such conditions will be significantly different from physiological conditions in the serum, such as, for example, " regulated phosphate saline " or an artificial medium referred to as PBS. Typically, the preferred conditions of the present invention will be aqueous solutions with a slight but minimal amount of organic solvent, such as DMSO, which may be present to aid dissolution of some of the components being tested. The "aqueous solution" comprises at least 50 wt%, preferably at least 80 wt%, most preferably at least 90 wt% water, more preferably at least 95 wt% water. Other conditions such as osmolality, pH, temperature, and pressure can be significantly altered to simulate the local conditions of, for example, the intercellular environment in which the binding event takes place. For example, the cytoplasm of a cell and the natural conditions in the lysosome of that cell are quite different from each other, and different artificial media will be used to simulate such conditions. Examples of artificial conditions designed to mimic natural things to study various biological events and structures are well documented in the literature. A number of such artificial media are commercially available, for example, Calbiochem General Catalog 81, published 2000/2001, which lists 60 commercially available buffers at pH 3.73 to 9.24, 82 to page 82 of the science-related product catalog. A general record relating to the manufacture of conventional media is described in Chapter 7 ("The Culture Environment") of R. Ian Freshney, Wiley-Liss, New York (1994) 3rd edition, Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques You can refer to the same record.

본 명세서에서 사용되는 "분석대상(analyte)"이라는 용어는 존재, 구조, 결합 능력, 등이 탐지되고 분석되는 분자 실체를 칭하는 것이다. 본 발명의 실질적으로 적절한 분석대상은 항체, 항원, 핵산(예를 들어, 자연적인 또는 합성의 DNA, RNA, gDNA, cDNA, mRNA, tRNA), 렉틴, 설탕, 글리코단백질, 수용기 및 그 수용기와 동종의 리간드(예를 들어, 성장 인자(factor) 및 관련 수용기, 사이토킨 및 관련 수용기, 신호(signaling) 분자 및 수용기), 현존 약제 및 의약품 성분들과 같은 작은 분자(개발되고 조합 라이브러리(library)에 기록된 자연 생산물 또는 유사한 합성물질), 신진대사 산물, 오용 약물 및 그들의 신진대사 부산물, 비타민 기타 자연 발생적 복합물 및 합성물과 같은 보조인자, 생리적 유체와, 세포와, 세포 구성부와, 세포막 및 관련 구조물내에서 발견되는 산소 및 기타 가스, 식물 및 동물로부터 발견되는 기타 자연 산물, 기타 부분적으로 및 전체적으로 합성된 제품, 등이 있다.As used herein, the term " analyte " refers to a molecular entity in which the presence, structure, binding capacity, etc. are detected and analyzed. Substantially suitable analytes of the present invention include antibodies, antigens, nucleic acids (e. G., Natural or synthetic DNA, RNA, gDNA, cDNA, mRNA, tRNA), lectins, sugars, glycoproteins, (Such as growth factors and associated receptors, cytokines and related receptors, signaling molecules and receptors), existing drugs and drug components (developed and recorded in a combinatorial library) Natural products or similar synthetic substances), auxiliary metabolites such as metabolites, misuse drugs and their metabolites by-products, vitamins and other naturally occurring compounds and compounds, physiological fluids, cells, cell components, cell membranes and related structures Oxygen and other gases found in plants, other natural products found in plants and animals, and other partially and totally synthesized products.

비록 본 명세서에 기술된 대부분의 측정이 하나의 분자 또는 용액내의 분자 쌍들에 대해 이루어 진 것이지만, 테스트 혼합물이 부동(不動)의 분자를 통과하여 유동하도록 하면서 전자기 복사를 받는 채널의 사이트에서 결합 쌍의 부재들 중 하나가 표면상에 고정되는 상황에 본 발명의 방법을 적용할 수도 있다. 결합 쌍의부재의 하나가 움직이지 못할 때, 본 명세서에서 사용되는 "항리간드(antiligand)"라는 용어는 대개 표면상에 고정된 분자를 칭하는 것이다. 예를 들어, 항리간드는 항체일 수 있으며, 리간드는 항체에 특이적으로 결합하는 항원과 같은 분자일 수 있다. 항원이 표면에 결합되고 항체가 탐지되는 분자인 경우에, 본 발명의 목적을 위해, 항체는 리간드 및 항원 즉, 항리간드로 간주될 수 있다. 또한, 항리간드가 일단 리간드에 결합되면, 결과적인 항리간드/리간드 복합체는 이어지는 결합의 목적을 위한 항리간드로 간주될 수 있다.Although most of the measurements described herein are made for one molecule or a pair of molecules in solution, it is preferred that at the site of the channel receiving the electromagnetic radiation while the test mixture is flowing through the immobile molecule, The method of the present invention may be applied to a situation in which one of the members is fixed on the surface. When one of the members of the binding pair is immobile, the term " antiligand ", as used herein, refers to a molecule that is usually immobilized on a surface. For example, the anti-ligand may be an antibody, and the ligand may be a molecule such as an antigen that specifically binds to the antibody. For purposes of the present invention, where the antigen is a molecule bound to a surface and an antibody is detected, the antibody may be considered a ligand and an antigen, i.e., an anti-ligand. In addition, once the anti-ligand is bound to the ligand, the resulting anti-ligand / ligand complex can be regarded as an anti-ligand for subsequent binding purposes.

본 명세서에서 사용된 "분자"라는 용어는 염 또는 다른 물질의 비-분자 형태에 대립하는 것으로서의 화학 분자 또는 분자들 형태로 존재하는 생물학적 또는 화학적 실체를 칭하는 것이다. 일부 분자들이 탄소를 포함하지 않지만(분자 산소와 같은 단순한 분자 기체 및 일부 황-기질 폴리머와 같은 보다 복잡한 분자들을 포함한다), 많은 분자들은 유기 분자(공유 결합에 의해 다른 원자와 연결된 탄소 원자를 포함하는 혼합물) 형태이다. "분자"라는 일반적인 용어는 단백질, 핵산, 수산화탄소, 스테로이드, 유기 약제, 수용기, 항체 및, 지질(脂質)과 같은 수많은 서술적인 분자 분류 또는 분자 그룹을 포함한다. "분자" 의 일반적인 분류 및 단백질과 같이 소분류로 명명된 것 모두가 혼합물을 나타낸다는 원칙내에서, 본 발명의 방법을 분자의 소그룹에 적용할 때와 같이 필요한 경우에, 하나 또는 그 이상의 보다 상세한 용어(혼합물 그룹에 속하는 "단백질"이라는 용어와 같은)를 본 명세서에서 사용할 것이다. 가장 일반적인 의미로 사용될 때, "분자"는 또한 이하에서 설명하는 바와 같은 각 분자들의 결합 복합체를 포함한다. 주된 공유 결합 분자에도이온 결합이 존재할 수 있으며(아미노산 잔기(殘基)에 금속 이온이 결합된 단백질 또는 카르복실산의 염과 같은 경우), 그러한 분자들 역시 여전히 분자 구조로 간주된다. 물론, 분자 구조를 포함하는 샘플내에 염(예를 들어, 염화나트륨)이 존재할 수도 있고, 그러한 염의 존재는 본 발명의 실시에 포함된다. 그러한 염은 전체적인 유전체 반응에 참가할 것이지만, 그 염들의 존재하에서도 분자 결합 이벤트 또는 특성이 탐지될 수 있다.As used herein, the term " molecule " refers to a biological or chemical entity present in the form of a chemical molecule or molecules as opposed to a non-molecular form of a salt or other substance. Although some molecules do not contain carbon (including simple molecular gases such as molecular oxygen and more complex molecules such as some sulfur-based polymers), many molecules contain organic molecules (including carbon atoms linked to other atoms by covalent bonds) Lt; / RTI > The general term "molecule" includes a number of descriptive molecular classifications or groups of molecules, such as proteins, nucleic acids, carbon monoxide, steroids, organic drugs, receptors, antibodies, and lipids. Within the principle that both the generic classification of " molecules " and those denominated as small classes, such as proteins, represent mixtures, where necessary, such as when applying the methods of the invention to small groups of molecules, one or more more specific terms (Such as the term " protein " in the mixture group) will be used herein. When used in its most general sense, " molecule " also includes binding complexes of each molecule as described below. Major covalent molecules may also have ionic bonds (such as a salt of a protein or carboxylic acid in which the amino acid residue is bonded to a residue), and such molecules are still considered molecular structures. Of course, salts (e. G., Sodium chloride) may be present in the sample containing the molecular structure, and the presence of such salts is included in the practice of the present invention. Such salts will participate in the overall genetic response, but even in the presence of their salts, molecular binding events or traits can be detected.

본 명세서에서 사용된 "결합 파트너", "리간드/항리간드", 또는 "리간드/항리간드 복합체" 라는 용어는 서로 특이적(specifically)으로 접촉하여 결합 복합체를 형성하는 분자들의 쌍(또는 보다 큰 그룹; 이하 참조)을 의미한다. 통상적으로, 그러한 쌍 또는 그룹은, 대개의 경우 비-공유 결합(쌍극자-쌍극자 상호작용, 수소결합, 반데르발스 상호작용과 같은)의 형성에 의해, 서로 상호작용하는 둘 이상의 분자들로 구성된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 유사한 결합 친화도를 가진 분자들의 경우에도, 상호작용 시간이 상당이 변한다(온-오프 시간으로 칭하기도 한다). 예를 들면, 항체-항원, 렉틴-수산화탄소, 핵산-핵산, 비오틴-아비딘(avidin) 쌍들이 있다. 생물학적 결합 파트너들은 단일 분자 쌍으로 한정할 필요는 없다. 따라서, 예를 들어, 둘 이상의 항-리간드의 배위(配位) 작용에 의해 단일 리간드가 결합될 수 있으며, 또는 제 1 항체에 특이적인 제 2 항체에 의해 제 1 항원/항체 쌍이 결합될 수 있다. 결합은, 액체(용액을 칭할 수도 있다) 또는 고체(표면으로 칭할 수도 있다) 상(相)내에서 일어날 수 있고, 3 이상의 개별적인 분자 실체의 연속적인 또는 동시적인 결합을 포함하는 복합체 결합을 포함할 수 있다. 가능한 예로서, GPCR/G-단백질 결합이 뒤따르는 GPCR-리간드 결합; 핵 수용기/보조인자/리간드/DNA 결합; 또는 작은 분자 리간드를 따라, 복합체 샤프롱(chaperone) 단백질의 목표에의 결합이 있다. 다른 예들도 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다.The term " binding partner ", " ligand / antagonist ", or " ligand / antagonist complex ", as used herein, refers to a pair of molecules (or groups of larger ; See below). Typically, such pairs or groups are composed of two or more molecules that interact with each other, usually by the formation of non-covalent bonds (such as dipole-dipole interactions, hydrogen bonds, van der Waals interactions) . As is known in the art, even for molecules with similar binding affinities, the interaction time varies considerably (sometimes referred to as the on-off time). For example, there are antibody-antigen, lectin-hydroxide carbon, nucleic acid-nucleic acid, biotin-avidin pairs. Biological binding partners need not be confined to a single molecule pair. Thus, for example, a single ligand can be bound by the coordination action of two or more anti-ligands, or a first antigen / antibody pair can be bound by a second antibody specific for the first antibody . Binding can occur within a liquid (which may also be referred to as a solution) or a solid (which may be referred to as a surface) phase and includes conjugation involving continuous or simultaneous bonding of three or more individual molecular entities . Possible examples include GPCR-ligand binding followed by GPCR / G-protein binding; Nuclear receptor / cofactor / ligand / DNA binding; Or a small molecule ligand, to the target of the complex chaperone protein. Other examples will be readily apparent to those skilled in the art.

본 명세서에서, "리간드"라는 용어는 일반적으로, 리간드와 항리간드 간의 접촉시에 자유에너지의 유리한 변화(즉, 음의 값)에 의해 리간드에 결합하는 다른 분자(즉, "항리간드")가 존재하는 임의의 분자를 의미한다. 상호작용하는 기질의 크기에는 제한이 없으며, 그에 따라 넓은 의미의 리간드(또는 항리간드)가 각각의 분자를 구성할 수도 있고 세포, 세포막, 세포기관 또는 그와 유사한 합성체에서 볼 수 있는 보다 큰 유기 분자 그룹을 구성할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "리간드" 및 "항리간드"는 모두 넓은 의미를 가지며 서로 바꿔서 사용될 수도 있다. 그러나, 생물학 분야에서 "리간드"라는 용어가 서로 상호작용하는 보다 작은 두개의 결합 파트너들을 의미하는 것으로 사용하는 일반적인 경향이 있다는 것을 알 수 있으며, 가능한 경우에 이러한 관행은 지켜진다.As used herein, the term " ligand " is generally used to refer to a molecule (i.e., an " anti-ligand ") that binds to a ligand by a beneficial change in free energy (i.e., negative value) upon contact between the ligand and the anti- Means any molecule present. There is no limit on the size of the interacting substrate, and thus a broader sense of ligand (or anti-ligand) may constitute each molecule and a larger organelle, such as a cell, cell membrane, cell organelle, Molecular groups may also be constituted. As used herein, the terms " ligand " and " anti-ligand " are both broad and may be used interchangeably. However, it can be seen that there is a general tendency to use the term " ligand " in the biological field to mean two smaller binding partners that interact with each other, and where possible, this practice is followed.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "리간드/항리간드 복합체"는 항리간드에 결합된 리간드를 의미한다. 그 결합은 특이적 또는 비-특이적일 수 있고, 상호작용하는 리간드/항리간드 복합체는 통상적으로 수소 결합, 반데르발스 상호작용, 또는 다른 형태의 분자간 상호작용과 같은 비공유결합력을 통해 서로 결합된다.As used herein, " ligand / anti-ligand complex " means a ligand bound to an anti-ligand. The binding may be specific or non-specific, and the interacting ligand / anti-ligand complexes are typically bound to each other through noncovalent bonding such as hydrogen bonding, van der Waals interactions, or other forms of intermolecular interactions.

본 명세서에서, "특이적 결합"이라는 용어는, 단백질, 핵산 기타 본 명세서에서 기재된 바와 같은 결합 파트너를 의미할 때, 이종(異種)적인 개체수의 잠재적인 리간드에서 관련 리간드를 위해 선택된 결합 반응을 의미한다. 따라서, 지정된조건(예를 들어, 항체 경우의 면역측정법 조건)하에서, 특이 항리간드는 특정 "목표(target)"에 결합하고 샘플내에 존재하는 다른 잠재적인 리간드에는 극히 적은 양도 결합하지 않는다. 예를 들어, 호르몬 신호를 위한 세포 표면 수용기(예를 들어, 에스트로겐 수용기)는, 유사 구조의 다른 분자가 존재하더라도, 특이 호르몬(에스트리올(estriol)과 같은 유사한 스테로이드를 포함한 다른 스테로이드계 호르몬과 같은 호르몬)에 선택적으로 결합할 것이다. 유사하게, 완전한 보체인 핵산 배열은 미리 선택된 조건하에서 서로 교잡(hybridize)될 것이고, 그에 따라 단일 뉴클레오티드 위치에서 배열이 다른 기타 핵산 조차도 교잡하지 못한다.As used herein, the term "specific binding" refers to a binding reaction selected for a related ligand in a heterogeneous population of potential ligands, when referring to a protein, nucleic acid or other binding partner as described herein. do. Thus, under specified conditions (e. G., Immunoassay conditions in the case of antibodies), a specific anti-ligand binds to a specific " target " and does not bind to any other potential ligand present in the sample. For example, cell surface receptors (e. G., Estrogen receptors) for hormone signals can bind to other steroid hormones, including similar steroids such as estriol, The same hormone). Similarly, nucleic acid sequences that are fully complementary will hybridize to each other under preselected conditions, thereby not even hybridizing to other nucleic acids whose sequence is at a single nucleotide position.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "분리된", "정화된(purified)", 및 "생물학적으로 정화된"이라는 용어는 고유 상태에서 통상적으로 수반되는 성분들이 실질적으로 또는 본질적으로 없는 물질을 의미한다.As used herein, the terms " isolated ", " purified ", and " biologically purified " refer to a substance that is substantially or essentially free of components .

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "핵산"이라는 용어는 디옥시리보뉴클레오티드 또는 단일-, 또는 이중- 나선 형태의 리보뉴클레오티드 폴리머를 의미하며, 다른 제한이 없다면, 자연적으로 발생하는 뉴클레오티드와 유사한 방식으로 교잡될 수 있는 하나 이상의 자연 뉴클레오티드 유사체를 함유하는 폴리머를 포함할 수 있다.As used herein, the term " nucleic acid " refers to a deoxyribonucleotide or ribonucleotide polymer in the form of a single- or double-stranded form, and, unless otherwise constrained, can be hybridized in a manner similar to naturally occurring nucleotides Lt; RTI ID = 0.0 > natural < / RTI > nucleotide analogs.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "폴리펩티드", "펩티드", 및 "단백질" 은 아미노산 잔기(殘基)의 폴리머를 상호 교환가능하게 칭하는데 사용한다. 이러한 용어들은, 비록 주어진 차수(order)가 대체적으로 증가하는 크기 및 복잡성을 의미하기는 하지만, 분자의 크기와 관련하여 일관성있게 사용되지는 않는 것으로 보인다. 모든 이러한 용어들은, 하나 이상의 아미노산 잔기(residue) 또는 펩타이드 결합이 대응하는 자연 발생적 아미노산의 인공적인 화학 유사체 또는 자연 발생적 아미노산 폴리머로의 결합인, 아미노산 폴리머에 해당된다.As used herein, "polypeptide", "peptide", and "protein" are used interchangeably to refer to a polymer of amino acid residues. These terms appear to be not used consistently with respect to the size of the molecule, although they mean the size and complexity with which a given order generally increases. All of these terms refer to amino acid polymers in which one or more amino acid residues or peptide bonds are the artificial chemical analogs of the corresponding naturally occurring amino acid or a link to the naturally occurring amino acid polymer.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "항체"라는 용어는 면역글로불린 유전자의 단편 또는 면역글로불린 유전자에 의해 실질적으로 인코딩(encoded)된 하나 이상의 폴리펩티드 사슬으로 이루어진 단백질을 의미한다. 인지된 면역글로불린 유전자는 카파, 람다, 알파, 감마, 델타, 입실론, 및 뮤 상수 영역 유전자 뿐만 아니라, 미리어드 면역글로불린 가변 영역 유전자를 포함한다. 경 사슬(light chain)은 카파 또는 람다로 분류된다. 중 사슬은 감마, 뮤, 알파, 델타, 또는 입실론으로 분류되고, 그것은 각각 IgG, IgM, IgA, IgD 및 IgE 의 면역글로불린 분류를 규정한다.As used herein, the term " antibody " means a fragment of an immunoglobulin gene or a protein consisting of one or more polypeptide chains substantially encoded by an immunoglobulin gene. The recognized immunoglobulin genes include kappa, lambda, alpha, gamma, delta, epsilon, and mu constant region genes as well as pre-ad immunoglobulin variable region genes. Light chains are classified as kappa or lambda. The heavy chain is classified as gamma, mu, alpha, delta, or epsilon, and it defines the immunoglobulin class of IgG, IgM, IgA, IgD and IgE, respectively.

"항원-결합 사이트" 또는 "결합 부분"은 항원 결합에 참여하는 면역글로불린 분자의 부분을 의미한다. 항원 결합 사이트는 중("H") 사슬 및 경("L") 사슬의 N-말단 가변("V") 영역의 아미노산 잔기에 의해 형성된다. 중 사슬 및 경 사슬의 V 영역내의 3개의 고분지(highly divergent) 스트레치(stretch)는, "프레임워크 영역(framework regions)" 또는 "FRs"로 알려진 보다 보존된 프랭킹(flanking) 스트레치들 사이의 배치된 "초가변(hypervariable) 영역"을 의미한다. 따라서, "FR"이라는 용어는 면역글로불린내의 초가변 영역들에 인접하고 그 사이에서 자연적으로 발견되는 아미노산 배열을 의미한다. 항체 분자내에서, 경 체인의 3개의 초가변 영역 및 중 체인의 3개의 초가변 영역은 3차원 공간에서 서로 상대적으로 배치되어 항원 결합 "표면"을 형성한다. 이러한 표면은 목표 항원의 결합 및 인지를중재한다. 각각의 중 사슬 및 경 사슬의 3 개의 초가변 영역들은 "보체성(complementarity) 측정 영역" 또는 "CDRs"로서 칭해지고, 예를 들어 매릴랜드 베데스다(Bethesda)의 미국 건강인간청(U.S. Department of Health and Human Service), 미국 보건성의 4 판에 기재된 카벳(Kabat) 등의 면역학적 관점에서의 단백질 배열에 의해 특징지어질 수 있다.&Quot; Antigen-binding site " or " binding portion " means a portion of an immunoglobulin molecule that participates in antigen binding. The antigen binding site is formed by the amino acid residues in the N-terminal variable (" V ") region of the middle ("H") and light ("L") chains. Three highly-divergent stretches in the V-region of the middle and light chains are believed to result in more conserved flanking stretches known as " framework regions " or " FRs &Quot; means a " hypervariable region " Thus, the term " FR " refers to an amino acid sequence adjacent to and naturally found between hypervariable regions in an immunoglobulin. Within the antibody molecule, the three hypervariable regions of the light chain and the three hypervariable regions of the heavy chain are positioned relative to each other in the three-dimensional space to form the antigen binding " surface ". These surfaces mediate the binding and recognition of target antigens. The three hypervariable regions of each heavy and light chain are referred to as " complementarity measuring regions " or " CDRs ", and are described, for example, in US Department of Health and Human Services, Bethesda, Human Service), and Kabat, which is described in the fourth edition of the US Department of Health and Human Services.

본 명세서에서 사용된 "면역학적(immunological) 결합" 및 "면역학적 결합 특성"이라는 용어는 면역글로불린과 그 면역글로불린에 특이적인 항원 사이에 발생하는 형태의 비-공유적 상호작용을 의미한다.The terms " immunological binding " and " immunological binding properties ", as used herein, refer to non-covalent interactions of forms that occur between an immunoglobulin and an antigen specific to the immunoglobulin.

본 명세서에서 사용된 "효소" 라는 용어는 촉매로서 작용하고 하나의 화합물이 보다 작은 화합물로 나누어지는 화학 반응의 또는 기타 다른 화합물들 사이에 발생하는 화학 반응의 활성화 에너지를 낮추는 단백질을 의미한다. 효소의 영향하에서의 반응을 거치는 화합물은 "기질"이라 칭한다. 효소는 반응의 초기 물질 또는 최종 제품이 아니고, 반응이 완료된 후에도 변화되지 않는다.The term " enzyme " as used herein refers to a protein that acts as a catalyst and lowers the activation energy of a chemical reaction in which a compound is divided into smaller compounds or between other compounds. A compound that undergoes a reaction under the influence of an enzyme is called a " substrate ". The enzyme is not an initial substance or end product of the reaction and does not change after the reaction is completed.

본 명세서에서 사용된 "테스트 샘플"이라는 용어는 조사되는 물질(분석대상) 및 그 분석대상이 발견되는 매체/버퍼을 의미한다. 그러한 매체 또는 버퍼는 고체, 액체 또는 기체 상(相) 물질을 포함할 수 있으며, 가장 생리학적인 매체/버퍼의 주요 성분은 물이다. 고체상 매체는 수산화탄소, 단백질, 올리고뉴클리오티드, SiO2, GaAs, Au, 또는 선택적으로, Nylon®, Rayon®, Dacryon®, 폴리프로필렌, Teflon®, 네오프렌, 델린(delin) 등과 같은 임의의 유기 폴리머 물질을 포함한 자연발생적 또는 합성된 분자로 이루어질 수 있다. 액상 매체는 수성(水性), 유기질 또는 기타 주요 성분, 겔, 기체 및 에멀젼을 함유하는 것을 포함한다. 예시적인 매체로서, 셀룰로즈, 덱스트란(dextran) 유도체, d-PBS 수성 용액, 트리스(Tris), 탈이온수, 혈액, 뇌척수액, 소변, 타액, 물, 유기 용매가 있다.As used herein, the term " test sample " refers to the material (analyte) to be investigated and the medium / buffer in which the analyte is found. Such media or buffers may comprise solid, liquid or gaseous phase materials and the major component of the most physiological media / buffer is water. Solid phase media may be any organic, such as hydrocarbons, proteins, oligo-nucleotide, SiO 2, GaAs, Au, or alternatively, Nylon ®, Rayon ®, Dacryon ®, polypropylene, Teflon ®, neoprene, Delrin (delin) And may be composed of naturally occurring or synthetic molecules including polymeric materials. Liquid vehicles include those containing aqueous, organic or other major components, gels, gases and emulsions. Exemplary media include cellulose, dextran derivatives, d-PBS aqueous solutions, Tris, deionized water, blood, cerebrospinal fluid, urine, saliva, water, organic solvents.

본 명세서에서 사용된 "생물학적 샘플"은, 건강한 및/또는 생리학적 상태로 관심 이벤트 또는 구조를 검사하게되는 생물학적 조직 또는 유체를 의미한다. 그러한 생물학적 샘플은 가래, 아미노(aminotic) 유체, 혈액, 혈액 세포(예를 들어, 적혈구), 조직 또는 미세바늘 생검(biopsy) 샘플을 포함한다. 그러나, 상기 나열된 것에 한정되는 것은 아니다. 생물학적 샘플은 또한 배양액내에서 생장된 포유류나 기타의 세포를 포함한다. 비록 생물학적 샘플이 대부분 환자로부터 취해지지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 개, 고양이, 양, 소 및 돼지와 같은 다른 포유류 뿐만 아니라 다른 종의 동물(예를 들어, 닭이나 칠면조와 같은 조류) 및 식물(예를 들어, 옥수수나 밀과 같이 음식물로서 사용되는 식물 및 관상식물)로부터 얻어진 샘플에서 분자 이벤트를 탐지하는데 동일한 측정이 이용될 수도 있다. 필요에 따라, 적절한 이송 매체 용액으로 희석하거나 응축하여 생물학적 샘플을 예비처리할 수도 있으며, 이 경우에도 여전히 "생물학적 샘플"로서 칭한다. 수많은 표준 수성 이송 매체 용액 중에서, 바람직하게는 생리학적 pH 에 있는 인산염, 트리스 등과 같은 여러가지 이송 매체중 하나를 선택하여 이용할 수 있다. 생물학적 샘플의 경우와 마찬가지로, 공급 물질로부터 얻어진 보다 일반적인 샘플을 예비처리(희석, 추출 등에 의한)하더라도 그 공급 물질도 샘플로서 칭할 수 있다.&Quot; Biological sample " as used herein refers to a biological tissue or fluid that undergoes a health and / or physiological condition to examine an event of interest or structure. Such biological samples include sputum, aminotic fluid, blood, blood cells (e. G., Red blood cells), tissue or micro needle biopsy samples. However, the present invention is not limited to those listed above. Biological samples also include mammals or other cells that have grown in culture. Although biological samples are mostly taken from the patient, it is not limited thereto. (E. G., Birds such as chickens or turkeys) and plants (e. G., Plants and ornamental plants used as food, such as corn or wheat) as well as other mammals such as dogs, cats, sheep, The same measurement may be used to detect molecular events in the sample obtained from < RTI ID = 0.0 > Optionally, the biological sample may be pretreated by diluting or condensing it with a suitable transport medium solution, still in this case also referred to as a " biological sample ". Among a number of standard aqueous transfer medium solutions, one of various transport media such as phosphates, tris, etc., preferably at physiological pH, can be selected and used. As in the case of biological samples, even if a more general sample obtained from a feed material is pretreated (by dilution, extraction, etc.), the feed material may also be referred to as a sample.

본 명세서에서 사용된 "유체 저장용기"는, 물리적 크기 또는 형상에 관계없이, 단일 경로에 커플링될 수 있는 위치에서 유체가 유지될 수 있는 곳을 의미하며, 그에 따라 "유체 저장용기"의 탐지 영역에서의 테스트 신호가 샘플과 상호작용한 결과로 얻어지는 신호를 탐지할 수 있게 된다. "유체 저장용기"는 유체가 위치하는 용기 자체 보다는 유체를 의미한다고 할 수 있다. 따라서, 가장 단순한 형태로, "유체 저장용기"는 평평한 표면에 형성되고 관성 및/또는 표면장력에 의해 유지되는 유체 방울 또는 층을 의미한다고 할 수 있다. 그러한 구성은, 표면상의 알려진 지점에 부착된 특정 분자 프로브(대개는 알려진 배열의 DNA 단편)를 가지는 칩의 표면에 걸쳐 샘플 유체가 통과하는 것과 같이 유전공학에 일반적으로 사용되는 여러 가지 칩 디자인에 주로 사용된다. 그러나, "유체 저장용기"는, 중력에 의한 확산을 억제하는 수직 벽들(시험관 또는 미세타이터 플레이트의 측벽과 같이), 완전히 둘러싸는 벽들(밀봉 용기와 같은), 제한된 방향으로의 이동을 허용하는 부분적으로 둘러싼 벽들(관 또는 채널의 벽들과 같은)과 같이 유체의 이동을 제한하는 물리적 벽들내에 저장된다. 상기 기재된 것들 중 마지막 것은 본 명세서에서 "유체 채널"로서 주로 칭해지고, 반응물을 포함하는 용액 및/또는 다른 샘플들과 상호작용할 수 있도록 또는 다수의 샘플들이 단일 탐지 영역을 통과해 이송될 수 있도록 하나의 지점에서 다른 지점(미세유체 칩과 같은)으로 유체가 이동하는 상황에 주로 해당된다.As used herein, " fluid storage container " means that where fluid can be held in a position that can be coupled to a single path, regardless of physical size or shape, It is possible to detect a signal obtained as a result of the test signal in the region interacting with the sample. A " fluid reservoir " can be said to mean a fluid rather than a container itself in which the fluid is located. Thus, in its simplest form, a " fluid storage vessel " can be said to mean a fluid drop or layer formed on a flat surface and maintained by inertia and / or surface tension. Such a configuration is primarily intended for a variety of chip designs commonly used in genetic engineering, such as sample fluid passing over the surface of a chip having a specific molecular probe (usually a DNA fragment of known sequence) attached to a known point on the surface Is used. However, " fluid storage containers " are intended to encompass vertical walls (such as sidewalls of a test tube or microtiter plate) that inhibit diffusion by gravity, fully enclosed walls (such as a sealed vessel) And are stored in physical walls that restrict movement of the fluid, such as partially surrounding walls (such as walls of a tube or channel). The last of those described above is referred to herein primarily as the " fluid channel " and may be used to interact with solutions and / or other samples containing reactants or to allow multiple samples to be transported through a single detection region (Such as a microfluidic chip) at a point on the wafer.

본 명세서에서 사용된 "단일 경로"라는 용어는 의도된 테스트 신호의 전달을 지원하는 전송 매체를 의미한다. 전송 경로의 일 실시예는 전송 전자기(TEM) 신호를 지원할 수 있는 동축 케이블과 같은 2-전도부 구조이다. 마이크로스트립(microstrip) 라인, 스트립라인, 현수된 기판, 슬롯 라인, 동평면적인(coplanar) 웨이브가이드와 같은 기타 다중-전도부, TEM 구조 또한 이러한 정의에 포함된다. 와이어, 인쇄회로기판 트레이스(trace), 전도성 도는 유전성 웨이브가이드 구조, 다극(에를 들어 4극, 8극) 구조와 같은 다른 전송 매체 역시 이러한 정의에 포함된다.As used herein, the term " single path " refers to a transmission medium that supports the delivery of an intended test signal. One embodiment of a transmission path is a two-conducting structure such as a coaxial cable capable of supporting a transmitted electromagnetic (TEM) signal. Other definitions of microstrip lines, strip lines, suspended substrates, slot lines, other multi-conductive parts such as coplanar waveguides, TEM structures are also included in this definition. Other transmission media such as wires, printed circuit board traces, conductive or dielectric waveguide structures, and multipole (eg, 4-pole, 8-pole) structures are also included in this definition.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "탐지 영역"이라는 용어는, 신호 경로로부터 복사되는 전자기 신호를 수용하고 사용 장비에 의해 탐지될 수 있는 방식으로 그 신호와 반응하는 유체 용기(예를 들어, 미세유체 칩내의 유체 이송 채널 또는 다중웰 플레이트의 웰(well))의 영역(모든 부분 또는 일 부분)을 의미한다. 따라서, 일부 신호가 다른 위치(예를 들어, 프로브 헤드로부터의 표유(stray) 전자기 복사에 의해 충돌되는 미세타이터 플레이트의 인접 벽)에서 샘플과 상호작용할 수도 있지만, 그러한 외부적인 상호작용이 사용되는 장비에 의해 탐지되지 않는다면, 인접 영역은 "탐지 영역"의 일부가 되지는 않는다. 한편, 신호가 벌크형(bulk) 샘플의 일부와 상호작용한다면, 신호와 상호작용하여 장비에 의해 탐지될 수 있는 변조 신호를 생성하는 벌크 샘플의 모든 체적은 "탐지 영역"의 일부로서 간주될 것이다. 통상적으로, 본 발명의 일차적인 목적을 위해 사용되는 장비의 탐지 영역은 상대적으로 작을 것이다. 이러한 것은, 특정 측정에 이용가능한 각각의 개별 화합물의 양이 적음에 따라, 목표 수용기와 상호작용할 수 있는 능력에 대해 테스트 화합물의 라이브러리로부터 잠재적인 후보 약품을 테스트하는데 목적이 있는 경우에,특히 그러하다. 따라서, 1 ml(1 ×10-6m3) 이하의 탐지 영역 체적이 바람직하다. 1 ㎕(1 ×10-9m3), 1 nl(1 ×10-12m3), 또는 1 pl(1 ×10-15m3) 및 그러한 각 체적들 사이의 범위와 같이 보다 적은 탐지 영역이 보다 바람직하다. 그 보다 적은 체적도 사용될 수 있으나, 바람직하지는 않다. 이는 보다 적은 체적이, 생리학적 샘플에 통상적으로 사용되는 온도, 압력 및 농도 조건에 해당하는 대상 분자를 통계학적으로 충분한 수 만큼 포함하지 않을 수 있기 때문이다.As used herein, the term " detection zone " refers to a device that receives an electromagnetic signal radiated from a signal path and that is responsive to the signal in a manner that can be detected by a user equipment (e.g., (All or a portion of a well) of a multi-well plate or a fluid transfer channel in a chip. Thus, some of the signals may interact with the sample at other locations (e.g., adjacent walls of the microtiter plate where they are impacted by stray electromagnetic radiation from the probe head), but such external interaction is used If not detected by the equipment, the adjacent area is not part of the " detection area ". On the other hand, if the signal interacts with a portion of the bulk sample, all volumes of the bulk sample that interact with the signal and produce a modulated signal that can be detected by the instrument will be considered as part of the " detection region ". Typically, the detection area of equipment used for the primary purpose of the present invention will be relatively small. This is particularly the case when the aim is to test potential candidate drugs from a library of test compounds for their ability to interact with target receptors as the amount of each individual compound available for a particular assay is small . Thus, a detection zone volume of 1 ml (1 x 10 -6 m 3 ) or less is preferred. (1 x 10-9 m 3 ), 1 nl (1 x 10 -12 m 3 ), or 1 pl (1 x 10 -15 m 3 ), and less between the detection volumes Is more preferable. Lesser volumes may be used, but are not preferred. This is because a smaller volume may not contain a statistically sufficient number of molecules of interest corresponding to the temperature, pressure and concentration conditions conventionally used in physiological samples.

