KR20070061802A - Ultra-sensitive sensor and rapid detection of analytes - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 2004년 7월 29일에 출원된 미국 임시출원 제60/592,320호의 우선권을 주장하며, 이 임시출원은 참조로서 본 출원에 병합되어 본 출원의 일부를 이룬다.This application claims the priority of US Provisional Application No. 60 / 592,320, filed on July 29, 2004, which is incorporated herein by reference and forms part of this application.
본 발명은 광범위한 종류의 분석 대상물에 대한 실시간 고속 검출 방법, 식별 방법, 계수 방법에 관한 것으로, 분석 대상물에는 세포들(진핵생물, 진정세균, 고세균), 미생물(microorganisms), 세포기관(organelles), 바이러스(viruses), 단백질(재조합 단백질 및 천연 단백질), 핵산(nucleic acids), 프리온(prions), 및 기타 화학약품(chemicals), 대사 표지(metabolic markers) 또는 생물학적 표지(biological markers) 등이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다. 레이저/광학/전자 장치들과, 분석 소프트웨어와, 분석 방법 및 시약들과, 대량 처리량 자동화를 포함하는 시스템 및 방법은 특별히 오염된 식품과 임상 시료와 환경 시료 내의 병원균 및 비병원균의 검출 방법, 식별 방법, 계수 방법에 적용된다. 본 발명에 의해 검출될 수 있는 기타 미생물들에는 임상 병원균(pathogen), 원생동물(protozoa) 및 바이러스가 포함된다.The present invention relates to a real-time high-speed detection method, identification method, counting method for a wide range of analytes, including analytes, cells (eukaryotes, soothing bacteria, archaea), microorganisms, organelles, Viruses, proteins (recombinant and natural proteins), nucleic acids, prions, and other chemicals, metabolic markers or biological markers, etc. It is not limited to this. Systems and methods, including laser / optical / electronic devices, analytical software, analytical methods and reagents, and high throughput automation, can be used to identify and identify pathogens and non-pathogens in specially contaminated food and clinical and environmental samples. Applied to method, counting method. Other microorganisms that can be detected by the present invention include clinical pathogens, protozoa and viruses.
현재, 세포들(진핵생물, 진정세균, 고세균), 미생물(microorganisms), 세포기관(organelles), 바이러스(viruses), 단백질(재조합 단백질 및 천연 단백질), 핵산(nucleic acids), 프리온(prions), 및 기타 화학약품(chemicals), 대사 표지(metabolic markers) 또는 생물학적 표지(biological markers) 등을 포함하는 분석 대상물의 검출에 사용될 수 있는 몇 가지의 고속 검출 방법이 존재한다. 이와 같은 방법들의 예에는 핵산에 기초한 분석 방법(핵산 결합법(hybridization) 및 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR))(1, 2, 17, 32)과, 생화학적 분석 방법(16, 24)과, 면역학적 방법(4, 9)과, 물리화학적 검출 방법(42)과, 전기적 검출 방법(35)과, 전자현미경적 검출 방법(38)과, 박테리오파지에 기초한 분석 방법(14, 20), 선택적인 배지(selective media) 및 배양에 기초한 검출 방법(11, 25, 31)과, 광학에 기초한 분석 방법(26) 등이 포함된다. 이와 같은 현재 이용 가능한 모든 검출 방법들은 각각의 고유한 제한으로 인해 이상적인 검출 시스템의 모든 조건들을 충족시키지는 못한다.Currently, cells (eukaryotes, soothing bacteria, archaea), microorganisms, organelles, viruses, proteins (recombinant proteins and natural proteins), nucleic acids, prions, And several high-speed detection methods that can be used to detect analytes, including other chemicals, metabolic markers, or biological markers. Examples of such methods include nucleic acid based assays (nucleation and polymerase chain reaction (PCR)) (1, 2, 17, 32), and biochemical assays (16, 24). ), Immunological methods (4, 9), physicochemical detection methods (42), electrical detection methods (35), electron microscopic detection methods (38), and bacteriophage-based analysis methods (14, 20) ,
실시간 PCR(중합효소연쇄반응, polymerase chain reaction) 분석 방법 및 핵산 결합 분석 방법(nucleic acid hybridization)을 포함하는 PCR에 기초한 분석 방법에 있어서, 높은 민감도(32)를 달성하기 위해서는 배양하는 단계들을 병합하는 것이 필요하다. 만일 배양 단계가 포함되지 않는다면, 죽은 세포들이 검출될 수 있는데, 이로 인해 바람직하지 않은 결과가 도출된다. 또한 이 분석 방법은 상대적으로 높은 비용을 요하며, 숙달된 요원을 필요로 하며, 기타 고속의 방법들보다 긴 검출 시간을 갖는 복잡한 복합 분석 시스템이다. 시료 또는 농축 여재(enrichment media) 내의 다양한 PCR 억제제의 존재는 프라이머의 결합과 증폭에 영향을 미치고, 잘못된 양성 또는 음성적 효과(false positives/negatives)를 야기할 수 있다(36, 39). 따라서 PCR에 기초한 검사 방법은 식품이나, 임상 시료 및 환경 시료에 응용될 수 없다(2, 36).In PCR-based assays, including real-time PCR (polymerase chain reaction) assays and nucleic acid acid hybridization, incorporating culturing steps to achieve high sensitivity (32) It is necessary. If no culturing step is involved, dead cells can be detected, which leads to undesirable results. In addition, this analysis method is a complex complex analysis system that requires relatively high cost, requires highly trained personnel, and has a longer detection time than other high speed methods. The presence of various PCR inhibitors in the sample or enrichment media affects the binding and amplification of the primers and can cause false positives / negatives (36, 39). Therefore, PCR-based assays cannot be applied to food, clinical or environmental samples (2, 36).
ELISA이나, 응집 시험(agglutination test)이나, 딥스틱 시험(dipstick test)과 같은 항체에 기초한 분석 방법들은 널리 이용되는 또 다른 방법들이다. 그러나 딥스틱 시험이나 응집 시험과 같은 어떤 분석 방법들의 낮은 민감도(sensitivity)로 인해, 이들 방법들은 때로는 일반적으로 상대적으로 긴 농축 시간(9)을 필요로 한다. 비록 ELISA 의 민감도가 상대적으로 높기는 하지만, 여전히 긴 시험 시간을 필요로 하며 힘든 절차들을 수반한다. 게다가 ELISA 분석 방법은 고가의 장비와 고순도의 항원(antigen)을 필요로 하므로 고가이다.Analytical methods based on antibodies, such as ELISA, agglutination test, or dipstick test, are other widely used methods. However, due to the low sensitivity of certain analytical methods, such as dipstick or flocculation tests, these methods often require relatively long concentration times (9). Although the sensitivity of ELISA is relatively high, it still requires long test times and involves difficult procedures. Moreover, ELISA assays are expensive because they require expensive equipment and high purity antigens.
또 다른 항체에 기초한 분석 방법은 면역자기분리(immunomagnetic separation, IMS) 방법인데, 이 방법은 농축 시간을 단축시킬 수 있고, 자기 입자들이나 비드(bead)에 결합된 특정 항체들을 이용함으로써 박테리아를 선택적으로 포집할 수 있다(30, 33). IMS 는 선택적인 표적 유기체나, 단백질이나, 또는 핵산을 포집하고 응축시키기 위해 사용된다(14, 15). 항체에 기초한 다른 분석 방법과 마찬가지로, IMS도 응축 단계를 필요로 하며, 적은 양의 시료에 사용되도록 제한된다(5, 7, 8, 29). IMS 그 자체로는 바람직한 분석 시스템이 아니며, 변형되어 훨씬 더 민감하고 사용자 친화적인 시스템에 병합되어야 한다. 실제로, IMS는 본 발명과 함께 사용되도록 변형되어 민감한 검출 시스템을 생성할 수 있다.Another antibody-based assay is immunomagnetic separation (IMS), which can shorten the concentration time and selectively select bacteria by using specific antibodies bound to magnetic particles or beads. Can be collected (30, 33). IMS is used to capture and condense selective target organisms, proteins, or nucleic acids (14, 15). Like other assays based on antibodies, IMS requires a condensation step and is limited to use in small samples (5, 7, 8, 29). IMS is not a desirable analytical system per se, but must be modified and incorporated into a much more sensitive and user friendly system. Indeed, IMS can be modified for use with the present invention to create sensitive detection systems.
생물발광(bioluminescence; ATP 검출)과 같은 생화학적 분석 방법들은 다른 많은 방법들에 비교하여 상대적으로 빠르다. 그러나 때로 이와 같은 방법은 순수한 배양균을 얻기 위해 긴 농축 절차를 필요로 하지 않는다(12, 18, 28). 생물발광을 이용한 ATP 검출 방법은 병원균들에 대한 비선택성과, 낮은 민감도 및 고유한 ATP 간섭(ATP interference)에 있어서 제한을 갖는다(27). 그러므로 이 방법은 어떤 환경 시료 내에서 병원균들을 우세한 비병원성 미소 식물 생물로부터 구별하지 않는다(28, 37).Biochemical analytical methods such as bioluminescence (ATP detection) are relatively fast compared to many other methods. However, sometimes such methods do not require long concentration procedures to obtain pure cultures (12, 18, 28). ATP detection methods using bioluminescence have limitations in non-selectivity to pathogens, low sensitivity and inherent ATP interference (27). Therefore, this method does not distinguish from nonpathogenic microflora which predominates pathogens in certain environmental samples (28, 37).
생물학적 입자들의 신속한 검출 방법을 위한 더 신규한 기술들의 하나는 변형 유세포 분석기(flow cytometry, FC)이다. 유세포 분석기는 세포들의 특정 성질을 개별적으로 측정할 수 있으며, 세포들이 협소한 시쓰 오리피스(sheath orifice)를 일렬로 통과할 때 세포들을 분류하고 계수할 수 있는 능력을 갖는다(10, 13, 22, 23, 41, 43). 식이성 박테리아를 검출하기 위한 유세포 분석기에 기초한 시스템은 이전에 AAT 사(advanced analytical technology, Inc)에 의해 성공직이지는 않지만 판매되어 왔다. 그러나 식품 시료 내의 박테리아 세포들을 검출하는 데 적용되는 경우 FC는 문제점들에 부닥친다. 예를 들어 음식물 입자 부스러기나 0.25 mm 보다 큰 크기의 응고된 미소 식물이 표적 박테리아와 함께 액체 시료의 흐름 내에 존재한다면, 시쓰 및/또는 오리피스의 개구가 막힐 수 있다. 모든 박테리아가 같은 크기가 아니므로, 고정된 시쓰의 지름은 다른 세포 크기들을 수용할 필요가 있어야 하며, 이와 아울러 정확한 검출과 계수를 위해 세포들이 일렬로 통과하여 흐를 수 있게 하여야 한다. 이와 같은 유세포 분석기에 기초한 시스템은 또한 높은 민감도를 달성하 위해 16-36 시간의 농축 기간을 필요로 한다. 박테리아와 접촉하는 진공 튜브, 시쓰 및 기타 고정 부분은 각각의 시료 사용 후에 완전한 세척과 소독을 필요로 하므로, 사용하기 용이하지 않다. 게다가 이와 같은 기구들의 보정은 시간이 많이 소요되고 복잡한 과정이므로, FC 기능 및 분석에 익숙하지 않은 훈련되지 않은 직원에게는 이 시스템이 적합하지 않을 수 있다. 또한 너무 많은 복잡한 부분들은 고장 수리를 어렵게 할 수 있으며, 특별히 진공 구동 시스템에서 잦은 고장을 일으킬 수 있다. 또한 이와 같은 기구는 고가이며, 기계 자체가 크고 무겁다. 비용 및 공간의 조건으로 인해 이 기구는 넓고 잘 갖추어진 실험실이나 기관에만 적합하다. 실제로, AATI 사는 식품 실험 시장에서 FC 기계를 철수시켰다.One of the newer techniques for the rapid detection of biological particles is modified flow cytometry (FC). Flow cytometers can measure the specific properties of cells individually and have the ability to sort and count cells as they pass through a narrow sheath orifice (10, 13, 22, 23). , 41, 43). Systems based on flow cytometers for detecting dietary bacteria have been previously sold but not successful by AAT (advanced analytical technology, Inc.). However, FC faces problems when applied to detect bacterial cells in food samples. For example, if food particles debris or solidified microplants larger than 0.25 mm are present in the flow of the liquid sample with the target bacteria, the openings of the sheath and / or orifice may be blocked. Since not all bacteria are the same size, the diameter of the fixed sheath needs to accommodate different cell sizes, while also allowing the cells to flow in a line for accurate detection and counting. Systems based on such flow cytometers also require a concentration period of 16-36 hours to achieve high sensitivity. Vacuum tubes, sheaths and other fixtures that come into contact with bacteria are not easy to use as they require complete cleaning and disinfection after each sample use. In addition, calibration of such instruments is a time-consuming and complex process, which may not be suitable for untrained staff who are not familiar with FC functions and analysis. Too many complex parts can also make troubleshooting difficult, especially in vacuum drive systems. In addition, such a mechanism is expensive, and the machine itself is large and heavy. Due to cost and space requirements, the instrument is only suitable for large, well-equipped laboratories or institutions. In fact, AATI withdrew FC machines from the food testing market.