본 명세서에서 사용된 "커플링"이라는 용어는, 직접적 또는 간접적인 물리적연결부를 통하거나 또는 어떠한 형태의 신호 커플링을 통해서라도, 두 구조물 사이에서 전자기 에너지를 전송하는 것을 의미한다. 일반적인 용어로서의 "커플링"은, 분자 이벤트가 신호경로의 전도성 부분과 직접 물리적으로 접촉할 때(예를 들어, 대상 분자가 신호경로의 표면과 결합할 때) 발생하는 신호커플링과, 대상 분자 이벤트가 신호경로의 임의 표면으로부터 물리적으로 분리될 때(예를 들어, 유체 저장용기의 벽을 통해 샘플에 커플링되는 프로브를 이용하는 것으로 설명된 작동) 발생하는 신호커플링 모두를 포함한다. 이러한 두가지 형태의 커플링들은, 구별할 필요가 있는 경우에, 통상적으로 "직접 커플링" 및 "간접 커플링" 이라 칭한다.The term " coupling ", as used herein, refers to the transfer of electromagnetic energy between two structures, either through direct or indirect physical connections or through any form of signal coupling. &Quot; Coupling " as a general term refers to the coupling of a signal that occurs when a molecular event makes direct physical contact with the conductive portion of the signal path (e.g., when the molecule of interest binds to the surface of the signal path) Includes both signal coupling that occurs when an event is physically separated from any surface of the signal path (e.g., the operation described as using a probe coupled to a sample through a wall of a fluid storage vessel). These two types of couplings are commonly referred to as " direct coupling " and " indirect coupling " when it is necessary to distinguish.

본 명세서에서 사용된 "테스트 신호"라는 용어는 교류 시간 가변(ac time varying) 신호를 의미한다. 바람직하게, 특정 실시예에서, 테스트 신호는, 10 MHz, 20 MHz, 45 MHz, 100 MHz, 500 MHz, 1 GHz(1 ×109Hz), 2 GHz, 5 GHz, 10 GHz, 12 GHz, 15 GHz, 18 GHz, 20 GHz, 25 GHz, 30 GHz, 44 GHz, 60 GHz, 110 GHz,200 GHz, 500 GHz, 또는 1000 GHz 및 그 사이와 같은 10 MHz(10 ×106Hz) 또는 그 이상과 1000 GHz(1 ×1012Hz)또는 그 이하이다. 바람직한 범위는 10 MHz 내지 40 GHz 이며, 특히 바람직하게는 45 MHz 내지 20 GHz 이다.As used herein, the term " test signal " refers to an ac time varying signal. Preferably, in a particular embodiment, the test signal is at 10 MHz, 20 MHz, 45 MHz, 100 MHz, 500 MHz, 1 GHz (1 x 10 9 Hz), 2 GHz, 5 GHz, 10 GHz, (10 × 10 6 Hz) or more such as 10 GHz, 18 GHz, 20 GHz, 25 GHz, 30 GHz, 44 GHz, 60 GHz, 110 GHz, 200 GHz, 500 GHz, 1000 GHz (1 x 10 12 Hz) or less. The preferred range is 10 MHz to 40 GHz, particularly preferably 45 MHz to 20 GHz.

Ⅱ. 개요Ⅱ. summary

본 발명에 의해, 수많은 분자를 구별할 수 있게 되고, 분자 이벤트를 탐지하기 위해 종래에 사용되지 않았던 전자기 스펙트럼 영역내의 독특한 유전체 성질을 기초로하여 구조적 특징 및 결합 능력을 특정할 수 있게 된다. 이러한 유전체 성질은 관심 분석대상을 포함하는 테스트 샘플에 테스트 신호를 초기에 커플링함으로써 관찰될 수 있다. 분석체의 유전체 특성은 테스트 신호를 변조하고, 식별가능한 신호 응답을 생성한다. 이러한 응답은 회수(recover)되고, 저장될 수 있으며, 다른 테스트 샘플내의 분자를 탐지하고 식별하는데 이용될 수 있다. 또한, 테스트 신호가 제 2 분자의 제 1 분자와의 상호작용에 의해 추가로 변조됨에 따라, 제 1 분자와 다른 분자들의 상호작용(예를 들어, 분자 결합 이벤트)들을 탐지할 수도 있다. 분자 특성 및 결합 이벤트의 탐지 및 식별은 액체, 기체 또는 고체 상(相) 내에서 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 생물학적 환경에서의 기능과 관련한 분자의 특성을 규명하기 위해 수성(水性)의 생리학적 환경에서 실시되는 것이 바람직하다.The present invention makes it possible to distinguish a number of molecules and to identify structural features and binding capabilities based on unique dielectric properties in the electromagnetic spectrum region that have not previously been used to detect molecular events. This dielectric property can be observed by initially coupling the test signal to a test sample containing the analyte of interest. The dielectric properties of the analyte modulate the test signal and produce an identifiable signal response. This response can be recovered, stored and used to detect and identify molecules in other test samples. Also, as the test signal is further modulated by interaction with the first molecule of the second molecule, it may also detect interactions (e. G., Molecular binding events) of the first molecule with other molecules. Detection and identification of molecular characterization and binding events can occur within a liquid, gas, or solid phase, but is preferably carried out in an aqueous, physiological environment (e.g., an aqueous environment) to characterize the molecule in relation to its function in a biological environment . ≪ / RTI >

본 발명의 탐지 조립체는 분자 이벤트가 일어나는 테스트 샘플에 테스트 신호를 커플링시키도록 작동될 수 있는 측정 프로브를 제공한다. 테스트 샘플은 유체 저장용기, 유체 채널 또는 다중웰 플레이트의 웰(well)내에 위치한다. 탐지 영역으로 칭해지는 유체 저장용기의 일부에는 테스트 신호가 조사(照射)된다. 분자 이벤트에 포함되는 분자의 유전체 특성은 테스트 신호를 변조시킴으로써, 분자 이벤트를 포함하지 않는 샘플에 동일한 신호를 인가한 경우에는 동일하게 탐지될 신호응답과는 상이한 신호 응답을 가지는 반사 신호를 제공한다. 그 후에, 신호 응답은 회수되고, 분자 이벤트에 포함된 분자 또는 분자들의 하나 이상의 특성에 관한 정보를 제공한다.The detection assembly of the present invention provides a measurement probe that can be operated to couple a test signal to a test sample where a molecular event occurs. The test sample is placed in a well of a fluid storage vessel, fluid channel or multiple well plate. A test signal is irradiated to a portion of the fluid storage vessel, which is referred to as the detection region. The dielectric properties of the molecules involved in the molecular event modulate the test signal to provide a reflected signal with a signal response that is different than the signal response that would be equally detected when the same signal is applied to a sample that does not contain a molecular event. The signal response is then recovered and provides information about one or more characteristics of the molecules or molecules contained in the molecular event.

Ⅲ. 탐지기 조립체Ⅲ. Detector assembly

도 1a 는 본 발명에 따른 통합 탐지 조립체(100)의 실시예를 도시한다. 탐지 조립체(100)는 측정 프로브 조립체(230)와 통합된 유체 이송 시스템(150)을 포함한다. 이러한 유체 이송 시스템(150)은 유입 단부(152) 및 배출 단부(154)를 가지는 유체 채널(151)을 포함한다. 채널(151)을 통한 테스트 샘플의 이동은 유체 제어부(156)에 의해 제어되며, 그 제어부는 사용자에 의해 선택된 조건하에서 및 적절한 시간에 채널을 통해 테스트 샘플을 이송시키는 작용을 한다. 선택적으로, 저장용기(158)는 유체 채널(151)내로 도입됨에 따라 저장용기(157)내에 저장된 테스트 샘플과 혼합될 수 있는 제 2 분석대상 또는 테스트 샘플을 포함할 수 있다. 탐지기에 인접한 두 개의 테스트 샘플들을 혼합할 수 있는 능력에 의해, 이러한 형태의 데이터로부터 결합 이벤트의 운동(kinetics)을 용이하게 측정할 수 있게 된다. 유제 제어부(156)는 테스트 샘플을 전진 및 후진의 일방향으로 이동시키거나, 예를 들어 감도 (sensitivity) 개선을 위해 탐지 영역에서 소정 시간동안 테스트샘플을 정지시킬 수 있다.FIG. 1A illustrates an embodiment of an integrated detection assembly 100 in accordance with the present invention. The detection assembly 100 includes a fluid delivery system 150 integrated with the measurement probe assembly 230. The fluid delivery system 150 includes a fluid channel 151 having an inlet end 152 and an outlet end 154. The movement of the test sample through the channel 151 is controlled by the fluid control 156, which acts to transport the test sample through the channel under the conditions selected by the user and at the appropriate time. Alternatively, the storage vessel 158 may include a second analyte or test sample that may be mixed with the test sample stored in the storage vessel 157 as it is introduced into the fluid channel 151. [ The ability to mix two test samples adjacent to the detector allows for easy measurement of the kinetics of the coupling event from this type of data. The emulsion control unit 156 may move the test sample in one direction of forward and backward or may stop the test sample for a predetermined time in the detection area, for example, to improve the sensitivity.

프로브 조립체(230)는 프로브 헤드(230a) 및 연결 단부(230b)를 포함한다. 프로브 헤드(230a)는 유체 채널(151)의 탐지 영역(155)에 인접 배치되고, 탐지 영역(155)을 통과하는 테스트 샘플에 입사 테스트 신호를 전자기적으로 커플링 시키는 작용을 한다. 테스트 샘플은 테스트 신호를 변조시키며, 그 중 일부는 프로브 헤드(230a)로 반사된다. 이어서, 반사된 변조 신호는 이하에서 보다 상세하게 설명하는 탐지기 조립체에 의해 회수된다. 일 실시예에서, 프로브 헤드는, 탐지 영역(155)을 통과하는 테스트 샘플로 테스트 신호를 전달하고 그 샘플로부터의 변조된 반사신호를 회수하는, 동축 케이블의 개방-단부 부분일 수 있다. 마이크로웨이브 공학계의 당업자라면, 본 발명의 다른 실시예에서 기타 단부(단락된(shorted) 또는 부하식(loaded) 단부) 및 기타 회로 구성(스트립라인, 마이크로스트립, 동평면적인 웨이브가이드, 슬롯 라인 현수형 기판 또는 웨이브가이드와 같은)이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.The probe assembly 230 includes a probe head 230a and a connection end 230b. The probe head 230a is disposed adjacent to the detection region 155 of the fluid channel 151 and acts to electromagnetically couple an incident test signal to a test sample passing through the detection region 155. [ The test sample modulates the test signal, some of which is reflected back to the probe head 230a. The reflected modulated signal is then recovered by the detector assembly described in more detail below. In one embodiment, the probe head may be an open-ended portion of a coaxial cable that transmits a test signal to a test sample that passes through the detection region 155 and recovers the modulated reflected signal from the sample. Those skilled in the art of microwave engineering will appreciate that other embodiments (shorted or loaded ends) and other circuit configurations (strip lines, microstrips, planar area waveguides, Type substrate or waveguide) may be used.

연결 단부(230b)는 이하에서 설명하는 분자 탐지 시스템의 측정 포트에 전기적으로(직접 또는 중간회로를 통해) 연결된다. 측정 프로브가 동축형 구조인 예시적인 실시예에서, 연결 단부(230b)는 분자 탐지 시스템으로부터 연장하는 동축 케이블, 고주파 측정 분야의 당업자에게 익숙한 SMA-형 연결부 또는 기타 연결부와 같은 적절한 동축형 연결부일 수 있다. 상이한 형태의 프로브 구조(예를 들어, 마이크로스트립 등)가 사용되는 본 발명의 다른 실시예에서, 연결 포트는 분자 탐지 시스템으로의 신호 연통부를 제공하기 위한 적절한 연결부를 포함할 수 있다.The connection end 230b is electrically connected (via a direct or intermediate circuit) to the measurement port of the molecular detection system described below. In an exemplary embodiment in which the measurement probe is a coaxial structure, the connection end 230b may be a suitable coaxial connection, such as a coaxial cable extending from a molecular detection system, a SMA-type connection or other connection familiar to those skilled in the art of high frequency measurement have. In another embodiment of the invention in which different types of probe structures (e. G., Microstrips, etc.) are used, the connection port may comprise suitable connections for providing signal connections to the molecular detection system.

유체 이송 시스템Fluid transport system

도 1a 에 도시된 바와 같이, 유체 이송 시스템(150)은 테스트 샘플이 통과하는 유체 채널(151)을 포함한다. 용도에 따라, 유체 채널(151)은 여러가지 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서, 유체 채널(151)은 탐지 영역(155)내외로 테스트 샘플을 이송하는 Tefron®(폴리테트라플루오로에틸렌;PTFE) 또는 기타 경질 플라스틱이나 폴리머 관(예를 들어, TEZELTM(ETFE)관)일 수 있다. 다른 실시예에서, 채널(151)은 이하에서 보다 상세히 설명하는 미세유체 이송 시스템내의 하나 이상의 에칭된 채널(개방형 또는 폐쇄형)을 포함한다. 탐지 감도의 향상을 위해, 둘 이상의 채널을 이용하여 보다 큰 탐지 영역(155)을 제공할 수도 있다. 다른 실시예에서, 유체 채널(151)은 공지된 반도체 처리 기술을 통해 형성된다. 당업자는 본 발명하에서 유체 채널(151)의 다른 구성 및 구조를 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.As shown in FIG. 1A, the fluid delivery system 150 includes a fluid channel 151 through which a test sample passes. Depending on the application, the fluid channel 151 may have various forms. For example, in one embodiment, fluid channel 151 is the detection area (155) Tefron ® for transporting a test sample in and out (polytetrafluoroethylene; PTFE), or any other rigid plastic or polymer tube (e.g., TEZEL TM (ETFE) tube). In another embodiment, the channel 151 comprises at least one etched channel (open or closed) in the microfluidic transport system described in more detail below. For improved detection sensitivity, more than one channel may be used to provide a larger detection region 155. [ In another embodiment, the fluid channel 151 is formed through a known semiconductor processing technique. Those skilled in the art will appreciate that other configurations and configurations of fluid channel 151 may be applied under the present invention.

이송 매체는 특정 분석대상에 따라 여러가지 용액, 기체, 또는 다른 매체로 이루어진다. 예를 들어, 본 발명의 탐지 시스템이 생물학적 분석 대상의 존재 및/또는 결합을 탐지하기 위해 사용된다면, 둘베코(Dulbecco)의 인산염-이송 매체 함염물(saline)(d-PBS) 또는 유사 매체를 이송 용액으로 사용하여 생물학적 분자의 자연 환경과 유사한 환경을 제공할 수 있다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, DMSO, 인산나트륨(Na3PO4), MOPS, 인산염, 시트르산염, 글리신, 트리스, 오테이트(autate), 붕산염, 및 기타 물질이 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수있다.The transport medium is made up of various solutions, gases, or other media depending on the particular analytical object. For example, if the detection system of the present invention is used to detect the presence and / or binding of biological analytes, Dulbecco's phosphate-transfer vehicle saline (d-PBS) It can be used as a transfer solution to provide an environment similar to the natural environment of a biological molecule. DMSO, NaPO4, MOPS, phosphate, citrate, glycine, tris, autate, borate, and other materials may be used in other embodiments of the present invention, as will be appreciated by those skilled in the art.

유체 채널(151)은 프로브(230)가 샘플을 조사(照射)하는 탐지 영역(155)을 포함한다. 탐지 영역(155)의 면적은, 유체 채널(151)의 물질 조성 및 구조, 분석대상의 농도, 의도하는 탐지 시간, 테스트 샘플이 채널을 통과하는 속도 및, 당업자가 예상할 수 있는 다른 요소들을 포함하는 몇가지 요소들에 의해 영향을 받는다. 탐지 영역(155)에서 부동화(immobilized) 탐지방식이 채용되는 실시예에서, 결합 표면은 탐지 영역(155)내에 형성되고, 그 면적은 결합 표면의 화학적 성질, 결합 표면의 물질 및 형상, 기타 당업자가 예상할 수 있는 요소들에 의해 영향을 받을 것이다. 결합 표면의 예시적인 크기는 10-1m2, 10-2m2, 10-3m2, 10-4m2, 10-5m2, 10-6m2, 10-7m2, 10-8m2, 10-9m2, 10-10m2, 10-11m2, 10-12m2, 10-13m2, 10-14m2, 10-15m2또는 그 사이의 크기가 될 것이다. 바람직하게, 이러한 범위의 대부분은 나선형 또는 다공성 표면의 사용에 의해 작은 체적내에서 달성된다. 이상에서 나열된 범위의 적은 수는 반도체 처리 기술을 이용하여 제조한 시스템 및 미세유체 장치의 전형이 될 것이다. 그 대신에, 당업계에 공지된 단백질학(proteomics)용 칩과 같은 다른 진단용도에 사용될 수 있도록 탐지 영역(155)을 변경할 수도 있다. 탐지 영역의 크기 및 형상은 신호 전송 및 분석대상 통과가 가능하기만 하면 되고, 기타 다른 제한은 이하에서 설명한다.The fluid channel 151 includes a detection area 155 where the probe 230 irradiates the sample. The area of the detection region 155 includes the material composition and structure of the fluid channel 151, the concentration of the analyte, the intended detection time, the rate at which the test sample passes through the channel, and other factors that one of ordinary skill in the art would expect And is influenced by several factors. In embodiments where an immobilized detection scheme is employed in the detection zone 155, the binding surface is formed within the detection zone 155, the area of which is determined by the chemical nature of the binding surface, the material and shape of the binding surface, It will be influenced by predictable factors. Exemplary sizes of bonding surfaces are 10 -1 m 2 , 10 -2 m 2 , 10 -3 m 2 , 10 -4 m 2 , 10 -5 m 2 , 10 -6 m 2 , 10 -7 m 2 , 10 -8 m 2, 10 -9 m 2 , 10 -10 m 2, 10 -11 m 2, 10 -12 m 2, 10 -13 m 2, 10 -14 m 2, 10 -15 m 2 or between the It will be the size. Preferably, most of this range is achieved in small volumes by the use of helical or porous surfaces. A small number of the ranges listed above will be typical of systems and microfluidic devices manufactured using semiconductor processing techniques. Instead, the detection region 155 may be altered so that it can be used in other diagnostic applications, such as chips for proteomics known in the art. The size and shape of the detection area need only be capable of signal transmission and analysis target passing, and other limitations are described below.

탐지 조립체(100)의 도시된 실시예에서, 유체 제어부(156)는 저장용기(157)에 연결된다. 유체 제어부(156)는 채널(151)을 통해 테스트 샘플을 이동시키기 위해 저장용기(157)로부터의 유체를 이용하며, 이러한 것이 채널을 통해 샘플만을 단순히 펌핑하는 것 보다 적은 양의 테스트 샘플을 필요로 하게 된다.In the illustrated embodiment of the detection assembly 100, the fluid control 156 is connected to the storage container 157. [ The fluid control 156 uses the fluid from the reservoir 157 to move the test sample through the channel 151 and this requires less test sample than simply pumping the sample through the channel .

제 2 저장용기(158)를 이용하여, 저장용기(157) 테스트 샘플과의 혼합을 위해 제 2 분석 대상 또는 테스트 샘플을 저장할 수 있다. 이러한 실시예에서, 유체 제어부(156)는 두개의 테스트 샘플을 신속하게 혼합하고 그 혼합물을 탐지 영역(155)으로 공급하도록 구성될 수도 있다. 이러한 기술(유체 이동 시스템 분야에서 정지식-유동 운동학(stopped-flow kinetics)으로 공지되어 있는 바와 같다)에 의해, 두개의 테스트 샘플로 이루어진 분석대상들 사이에서 결합 이벤트가 발생함에 따라 신호 응답의 변화를 관찰자가 고나찰하고 기록할 수 있게 된다. 이러한 데이터는 또한 두 샘플의 분석대상들 사이에 발생하는 결합 이벤트의 운동역학을 측정하는데 이용될 수 있다. 오스트랄리아, 빅토리아에 소제하는 Varian Australia Pty Ltd. 에 의해 유통되는 모델 번호 제 Cary 50 와 같은 통상적인 정지식-유동 운동역학 시스템의 유체계를 본 발명내에서 운용하는데 또는 통합 탐지 조립체(100)내에 적용할 수 있다. 정지식-유동 유체계 시스템에 관한 추가 정보는www.hi-techsci.co.uk/scientific/index.html를 참조할 수 있다.Using the second storage vessel 158, the storage vessel 157 can store a second analyte or test sample for mixing with the test sample. In this embodiment, the fluid control 156 may be configured to quickly mix the two test samples and supply the mixture to the detection area 155. By such a technique (as is known in the fluid motion system field, as known as stopped-flow kinetics), the change in signal response as a coupling event occurs between analytes of two test samples So that the observer can see and record it. This data can also be used to measure the kinetic dynamics of the binding events that occur between the analytes of the two samples. Varian Australia Pty Ltd, which is shipped to Victoria, Australia. Such as the model number Cary 50, distributed by the manufacturer, may be employed within the present invention or within the integrated detection assembly 100. [ For more information on fluid technology systems, please visit www.hi-techsci.co.uk/scientific/index.html .

채널(151)을 통한 테스트 샘플 유동을 제어하기 위한 다른 부품들을 포함할 수 있다. 유체 제어부(156), 유체 저장용기(157 및 158), 유체계 이동과 관련한 기타 부품들은 유체 이송 시스템(150)의 별도의 부품으로 구성되거나, 부분적으로 또는 완전히 통합될 수 있다.And other components for controlling the flow of the test sample through the channel 151. Fluid control 156, fluid reservoirs 157 and 158, and other components associated with fluid transfer may be configured as separate components of fluid transfer system 150, or may be partially or fully integrated.

도 1b 는 유체 이송 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이,유체 이송 시스템(170)은 구동 회로(172), 구동 부재(174), 시린지(syringe) 조립체(176), 및 유체 채널(178)을 포함한다. 바람직하게, 유체 이송 시스템(170)은 측정 프로브 조립체(230)의 외부에서 조립되고 작동된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 유체 이송 시스템(170)의 일부 또는 모든 부품들이 측정 프로브 조립체(230)에 통합될 수도 있다.Figure IB shows another embodiment of a fluid delivery system. As shown, the fluid delivery system 170 includes a drive circuit 172, a drive member 174, a syringe assembly 176, and a fluid channel 178. Preferably, the fluid delivery system 170 is assembled and operated outside the measurement probe assembly 230. However, in other embodiments of the present invention, some or all of the components of the fluid delivery system 170 may be integrated into the metrology probe assembly 230.

작동 중에, 구동 회로(172)는 작업자로부터 명령을 수신하여 테스트 샘플(175)을 측정 프로브 조립체(230)에 제공한다. 그 명령은 샘플의 특정 양을 제공하기 위한 및/또는 특정 속도로 샘플을 제공하기 위한 지시일 수 있다. 응답에 따라, 구동 회로(172)는 구동 부재(174)(일 실시예에서 나사일 수 있다)를 진행시키고, 이에 따라, 시린지 조립체(176)의 플런저를 진행시킨다. 플런저는 의도된 양의 샘플을 유체 채널(178)(일 실시예에서 PTFE 관 이다)로 공급하며, 샘플은 측정 프로브로부터 방출되는 테스트 신호에 의해 조사되는 탐지 영역으로 상기 채널을 통해 이송된다.In operation, the drive circuit 172 receives an instruction from the operator and provides a test sample 175 to the measurement probe assembly 230. The instruction may be an instruction to provide a specific amount of sample and / or to provide the sample at a specific rate. Depending on the response, the drive circuit 172 advances the drive member 174 (which may be a thread in one embodiment), thereby advancing the plunger of the syringe assembly 176. The plunger feeds an intended amount of sample to a fluid channel 178 (which in one embodiment is a PTFE tube), and the sample is transported through the channel to a detection region that is illuminated by a test signal emitted from the measurement probe.

액체 상내의 분자를 탐지 또는 식별하기 위해 본 발명이 사용되는 경우, 서로 상이한 샘플을 분리하기 위해 몇가지 기술이 사용될 수 있다. 하나의 기술에서, 적은 양(예를 들어, 5㎕)의 하나 이상의 샘플 플러그(plug)가 보다 큰 체적(예를 들어 15 ㎕)의 주 샘플 플러그에 선행하거나 또는 뒤따를 수 있다. 지속시간이 짧은 샘플 플러그일 수록 주 샘플 플러그가 샘플 농도 변화로부터 절연(insulate)되도록 한다. 유체의 혼합을 더욱 최소화하기 위해 또는 농도 변화를 최소화하기 위해, 샘플 플러그 전에 및/또는 후에, 공기 플러그를 간격 물질로서 도입할 수도있다. 공기 플러그는 또한 유체 채널내의 테스트 샘플의 위치를 테스트 시스템(또는 작업자)에게 알려주기 위한 지시부로서 사용될 수도 있다.When the present invention is used to detect or identify molecules in a liquid phase, several techniques may be used to separate samples that are different from each other. In one technique, a small amount (e.g., 5 [mu] l) of one or more sample plugs may precede or follow a larger volume (e.g., 15 [mu] l) of the main sample plug. The shorter sample plug allows the main sample plug to be insulated from sample concentration changes. The air plug may be introduced as a spacing material before and / or after the sample plug to further minimize mixing of the fluid or to minimize concentration variations. The air plug may also be used as an indicator to inform the test system (or operator) of the location of the test sample in the fluid channel.

다른 기술에서, 서로 상이한 테스트 샘플을 각각 분리하기 위해, 이송 매체(공기일 수도 있다)를 간격 물질로서 이용할 수도 있으며, 이때 그 이용방식은 USP 제 6,033,456, 5,858,187, 5,126,022 호에 개시된 미세유체계 장치 및 기술과 같은 장치 및 기타 탐지 시스템에서 일반적으로 실행된다. 이러한 방식으로 작동될 때, 간격 물질은 제 1 테스트 샘플 후에 채널내로 도입되고, 추가의 테스트 샘플(또는 샘플들)은 상기 간격 물질 후에 채널내로 도입되며, 테스트 샘플들은 유체 제어부의 제어하에서 채널을 통해 이동됨으로써, 간격 물질에 의해 분리된 일련의 서로 상이한 테스트 샘플들이 채널을 통해 이송된다. 그러한 이송은 테스트 샘플들이 서로 섞이지 않고 이송되게 함으로써, 각 테스트 샘플이 탐지 영역(155)을 통과(또는 일시적으로 정지되어)함에 따라 각 테스트 샘플에 대해 개별적으로 탐지 영역(155)상의 측정이 이루어진다.In another technique, a transfer medium (which may be air) may be used as a spacing material to separate test samples that are different from each other, the manner of use of which is described in US Pat. Nos. 6,033,456, 5,858,187, 5,126,022, Technology, and other detection systems. When operated in this manner, the spacing material is introduced into the channel after the first test sample, and additional test samples (or samples) are introduced into the channel after the spacing material, and the test samples are passed through the channel As a result, a series of disparate test samples separated by the spacing material are transported through the channel. Such a transfer allows measurements to be made on the detection area 155 separately for each test sample as each test sample passes (or is temporarily stopped) through the detection area 155, by causing the test samples to migrate without intermixing.

본 발명의 유체 이동 제어 시스템내에서 적당한 크기의 펌핑 장치를 이용할 수도 있다. 그러한 펌프는 쇼지(Shoji) 등이 Eletronics and Communications in Japa, Part 2, 70:52-59(1998)에서 발표한 "통합 화학 분석 시스템을 위한 펌프 제조(Fabrication of a Pump for Integrated Chemical Analyzing Systems)" 및, 에사시(Esashi)등이 Sensors and Actuators, 20:163-169(1989)에 기재한 "Normally closed microvalve and pump fabricated on a Silicon Wafer" 와 같은 마이크로일렉트로미케니칼 시스템(MEMS); 또는 모로니(Moroney)등이 Proc. MEMS, 91:227-282(1991)에 발표한 "Ultrasonically Induced Microtransport"에 기재된 바와 같은 압전-전기 펌프를 포함한다. 그러나, 수 많은 미세유체계 장치에서, 펌프(유체 이동 제어부)는 이동 부분을 구비하지 않고 전극 및 정전기력을 이용하여 액체를 이동시킨다. 그러한 전극-기초 펌핑의 적어도 두가지 형태가 "전자기유체역학 펌프"(EHD) 및 "전자삼투압(electroosmisis)"(EO) 이라는 명칭으로 설명된다. EHD 펌핑은 바트(Bart) 등이 Sensors and Actuators, A21-A23:193-197(1990)에 발표한 "미세제조된(microfabricated) 전자기유체역학 펌프" 및 리치터(Richter) 등이 Sensors and Actuators, A29:159-168(1991)에 발표한 "미세가공된(A Micromachined) 전자기유체역학 펌프"에 개시되어 있다. EO 펌프는 다스굽타(Dasgupta)등이 Anal. Chem. 66:1792-1798(1994)에서 발표한 "전자삼투압: 유동 분사 분석을 위한 신뢰성있는 유체 추진 시스템(A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis)"에 개시되어 있다. 액체 공급 시스템에서 전극에 의해 유체를 이동시키는 EO 및 EHD 와 같은 펌프를 작동시키기 위한 실제적인 고찰은 PCT 출원 제 WO95/14590 호에 개시되어 있다. WO95/14590 출원은 적절한 전극, 그러한 전극을 형성하는 방법, 및 그러한 펌프를 어떻게 작동시키는가에 대한 추가적인 지침을 제공하는 이론적인 고찰에 대해 설명하고 있다. 미세유체계 장치에서의 유체 이동에 관한 추가적인 지침은, 그 분야에서 측허된 수많은 특허들을 참조할 수 있을 것이다. USP 6,033,546, 5,858,187 및 5,126,022 에 개시된 미세유체계 장치 및 기술에 설명된 바와 같이 유체 이동 제어부가 유체의 전기이동(electrophoretic) 운동을 이용하는 경우에, 매우 적은 샘플(0.001 ㎕ 또는 그 이하)을 용이하게 취급할 수 있다.A pumping device of a suitable size may be used in the fluid movement control system of the present invention. Such pumps are described in " Fabrication of a Pump for Integrated Chemical Analyzing Systems " by Shoji et al. In Eletronics and Communications in Japa, Part 2, 70: 52-59 (1998) (MEMS) such as "Normally closed microvalve and pump fabricated on a silicon wafer" described in Esashi et al., Sensors and Actuators, 20: 163-169 (1989); Or Moroney et al., Proc. Electro-Pumps as described in "Ultrasonically Induced Microtransport", published in MEMS, 91: 227-282 (1991). However, in many microfluidic devices, the pump (fluid movement control) does not have a moving part and moves the liquid using electrodes and electrostatic force. At least two types of such electrode-based pumping are described under the name " ElectroMagnetic Fluid Dynamics Pump " (EHD) and " Electrosomisis " (EO). The EHD pumping is described in detail in "Sensors and Actuators," edited by Bart et al., Sensors and Actuators, A21-A23: 193-197 (1990), "Microfabricated Electro- A 29: 159-168 (1991). &Quot; A Micromachined Electrohydraulic Dynamic Pump " EO pump is Dasgupta (Dasgupta) etc. Anal. Chem. 66: 1792-1798 (1994), which is incorporated herein by reference in its entirety. [0004] The term " electronic osmotic pressure: A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis " A practical consideration for operating a pump, such as EO and EHD, which moves fluids by electrodes in a liquid supply system is disclosed in PCT Application No. WO95 / 14590. The WO 95/14590 application describes a theoretical consideration which provides an appropriate electrode, a method of forming such an electrode, and additional guidance on how to operate such a pump. Additional guidance on fluid movement in microfluidic devices may refer to a number of patents pending in the field. (0.001 μl or less) when the fluid movement control utilizes the electrophoretic movement of the fluid as described in US Pat. Nos. 6,033,546, 5,858,187 and 5,126,022, can do.

미세유체계 장치들(테스트 샘플 도입, 추가적인 테스트 혼합물이나 반응제와의 혼합, 및 혼합된 혼합물의 분리와 같은 여러가지 형태의 유체 이동을 허용하는 채널들을 가지는 분석 칩들 뿐만 아니라, 샘플링 장치, 온도 제어부, 탐지부 및 분석 전자장비와 같은 관련 장비들 모두)이 개발되어 있다. 본 발명이 현재의(및 변형된) 유체 이송 시스템에 적용될 수 있는 새로운 탐지 시스템에 관한 것이기 때문에, 기계적인 펌프 및 버블(bubble) 간격부를 이용하는 밀리리터-크기의 샘플을 이송하는 이전의 대형(lafge-scale) 장치 및 미세유체계 모두는 그 자체가 본 발명의 일 양태가 아니며, 그 장치 및 미세유체계는 본 발명의 탐지 기술이 용이하게 적용될 수 있는 장치 및 방법이다. 이러한 공지된 분야의 기초에 대해서는, 전술한 인용 특허들(및 그 배경 특허와 그 특허에 인용된 기타 참증들)과 같은 유체 운용에 관한 기발행 간행물을 참조할 수 있다. 본 명세서는 이러한 공지된 시스템과 이하에서 설명하는 탐지기 및 분석 시스템의 조합에 관해 주로 설명하고, 그러한 조합은 이하에서 설명하고 이하의 예에서 나타나는 바와 같은 새로운 결과를 제공한다. 그러나, 본 발명의 방법이 이전의 유체 이송 시스템에 어떻게 적용되는지를 설명하기 위해, 일반적인 설명을 곁들일 것이다.Microscopic system devices (including analytical chips with channels that allow for various types of fluid movement, such as introduction of test samples, mixing with additional test or reactant, and separation of mixed mixture, as well as sampling devices, temperature controls, Detection equipment and related equipment such as analytical electronic equipment) have been developed. Because the present invention is directed to a new detection system that can be applied to current (and modified) fluid delivery systems, the use of mechanical pumps and lafge- scale device and the microfluidic system are not themselves an aspect of the present invention, and the device and the microfluidic system are devices and methods by which the detection technique of the present invention can be easily applied. For the basis of these known fields, reference may be made to the publication publication on fluid handling, such as the aforementioned cited patents (and their background patents and other references cited therein). The present disclosure primarily describes a combination of such known systems with the detector and analysis system described below, and such a combination provides new results as described below and as shown in the following examples. However, in order to explain how the method of the present invention is applied to a previous fluid delivery system, a general description will be given.

예를 들어, 실질적으로 비장전식(uncharged)인 샘플이 전기이동 미세유체계 장치에 사용될 때, 미세유체계 장치의 전기장이 간격 유체의 흐름내로 분사된 플러그로서의 테스트 샘플을 용이하게 이동시키도록, 샘플에 비해 상대적으로 높은 이온 세기(ionic strength)를 가지는 간격 물질이 종종 이용된다. 몇몇 경우에, 테스트 샘플과 실질적으로 혼합되지 않는 간격 유체를 이용하는 것이 유용하다. 그러나, 유체가 상대적으로 신속하게 이동하는 경우(그에 따라, 의도하는 측정에 부정적인 영향을 미칠 정도로 인접 테스트 샘플과 혼합되는 효과를 낳는 확산에 필요한 시간이 없는 경우), 대개 0.1 내지 500 ㎛(바람직하게는 5 내지 50 ㎛)의 단면 직경을 가지는 미세유체계 채널의 전체 내용물이 난류 혼합 없이 연속적인 흐름으로서 이동함에 따라, 일반적으로 혼합은 문제가 되지 않는다. 부동(不動)의 간격 물질은 난류 혼합이 발생할 수 있을 정도로 충분히 규모가 큰 작동에서 보다 일반적이다. 그러한 시스템내에서 가장 일반적인 간격부는 기체 버블이며, 이 때 유체 이동 제어부는 주로 연동(peristalic) 펌프와 같은 형태로 유체를 물리적으로 펌핑한다. 그러한 큰 규모의 시스템은 한때 의료분석 시스템(예를 들어, SMA1260으로 알려진 상업적인 임상 분석 시스템)에서 일반적이었으나, 상당 부분이 미세유체계에 의해 대체되고 있다. 그러나, "제어된 버블 형성에 의한 미세유체계 장치내의 유동 제어"라는 명칭의 USP 제 5,992,820 호에 개시된 바와 같이, 미세유체계 시스템 역시 간격부로서 버블을 이용한다.For example, when a substantially substantially uncharged sample is used in an electro-migration microfluidic device, the electric field of the microfluidic device is adjusted to facilitate the movement of the test sample as a plug, Intercalating materials with relatively high ionic strength are often used as compared to conventional materials. In some cases, it is useful to use a gap fluid that is not substantially mixed with the test sample. However, when the fluid moves relatively quickly (thus there is no time required for diffusion to produce an effect of mixing with the adjacent test sample so as to adversely affect the intended measurement), it is usually from 0.1 to 500 mu m Mixing is not a problem as the entire contents of the microfluidic channel having a cross-sectional diameter of 5 to 50 mu m migrate as a continuous flow without turbulent mixing. The immiscible spacing material is more common in operations large enough to cause turbulent mixing. The most common spacing in such a system is a gas bubble, where the fluid movement control physically pumps the fluid primarily in the form of a peristalic pump. Such large-scale systems were once common in medical analysis systems (for example, commercial clinical analysis systems known as SMA1260), but a significant portion is being replaced by microfluidic systems. However, as disclosed in USP 5,992, 820 entitled " Flow Control in Microfluidic Device by Controlled Bubble Formation ", microfluidic systems also use bubbles as spacers.

이러한 유체계 시스템이 일련의 다수의 테스트 샘플을 분석하기 위한 경우에(비록, 하나의 물리적 장치내에서 하나 이상의 일련의 측정이 이루어질 수 있지만), 그 시스템은 유체 이송 시스템내의 제 1 채널과 교차하는 하나 이상의 채널을 일반적으로 포함한다. 그 시스템에서, 테스트 혼합물 또는 간격 물질에 의해 분리된 일련의 테스트 혼합물을 포함하는 제 2 유체 채널내의 유체의 이동을 개별적으로 제어한다. 제 2 유체 채널로부터의 테스트 혼합물(들)은 탐지 영역(155)으로부터 충분히 상류에서 제 1 유체 채널내의 테스트 샘플내로 도입되며, 그에 따라 테스트 샘플이 탐지 영역(155)에 도달하기 전에 테스트 혼합물이 제 1 유체 채널내의 테스트 샘플의 분자 구조와 반응할 시간을 가지게 된다. 그 후에, 테스트 신호의 추가적인 변화에 의해, 상호작용이 일어났는지의 여부가 측정된다. 만약 상호작용이 두개의 분자 종들 사이에 발생하는 것으로 알려져 있는 것이라면(두 분자의 종들이 공지된 결합 쌍의 두개의 요소일 때와 같은 경우), 그 테스트 신호는 제 1 채널내의 분자 분석대상 또는 제 2 채널내의 테스트 혼합물의 존재를 감지하는데 사용될 수도 있다. 또한, 약제 선별에서 일반적인 것과 같이, 결합 쌍의 요소로서 공지되지 않은 분자들을 결합(또는 기질과의 효소 반응과 같은 다른 상호작용)에 대해 테스트할 수도 있다.When such a wired system is to analyze a series of multiple test samples (although more than one series of measurements may be made in one physical device), the system may be configured to cross a first channel in a fluid delivery system And typically includes one or more channels. In the system, the movement of the fluid in the second fluid channel comprising a series of test mixtures separated by a test mixture or a spacing material is controlled individually. The test mixture (s) from the second fluid channel is introduced into the test sample in the first fluid channel sufficiently upstream from the detection region 155 so that the test mixture 1 < / RTI > fluid channel. Thereafter, an additional change in the test signal determines whether an interaction has occurred. If the interaction is known to occur between two molecular species (such as when two species of molecules are two elements of a known binding pair), the test signal may be a molecular analysis target or agent in the first channel May be used to detect the presence of a test mixture in two channels. Also, as is common in drug screening, molecules not known as elements of a binding pair may be tested for binding (or other interactions such as enzymatic reactions with substrates).

바람직한 장치에서, 유체 이송 시스템은 또한 액체(예를 들어, 세척 이송 매체)나 기체(예를 들어, 버블)일 수 있는 간격 물질에 의해 분리된 일련의 테스트 샘플들을 탐지 채널내로 도입하는 자동 샘플링 장치를 추가로 포함할 수 있다. 다수의 테스트 샘플의 취급에 대해서는 전술한 미세유체계와 관련된 수 많은 특허 및 기타 간행물과, 공지된 자동화 시스템에 개시되어 있다. 예를 들어, 다수의 테스트 샘플 웰(well)이 하나의 칩상에 마련될 수도 있고, 자동 피펫팅 시스템이 상이한 테스트 샘플을 각각의 테스트 샘플 웰에 공급할 수도 있다. 그러한 탐지기 조립체에서, 각 채널은 각 웰로부터 탐지 채널이 시작되는 공통 위치(또는 추가의 반응제나 테스트 혼합물과의 혼합이 필요한 경우에 그 보다 약간 앞쪽의 위치)로 인도하며, 테스트 샘플들은 유체 제어 시스템에 의해 공통 위치로 연속적으로 이동된다. 그 후에, 유체 제어부는 테스트 샘플을 공통 위치로부터 장치의 다른 부분으로 연속적으로 이동시킨다. 다른 형태의 탐지 장치에 사용하기 위한 다른 형태의 소량 테스트 샘플의 자동화 취급가 개시되어 있으며, 이는 본 발명의 장치에 테스트 샘플을 공급하는데 용이하게 적용할 수도 있으며; 예를 들어, "액체 크로마토그래피 분리를 위한 방법 및 시스템"이라는 명칭의 USP 제 4,468,331 호를 참조할 수 있다.In a preferred arrangement, the fluid delivery system also includes an automatic sampling device (not shown) that introduces a series of test samples into the detection channel separated by a spacing material, which may be a liquid (e.g., a clean transfer medium) or a gas . ≪ / RTI > The handling of a large number of test samples is disclosed in numerous patents and other publications relating to the aforementioned microfluidic systems and in known automation systems. For example, multiple test sample wells may be provided on a single chip, and an automated pipetting system may supply different test samples to each test sample well. In such a detector assembly, each channel leads from each well to a common location where the detection channel is initiated (or a slightly earlier position if further reactants or mixing with the test mixture is required) To a common position. Thereafter, the fluid control continuously moves the test sample from the common position to the other part of the device. Automated handling of other types of small test samples for use in other types of detection devices is disclosed which may be readily adapted to supply test samples to the device of the present invention; See, for example, USP 4,468,331 entitled " Method and System for Liquid Chromatographic Separation. &Quot;

측정 프로브Measuring probe

측정 프로브는 탐지 영역(155)을 점유하는 테스트 샘플을 향해 테스트 신호를 발진시키도록 작동된다. 테스트 샘플의 유전체 특성은 테스트 신호를 변조시키고, 그 변조된 신호의 적어도 일부는 측정 프로브(230)를 향해 반사된다. 반사된 변조 신호는 측정 프로브에 의해 회수되고, 이하에서 보다 상세히 설명하는 탐지 시스템으로 전달된다. 그 후에, 탐지 시스템은 입사 테스트 신호를 반사된 변조 신호와 비교하고, 마이크로웨이브 공학분야에서 일반적으로 칭해지는 바와 같은, 복귀 손실 또는 "S11" 응답을 생성한다. 대부분의 분자 이벤트의 유전체 특성이 상이하기 때문에, 각 분석대상의 복귀 손실 응답 또한 구별될 수 있으며, 비공지된 테스트 샘플내의 분자 이벤트를 탐지 및 규명하는 역할을 할 수 있다.The measurement probe is activated to oscillate the test signal toward the test sample occupying the detection area 155. [ The dielectric properties of the test sample modulate the test signal and at least some of the modulated signal is reflected towards the measurement probe 230. The reflected modulated signal is recovered by the measurement probe and delivered to a detection system, described in more detail below. The detection system then compares the incident test signal to the reflected modulated signal and generates a return loss or " S 11 " response, as is commonly referred to in the microwave engineering arts. Since the dielectric properties of most molecular events are different, the return loss response of each analyte can also be distinguished and can serve to detect and identify molecular events in unannounced test samples.

측정 프로브(230)는 원하는 주파수(들)의 테스트 신호를 전파하기에 적당한 여러가지 상이한 형태로 구성될 수 있다. 특정 실시예에서 측정 프로브(230)가 동축 케이블이지만, 마이크로스트립, 스트립라인, 현수된 기판, 슬롯 라인, 동평면적인(coplanar) 웨이브가이드, 웨이브가이드등이 본 발명에서 선택적으로 사용될 수 있다. 여러 가지 형태의 일부 예시적인 실시예는, 1966년에 McGraw-Hill 출판사에서 발행된 R. E. Collins 의마이크로웨이브 공학 기초및; Les Besser and Associates, Inc. 의 에스. 마치(S. March)의 1986년도마이크로웨이브 전파 라인 및 그 물리적 실현(Microwave Transmission Lines and Their Physical Realizations)를 참조할 수 있다.The measurement probe 230 may be configured in a number of different forms suitable for propagating test signals of the desired frequency (s). In certain embodiments, the measurement probe 230 is a coaxial cable, but microstrips, strip lines, suspended substrates, slot lines, coplanar waveguides, waveguides, etc. may optionally be used in the present invention. Some exemplary embodiments of various forms include the Microwave Engineering Fundamentals of RE Collins, published by McGraw-Hill Publishers in 1966; Les Besser and Associates, Inc. Of S. See S. March, 1986 Microwave Transmission Lines and Their Physical Realizations .

측정 프로브가 작동하는 주파수 또는 주파수들은 프로브(230)의 구조에 따라 달라질 것이지만, 일반적으로 10 MHz 내지 110 GHz 일 것이다. 측정 프로브가 동축적으로 구성되는 특정 실시예에서, 통상적으로 작동 주파수는 45 MHz 내지 20 GHz 일 것이다. 당업자는 본 발명에 따라 구성된 프로브가 본 발명의 다른 실시예에서의 다른 주파수 범위에서도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.The frequency or frequencies at which the measurement probe operates will vary depending on the structure of the probe 230, but will generally be 10 MHz to 110 GHz. In certain embodiments in which the measurement probe is coaxially configured, the operating frequency will typically be 45 MHz to 20 GHz. Those skilled in the art will appreciate that probes constructed in accordance with the present invention may be used in other frequency ranges in other embodiments of the present invention.

도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공명(resonant) 동축 형태로 구현된 측정 프로브(230)의 제 1 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 프로브(230)는 두개의 포트: 즉 프로브 헤드(230a) 및 연결 단부(230b)를 구비한다. 특정 실시예에서, 프로브 헤드(230a)는 개방-단부형 동축 단면부이고 연결 단부(230b)는 동축-형태의 연결부이며, 동축-형태의 연결부의 일 실시예는 SMA 연결부가 있다. 당업자는 다른 회로 구성(마이크로스트립, 스트립라인, 슬롯 라인, 동평면적인 웨이브가이드, 웨이브가이드 등과 같은) 및 다른 단부들(단락된(shorted) 또는 부하식(loaded) 단부)이 본 발명의 다른 실시예에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.FIG. 2A illustrates a first embodiment of a measurement probe 230 implemented in a resonant coaxial form in accordance with an embodiment of the present invention. As shown, the probe 230 has two ports: a probe head 230a and a connection end 230b. In a particular embodiment, the probe head 230a is an open-ended coaxial cross-section and the connection end 230b is a coaxial-type connection, and one embodiment of a coaxial-type connection is an SMA connection. Those skilled in the art will appreciate that other circuit configurations (such as microstrips, striplines, slotlines, waveguides, waveguides, etc.) and other ends (shorted or loaded ends) ≪ / RTI >

프로브(230)는, 중앙 전도부(235), 유전체 절연부(236), 및 외측 전도부(237)(통상적으로 접지 전위 기준(ground potential reference을 제공하기 위해 사용된다)를 각각 구비하는 두개의 동축부(232 및 234)를 추가로 포함한다. 제 1 부분은 전술한 프로부 헤드(230a) 및 그 헤드에 대향하여 위치되는 제 1 갭(gap) 단부(232a)로 이루어지며, 각각은 동축 케이블의 개방-단부형 단면으로서 구현된다. 선반부(바람직하게는 전도성인)(231)는 프로브 헤드(230a)의 외측 전도부(237)와 동일한 높이로 부착된다(바람직하게는 납땜, 전도성 에폭시 또는 기타 전도성 부착 물질에 의해 부착된다).The probe 230 includes two coaxial portions 238 and 238 each having a central conductive portion 235, a dielectric isolation portion 236, and an outer conductive portion 237 (typically used to provide a ground potential reference) 232 and 234. The first part consists of a pro-head 230a as described above and a first gap end 232a located opposite the head, (Preferably conductive) 231 is attached at the same height as the outer conductive portion 237 of the probe head 230a (preferably solder, conductive epoxy or other conductive Attached by an attachment material).

제 2 부분(234)은 중앙 전도부(235)와 외측 전도부(237) 사이에 위치하는 유전체 절연부(236)를 가지는 제 1 부분(232)과 유사한 구성을 가진다. 제 2 부분(234)은 제 2 갭 단부(234a) 및 그에 대향하여 위치한 연결 단부(230b)를 추가로 포함한다. 제 2 갭 단부는 동축 케이블의 개방형-단부 단면으로서 구현된다. 연결 단부(230b)는 이하에서 추가로 설명하는 분자 탐지 시스템에 연결되도록 작동되는 연결부(특정 실시예에서의 SMA-형태)로서 실체화 된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 부분 및 제 2 부분은 각각 RG401형 반-강성 동축 케이블을 포함하며, 이 때 크거나 또는 작은 직경의 케이블이 사용될 수 있다. 제 1 부분(232)의 길이는, 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 원하는 공명 주파수의 파장의 약 절반으로 산출될 수 있다. 이러한 설명에서, 제 1 부분은 약 4 인치이고, 이는 1 GHz 테스트 주파수에서의 파장의 약 절반에 상당한다.The second portion 234 has a configuration similar to the first portion 232 having the dielectric insulating portion 236 located between the central conductive portion 235 and the outer conductive portion 237. The second portion 234 further includes a second gap end 234a and a connection end 230b located opposite thereto. The second gap end is implemented as an open-end cross-section of the coaxial cable. The connection end 230b is instantiated as a connection (SMA-shaped in a specific embodiment) that is operated to be connected to a molecular detection system, which is further described below. In an exemplary embodiment, the first portion and the second portion each comprise an RG401 type semi-rigid coaxial cable, wherein a cable of greater or lesser diameter may be used. The length of the first portion 232 can be calculated to about half the wavelength of the desired resonance frequency, as will be described in more detail below. In this description, the first portion is about 4 inches, which corresponds to about half of the wavelength at the 1 GHz test frequency.

본 발명의 특정 실시예에서, 프로브(230)는, 제 1 및 제 2 갭 단부(232a 및234a) 사이에서 조절가능하게 맞물려서 그들 사이에 가변적인 갭 거리를 제공하는 전환 부재(233)를 포함한다. 그 갭은 제 1 및 제 2 부분(232 및 234) 사이에 용량(容量)성 효과를 제공하며, 제 1 부분(232)의 전기적 길이와 조합하여, 프로브(230)가 이송되는 (분석대상이 없는)매체를 조사할 때 공명 신호 응답을 제공하도록 디자인된다. 전환 부재(233)는 제 1 및 제 2 부분(232 및 234) 사이의 갭을 연신 또는 수축시키도록 회전될 수 있어, 그에 따라 측정 프로브(230)의 공명 주파수를 원하는 주파수로 변화시킨다.In a particular embodiment of the present invention, the probe 230 includes a diversion member 233 that is adjustably engaged between the first and second gap ends 232a and 234a to provide a variable gap distance therebetween . The gap provides a capacitive effect between the first and second portions 232 and 234 and is coupled with the electrical length of the first portion 232 so that the probe 230 Lt; RTI ID = 0.0 > (not) < / RTI > The switchable member 233 can be rotated to stretch or contract the gap between the first and second portions 232 and 234 thereby changing the resonant frequency of the measurement probe 230 to a desired frequency.

예시적인 실시예에서, 갭 거리가 0 인치에서 0.050 인치 사이에서 가변될 수 있으며, 또한 본 발명의 다른 실시예에서 사용되어 공명 응답을 원하는 주파수 지점에 맞출 수 있는 다른 갭 크기도 가질 수 있다. 추구하는 공명 응답은, 테스트 신호의 반사된 부분이 실질적으로 널(null)이 되는 것 즉, 회수 손실 또는 S11의 크기가 최소화되는 때이다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 분석대상의 존재는 공면 신호 응답을 상당히 변형시킬 것이며, 그에 따라 분석대상 결합 및/또는 하부구조의 탐지 및 규명이 가능하다.In an exemplary embodiment, the gap distance may vary from 0 inches to 0.050 inches, and may also be used in other embodiments of the invention to have other gap sizes that can match the resonance response to a desired frequency point. The seeking resonance response is when the reflected portion of the test signal is substantially null, i. E., The recovery loss or the magnitude of S 11 is minimized. As described below, the presence of an analyte will significantly modify the coplanar signal response, thereby enabling detection and identification of the binding and / or substructure of the analyte.

바람직하게, 전환 부재(233)는 작동 테스트 주파수에서 제 1 및 제 2 부분 사이의 접지 전위를 유지하기 위해 상대적으로 큰 전도성을 가지는 물질로부터 제조된 중공(中空) 관이다. 또한, 전환 부재는, 제 1 및 제 2 갭 단부(232a 및 234a) 부근에서 제 1 및 제 2 부분의 외측 전도부에 배치된 외측 나사(238)와 맞물리는 내측 나사(233a)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전환부재(233)를 생략할 수 있으며, 이 경우 제 1 및 제 2 단부(232 및 234)는 하나의 연속적인 동축 전송 라인 구조를 포함할 수 있다.Preferably, the switching member 233 is a hollow tube made from a material having a relatively large conductivity to maintain the ground potential between the first and second portions at the operating test frequency. The switching member may also include an inner screw 233a that engages an outer screw 238 disposed in the outer conductive portion of the first and second portions near the first and second gap ends 232a and 234a . In another embodiment of the present invention, the diversion member 233 may be omitted, in which case the first and second ends 232 and 234 may comprise one continuous coaxial transmission line structure.

당업자는, 본 발명의 다른 실시예에서 다른 신호 응답을 제공하기 위해, 프로브(230)가 다른 회로 소자를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 집합(lumped) 소자 형태, 분산된 형태, 또는 양자의 조합된 형태의 다른 회로가 프로브(230)를 따라 포함될 수 있다. 예를 들어, 전환 부재 내에서, 제 1 및/또는 제 2 부분(232 및 234)을 따라, 또는 프로브 헤드(230a)에서, 임피던스 매칭 회로 및/또는 전송 매체 증폭 회로가 연결 단부에 채용될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 출력 신호의 강화를 위해 임피던스 매칭 회로 및/또는 하나 이상의 출력 증폭기가 포함될 수도 있다.Those skilled in the art will appreciate that the probe 230 may include other circuit elements to provide different signal responses in other embodiments of the present invention. Other circuits may also be included along the probe 230, such as a lumped element type, a dispersed form, or a combination of both. For example, an impedance matching circuit and / or a transmission medium amplification circuit may be employed at the connection end, along the first and / or second portions 232 and 234, or in the probe head 230a, have. Optionally or additionally, an impedance matching circuit and / or one or more output amplifiers may be included to enhance the output signal.

도 1 에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에서, 프로브 헤드(230a)는 테스트 샘플에 인접하여 그러나 중간 물질에 의해 물리적으로 분리되어 배치된다. 이러한 예에서, 전자기 커플링을 통해, 입사 신호가 테스트 샘플로 전달되고, 반사된 신호가 그 테스트 샘플로부터 회수된다. 테스트 샘플로부터 프로브 헤드(230a)를 물리적으로 분리하는 중간 물질(들)은 PTFE, 알루미나, 유리, 사파이어, 다이아몬드, Lexan®, 폴리이미드, 또는 고주파 회로 디자인 분야에서 유전체 물질로 이용되는 기타 물질과 같은 고체상 물질; 또는 소정 작동 주파수에서 상대적으로 높은 정도의 신호 전송율을 가지는 다른 공지된 물질을 포함한다. 특정 실시예에서, 중간 물질은 전기 절연 물질일 수 있으며, 그러한 물질 중 일부는 상기한 바와 같다.선택적으로 또는 추가적으로, 상대적으로 높은 정도의 테스트 신호 전송성을 가지는 액체 및/또는 기체 상 물질은 또한 중간 물질을 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention as shown in Figure 1, the probe head 230a is disposed adjacent to the test sample but physically separated by the intermediate material. In this example, through an electromagnetic coupling, an incident signal is delivered to a test sample, and the reflected signal is recovered from the test sample. An intermediate material (s) which physically separates the probe head (230a) from the test sample is PTFE, alumina, glass, sapphire, diamond, Lexan ®, polyimide, or high-frequency circuits, such as other substances used as dielectric materials in the field of design Solid matter; Or other known materials having a relatively high signal transmission rate at a given operating frequency. Optionally or additionally, the liquid and / or gaseous material having a relatively high degree of test signal transmittance may also be used as the material to be tested, Intermediates can be constituted.

중간 물질의 두께 및 유전체 특성은 채용된 유체계 시스템 및 사용된 측정 프로브에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 분리 거리가 큰 시스템에서는, 테스트 샘플과 프로브(230) 사이에 최대 커플링을 제공하기 위해 저손실의 고유전체 물질이 바람직하다. 분리 거리가 상대적으로 작은 시스템에서는, 높은 손실 및 적은 유전체 상수의 물질이 허용된다. 0.031 인치 내경, 0.063 인치 외경, 0.016 인치 두께, 및 유전체 상수가 약 2 인 TPFE 관이 채널(151)인 특정 실시예에서, 분리 거리는 대략적으로 관의 벽 두께인 약 0.016 인치이다. 다른 탐지 조립체에서, 분리 거리는 10-1m, 10-2m, 10-3m, 10-4m, 10-5m, 10-6m 일 수 있고, 예를 들어 몇몇 경우(기판의 표면내로 에칭된 채널내에서 그리고 채널의 제 4 측면으로 작용하는 테스트 샘플 측면상에 얇은 폴리머 층을 가지는 금속 신호 경로 부재를 가지는 경우 등)에는 10-9m 정도로 아주 작을 수도 있다. 분리 거리를 증가시키거나 탐지 영역(155)을 증가시키면, 샘플 체적 또는 분석대상 농도는 탐지 감도를 좋게하는 작용을 할 것이다. 전술한 바와 같은 분리 물질은 고체상 물질 일 수 있고, 선택적으로(또는 추가적으로) 액체나 기체 상 물질 또는 그 조합으로 이루어 질 수도 있다.The thickness and dielectric properties of the intermediate may vary depending on the oil-filled system employed and the measurement probe used. For example, in systems with large separation distances, a low loss, high dielectric material is desirable to provide maximum coupling between the test sample and the probe 230. In systems with relatively small separation distances, high loss and low dielectric constant materials are permitted. In a particular embodiment, where the TPFE tube is a channel 151 having a 0.031 inch inner diameter, a 0.063 inch outer diameter, a 0.016 inch thickness, and a dielectric constant of about 2, the separation distance is about 0.016 inch, which is approximately the wall thickness of the tube. In other detection assemblies, the separation distance may be 10 -1 m, 10 -2 m, 10 -3 m, 10 -4 m, 10 -5 m, 10 -6 m, and in some cases A metal signal path member having a thin polymer layer on the side of the test sample acting in the etched channel and on the fourth side of the channel, etc.) may be as small as 10 -9 m. By increasing the separation distance or increasing the detection area 155, the sample volume or analyte concentration will serve to improve detection sensitivity. The separation material as described above may be a solid material and may alternatively (or additionally) consist of a liquid or gaseous material or a combination thereof.

도 2b 는 프로브(230)에 대향 배치되어 프로브와의 사이에 테스트 샘플이 배치되도록 하는 덮개(240)를 도시한다. 일 실시예에서, 덮개(240)는, 중앙전도부(235)로부터 복사되는 전자기장이 종료되는 접지 면을 제공하도록 작동 주파수에서의 접지 전위로 설정되는 전도성 물질(황동, 구리, 알루미늄 등)로 이루어진다. 덮개(240)는 측정에 영향을 미칠 수 있는 외부 공급원으로부터의 차폐기능을 추가로 제공한다.FIG. 2B illustrates a lid 240 that is disposed opposite the probe 230 to allow a test sample to be placed between the probe and the probe. In one embodiment, the lid 240 is comprised of a conductive material (brass, copper, aluminum, etc.) that is set to ground potential at the operating frequency to provide a ground plane through which the electromagnetic radiation radiated from the central conductive portion 235 terminates. The lid 240 additionally provides a shielding function from an external source that may affect the measurement.

다른 실시예에서, 프로브 헤드(230a) 또는 측정 프로브(230)의 중앙 전도부(235)가 채널(151)내로 연장하여, 중앙 전도부(235)는 채널(151)을 따라 유동하는 테스트 샘플과 직접 접촉한다. 이러한 실시예에서, 중앙 전도부(235)는 테스트 신호의 전파를 지원할 수 있고 분석대상에 부정적인 영향을 미치지 않을 수 있는 물질로 형성된다. 그러한 물질은, 금, 인듐 주석 산화물, 구리, 은, 아연, 주석, 안티몬, 갈륨, 카드뮴, 크롬, 망간, 코발트, 이리듐, 플래티늄, 수은, 티타늄, 알루미늄, 납, 철, 텅스텐, 니켈, 탄탈륨, 레늄, 오스뮴, 탈륨 또는 이상의 합금들을 포함한다. 그러나, 이상 열거된 것으로 한정되는 것은 아니다. 이러한 동일한 물질들은 당업자에게 자명한 다른 물질과 함께 외측 프로브를 형성하는데 이용될 수도 있다.The central conducting portion 235 of the probe head 230a or the measuring probe 230 extends into the channel 151 such that the central conducting portion 235 is in direct contact with the test sample flowing along the channel 151. In other embodiments, do. In this embodiment, the central conducting portion 235 is formed of a material that can support propagation of the test signal and may not negatively affect the analyte. Such materials may include metals such as gold, indium tin oxide, copper, silver, zinc, tin, antimony, gallium, cadmium, chromium, manganese, cobalt, iridium, platinum, mercury, titanium, aluminum, lead, iron, tungsten, Rhenium, osmium, thallium or the like alloys. However, the present invention is not limited thereto. These same materials may be used to form outer probes with other materials that will be apparent to those skilled in the art.

도 2c 및 도 2d 는 각각 본 발명에 따른 프로브의 제 2 실시예의 단면도 및 평면도이다. 도 2c 의 단면도에 도시된 바와 같이, 측정 프로브(250)는 제 1 동축 부분(251), 브라켓(252), 부착 플랫폼(253), 접촉 링(255), 튜닝 갭(256), 제 2 동축 부분(257), 전도성 접지 관(258), 및 유체계 선반(259)을 포함한다.2C and 2D are a cross-sectional view and a plan view, respectively, of a second embodiment of a probe according to the present invention. 2c, the measurement probe 250 includes a first coaxial portion 251, a bracket 252, an attachment platform 253, a contact ring 255, a tuning gap 256, A portion 257, a conductive grounding tube 258, and a metric system shelf 259.

제 1 동축 부분(251)은 이하에서 설명하는 신호 탐지부(도시 안함) 및 신호 공급원에 커플링된다. 일 실시예에서, 제 1 동축 부분은 RG401 반-강성 케이블이다. 당업자는 다른 형태의 반-강성 케이블 및 기타 전송 구조가 본 발명의 다른 실시예에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.The first coaxial portion 251 is coupled to a signal detection portion (not shown) and a signal source described below. In one embodiment, the first coaxial portion is an RG401 semi-rigid cable. Those skilled in the art will appreciate that other types of semi-rigid cables and other transmission structures may be used in other embodiments of the present invention.

제 1 동축 부분(251)은 브라켓(252)내에 고정적으로 유지되어 유체계 선반(259)의 바닥 부근에서 갭 영역(254)내로 연장된다. 접촉 링(255a 및 255b)은 제 1 동축 부분(251)의 외측면 둘레에 선택적으로 부착되어 제 1 동축 부분(251)과 접지 관(258)의 내측면 사이에 접지 전도성을 제공한다. 다른 실시예에서, 접촉 링들은 높은 전도성의 스프링일 수 있고, 또한 다른 구조가 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 제 1 동축 부분(251)의 외측면은 접지 관(258)(일 실시예에서 구리)의 내측면에 충분한 정도로 접촉되어, 접촉 링(255)이 필요하지 않게 할 수도 있다.The first coaxial portion 251 is held stationary in the bracket 252 and extends into the gap region 254 near the bottom of the oil system shelf 259. The contact rings 255a and 255b are selectively attached around the outer surface of the first coaxial portion 251 to provide ground conductivity between the first coaxial portion 251 and the inner surface of the grounding tube 258. [ In another embodiment, the contact rings may be high conductive springs, and other structures may also be used. In another embodiment, the outer surface of the first coaxial portion 251 may be sufficiently in contact with the inner surface of the grounding tube 258 (copper in one embodiment), so that the contact ring 255 is not required.