형광상관 분광법(fluorescence correlation spectroscopy; FCS)은 생물분자의 민감하고 정확한 검출을 위해 사용되는 또 다른 기술이다. FCS는 극 소량의 시료 내에서의 형광 입자들의 요동을 측정하는 기술이다. 요동은 검출 체적 내에서의 형광 입자들(또는 형광 라벨된 입자들)의 확산에 의해 발생한다. 한정된 검출 체적은 시료 내에 위치하고, 여기 레이저(excitation laser)가 고개구의 대물렌즈를 통해 집중되는 영역에 의해 정해진다. 발광 형광 신호는, 예를 들어 광전자 증배관(photomultiplier tube, PMT)이나 전하결합소자(charge coupled device, CCD)와 같은 광자 계수 센서(photon count sensor)에 의해 검출된다. 광자 계수 센서는 입자들이 정해진 시간 기간 동안 검출 체적을 통과할 때 형광 강도(fluorescent intensity) 및 입자 개수에 관한 정보를 수집한다. FCS 는 1970년대에 개발되어 아주 낮은 농도로 존재하는 형광 발산 입자들의 동역학 연구에 널리 사용되었다(40). 더욱 최근에는 공초점 현미경(confocal microscopic) 장비의 도움으로 마이크로리터 규모의 시료 체적 내에서 하나의 입자를 검출하는 것이 가능하게 되었다(6, 19). 이로 인해 나노 크기부터 마이크로 크기까지의 분자들의 운동학(kinetics), 동역학(dynamics), 농도가 연구될 수 있는 생명공학적으로 적절한 시스템에서의 몇가지 응용이 가능하게 되었다. 미생물 및 생물분자의 검출을 위한 FCS의 다양한 응용이 핵산 증폭 방법 및 면역학적 방법과 연관되어 제어된 시료 내에서 성공적으로 증명되었다. 예를 들어 마이크로 규모 양의 시료 내에서 박테리아, 바이러스 및 응집 단백질(protein aggregation)의 특정 표적 분자들을 형광 색소 함입(fluorescence dye incorporation)시키는 동역학이 개시되었다(3, 21, 34).Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is another technique used for the sensitive and accurate detection of biomolecules. FCS is a technique for measuring the fluctuation of fluorescent particles in a very small amount of sample. Fluctuations are caused by the diffusion of fluorescent particles (or fluorescently labeled particles) within the detection volume. The limited detection volume is located in the sample and is determined by the area where the excitation laser is concentrated through the high aperture objective lens. The luminescent fluorescence signal is detected by a photon count sensor such as, for example, a photomultiplier tube (PMT) or a charge coupled device (CCD). The photon count sensor collects information about the fluorescence intensity and particle number as the particles pass through the detection volume for a defined period of time. FCS was developed in the 1970s and was widely used for the kinetics study of fluorescently emitting particles at very low concentrations (40). More recently, with the help of confocal microscopic equipment it has become possible to detect a single particle in a microliter sample volume (6, 19). This has led to several applications in biotechnologically relevant systems where kinetics, dynamics and concentrations of molecules from nanoscale to microscale can be studied. Various applications of FCS for the detection of microorganisms and biomolecules have been successfully demonstrated in controlled samples in connection with nucleic acid amplification methods and immunological methods. For example, kinetics of fluorescence dye incorporation of specific target molecules of bacteria, viruses and protein aggregation in micro-scale amounts of samples have been disclosed (3, 21, 34).
FCS 기술의 높은 민감도에도 불구하고, 가공되지 않은 식품이나, 환경 시료 또는 임상 시료를 위한 검출 기구 또는 진단 기구로 FCS 기술을 사용하는 것과 관련된 명백한 단점들이 존재한다. 균질한 입자가 검출 체적 내에 존재할 때에는 실제로 최상의 민감도를 얻을 수 있지만, 식품이나, 환경 및 임상 시료와 같이 현실에서 자연적으로 실시되는 시험 시료 내에서 균질도를 얻는 것은 대단히 어렵다. 예를 들어, 식품 균질액(food homogenate)은 소금, 단백질, 지질, 당류, 콜로이드 입자 등을 포함하는 복합적인 혼탁 유체 혼합물이다. 이와 같은 시료의 불균질한 성분은, 자가형광(autofluorescence), 복합 입자들이 검사 체적을 통과할 때에 잡음 신호 레벨의 증가, 의도된 표적 분자로부터 발산되는 형광 신호의 물리적 차단과 같은 많은 다양한 방식에 의해 FCS의 민감도를 실질적으로 손상시킨다. 그러므로 FCS 기술은 실제로 사용되는 시료의 불균질성으로 인해 미생물 및 나노 규모의 생물분자들의 검출에 완전히 적합하지는 않다.Despite the high sensitivity of the FCS technology, there are obvious disadvantages associated with the use of the FCS technology as a detection or diagnostic tool for raw food, environmental samples or clinical samples. Although the best sensitivity is actually achieved when homogeneous particles are present in the detection volume, it is very difficult to obtain homogeneity in test samples that are naturally carried out in reality, such as foods, environmental and clinical samples. For example, food homogenate is a complex turbid fluid mixture comprising salts, proteins, lipids, sugars, colloidal particles, and the like. Heterogeneous components of such samples may be caused by many different ways, such as autofluorescence, increase in noise signal levels as complex particles pass through the test volume, and physical blockage of fluorescent signals emitted from the intended target molecule. Substantially impairs the sensitivity of the FCS. Therefore, FCS technology is not completely suitable for the detection of microorganisms and nanoscale biomolecules due to the heterogeneity of the samples actually used.
FCS의 또 다른 제한은 측정될 수 있는 시료의 양에 있다. 이 시스템은 마이크로 리터 또는 그 이하의 범위의 약간의 목표 생물이나 분자들이 포함된 시료들을 분석하도록 고안되었다. 그러나 대부분의 생물학 시료 및 환경 시료는 많은 양(밀리리터의 범위) 내에 몇 개의 목표 분자들을 포함한다. FCS를 위한 체적 조건을 충족하기 위해서는 목표 분자들을 최초 시료 체적의 천분의 일로 농축시키기 위해 힘들고 시간이 많이 소요되는 단계들이 필요하다. 많은 시료 체적에서 복수 개의 적은 부분을 측정함으로써 목표 입자들을 검출하기 위해 FCS 를 사용할 수도 있지만, 이와 같이 시간이 많이 소요되는 작업은 분석되는 적은 부분들 가운데 하나 또는 두 개에만 존재할 수도 있는 희박한 목표 입자의 경우에는 실질적으로 신뢰성이 없다. 이와 같은 사실은 적은 양의 목표 미생물이나 분자들이 많은 체적 내에 발견됨으로써 FCS의 용량을 초과하는 경우에, FCS가 신속한 실시간의 구별 방법이나 검출 방법을 제공하지 못하도록 한다.Another limitation of the FCS is the amount of sample that can be measured. The system is designed to analyze samples containing some target organisms or molecules in the microliter or lower range. However, most biological and environmental samples contain several target molecules in large quantities (in the range of milliliters). To meet the volume conditions for the FCS, difficult and time-consuming steps are required to concentrate the target molecules to a thousandth of the original sample volume. Although FCS may be used to detect target particles by measuring a plurality of small portions in many sample volumes, this time consuming operation may be limited to sparse target particles that may only exist in one or two of the small portions being analyzed. In case it is practically unreliable. This fact prevents FCS from providing a rapid real-time discrimination or detection method when small amounts of target microorganisms or molecules are found in large volumes and exceed the capacity of the FCS.
FCS 시스템은 완전히 제어되며 집중되는 레이저 빔과, 복잡한 공초점 장치와, 정밀 레이저 발생원들로 구성된다. 이들은 필요한 부분들을 수용할 정도의 충분한 크기의 장비로 결합되어야 하며, 구성요소들의 수리나 교체를 위한 용이한 접근성을 허용해야 하고, 사용자에게 편리하도록 충분히 컴팩트해야 한다. 이들 장비들의 초기 제작은 대단히 고가이며, 그 이후의 필요하거나 요구되는 변형 또한 비용이 많이 들 수 있다. 게다가 결과의 적절한 해석을 확실히 하기 위해서는 데이터 분석은 때때로 훈련된 직원에 의해 수행되어야 한다. 이와 같은 요인들로 인해 현 재의 FCS 장비는 후술되는 본 발명에 비해 유용성이 떨어지고 덜 경제적이다. 현재 두 개의 상업적인 FCS 장비들이 이용 가능하다. 하나는 Carl Zeiss 사(독일)의 ConfoCor2/LSM 510 이고, 다른 하나는 ISS 사(Champaign, 일리노이)의 ALBA 이다.The FCS system consists of a fully controlled and focused laser beam, a complex confocal device and a precision laser source. They must be combined into equipment of sufficient size to accommodate the required parts, allow easy access for repair or replacement of the components, and be compact enough to be convenient for the user. Initial production of these equipment is very expensive, and subsequent necessary or required modifications can also be expensive. In addition, data analysis must sometimes be performed by trained staff to ensure proper interpretation of the results. Due to these factors, current FCS equipment is less useful and less economical than the present invention described below. Currently two commercial FCS equipments are available. One is ConfoCor2 / LSM 510 from Carl Zeiss (Germany) and the other is ALBA from ISS (Champaign, Illinois).
상술한 바와 같이 분석 대상물, 특별히 식품이나 환경이나 임상적인 원료에 대한 현재의 신속한 검출 방법에 존재하는 주된 단점들은, 농축 단계나, 낮은 검출 민감도나, 특별한 훈련 또는 직원이나, 복수 개의 복잡한 단계들에 대한 필요성 들을 포함한다. 이들 단점들의 어떤 것이든지 부정확한 측정이나 결과를 얻는 데 있어서 하루에서 수일에 이르는 지연을 야기한다. 검출에서의 지연과, 그로 인한 식인성 병원균 또는 환경성 병원균 및/또는 이들의 부산물의 오염은 공중에 대한 심각한 의료적 문제와 식품 산업과 진단 산업에서의 경제적 손실을 잠재적으로 일으킬 수 있다.As noted above, the major disadvantages present in current rapid detection methods for analytes, in particular foods, the environment or clinical ingredients, are due to the concentration step, the low detection sensitivity, the special training or staff, and the multiple complex steps. Includes need for Any of these shortcomings can cause delays of one to several days in obtaining inaccurate measurements or results. Delays in detection and consequent contamination of foodborne or environmental pathogens and / or their by-products can potentially cause serious medical problems to the public and economic losses in the food and diagnostic industries.
식품 뿐만 아니라 환경 시료 및 임상 시료 내의 낮은 농도의 병원균을 신속히 검출하고 식별하기 위해 사용될 수 있는 더욱 민감한 진단 방법론의 개발에 대한 필요성이 명백하다. 본 발명은 현재 이용 가능한 분석 대상물 검출 기술에서의 단점들을 극복하기 위한 것이다.There is a clear need for the development of more sensitive diagnostic methodologies that can be used to quickly detect and identify low concentrations of pathogens in food as well as environmental and clinical samples. The present invention seeks to overcome the shortcomings in currently available analyte detection techniques.
본 발명의 여러 가지 측면과 특징들은 이하의 도면들을 참조하여 상세한 설명에서 설명될 것이다.Various aspects and features of the invention will be described in the detailed description with reference to the following figures.
본 발명은 많은 다양한 형태의 실시예가 가능하지만, 본 발명의 원리의 예시로 고려되는 것임을 고려하여 본 개시 내용은 본 발명의 특정 실시예들을 도면에 도시하고 상세히 설명한다. 본 개시 내용은 본 발명을 설명된 특정 실시예들에 한정하려고 의도된 것이 아니다.While the invention is capable of many different forms, it is to be understood that the invention is considered to be illustrative of the principles of the invention and the present disclosure is shown in detail and depicts certain embodiments of the invention. This disclosure is not intended to limit the invention to the specific embodiments described.
본 발명은 광범위한 종류의 분석 대상물에 대한 실시간 고속 검출, 식별, 계수를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 분석 대상물에는 세포들(진핵생물, 진정세균, 고세균), 미생물(microorganisms), 세포기관(organelles), 바이러스(viruses), 단백질(재조합 단백질 및 천연 단백질), 핵산(nucleic acids), 프리온(prions), 및 기타 화학약품(chemicals), 대사 표지(metabolic markers) 또는 생물학적 표지(biological markers) 등이 포함되며, 이에 한정되지는 않는다. 미생물은 병원성거나 비병원성일 수 있으며, 식인성일 수도 있다. 병원균은 또한 임상 병원균일 수 있다. 식인성 병원군의 예는 살모넬라(Salmmonella sp.), 리스테리아(Listeria SP.), 캠필로박테(Campylobacte sp.), 스테필로코코스(Staphylococcus sp.), 비브리오(Vibrio sp.), 여시니아(Yersinia sp.), 클로스트리디움(Clostridium sp.), 바실러스(Bacillus sp.), 알리시클로바실러스(Alicyclobacillus sp.), 유산균(Lactobacillus sp.), 에어로모나스(Aeromonas sp.), 시겔라(Shigella sp.), 스트렙토 코카스(Streptococcus sp.), 상재균(E. coli), 편모충(Giardia sp.), 아메바(Entamoeba sp.), 크립토스포리디움(Cryptosporidium sp .), 고래회충(Anisakis sp .), 조충(Diphyllobothrium sp .), 개장흡충(Nanophyetus sp .), 유스트롱라이드(Eustrongylides sp .), 가시아메바(Acanthamoeba sp.), 및 회충(Ascaris ssp.)과, 창자세균(enteric bactera)을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 바이러스의 예는 노로바이러스(Norovirus), 로타바이러스(Rotavirus), 간염 바이러스(Hepatitis virus), 헤르페스 바이러스(Herpes virus), 및 인체면역 결핍 바이러스(HIV virus), 파보바이러스(Parvovirus)와 기타 바이러스 감염원을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 단백질은 아플라톡신(aflatoxins), 장독소(Enterotoxin), 시구아테라 독(Ciguatera poisoning), 어패류 독(shellfish toxins), 스콤브로이드 독(Scombroid poisoning), 복어독(Tetrodotoxin), 피롤리지딘 알칼로이드(Pyrrolizidine alkaloids), 버섯 독(Mushroom toxins), 식물적혈구 응집소(Phytohemagglutinin), 및 그레이야노 독(Grayanotoxin)과 같은 독소(toxin)일 수 있고, 이에 한정되지는 않는다.The present invention relates to a system and method for real-time, high-speed detection, identification, and counting of a wide range of analytes, which include cells (eukaryotes, soothing bacteria, archaea), microorganisms, organelles. ), Viruses, proteins (recombinant and natural proteins), nucleic acids, prions, and other chemicals, metabolic markers or biological markers. Included, but not limited to. The microorganism may be pathogenic or nonpathogenic and may be foodborne. The pathogen may also be a clinical pathogen. Examples of foodborne pathogens include Salmmonella sp. , Listeria SP. , Campylobacte sp. , Staphylococcus sp. , Vibrio sp. , Yersinia sp. .), Clostridium (Clostridium sp.), Bacillus (Bacillus sp.), Ali cycloalkyl Bacillus (Alicyclobacillus sp.), Lactobacillus (Lactobacillus sp.), Aero Pseudomonas (Aeromonas sp.), Shigella (Shigella sp.) , Streptococcus sp. , E. coli , Giardia sp. , Amoeba ( Entamoeba sp. ), Cryptosporidium sp . ), Whale roundworm ( Anisakis sp . ), Diphyllobothrium sp . ), Remodeling insects ( Nanophyetus sp . ), Eustrongylides sp . ), Acanthamoeba sp. , And Ascaris ssp. , And enteric bactera. Examples of viruses include Norovirus, Rotavirus, Hepatitis virus, Herpes virus, and HIV virus, Parvovirus and other viral sources. It includes, but is not limited to. Proteins include aflatoxins, Enterotoxin, Ciguatera poisoning, shellfish toxins, Scombroid poisoning, Tetrodotoxin, pyrrolizidine alkaloids toxins such as alkaloids, mushroom toxins, Phytohemagglutinin, and Grayanotoxin, but are not limited thereto.
본 발명의 시스템과 방법은 식품 시료, 임상 시료 및 환경 시료와 같은 복합 성분을 갖는 복합 시료에 특별히 적합하며, 이에 한정되지는 않는다. 이와 같은 시료들의 다양하고 변화가 많은 성분들은 공지의 많은 검출 기술에서는 검출을 저해할 수 있다.The systems and methods of the present invention are particularly suitable for, but are not limited to, complex samples having complex components such as food samples, clinical samples, and environmental samples. Various and varying components of such samples can inhibit detection in many known detection techniques.
본 발명의 기본적인 구성과 개념은 좋은 특징을 갖는 두 가지 시스템들, 즉 형광상관 분광법(fluorescence correlation spectroscopy; FCS)과 유세포 분석기(flow cytometry; FC)로부터 도출되며 변형된다. 레이저/광학/전자 장치들과, 분석 소프트웨어와, 분석 방법 및 시약들과, 대량 처리량 자동화를 포함하는 본 발명의 시스템 및 방법은 특별히 오염된 식품과 임상 시료와 환경 시료 내의 병원균 및 비병원균의 검출 방법, 식별 방법, 계수 방법에 적용된다. 본 발명에 의해 검출될 수 있는 기타 미생물들에는 임상 병원균(pathogen), 원생동물(protozoa) 및 바이러스가 포함된다.The basic construction and concept of the present invention are derived and modified from two systems with good features: fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and flow cytometry (FC). The systems and methods of the present invention, including laser / optical / electronic devices, analytical software, analytical methods and reagents, and high throughput automation, provide for the detection of pathogens and non-pathogens in specially contaminated food, clinical and environmental samples. Applied to method, identification method, counting method. Other microorganisms that can be detected by the present invention include clinical pathogens, protozoa and viruses.
본 발명에 있어서 액체 시료 현탁물질 내의 목표 분석 대상물이 적절한 시약과 혼합되어 시료 혼합물을 형성한다. 시약은 리간드를 형광 입자들이나, 색소나, 형광 비드(beads)에 결합시켜 형성되는 적절한 형광 리간드를 포함한다. 리간드는 목표 대상물에 특이적으로 결합한다. 형광 리간드는 적절한 여기 파장을 갖는 여기 광선에 노출되면 형광을 발한다. 시료 현탁물질이 목표 대상물을 포함한다면, 목표 대상물은 형광 리간드와 결합한다. 형광 리간드에 결합된 목표 대상물은 조명 체적(illuminated volume), 검사 체적(scanned volume), 검출 체적(detection volume)으로도 알려져 있는 여기 체적(excitation volume)을 통과하여 검출 가능한 형광 신호를 발생시킨다. 시스템은 형광 신호들의 개수를 계수하고, 분석 대상물의 개수에 일치하는 형광 신호들의 양을 측정한다. 형광 신호들을 측정하고, 그 신호들을 분석 대상물의 양과 관련시키거나, 관심 대상이 되는 분석 대상물의 존재를 적극적으로 또는 소극적으로 식별하기 위해 다양한 신호 분석 도구들이 사용될 수도 있다. In the present invention, the target analyte in the liquid sample suspension is mixed with a suitable reagent to form a sample mixture. Reagents include suitable fluorescent ligands formed by binding the ligand to fluorescent particles, pigments, or fluorescent beads. The ligand specifically binds to the target object. Fluorescent ligands fluoresce when exposed to excitation light having an appropriate excitation wavelength. If the sample suspension contains a target object, the target object binds to the fluorescent ligand. The target object bound to the fluorescent ligand passes through an excitation volume, also known as an illuminated volume, a scanned volume, and a detection volume, to generate a detectable fluorescent signal. The system counts the number of fluorescent signals and measures the amount of fluorescent signals that match the number of analytes. Various signal analysis tools may be used to measure fluorescence signals, associate the signals with the amount of analyte, or actively or passively identify the presence of the analyte of interest.
리간드는 상보적 목표 분자를 식별하고 결합할 수 있는 어떠한 형식의 분자도 될 수 있다. 리간드는 세포의 특정 요소나 목표 단백질에서의 특정 항원결정인자(epitope)에 결합하여 분자 복합체(molecular complex)를 형성할 수 있다. 바람직한 실시예로서, 리간드는 다클론 항체나 단일 클론 항체(또는 이들의 혼합물)일 수 있으며, 이와 같은 리간드는 세포 내의 세포 요소나 목표 단백질 상의 항원결정인자와 같은 항원에 특이적으로 결합한다. 세포 요소는 일반적으로 거대분자(macromolecule)인데, 단백질, 탄수화물, 핵산(DNA 또는 RNA), 또는 당단백질일 수 있다. 세포 요소는 바람직하게는 세포 또는 미생물의 표면 분자이다. 본 발명에 적합한 표면 세포 요소의 예에는 막 단백질이 있다. 또한 세포 요소는 세포내 분자가 될 수도 있다. 다른 실시예로서 리간드는 세포 또는 미생물 내의 특정 핵산 서열(nucleic acid sequence)에 결합한다. 핵산은 DNA 또는 RNA 일 수 있다. 이 실시예에서, 리간드는 상보적인 핵산 서열이나 다른 분자가 될 수 있다.The ligand can be any type of molecule capable of identifying and binding complementary target molecules. Ligands can bind to specific epitopes in specific elements of cells or target proteins to form molecular complexes. In a preferred embodiment, the ligand may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody (or mixtures thereof), which ligand specifically binds to antigens such as cellular elements in cells or epitopes on target proteins. Cellular elements are generally macromolecules, which can be proteins, carbohydrates, nucleic acids (DNA or RNA), or glycoproteins. The cellular element is preferably the surface molecule of the cell or microorganism. Examples of surface cell elements suitable for the present invention are membrane proteins. Cellular elements can also be intracellular molecules. In another embodiment, the ligand binds to a specific nucleic acid sequence in a cell or microorganism. The nucleic acid can be DNA or RNA. In this embodiment, the ligand can be a complementary nucleic acid sequence or other molecule.
선택적으로 목표 분석 대상물은 형광 리간드 시약과 혼합되기 전에 분리되거나, 포집되거나, 및/또는 농축될 수 있다. 바람직한 실시예로서, 이와 같은 단계는 면역자기분리(immunomagnetic separation) 기술에 의해 수행될 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다. 포집/분리/농축 단계는 혼합 단계와 동시에 이루어질 수 있다.Optionally, the target analyte can be isolated, captured, and / or concentrated before mixing with the fluorescent ligand reagent. In a preferred embodiment, this step can be carried out by immunomagnetic separation techniques, which will be described in detail later. The collection / separation / concentration step can be done concurrently with the mixing step.
본 발명에는 광범위한 시료가 적합하다. 이와 같은 시료들의 예에는 (a) 병원균(살모넬라(Salmmonella sp.), 리스테리아(Listeria sp.), 병원성 상재균(E. coli), 캠필로박테(Campylobacte sp.), 알리시클로바실러스(Alicyclobacillus sp.), 렙토스피라(Leptospira sp.), 아메바(Entamoeba sp.), 노로바이러스(Norovirus), 장관성 바이러스(Enterogenic virus) 등)과, 독소 단백질(보툴리눔 독소(botulinum toxins), 장독소(Enterotoxin), 아플라톡신(aflatoxins) 등)을 잠재적으로 포함하는 식품과, (b) 병원성 미생물과 바이러스 또는 독성 화학 약품들(제초제, 살충제, 산업 오염원 등)을 잠재적으로 포함하는 환경 시료들(예를 들어, 강, 호수, 연못, 하수구, 저수지 등의 시료)과, (c) 임상 병원균들(병원성 박테리아 및 바이러스를 포함하며, 이에 한정되지는 않는다)과 생물 표지(biomarker) 단백질과, 특정 세포들(예를 들어 암세포, 포식세포(macrophage), 적혈구, 혈소판, 림프구, 줄기세포 등)을 위해 시험될 임상 시료들을 잠재적으로 포함하는 임상 시료들이 포함되며, 이들에 한정되지는 않는다. 임상 시료들은 혈액과, 혈장과, 땀, 침, 대뇌 액(cerebral fluid), 척수액(spinal fluid), 윤활액(synovial fluid) 등의 기타 체액을 포함하며, 이에 한정되지는 않는다.A wide range of samples is suitable for the present invention. Examples of such samples include (a) pathogens (Salmonella sp. , Listeria sp. , E. coli , Campylobacte sp. , Alicyclobacillus sp. , Leptospira sp. , Entamoeba sp. , Norovirus, Enterovirus, etc., and toxin proteins (botulinum toxins, Enterotoxin, aflatoxin ( foods potentially containing aflatoxins, etc.) and (b) environmental samples (eg, rivers, lakes, Samples of ponds, sewers, reservoirs, and the like, (c) clinical pathogens (including but not limited to pathogenic bacteria and viruses) and biomarker proteins, certain cells (e.g., cancer cells, Macrophages ge), erythrocytes, platelets, lymphocytes, stem cells, etc.), including, but not limited to, clinical samples potentially containing clinical samples to be tested. Clinical samples include, but are not limited to, blood, plasma, sweat, saliva, cerebral fluid, spinal fluid, synovial fluid, and other body fluids.