제 1 및 제 2 동축 부분(251 및 257)은 전기적으로 작동되어 전술한 공명 응답을 제공하는 튜닝 갭(256)에 의해 분리된다. 도시된 실시예에서, 제 2 동축 부분(257)은 유체계 선반(259)내에서 접지 관(258)내에 고정된다. 제 1 동축 부분(251)의 외측면이 접지 관(258)의 내측면과 전기적으로 접촉하도록 제 1 동축 부분(251)이 갭 영역(254)내로 삽입되어, 그들 사이에 연속적인 접지 전위가 제공된다. 제 1 동축 부분(251) 및 제 2 동축 부분(257) 사이에 형성된 튜닝 갭(256)은 브라켓(252)을 위쪽으로 또는 아래쪽으로 이동시킴으로써 짧아지거나 또는 길어질 수 있다. 전도성 접지 관(258)내의 제 2 동축 부분(257)의 위치가 조절될 수 있고, 선택적으로 또는 추가적으로 제 1 동축 부분(251)도 조절될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 부착 플랫폼(253)은, 제 1 동축 부분(251)이 브라켓내에 삽입되거나 또는 제 1 동축 부분(251)이 브라켓으로부터 분리될 수 있게 하면서, 유체계 선반(259)에 부착되어 그 선반을 고정적으로 유지한다. 일 실시예에서, 브라켓(252)은 모터에 의해 구동되고, 캘리포니아 어빈에 소재하는 뉴포트(Newport) 코포레이션이 유통하는 정밀 모터구동식 중계 스테이지 조립체내에 포함된다.The first and second coaxial portions 251 and 257 are electrically actuated and separated by a tuning gap 256 which provides the resonance response described above. In the illustrated embodiment, the second coaxial portion 257 is secured within the grounding tube 258 within the oil system shelf 259. The first coaxial portion 251 is inserted into the gap region 254 such that the outer surface of the first coaxial portion 251 is in electrical contact with the inner surface of the grounding tube 258 so that a continuous ground potential is provided therebetween do. The tuning gap 256 formed between the first coaxial portion 251 and the second coaxial portion 257 may be shortened or elongated by moving the bracket 252 upward or downward. It will be appreciated that the position of the second coaxial portion 257 in the conductive grounding tube 258 may be adjusted and, alternatively or additionally, the first coaxial portion 251 may also be adjusted. The attachment platform 253 is attached to the housing system shelf 259 such that the first coaxial portion 251 can be inserted into the bracket or the first coaxial portion 251 can be detached from the bracket, . In one embodiment, the bracket 252 is driven by a motor and is contained within a precision motorized relay stage assembly distributed by Newport Corporation of California Irvine.

도 2e 는 본 발명에 따라 비-공명식 동축 형태로 구현된 측정 프로브의 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 프로브(280)는 개방-단부형 동축 라인(281) 부분, 상호작용 고정물 베이스(283), 상호작용 기판(285), 유체 계면(界面)부(287)로서 그 계면부로 부터 연장하는 하나 이상의 유체 관(289)을 포함한다. 특정 실시예에서, 프로브(280)는 입사 신호 및 반사된 신호 특성을 측정할 수 있는 벡터 네트워크 분석기 또는 유사 테스트 장비에 커플링된다.Figure 2e illustrates an embodiment of a measurement probe implemented in non-resonant coaxial form in accordance with the present invention. In this embodiment, the probe 280 includes an open-ended coaxial line 281 portion, an interactive fixture base 283, an interactive substrate 285, a fluid interface (interface) portion 287, And one or more fluid conduits 289 extending therefrom. In a particular embodiment, the probe 280 is coupled to a vector network analyzer or similar test equipment capable of measuring incident and reflected signal characteristics.

유체 관(289)은 유체 계면부(287)내로 샘플이 유입될 수 있게 한다. 상호 작용 기판(285)은 공급된 샘플을 동축 부분(281)의 단부로부터 분리하는데 선택적으로 사용될 수 있다. 상호작용 기판(285)은 예를 들어 유리, 석영, 폴리이미드, PTFE 또는 이산화규소, 갈륨 아세나이드(gallium arsenide) 또는 반도체 공정에서 사용되는 기타 물질과 같은 여러 가지 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상호작용 기판(285)이 제거되고, 샘플은 동축 부분(281)과 직접 접촉한다. 베이스 고정물(283)은 유체 계면부(287)(및 상호작용 기판(285)이 사용된다면 그 기판(285))를 동축 부분(281)의 개방 단부와 정렬시키고 고정적으로 부착시키는데 사용된다. 특정 실시예에서, 베이스 고정물은 알루미늄이며, 또한 본 발명의 다른실시예에서는 다른 물질이 사용될 수 있다.The fluid tube 289 allows the sample to flow into the fluid interface 287. The interactive substrate 285 may be selectively used to separate the supplied sample from the end of the coaxial portion 281. [ The interactive substrate 285 may be comprised of a variety of materials such as, for example, glass, quartz, polyimide, PTFE or silicon dioxide, gallium arsenide, or other materials used in semiconductor processing. In another embodiment, the interactive substrate 285 is removed, and the sample is in direct contact with the coaxial portion 281. The base fixture 283 is used to align and fix fluid interface 287 (and its substrate 285 if an interactive substrate 285 is used) with the open end of coaxial portion 281. In certain embodiments, the base fixture is aluminum, and other materials may be used in other embodiments of the present invention.

작동 중에, 샘플(베이스라인 응답을 위해 사용된 분석대상이 없는 버퍼일 수도 있다)의 체적이 유체 관(289)을 통해 유체 계면부(287)내로 도입된다. 이어서, 테스트 신호가 테스트 세트(290)로부터 동축 부분(281)에 인가된다. 전술한 바와 같이, 공급된 샘플의 유전체 특성은 입사 신호를 변조시킬 것이다. 동축 부분(281)의 개방-단부형 구조는 변조된 신호의 적어도 일부를 변조된 신호가 회수되는 테스트 신호를 향해 반사한다. 통상적으로 입사 신호의 진폭 및 위상의 변화(또는 부족(lack))로 표시되는 변조는 분자 이벤트의 존재(또는 부존재)를 나타낸다.During operation, the volume of the sample (which may be a non-analyte buffer used for baseline response) is introduced into fluid interface 287 through fluid conduit 289. A test signal is then applied to coaxial portion 281 from test set 290. As discussed above, the dielectric properties of the supplied sample will modulate the incident signal. The open-ended structure of coaxial portion 281 reflects at least a portion of the modulated signal towards a test signal from which the modulated signal is recovered. Typically, the modulation represented by a change (or lack) of the amplitude and phase of the incident signal represents the presence (or absence) of a molecular event.

전술한 유체계 이송 시스템이 제공된다면, 당업자는 작업할 분자 샘플의 선택을 위한 생물학 및 화학 관련 문헌들을 용이하게 알 수 있을 것이다. 생물학적 시스템에 대한 일반적인 안내는, Greene Publishing Associates, Inc. 및 John Wiley & Sons, Inc. 의 조인트 벤쳐인 Current Protocol 편집편인 에프.엠. 오수벨(F.M. Ausubel) 등의Current Protocols in Molecular Biology(1997년 증보)(오수벨); 캘리포니아 멘로 파크에 소재하는 The Benjamin/Cummings Publishing CO. 가 발행한 왓슨(Watson) 등의 (1987)유전자의 분자 생물학(Molecular Biology of the Gene) 4판; 뉴욕에 소재하는 Second Edition Garland Publishing 이 발행한 알버트(Alberts) 등의(1989) 세포의 분자 생물학; 뉴저지 래스웨이에 소재하는 Merck & Co. 의The Merck Manual of Diagnosis and Therapy가 있다. 생물학적 반응제 및 실험 장비의 제조업자들이 제공하는 제품 정보 역시 생물학적 시스템을측정하는데 유용한 정보를 제공한다. 그러한 제조업자들은, 예를 들어, SIGMA chemical company(미조리, 세인트 루이스 소재), R & D systems(미네소타 미니아폴리스), Pharmacia LKB Biotechnology(뉴저지 피스카다웨이), CLONTECH Laboratories, Inc.(캘리포니아 팔로 알토), Aldrich Chemical Company(위스콘신 밀워키), GIBCO BRL Life Technologies, Inc.(매릴랜드 개더스버그), Fluka Chemica-Biochemika Analytika(스위스, 부흐, Fluka Chemie AG), Applied Biosystems(캘리포니아, 포스터 시티), 기타 당업자에게 알려진 수 많은 다른 회사들이 있다.If the above-described metaphoric transport system is provided, one of ordinary skill in the art will readily be able to find biology and chemistry related literature for selection of molecular samples to work with. General guidance on biological systems is available from Greene Publishing Associates, Inc. And John Wiley & A joint venture of the Current Protocol editor, F.M. Current Protocols in Molecular Biology , such as FM Ausubel et al., 1997; The Benjamin / Cummings Publishing CO., Located in Menlo Park, California. Watson et al., (1987) Molecular Biology of the Gene, Fourth Edition ; Molecular Biology of Cells from Alberts et al. (1989) published by Second Edition Garland Publishing, New York; Merck & The Merck Manual of Diagnosis and Therapy . Product information provided by manufacturers of biological reactors and experimental equipment also provides useful information for measuring biological systems. Such manufacturers include, for example, SIGMA chemical company (Missouri, St. Louis), R & D systems (Minnesota Minipolis), Pharmacia LKB Biotechnology (Piscataway, NJ), CLONTECH Laboratories, Inc. , Fluka Chemica-Biochemika Analytika (Switzerland, Fluka Chemie AG), Applied Biosystems (Foster City, Calif.), And others who are skilled in the art, such as Aldrich Chemical Company (Wisconsin Milwaukee, Wisconsin Milwaukee, GIBCO BRL Life Technologies, Inc. Gattusburg, There are many other companies known to you.

생물학적 샘플들은 정맥 천자(venipuncture), 요추 천자(lumbar puncture), 타액이나 소변과 같은 유체 샘플, 또는 조직 생체검사법과 같은 공지 기술을 이용하여 환자로부터 얻어진다. 생물학적 물질이 상업적으로 적당한 가축류와 같은 인간외로부터 얻어지는 경우, 혈액 및 조직 샘플들은 가축류 처리 설비로부터 용이하게 얻을 수 있다. 유사하게, 본 발명에 사용되는 식물 물질은 농업이나 원예 분야 및 자연의 기타 공급원에서 용이하게 얻을 수 있다. 선택적으로, 생물학적 샘플은 세포 및/또는 혈액을 저장하는 세포 또는 혈액 은행, 또는 세포배양과 같은 생체외 공급원으로부터 얻을 수도 있다. 생물학적 물질의 공급원으로 사용하기 위한 세포 배양 기술은 당업자에게 잘 알려져 있다. 뉴욕에 소재하는 Wiley-Liss 가 발행한 Freshney 의Culture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, 4판(1994)은 세포배양에 관한 일반적인 개요를 제공한다.Biological samples are obtained from patients using known techniques such as venipuncture, lumbar puncture, fluid samples such as saliva or urine, or tissue biopsy. Blood and tissue samples can easily be obtained from a livestock handling facility if the biological material is obtained from a non-human, such as commercially viable livestock. Similarly, the plant material used in the present invention can be readily obtained from agriculture, horticulture and other sources of nature. Alternatively, the biological sample may be obtained from an in vitro source such as a cell or blood bank, or cell culture, which stores cells and / or blood. Cell culture techniques for use as a source of biological material are well known to those skilled in the art. Freshney's Culture of Animal Cells, a Manual of Basic Technique, Fourth Edition (1994) by Wiley-Liss, New York, provides a general overview of cell culture.

탐지 영역의 화학적 성질Chemical properties of the detection region

탐지 영역(155) 표면에의 결합이 없이 분석대상 결합 또는 구조의 탐지가 이루어지는 실시예에서, 일반적으로 탐지 영역(155)의 화학적 성질은 채널의 벽(도시된 실시예 중 하나에서 Teflon®관)이 테스트 샘플의 통로와 반응하지 않도록 선택된다. 탐지 영역 표면에 결합되어 탐지가 이루어지는 다른 실시예에서, 항-분석대상 (anti-analyte)과 분석대상 사이의 전위 결합 상호작용의 탐지를 위해 유체 이송 시스템에 의해 하나 이상의 테스트 샘플이 이송될 수 있도록, 탐지 영역 표면이 활동적이되어 항-분석대상과 결합된다. 그러한 경우에, 탐지 영역(155)의 표면은 양호한 분자 결합 성질을 가지는 물질로 제조된다. 리간드는 다른 분자 구조를 통해 직접, 간접적으로 채널의 벽에 결합될 수 있다. 확인된 결합 상호작용의 가능한 형태를 나열하면, 단백질/단백질 상호작용, DNA/단백질 상호작용, RNA/단백질 상호작용, 핵산 교잡(hybridization), 베이스 쌍 부정합 분석, RNA/RNA 상호작용, tRNA 상호작용, 효소/기질 시스템, 항원/항체 상호작용, 작은 분자/단백질 상호작용, 약제/수용기 상호작용, 박막/수용기 상호작용, 및 지질/단백질 상호작용이 있다. 그러나 이상 나열된 것으로 제한되는 것은 아니다. 부착의 화학적 성질은 표면에 부착된 하나의 종류의 분자들만을 포함할 수도 있고, 표면에 부착된 여러가지 상이한 분자들의 전체 열(array), 또는 표면에 직접 부착된 종들 간의 다수의 결합 이벤드 및 용액내의 대상 리간드를 포함할 수도 있다.In embodiments where the analyte binding or structure is detected without binding to the surface of the detection region 155, the chemical nature of the detection region 155 generally depends on the wall of the channel (Teflon ® tube in one of the illustrated embodiments) Is selected so as not to react with the passage of the test sample. In another embodiment where detection is performed by binding to a detection area surface, one or more test samples may be delivered by the fluid delivery system for detection of a potential binding interaction between the anti-analyte and the analyte , The detection area surface becomes active and combines with the anti-analyte. In such a case, the surface of the detection region 155 is made of a material having good molecular binding properties. The ligand can be bound to the wall of the channel directly or indirectly through another molecular structure. The possible types of binding interactions identified include protein / protein interactions, DNA / protein interactions, RNA / protein interactions, nucleic acid hybridization, base pair mismatch analysis, RNA / RNA interactions, tRNA interactions , Enzyme / substrate systems, antigen / antibody interactions, small molecule / protein interactions, drug / receptor interactions, membrane / receptor interactions, and lipid / protein interactions. However, the present invention is not limited thereto. The chemistry of the attachment may include only one kind of molecules attached to the surface, and may be an array of several different molecules attached to the surface, or a plurality of binding events between species directly attached to the surface, Lt; / RTI >

Ⅳ. 예시적인 분자 탐지 시스템IV. Exemplary molecular detection systems

도 3a 는 본 발명에 따른 분자 탐지 시스템(300)의 일 실시예를 도시한다.그 탐지 시스템(300)은 신호 공급원(302), 신호 탐지부(304), 및 탐지 조립체(100)를 포함한다. 탐지 조립체(100)는 예를 들어 케이블, 전송 라인 또는 의도된 테스트 주파수의 신호의 전파를 지원할 수 있는 기타 매체(310)과 같은 신호 경로를 통해 신호 공급원(302) 및 탐지부(304)에 커플링된다. 공급원(302)은 탐지 조립체(100)를 향해 입사 테스트 신호(312)를 전달하도록 작동된다. 입사 테스트 신호는 테스트 샘플의 유전체 특성에 의해 변조되고, 그 변조된 테스트 신호의 적어도 일부는 공명 프로브(230)를 향해 반사된다. 반사된 신호는 프로브에 커플링되고 입사 신호와 비교되어 신호 응답을 생성한다. 마이크로웨이브 공학계의 당업자는 이러한 측정을 단일-포트 S11반사 측정으로서 인식할 것이다.Figure 3A illustrates one embodiment of a molecular detection system 300 in accordance with the present invention that includes a signal source 302, a signal detection unit 304, and a detection assembly 100 . The detection assembly 100 may be coupled to the signal source 302 and the detection portion 304 via a signal path such as, for example, a cable, a transmission line, or other media 310 that may support the propagation of signals at the intended test frequency. . The source 302 is actuated to deliver an incident test signal 312 towards the detection assembly 100. The incident test signal is modulated by the dielectric properties of the test sample and at least a portion of the modulated test signal is reflected toward the resonant probe 230. The reflected signal is coupled to the probe and compared with the incident signal to produce a signal response. Those skilled in microwave engineering community is one of these measures will recognize a port S 11 reflectometry.

특정 실시예에서, 신호 공급원(302) 및 신호 탐지부(304)는 벡터 네트워크 분석기 테스트 세트내에 포함될 것이며, 그 세트의 예를 들면, 캘리포니아 팔로 알토에 소재하는 Agilent Technologies 사의 모델 번호 8510 및 8714 가 있다. 전송된 신호 및 반사된 신호를 기초로 신호 정보를 제공하는 시스템 또는 스칼라 네트워크 분석기와 같은 다른 고주파 측정 시스템도 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예시적인 탐지 시스템(300)을 단일-포트 반사 측정 시스템으로 기재하였지만, 본 발명의 다른 실시예에서, 추가적인 신호 공급원(및/또는 탐지부)을 이용하여 반사된 변조 신호 또는 테스트 샘플을 통과한 변조 신호(당업계에서 S21또는 "통과"측정으로 칭한다)를 회수할 수 있다.In a particular embodiment, signal source 302 and signal detector 304 will be included in a vector network analyzer test set, for example, model numbers 8510 and 8714 of Agilent Technologies, Inc. of Palo Alto, California . Other high frequency measurement systems, such as a system that provides signal information based on transmitted and reflected signals, or a scalar network analyzer, may also be used in other embodiments of the present invention. Although the exemplary detection system 300 is described as a single-port reflection measurement system, in other embodiments of the present invention, a modulated signal that has been reflected using a further signal source (and / or detector) Signal (referred to in the art as S 21 or " pass " measurement).

본 발명의 일 실시예에서, 공명 프로브(230)는 분자 탐지 시스템(300)과 함께 사용되어 테스트 샘플내의 분자 이벤트의 존재 또는 부존재를 탐지한다. 그 방법은 먼저 공명 프로브(230)에 대한 베이스라인 응답(공기, 버퍼, 또는 분석대상이 없는 기타 매체를 이용하여)을 측정하고 이어서 탐지 영역(155)내로 분자 이벤트가 도입되었을 때 베이스라인 응답의 변화를 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 도 3b 에 보다 상세히 도시되어 있다.In one embodiment of the invention, the resonance probe 230 is used in conjunction with the molecular detection system 300 to detect the presence or absence of molecular events in a test sample. The method first measures the baseline response (using air, buffers, or other non-analyte media) for the resonance probe 230, and then measures the baseline response when molecular events are introduced into the detection zone 155 And measuring the change. This method is illustrated in more detail in FIG. 3B.

먼저, 단계(320)에서, 프로브(230)는 미리 정해진 주파수에서 또는 그 근방의 주파수에서 공명 응답 S11을 가지도록 디자인된다. 특정 실시예에서, 당업자에게 공지된 바와 같이 이하의 계산식을 이용하여 제 1 동축 부분(332)의 길이가 의도하는 공명 주파수에서의 파장의 절반이 되도록 함으로써 이러한 단계가 달성된다: 즉,First, in step 320, the probe 230 is designed to have a resonance response S 11 in a predetermined frequency or in the vicinity of the frequency. In a particular embodiment, this step is achieved by making the length of the first coaxial portion 332 to be half of the wavelength at the intended resonant frequency, using the following equation, as is known to those skilled in the art:

λ/2 = c[2 ×fdes×εr 1/2],lambda / 2 = c [2 x f des x r 1/2 ]

이때:At this time:

λ/2 = 제 1 동축 부분(332)의 길이(meter 단위)? / 2 = length of first coaxial portion 332 (in meter)

c = 빛의 속도 3 ×108m/sc = speed of light 3 x 10 8 m / s

fdes= 의도하는(desired) 공명 주파수(Hz)f des = desired resonance frequency (Hz)

εr= 절연 물질(336)의 상대 유전체 상수? r = relative dielectric constant of insulating material 336

의도된 공명 주파수가 1 GHz 이고 절연 물질(Teflon®)(336)dml 상대 유전체 상수가 약 2.1 인 개시된 실시예에서, 제 1 동축 부분(332)의 길이는 4 인치가 되도록 선택된다. 고주파 회로 설계 분야의 당업자는 설명된 디자인 기술 및 결과적인 공명 신호 응답은 단지 많은 가능성 중 하나라는 것을 알 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 다른 공지된 회로 디자인(단락-회로 1/4-파장 라인 등과 같은)을 이용하여 공명 신호 응답을 얻을 수도 있다.In the disclosed embodiment, where the intended resonant frequency is 1 GHz and the insulating material (Teflon ® ) 336 dml relative dielectric constant is about 2.1, the length of the first coaxial portion 332 is chosen to be 4 inches. Those skilled in the art of high frequency circuit design will appreciate that the described design techniques and the resulting resonant signal response are only one of many possibilities. In other embodiments, resonant signal responses may be obtained using other known circuit designs (such as short-circuit 1/4-wavelength lines, etc.).

다음 단계(321)에서, 프로브 헤드(230a)는 탐지 영역(155)에 인접 배치되어 그 영역에 전자기적으로 커플링될 수 있게 한다. 통상적으로, 이러한 작동은 프로브 헤드(230a)를 탐지 영역(155)에 가능한한 가깝게 위치시키는 것을 포함한다. 전술한 바와 같이, 프로브 헤드(230a)와 탐지 영역(155)을 분리하는 중간 물질은 PTFE, 알루미나, 유리, 사파이어, 다이아몬드, Lexan®, 폴리이미드, 또는 고주파 회로 디자인 분야에서 유전체 물질로 이용되는 기타 물질과 같은 고체상 물질; 또는 소정 작동 주파수에서 상대적으로 높은 정도의 신호 전송율을 가지는 다른 공지된 물질을 포함한다. 특정 실시예에서, 중간 물질은 유리, PTFF 또는 그 변형체, 석영, 이산화규소, 갈륨 아세나이드, 기타 전술한 물질들과 같은 전기 절연 물질일 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상대적으로 높은 정도의 테스트 신호 전송성을 가지는 액체 및/또는 기체 상 물질도 사용될 수 있다.In a next step 321, the probe head 230a is disposed adjacent to the detection region 155 and allows it to be electromagnetically coupled to that region. Typically, this operation involves positioning the probe head 230a as close to the detection area 155 as possible. As described above, the probe head (230a) and an intermediate separating the detection area 155 is PTFE, alumina, glass, sapphire, diamond, Lexan ®, polyimide, or any other, which is used as a dielectric material in a high-frequency circuit design field Solid materials such as materials; Or other known materials having a relatively high signal transmission rate at a given operating frequency. In certain embodiments, the intermediate may be an electrically insulating material such as glass, PTFF or a modification thereof, quartz, silicon dioxide, gallium arsenide, or other materials as described above. Optionally or additionally, liquid and / or gaseous materials having a relatively high degree of test signal transmittance may also be used.

이어서, 단계(322)에서, 유체 이송 시스템(150)은 분석대상이 없는 이송 매체를 탐지 영역(155)으로 공급한다. 그 다음의 단계(323)에서, 테스트 신호가 탐지 영역(155)에 커플링되고, 결과적인 베이스라인 응답이 얻어진다. 여기서 설명된 예시적인 실시예에서, 베이스라인 응답은 분석대상이 없는 버퍼가 탐지영역(155)을 점유하는 경우의 입사 신호 및 반사된 신호(312 및 314)의 진폭 및 위상 데이터를 비교함으로써 얻어지는 S11응답이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 공지된 데이터 비교 기술을 이용하여 다른 신호 응답을 얻을 수도 있다. 테스트 중에, 유체 이동이 연속적(예를 들어, 단일 주파수 또는 작은 주파수 그룹의 신호가 측정될 때 또는 탐지 감도가 높을 때, 측정 시간이 짧은 경우)이거나, 또는 유체 유동이 중단될 수 있다. 선택적으로, 감도 향상을 위해, 다수의 스캔이 실행되고 평균을 구할 수도 있다.Subsequently, at step 322, the fluid delivery system 150 feeds the untransformed transport medium to the detection area 155. [ At the next step 323, a test signal is coupled to the detection region 155 and the resulting baseline response is obtained. In the exemplary embodiment described herein, the baseline response is an S (n) obtained by comparing the amplitude and phase data of the reflected signal 312 and 314 with the incident signal in the case where a buffer without analyzing occupies the detection area 155 11 responses. In other embodiments of the invention, other signal responses may be obtained using known data comparison techniques. During testing, fluid movement may be continuous (e.g., when a single frequency or a small frequency group of signals is measured, or when the detection sensitivity is high, the measurement time is short), or fluid flow may be interrupted. Optionally, for increased sensitivity, multiple scans may be performed and averaged.

다음 단계(324)에서, 도 3c 의 궤적(334)으로 예시되어 도시된 저점에 베이스라인 응답의 크기가 도달할 때까지 튜닝 소자가 조절된다(시계방향 또는 반시계방향으로, 또는 도 2d 에 도시된 바와 같은 모터구동 조립체를 이용한 전진). 베이스라인 S11응답이 최소 지점에 도달하는 주파수 지점(point)을 fres로 칭한다. 이 지점은 신호 세기의 가장 작은 양이 탐지 시스템(300)으로 반사되는 경우의 주파수를 나타낸다. 통상적으로, 프로브 헤드(230a)의 개방-단부형 부분에 위치한 샘플 및 장치의 유전체 효과로 인해, 공명 주파수(fres)는 미리 정해진 주파수(fdes)로부터 벗어나게 된다. 주파수(fdes) 지점은, 분자 이벤트가 샘플의 유전체 특성의 급격한 변화를 나타낼 것으로 기대되는 범위의 주파수로 또는 하나의 주파수로 선택된다. 탐지 공정을 설명하기 위해 예시적인 실시예에서 1 GHz 가 선택되었지만, 본 발명에서, 많은 분자 이벤트의 유전체 특성은 10 MHz, 20 MHz, 45 MHz, 100 MHz, 250 MHz, 500 MHz, 1 GHz, 2.5 GHz, 5 GHz, 7.5 GHz, 10 GHz, 12 GHz, 15GHz, 20 GHz, 25 GHz, 30 GHz, 40 GHz, 50 GHz, 60 GHz, 80 GHz, 100 GHz, 110 GHz 및 그 주파수들 사이의 주파수에서 탐지가 가능하다. 당업자는 본 발명의 다른 실시예에서 기타 주파수 및 주파수 범위를 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.In a next step 324, the tuning element is adjusted until it reaches the magnitude of the baseline response at the low point illustrated by the trajectory 334 in Figure 3c (clockwise or counterclockwise, or as shown in Figure 2d Forward using a motorized drive assembly as described above). The frequency point at which the baseline S 11 response reaches the minimum point is called f res . This point represents the frequency at which the smallest amount of signal intensity is reflected back to the detection system 300. Typically, due to the dielectric effect of the sample and device located in the open-ended portion of the probe head 230a, the resonant frequency f res deviates from a predetermined frequency f des . The frequency (f des ) point is selected at a frequency or at a frequency in which the molecular event is expected to exhibit a sharp change in the dielectric properties of the sample. Although 1 GHz was selected in the illustrative embodiment to illustrate the detection process, in the present invention, the dielectric properties of many molecular events are 10 MHz, 20 MHz, 45 MHz, 100 MHz, 250 MHz, 500 MHz, 1 GHz, 2.5 At a frequency between 1 GHz, 5 GHz, 7.5 GHz, 10 GHz, 12 GHz, 15 GHz, 20 GHz, 25 GHz, 30 GHz, 40 GHz, 50 GHz, 60 GHz, 80 GHz, 100 GHz, Detection is possible. Those skilled in the art will appreciate that other frequencies and frequency ranges may be used in alternative embodiments of the present invention.

공명 주파수(fres) 지점 근방에서의 회수 손실 또는 S11응답은 상당히 급격히 변할 것이다. 공명 주파수 지점 부근에서의 보다 점진적인 응답을 얻기 위해, 프로브는 공명 지점(fres)으로부터 먼쪽으로 튜닝(튜닝 소자를 회전시킴으로써)될 수 있다. 이러한 단계(및 튜닝 소자(333) 자체)는 튜닝된 S11응답을 나타내는 다른 실시예(예를 들어, 제조된 IC 칩)에서 생략될 수도 있다.The recovery loss or S 11 response in the vicinity of the resonant frequency (f res ) point will vary considerably sharply. To obtain a more gradual response in the vicinity of the resonant frequency point, the probe can be tuned (by rotating the tuning element) away from the resonance point ( fres ). This step (and the tuning element 333 itself) may be omitted in another embodiment (e.g., a manufactured IC chip) that represents a tuned S 11 response.

다음 단계(325)에서, 테스트 샘플은 전술한 수단 중 어느 하나를 이용하여 탐지 영역(155)으로 도입된다. 단계(326)에서, 테스트 신호는 탐지 영역(155)에 커플링되고 결과적인 테스트 샘플 응답이 얻어진다.In the next step 325, the test sample is introduced into the detection region 155 using any of the means described above. At step 326, the test signal is coupled to the detection area 155 and the resulting test sample response is obtained.

여기서 설명된 예시적인 실시예에서, 베이스라인 응답은 유체 채널 및 분석대상이 없는 버퍼의 존재하에 이루어진 S11응답이다. 당업자는 다른 측정(2개-포트 S21측정과 같은)이 베이스라인 응답으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 예를 들어 버퍼가 공지된 분석대상을 포함하거나, 또는 응답이 버퍼 및/또는 유체 채널이 없는 상태에서 이루어지는 것과 같은 상이한 조건을 이용하여 베이스라인 응답을 측정할 수도 있다. 수 많은 베이스라인 응답이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 테스트 샘플은 측정 중에 정지상태로 유지되거나 또는 탐지 영역(155)을 통해 이동될 수 있다.In the exemplary embodiment described herein, the baseline response is an S 11 response made in the presence of a fluid channel and an unexplained buffer. Those skilled in the art other measurement - it will be appreciated that the (2 S, such as port 21 measurements) can be used as a baseline response. It is also possible to measure the baseline response using different conditions, for example, where the buffer contains a known analyte, or the response is made in the absence of a buffer and / or fluid channel. It will be appreciated that a large number of baseline responses is possible. As described above, the test sample may remain stationary during measurement or may be moved through the detection area 155. [

도 3c 는 탐지 영역(155)내에서 분자 이벤트가 발생하는 경우의 테스트 샘플 응답(335)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 테스트 샘플 응답(335)는 보다 얕은 널(null)을 나타낸다. 전기적으로, 테스트 샘플내의 분석대상의 유전체 특성은 공명 신호 응답을 변경시키고, 베이스라인 응답(334)에 비해 테스트 샘플 응답(335)의 진폭을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 테스트 샘플 응답(335)은 주파수 이동 즉, 최소 S11응답이 발생하는 주파수가 fres위로 또는 아래로 이동되고, 몇몇 실시예에서, 베이스라인 응답의 진폭 및 주파수 모두가 변화될 것이다. 결합 이벤트가 탐지 영역내에서 일어나는 경우에, 그 응답은 실시간(즉, 반응이 일어남에 따라)으로 모니터링될 수 있다. 당업자는 도시된 테스트 샘플 응답(335)은 가능한 응답의 하나의 예에 불과하며, 본 발명하에서 기타 응답을 관찰할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 테스트 샘플은 버퍼 공명 지점 보다 더 깊은 널(null)을 만들 수 있다. 이 것은 예를 들어 초기 베이스라인 응답(334)이 최소 공명 지점으로부터 먼쪽으로 튜닝되었을 때이다.FIG. 3C shows a test sample response 335 when a molecular event occurs within the detection region 155. FIG. As shown, the test sample response 335 represents a shallower null. Electrically, the dielectric properties of the analyte in the test sample alter the resonance signal response and reduce the amplitude of the test sample response 335 relative to the baseline response 334. [ In an alternative embodiment, the test sample response 335 may be such that the frequency at which the minimum S 11 response occurs is shifted up or down f res and, in some embodiments, both the amplitude and the frequency of the baseline response are changed will be. If a binding event occurs within the detection region, the response may be monitored in real time (i.e., as the reaction occurs). Those skilled in the art will appreciate that the illustrated test sample response 335 is but one example of a possible response and that other responses can be observed under the present invention. For example, in some embodiments, a test sample may make a deeper null than a buffer resonance point. This is for example when the initial baseline response 334 is tuned away from the minimum resonance point.