또한 본 발명은 최소한의 증폭으로 특정 핵산 서열을 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 비드(bead)의 표면에 부착된 핵산 서열의 상보적인 서열을 갖는 자기 비드(magnetic bead)를 사용하여 특정 목표 서열이 검출될 수 있다. 이와 같은 표면 서열들은 특정 서열과 관련된 형광 색소를 갖지만, 특정 서열을 잇는 물리적 기전을 통해 또는 다른 효소적 수단을 통해 형광이 약화될 수 있다. 시료 내에서 목표 서열에 결합되면, 이들 서열들은 노출되어 형광 발광을 위해 형광 색소가 방출된다. 올리고 핵산염(oligonucleotide) 서열을 검출하는 기타 다양한 방법들이 검출 및 진단을 위해 본 발명과 결합될 수 있다.The invention can also be used to detect specific nucleic acid sequences with minimal amplification. Specific target sequences can be detected using, for example, magnetic beads having complementary sequences of nucleic acid sequences attached to the surface of the beads. Such surface sequences have fluorescent pigments associated with a particular sequence, but fluorescence may be attenuated through physical mechanisms linking the particular sequence or through other enzymatic means. Once bound to the target sequences in the sample, these sequences are exposed to release fluorescent dyes for fluorescence. Various other methods of detecting oligonucleotide sequences can be combined with the present invention for detection and diagnosis.
도 1은 본 발명의 예시적 장치의 개략도로서, 도 1a는 장치의 측면도이고, 도 1b는 장치의 평면도이다.1 is a schematic view of an exemplary device of the present invention, where FIG. 1A is a side view of the device and FIG. 1B is a plan view of the device.
도 2a는 중공의 큐벳(cuvette) 디자인의 도면이고, 도 2b는 얇은 직사각형 큐벳 디자인의 도면이다.FIG. 2A is a view of a hollow cuvette design, and FIG. 2B is a view of a thin rectangular cuvette design.
도 3은 디지털화된 신호를 분석하기 위해 사용되는 소프트웨어를 위한 알고리즘의 예이다.3 is an example of an algorithm for software used to analyze a digitized signal.
도 4는 큐벳에 수직하게 정렬되는 광원과 대물렌즈를 구비하는 본 발명의 장치의 다른 실시예의 개략도이다.4 is a schematic diagram of another embodiment of the apparatus of the present invention having a light source and an objective lens aligned perpendicular to the cuvette.
도 5는 측면 운동 또는 다른 운동 중에 시료 혼합물 내의 침전을 방지하도록 설계된 큐벳이다.5 is a cuvette designed to prevent precipitation in the sample mixture during lateral movement or other movement.
도 6은 하나의 모터 장치를 구비하여 수직운동과 회전운동을 동시에 제공하는 운동 제어 장치이다.6 is a motion control device having one motor device and simultaneously providing vertical motion and rotational motion.
도 7은 얇은 직사각형 큐벳 및 광전자 증배관(photomultiplier tube, PMT)과 함께 사용되는 광 화상 처리 시스템이다.7 is an optical image processing system for use with thin rectangular cuvettes and photomultiplier tubes (PMTs).
도 8은 얇은 직사각형 큐벳 및 전하결합소자(charge coupled device, CCD)와 함께 사용되는 광 화상 처리 시스템이다.8 is an optical image processing system used with a thin rectangular cuvette and a charge coupled device (CCD).
도 9는 인산염 완충액(phosphate buffer)에서의 형광 신호 계수 대 형광 미세구의 상관 관계를 도시한다. 각각의 측정은 2분간 행해졌다. 모든 데이터는 다른 날짜에 수집되었다. 형광 신호 계수는 비드(bead)의 개수에 따라 도시되었다. 범례는 실험의 날짜와, R-제곱값에 의한 추세선을 나타낸다.9 shows the correlation of fluorescence signal coefficients with fluorescence microspheres in phosphate buffer. Each measurement was performed for 2 minutes. All data was collected on different dates. Fluorescence signal coefficients are plotted according to the number of beads. The legend shows the date of the experiment and the trend line by the R-squared value.
도 10은 인산염 완충액 내에서 형광 색소로 결합된 다클론 항체를 이용하여 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella typhimurium) 개수를 검출한 결과를 도시한다. 형광 신호 대 CFU/ml의 평균 개수의 그래프가 도시되었다. le4/ml의 신호 개수와 더 큰 농도는 대조구(ANOVA, p<0.05) 보다 상당히 크다. 신호 개수와 CFU/ml 사이의 높은 상관 관계가 104 cells/ml 내지 106 cells/ml의 농도 영역(R2 = 0.9685)에서 관찰된다. CFUs 는 최확치법(most probable number method; MPN method)에 의해 결정되었다. 데이터는 로그 스케일로 표시된다. 13회의 분석이 다른 시간(n=13)에서 행해졌다. 평균 ± S.E.(standard error; 표준오차)가 도시된다.FIG. 10 shows the results of detecting Salmonella typhimurium using polyclonal antibodies bound to fluorescent dyes in phosphate buffer. A graph of the mean number of fluorescence signals versus CFU / ml is shown. Signal numbers and larger concentrations of le4 / ml are significantly greater than controls (ANOVA, p <0.05). A high correlation between signal number and CFU / ml is observed in the concentration region (R 2 = 0.9685) from 10 4 cells / ml to 10 6 cells / ml. CFUs were determined by the most probable number method (MPN method). The data is displayed in log scale. Thirteen analyzes were performed at different times (n = 13). Mean ± SE (standard error) is shown.
도 11은 분쇄된 소고기 내에서 형광 색소로 결합된 다클론 항체를 이용한 살모넬라 타이피뮤리움의 검출 결과를 도시한다. 평균 신호 개수 대 CFU/ml 의 그래프가 도시되었다(로그 스케일). le4/ml의 신호 개수와 더 큰 농도는 대조구와는 상당히 다르다. 신호 개수와 CFU/ml 사이의 높은 상관 관계가 104 cells/ml 내지 106 cells/ml의 농도 영역(R2 = 0.9685)에서 관찰된다. CFUs 는 최확치법(most probable number method; MPN method)에 의해 결정되었다. 4회의 분석이 다른 시간(n=4)에서 행해졌다. 평균 ± S.E.(standard error; 표준오차)가 도시된다.FIG. 11 shows the detection results of Salmonella typhimurium using polyclonal antibodies bound with fluorescent dyes in ground beef. A graph of average signal count versus CFU / ml is shown (log scale). The signal number and greater concentration of le4 / ml are significantly different from the control. A high correlation between signal number and CFU / ml is observed in the concentration region (R 2 = 0.9685) from 10 4 cells / ml to 10 6 cells / ml. CFUs were determined by the most probable number method (MPN method). Four analyzes were performed at different times (n = 4). Mean ± SE (standard error) is shown.
도 13은 형광 비드(bead)를 이용하여 인삼염 완충액 내에서 살모넬라 타이피뮤리움을 검출한 결과를 도시한다. 평균 신호 개수 대 CFU/ml 의 그래프가 도시된다. CFUs는 최확치법에 의해 결정되었다. 10회의 분석이 다른 시간(n=10)에서 행해졌다. 평균 ± S.E.(standard error; 표준오차)가 도시된다. 개방 삼각법(open triangular)이 신호 계수의 방법이고, 폐쇄 원법(closed circle)이 가중치 계수의 방법이다.FIG. 13 shows the results of detecting Salmonella typhimurium in phosphate buffer using fluorescent beads. FIG. A graph of average signal number versus CFU / ml is shown. CFUs were determined by maximization. Ten analyzes were performed at different times (n = 10). Mean ± S.E. (standard error) is shown. Open triangular is the method of signal coefficients, and closed circle is the method of weight coefficients.
도 14a는 형광 비드(bead)를 이용하여 분쇄된 소고기 내에서 살모넬라 타이피뮤리움을 검출한 결과이고, 도 14b는 형광 비드(bead)를 이용하여 양상추 내에서 살모넬라 타이미뮤리움을 검출한 결과이다. 평균 신호 개수 대 CFU/ml의 그래프가 도시된다. CFU는 최확치법에 의해 결정되었다. 6회의 각 표본이 다른 시간(n=6)에서 수행되었다. 평균 ±S.E.(standard error; 표준오차)가 도시된다.FIG. 14A is a result of detecting Salmonella typhimurium in ground beef using fluorescent beads, and FIG. 14B is a result of detecting Salmonella tymimurium in lettuce using fluorescent beads. . A graph of average signal number versus CFU / ml is shown. CFU was determined by maximization. Six samples were performed at different times (n = 6). Mean ± S.E. (standard error) is shown.
도 15는 인산염 완충액 내에서 형광 색소를 이용한 소혈청 알부민(bovine serum albumin)의 검출 결과를 도시한다. 형광 적중 개수 대 단백질 농도/ml의 그래프가 도시되었다. 각각의 측정은 2분간(120초) 이루어졌다.FIG. 15 shows the results of detection of bovine serum albumin using fluorescent dyes in phosphate buffer. A graph of fluorescence hit number versus protein concentration / ml is shown. Each measurement was made for 2 minutes (120 seconds).
장치 설계Device design
본 개시 내용은 광범위한 종류의 분석 대성물의 신속 검출을 위한 신규한 시스템 및 방법을 기술한다. 이 방법은 이 시스템과 방법을 위해 특별히 설계된 장치에 의해 수행될 수 있다. 장치 설계는 많은 다양한 형태의 실시예들이 가능하며, 이 실시예들의 일부 특정 실시예들이 도면에 도시되며 상세히 설명되는데, 이는 본 개시 내용이 본 발명의 원리의 예시로 고려되는 것이며 본 발명을 설명된 특정 실시예들에 한정하려고 의도된 것이 아님을 이해하여야 한다.The present disclosure describes novel systems and methods for the rapid detection of a wide variety of analyte compounds. This method can be performed by a device designed specifically for this system and method. Device design is possible in many different forms of embodiment, some specific embodiments of which are shown in the drawings and described in detail, which are to be considered as illustrative of the principles of the invention and the present invention has been described. It should be understood that it is not intended to be limited to the specific embodiments.
병원균 식별 및 검출의 실시간 분석 시스템(Real Time Analysis of Pathogen Identification and Detection System; R.A.P.I.D.)이 도 1a 및 도 1b에 도시된다. 예시적인 본 시스템(10)은 큐벳(20)에 수용된 시료 혼합물(17)을 여기시키기 위해 여기 광(14)을 제공하는 여기 광원(12)을 구비한다. 큐벳 홀더(30)는 큐벳(20)을 지지한다. 시료 혼합물(17)은 목표 분석 대상물을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 시료 현탁 물질을 포함하며, 상술한 바와 같이 시험될 액체 시료 현탁 물질과 형광 리간드를 혼합함으로써 형성된다. 선택적으로 목표 분석 대상물은 형광 리간 드와 혼합되기 전에 분리되거나, 포집되거나, 및/또는 농축될 수 있다.Real Time Analysis of Pathogen Identification and Detection System (R.A.P.I.D.) is shown in FIGS. 1A and 1B. Exemplary
바람직한 실시예로서, 큐벳(20)은 원형 바닥을 갖는 원통형 큐벳이다. 큐벳(20)은 큐벳으로 적합한 어떠한 공지의 투명 소재로 형성될 수 있다. 투명 소재에는 유리 또는 폴리카보네이트, 폴리스티렌 등과 같은 경질의 플라스틱이 포함되며, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 큐벳(20)은 폴리스티렌으로 이루어진다. 폴리스티렌으로 형성되는 큐벳(20)은 유리보다 적은 광 산란 효과를 갖는다. 또한 유리보다 힘에 대한 저항이 좋으며, 본 장치를 작동시키는 사람들에게 안정성을 확보해준다. 나아가 각각의 폴리스티린 큐벳을 멸균 소독하는 비용도 유리나 기타 소재에 비해 저렴하다. 큐벳(20)의 체적 용량은 바람직하게는 밀리리터의 범위이고, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 4 ml이며, 가장 바람직하게는 약 4 ml이다. 액체 시료 혼합물(17)은 큐벳(20) 내에 바람직하게 수용되며 밀봉되어 큐벳(20)의 내용물이 큐벳(20)의 외부로 흐르지 않도록 한다.In a preferred embodiment, the
기타 다른 큐벳 형상과 디자인도 향상된 결과와 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 중공 형상이 본 발명에서 유익할 것이다(도 2a 참조). 중공의 큐벳은 외부 큐벳 슬리브(24) 내에 내부 슬리브(22)를 포함하는 방식으로 디자인된다. 다시 말해, 액체 시료(17)는 중심에 중공이 형성된 큐벳(20)의 내부 슬리브(22)와 외부 슬리브(24)의 사이에 포함된다. 이와 같은 디자인의 장점은 필요한 시료 혼합물의 양을 줄일 수 있는 것이며, 이로 인해 분석 대상물의 농도를 증가시킴으로써 측정 민감도를 증가시킬 수 있다. 다른 예로서, 얇은 직사각형 형상을 갖는 큐벳이 사용될 수도 있다(도 2b). 큐벳은 얕은 수평의 깊이를 갖는 직사각형 형 상으로 디자인되며, 수평의 깊이는 큐벳(20) 내에 얇은 필름과 같은 공간을 형성한다. 얇은 필름과 같은 특징은 적은 양의 시료(100 마이크로 리터 미만)가 고르게 분배되도록 한다. 모든 시료가 공기를 포함하지 않으며 고르게 퍼지도록 할뿐만 아니라 시료 내의 적절한 위치에서 여기 광의 초점 위치를 정렬시킬 수 있도록 하기 위해 큐벳의 깊이는 실험적으로 결정되어야 한다. 분석 대상물을 CCD 또는 PMT와 같은 센서 시스템으로 큐벳의 표면을 스캔함으로써 검출된다. CCD가 큐벳의 평평한 표면을 스캔할 때, CCD는 시료 내의 몇몇 다른 위치에서의 검출 체적의 스냅 샷 이미지를 취한다. 수집된 이미지는 형광 신호로 가공된다. 또한 PMT는 한 줄씩 큐벳의 표면을 스캔할 수 있고, 형광 신호가 시료로부터 직접 얻어질 수 있다.Other cuvette shapes and designs can also be used for improved results and other purposes. For example, hollow shapes would be beneficial in the present invention (see FIG. 2A). The hollow cuvette is designed in such a way that it includes an
이와 같은 디자인은 고도로 농축된 마이크로 리터 규모의 시료 체적을 처리할 수 있는 능력에 부가하여, 잡음 신호를 감소시키는 장점이 있다. 본 시스템에 있어서, 여기 광과 방출 광은 큐벳이 직선 운동 및 수직 운동 중일 때 현재의 원통형 큐벳의 표면 곡면으로 인해 편향되거나 산란될 수 있다. 그 결과 진정 방출 빛의 강도가 감소될 수 있을 뿐만 아니라 바람직하지 않은 신호들이 광 센서에 의해 검출될 수 있다. 그러나 새로이 고안된 평평한 표면을 갖는 큐벳은 여기 광과 방출 광으로 하여금 큐벳의 표면 평면에 수직하게 통과하도록 하여, 큐벳 표면에서의 광의 편향 및 산란 발생을 최소화한다. 잡음 신호들의 간섭이 감소함으로 인해 진정 신호의 검출 민감도가 실질적으로 향상될 수 있다. 또한 이와 같은 형태의 스캔 시스템(한 줄씩 스캔하는 방식 또는 기타 선형적인 스캔 체계)은 스캔 경로를 일방향으로 제어함으로써 시료 내의 다른 영역에서의 신호를 검출할 수 있게 한다. 이와 같은 방식은 동일한 검출 체적이 반복적으로 스캔되는 것을 방지할 수 있다. 반복적인 스캔은 원통형 큐벳 스캔 시스템과 관련하여 직선 운동 및 수직 운동의 적절한 속도가 적용되지 않을 때의 고유한 단점이 될 수 있다.This design has the advantage of reducing noise signals in addition to the ability to handle highly concentrated microliter sample volumes. In the present system, the excitation light and the emission light can be deflected or scattered due to the surface curved surface of the current cylindrical cuvette when the cuvette is in linear and vertical motion. As a result, not only the intensity of the truly emitted light can be reduced, but also undesirable signals can be detected by the light sensor. However, the newly designed cuvette with a flat surface allows excitation light and emitted light to pass perpendicular to the surface plane of the cuvette, minimizing light deflection and scattering generation at the cuvette surface. As the interference of the noise signals is reduced, the detection sensitivity of the true signal can be substantially improved. In addition, this type of scanning system (line-by-line or other linear scan schemes) allows one to control the scan path in one direction to detect signals in other areas of the sample. This approach can prevent the same detection volume from being repeatedly scanned. Repetitive scan can be a unique disadvantage when the proper speeds of linear and vertical motion are not applied with respect to the cylindrical cuvette scan system.
큐벳(20)의 형상에 대한 기타 변형들에는 큐벳의 바닥 형상(예를 들어 원형 바닥이 아니라 평평한 바닥), 지름, 기타 외부 및 내부 변형들이 포함될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 장치의 디자인과 기능의 변화를 수용하기 위해 기타 소재 변형도 필요할 수 있다. 장치의 자동화와 대량 처리량 설계를 위해 96 웰 플레이트(96 well plate) 또는 384 웰 플레이트(384 well plate) 또는 다중 튜브 또는 회전식 원형 컨베이어 시스템을 위한 큐벳 카트리지 설계가 사용될 수도 있다. 직사각형 큐벳 변형예의 다른 예는 큐벳들이 복수 개의 큐벳 홀더 상에 쌓이고, 레이저 빔이 뷰켓의 일측 면에 집중될 수 있는 것이다.Other variations to the shape of the
리간드의 형광 라벨을 여기시키기 위해 필요한 파장을 갖는 광을 발생시킬 수 있는 광원이라면, 여기 광(14)을 제공하기 위해 어떠한 여기 광원도 사용될 수 있다. 바람직하게는 광원(14)은 레이저이고, 더욱 바람직하게는 발광 다이오드(LED) 레이저이다. LED 레이저는, 형광 입자를 여기시키는 성능을 떨어뜨리지 않으면서도, 크기가 작고, 열 발생이 적으며, 설치와 장착이 편하고, 기타 파장의 레이저와의 교체가 용이하며, 저렴하고, 할로겐 개스(예; 알곤)를 이용하는 레이저 장치보다 긴 수명을 가지므로, 선호된다. 광원(12)의 예는 7 mWd 또는 30 mW 의 동력을 소모하는 단일모드의 630 nm 파장 LED 레이저이다. 초점의 정밀도를 향상시키기 위해 알곤 가스 레이저나 2배 주파수(frequency-doubled) NdYAG 레이저와 같은 레이저 원들이 택일적으로 선택될 수도 있다. 또한 목표물 검출의 특이성을 향상시키기 위해 2광자 광여기(2 photon excitation) 시스템이 적용되는 경우, 조절성 티타늄 사파이어 레이저와 같은 조절성 레이저 원(turnable laser source)이 사용될 수도 있다.Any excitation light source can be used to provide
여기 광원(12)은 큐벳(20)에 대하여 어떠한 각도로도 배치될 수 있다. 바람직한 실시예로서, 여기 광원(12)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 큐벳(20)에 대해 실질적으로 수직하지만, 큐벳(20)에 정렬되지 않는다. 다른 실시예로서, 여기 광원(12)은 도 4a, 도 4b에 도시된 바와 같이 큐벳(20)에 수직하고, 큐벳(20)과 정렬된다.The
여기 광원(12)이 큐벳(20)과 정렬되지 않는 실시예에서, 여기 광(14)은 이색성 거울(dichroic mirror, 35; 다이크로익 필터로도 알려짐)을 통해 큐벳(20) 내의 시료 혼합물(17)로 편향된다. 광원(12)이 큐벳(20)과 정렬되는 경우에는 이색성 거울(35)은 필요하지 않다. 제1 현미경 대물렌즈(25; 대물렌즈로도 알려짐)는 여기 광(14)을 집중시켜 큐벳(20) 내의 시료 혼합물(17) 내의 한 지점에서 초점을 형성한다. 대물렌즈의 활대율은 바람직하게는 약 10× 내지 약 40×이다. 바람직한 실시예로서, 제1 현미경 렌즈(25)는 큐벳(20)의 중심에 초점을 설정한다.In an embodiment where the
큐벳(20) 내의 시료 혼합물의 선택된 체적은 여기 광(14)에 노출된다. 선택된 체적은 큐벳(20) 내의 시료 혼합물의 체적의 일부가 되거나, 큐벳(20) 내의 시료 혼합물(17)의 전체 체적이 될 수 있는데, 이는 큐벳(20)의 형상과 디자인에 따라 다르다. 예를 들어, 얇은 직사각형 형상의 큐벳(20)의 디자인으로는 시료 혼합 물(17)의 전체 체적이 선택될 수 있다. 본 발명에 있어서 분석 대상물을 한번 이상 계수하는 것을 피하기 위해서 선택된 체적이 여기 광(14)에 한번 이상 노출되지 않는 것이 중요하다.The selected volume of sample mixture in the
여기 광(14)에 누출될 시료(17)의 체적을 선택하는 것은 몇 가지 수단 가운데 하나에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 큐벳(20)을 하나 이상의 방향으로 이동시키는 하나 이상의 스텝 모터(50)에 의해 큐벳이 이동된다. 스텝 모터(50)에 의한 이동은 수직, 수평(측면), 회전 등의 운동이나, 이들의 조합이 될 수 있다. 큐벳(20)의 운동의 방향은 또한 큐벳(20)의 디자인에 따라 다르다. 일 실시예로서, 스템 모터들은 장치 내에 내부적으로 내장되어 큐벳 홀더(30)의 직선 운동 및 회전 운동을 제어한다. 시료 혼합물(17)의 다량의 체적을 스캔하기 위해, 동일한 체적을 반복적으로 스캔하는 것을 피하기 위해서는 운동이 중요하다. 이와 같은 특징은 목표 분석 대상물이 임의의 시료 내에 적은 양으로 존재할 때에 목표 대상물의 검출을 허용한다. 직사각형 형상 큐벳이 광센서인 CCD와 연결되어 사용되는 실시예에서, 선택 체적은 CCD에 의해 담당되는 큐벳의 영역을 결정하는 CCD의 위치에 의해 정해질 수 있다.Selecting the volume of the
선택 체적은 여기 체적, 스캔 체적 또는 발광 체적으로 알려져 있으며, 여기 광(14)에 노출되는 시료 혼합물(17) 내의 체적이다.The selection volume is known as the excitation volume, scan volume or luminescence volume and is the volume in the
현재의 예시적인 시스템에 도시된 바람직한 실시예에서, 여기 광(14)에 의해 스캔될 큐벳(20) 내의 시료 혼합물(17)의 선택 체적을 노출시키는 것은 큐벳 홀더(30)에 부착된 모터 장치(50)를 통해 큐벳 홀더(30) 내에 지지된 큐벳(20)에 회 전 운동과 느린 수직 역 운동을 부여함으로서 이루어진다. 모터 장치(40)는 모터 제어기(55)에 의해 제어된다. 두 가지 운동은 하나 이상의 모션 제어기(55)에 의해 제어된다. 바람직한 실시예로서, 두 개의 모터 장치(5)와 두 개의 모션 제어기(55)가 장치 내에 내부적으로 장착된다. 하나의 모터 장치는 직선 운동을 담당하고, 다른 모터 장치는 회전 운동을 담당한다. 직선/회전 운동의 속도, 스캔의 시작점, 스캔 지속 시간, 스캔 길이는 모두 모터 제어 소프트웨어에 의해 조정될 수 있다. 실시예에서 직선 속도는 약 0.8 inch/sec. 이고, 회전 속도는 약 300 rpm 이며, 스캔 거리는 약 0.28 inch 이다. 운동 속도와 스캔 거리는 시료 체적와 목표 분석 대상물의 농도에 기초하여 조정될 수 있다. 모터 장치(50)에 의한 큐벳(20)의 운동은 리간드 분석 대상 복합물이 스캔 체적 또는 발광 체적을 임의의 궤도로 통과할 수 있게 한다. 큐벳(20)의 운동은 시료 체적(17)의 많은 체적을 스캔하는 것을 가능하게 하며, 동일한 체적을 반복적으로 스캔하는 것을 방지한다. 특별히, 직선 운동과 회전운동은 모두 목표 분석 대상물이 임의의 시료 혼탁 물질 내에 작은 양이 존재할 때에 목표 분석 대상물의 검출을 허용한다.In the preferred embodiment shown in the present exemplary system, exposing the selective volume of the
큐벳 홀더(30)와 모터(50)의 조립체는 금속 막대 지지대(직선 액추에이터; 58)에 부착될 수 있고, 금속 막대 지지대(58) 상의 이동 레일(미도시)을 따라 수직 방향으로 큐벳(20)을 이동시킨다. 메인 제어기는 RS232 케이블과 같은 적절한 케이블을 통해 컴퓨터의 시리얼 포트에 연결될 수 있다.The assembly of the
형광 리간드와 결합한 분석 대상물이 발광 체적 내에 노출되면, 리간드의 형광 물질이 형광물질의 형태에 고유한 주파수의 에너지를 방출한다. 목표 분석 대상 물이 시료 혼합물(17) 내의 형광 리간드에 결합된 시료 혼탁물질 내에 존재한다면 방출 광(45)이 방출되어, 이색성 거울(35)이 있다면 이를 통과하여 제2 현미경 렌즈(58)를 통과하여 방출 광(45)을 집중시킨다. 방출 필터(70)는 최대 파장 주변의 특정 영역의 주파수를 선택적으로 통과하고(예를 들어 640 nm 필터), 필터된 방출 형광 광(46)은 검출기(60)에 의해 추출된다. 이색성 거울(35)이 존재하는 실시예에서, 이색성 거울은 방출 형광 광(45)을 위한 필터로서 기능할 수 있고, 방출 필터(70)는 선택적이 된다. 이색성 필터(35) 및 방출 필터(57)의 모두는 단일 광자 여기 또는 복수 광자 여기를 위해 특정 주파수의 광만을 필터링함으로써 여기 광과 산란 광의 간섭을 최소화하는 기능을 한다.When an analyte bound to a fluorescent ligand is exposed in the luminescent volume, the fluorescent material of the ligand emits energy at a frequency inherent in the form of the fluorescent material. If the target analyte is present in the sample turbidity bound to the fluorescent ligands in the