이어지는 단계(327)에서, 베이스라인 및 테스트 샘플 응답(334 및 335)이 미리 정해진 양 이상으로 상이한지에 대한 결정이 이루어진다. 이러한 단계는, 베이스라인 및 테스트 샘플 응답(334 및 335)의 진폭, 주파수, 및/또는 위상 데이터를 비교하고, 그 차이가 미리 정해진 또는 미리 프로그램된 양을 초과하였을 때 변화가 발생하였다는 것을 나태냄으로써 이루어질 수 있다. 1 GHz 의 fres에서의 예시적인 양은 진폭이 0.1 dB, 0.5 dB, 1 dB, 3 dB, 5 dB, 10 dB (또는 그 값들 사이); 위상이 1 도, 10 도, 25 도, 45 도, 90 도, 180 도(또는 그들 사이); 주파수가 1 KHz, 3 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 1 MHz, 10 MHz, 100 MHz(또는 그 사이); 또는 이러한 양들의 둘 이상의 조합의 범위내에서 변화된다. 전술한 주파수들은 보다 높은 또는 보다 낮은 fres주파수에 따라 증감될 수 있다. 예를 들어, 10 MHz의 fres에 대한 미리 프로그램된/미리 정해진 주파수는 10 Hz 내지 1 MHz가 될 것이다.In a following step 327, a determination is made whether the baseline and test sample responses 334 and 335 differ by more than a predetermined amount. This step compares the amplitude, frequency, and / or phase data of the baseline and test sample responses 334 and 335 and indicates that a change has occurred when the difference exceeds a predetermined or pre- . An exemplary amount at fres at 1 GHz is 0.1 dB, 0.5 dB, 1 dB, 3 dB, 5 dB, 10 dB (or between those values) of amplitude; Phase is 1 degree, 10 degrees, 25 degrees, 45 degrees, 90 degrees, 180 degrees (or between them); Frequency is 1 KHz, 3 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 1 MHz, 10 MHz, 100 MHz (or between); Or a combination of two or more of such quantities. The above-mentioned frequencies may be increased or decreased according to a higher or lower f res frequency. For example, a preprogrammed / predetermined frequency for f res of 10 MHz would be 10 Hz to 1 MHz.

만약, 단계(327)에서 베이스라인 및 테스트 샘플 응답 간의 차이가 미리 정해진 양을 초과하지 않는다면, 탐지 시스템(300)은 fstart내지 fstop의 주파수 범위내에서 분자 이벤트가 탐지되지 않았다는 것을 나타낸다(단계 328). 이러한 표시는 예를 들어 사용자에게 전술한 메세지를 전달하는 것, 응답(334)과 응답(335) 간의 측정된 진폭, 주파수 및/또는 위상 차이를 그림으로 표시하는 것, 측정 데이터 또는 다른 출력 수단을 공급하는 것과 같은 여러 가지 방법으로 사용자에게 전달할 수 있다. 설명된 fstart내지 fstop의 주파수 범위는 결합 이벤트 또는 하부구조의 탐지를 기대할 수 있는 둘 이상의 보다 작은 주파수를 포함할 수 있다는 것을 주지하여야 한다.If the difference between the baseline and the test sample response does not exceed a predetermined amount at step 327, the detection system 300 indicates that no molecular event has been detected within the frequency range of f start to f stop 328). Such indication may include, for example, conveying the above-described message to the user, graphically displaying the measured amplitude, frequency and / or phase difference between response 334 and response 335, measuring data or other output means And can be delivered to the user in a number of ways, such as by providing. It should be noted that the frequency range of f start to f stop described may include two or more smaller frequencies that can expect detection of a combining event or infrastructure.

만약, 단계(327)에서 베이스라인 반응과 테스트 샘플 반응 사이의 차이가 미리 정해진 양을 초과한다면, 탐지 시스템(300)은 분자 이벤트가 탐지 영역(155)내에서 탐지되었다는 것을 나타낸다(단계 329). 이러한 표시는 전술한 것과 유사한 방식으로 사용자에게 전달된다. 바람직한 실시예에서, 테스트 샘플 반응(325)는추후의 검색 및 다른 테스트 샘플 응답과의 비교를 위해 저장된다(단계 330).If the difference between the baseline response and the test sample response exceeds a predetermined amount at step 327, the detection system 300 indicates that the molecular event has been detected within the detection area 155 (step 329). This indication is communicated to the user in a manner similar to that described above. In a preferred embodiment, the test sample response 325 is stored for later retrieval and comparison with other test sample responses (step 330).

탐지된 분석대상의 규명에 관한 정보는 여러 가지 방법으로 수득될 수 있다. 만약, 탐지 영역(155)이 작용되어 특정 분석대상에 특이적으로 결합된다면, 결합된 분석대상에 대한 규명은 그 것으로부터 결정될 수 있다.Information on the identification of detected analytes can be obtained in a number of ways. If the detection region 155 is operative and is specifically bound to a particular analyte, identification of the bound analyte can be determined therefrom.

탐지 영역(155)내에서 비-특이적 결합이 일어나거나 또는 분자 결합이 일어나지 않는 다른 실시예에서, 탐지된 결합 이벤트의 규명은 다-단계 공정으로 이루어 진다. 먼저, 공지된 분석대상이 버퍼에 첨가되고 유체 채널의 탐지 영역으로 공급된다. 다음에, 전술한 측정 프로브 및 방법론을 이용하여, 공지된 테스트 샘플의 신호 응답(335)이 얻어지고 저장된다. 분석대상의 식별자(identifier)(분석대상의 명칭, 기호식 코드나 배열, 또는 할당된 다른 식별자)가 연속적으로 테스트 샘플 응답(335)과 연관되고 데이터베이스에 저장되며, 그 데이터베이스로부터 검색되고 다른 테스트 샘플 응답과 비교된다. 다른 테스트 샘플 응답이 저장된 응답(335)과 밀접하게 연관되는 경우, 다른 테스트 샘플내의 분자 이벤트의 식별이 이루어질 수 있다.In another embodiment where non-specific binding occurs within the detection region 155, or molecular binding does not occur, the identification of the detected binding events results in a multi-step process. First, a known analyte is added to the buffer and fed to the detection region of the fluid channel. Next, using the measurement probe and methodology described above, the signal response 335 of a known test sample is obtained and stored. The identifier of the analysis object (the name of the analysis object, the symbolic code or array, or the other identifier assigned) is successively associated with the test sample response 335 and stored in the database, retrieved from that database, . If another test sample response is closely related to the stored response 335, identification of the molecular event in another test sample can be made.

다른 측정이 계속될 것이지의 여부를 결정하는 단계(331)가 이어진다. 이러한 단계는 예를 들어 생산량이 많은 자동화된 분자 탐지 시스템에서 채용될 수 있을 것이다. 하나 이상의 측정이 남아 있다면, 전술한 단계들 중 하나를 이용하여 다른 테스트 샘플을 탐지 영역(155)으로 도입하는 단계(324)로 돌아간다. 만약 다른 측정이 필요 없다면, 측정 공정을 단계(332)에서 종료된다.A step 331 is followed to determine whether another measurement is to continue. Such steps may be employed, for example, in automated molecular detection systems with high yields. If more than one measurement remains, the method returns to step 324, where another test sample is introduced into the detection area 155 using one of the steps described above. If no other measurements are needed, the measurement process ends at step 332. [

설명된 실시예의 연장선에서, 탐지 시스템(300)은 N 개의 측정 프로브(230i) 예를 들어, 각각이 96개 웰 마이크로 타이터 플레이트내의 하나의 웰에 커플링되는 96개의 프로브를 포함할 수 있다. 각 프로브는 각각의 N 개의 탐지 영역(155i)에, 예를 들어 마이크로 타이터 플레이트내의 각 웰의 바닥부에, 커플링될 것이다. 이러한 실시예에서, 바람직하게 탐지 시스템은 테스트 신호를 N 개의 탐지 영역(155i) 중 하나로 전달하는 1 ×N 스위치 매트릭스와, N 개의 가능한 탐지 영역 중 하나로부터의 변조된 신호를 신호 탐지부로 전달하는 N ×1 스위치 매트릭스를 포함한다. 다른 실시예에서, 각각의 프로브(230i) 및 탐지 영역(155i)이 서로 다른 공명 주파수를 가지도록 디자인될 수 있으며, 이 경우 모든 탐지 영역(155i)은 연속적인 주파수 스펙트럼에 걸쳐 탐지될 수 있다. 다른 구성의 탐지 시스템(300)도 당업자에게 자명할 것이다.In the extension of the described embodiment, the detection system 300 may include 96 probes coupled to N measurement probes 230 i , for example, one well in each of the 96 well microtiter plates . Each probe will be coupled to each N detection area 155 i , for example, at the bottom of each well in the microtiter plate. In this embodiment, the detection system preferably comprises a 1 x N switch matrix for delivering a test signal to one of the N detection regions 155 i , and a 1 x N switch matrix for transmitting the modulated signal from one of the N possible detection regions to the signal detection unit N x 1 switch matrix. In another embodiment, each probe (230 i) and detection zone (155 i) is to be designed to have different resonant frequencies, in which case all the detection areas (155 i) is to be detected over a continuous frequency spectrum . Other configurations of detection system 300 will be apparent to those skilled in the art.

도 3d 는 본 발명에 따라 테스트 샘플내에서 발생하는 분자 결합 이벤트를 탐지하는 방법을 도시하고 있다. 이러한 공정은 전술한 도 3b 와 유사한 방식으로 시작된다: 즉,Figure 3D illustrates a method for detecting molecular binding events occurring in a test sample in accordance with the present invention. This process is initiated in a manner similar to that described above with respect to Figure 3b:

미리 정해진 주파수에서 또는 그 근방의 주파수에서 공명 응답을 가지도록 프로브를 디자인하고, 프로브 헤드를 채널의 탐지 영역에 인접 배치시키고, 분석대상이 없는 버퍼를 탐지 영역으로 공급하며, 버퍼 공명 지점(point)으로 또는 그 근방으로 프로브를 튜닝한다(단계 340-343).Designing the probe to have a resonance response at a frequency at or near a predetermined frequency, placing the probe head adjacent to the detection region of the channel, supplying a buffer that is not to be analyzed to the detection region, (Steps 340-343). ≪ / RTI >

다음 단계(344)에서, 제 1 분석대상을 포함하는 제 1 테스트 샘플을 탐지 영역으로 공급한다. 바람직한 실시예에서, 분석대상은 예를 들어 6 mg/ml 의 1×농도로 공급된다. 응답(353, 도 3e 에서 표시됨)이 얻어지고 저장된다(단계 345). 다음 단계(346)에서, 바람직하게는 제 1 분석대상과 농도가 동일한(설명된 실시예에서 6mg/ml) 제 2 분석대상을 포함하는 제 2 테스트 샘플이 탐지 영역으로 공급된다. 바람직하게, 탐지 영역은 제 1 분석대상의 잔류물을 제거하기 위해 세척제로 세척된다. 이러한 공정은 전술한 간격 물질을 이용하여 실행될 것이다. 이어서, 제 2 테스트 샘플에 대한 응답(355, 도 3e 에 도시됨)이 얻어지고 저장된다(단계 347).In the next step 344, a first test sample including the first analysis target is supplied to the detection area. In a preferred embodiment, the analyte is supplied, for example, at a concentration of 1 x 6 mg / ml. A response 353 (shown in FIG. 3E) is obtained and stored (step 345). In the next step 346, a second test sample containing a second analyte, preferably having the same concentration as the first analyte (6 mg / ml in the illustrated embodiment) is supplied to the detection region. Preferably, the detection region is washed with a detergent to remove residues of the first analyte. This process will be performed using the spacing material described above. A response 355 (shown in FIG. 3E) to the second test sample is then obtained and stored (step 347).

다음 단계(348)에서, 제 1 및 제 2 분석대상은 제 3 샘플내로 혼합된다. 바람직하게, 제 1 및 제 2 분석대상은 0.5×농도(설명된 예에서 각각 3 mg/ml)로 혼합되어, 측정된 제 1 및 제 2 샘플에 대해 분석대상의 전체적인 농도를 동일하게 유지한다. 그 후에, 제 3 샘플이 탐지 영역으로 공급되고, 응답이 얻어지고 저장된다(단계 349). 선택적으로, 신호 응답의 변화를 실시간으로 모니터링하기 위해, 2 개의 분석대상을 탐지 영역에서/그 영역에 인접하여 도입하고 혼합할 수도 있다(예를 들어, 전술한 단계식-유동 시스템을 이용한다).In a next step 348, the first and second analytes are mixed into a third sample. Preferably, the first and second analytes are mixed at a concentration of 0.5x (3 mg / ml each in the example described) to maintain the overall concentration of analyte for the first and second samples being measured the same. Thereafter, a third sample is supplied to the detection region, and a response is obtained and stored (step 349). Alternatively, two analytes may be introduced and mixed in the detection region / adjacent to that region (e.g., using the stepped-flow system described above) to monitor changes in signal response in real time.

제 1 및 제 2 분석대상 간에 일어나는 결합 이벤트의 탐지는 버퍼 베이스라인 응답, 제 1 테스트 샘플 응답(353), 제 2 테스트 샘플 응답(355), 및 제 3 테스트 샘플 응답(357 또는 359)의 비교에 의해 측정된다.The detection of a binding event that occurs between the first and second analysis objects may include comparing a buffer baseline response, a first test sample response 353, a second test sample response 355, and a third test sample response 357 or 359 .

도 3e 는 베이스라인 버퍼 응답(351), 제 1 테스트 샘플 응답(353), 제 2 테스트 샘플 응답(355)의 실시예, 및 제 3 샘플 신호 응답(비결합 상태에 대응하는 357 또는 제 1 및 제 2 분석대상 간의 결합 상태에 대응하는 359)의 두개의 가능한 실시예를 도시한다. 궤적(353, 355, 357)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 두개의 분석대상이 제 3 테스트 샘플내에서 결합되지 않는 경우, 제 3 테스트 샘플 응답(357)은 제 1 및 제 2 테스트 샘플 응답(353 및 355) 간의 실질적인 평균 값을 나타낸다. 제 1 및 제 2 분석대상이 제 3 테스트 샘플내에서 결합하는 경우, 응답(359)은 두 샘플의 평균과 크기 및 주파수(위상 뿐만 아니라)가 구별된다.FIG. 3E illustrates an example of a baseline buffer response 351, a first test sample response 353, an example of a second test sample response 355, and a third sample signal response 357, ≪ / RTI > 359) corresponding to the binding state between the first analyte and the second analyte. As can be seen from the trajectories 353, 355 and 357, if the two analytes are not combined in the third test sample, then the third test sample response 357 is the first and second test sample responses 353 And 355, respectively. If the first and second analysis objects combine in the third test sample, the response 359 distinguishes the mean and size and frequency (as well as phase) of the two samples.

테스트 시스템은, 주어진 제 1 및 제 2 테스트 샘플 응답의 평균 응답을 계산하고, 계산된 응답과 측정된 테스트 샘플 응답 간의 차이를 계산하며, 그 차이로부터 결합이 일어났는지의 여부를 결정(계산된 응답과 측정된 응답이 서로 밀접하게 연관될수록 결합이 발생하지 않은 경우가 많다)하도록, 미리 프로그램될 수 있다. 특정 실시예에서, 미리 정해진 진폭 및 주파수 윈도우(window)가 두개의 응답의 계산된 평균 값에 대해 계산된다. 미리 정해진 진폭/주파수 윈도우의 외부에서 발생한 측정 응답은 결합을 나타내며, 그 윈도우 내에서 발생하는 측정 응답은 결합을 암시한다. 1 GHz 에서의 진폭/주파수 윈도우는 진폭이 0.1 dB, 0.3 dB, 0.5 dB, 1 dB, 3 dB, 5 dB, 10 dB (또는 그 값들 사이) 범위이고, 주파수가 0.1 KHz, 0.5 KHz,1 KHz, 3 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 30 KHz, 50 KHz, 100 KHz, 1 MHz, 3 MHz, 10 MHz, 100 MHz(또는 그 사이) 범위일 것이다. 전술한 주파수들은 보다 높은 또는 보다 낮은 fres주파수에 따라 증감될 수 있다. 예를 들어, 10 MHz의 fres에 대한 미리 프로그램된/미리 정해진 주파수는 10 Hz 내지 1 MHz가 될 것이다.The test system calculates an average response of the given first and second test sample responses, calculates the difference between the calculated response and the measured test sample response, and determines whether the combination has occurred from the difference And the closer the measured response is, the more often the coupling does not occur). In a particular embodiment, a predetermined amplitude and frequency window is calculated for the calculated average value of the two responses. A measurement response occurring outside of a predetermined amplitude / frequency window represents a combination, and the measurement response occurring within that window implies a combination. The amplitude / frequency window at 1 GHz is defined by the amplitude at frequencies of 0.1, 0.5, 1, 3, 5, and 10 dB (or between these values) , 3 KHz, 5 KHz, 10 KHz, 30 KHz, 50 KHz, 100 KHz, 1 MHz, 3 MHz, 10 MHz, 100 MHz (or between). The above-mentioned frequencies may be increased or decreased according to a higher or lower f res frequency. For example, a preprogrammed / predetermined frequency for f res of 10 MHz would be 10 Hz to 1 MHz.

도 3d 에 도시된 공정의 다른 실시예에서, 측정 단계(345)는 제 1 테스트 샘플의 존재하에서 프로브가 공명 응답으로 튜닝되도록 튜닝 소자(233)를 재조절하는 것을 포함한다. 이어서, 이러한 응답은 저장되고 제 2 테스트 샘플 측정치(347) 및/또는 조합된 테스트 샘플 측정치(349)로부터 산술적으로 차감된다.In another embodiment of the process shown in FIG. 3D, measurement step 345 includes readjusting the tuning element 233 such that the probe is tuned to the resonance response in the presence of the first test sample. This response is then stored and subtracted arithmetically from the second test sample measurement 347 and / or the combined test sample measurement 349.

도 3f 는 두개의 분석대상을 포함하는 샘플에서의 분자 결합 이벤트를 탐지하는 제 2 방법을 도시한다. 이러한 방법은 단계(367)에서 제 1 및 제 2 분석대상이 제 3 샘플내에서 1×농도(즉, 각각 6 mg/ml)들로 혼합된다는 점을 제외하고는 도 3d 의 방법과 거의 유사하다.Figure 3f shows a second method for detecting molecular binding events in a sample containing two analytes. This method is very similar to the method of Figure 3d except that in step 367 the first and second analytes are mixed in a 1 × concentration (ie, 6 mg / ml each) in the third sample .

이러한 실시예에서, 결합의 부존재는 공명 주파수의 변화를 분석함으로써 탐지될 수 있다. 특히, 제 3 샘플내에서 제 1 및 제 2 분석대상 간에 결합이 발생하지 않은 경우, 제 3 샘플의 신호 응답은 실질적으로 fres에 제 1 및 제 2 샘플 응답의 공명 주파수 지점의 변화 합을 더한 공명 주파수를 나타낼 것이다. 제 1 , 제 2 및 제 3 샘플 응답의 예가 도 3g 에 도시되어 있다. 결합이 발생하면, 제 3 샘플의 공명 주파수 응답은 도 3g 에 도시된 공명 주파수 총합으로부터 상당히 변할 것이다. 전술한 바와 같은 진폭/주파수 윈도우는 제 1 및 제 2 샘플의 측정된 응답으로부터 계산될 것이다. 미리 정해진 윈도우내에서 발생하는 신호 응답은 두개의 분석대상들 간에 결합이 발생하지 않았다는 것을 나타낸다.In this embodiment, the absence of coupling can be detected by analyzing the change in resonance frequency. In particular, the third sample if the coupling between the first and second analyte in the did not occur, the signal response of the three samples is substantially f res to the first and the sum of the total change in the resonant frequency point of the second sample response Will represent the resonance frequency. An example of the first, second and third sample responses is shown in FIG. 3g. If coupling occurs, the resonant frequency response of the third sample will vary significantly from the resonant frequency sum shown in FIG. 3g. The amplitude / frequency window as described above will be calculated from the measured responses of the first and second samples. A signal response occurring within a predetermined window indicates that no coupling has occurred between the two analysis objects.

프로브의 공명 신호 응답 변화를 모니터링함으로써, 공명 프로브를 이용하여분석대상을 탐지 및 규명하는 것을 이상에서 설명하였다. 고주파 회로 및 시스템의 당업자들은 비-공명 프로브(일 실시예가 도 2e 에 도시되어 있음)를 이용하여 분석대상을 탐지하고 규명할 수 있다는 것을 알 것이다. 그 공정은, 베이스라인 및 테스트 샘플 응답이 통상적으로 수백 MHz 또는 GHz 의 광역 주파수 범위에 걸쳐 취해진다는 점을 제외하고는, 도 3b 및 3d 에 도시된 단계들과 매우 유사하다. 넓은 대역 응답은 넓은 주파수 범위에 걸쳐 샘플의 유전체 특성을 탐색함으로써 광역 주파수 범위에 걸쳐 신호 응답을 상당히 변화시킨다는 이점을 제공한다. 측정된 응답의 큰 변화는 테스트 샘플내에서 분자 이벤트가 발생하였다는 것을 나타내는데 사용될 수 있다. 또한, 신호 응답이 분자 이벤트와 연관된 경우, 응답은 이어지는 미지의 샘플의 테스트에서 특정 분자 이벤트를 규명하는데 이용될 수도 있다.It has been described above that by monitoring the change in the resonance signal response of the probe, the object to be analyzed is detected and identified using the resonance probe. Those skilled in the art of high frequency circuits and systems will appreciate that non-resonant probes (one embodiment shown in Figure 2e) can be used to detect and identify analytes. The process is very similar to the steps shown in Figures 3b and 3d, except that baseline and test sample responses are typically taken over a wide frequency range of a few hundred MHz or GHz. The wideband response offers the advantage of significantly changing the signal response over a wide frequency range by exploring the dielectric properties of the sample over a wide frequency range. A large change in the measured response can be used to indicate that a molecular event has occurred in the test sample. Also, if the signal response is associated with a molecular event, the response may be used to identify a specific molecular event in testing of the subsequent unknown sample.

도 4a 는 시간 영역(domain) 측정 시스템(400)을 포함하는 분자 탐지 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 그 시스템(400)은 펄스 신호 공급원(410) 및 탐지부(412)를 포함하며, 그 탐지부는 동축 케이블, 전송 라인 또는 기타 전송 매체(420)와 같은 신호 경로를 통해 탐지 조립체에 커플링된다. 부가적인 펄스 공급원 및 탐지부를 사용하여 완전한 2-포트 측정 능력을 제공할 수도 있다. 특정 실시예에서, 펄스 신호 공급원(410) 및 탐지부(412)는 오리곤 비버톤에 소재하는 Tektronix Corporation 이 제조한 모델 번호 11801 과 같은 시간 영역 반사계 시스템내에 통합될 수 있다. 시간 영역 측정 모드를 가지는 네트워크 분석기와 같은 다른 고주파 측정 시스템을 이용할 수도 있다.FIG. 4A illustrates another embodiment of a molecular detection system including a domain measurement system 400. FIG. The system 400 includes a pulse signal source 410 and a detection unit 412 that is coupled to the detection assembly through a signal path such as a coaxial cable, transmission line or other transmission medium 420. Additional pulse sources and detectors may be used to provide full two-port measurement capability. In certain embodiments, the pulse signal source 410 and detector 412 may be integrated within a time domain reflectometer system, such as model number 11801, manufactured by Tektronix Corporation, located in Beaverton, OR. Other high frequency measurement systems, such as network analyzers having a time domain measurement mode, may also be used.

시간 영역 측정 중에, 펄스화된 입사 신호(422)가 생성되고 전송 라인(420)을 따라 탐지 조립체(100)를 향해 발진된다. 일 실시예에서 펄스는 사각파로 구성되나, 본 발명의 다른 실시예에서 다른 펄스 형상을 이용할 수도 있다. 용액내의 분자(들)의 유전체 특성은 입사 펄스의 일부를 신호 탐지부(412)를 향해 반사시킨다. 그 반사된 신호(424)는 분자 유전체 특성의 특징이 되는 특이 형상 및/또는 시간 지연을 나타낼 것이다. 따라서, 반사 신호(424)의 펄스 형상 및 지연은 용액내의 분자(들)를 특징짓고 규명하는데 사용될 수 있다. 시간 영역 테스트 시스템(400)은 스칼라 또는 벡터 네트워크 분석기와 조합하여 또는 별도로 사용되어 용액내의 하나 이상의 미지 분자를 규명할 수 있다.During time domain measurement, a pulsed incident signal 422 is generated and oscillated along the transmission line 420 towards the detection assembly 100. In one embodiment, the pulses are comprised of square waves, but other pulse shapes may be used in other embodiments of the invention. The dielectric properties of the molecule (s) in solution reflect some of the incident pulses toward the signal detection portion 412. The reflected signal 424 will exhibit a specific shape and / or time delay characteristic of the molecular dielectric property. Thus, the pulse shape and delay of the reflected signal 424 can be used to characterize and identify the molecule (s) in solution. Time domain test system 400 may be used in combination with a scalar or vector network analyzer or separately to identify one or more unknown molecules in solution.

당업계에 공지된 바와 같이, 분자의 유전체 완화(relaxation) 주파수는 분자에 전기장이 가해졌을 때 분자 레벨의 유전체 특성 변화율이다. 분자의 유전체 특성과 마찬가지로, 유전체 완화 주파수는 각 분자에 독특한 구조 및 분자의 기하학적 형상에 의해 주로 정해진다. 따라서 측정되면, 분자의 유전체 완화 주파수는 분자를 규명하는데 사용될 수 있다.As is known in the art, the dielectric relaxation frequency of a molecule is the rate of change in dielectric properties at the molecular level when an electric field is applied to the molecule. Like the dielectric properties of a molecule, the dielectric relaxation frequency is mainly determined by the structure unique to each molecule and the geometrical shape of the molecule. Thus, once measured, the dielectric relaxation frequency of a molecule can be used to identify the molecule.

유전체 완화 주파수는 분석 대상이 주파수에 걸쳐 에너지를 흡수하는 비율을 측정함으로써 결정될 수 있다. 도 4b 는 이러한 형태의 측정을 위한 시스템(450)의 일 실시예를 도시한다. 그 시스템(450)은 도 2a 에 도시된 시간 영역 측정 시스템(450)과 유사하고, 탐지 조립체(100)에 커플링된 탐지부(462) 및 펄스 신호 공급원(460)을 포함한다. 부가적인 펄스 공급원 및 탐지부를 이용하여 완전한 2-포트 측정 능력을 제공할 수도 있다. 특정 실시예에서, 측정 시스템(450)은, 펄스 간격을 조절할 수 있는 펄스 트레인(train)을 입력 신호가 포함하는 전술한 바와같은 시간 영역 반사계로 구성된다. 당업자는 유사한 펄스 트레인을 생성할 수 있고 그에 상응하는 결과적인 신호를 탐지할 수 있는 기타 장치를 본 발명의 다른 실시예에 사용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.The dielectric relaxation frequency can be determined by measuring the rate at which the analyte absorbs energy over the frequency. Figure 4B illustrates one embodiment of a system 450 for this type of measurement. The system 450 is similar to the time domain measurement system 450 shown in FIG. 2A and includes a detector 462 coupled to the detection assembly 100 and a pulse signal source 460. Additional pulse sources and detectors may be used to provide full two-port measurement capability. In a particular embodiment, the measurement system 450 is configured with a time domain reflectometer as described above wherein the input signal includes a pulse train that can adjust the pulse spacing. Those skilled in the art will appreciate that other devices capable of generating similar pulse trains and detecting corresponding resultant signals may be used in other embodiments of the present invention.

입사 신호(480)는 분리된 펄스 그룹(482 및 484)로 이루어지고, 그 각각의 펄스 그룹은 둘 이상의 입사 펄스 및 상이한 펄스 간격을 가진다. 펄스 그룹(482 및 484)은 전송라인을 따라 전송라인의 일부를 향해 즉, 탐지 영역(155)을 향해 발진된다. 만약 펄스 그룹(482)이 분석 대상의 유전체 완화 시간(period)(완화 주파수의 역수)과 실질적으로 동일한 펄스간격을 가진다면, 분석 대상은 이어지는 펄스에서 계속적으로 적은 에너지를 흡수할 것이다. 신호 흡수의 감소는 탐지부(462)에서 반사된 응답(490)으로서 측정될 수 있다. 다른 대안적인 측정 양으로서, 남아있는 신호 에너지가 탐지부(462)에서 측정될 수 있다.The incident signal 480 consists of separate pulse groups 482 and 484, each of which has two or more incident pulses and a different pulse interval. Pulse groups 482 and 484 are oscillated toward a portion of the transmission line along the transmission line, i. If the pulse group 482 has a pulse interval that is substantially equal to the dielectric relaxation period (inverse of the relaxation frequency) of the analyte, the analyte will continue to absorb less energy in the subsequent pulse. The decrease in signal absorption may be measured as the response 490 reflected at the detector 462. [ As another alternative measurement amount, the remaining signal energy can be measured at the detector 462. [

변화가 발생하는 펄스 간격 및 신호 흡수 변화율을 표시할 수 있으며, 미지의 분석 대상 및/또는 분석 대상을 포함하는 결합 이벤트를 특정하고 규명하는데 이용할 수 있다. 이러한 시스템 특징은 전술한 시간 및/또는 주파수 영역 테스트 시스템과 함께 또는 독립적으로 사용될 수 있다.The pulse interval and the signal absorption change rate at which the change occurs can be displayed and can be used to identify and identify a combination event including an unknown analysis target and / or an analysis target. These system features may be used with or independently of the time and / or frequency domain test systems described above.

전술한 시스템들 모두에서, 당업자는 Microwave Monolithic Integrated Circuit(MMIC) 등의 기술을 이용하여 상기 시스템들을 칩 레벨로 스케일을 줄일 수 있을 것이다. 그러한 소형화 시스템은 수백, 수천 또는 수만의 혼합물을 동시에 탐지하고 측정할 수 있는 병렬적인 시스템으로 용이하게 확장될 수 있다. 이러한 시스템들은, 특징적인 임피던스 및 그에 따른 전송 및/또는 반사 계수를 변경함으로써, 또는 회로의 대역 통과 특성을 변경시키고 그 회로를 온/오프 게이트로 사용함으로써 결합 이벤트 자체에 의해 스위칭되는 "논리 게이트"를 구성할 수도 있다.In all of the above systems, those skilled in the art will be able to scale these systems down to chip level using techniques such as Microwave Monolithic Integrated Circuits (MMICs). Such miniaturization systems can be easily extended to parallel systems capable of simultaneously detecting and measuring hundreds, thousands or even tens of thousands of mixtures. These systems are called " logic gates " that are switched by the coupling event itself by changing the characteristic impedance and hence the transmission and / or reflection coefficient, or by changing the bandpass characteristics of the circuit and using the circuit as an on / .

Ⅴ. 예시적인 용도Ⅴ. Exemplary Uses

전술한 시스템 및 방법을 이용하여, 본 발명을 여러 가지 용도에 사용할 수 있다. 일 양태에서, 본 발명은 1차 결합 단계의 단백질과 같은 분석 대상을 포함하는 결합 이벤트 또는 하부구조를 규명하는데 사용될 수 있다. 교정 단계에서, 공지된 많은 수의 단백질의 응답을 측정하고 저장할 수 있다. 미지의 단백질을 탐지 영역에 도입한 후에, 시스템의 유전체 특성을 측정할 수 있고 신호의 유전체 특성을 사용하여 단백질의 특성을 규명할 수 있다. 각 단백질의 지문(fingerprint) 응답이 저장되기 때문에, 미지의 응답이 저장된 응답과 비교될 수 있고, 패턴 인식 방법을 사용하여 미지의 단백질을 규명할 수 있다.Using the systems and methods described above, the present invention can be used for a variety of applications. In one aspect, the invention can be used to identify binding events or infrastructures that include an analyte, such as a protein in a first binding step. In the calibration phase, the response of a large number of known proteins can be measured and stored. After introducing an unknown protein into the detection region, the dielectric properties of the system can be measured and the characteristics of the protein can be identified using the dielectric properties of the signal. Since the fingerprint response of each protein is stored, the unknown response can be compared to the stored response, and the unknown protein can be identified using the pattern recognition method.

다른 실시예에서, 본 발명은 병렬 측정 포멧으로 사용될 수 있다. 그 장치는 다수의 어드레스할 수 있는(addressable) 채널을 가지며, 각 채널은 독립적을 탐색될 수 있다. 테스트 샘플 또는 샘플들은 장치에 공급한 후에, 각 지점(site)에서의 응답을 측정하고 특징화(charaterization)한다. 예를 들어, 이러한 형태의 장치를 이용하여, 항리간드로서의 독특한 핵산 배열을 탐지 영역 또는 그 일부에 부착시킴으로써, 테스트 샘플내의 특정 핵산 배열의 존재를 측정 및/또는 규명할 수 있다. 테스트 샘플에 노출되었을 때, 보체(補體) 배열은 적절한 지점에 결합될 것이다. 각 지점에서의 응답은 배열이 결합되었는지를 나타낼 것이다. 그러한 측정은 또한 결합 배열이 항리간드 배열과 완전히 정합되었는지 또는 하나 이상의 부정합이 존재하는지의 여부를 나타낼 것이다. 이러한 실시예는 또한 단백질 및 단백질의 종류를 규명하는데 이용될 수 있다.In another embodiment, the invention can be used in a parallel measurement format. The device has a number of addressable channels, each of which can be independently searched. The test sample or samples are fed to the device and then measured and charaterized at each site response. For example, using this type of device, the presence of a particular nucleic acid sequence in a test sample can be measured and / or identified by attaching a unique nucleic acid sequence as an anti-ligand to the detection region or a portion thereof. When exposed to a test sample, the complement arrangement will be bonded at the appropriate point. The response at each point will indicate whether the array is joined. Such a measurement will also indicate whether the binding sequence is fully matched with the anti-ligand sequence or whether there is more than one mismatch. This embodiment can also be used to identify the types of proteins and proteins.

다른 실시예에서, 본 발명은 특정 분석 대상의 미지 농도를 측정하는데 이용될 수 있는 표준 곡선 또는 적정(滴定) 곡선을 결정하는데, 또는 리간드 결합 곡선을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 항체는 탐지 영역에 부착될 수 있다. 그 장치는 분석 대상의 여러 가지 상이한 농도 및 각각의 측정된 농도에 대한 응답에 노출될 수 있을 것이다. 그러한 곡선은 또한 당업자에게 도즈(dose)-응답 곡선으로 알려져 있다. 미지의 테스트 샘플은 장치 및 측정된 응답에 노출될 수 있다. 그 응답은 표준 곡선과 비교되어 미지의 테스트 샘플내의 분석 대상의 농도를 결정할 수 있다. 유사하게, 상이한 리간드의 결합 곡선을 비교하여 여러개의 상이한 리간드 중 어느 것이 특정 단백질 또는 다른 분자로의 결합에 대한 가장 큰(작은) 친화력 상수를 갖는지를 결정할 수 있다.In another embodiment, the invention can be used to determine a standard curve or titration curve that can be used to measure the unknown concentration of a particular analyte, or to determine a ligand binding curve. For example, the antibody may be attached to the detection region. The device may be exposed to a variety of different concentrations of the analyte and responses to each measured concentration. Such curves are also known to those skilled in the art as dose-response curves. Unknown test samples may be exposed to the device and the measured response. The response may be compared to a standard curve to determine the concentration of the analyte in the unknown test sample. Similarly, the binding curves of different ligands can be compared to determine which of a number of different ligands have the greatest (small) affinity constant for binding to a particular protein or molecule.

다른 실시예에서, 본 발명은 시효(aging) 및 기타 안정성 문제로 인한 손실에 대해 내부적인 자체-교정을 하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 항체-항원 시스템에서, 본 발명에 의해, 활동성을 알 수 없는 테스트 샘플에 노출되기 전에 1 차 응답을 측정함으로써, 테스트 샘플내의 활성 항체의 양을 측정할 수 있다. 그 응답을 비교하여 남아 있는 활성 항체의 양을 측정한다.In another embodiment, the present invention can be used for internal self-calibration against loss due to aging and other stability problems. For example, in an antibody-antigen system, by the present invention, the amount of active antibody in a test sample can be determined by measuring the primary response before exposure to an unknown test sample. The response is compared and the amount of active antibody remaining is determined.

탐지 조립체를 사용하여 분자 결합 이벤트의 탐지 및 규명, 벌크형 테스트 샘플의 유전체 특성 변화, 탐지된 결합 이벤트의 분류, 등과 같은 테스트 샘플의 여러 가지 특성에 관한 정보를 얻는다. 또한, 탐지 조립체는 자체-교정 능력을 가지며, 그 능력은 사용시의 품질 제어 및 보장의 측면에서 유용하다. 이러한 방법 및 능력에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다. 기술된 방법 및 구조를 기초로, 당업자는 용이하게 개량 및 부가를 할 수 있을 것이다.Detection assemblies are used to obtain information about various properties of test samples, such as detection and identification of molecular binding events, changes in the dielectric properties of bulk test samples, classification of detected binding events, and the like. The sensing assembly also has self-calibration capability, which is useful in terms of quality control and assurance in use. These methods and capabilities are described in more detail below. Based on the described method and structure, one of ordinary skill in the art will be able to easily make improvements and additions.

분자 구조 탐지Molecular structure detection

본 발명에 의해 탐지 시스템의 탐지 영역(155)내의 분자 결합 이벤트의 존재 또는 분자 구조의 존재를 탐지할 수 있다. 탐지 가능한 결합 이벤트는 1차, 2차, 및 그 보다 고차원의 결합 이벤트를 포함한다. 예를 들어, 두개의 테스트 샘플의 혼합에 의해 리간드/항리간드 쌍 간의 결합을 탐지할 수 있다. 예를 들어, 대상 분자 또는 분자 구조를 포함하는 용액이 제공된다. 테스트 신호가 신호 경로를 따라 전파된다. 선택적으로, 결합 이벤트의 결과로서 발생하는 신호 응답을 실시간으로 관찰할 수 있도록 혼합 작업 중에 또는 그 직후에 테스트 신호가 가해진다. 테스트 신호가 회수되고, 그 신호의 응답은 분석 대상, 하부구조 또는 결합 이벤트의 탐지를 나타낸다.The present invention can detect the presence of a molecular binding event or the presence of a molecular structure in the detection region 155 of the detection system. Detectable join events include primary, secondary, and higher order join events. For example, the combination of two ligand / anti-ligand pairs can be detected by mixing two test samples. For example, a solution comprising a molecule of interest or a molecular structure is provided. The test signal propagates along the signal path. Optionally, a test signal is applied during or immediately after the mixing operation so that the signal response occurring as a result of the coupling event can be observed in real time. A test signal is retrieved and the response of the signal indicates the detection of an object, infrastructure or combination event.

테스트 샘플의 유전체 특성은, 각각이 분자 결합을 나타내는 임의 개수의 신호 응답들을 유도하는데 기여한다. 예를 들어, 테스트 샘플의 분산(dispersive) 특성은 주파수에 걸쳐 크게 변화될 수 있다. 이러한 경우에, 신호 응답은, 분자 이벤트가 탐지 영역내에서 발생하였을 때 주파수에 걸쳐 진폭 및/또는 위상 응답의 큰 변화를 나타내고, 그에 따라 분자 결합 이벤트 또는 테스트 샘플의 혼합 후의 다른 시간 의존성 이벤트를 탐지하는 수단을 제공한다.The dielectric properties of the test sample contribute to induce any number of signal responses, each representing a molecular bond. For example, the dispersive nature of a test sample can vary widely across frequencies. In this case, the signal response represents a large change in amplitude and / or phase response over frequency when a molecular event occurs within the detection region, thereby detecting a molecular binding event or other time-dependent event after mixing of the test sample Lt; / RTI >

다른 실시예에서, 탐지 영역내의 테스트 샘플의 유전체 완화 특성은 입력 신호의 펄스 시간(주기)의 함수로서 변화될 것이다. 이러한 경우에, 테스트 신호 응답은, 특정 펄스 시간에서 또는 그에 근접하여, 흡수된 에너지의 변화 또는 위상이나 진폭과 같은 테스트 신호의 일부 다른 파라미터의 변화를 나타낼 것이다. 흡수된 에너지 또는 다른 파라미터의 변화를 관찰함으로써, 결합 이벤트를 탐지할 수 있다. 특징적인 임피던스, 전파 속도, 진폭, 위상, 분산, 손실, 투과성, 감수율 (susceptibility), 주파수, 및 유전 상수와 같은 다른 양들 또한 분자 존재 또는 결합 이벤트의 지표가 될 수 있다. 또한, 분자 구조의 환경 변화(pH 또는 이온 세기의 변화와 같은)가 탐지되는 동안에 신호를 측정함으로써, 분자 특성에 관한 중요한 정보를 결정할 수도 있다.In another embodiment, the dielectric relaxation characteristics of the test sample in the detection region will be varied as a function of the pulse time (period) of the input signal. In this case, the test signal response will indicate a change in the absorbed energy or a change in some other parameter of the test signal, such as phase or amplitude, at or near the specific pulse time. By observing changes in absorbed energy or other parameters, a binding event can be detected. Other quantities such as characteristic impedances, propagation speed, amplitude, phase, dispersion, loss, permeability, susceptibility, frequency, and dielectric constant can also be indicative of molecular presence or binding events. In addition, important information about molecular properties may be determined by measuring the signal while the environmental changes in the molecular structure (such as changes in pH or ionic strength) are detected.

전술한 방법을 이용하여 항리간드 및 리간드의 1차 결합을 탐지할 수 있다. 유사하게, 그 방법은 또한 리간드와 항리간드의 2차 결합을 탐지하는데 이용할 수도 있다. 그 방법은 신호 경로를 따라 발생하는 1차 또는 2차 결합 이벤트의 탐지에 한정되지 않는다. 실질적으로, 신호 경로를 따라 또는 용액내에 현수되어 발생하는 3차 및, 그 이상의 차수의 결합 이벤트도 이러한 방법으로 탐지할 수 있다.The above methods can be used to detect primary binding of an anti-ligand and ligand. Similarly, the method may also be used to detect secondary binding of the ligand and the anti-ligand. The method is not limited to the detection of primary or secondary binding events that occur along the signal path. Substantially, third and higher order coupling events occurring along the signal path or in suspension in solution can also be detected in this way.

예를 들어, 먼저, 이상에서 설명한 바와 같이 1차 결합 이벤트가 탐지되고 신호 응답이 측정된다. 이어서, 1차 결합 이벤트 신호 응답이 저장되고 베이스라인 응답으로서 사용된다. 다음에, 제 2 분자 용액을 측정 장치에 첨가한다. 탐지 단계들을 반복하여 제 2 신호 응답을 얻는다. 이어서, 제 2 신호 응답 및 베이스라인 응답을 비교한다. 약간의 변화 또는 무변화는 두개의 신호 응답들이 매우 근접되었다는 것을 의미하고, 이것은 새로운 용액내의 분자의 부가에 의해 테스트 샘플의 구조 및 유전체 특성이 변화되지 않았다는 것을 나타낸다. 이 경우, 2차 결합이 상당한 정도로 발생하지 않은 것이다. 비교 결과 변화가 소정 범위를 벗어난다면, 테스트 샘플의 구조 및/또는 유전체 특성이 변경된 것이고, 그에 따라 2차 결합 이벤트를 나타낸다. 2차 결합 이벤트를 나타내는데 사용될 수 있는 양은 전술한 양 예를 들어, 진폭, 위상, 주파수, 분산, 손실, 투과성, 감수율, 임피던스, 전파속도, 유전 상수 및 기타 다른 인자들과 유사하다. 3차 또는 그 이상의 차수의 결합 이벤트는 이러한 방식을 이용하여 탐지할 수 있다.For example, first, as described above, the primary binding event is detected and the signal response is measured. The primary binding event signal response is then stored and used as the baseline response. Next, the second molecular solution is added to the measuring apparatus. The detection steps are repeated to obtain a second signal response. Then, the second signal response and the baseline response are compared. A slight change or no change means that the two signal responses are very close together indicating that the structure and dielectric properties of the test sample have not been altered by the addition of molecules in the new solution. In this case, secondary bonding did not occur to a significant degree. If the result of the comparison is out of a predetermined range, then the structure and / or dielectric properties of the test sample have changed and accordingly exhibit a secondary binding event. The amount that can be used to represent the secondary coupling event is similar to the above-mentioned amounts, such as amplitude, phase, frequency, dispersion, loss, permeability, susceptibility, impedance, propagation rate, dielectric constant, and other factors. A third or higher order combination event can be detected using this method.

2차 또는 고차원적인 결합 이벤트를 탐지하는 다른 방법은 특정의 1차 결합 이벤트의 사전 지식을 필요로 하지 않는다. 이러한 실시예에서, 측정 장치는, 측정 진행 단계에서 공지의 파라미터들로 작동되어 그 파라미터들 중 하나의 미리 정해진 변화가 탐지되었을 때, 사용상의 관점에서 예를 들어, 결합 이벤트 또는 이벤트들이 발생한 것으로 알도록 디자인 된다. 이러한 실시예에서, 초기의 특징화는 제조시에 또는 디자인시에 미리 이루어지기 때문에, 1차 결합 이벤트의 예비-측정은 필요하지 않다.Other methods of detecting secondary or higher order binding events do not require prior knowledge of a particular primary binding event. In this embodiment, the measuring device is operated with known parameters at the measurement progress stage so that when a predetermined change in one of the parameters is detected, it is determined that, for example, a combination event or an event has occurred in terms of use . In this embodiment, preliminary measurement of the primary binding event is not necessary since the initial characterization is made at the time of manufacture or at design time.

2차 결합 이벤트 역시 1차 분자 구조의 구조변화를 탐지함으로써 얻어질 수 있다. 분자가 결합되기 시작할 때, 비결합 상태에 대해 분자 구조의 조합 및 기타 변화가 일어난다. 이러한 변화는 1차 결합 분자의 유전체 특성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 주변 용액의 변화를 유발하며, 그러한 용액의 변화는 전술한 바와 같이 탐지될 수 있다. 1차 결합 분자의 유전체 특성의 변화를 나타낼 수 있도록 모니터링되는 양은 전술한 양들, 예를 들어 진폭, 위상, 주파수, 분산, 손실, 투과성, 감수율, 임피던스, 전파속도, 유전 상수 및 기타 다른 인자들을 포함한다.Secondary binding events can also be obtained by detecting structural changes in the primary molecular structure. When the molecules begin to bond, there is a combination of molecular structures and other changes to the unbonded state. This change not only affects the dielectric properties of the primary binding molecule but also causes a change in the surrounding solution, and the change in such solution can be detected as described above. The amount monitored to indicate a change in the dielectric properties of the primary binding molecule includes the aforementioned quantities, such as amplitude, phase, frequency, dispersion, loss, permeability, susceptibility, impedance, propagation rate, dielectric constant, do.

테스트 샘플의 유전체 특성의 변화를 탐지Detect changes in dielectric properties of test samples

본 명세서에서 설명된 탐지 시스템은 또한 온도, pH, 이온 세기 등의 결과 변화로서의 테스트 샘플의 유전체 변화를 측정하는데 사용될 수도 있다. 이러한 방법은, 결합 이벤트에 관련 없이 테스트 샘플의 유전체 특성 변화의 탐지 및 정량화를 할 수 있다는 점을 제외하고, 전술한 결합 이벤트 규명 방법과 매우 유사하다.The detection system described herein may also be used to measure the dielectric change of a test sample as a resultant change in temperature, pH, ionic strength, and the like. This method is very similar to the joint event identification method described above, except that it is capable of detecting and quantifying changes in the dielectric properties of the test sample without regard to the binding event.

용액이 초기 유전체 특성을 가지는 공정이 탐지 조립체에 부가된다. 전술한 바와 같이, 신호 응답이 측정되고 저장된다. 소정 시간 또는 작업 후에, 제 2 측정이 이루어지고 제 2 신호 응답이 기록된다. 그 후에, 제 1 및 제 2 신호를 서로 비교하여 두개의 신호들이 미리 정해진 범위내에서 연관되는지의 여부를 결정한다. 만약, 그 범위내에 있다면, 용액의 특성은 어떠한 유전체 변화도 격지 않은 것으로 간주된다.A process in which the solution has an initial dielectric property is added to the detection assembly. As described above, the signal response is measured and stored. After a predetermined time or operation, a second measurement is made and a second signal response is recorded. Thereafter, the first and second signals are compared with each other to determine whether the two signals are associated within a predetermined range. If it is in that range, the properties of the solution are considered to have no dielectric change.

만약, 신호 응답이 미리 정해진 범위내에서 연관되지 않는다면, 적어도 용액의 유전체 특성이 변화되었을 것이다. 선택적으로, 유전체 특성의 변화를 정량화할 수 있다. 예를 들어, 제 2 신호가 저장되고 공지된 신호 응답과 연관된다. 가장 연관된 응답은 용액의 유전체 특성을 규명할 것이고 제 1 신호 응답은 유전체 특성의 초기 값과 연관되며, 그 차이는 규명된 유전체 특성의 변형량을 결정하는데 사용될 수 있다.If the signal response is not correlated within a predetermined range, then at least the dielectric properties of the solution will have changed. Optionally, variations in dielectric properties can be quantified. For example, a second signal is stored and associated with a known signal response. The most relevant response will identify the dielectric properties of the solution and the first signal response is related to the initial value of the dielectric properties, which can be used to determine the amount of strain of the identified dielectric properties.

분자 구조 규명Molecular structure identification

전술한 탐지 조립체를 이용하여, 공지된 분석 대상를 특징화하고 이어서 미지의 분석 대상 구성을 가지는 용액내에서 그 공지의 분석 대상을 식별할 수 있다. 예를 들어, 이하에서 설명하는 측정 시스템을 이용하여, 많은 수의 분자 구조 및/또는 하부구조들이 측정되고 그 응답이 저장된다. 각각의 저장된 응답은 용액내의 하나의 구조/하부구조 또는 동일한 용액내의 다수의 구조/하부구조에 대응할 것이다. 이어서, 미지 용액의 측정이 이루어진다. 다음에, 그 용액의 신호 응답을 저장된 신호 응답과 비교하여 그들 사이의 연관도를 결정한다. 미지의 분자 구조는, 미지의 응답에 가장 연관된 저장 응답을 선택함으로써, 식별된다. 그러한 비교는, 하나 또는 그 이상의 저장된 응답 간의 연관을 결정하기 위해 하나 또는 그 이상의 데이터 점(point)을 이용하여 실시되며, 연관을 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어 또는 유사한 수단의 이용을 포함할 수도 있다. 그 공정은 각 구조/하부구조 뿐만 아니라, 1차, 2차, 및 고차원의 결합 분자 구조를 규명하는데 이용될 수 있다.With the above-described detection assembly, a known analyte can be characterized and then the known analyte can be identified in a solution having an unknown analyte composition. For example, using a measurement system described below, a large number of molecular structures and / or infrastructures are measured and their responses stored. Each stored response will correspond to one structure / substructure in solution or multiple structures / substructures in the same solution. A measurement of the unknown solution is then made. Next, the signal response of the solution is compared to the stored signal response to determine the degree of association therebetween. The unknown molecular structure is identified by selecting the storage response most relevant to the unknown response. Such comparisons may be made using one or more data points to determine the association between one or more stored responses and may include the use of pattern recognition software or similar means for determining associations. The process can be used to identify not only each structure / substructure, but also primary, secondary, and higher molecular bonding molecular structures.

분자 구조의 분류 규명Classification of molecular structure

핵산에서의 배열 상동관계(homologies) 또는 유사한 단백질 분류에서 공통적인 구조적 상동관계 또는 도메인(domain)과 같은 공지된 분자 하부구조를 특징화할 수 있다. 일 실시예에서, 수 많은 분자 하부구조가 측정되고 그 응답이 저장된다는 점을 제외하고, 상기 D 부분에 도시된 바와 같이 공정이 진행된다. 각각의 저장된 신호 응답은 하나 또는 그 이상의 하부구조에 대응할 것이다. 미지 혼합물를 규명하기에 충분한 개수의 구조가 탐지되고 특징화될 때까지 공정이 계속된다. 충분한 개수의 상호연관이 발생하면, 미지의 분자 구조를 분류할 수 있다. 미지의분석 대상을 분류할 수 있는 다른 공정이 있다. 하나의 공정은, 미지의 화합물의 구조적 모티프(motif)에의 결합을 탐지함으로써 미지의 분석 대상을 식별한다. 먼저, 탐지 조립체는, 각각이 탐지 영역에서 결합된 특이 리간드 하부구조를 위한 항리간드를 가지는 다수의 어드레스할 수 있는 병렬 채널들을 구비할 수 있다. 다음에, 특별한 하부구조들의 존재는 그 하부구조 각각을 각각의 항리간드에 결합시키고 이어서 특징화함으로써 탐지된다. 일 실시예에서, 이러한 단계는 전술한 바와 같이 실행되나, 다른 변형을 실시할 수도 있다. 이어서, 각각의 결합 이벤트는 친화도, 운동역학, 및 스펙트럼 응답과 같은 양의 식별에 의해 특징화된다. 공지 및 미지의 응답 간의 연관이 이루어진다. 만약, 각각의 미지 응답이 공지 응답과 연관된다면, 리간드는 공지의 응답에 상응하는 리간드로 식별된다. 만약, 하부구조가 연관 및 비연관 모두를 나타낸다면, 연관된 응답은 미지 리간드의 보다 일반적인 분류를 구축하기 위해 사용된다. 이러한 공정은, 동일한 분류내에서 발생하는 또는 재발생 구조적 상동관계를 가지는 단백질과 같은 임의의 분자 구조를 식별하는데 사용될 수 있다.Known molecular substructures such as structural homology or domains common in sequence homologies or similar protein classifications in nucleic acids can be characterized. In one embodiment, the process proceeds as shown in part D above, except that a number of molecular substructures are measured and the response is stored. Each stored signal response will correspond to one or more substructures. The process continues until a sufficient number of structures are detected and characterized to identify the unknown mixture. When a sufficient number of correlations occur, the unknown molecular structure can be classified. There are other processes that can classify unknown analytes. One process identifies unknown analytes by detecting binding to a structural motif of an unknown compound. First, the detection assembly may comprise a plurality of addressable parallel channels each having an anti-ligand for the specific ligand subunit bound in the detection region. Next, the presence of particular substructures is detected by binding each of the substructures to each anti-ligand and subsequently characterizing. In one embodiment, this step is performed as described above, but other variations may be implemented. Each binding event is then characterized by affinity, kinematic, and quantitative identification such as a spectral response. An association between the notification and the unknown response is made. If each unknown response is associated with a known response, the ligand is identified as a ligand corresponding to a known response. If the substructure represents both associative and non-associative, the associated response is used to establish a more general classification of the unknown ligand. Such a process can be used to identify any molecular structure, such as a protein that occurs within the same class or that has a resuscitative structural homology.

공지 구조에 대한 비교가 이루어짐에 따라, 주어진 미지의 혼합물의 강도 스펙트럼 분석에 의해 구조 및 기능을 조사할 수 있고, 어느 정도의 분류를 추정할 수 있다.As comparisons to known structures are made, structure and function can be investigated by intensity spectrum analysis of a given unknown mixture, and a certain degree of classification can be estimated.

특이적(specific) 결합 대 비특이적 결합Specific binding versus non-specific binding

결합 이벤트의 스펙트럼 지문에 의해 특이 결합과 비특이 결합이 구분될 수 있다. 실제로, 서로 다른 상태에서 하나의 분자가 두개의 서로 유사하면서도 상이한 분자 파트너와 결합하는 경우와 같은 임의의 2 개의 결합 이벤트는 두개의 결합 이벤트의 스펙트럼 지문에 의해 일반적으로 구분된다. 예를 들어, 항원에의 항체 결합과 같은 주어진 결합 이벤트는 먼저 대상 리간드 및 그 리간드에 특이적인 항리간드만을 포함하는 정류된 용액내에서 특징지워질 수 있다. 그 후, 광역 스펙트럼 검사를 실시하여 스펙트럼내에서 가장 강한 응답이 발견되는 때를 찾는다. 그 후, 용도에 따라 발견되는 전체 혈액과 같은 용액에 대해 측정을 반복하여, 비특이 결합이 응답에 미치는 영향을 결정한다. 그리고 나서, 특이 결합을 나타내는 여러 지점들을 찾고, 비특이 결합을 나타내는 각각의 지점들 세트를 찾으며, 실제 측정을 위해 이러한 주파수 지점들의 하부세트(subset)를 선택한다. 특이 결합에 기인한 응답을 비특이 결합에 기인한 응답과 비교함으로써, 특이 결합의 정도가 결정된다.Spectrum fingerprints of binding events can distinguish between specific and non-specific binding. Indeed, any two binding events, such as when one molecule binds to two similar but different molecular partners in different states, is generally distinguished by the spectral fingerprint of the two binding events. For example, a given binding event, such as antibody binding to an antigen, may first be characterized in a rectified solution containing only the ligand of interest and an anti-ligand specific for that ligand. Then, a broad spectrum test is performed to find the time when the strongest response is found in the spectrum. Thereafter, the measurement is repeated for a solution such as whole blood, which is found according to the application, to determine the effect of the non-specific binding on the response. Then, a number of points representing a specific binding are searched, a set of each point representing a non-specific binding is selected, and a subset of these frequency points is selected for actual measurement. The degree of specific binding is determined by comparing the response due to the specific binding with the response due to the non-specific binding.

주어진 분석 대상의 특징화Characterization of a given subject

때때로, 주어진 분자의 특정 양을 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 단백질이 속하는 분류를 결정하는 것 또는 주어진 유전자나 핵산 배열이 어떠한 형태의 동질이상인지를 결정하는 것을 포함한다. 이러한 것은 여러 가지 방법으로 이루어진다. 대개, 단백질은 구조적 상동관계의 개수 및 형태, 또는 동일하거나 유사한 단백질 분류에서 발견되는 특정 하부구조에 의해 분류된다. 예를 들어, 세포막에서 주로 발견되고 세포외 환경과 세포내 환경 사이의 신호 전달 경로를 구성하는 G-단백질은 세포막을 7번 횡단하는 구조를 항상 가진다. 그러한 구조는 결정적으로 G-단백질을 규정한다. 이와 유사하게 다른 단백질 분류들도 구조적 상동관계를 가지고 있으며, 그에 따라, 그러한 상동관계를 기초로 하나의 단백질 분류를 다른 단백질 분류와 구분하는 방법이 수 많은 생물학적 연구 분야에서 사용된다. 주어진 분자의 유전체 특성이 분자의 전하분포의 기하학적 형상에 의해 결정되고, 대부분의 단백질이 독특한 구조 또는 기하학적 형상을 가진다면, 단백질의 유전체 특성을 측정함으로써 각 단백질을 식별할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 의해 생성되는 것과 같은 단순한 유전체 표식(signature)은 주어진 단백질을 각각 식벽할 수 있게 하며, 또한 몇몇의 공지된 단백질 분류로 그 단백질을 분류할 수 있게 한다. 주어진 단백질의 특정 하부구조에 대해 특이적인 탐지 조립체상의 항리간드 그룹을 이용함으로써, 상기 분류 방법론에 보다 정밀도를 부가할 수 있다. 예를 들어, 도메인과 같이 특정 하부구조에 특이적인 항체 그룹을 이용하여 하부구조의 존재 또는 비존재를 결정할 수 있다. 따라서, 어떠한 주어진 단백질도 특정 하부구조의 존재 및 비존재를 결정함으로써 그리고 단백질 자체의 유전체 특성을 결정함으로써 특정될 수 있다. 이러한 분류 방식에 더하여 온도, pH, 이온 세기, 및 전술한 특성들에 미치는 다른 환경적인 영향들을 조사하면 보다 정밀도를 부가할 수 있다.It is sometimes desirable to determine the specific amount of a given molecule. For example, determining the classification to which the protein belongs, or determining whether a given gene or nucleic acid sequence is homozygous in any form. This is done in a number of ways. In general, proteins are classified by the number and type of structural homology, or by specific substructures found in the same or similar protein classifications. For example, the G-protein, which is mainly found in cell membranes and constitutes a signaling pathway between the extracellular environment and the intracellular environment, always has a structure that traverses the cell membrane seven times. Such a structure conclusively defines the G-protein. Similarly, different protein classifications have structural homology, and accordingly, a method of distinguishing one protein class from another protein class based on such homology is used in many biological studies. If the dielectric properties of a given molecule are determined by the geometric shape of the charge distribution of the molecule and most proteins have a unique structure or geometry, then each protein can be identified by measuring the dielectric properties of the protein. Thus, a simple genetic signature such as that generated by the present invention allows each of the given proteins to be seeded, and also allows classification of the protein into some known protein classifications. By using an anti-ligand group on a specific detection assembly for a specific substructure of a given protein, more precision can be added to the classification methodology. For example, the presence or absence of the substructure can be determined using antibody groups specific to a particular substructure, such as a domain. Thus, any given protein can be identified by determining the presence and absence of a particular substructure and by determining the dielectric properties of the protein itself. In addition to this classification method, more precision can be added by examining temperature, pH, ionic strength, and other environmental influences on the aforementioned properties.

상기와 유사한 전형적인 방식을 따름으로써 핵산 역시 특정될 수 있다. 예를 들어, 주어진 유전자가 특정 베이스 쌍 배열을 가지는 것을 알 수 있다. 자연적으로 배열에 약간의 편차가 있을 수 있다. 예를 들어, 많은 세포막에서의 염소 이온 이송 채널에 대한 정보를 가지고 있는 유전자에서, 일반적인 단일 베이스-쌍 돌연변이 또는 변형이 존재한다. 그러한 변형은 인간의 낭성 섬유종(cysticfibrosis)이라는 질병을 유발한다. 따라서, 약간의 변형에 대한 주어진 핵산 배열을 특징화하는 것은 매우 중요하다. 그러한 변형들은 종종 동질이상으로 불려지며, 현재 그러한 동질이상은 각각의 공지된 동질이상에 대한 보체(補體) 섬유(strand)를 형성함으로써 탐지된다. 임의의 주어진 유전자가 수백 또는 수천의 동질이상 중 하나의 형태를 취할 수 있기 때문에, 각각의 동질이상에 대한 보체 섬유를 만드는 것은 매우 곤란한 일이다. 본 발명을 이용하여, 전술한 바와 같이 많은 동일한 물리적 성질을 측정함으로써 비-보체 결합 및 교잡(hybridization)을 탐지하고 식별할 수 있다. 교잡 이벤트의 유전체 특성을 특정하고 그리고 공지된 데이터와 연관시킬 수 있고, 그에 따라 완전하게 또는 불완전하게 이루어진 교잡의 형태를 결정할 수 있다. 따라서, 주어진 핵산 배열로 이루어진 항리간드를 이용하여, 결합 이벤트의 특징화에 의해 수백개의 상이한 동질이상을 (리간드로서) 탐지할 수 있다. 당업자는, 교잡 공정을 변경시키기 위해 보다 엄격한 조건을 적용하거나 또는, 교잡 공정의 본질을 나타내는 다른 지표로서 작용하는 융점을 결정하고 온도를 변화시키는 것과 같이, 추가적인 정밀도를 부여하는 것이 가능하다는 것을 이해할 것이다.Nucleic acid may also be specified by following a similar manner as described above. For example, we can see that a given gene has a specific base pair arrangement. Naturally there can be slight variations in the arrangement. For example, in a gene that has information on the chlorine ion transport channel in many cell membranes, there is a common single base-pair mutation or modification. Such a modification causes a disease called cystic fibrosis in humans. Thus, it is very important to characterize a given nucleic acid sequence for a few strains. Such modifications are often referred to as homozygous abnormalities and currently such homozygous abnormalities are detected by forming complementary strands for each known homozygous abnormality. Since any given gene can take the form of one of hundreds or thousands of homozygous, it is very difficult to make complementary fibers for each homogenous disorder. Using the present invention, non-complement binding and hybridization can be detected and identified by measuring many of the same physical properties as described above. The dielectric properties of the hybridization event can be specified and associated with known data, and thus the type of hybridization made completely or incompletely. Thus, using an anti-ligand consisting of a given nucleic acid sequence, hundreds of different homologies (as ligands) can be detected by characterization of the binding event. One skilled in the art will understand that it is possible to apply more stringent conditions to alter the hybridization process, or to give additional precision, such as to determine the melting point and to change the temperature, which serves as another indicator of the nature of the hybridization process .

유사한 방식으로, 수용기가 작동 또는 비작동(turn on or off) 되도록 하는, 또는 일부 다른 형태의 알로스테릭 효과를 유발하도록 하는 주어진 결합 이벤트를 결정하기 위해, 약제-수용기 상호작용을 특징화할 수 있다. 예를 들어, 주어진 수용기가 항리간드로 사용될 수 있고, 공지된 항원이 제 1 리간드로서 사용될 수 있다. 그 후에, 유전체 응답에 따라 상호작용이 특정되고, 그 응답이 저장된다. 이어서, 약제 후보를 위해 선별된 혼합물을 수용기와의 결합특성에 대해 관찰한다. 결합되고 유사한 유전체 응답을 야기하는 분자는 공지된 항원으로서 수용기에 유사한 영향을 미치는 것으로 판단하고, 따라서 항원인 가능성이 한층 높게 된다. 이러한 예는 목표-수용기 결합 이벤트의 어떠한 형태든지 결국 특징화하는데 사용될 수 있으며, 결합 이벤트가 발생하였는지의 여부만을 측정하는 현재의 탐지 방법을 상당히 개선한 것이다. 당업자는 수 많은 다른 결합 이벤트 분야에도 본 발명을 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.In a similar manner, drug-receptor interactions can be characterized to determine a given binding event that causes the receptor to turn on or off, or cause some other type of allosteric effect . For example, a given receptor can be used as an anti-ligand, and known antigens can be used as the first ligand. Thereafter, the interaction is specified according to the dielectric response, and the response is stored. The selected mixture is then observed for binding properties with the receptor for drug candidates. Molecules that bind and produce similar genomic responses are judged to have similar effects on receptors as known antigens and thus are more likely to be antigens. This example can be used to eventually characterize any form of target-receptor binding event and is a significant improvement over current detection methods that measure only whether a binding event has occurred. Those skilled in the art will appreciate that the invention is also applicable to a number of different coupling event areas.