필터된 방출 형광 광(46)은 슬릿 홀더(75)에 장착된 슬릿(미도시)을 통과한다. 하나의 실시예로서, 두 개의 광학 슬릿 조각의 조합이 검출기(60)의 바로 앞에 배치된다. 슬릿은 코팅된 흑색의 금속으로 이루어져, 하나는 수직 슬릿이고, 다른 하나는 수평 슬릿이며, 광 편향이나 광 산란이 없다면 어떤 소재라도 이용될 수 있다. 핀홀의 중요한 기능은 실제 신호와 배경 잡음 사이의 콘트라스트를 향상시키는 것이다. 특별히 실제 신호와 배경 잡음의 선명함이 실질적으로 서로 다르지 않을 때(많은 생물학 시료 내에서 발생한다), 핀홀은 배경 잡음으로부터 실제 신호의 콘트라스트를 증가시키는 경향이 있다. 바람직한 실시예로서, 0.005, 0.01, 0.015, 0.02, 0.025, 0.05 인치의 수직 슬릿과 수평 슬릿이 사용된다. 다른 슬릿 크기의 사용은 신호의 콘트라스트 수준에 달려 있다. 콘트라스트가 약할수록 더 작은 핀 홀이 사용되도록 권장된다. 형광 색소, 형광 미세구, 및 형광 나노 미세구와 결합 된 항체를 위해서는, 적절한 검출을 위해 0.025 인치의 슬릿 조각이 적합하다. 다른 실시예로서, 슬릿 홀더(75)는 두 개의 손잡이를 구비하며, 사람이 슬릿(또는 핀홀)의 수직 운동과 수평 운동을 조절할 수 있게 한다.The filtered emission fluorescent light 46 passes through a slit (not shown) mounted to the
그 후에 필터된 방출 광(46)은 시간에 대한 형광 강도의 함수 F(t)로 그래프 표시될 수 있는 많은 신호 첨두치를 발생시키는 특정 샘플링 주파수(sampling rate, 예를 들어 20 내지 100 K Hz)로서 검출기(60)에 의해 추출된다. 검출기(60)는 광센서이다. 바람직한 실시예로서, 검출기(60)는 HC120 PMT(Hamamatsu 사, 일본)와 같은 광전자 증배관(photomultiplier tube, PMT)이다. 다른 실시예로서 검출기(60)는 PMT 보다 더 높은 양자 효과(quantum efficacy)를 갖는 애벌란치 포토다이오드(avalanche photo diode, APD)이다. 또 다른 실시예로서 검출기(60)는 전하결합소자(charge coupled device, CCD)이다. 광센서의 선택은 민감도에만 달려 있는 것이 아니라, 큐벳(20)의 디자인과 센서의 데이터 획득 하드웨어에 대한 호환성을 고려할 필요가 있다.The filtered emitted light 46 is then taken as a specific sampling rate (e.g. 20 to 100 K Hz) that generates many signal peaks that can be graphed as a function of fluorescence intensity F (t) over time. Extracted by
검출기(60)는 BNC 케이블과 같은 적절한 케이블(52)에 의해 A/D 변환기(65)에 연결된다. A/D 변환기(65)는 검출기(60)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 디지털화된 신호는 원시 데이터(raw data)로 불린다. A/D 변환기는 100 핀 I/O 케이블 등과 같은 적절한 케이블(미도시)에 의해 메인 컴퓨터(미도시)에 내장된 데이터 획득 카드(미도시)에 연결된다.
디지털화된 신호는 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density, PSD) 기능과, 신호 첨두 계수법(signal peak count method)과, 가중 신호 방법과 같은 하나 이상의 다양한 신호 패턴 인식 모델에 의해 분석되며, 이에 한정되지는 않는다. 신호 처리에 의해 평가되고, 목표 분석 대상물이 시료 내에 존재하는 경우 결정되는 것은 신호 진폭과 펄스폭에서의 변화들이다. 시험 결과는 양적으로 또는 질적으로 표시될 수 있다.Digitized signals are analyzed by, but not limited to, power spectral density (PSD) functionality, signal peak count methods, and one or more various signal pattern recognition models, such as weighted signal methods. . It is the changes in signal amplitude and pulse width that are evaluated by signal processing and determined when the target analyte is present in the sample. Test results can be displayed either quantitatively or qualitatively.
시간에 대한 함수로써 광전류를 제공하는 신호의 시간 추이는 컴퓨터에 저장되고, 본 발명의 장치를 위해 특별히 개발된 소프트웨어에 의해 분석된다. 소프트웨어는 바람직하지 않은 전기적, 기계적 잡음 신호를 피하기 위한 로우 패스 필터 계획을 고려한다. 또한 소프트웨어는 신호를 분석하기 위해 몇 가지 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어 파워 스펙트럼 밀도(PSD) 기능에 의해 저주파 신호와 중간 주파 신호가 분석될 수 있다. 보통 의도된 목표 신호들은 이와 같은 주파수 영역에 속한다. 또한 다른 접근법은 신호 첨두치의 개수를 결정하는 것이다. 신호의 진폭이 배경 잡음의 진폭보다 큰 경우에 신호 첨두치가 계수된다. 배경의 평균 진폭과 변동은 양의 첨두치를 결정하기 위한 임계 진폭으로 기능한다. 소프트웨어를 위한 알고리즘의 예가 도 3에 개략적으로 도시된다.The time course of a signal providing a photocurrent as a function of time is stored in a computer and analyzed by software developed specifically for the device of the present invention. The software considers a low pass filter scheme to avoid undesirable electrical and mechanical noise signals. The software can also use several methods to analyze the signal. For example, the low frequency signal and the medium frequency signal may be analyzed by a power spectral density (PSD) function. Usually the intended target signals belong to this frequency domain. Another approach is to determine the number of signal peaks. The signal peak is counted when the amplitude of the signal is greater than the amplitude of the background noise. The average amplitude and variation of the background serve as the threshold amplitude to determine the positive peak. An example of an algorithm for software is shown schematically in FIG. 3.
형광 리간드에 결합된 목표 분석 대상물로부터의 신호들은 배경 신호에 비하여 펄스폭이 넓고 진폭이 높다. 소프트웨어는 펄스 길이와 진폭에 의해 잡음으로부터 진정한 신호를 구별하도록 설계되었다. 진정 신호들은 신호의 펄스폭과 진폭이 고려되면 배경 신호들보다 더 중요하다. 바람직한 실시예로서, 임의의 민감도 내에서 실시간으로 목표 분석 대상물의 정밀하고 일관된 검출을 확실히 하기 위해 복수 개의 단계의 데이터 분석이 수행된다. 바람직한 실시예로서, 원시 데이터는 다음과 같은 분석적인 방법에 의해 분석된다. 1) 파워 스펙트럼 밀도(PSD) 기능에 의한 저 주파수 및 중간 주파수 신호의 크기 분석, 2) 평균 배경 신호보다 진폭이 큰 첨두 신호의 개수를 계수, 3) 펄스 또는 진폭의 가중치 방법. 각각의 분석적인 방법의 짧은 설명은 다음과 같다.Signals from the target analyte bound to the fluorescent ligand have a wider pulse width and higher amplitude than the background signal. The software is designed to distinguish true signals from noise by pulse length and amplitude. True signals are more important than background signals given the pulse width and amplitude of the signal. In a preferred embodiment, multiple stages of data analysis are performed to ensure precise and consistent detection of the target analyte in real time within any sensitivity. In a preferred embodiment, the raw data is analyzed by the following analytical method. 1) magnitude analysis of low and intermediate frequency signals by the power spectral density (PSD) function, 2) counting the number of peak signals with amplitude greater than the average background signal, and 3) weighting method of the pulse or amplitude. A brief description of each analytical method follows.
본 발명에 있어서, 원시 데이터는 형광 시약에 결합된 목표 대상물에 의해 발생된 형광 신호와, 결합되지 않은 형광 시약의 신호와, 반사 광 또는 산란 광의 잡음과, 전기적/기계적 신호 간섭 등의 혼합이다. 그러므로 의도된 형광 신호들을 모든 기타의 잡음 신호들과 구별할 수 있는 데이터 분석 방법에 대한 필요가 요구된다. PSD 기능이 그와 같은 분석 방법의 하나이다. PSD 기능은 원시 형광 신호들을 특정 신호 패턴의 분할된 영역들로 분해한다. 각각의 신호 영역은 원시 신호에서 얻어진 유사한 진폭과 주파수 패턴들로 이루어진다. 이들 진폭 및 주파수 데이터는 저 주파, 중간 주파, 고주파의 신호 범위로 식별되며, 할당되는 다른 수준의 신호 패턴을 형성하기 위해 신호 패턴의 영역 내에서 함께 결합된다. 최종 형태의 PSD 신호에서 저 주파수 범위와 중간 주파수 범위는 보통 대부분의 잡음 신호들이 제거된 진정 신호들이다. 그러므로 PSD 기능을 사용함으로써 목표 분석 대상물로부터 발생된 형광 신호들은 잡음 신호들로부터 구분될 수 있다. PSD 기능의 이와 같은 장점은 목표 생물이 임의의 시료 내에 존재할 때에 잡음 신호의 간섭을 최소화하면서 신호의 진폭/주파수의 변화에 대한 평가를 가능하게 한다. PSD 는 실제로 잘 알려진 알고리즘 시스템이다. 그러나 특정 장치와 시약 시스템에 따른 PSD의 사용은 변형될 수 있고, 데이터 분석 프로그램에서 특별한 특징이 될 수 있다.In the present invention, the raw data is a mixture of a fluorescence signal generated by a target object bound to a fluorescent reagent, a signal of an unbound fluorescent reagent, noise of reflected light or scattered light, electrical / mechanical signal interference, and the like. Therefore, there is a need for a data analysis method that can distinguish the intended fluorescence signals from all other noise signals. The PSD function is one such analysis method. The PSD function decomposes the raw fluorescent signals into divided regions of a specific signal pattern. Each signal region consists of similar amplitude and frequency patterns obtained from the raw signal. These amplitude and frequency data are identified by signal ranges of low, medium and high frequencies and are combined together in the area of the signal pattern to form signal patterns of different levels to which they are assigned. In the final form of the PSD signal, the low and mid-frequency ranges are usually true signals with most noise signals removed. Therefore, by using the PSD function, fluorescence signals generated from the target analyte can be distinguished from noise signals. This advantage of the PSD function allows evaluation of changes in the amplitude / frequency of the signal while minimizing interference of the noise signal when the target organism is in any sample. PSD is actually a well known algorithm system. However, the use of PSDs for specific devices and reagent systems can be modified and become a special feature in data analysis programs.
원하지 않는 잡음 신호를 제거하는 다른 방법은 로우 패스 필터(low pass filter)를 사용하는 것이다. 로우 패스 필터는 고 주파수에서 발생하는 상당한 양의 잡음 신호들을 차단하지만, 분석을 위해 낮은 주파수의 신호들은 통과시킨다. 아날로그 회로 형태와, 디지털 회로 형태의 두 가지 형태의 로우 패스 필터가 존재한다. 디지털 회로 형태의 로우 패스 필터가 바람직하지만, 본 발명의 시스템에는 모든 형태가 사용될 수 있다.Another way to remove unwanted noise signals is to use a low pass filter. The low pass filter blocks a significant amount of noise signals occurring at high frequencies, but passes low frequency signals for analysis. There are two types of low pass filters, analog and digital circuits. Although a low pass filter in the form of a digital circuit is preferred, any form may be used in the system of the present invention.
필터된 원시 데이터는 그 후에 문턱(threshold)으로 불리는 컷오프(cut off) 진폭보다 큰 진폭을 갖는 모든 첨두 신호들을 계수하는 신호 계수 분석을 거친다. 적절한 문턱값(threshold value)을 얻기 위해서 많은 수의 잡음 신호들을 포함하는 필터되지 않은 데이터가 분석된다. 필터되지 않은 데이터의 평균 및 변동(표준 편차)이 문턱값으로 설정된다. 분석에 적용되는 변동의 정도는 다른 신호 강도 때문에 사용되는 시약에 따라 다르다. 예를 들어, 형광 색소 입자 시약 시스템으로부터 수집된 데이터를 분석하기 위해 평균 더하기 1.5 배의 변동의 문턱값이 적용되고, 형광 미세구 시약 시스템으로부터 수집된 데이터를 분석하기 위해 평균 더하기 세배의 변동이 문턱값으로 사용된다.The filtered raw data is then subjected to signal coefficient analysis, which counts all peak signals having an amplitude greater than the cut off amplitude, called a threshold. Unfiltered data including a large number of noise signals is analyzed to obtain an appropriate threshold value. The mean and variation (standard deviation) of the unfiltered data are set as thresholds. The amount of variation applied to the assay depends on the reagents used due to the different signal intensities. For example, a threshold of average plus 1.5 times variation is applied to analyze data collected from a fluorescent dye particle reagent system, and an average plus triple variation is analyzed to analyze data collected from a fluorescent microparticle reagent system. Used as a value.
목표 대상물이 시료 내에 아주 낮은 농도로 존재하는 경우, 첨두치 계수 방법의 결과는 배경 신호로부터 명확히 구별되는 것으로 보이지 않는다. 계수 방법은 원하는 신호 또는 진정 신호들로부터 배경 신호들을 구별할 수 없다. 오히려 이 방법은 문턱값보다 큰 진폭의 모든 첨두치들을 계수한다. 그 결과 미생물과 같은 목표 대상물이 임의의 시료 내에 극소량 존재한다면, 계수된 결과는 부정확한 경향이 있다. 이와 같은 경우에서는 잡음 신호들의 간섭을 더욱 억제하고 검출 시스템의 민감도를 향상시키기 위해 가중치 방법이 고안되었다. 가중치 방법은 첨두 신호의 진폭과 펄스폭을 이용한다. 진폭은 강도에 의존하고, 펄스폭은 첨두 신호가 문턱값 진폭의 위로 올라가고 내려가는 지속 시간을 측정함으로써 결정된다. 이와 같은 분석에 있어서, 개별적인 첨두 신호, 즉 문턱값 보다 큰 신호는 그 자체의 펄스폭 또는 진폭에 의해 증가된다. 그리고 이들 모든 값들이 합산되는데, 이를 가중치라고 부른다.If the target object is present at a very low concentration in the sample, the results of the peak counting method do not appear to be clearly distinguished from the background signal. The counting method cannot distinguish background signals from a desired signal or true signals. Rather, this method counts all peaks of amplitude greater than the threshold. As a result, if there are very few targets, such as microorganisms, in any sample, the counted results tend to be inaccurate. In this case, the weighting method was devised to further suppress the interference of the noise signals and to improve the sensitivity of the detection system. The weighting method uses the amplitude and pulse width of the peak signal. The amplitude depends on the intensity and the pulse width is determined by measuring the duration of the peak signal going up and down the threshold amplitude. In such an analysis, the individual peak signal, i.e., the signal larger than the threshold, is increased by its pulse width or amplitude. And all of these values add up, which is called the weight.
이와 같은 방법은 현재의 형광 시약에 의해 발생되는 신호들의 고유한 특성에 기초한다. 현재의 형광 시약에 결합된 목표 대상물에 의해 발생되는 신호는 다른 크기와 검출 체적 내에서의 잔류 시간 때문에 결합되지 않은 형광 시약 및 기타 잡음보다 긴 지속 시간과 큰 진폭을 갖는다. 이와 같은 사실을 고려하면, 우리가 원하는 신호 또는 진정 신호의 가중치가 배경 신호들의 가중치보다 실질적으로 클 것을 예상할 수 있다. 그러므로 목표 분석 대상물의 양이 시료 내에서 희박한 경우에도 배경 신호(결합되지 않은 형광 시약으로부터의 신호)로부터의 원하는 신호들은 명확해진다. 계수법과 가중치 분석법을 조합한 사용은 본 발명의 시스템에서 뛰어난 민감도의 달성을 허용한다.This method is based on the inherent properties of the signals generated by current fluorescent reagents. The signal generated by the target object bound to the current fluorescent reagent has a longer duration and greater amplitude than the unbound fluorescent reagent and other noise due to the different size and retention time in the detection volume. Given this fact, we can expect that the weight of the desired or true signal is substantially greater than the weight of the background signals. Therefore, even if the amount of the target analyte is sparse in the sample, the desired signals from the background signal (signal from unbound fluorescence reagent) are clear. The use of a combination of counting and weighting methods allows the achievement of excellent sensitivity in the system of the present invention.
도 1a 및 도 1b와, 도 4a 및 도 4b에서 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 모든 광학 장치들은 금속 안정기(78) 상에 정렬된다. 장치 내의 모든 요소들은광센서(60)로 유입되는 산란 광의 간섭을 방지하기 위해 차광 알루미늄 케이스에 의해 포위된다. 다른 실시예로서, 슬릿 홀더(75)는 슬릿 또는 핀홀의 수직 위치와 수평 위치를 조정할 수 있게 하는 두 개의 작은 손잡이를 구비한다. 모든 내부 요소들은 기계적 소음을 감소시키기 위해 소음 소재에 의해 절연된 차광 케이스에 의해 포위될 수 있다.In the preferred embodiment of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B and in FIGS. 4A and 4B, all optical devices are aligned on the
도 4a 및 도 4b에 도시된 다른 실시예에서의 구성은, 세 개의 모든 요소들(광원(12)과, 제1 현미경 렌즈(25)와, 큐벳(20))이 실질적으로 직선으로 정렬되고, 광원(12)으로부터의 여기 광(14)이 제1 현미경 렌즈(25)에 의해 큐벳(20) 내에 수용된 시료 혼합물(17)로 집중되도록, 광원(12)이 현미경 렌즈(25)의 바로 뒤에 배치되며, 제1 현미경 렌즈(25)와 광원(12)이 모두 큐벳(20)에 대해 약 90에 놓이도록 제1 현미경 렌즈(25)와 여기 광원(12)이 재배치되는 점을 제외하고는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예의 구성과 유사하다. 광원(12)으로부터의 여기 광(14)을 시료 혼합물(17)로 편향시킬 필요가 더 이상 없으므로, 이색성 거울(35)은 제거되었다.In the alternative embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, all three elements (
다른 실시예에서, 시료 혼합물(17)의 발광 체적은 큐벳(20)의 특별한 운동을 통해 최대화될 수 있다. 발광 체적이 더욱 커질수록, 더 많은 수의 목표 분석 대상물 분자들이 스캔에 포함될 수 있어서 목표 분석 대상물의 검출 한계를 낮추고, 분석 대상물의 정량화의 정밀도와 견실성을 높인다. 일 실시예에서, 특별한 운동은 큐벳(20)이 반복적인 수직 운동을 하는 동안 큐벳(20)을 회전시키는 것을 수반한다. 두 개의 독립적인 프로그램 가능한 모션 제어기에 의해 작동되는 두 개의 독립적인 스텝 모터들에 의해 운동이 구동된다. 하나의 스텝 모터는 회전 운동을 담당하고, 다른 스텝 모터는 수직 운동을 담당한다. 도 5 및 도 6에 도시된 다른 실시 예에서, 수직 운동과 회전 운동의 모두는 기어(90)에 부착된 하나의 모터(50)에 의해 구동된다. 큐벳 홀더(30)는 큐벳(20, 도 6에 도시되지 않음)을 수직 방향으로 지지하며, 나사가 형성된 로드(80) 상에 배치된다. 로드(80)에는 기어(90)가 결합되는 나선형 홈(84)이 음각되어 있다. 모터(50)와 부착된 기어 헤드(90)가 회전하면, 기어 헤드90)는 나선형 홈(84)을 따라 이동하여, 로드(80)가 회전하는 동안 로드(80)를 수직하게 구동한다. 수직 운동의 반대 방향은 기어 회전의 방향을 변경함으로써 이루어진다. 본 실시예의 단일 모터 운동 시스템은 낮은 제작비와, 작은 기계의 크기와, 쉬운 조립 및 장치 교환과, 적은 기계 진동 및 소음과, 모션 제어기 소프트웨어의 덜 복잡한 디자인의 측면에서 두 개의 모터 시스템 보다 유리하다.In other embodiments, the volume of light emitted from the
검출 시간이 길어질수록, 시료 혼합물(17) 내에 입자가 존재한다면, 큐벳(20)의 바닥에 입자들의 침전이 발생하여, 본 시스템의 검출 정밀도와, 견실도와, 민감도를 손상시킬 수 있다. 시료 혼합물(17) 내의 입자 침전을 방지하기 위해서는, 시료 혼합물(17)이 큐벳(20) 내에 충전되고 있을 때 시료 혼합물(17)과 역류 차단기(94)의 사이에 공기가 포함되지 않도록 역류 차단기(94)를 구비하는 도 5에 도시된 바와 같은 큐벳(20)의 사용과 관련하여 큐벳(20)의 측면 이동이나 운동이 고려될 수 있다. 공기(98)는 시료 혼합물(17)로부터 분리되어 역류 차단기(94)의 위에만 존재한다. 역류 차단기를 구비하지 않는 큐벳이 측면을 향해 놓여 빠른 직선 운동을 겪는 경우, 큐벳(20) 내에서 시료 혼합물(17) 위에 공기가 수용되어 있을 때에는 액체의 난류 흐름이 발생될 수 있다. 큐벳(20) 내에 삽입되는 본 실시예의 역류 차단기(94)는 공기가 큐벳(20) 내의 시료 혼합물(17)의 위에 포함되는 것 을 방지하고, 난류 흐름과 그로 인한 시료 혼합물(17) 내에서의 입자 침전을 방지한다. 또한 도 5에 도시된 큐벳(20)은 측면 운동 이외의 다른 형태의 운동과 함께 침전을 방지하기 위해 사용될 수도 있다.As the detection time increases, if particles are present in the
본 발명의 장점들 가운데 하나는 세포들과, 단백질과, 대사물의 검출뿐만 아니라 이들 생물학적 분석 대상물의 정량화에 있어서 높은 수준의 유연성이다. 상술한 바와 같이 큐벳(20)은 얇은 직사각형의 본체(도 2b)일 수 있다. 이와 같은 직사각형의 큐벳은 상술한 생물학적 분석 대상물에 적합하다. 회전 운동 및 수직 운동과 함께 원통형상의 큐벳을 사용하는 것은 분석 대상물의 식별 정보가 존재하지 않음으로 인해 동일한 목표물의 반복적인 측정을 초래할 수도 있다. 광 검출 스캔 방법은 반복적인 측정을 줄임으로써 검출의 정밀도를 증가시킬 수 있다. 두 가지 다른 형태의 스캔이 이루어질 수 있는데, 하나는 PMT 센서(또는 유사한 센서 시스템)에 의해 이루어지고, 다른 하나는 전하결합소자(CCD)에 의해 이루어진다. 이 두 가지의 스캔 형태는 원통형 큐벳 대신 얇은 정사각형 또는 직사각형의 큐벳의 사용을 필요로 한다. 얇은 직사각형 큐벳은 원통형 큐벳보다 작은 체적을 차지한다(밀리리터 범위에 비교할 때 마이크로 범위), 그러므로 작은 체적을 통해 액체 시료의 겉보기 농도를 증가시킨다. 게다가 얇은 직사각형 큐벳은 액체 시료를 넓은 영역에 분포시킬 수 있고, 이로 인해 목표 분석 대상물이 일정한 농도로 더욱 균일하게 분배된다.One of the advantages of the present invention is the high level of flexibility in the detection of cells, proteins and metabolites as well as the quantification of these biological analytes. As described above, the
원통형상 큐벳이 얇은 직사각형 큐벳과 대치되고, 방출 형광 신호를 스캔하기 위해 PMT가 사용되는 경우, 시스템의 어떤 요소들이 교체되어야 할 필요가 있 다. 예를 들어, 회전 운동은 레일에 의한 측면 운동으로 대치되고, 큐벳 홀더는 원통 형상의 큐벳 대신 직사각형 형상을 위해 변형된다. 형광 신호의 PMT 스캔도 또한 변형되어야 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 PMT는 레일 시스템과 스템 모터에 의해 구동되며 얇은 직시각형 큐벳의 표면을 한 줄씩 스캔하고(단계 1), PMT로부터의 흐름 신호를 생성한다(단계 2). 두 가지 특정 기능이 이와 같은 PMT 스캔에 의해 달성될 수 있다. 첫째, 형광 방출 데이터에 기초하여 PMT는 목표 신호의 존재를 표시할 수 있다. 소프트웨어 설계는 측면 운동과 상하 운동에서의 PMT 스캔 속도에 기초하여 목표 신호의 위치를 계산할 수 있다. 이로 인해 동일한 목표물을 한번 이상 계수하는 가능성이 감소되며, 검출 민감도 및 정확성도 증가한다. 둘째, PMT 로부터의 흐름 신호 데이터는 2 차원의 신호 배열로부터 도7의 단계 3에서 도시된 것과 같이 목표물의 이미지로 재구성될 수 있다. PMT가 흐름 전기 신호들을 단계 2에서 생성하지만, 세포와 같은 임의의 목표 분석 대상물에 대한 PMT의 샘플링 시간은 귀중한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 스캔되는 큐벳의 운동 속도의 알고리즘 계산과 병합되어, PMT의 전기 흐름 신호는 임의의 시료의 영역에서 목표 분석 대상물(예를 들어, 세포)의 위치 지도와 도 7의 단계 4에 도시된 것과 같은 목표 분석 대상물의 주변 이미지를 생성할 수 있다. 그 결과, 데이터 분석은 목표 분석 대상물의 크기와 위치를 제공할 수 있다. 또한 전기 신호의 진폭은 형광의 강도를 제공하며, 목표물의 형태가 세포인 경우에는 세포들에서의 형광물질의 분포 정보를 제공한다.If a cylindrical cuvette is replaced by a thin rectangular cuvette and PMT is used to scan the emitted fluorescence signal, certain elements of the system need to be replaced. For example, the rotational movement is replaced by lateral movement by the rail and the cuvette holder is deformed for the rectangular shape instead of the cylindrical cuvette. The PMT scan of the fluorescence signal must also be modified. As shown in FIG. 7, the PMT of this embodiment is driven by a rail system and stem motor and scans the surface of a thin rectangular cuvette line by line (step 1) and generates a flow signal from the PMT (step 2). . Two specific functions can be achieved by this PMT scan. First, the PMT may indicate the presence of the target signal based on the fluorescence emission data. The software design can calculate the position of the target signal based on the PMT scan rate in the lateral and vertical motions. This reduces the likelihood of counting the same target more than once, increasing detection sensitivity and accuracy. Second, the flow signal data from the PMT can be reconstructed from the two-dimensional signal arrangement into an image of the target as shown in