전술한 방법에 사용될 수 있는 하부구조의 예를 들면: 알파 헬릭스(helices), 베타 시트, 트리플 헬릭스, 도메인, 배럴(barrel) 구조, 베타-턴(beta-turn)과 같은 단백질 2차 및 3차 구조, 및 C2대칭(對稱), C3대칭, C4대칭, D2대칭, 입방체 대칭, 20면체 대칭과 같은 4차 구조에서 발견되는 여러 가지 대칭 그룹이 있다. [1979년에 발행된 지.로즈(G. Rose)의 Heirarchic Organization of Domains in Globular Proteins,J.Mol.Biol. 134:447-470] 분석될 수 있는 핵산의 하부구조는 배열 상동관계 및 배열 동질이상, A, B 및 Z DNA, 단일 및 이중 섬유 형태, 초코일(supercoiling) 형태, 안티코돈 루프, D 루프, tRNA내의 TΨC 루프, 상이한 분류의 tRNA 분자.[뉴욕에 소재하는 스프링거-벨락(Springer-Verlag)이 1984년에 발행한 더블유. 생거(W.Saenger)의Principles of Nucleic Acid Structure; 및 뉴욕 콜드 스프링 하버에 소재하는 콜드 스프링 하버 연구 출판사에서 1979년에 발행한 피. 심머(P.Schimmel), 디.솔(D.Soll), 및제이.아벨슨(J.Abelson)의TransferRNA]Examples of substructures that can be used in the above-described method include: proteins such as alpha helices, beta sheets, triple helix, domains, barrel structures, beta-turns, Structure, and various symmetric groups found in quaternary structures such as C 2 symmetry, C 3 symmetry, C 4 symmetry, D 2 symmetry, cubic symmetry, and icosahedral symmetry. [Heirarchic Organization of Domains in Globular Proteins of G. Rose, published in 1979, J. Mol. Biol. The structure of the nucleic acid that can be analyzed includes, but is not limited to, sequence homology and sequence homology, A, B and Z DNA, single and double fiber forms, supercoiling forms, anticodon loops, T ψ C loops within different classes of tRNA molecules [W. W. 1984, Springer-Verlag, New York). W.Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure ; And the Cold Spring Harbor Research Publisher, Cold Spring Harbor, New York. P. Schimmel, D.Soll, and J.Abelson, Transfer RNA]

농도 정량화Concentration quantification

본 명세서에서 설명된 탐지 조립체는 또한 분석대상의 농도를 정량화 (quantitate)하는데 이용할 수 있다. 장치가 미리 교정되지 않는 이러한 방법의 일 실시예에서, 먼저 측정된 분석대상에 대해 결합 친화도 및 운동(kinetic)과 같은 적절한 결합 특성을 갖는 항리간드가 선택된다. 항리간드의 평형 상수가 선형 작용 영역의 중간 부근에 오도록, 이러한 특성들을 선택한다. 하나의 항리간드를 사용하기에는 농도 범위가 지나치게 넓은 경우에, 친화도 및/또는 선형 작용 영역이 상이한 몇개의 항리간드를 사용할 수 있으며, 그에 따라 보다 넓은 범위에 걸쳐 농도 값을 얻을 수 있다.The detection assembly described herein can also be used to quantitate the concentration of the analyte. In one embodiment of this method in which the device is not pre-calibrated, an anti-ligand with the appropriate binding properties such as binding affinity and kinetic is first selected for the analyte to be measured. These properties are chosen so that the equilibrium constant of the ligand is near the middle of the linear action region. If one concentration of ligand is too broad to use an anti-ligand, several anti-ligands with different affinities and / or linear action regions may be used, thereby achieving a wider range of concentration values.

다음에, 항리간드가 탐지 조립체 또는 칩에 부가 또는 부착되며, 장치가 측정 시스템에 연결된다. 그 후에, 응답이 최대 특이성(specificity)에 대해 특징화할 필요가 있는지에 대해 결정한다. 만약 특징화가 필요하다면, 분석대상 결합이 신호에 최대로 영향을 미치는 주파수 또는 주파수들이 결정되고, 비특이적 결합이 최대로 영향을 미치는 영역이 결정되며, 분석대상 결합으로 인한 응답이 결정되는, 스펙트럼 분석이 실시된다. 특징화가 필요하지 않다면, 또는 필요한 경우에는 그 완료 후에, 장치가 교정된다. 이러한 단계는 공지 농도의 리간드를 탐지 조립체에 공급하고 결과적인 응답을 측정하는 일 실시예에서 실시된다. 선택적으로, 만약 교정을 위해 그 이상의 데이터 점(point)이 요구된다면, 다른 농도의 테스트 샘플이 선택될 수 있고, 이 농도에 대한 응답이 측정될 수 있다. 이어서, 전술한 응답으로부터 교정 점을 기록함으로써 외삽(extrapolation) 알로리즘이 생성된다. 다음에, 미지의 분석대상 농도의 테스트 샘플이 측정된다. 이러한 단계는, 미지의 테스트 샘플을 탐지 조립체에 공급하고, 응답을 적정(滴定) 알고리즘에 연관시키고, 그로부터 분석대상 농도를 결정한다.Next, an anti-ligand is added or attached to the detection assembly or chip, and the device is connected to the measurement system. Thereafter, a determination is made as to whether the response needs to be characterized for maximum specificity. If characterization is required, spectrum analysis, where the frequency or frequencies at which the analyte binding maximally affects the signal is determined, the region where the nonspecific binding maximally affects is determined, and the response due to the analyte binding is determined . If characterization is not required, or if necessary, after completion, the device is calibrated. This step is carried out in one embodiment of feeding a known concentration of ligand to the detection assembly and measuring the resulting response. Optionally, if more data points are required for calibration, different concentrations of test sample may be selected and the response to this concentration may be measured. Then, an extrapolation algorithm is generated by recording the calibration points from the above-mentioned responses. Next, a test sample of unknown analyte concentration is measured. This step supplies an unknown test sample to the detection assembly, associates the response with a titration algorithm, and determines the analyte concentration therefrom.

주어진 탐지 조립체가 디자인단계에서 예비-교정된 또는 교정된 경우에, 결합 쌍들을 혼합하고 응답을 측정하는 단계만이 필요하다. 그러한 탐지 조립체는 여러 가지 방법으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 공명 회로의 특정 주파수 또는 임피던스와 같은 몇몇 회로 파라미터가 결합 이벤트가 발생한 경우에 미리 정해진 방식으로 변화되도록 디자인될 수 있고, 또 파라미터를 변화시키는 양이 도즈-응답을 가지도록 디자인 될 수 있다. 따라서, 적절한 알고리즘을 통해 분석될 때, 회로 파라미터의 측정은 주어진 분석대상 또는 리간드의 농도에 대한 정량적인 값을 즉각적으로 제공한다.If a given detection assembly is pre-calibrated or calibrated at the design stage, then only the steps of mixing the coupling pairs and measuring the response are needed. Such a detection assembly can be realized in various ways. For example, some circuit parameters such as a particular frequency or impedance of the resonant circuit may be designed to change in a predetermined manner when a coupling event occurs, and the amount of change in the parameter may be designed to have a dose- have. Thus, when analyzed with an appropriate algorithm, the measurement of the circuit parameters immediately provides a quantitative value for the concentration of a given analyte or ligand.

탐지 조립체 자가-교정Detection assembly self-calibration

탐지 조립체는 자가-진단 능력을 가지며, 그에 따라 사용상의 관점에서 품질 제어 및 보장을 제공한다. 주어진 특정 용도에서, 특정 리간드(1차 결합종)는 용액내의 몇몇 대상 리간드(2차 결합종)에 대해 항리간드로서 작용할 것이다. 1차 결합종은 제조시에 부착될 수 있고, 2차 결합종은 사용시에 부착될 수 있다. 따라서, 제조시의 편차는 - 특히 1차 종의 부착은- 특이 리간드를 결합시키는 장치의 능력에 편차를 유발할 것이다. 그러나, 결합 리간드의 양은 결합된 항리간드의 양에 직접 비례할 것이고, 그에 따라 두개의 비례적인(ratiometic) 측정이 가능하다.The detection assembly has self-diagnostic capability and thus provides quality control and assurance in terms of use. For a given specific application, a particular ligand (primary binding species) will act as an anti-ligand for some target ligand (secondary binding species) in solution. The primary binding species can be attached at the time of manufacture and the secondary binding species can be attached at the time of use. Thus, manufacturing variations, particularly the attachment of primary species, will cause deviations in the ability of the device to bind specific ligands. However, the amount of binding ligand will be directly proportional to the amount of bound anti-ligand, and thus two ratiometic measurements are possible.

그 방법의 일 실시예에서, 여러가지 상이한 농도의 적절한 항체를 결합시키고 그리고 각 농도에 대하여 결과적인 응답을 특정함으로써, 분자 결합 표면은 신호 경로를 따라 형성되며, 각 농도에 대한 어떤 값 "x" 가 얻어진다. 다음에, 여러 가지 상이한 농도의 리간드에 대해 항체/리간드 결합 응답을 측정함으로써 리간드에 대한 유사 적정 곡선이 얻어지며, 리간드 적정 곡선이 미리-정해진다. 다음에, 리간드에 결합된 항체의 응답 비를 취함으로써, 크기(scale) 인자(A)가 얻어진다. 사용상의 관점에서, 교정되지 않은 측정을 먼저 검사하여 결합된 항체의 양 "x" 및 그로부터 얻어지는 크기 인자 "y" 를 결정한다. 그 후에, 리간드가 측정에 가해지고 응답이 측정되며, 응답 및 미리 정해진 적정 곡선을 크기 인자 "y" 로 스케일 조절하여 미지의 농도를 결정한다.In one embodiment of the method, the molecular binding surface is formed along the signal path, by binding a number of different concentrations of the appropriate antibody and specifying the resulting response for each concentration, and any value " x " . Next, a similar titration curve for the ligand is obtained by measuring the antibody / ligand binding response for a number of different concentrations of ligand, and the ligand titration curve is pre-defined. Next, by taking the response ratio of the antibody bound to the ligand, a scale factor (A) is obtained. From an operational point of view, the uncorrected measurement is first examined to determine the amount " x " of bound antibody and the size factor " y " obtained therefrom. Thereafter, the ligand is applied to the measurement, the response is measured, and the response and the predetermined titration curve are scaled to the magnitude factor " y " to determine the unknown concentration.

이러한 공정을 개선하여, 용액내의 결합의 양을 정량화할 수도 있다. 이러한 개량 실시예에서, 탐지 조립체의 결합 표면은 미리 정해진 친화도 및 리간드 특이성을 가지는 항리간드를 포함한다. 이어서, 용액이 장치에 가해지며, 응답이 측정된다. 신호 응답은 결합된 리간드의 양에 비례할 것이다. 따라서, 적절한 선형 작용 범위의 항리간드를 선택함으로써, 임의의 주어진 리간드의 적정이 이루어진다. 이 때 상기 작용 범위는 평형 상수가 탐지되는 농도의 의도하는 범위의 로그(log) 단위 결합(couple)내의 있는 범위이다. 전술한 바와 같이 동일한 비례적인 분석을 적용하고, 신뢰성을 보장하는데 필요한 내부 제어 및 교정을 통해, 확실하고도 정확한 정량 분석을 얻을 수 있다.This process can be improved to quantify the amount of binding in solution. In this modified embodiment, the binding surface of the detection assembly comprises an anti-ligand having a predetermined affinity and ligand specificity. The solution is then applied to the apparatus and the response is measured. The signal response will be proportional to the amount of ligand bound. Thus, by selecting an appropriate ligand of linear activity range, titration of any given ligand is achieved. Wherein the range of action is within a range of log unit couplings of an intended range of concentrations at which the equilibrium constant is to be detected. By applying the same proportional analysis as described above and by internal control and calibration necessary to ensure reliability, reliable and accurate quantitative analysis can be obtained.

Ⅵ. 소프트웨어 실행VI. Software execution

본 명세서에서 기술된 각각의 측정 및 탐지 방법은 여러 가지 방법(즉, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 그 조합) 및 여러 가지 시스템으로 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 전술한 방법을 소프트웨어 프로그램으로 실행할 수 있다.Each of the measurement and detection methods described herein can be implemented in a variety of ways (i.e., software, hardware, or a combination thereof) and various systems. In one embodiment, the above-described method may be implemented as a software program.

도 5a 는 각각의 전술한 방법을 실행하도록 디자인된 소프트웨어 프로그램을 실행하도록 작동되는 컴퓨터 시스템(510)의 개략적인 블록도를 도시한다. 컴퓨터 시스템(510)은 모니터(514), 스크린(512), 캐비넷(518), 및 키보드(534)를 포함한다. 입/출력 명령을 제공하기위해, 마우스(도시 안함), 광선 펜, 또는 가상 현실 인터페이스와 같은 기타 입/출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 캐비넷(518)은 CD-ROM 드라이브(516), 하드 디스크 드라이브(도시 안함) 또는, 디지털 데이터 및 본 발명의 방법을 포함하는 소프트웨어 프로그램를 저장하고 읽는데 사용될 수 있는 다른 저장 데이터 매체를 수용한다. 비록 분리 가능한 매체로서 CD-ROM(516)을 도시하였지만, 플로피 디스크, 테잎, 및 플래시 메모리를 포함하는 다른 분리가능한 매체를 이용할 수도 있다. 캐비넷(518)은 또한 프로세서, 메모리 등의 기타 일반적인 컴퓨터 부품들(도시 안함)을 수용하고 있다.5A shows a schematic block diagram of a computer system 510 that is operative to execute a software program designed to execute each of the above-described methods. The computer system 510 includes a monitor 514, a screen 512, a cabinet 518, and a keyboard 534. Other input / output interfaces, such as a mouse (not shown), a light pen, or a virtual reality interface, to provide input / output commands. The cabinet 518 accommodates a CD-ROM drive 516, a hard disk drive (not shown) or other storage data media that can be used to store and read digital data and software programs including methods of the present invention. Although CD-ROM 516 is shown as a removable medium, other removable media including floppy disks, tape, and flash memory may be used. Cabinet 518 also houses other common computer components (not shown) such as a processor, memory, and the like.

도 5b 는 컴퓨터 시스템(510)의 내부 구성을 도시한다. 컴퓨터 시스템(510)은 선택적으로 입/출력 제어부(524)와 상호작용하는 모니터(514)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(510)은 또한 시스템 메모리(526), 중앙 프로세서(528), 스피커(530), 분리가능한 디스크(532), 키보드(534), 고정 디스크(536), 및 네트워크 인터페이스(538)와 같은 하부시스템을 포함한다. 전술한 방법에 사용하기에 적합한 다른 컴퓨터 시스템은 추가적인 하부시스템을 포함하거나 또는 그보다 적은 하부시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다른 컴퓨터 시스템은 디지털 데이터 처리를 위해 하나 이상의 프로세서(528)(즉, 다중-프로세서 시스템)를 포함할 수 있다. 화살표(540)등은 컴퓨터 시스템(510)의 시스템 버스(bus) 구조를 나타낸다. 그러나, 이러한 화살표(540)는 하부 시스템들을 연결하는 임의의 상호연결 구성을 예시한 것이다. 예를 들어, 중앙 프로세서(528)를 시스템 메모리(526)에 연결하기 위해 로컬(local) 버스를 이용할 수도 있다. 도 6 에 도시된 컴퓨터 시스템(510)은 본 발명에 사용하기에 적합한 컴퓨터 시스템의 예에 불과하다. 당업자는 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 하부시스템 구조를 용이하게 이해할 것이다.FIG. 5B shows an internal configuration of the computer system 510. FIG. The computer system 510 optionally includes a monitor 514 that interacts with the input / output control 524. The computer system 510 may also include other components such as a system memory 526, a central processor 528, a speaker 530, a removable disk 532, a keyboard 534, a fixed disk 536, and a network interface 538 Subsystem. Other computer systems suitable for use in the methods described above may include additional subsystems or may include fewer subsystems. For example, other computer systems may include one or more processors 528 (i. E., A multi-processor system) for digital data processing. Arrows 540 and the like represent the system bus structure of the computer system 510. However, this arrow 540 illustrates any interconnect configuration that connects subsystems. For example, a local bus may be used to connect the central processor 528 to the system memory 526. [ The computer system 510 shown in Figure 6 is merely an example of a computer system suitable for use with the present invention. Those skilled in the art will readily understand other subsystem structures suitable for use with the present invention.

Ⅶ. 실험VII. Experiment

본 발명의 시스템 및 방법을 이용하여, 이송 매체내의 분석대상을 탐지하고 규명하기 위한 몇몇 실험을 실시하였다. 도 6a 는 채용된 분자 탐지 시스템을 도시하고, 도 6b-6f 는 측정 결과를 나타낸다.Using the system and method of the present invention, several experiments were conducted to detect and identify analytes in the transfer medium. Figure 6a shows the employed molecular detection system and Figures 6b-6f show the measurement results.

도 6a 는 이하의 실험에 사용된 분자 탐지 시스템을 도시하며, 그 시스템은 Agilent Technologies, Inc.(종전의 휴렛 패커드사)가 공급하는 모델 번호 HP 8714 의 벡터 네트워크 분석기, 컴퓨터, 측정 프로브를 포함하며, 상기 프로브는 탐지 영역이 위쪽에 형성되는 홈(grooved) 덮개 편과, 이송 매체 및 테스트 샘플을 측정 프로브의 탐지 영역까지 이송하는 유체 채널로서 이용되는 소정 길이의 PTFE 관(일리노이즈 버논 힐에 소재하는 Cole-Parner Instrument Company)을 포함한다. 도 2a 에 도시된 공명 프로브(230)가 이 실험에 사용되었다. 그 공명 프로브는 1GHz의 fdes로 디자인되었고, 버퍼 용액을 포함하는 유체 채널(PTFE)이 존재하고 조립되었을 때 약 1.163 GHz 의 fres를 나타낸다.6A shows a molecular detection system used in the following experiments, which system includes a vector network analyzer, a computer, and a measurement probe of model number HP 8714 supplied by Agilent Technologies, Inc. (formerly Hewlett Packard) , The probe comprising a grooved lid piece on which the detection area is formed above and a PTFE tube of a predetermined length used as a transport channel and as a fluid channel for transporting the test sample to the detection area of the measurement probe ≪ / RTI > Cole-Parner Instrument Company). The resonance probe 230 shown in Fig. 2A was used in this experiment. The resonance probe was designed at 1 GHz f des and exhibits a f res of about 1.163 GHz when a fluid channel (PTFE) containing buffer solution is present and assembled.

컴퓨터는 Labveiw®소프트웨어를 실행하여 네트워크 분석기의 작동을 제어하고 그로부터 얻어지는 데이터를 디스플레이 및 저장한다. 도 2a 에 도시되고 설명된 바와 같은 동축-형태의 측정 프로브가 사용되었다. PTFE 관(0.031" 내경, 0.063" 외경, 벽두께 0.016")이 측정 프로브의 탐지 영역에 걸쳐 배치되고, 측정 프로브의 선반에 나사결합되는 홈이 형성된 상부 덮개를 이용하여 고정된다. 관은 측정 프로브로부터 두 방향으로 연장한다. 관의 일 단부는 시린지 펌프(도시 안함)에 연결되고, 타 단부는 분석되는 유체 테스트 샘플내로 담겨진다. 시린지 펌프는, 관을 통해 테스트 샘플을 탐지 영역으로 끌어 당기기 위한 부압(negative pressure)을 제공한다. 이하의 실험에서는, 테스트 샘플을 탐지 영역(155)상에서 이동시키면서, 여러 가지 테스트 샘플의 스펙트럼을 측정하였다. 시린지 펌프로 유체를 ~ 0.05 mL/분의 속도로 흡입하면서, 관의 단부를 제 1 테스트 샘플로부터 분리하고, ~ 1cm 길이의 공기 갭이 유입되도록 ~ 1 초 동안 기다리며, 다음에 관의 일단부를 제 2 테스트 샘플내에 위치시킴으로써, 상이한 유체 테스트 샘플들을 관내로 도입하였다. 공기 갭은 관내의 두개의 테스트 샘플들이 서로 섞이는 것을 방지하기 위해 사용된다. 유체가 탐지 영역에 걸쳐 정지상태로 유지되었을 때(즉, 시린지 펌프가 꺼졌있을 때) 또는 전술한 관이 0.020" 내경, 0.063" 외경, 0.021" 벽두께의 PTFE 와 같은 보다 작은 내경의 관으로 대체되었을 때 얻어진 측정과 유사한 결과가 얻어졌다.The computer runs Labveiw ® software to control the operation of the network analyzer and display and store data from it. A coaxial-shaped measuring probe as shown and described in Fig. 2A was used. A PTFE tube (0.031 " inner diameter, 0.063 " outer diameter, 0.016 in wall thickness) is placed across the detection area of the measurement probe and secured using a grooved top cover screwed into the shelf of the measurement probe. (Not shown), and the other end is immersed in a fluid test sample to be analyzed. The syringe pump is used to draw a test sample through the tube to the detection area In the following experiments, the spectra of various test samples were measured while moving the test sample over the detection area 155. The syringe pump was used to inhale the fluid at a rate of ~0.0 mL / min Separate the end of the tube from the first test sample, wait for ~ 1 sec to allow an air gap of ~ 1 cm in length to flow, then place one end of the tube in a second test sample The air gap is used to prevent the two test samples in the tube from intermixing. When the fluid is held stationary over the detection area (i.e., when the syringe pump Similar to the measurements obtained when the tube described above was replaced with a tube of smaller internal diameter such as 0.020 " inner diameter, 0.063 " outer diameter, 0.021 " wall thickness PTFE.

도 6b-6h 에 도시된 실험에 사용된 분석대상은 탄산탈수효소Ⅱ(CA, 소과(bovine)), 피브리노겐(I-S 타입, 소과), 리소짐(달걀 흰자), 펩신(돼지 위 점막), 페리틴(ferritin)(I 타입, 말의 지라), 소의 혈청 알부민(BSA), 물(18 메가 오옴), 소듐 도데실설파이트(sodium dodecylsulfate)(SDS) 및 이송 매체 인산염이며, 함염 용액은 Sigma 사(미조리 세인트 루이스에 소재)로부터 구입하였다. 1염기 인산나트륨 및 2염기 인산나트륨를 EM Science(뉴저지 깁스타운에 소재)로부터 구입하였다. PBS 이송 매체는 구입한 그대로 사용하였고, 25mM 인산나트륨 이송 매체는 사용 직전에 물(18 메가 오옴)을 사용하여 pH 7.8 로 준비하였다. CA, 피브리노겐, 리소짐, BSA 및 펩신의 1.0 % 용액(w/w)은 사용직전에 pH 7.8 로 맞춰진 25mM 인산나트륨 이송 매체로 마련된다. 1.0 % 용액(w/w) 페리틴 및 5 %(w/w) SDS 사용 직전에 PBS 내에서 마련된다.The analytes used in the experiments shown in FIGS. 6B-6H are carbonic anhydrase II (CA, bovine), fibrinogen (IS type, bovine), lysozyme (egg white), pepsin (porcine gastric mucosa) (I type, horse chestnut), bovine serum albumin (BSA), water (18 megohm), sodium dodecylsulfate (SDS) and transfer medium phosphate. The salt solution was purchased from Sigma St. Louis, MO). Monobasic sodium phosphate and dibasic sodium phosphate were purchased from EM Science (Gibbstown, NJ). The PBS transfer medium was used as purchased and 25 mM sodium phosphate transfer medium was prepared at pH 7.8 using water (18 megohms) just prior to use. A 1.0% solution (w / w) of CA, fibrinogen, lysozyme, BSA and pepsin is provided in 25 mM sodium phosphate transport medium adjusted to pH 7.8 just prior to use. 1.0% solution (w / w) ferritin and 5% (w / w) SDS.

제 1 실험에서, PBS 이송 매체는 관내로 도입되고 S11(회수 손실) 측정이 취해지는 탐지 영역으로 이송된다. 다음에, 페리틴 테스트 샘플(PBS 에서의 1 % w/w)이 탐지 영역으로 이송되고 제 2 S11측정을 실시하였다. 페리틴 측정은 측정 신뢰성을 위해 4차례 실시하였다. PBS 용액 내의 S11응답 및 4개의 페리틴 응답을 도 6b(db 크기로) 및 도 6c(위상 각도로)에 도시하였다.In a first experiment, the PBS delivery medium is introduced into the tube and transferred to a detection area where a S 11 (recovery loss) measurement is taken. Next, a ferritin test sample (1% w / w in PBS) was transferred to the detection area and a second S 11 measurement was performed. Ferritin measurements were performed 4 times for measurement reliability. The S 11 response in PBS solution and the four ferritin responses are shown in FIG. 6 b (in db) and in FIG. 6 c (in phase angle).

도 6b 에 도시된 바와 같이, PBS 용액과 관련한 S11응답은 1.163 GHz 에서깊은 널(null)을 가진다. 또한, PBS 및 페리틴 S11사이의 차이를 도 6b 에서 볼 수 있다. 특히, 페리틴 S11응답은 PBS 응답에 비해 덜 두드러지고 주파수 변환된 널을 나타낸다. 이러한 차이 모두 또는 하나는 전술한 공정에서 설명한 바와 같이 분석대상의 존재를 탐지하는 파라미터로서 사용될 수 있다. 또한, 페리틴 S11응답(크기 및/또는 위상)은, 전술한 공정에서와 같이, 저장되고 다른 테스트 샘플내의 미지의 분석대상을 식별하기 위한 식별 표식으로서 사용될 수 있다.As shown in FIG. 6B, the S 11 response with respect to the PBS solution has a deep null at 1.163 GHz. Also, the difference between PBS and ferritin S 11 can be seen in Figure 6b. In particular, the ferritin S 11 response is less pronounced and frequency converted than the PBS response. All or any of these differences can be used as a parameter to detect the presence of an analyte as described in the above-described process. In addition, the ferritin S < 11 > response (size and / or phase) can be stored and used as an identifying indicia to identify unknown analytes in other test samples, as in the process described above.

도 6c 는 주파수에 걸친 PBS 및 페리틴 S11응답들 사이의 크기 차이를 추가로 도시한다. 최대 점에서, 차이는 20 dB에 접근하며, 그 것은 테스트 샘플내에 존재하는 분석대상을 나타낼 수 있을 정도로 큰 차이이다. 또한, 페리틴 측정들 사이의 작은 편차를 볼 수 있으며, 이는 높은 측정 반복성 및 안정성을 나타내는 것이다.Figure 6c further illustrates size differences between PBS and feritin S 11 responses over frequency. At the maximum point, the difference approaches 20 dB, which is a large difference to be able to represent the analyte present in the test sample. In addition, a small deviation between the ferritin measurements can be seen, indicating high measurement repeatability and stability.

도 6d 는 PBS 및 페리틴 샘플의 S11응답의 위상을 도시하며, 도 6e 는 그들 사이의 차이를 보여준다. PBS와 페리틴 측정 사이의 위상차는 명백하며, 페리틴 샘플 측정들의 반복성 또한 명백하다. 따라서, 위상 정보는 전술한 공정에 따른 용액내의 분석대상을 탐지하는 파라미터로서 사용될 수 있다.Figure 6d shows the phase of the S 11 response of the PBS and ferritin samples, and Figure 6e shows the differences between them. The phase difference between the PBS and the ferritin measurement is obvious, and the repeatability of the ferritin sample measurements is also apparent. Therefore, the phase information can be used as a parameter for detecting an analyte in a solution according to the above-described process.

다음에, 전술한 분자 탐지 시스템은 상이한 분석대상의 탐지를 명시하게 위해 사용되었다. 도 6f 및 6g 는, 탄산탈수효소, 피브리노겐, 리조짐, BSA, 및 펩신 그리고 이송 매체(25 mM 인산나트륨 이송 매체, pH 7.8)의 6 개의 분석대상으로부터 취한 크기 및 위상 S11측정을 도시한다. 그 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 각 분석대상은 사로 상이하고 식별될 수 있는 신호 응답을 제공하며, 그에 따라 전술한 바와 같이 테스트 샘플내의 각각의 대상을 탐지 및 규명할 수 있다.Next, the above-described molecular detection system was used to specify detection of different analytes. Figures 6f and 6g illustrate the size and phase S 11 measurements taken from six analytes of carbonic anhydrase, fibrinogen, lysozyme, BSA, and pepsin and transfer medium (25 mM sodium phosphate transport medium, pH 7.8). As can be seen in the figure, each analyte provides a signal response that can be distinguished and identifiable, thereby allowing detection and identification of each subject in the test sample as described above.

도 6h 에는 전술한 시스템을 이용하여 얻은 염화나트륨의 5 개 용액의 S11응답(크기)이 도시되어 있다. 그 용액들은 1.0 M 모용액(stock solution)으로부터 탈이온수를 이용하여 계속적으로 희석하여 얻어졌다. 유체 샘플들은 전술한 바와 같은 관을 통해 동축적인 공명 구조물의 탐지 영역으로 도입된다. 먼저, 탈이온수가 1.2 GHz 의 fdes에서 작동하는 공명 프로브의 상부로 도입된다. 이어서, 프로브는 -65 dB 크기의 반사 측정을 얻도록 도시된 fres 로 튜닝된다. 그 후, 각각의 염화나트륨 용액이 도입되고 신호 응답이 기록된다. 도 6h 에 도시된 바와 같이, 테스트 시스템은 0.010 mM NaCl 용액과 탈이온수를 식별할 수 있다.Figure 6h shows the S 11 response (size) of the five solutions of sodium chloride obtained using the system described above. The solutions were obtained from a 1.0 M stock solution by continuous dilution with deionized water. Fluid samples are introduced into the detection region of a coaxial resonant structure through a tube as described above. First, deionized water is introduced to the top of a resonance probe operating at a f des of 1.2 GHz. The probe is then tuned to the fres shown to obtain a reflection measurement of -65 dB in magnitude. Each sodium chloride solution is then introduced and the signal response recorded. As shown in Figure 6h, the test system can identify 0.010 mM NaCl solution and deionized water.

도 6i 및 6j 는 본 발명에 따라(1/2 x 의 동일한 중량 농도를 사용하여) 도 3d 의 방법을 사용하여 특이 분자 결합 이벤트를 탐지할 때 발생되는 S11신호 응답을 도시한다. 도 6i 는 변성된 HSA, SAL, 및 비결합 혼합물에 대한 신호 응답을 도시하며, 도 6j 는 본래의 HSA, SAL, 및 본래의 HSA 및 본래의 SAL 의 혼합물에 대한 신호 응답을 도시한다. 진폭 공명(최소 진폭 점) 및 주파수 공명(최소 진폭이 측정되는 곳에서의 주파수)를 나타내는 각각의 측정된 응답을 이하에서 설명한다.Figures 6i and 6j show S 11 signal responses that occur when detecting a specific molecular binding event using the method of Figure 3d (using the same weight concentration of 1/2 x) according to the present invention. Figure 6i shows the signal response for the denatured HSA, SAL, and unbound mixture, and Figure 6j shows the signal response for the native HSA, SAL, and mixture of the native HSA and the native SAL. Each measured response representing amplitude resonance (minimum amplitude point) and frequency resonance (frequency at which minimum amplitude is measured) is described below.

인간의 혈청 알부민(HSA) 및 살부타몰(salbutamol)은 위스콘신 밀워키에 소재하는 Aldrich Chemical Company 로부터 구입하였다. 인산 식염수(PBS)는 뉴욕 그랜드 아일랜드에 소재하는 Life Technologies, Inc. 로부터 구입하였다. SAL 의 모용액은 50μM 농도의 1×PBS(pH7.2)에서 마련하였다. HSA 의 모용액은 50μM 농도의 1×PBS(pH7.2)에서 마련하였다. 50μM 농도 HSA 는 60 도C 에서 15 분간 1×PBS 버퍼에서 변성되었다. 새롭게 마련된 50μM HSA(본래의 및 변성된)는 동일한 체적의 50μM SAL 에서 10분간 예비 배양되었다. 1×PBS(pH7.2) 에서 50μM HSA(본래의 및 변성된)에 대해, 1×PBS(pH7.2) 에서 50μM SAL 을 포함하는 용액에 대해, 그리고 동일 체적의 용액 혼합물로서 1×PBS(pH7.2) 에서 25μM HSA 및 25μM SAL 의 최종 농도를 가지는 혼합물에 대해, 신호 응답들이 얻어졌다. 신호 응답들은 캘리포니아 팔로 알토에 소재하는 Agilent Technologies 사의 모델 번호 8714 의 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 상온에서 얻어졌다. 1.2 GHz 의 fres를 가지는 공명 동축 프로브를 측정 프로브로서 이용하였다.Human serum albumin (HSA) and salbutamol were purchased from Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wis. Phosphate saline (PBS) was purchased from Life Technologies, Inc. of Grand Island, NY Lt; / RTI > The parent solution of SAL was prepared in 1x PBS (pH 7.2) at a concentration of 50 μM. The parent solution of HSA was prepared in 1x PBS (pH 7.2) at a concentration of 50 μM. 50 μM concentration HSA was denatured in 1 × PBS buffer at 60 ° C. for 15 minutes. Freshly prepared 50 [mu] M HSA (native and denatured) were preincubated for 10 min in the same volume of 50 [mu] M SAL. For a solution containing 50 μM SAL in 1 × PBS (pH 7.2) for 50 μM HSA (native and denatured) in 1 × PBS (pH 7.2) and for 1 × PBS pH 7.2), signal responses were obtained for a mixture having a final concentration of 25 [mu] M HSA and 25 [mu] M SAL. Signal responses were obtained at room temperature using a vector network analyzer from Model 8714 from Agilent Technologies, Palo Alto, California. A resonant coaxial probe having a fres of 1.2 GHz was used as a measurement probe.

도 6i 를 참조하면, 버퍼 응답은 약 1232.86 MHz 에서, 약 -62 dB 에서의 진폭 공명에 달하는 fres를 나타낸다. SAL 용액은 약간 증가한 공명 진폭(-60 dB)을 나타내고, 공명 주파수의 변화는 무시할 수 있을 정도이다. 변성된 HSA 용액은 -73 dB 로 약간 감소된 진폭을 나타내고, 주파수는 버퍼 fres로부터 약 +3.5 KHz 변환된 것을 나타낸다. 혼합물은 약 -67 dB 의 진폭에서 버퍼 fres로부터 약 +1.9 KHz 의 주파수 공명을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 비결합 신호 응답은 변성된 HSA 및 SAL 응답 사이의 평균값에 근접한 진폭 및 주파수 공명을 나타낸다.Referring to Figure 6i, a buffer is in response approximately 1232.86 MHz, represents the f res up to amplitude resonances at about -62 dB. The SAL solution exhibits slightly increased resonant amplitude (-60 dB), and the change in resonant frequency is negligible. The modified HSA solution indicates a slightly reduced amplitude to -73 dB, the frequency indicates that the conversion of about +3.5 KHz from the buffer f res. Mixture at an amplitude of about -67 dB from the buffer f res represents the frequency resonance of about +1.9 KHz. As shown, the unbonded signal response represents the amplitude and frequency resonance close to the average value between the denatured HSA and SAL responses.

도 6i 에 도시된 바와 같이, 버퍼 및 SAL 응답들이 도 6j 에 비교 도시되어 있다. 본래의 HSA 는 버퍼 fres로부터 약 +2.3 KHz 변환되고, -55 dB 의 측정된 진폭 공명을 가진다. 조합된(결합된) 혼합물은 버퍼 fres로부터 약 +2.3 KHz 변환된 주파수 및, -53 dB 의 진폭 공명을 가지며, 이러한 양들은 SAL 및 본래의 HSA 응답의 평균값과 확실히 구별된다.As shown in Figure 6i, the buffer and SAL responses are shown in comparison to Figure 6j. Natural HSA is converted from about +2.3 KHz from the buffer f res, has a measured amplitude resonance of -55 dB. (Combined), the combined mixture has an amplitude resonance of about +2.3 KHz, and the frequency-converted, -53 dB from the buffer f res, these amounts are clearly distinct from the average value of the SAL and the original HSA response.

도 6k 및 6l 은 본 발명에 따라(조합된 혼합물에서 동일 체적의 1×농도를 이용함) 도 3f 의 방법을 이용하여 특이 분자 결합 이벤트를 탐지할 때 얻어지는 S11신호 응답을 도시한다. 도 6k 는 변성된 HSA, SAL, 및 비결합 혼합물에 대한 신호 응답들을 도시하고, 도 6l 은 본래의 HSA, SAL, 및 본래의 HSA가 SAL과 결합한 조합 혼합물의 신호 응답을 도시한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 각각의 측정된 응답은 진폭 공명(최소 진폭 점) 및 주파수 공명(최소 진폭이 측정되는 곳에서의 주파수)를 나타낸다.Figures 6k and 61 show S 11 signal responses obtained when detecting a specific molecular binding event using the method of Figure 3f (using 1x concentration of the same volume in the combined mixture) according to the present invention. Figure 6k shows the signal responses for the denatured HSA, SAL, and unbound mixture, and Figure 61 shows the signal response of the combined HSA, SAL, and combination mixture in which the native HSA is combined with the SAL. As described below, each measured response represents amplitude resonance (minimum amplitude point) and frequency resonance (frequency at which minimum amplitude is measured).

살부타놀 및 HSA 의 모용액은 200 μM 농도의 1×PBS(pH7.2) 로 마련된다. 최종 농도가 200 μM 인 HSA 는 pH 가 2.73 으로 조절된 1×PBS 버퍼에서 밤새 변성되었다. 결합 실험에 앞서서, PBS 버퍼는 박막 여과에 의해 pH 7.2 로 신속하게 변환되었다.Moisture solutions of salbutanol and HSA were prepared in 1 x PBS (pH 7.2) at a concentration of 200 μM. HSA with a final concentration of 200 μM was denatured overnight in 1 × PBS buffer adjusted to pH 2.73. Prior to the binding experiment, the PBS buffer was rapidly converted to pH 7.2 by thin-film filtration.

새롭게 마련된 100μM 최종 농도의 HSA는 100μM 최종 농도의 살부타몰에서 10분간 예비 배양되었다. 1×PBS(pH7.2) 에서 100μM HSA(본래의 또는 변성된)에 대해, 1×PBS(pH7.2) 에서 100μM SAL 을 포함하는 용액에 대해, 그리고1×PBS(pH7.2) 에서 100μM HSA 및 100μM SAL 를 가지는 용액에 대해, 신호 응답들이 얻어졌다. 신호 응답들은 캘리포니아 팔로 알토에 소재하는 Agilent Technologies 사의 모델 번호 8714 의 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 상온에서 얻어졌다. 1.2 GHz 의 fres를 가지는 공명 동축 프로브를 측정 프로브로서 이용하였다.A freshly prepared 100 μM final concentration of HSA was pre-incubated for 10 minutes in salbutamol at a final concentration of 100 μM. For 100 μM HSA (native or denatured) in 1 × PBS (pH 7.2), for a solution containing 100 μM SAL in 1 × PBS (pH 7.2) and for 100 μM in 1 × PBS (pH 7.2) For solutions with HSA and 100 [mu] M SAL, signal responses were obtained. Signal responses were obtained at room temperature using a vector network analyzer from Model 8714 from Agilent Technologies, Palo Alto, California. A resonant coaxial probe having a fres of 1.2 GHz was used as a measurement probe.

도 6k 를 참조하면, 버퍼 응답은 약 1232.86 MHz 에서, 약 -62 dB 에서의 진폭 공명에 달하는 fres를 나타낸다. SAL 용액은 약간 증가한 공명 진폭(-60 dB)을 나타내고, 공명 주파수의 변화는 무시할 수 있을 정도이다. 변성된 HSA 용액은 -87 dB 로 감소된 진폭을 나타내고, 주파수는 버퍼 fres로부터 약 +7.2 KHz 변환된 것을 나타낸다. 비결합 혼합물은 약 -63 dB 의 진폭에서 버퍼 fres로부터 약 7.2 KHz 의 주파수 공명을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 비결합 신호 응답은 HSA(약 7.2 KHz) 및 SAL(약 0 Hz)의 비결합 성분들로 인한 주파수 변환의 합에 fres를 더한 것과 거의 같은 주파수 공명(fres+ 7.2 KHz)를 나타낸다.Referring to FIG. 6k, the buffer response represents f res , at about 1232.86 MHz, reaching an amplitude resonance at about -62 dB. The SAL solution exhibits slightly increased resonant amplitude (-60 dB), and the change in resonant frequency is negligible. The modified HSA solution represents a reduced amplitude to -87 dB, the frequency indicates that the conversion of about +7.2 KHz from the buffer f res. Unbound mixture at an amplitude of about -63 dB from the buffer f res represents the frequency resonance of about 7.2 KHz. As shown, the non-associated signal responses HSA (about 7.2 KHz) and SAL (approximately 0 Hz) ratio to the sum of the frequency transformation due to the coupling component f res to plus as about the same frequency 0 people (f res + 7.2 KHz of ).

도 6l 에 도시된 바와 같이, 버퍼 및 SAL 응답들이 도 6k 에 비교 도시되어 있다. 본래의 HSA 는 버퍼 fres로부터 약 +6.3 KHz 변환되고, -61 dB 의 측정된 진폭 공명을 가진다. 결합 혼합물은 버퍼 fres로부터 약 10.8 KHz 변환된 주파수를 나타내며, 이 주파수는 SAL(0 Hz) 및 HSA(6.3 KHz)의 집합적인 기여 범위를 명백하게 벗어난다.As shown in Figure 61, buffer and SAL responses are shown in comparison to Figure 6k. Natural HSA is converted from about +6.3 KHz from the buffer f res, has a measured amplitude resonance of -61 dB. The binding mixture represents a frequency approximately 10.8 KHz converted from the buffer fres , and this frequency is clearly deviating from the aggregate contribution range of SAL (0 Hz) and HSA (6.3 KHz).

도 6m 은 본 발명에 따라 얻어진 도즈 응답 곡선을 도시한다. HSA 는 위스콘신 밀워키에 소재하는 Aldrich Chemical Company 로부터 구입하였고, PBS 는 뉴욕 그랜드 아일랜드에 소재하는 Life Technologies, Inc. 로부터 구입하였으며, 16-메캅토헥사데카노 산(mecaptohexadeccanoic acid)(C16)은 미조리 세인트 루이스에 소재하는 Gateway Chemical Technology, Inc. 로부터 구입하였다. C16 의 모용액은 1 mM 농도의 DMSO 에서 마련되었다. HSA 의 모용액은 200μM 농도의 1×PBS(pH7.2)에서 마련하였다. HSA 는 10μM 의 최종로 준비되고,0.1 내지 1000μM 의 최종 농도의 C16 과 함게 10분간 예비 배양되었다. 모든 최종 농도는 5 % DMSO 를 포함한다. 5 % DMSO(pH7.2)를 포함하는 1×PBS 용액에 대한 베이스라인 응답이 얻어진다. 5 % DMSO(pH7.2)를 포함하는 1×PBS 에서 C16 의 여러가지 농도를 포함하는 용액에 대한 측정 응답이 얻어진다. 신호 응답들은 캘리포니아 팔로 알토에 소재하는 Agilent Technologies 사의 모델 번호 8714 의 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 상온에서 얻어졌다. 1.2 GHz 의 fres를 가지는 공명 동축 프로브를 측정 프로브로서 이용하였다.6M shows the dose response curve obtained according to the present invention. HSA was purchased from Aldrich Chemical Company of Milwaukee, Wis., And PBS was purchased from Life Technologies, Inc. of Grand Island, NY And mecaptohexadecanoic acid (C16) was purchased from Gateway Chemical Technology, Inc. of St. Louis, Missouri. Lt; / RTI > The parent solution of C16 was prepared in DMSO at a concentration of 1 mM. The parent solution of HSA was prepared in 1 x PBS (pH 7.2) at a concentration of 200 μM. HSA was prepared to a final concentration of 10 μM and pre-incubated with C16 at a final concentration of 0.1 to 1000 μM for 10 minutes. All final concentrations include 5% DMSO. A baseline response is obtained for a 1x PBS solution containing 5% DMSO (pH 7.2). A measurement response is obtained for a solution containing various concentrations of C16 in 1x PBS containing 5% DMSO (pH 7.2). Signal responses were obtained at room temperature using a vector network analyzer from Model 8714 from Agilent Technologies, Palo Alto, California. A resonant coaxial probe having a fres of 1.2 GHz was used as a measurement probe.

HSA, C16, 및 HSA 와 여러 가지 양의 C16 혼합물에 의해 생성되는 공명 주파수 변화가 측정되고, PBS/5%DMSO 용액의 베이스라인 응답의 fres에 대해 평균이 얻어지며(나누어 지며), C16 의 농도에 대해 좌표가 도시된다. 응답(도 6m)은, C16 에 대해 약 50μM 의 포화점을 가지는 포화 곡선을 명확히 나타낸다.Of HSA, C16, and (divided), the average is obtained for f res of the HSA and is measured a number of the amount of resonant frequency change produced by the C16 mixture, PBS / 5% DMSO baseline response of the solution, C16 Coordinates are plotted against the concentration. The response (Figure 6m) clearly shows a saturation curve with a saturation point of about 50 [mu] M for C16.

이상에서 본 발명의 가능한 실시예를 완전히 설명하였지만, 여러 가지 변형 실시예, 변경 실시예, 및 균등물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전도성 또는 유전성 웨이브가이드와 같은 다른 전송 매체 뿐만 아니라 다른 유체 이송 시스템을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 출원에서 인용된 모든 간행물 및 특허 관련 서류는, 그 간행물 및 특허 서류 각각이 개별적으로 지시된 한도내에서 여하한 목적을 위해 전체가 인용된다. 특히, 본 출원은 이하에 기재된 본 출원인의 계류중인 출원들과 관련되며, 그 출원들 모두는 본 명세서에서 인용한다: 즉,While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, other transmission media such as conductive or dielectric waveguides as well as other fluid delivery systems may be selectively used. In addition, all publications and patent documents cited in this application are cited for any purpose, to the extent that each publication and patent document is individually indicated. In particular, the present application relates to the applicant's pending applications as set forth below, all of which are incorporated herein by reference:

1999년 2월 1일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐지를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 09/243,193 호(대리인 서류 번호 19501-000200US);09 / 243,193 (Attorney Docket No. 19501-000200US) entitled " Method and Apparatus for Detection of Molecular Binding Events ", filed February 1, 1999;

1999년 2월 1일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐지를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 09/243,196 호(대리인 서류 번호 19501-000300US);09 / 243,196 (Attorney Docket No. 19501-000300US) entitled " Method and Apparatus for Detection of Molecular Binding Events ", filed February 1, 1999;

1999년 8월 2일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐지를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 09/365,578 호(대리인 서류 번호 19501-000210);09 / 365,578 (Attorney Docket No. 19501-000210) entitled " Method and Apparatus for Detection of Molecular Binding Events ", filed August 2, 1999;

1999년 8월 2일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐의 탐지를 위한 테스트 시스템 및 센서"라는 명칭의 09/365,978 호(대리인 서류 번호 19501-000500);09 / 365,978 (Attorney Docket No. 19501-000500) entitled " Test System and Sensor for Detection of Tom Binding of Molecular Bond Events " filed on August 2, 1999;

1999년 8월 2일에 출원된 "핵산 분석 방법" 라는 명칭의 09/365,581 호(대리인 서류 번호 19501-000600);09 / 365,581 (Attorney Docket No. 19501-000600) entitled " Method for the Analysis of Nucleic Acids " filed on August 2, 1999;

1999년 8월 2일에 출원된 "단백질 결합 이벤트의 분석 방법"라는 명칭의 09/265,580 호(대리인 서류 번호 19501-000700);09 / 265,580 (Attorney Docket No. 19501-000700) entitled " METHOD FOR ANALYSIS OF PROTEIN BINDING EVENT " filed on August 2, 1999;

2000년 1월 10일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐지를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 09/480,846 호(대리인 서류 번호 19501-000310);09 / 480,846 (Attorney Docket No. 19501-000310) entitled " Method and Apparatus for Detection of Molecular Binding Events ", filed on January 10,2000;

2000년 1월 10일에 출원된 "분자 결합 이벤트의 탐지를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 09/480,315 호(대리인 서류 번호 19501-000320).09 / 480,315 (attorney docket number 19501-000320) entitled " Method and Apparatus for Detection of Molecular Binding Events, " filed January 10,2000.

Claims (28)

테스트 샘플내에서 분자 이벤트를 탐지하는 분자 탐지 시스템으로서:A molecular detection system for detecting molecular events within a test sample: (1) 체적이 1.0 mL 미만인 탐지 영역을 포함하는 유체 저장용기;(1) a fluid storage container comprising a detection area having a volume less than 1.0 mL; (2) 10 MHz 내지 1000 GHz 주파수의 전자기 입사 테스트 신호를 전송하도록 작동되는 신호 공급원;(2) a signal source operative to transmit an electromagnetic incident test signal at a frequency of 10 MHz to 1000 GHz; (3) 측정 프로브로서,(3) As a measurement probe, (a) (ⅰ) 상기 신호 공급원에 커플링된 웨이브 가이드, 또는 (ⅱ) 상기 신호 공급원에 커플링된 전송라인, 접지 면, 및 상기 전송라인과 접지 면 사이에 배치된 유전체 층을 포함하는 프로브 헤드로서, 상기 프로브 헤드는 입사 테스트 신호를 탐지 영역내의 테스트 샘플에 전자기적으로 커플링하도록 구성되며, 상기 입사 테스트 신호의 테스트 샘플과의 상호작용은 변조된 테스트 신호를 생성하며, 상기 프로브 헤드는 상기 변조된 테스트 신호의 일부를 회수하도록 구성된, 프로브 헤드와,(a) a probe including (i) a waveguide coupled to the signal source, or (ii) a transmission line coupled to the signal source, a ground plane, and a dielectric layer disposed between the transmission line and the ground plane. Wherein the probe head is configured to electromagnetically couple an incident test signal to a test sample in a detection area, wherein interaction of the incident test signal with a test sample generates a modulated test signal, A probe head configured to recover a portion of the modulated test signal; (b) 연결 단부를 포함하는, 측정 프로브;(b) a measurement probe comprising a connection end; (4) 상기 측정 프로브의 연결 단부에 커플링되고 변조된 테스트 신호를 회수하도록 구성된 신호 탐지부를 포함하는 시스템.(4) a signal detection unit coupled to the connection end of the measurement probe and configured to recover a modulated test signal. 제 1 항에 있어서, 0.3 ㎍ 또는 그 이하의 피브리노겐을 포함하는 제 1 수성 샘플이 탐지 영역에 존재하는 동안에 제 1 변조 테스트 신호가 얻어지고 피브리노겐을 포함하지 않는 다는 점을 제외하고 상기 제 1 수성 샘플과 동일한 제 2 수성 샘플이 탐지 영역에 존재하는 동안에 제 2 변조 테스트 신호가 얻어 질 때, 상기 신호 탐지부가 상기 제 1 변조 테스트 신호와 제 2 변조 테스트 신호 간의 차이를 탐지할 수 있을 정도로 높은 감도로 구성되는 시스템.3. The method of claim 1, wherein the first aqueous sample, except that a first modulation test signal is obtained while the first aqueous sample comprising 0.3 g or less of fibrinogen is present in the detection region and does not contain fibrinogen, When the second modulated test signal is obtained while the second aqueous sample, which is the same as the second modulated test signal, is present in the detection region, the signal detection section is set to a sensitivity that is high enough to detect the difference between the first modulation test signal and the second modulation test signal The system to be configured. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브 헤드는 상기 탐지 영역내의 샘플과 물리적으로는 분리되고 전자기적으로는 커플링되는 시스템.The system of claim 1, wherein the probe head is physically separate and electromagnetically coupled to a sample in the detection region. 제 3 항에 있어서, 상기 프로브 헤드는 동축 전송 라인의 개방-단부형 단면부를 포함하는 시스템.4. The system of claim 3, wherein the probe head includes an open-ended cross-section of a coaxial transmission line. 제 3 항에 있어서, 상기 측정 프로브는:The measuring probe according to claim 3, wherein the measuring probe comprises: 상기 프로브 헤드와 제 1 갭 단부를 포함하는 제 1 동축 부분;A first coaxial portion comprising the probe head and a first gap end; 제 2 갭 단부 및 상기 연결 단부를 포함하는 제 2 동축 부분;A second coaxial portion including a second gap end and the connection end; 상기 제 1 및 제 2 갭 단부사이에 조절가능하게 결합되고 그 단부들 사이에 가변적인 갭 거리를 제공하도록 구성된 튜닝 소자를 포함하는 시스템.And a tuning element configured to be adjustably coupled between the first and second gap ends and to provide a variable gap distance between the ends. 제 5 항에 있어서, 상기 튜닝 소자는 상기 갭 단부를 둘러싸는 중공의 전도성 관을 포함하는 시스템.6. The system of claim 5, wherein the tuning element comprises a hollow conductive tube surrounding the gap end. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 공급원 및 신호 탐지부는 벡터 네트워크 분석 시스템, 스칼라 네트워크 분석 시스템, 또는 시간 영역 반사계에 포함되는 시스템.2. The system of claim 1, wherein the signal source and the signal detector are included in a vector network analysis system, a scalar network analysis system, or a time domain reflectometer. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 저장용기는 미세타이터 플레이트의 웰을 포함하는 시스템.2. The system of claim 1, wherein the fluid storage vessel comprises a well of a microtiter plate. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 저장용기는 유체를 일 지점으로부터 다른 지점으로 이송하도록 구성된 채널을 포함하는 시스템.2. The system of claim 1, wherein the fluid storage vessel comprises a channel configured to transfer fluid from one point to another. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 채널은 PTFE 관의 내부 채널을 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, wherein the fluid channel comprises an internal channel of a PTFE tube. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 저장용기는 미세유체 이송 시스템내의 하나 이상의 채널을 포함하는 시스템.10. The system of claim 9, wherein the fluid storage vessel comprises one or more channels in a microfluidic transport system. 제 9 항에 있어서, 상기 채널을 통해 유체를 이동시키도록 구성된 유체 이송 시스템을 추가로 포함하며,10. The apparatus of claim 9, further comprising a fluid delivery system configured to transfer fluid through the channel, 상기 유체 이송 시스템은:The fluid delivery system comprising: 이송 유체를 저장하도록 구성된 유체 저장용기; 및A fluid storage container configured to store a transfer fluid; And 상기 유체 저장 용기에 그리고 상기 유체 채널에 연결된 유체 제어부를 포함하고,And a fluid control coupled to the fluid storage vessel and to the fluid channel, 상기 유체 제어부는 상기 유체 저장용기로부터 상기 유체 채널을 통한 유체의 이송 속도를 제어하도록 구성된 시스템.Wherein the fluid control is configured to control the transfer rate of fluid through the fluid channel from the fluid storage vessel. 수성 테스트 샘플내의 분자 이벤트를 탐지하는 방법으로서:A method for detecting molecular events in an aqueous test sample comprising: (1) 제 1 샘플을 체적이 1.0 mL 인 탐지 영역을 가지는 유체 저장용기내로 도입하는 단계;(1) introducing the first sample into a fluid storage vessel having a detection area of 1.0 mL volume; (2) 상기 탐지 영역에 신호를 인가하는 단계로서:(2) applying a signal to the detection region, (a) 측정 프로브로서:(a) as a measurement probe: (A) (ⅰ) 신호 공급원에 커플링된 웨이브 가이드, 또는 (ⅱ) 상기 신호 공급원에 커플링된 전송라인, 접지 면, 및 상기 전송라인과 접지 면 사이에 배치된 유전체 층을 포함하는 프로브 헤드로서, 상기 프로브 헤드는 입사 테스트 신호를 탐지 영역내의 테스트 샘플에 전자기적으로 커플링하도록 구성되며, 상기 입사 테스트 신호의 테스트 샘플과의 상호작용은 변조된 테스트 신호를 생성하며, 상기 프로브 헤드는 상기 변조된 테스트 신호의 일부를 회수하도록 구성된, 프로브 헤드와;(A) a probe head including (i) a waveguide coupled to a signal source, or (ii) a transmission line coupled to the signal source, a ground plane, and a dielectric layer disposed between the transmission line and the ground plane. Wherein the probe head is configured to electromagnetically couple an incident test signal to a test sample in a detection region, wherein interaction of the incident test signal with a test sample generates a modulated test signal, A probe head configured to recover a portion of the modulated test signal; (B) 연결 단부를 포함하는, 측정 프로브, 및(B) a measurement probe comprising a connection end, and (b) 상기 측정 브로브의 연결 단부에 커플링되고 상기 변조된 신호를 회수하도록 구성된 신호 탐지부;(b) a signal detection unit coupled to the connection end of the measurement probe and configured to recover the modulated signal; 를 이용하여, 10 MHz 내지 1000 GHz 의 테스트 신호를 상기 탐지 영역에 인가하는 단계;Applying a test signal of 10 MHz to 1000 GHz to the detection region using the test signal; (3) 상기 테스트 신호의 상기 샘플과의 상호작용의 결과로서 테스트 신호의 변화가 발생하였는지의 여부를 측정하는 단계를 포함하는 방법.(3) measuring whether a change in the test signal has occurred as a result of interaction of the test signal with the sample. 제 13 항에 있어서, 상기 분자 이벤트는 기준 분자 기질에 대한 제 1 분자 기질의 구조적 또는 기능적 유사성이며, 상기 유사성은 상기 샘플이 제 1 분자 기질을 포함할 때 탐지한 테스트 신호와 상기 샘플이 기준 분자 기질을 포함할 때 탐지되는 테스트 신호를 비교함으로써 측정되는 방법.14. The method of claim 13, wherein the molecular event is structural or functional similarity of a first molecular substrate to a reference molecular substrate, wherein the similarity is determined by comparing a test signal detected when the sample comprises the first molecular substrate, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > substrate. 제 13 항에 있어서, 상기 분자 이벤트는 제 1 분자 기질의 기준 분자 기질로의 결합인 방법.14. The method of claim 13, wherein the molecular event is a binding of a first molecular substrate to a reference molecular substrate. 수성 테스트 샘플내의 분자 이벤트를 탐지하는 방법으로서:A method for detecting molecular events in an aqueous test sample comprising: (a) 샘플 유입 단부, 체적이 1 mL 미만인 탐지 영역, 및 샘플 배출 단부를 가지는 유체 채널과 그리고 유체 이동 제어부를 구비하는 유체 이송 시스템의 유체 채널내로 제 1 샘플을 도입하는 단계;(a) introducing a first sample into a fluid channel of a fluid delivery system having a sample inlet end, a detection area having a volume less than 1 mL, and a fluid channel having a sample outlet end and a fluid movement control; (b) 상기 유체 제어부의 제어하에서 상기 샘플을 상기 샘플 유입 단부로부터 상기 샘플 배출 단부를 향해 채널을 통해 이동시키는 단계;(b) moving the sample through the channel from the sample inlet end to the sample outlet end under the control of the fluid control; (c) 10 MHz 내지 1000 GHz 의 테스트 신호를 상기 유체 채널의 탐지 영역에 인가하는 단계; 및(c) applying a test signal from 10 MHz to 1000 GHz to the detection region of the fluid channel; And (d) 상기 테스트 신호의 상기 샘플과의 상호반응 결과로서의 테스트 신호 변화를 탐지하는 단계를 포함하는 방법.(d) detecting a test signal change as a result of the interaction of the test signal with the sample. 제 16 항에 있어서,17. The method of claim 16, (e) 제 1 테스트 샘플 이후에 상기 채널내로 간격 물질을 도입하는 단계,(e) introducing a spacing material into the channel after the first test sample, (f) 상기 간격 물질 이후에 상기 채널내로 추가의 테스트 샘플을 도입하는 단계,(f) introducing an additional test sample into the channel after the spacing material, (g) 상기 유체 제어부의 제어하에서 상기 채널을 통해 상기 추가의 테스트 샘플을 이동시킴으로써, 간격 물질에 의해 서로 이격된 다수의 상이한 샘플들이 서로 혼합되지 않고 채널내에서 이송되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 방법.(g) moving the further test sample through the channel under the control of the fluid control, so that a plurality of different samples spaced apart by the spacing material are transported in the channel without being mixed with each other Way. 제 17 항에 있어서, 상기 간격 물질은 일렉트로오스모틱 펌프에 의해 이송될 수 있을 정도로 큰 이온 세기의 용액을 포함하고, 상기 유체 이동 제어부는 일렉트로오스모틱 펌프를 이용하여 유체를 펌핑하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the spacing material comprises a solution of ionic strength that is large enough to be transported by an electroosmotic pump, and wherein the fluid movement controller pumps the fluid using an electroosmotic pump. 제 17 항에 있어서, 상기 간격 물질은 테스트 샘플과 실질적으로 혼합되지 않는 유체를 포함하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the spacing material comprises a fluid that is not substantially mixed with the test sample. 제 17 항에 있어서, 상기 간격 물질은 기체 버블을 포함하며, 상기 유체 이동 제어부는 물리적 펌프를 이용하여 유체를 펌핑하는 방법.18. The method of claim 17, wherein the spacing material comprises a gas bubble, and wherein the fluid movement control unit pumps the fluid using a physical pump. 제 16 항에 있어서,17. The method of claim 16, 상기 제 1 유체 채널과 교차하는 추가의 제 2 유체 채널을 제공하는 단계로서, 상기 유체 이송 시스템은 테스트 혼합물 또는 일련의 테스트 혼합물들을 포함하는 제 2 유체 채널내의 유체 이동을 개별적으로 제어하는, 제 2 유체 채널 제공 단계,Providing an additional second fluid channel crossing the first fluid channel, the fluid transfer system being adapted to control fluid movement in a second fluid channel comprising a test mixture or a series of test mixtures, Providing a fluid channel, 테스트 신호로부터 충분히 상류에 위치하는 제 1 유체 채널내에 있는 테스트 샘플내로 상기 제 2 유체 채널로부터 테스트 혼합물을 도입하여, 테스트 샘플이 테스트 신호에 도달하기 전에 테스트 혼합물이 제 1 유체 채널내의 테스트 샘플의 분자 구조와 결합할 충분한 시간을 가지도록, 테스트 혼합물을 도입하는 단계,Introducing a test mixture from the second fluid channel into a test sample in a first fluid channel that is sufficiently upstream from the test signal to cause the test mixture to be introduced into the first fluid channel prior to reaching the test signal, Introducing the test mixture so as to have sufficient time to combine with the structure, 테스트 신호의 변화에 의해 결합을 탐지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.And detecting the binding by a change in the test signal. 유체 저장용기의 탐지 영역내의 테스트 샘플내의 분자 결합을 탐지하는 방법으로서:CLAIMS What is claimed is: 1. A method for detecting molecular binding in a test sample in a detection region of a fluid storage container comprising: 10 MHz 내지 1000 GHz 의 미리 정해진 주파수에서 공명 신호 응답을 나타내는 측정 프로브를 탐지 영역에 인접 배치하여 그 탐지 영역에 신호를 전자기적으로 커플링하는 단계;Placing a measurement probe proximate to the detection region that exhibits a resonance signal response at a predetermined frequency of 10 MHz to 1000 GHz and electromagnetically coupling the signal to the detection region; 상기 탐지 영역에 기준 매체를 공급하는 단계;Supplying a reference medium to the detection area; 상기 탐지 영역에 테스트 신호를 커플링시키고 베이스라인 신호 응답을 기록하는 단계;Coupling a test signal to the detection region and recording a baseline signal response; 분자 이벤트를 포함하거나 포함하고 있다고 생각되는 테스트 샘플을 탐지 영역으로 공급하는 단계;Feeding a test sample that is believed to contain or contain a molecular event to a detection region; 테스트 신호를 탐지 영역에 커플링시키고 테스트 샘플 응답을 얻는 단계;Coupling a test signal to the detection region and obtaining a test sample response; 테스트 샘플 응답과 베이스라인 응답 사이에 차이가 있다면 그 차이를 측정하는 단계; 및If there is a difference between the test sample response and the baseline response, measuring the difference; And 상기 차이를 분자 이벤트에 연관시키는 단계를 포함하는 방법.And correlating the difference to a molecular event. 제 22 항에 있어서, 상기 측정 프로브는 S11공명 응답을 나타내는 방법.The method of claim 22, wherein the measurement probe is shown the S 11 0 people response. 제 22 항에 있어서, 상기 테스트 신호를 탐지 영역에 커플링시키고 베이스라인 신호 응답을 얻는 단계는:23. The method of claim 22, wherein coupling the test signal to a detection region and obtaining a baseline signal response comprises: 입사 신호를 발생시키는 단계;Generating an incident signal; 입사 신호를 탐지 영역에 커플링시키는 단계;Coupling an incident signal to a detection region; 탐지 영역으로부터 반사된 신호를 회수하는 단계; 및Recovering a signal reflected from the detection area; And 입사 신호의 진폭 또는 위상을 반사된 신호의 진폭 또는 위상과 비교하는 단계를 포함하는 방법.And comparing the amplitude or phase of the incident signal to the amplitude or phase of the reflected signal. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 제 1 테스트 샘플 응답을 저장하는 단계; 및Storing a first test sample response; And 추후의 테스트 샘플 응답을 상기 저장된 제 1 테스트 샘플 응답과 비교하는 단계를 추가로 포함하는 방법.Further comprising comparing a subsequent test sample response with the stored first test sample response. 테스트 샘플내의 분자 이벤트를 탐지하도록 구성된 측정 프로브로서:A measurement probe configured to detect a molecular event in a test sample, comprising: 개방-단부형 동축 단면부를 가지는 프로브 헤드 및 제 1 갭 단부를 가지며, 길이방향으로 연장하는 중앙 전도부, 상기 중앙 전도부의 종축 둘레로 배치된 유전체 절연부, 및 상기 유전체 절연부의 종축 둘레로 배치된 외측의 접지 면을 포함하는 제 1 동축 부분과;A center conductor portion extending in a longitudinal direction and having a first gap end and a probe head having an open-end coaxial end face portion, a dielectric insulating portion disposed around the longitudinal axis of the central conductive portion, and an outer side portion disposed around the longitudinal axis of the dielectric insulating portion A first coaxial portion including a ground plane; 개방-단부형 동축 단면부를 가지는 제 2 갭 단부 및 동축 연결부를 가지는 연결단부를 포함하고, 길이방향으로 연장하는 중앙 전도부, 상기 중앙 전도부의 종축 둘레로 배치된 유전체 절연부, 및 상기 유전체 절연부의 종축 둘레로 배치된 외측의 접지 면을 포함하는 제 2 동축 부분과; 그리고A second gap end having an open-end coaxial cross-section and a connection end having a coaxial connection, wherein the central conduction section extends in the longitudinal direction, the dielectric isolation section is arranged around the longitudinal axis of the central conduction section, A second coaxial portion including an outer ground plane disposed circumferentially; And 상기 제 1 및 제 2 갭 단부사이에 조절가능하게 결합되고 그 단부들 사이에 가변적인 갭 거리를 제공하도록 구성된 튜닝 소자를 포함하는 측정 프로브.And a tuning element adjustably coupled between the first and second gap ends and configured to provide a variable gap distance between the ends. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 동축 부분은, 외측 전도부에 전도가능하게 부착되고 상기 프로브 헤드의 개방 단부와 같은 높이를 갖는 선반을 포함하는 측정 프로브.27. The measurement probe of claim 26, wherein the first coaxial portion comprises a shelf that is conductively attached to the outer conductive portion and has the same height as the open end of the probe head. 제 13 항의 방법에 의해 얻어지는 정보를 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체.14. A computer-readable storage medium containing information obtained by the method of claim 13.
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