상술한 바와 같이, CCD 광센서는 또한 도 2b에 도시된 얇은 직사각형 큐벳 디자인과 연관되어 사용될 수도 있다. 센서로서의 PCT와 비교한 CCD의 장점은 임의의 영역이 카메라가 처리하기에 충분히 작다면 CCD는 임의의 영역 내에서의 형광 신호의 스냅 샷을 취하므로 CCD는 스캔할 필요가 없다는 점이다. 목표물로부터의 광 또는 형광 방출이 CCD 화소를 활성화시키면, CCD의 각 화소로부터의 신호들은 분석 대상물의 위치와 크기에 대한 정보를 생성한다. 또한 이와 같은 광 방출의 차등적인 강도는 목표 대상물 분포의 이미지를 생성할 수 있다. CCD의 다른 장점은 이미 2차원인 신호들을 검출하는 데 있으며, 목표 대상물의 위치를 제공할 수 있고, 동일한 목표물의 반복적인 측정을 제거할 수 있다.As mentioned above, CCD optical sensors may also be used in conjunction with the thin rectangular cuvette design shown in FIG. 2B. The advantage of CCD over PCT as a sensor is that if an area is small enough for the camera to process, the CCD does not need to scan because the CCD takes a snapshot of the fluorescence signal within any area. When light or fluorescence emission from the target activates the CCD pixel, the signals from each pixel of the CCD generate information about the position and size of the analyte. This differential intensity of light emission can also produce an image of the target object distribution. Another advantage of a CCD is that it detects signals that are already two-dimensional and can provide the location of the target object and eliminate repeated measurements of the same target.
CCD는 여러 가지 방식의 하나로 장착되고 작동될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 크기(직사각형 표면 크기)가 CCD의 이미지 용량에 충분할 만큼 작다면, 샘플링 크기는 고정 위치에 있을 수 있고, 원하는 데이터 결과물을 얻기 위해 스캔할 필요가 없다. 사용자들이 많은 양의 시료를 측정할 필요가 있거나, 세포들이나 목표물의 크기가 너무 작아서 분해능을 증가시킬 필요가 있다면, 스캔 방법은 CCD와 함께 사용될 수 있다. 이와 같은 경우, CCD 카메라는 PMT 스캔 방법의 경우에서와 같이 직사각형 큐벳의 표면을 스캔한다. 필요한 스캔 이후에는, 각각의 스캔 이미지들이 원하는 데이터를 생성하기 위해 재구성될 수 있다. 예를 들어 도 8에서와 같이 큐벳 표면의 영역은 몇 가지의 하부 영역들(예를 들어 4×4 또는 12×12)로 분할될 수 있고, CCD는 한번에 각각의 하부 영역을 읽을 수 있으며(단계 1 내지 4), 그 이후에 탐색된 영역의 전체 화상을 구성하기 위해 각 하부 영역들의 이미지가 병합될 수 있다(단계 5).The CCD can be mounted and operated in one of several ways. For example, if the sampling size (rectangular surface size) is small enough for the image capacity of the CCD, the sampling size may be in a fixed position and does not need to be scanned to obtain the desired data result. If users need to measure a large amount of sample, or if the size of cells or targets is too small to increase resolution, the scanning method can be used with the CCD. In such a case, the CCD camera scans the surface of the rectangular cuvette as in the case of the PMT scanning method. After the necessary scan, each of the scanned images can be reconstructed to produce the desired data. For example, as shown in FIG. 8, the area of the cuvette surface can be divided into several subregions (eg 4 × 4 or 12 × 12), and the CCD can read each subregion at a time (
시약 및 방법Reagents and Methods
특별히 세포, 미생물, 단백질, 핵산 또는 핵산 염기 서열과 같은 생물학적 분석 대상물과, 특별히 많은 경우 검출 방법과 간섭하는 아주 복합적이며 다양하게 변하는 성분들을 갖는 아주 복합적인 기질 내에 목표 분석 대상물이 존재하는 음식, 환경 시료 및 임상 시료와 같은 복합 시료들에서의 목표 분석 대상물을 검출하고, 정량화하기 위한 본 검출 시스템에서의 최상의 민감도와, 특이성 및 견실성을 달성하기 위해 고순도의 시약과 정밀한 방법이 개발되었다.Food, environment in which the target analyte is present in a biological analyte, particularly a cell, microorganism, protein, nucleic acid or nucleic acid sequence, and in a very complex substrate with a particularly complex and varying variety of components that interfere with the detection method, in particular in many cases High purity reagents and sophisticated methods have been developed to achieve the best sensitivity, specificity and robustness in the present detection system for detecting and quantifying target analytes in complex samples such as samples and clinical samples.
일반적으로 이와 같은 복합적인 생물학 시료들을 위한 본 발명의 검출 방법은 다음과 같은 중요한 단계들로 이루어진다. (1)포집/분리/농축 단계, (2)형광 라벨링, (3)목표 분석 대상물의 검출.In general, the detection method of the present invention for such complex biological samples consists of the following important steps. (1) collection / separation / concentration steps, (2) fluorescence labeling, and (3) detection of target analytes.
제1 단계는 적절한 시약과 장치들을 이용한 시료 가공 후에 원 시료 내에서 목표 분석 대상물을 포집하고, 분리하며, 및/또는 농축하는 것이다. 시료 내의 분석 대상물을 포집하고, 분리하며, 농축하는 데에는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 알려진 다양한 방법들이 존재한다. 이와 같은 방법들의 예에는 크로마토그래피 기술(예를 들어, 분자체 작용(size exclusion) 크로마토그래피, 흡착(adsorption) 크로마토그래피, 박층(thin layer) 크로마토그래피, pH 기울기 크로마토그래피, 염분 기울기 크로마토그래피, 고성능 액체(high performance) 크로마토그래피, 리간드 결합(ligand-binding) 크로마토그래피 등), 여과, 원심분리, 전기이동, 아이소 일렉트로포커스(iso electrofocusing), 투석, 동결건조, 면역분리법, 면역자기분리법 등이 포함되며, 이에 한정되지 않는다. 바람직한 실시예로 서, 면역자기 분리법은 이 단계에서 이하의 기준들, 즉 순수 생물학 시료 또는 복합 생물학 시료 내에서의 목표 대상물의 특정적인 포집 및 더 쉽게 처리하기 위해 분석 대상물을 작은 체적으로 농축시키는 등의 기준들을 충족시키기 위해 사용된다. 이 단계는 시약 A 및 자기 회수기(magnetic retriever)에 의해 수행된다. 시약 A는 검출될 분석 대상물에 결합될 수 있는 적절한 리간드와 결합되어 리간드 자기 입자 복합체를 형성하는 자기 입자들(예를 들어 미세구들)을 포함한다. 적절한 리간드의 예에는 단일클론 또는 다클론 항체, 수용성 수용체, 및 올리고핵산염 탐색자가 포함되며, 이에 한정되지 않는다. 자기 미세구는 일반적으로 산화철을 둘러싸는 폴리스트린 비드(bead)이며 여러 가지 크기(예를 들어 0.01 ㎛ 내지 4.8 ㎛의 지름의 크기 범위)와, 여러 가지 표면 특성으로 이용 가능하다. 비드 크기와 표면 특성의 선택은 분석 대상물 및 비드에 결합되는 리간드의 형태와 같은 다양한 인자들에 의해 결정된다. 본 발명의 일 실시예로서, 자기 미세구의 지름은 약 0.86 ㎛이다. 액체를 자기 미세구에 결합시키는 방법은 문서화되어 있으며 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 자석 회수기는 리간드 자기 입자 복합물을 목표 분석 대상물의 검출과 간섭하는 바람직하지 않은 물질을 포함하는 나머지 시료로부터 물리적으로 분리한다. 자기 회수기는 특정 응용분야에 따라 다양한 강도의 자기력을 갖는 여러 가지 형태로 설계될 수 있다. 시료가 시약 A와 혼합되면, 시료 내의 목표 대상물은 분석대상물-리간드-자기 입자 복합체를 형성한다. 그 후에 이와 같은 복합체는 자기 회수기에 의해 시료로부터 분리된다. 전체적으로 종래의 방법에 비교하여 저렴하고, 편하며, 오차가 잘 발생하지 않으며, 신속한 시료 준비가 가능한 독점적인 시약과 특정 분석 대상물에 맞추어 제작된 장치가 개발되었거나 개발될 수 있다.The first step is to capture, isolate, and / or concentrate the target analyte in the original sample after sample processing with appropriate reagents and devices. There are a variety of methods known to those skilled in the art to capture, isolate and concentrate analytes in a sample. Examples of such methods include chromatographic techniques (eg, molecular sieve chromatography, adsorption chromatography, thin layer chromatography, pH gradient chromatography, salt gradient chromatography, high performance). High performance chromatography, ligand-binding chromatography, etc., filtration, centrifugation, electrophoresis, iso electrofocusing, dialysis, lyophilization, immunoassay, immunomagnetic separation, etc. It is not limited thereto. In a preferred embodiment, immunomagnetic separation is performed at this stage in the following criteria: specific collection of the target object in a pure biological sample or complex biological sample and concentration of the analyte to a smaller volume for easier processing. It is used to meet the criteria of. This step is performed by reagent A and a magnetic retriever. Reagent A includes magnetic particles (eg microspheres) that bind to an appropriate ligand that can bind to the analyte to be detected to form a ligand magnetic particle complex. Examples of suitable ligands include, but are not limited to, monoclonal or polyclonal antibodies, water soluble receptors, and oligonucleotide searchers. Magnetic microspheres are generally polystyrene beads surrounding iron oxide and are available in a variety of sizes (eg, diameter ranges of 0.01 μm to 4.8 μm) and various surface properties. The choice of bead size and surface properties is determined by various factors, such as the analyte and the type of ligand bound to the bead. In one embodiment of the invention, the diameter of the magnetic microspheres is about 0.86 μm. Methods of binding a liquid to magnetic microspheres are documented and are well known to those skilled in the art. The magnetic recoverer physically separates the ligand magnetic particle composite from the remaining sample containing undesirable substances that interfere with the detection of the target analyte. Magnetic recovery devices can be designed in various forms with varying strengths of magnetic force, depending on the particular application. When the sample is mixed with reagent A, the target object in the sample forms the analyte-ligand-magnetic particle complex. This complex is then separated from the sample by a magnetic recoverer. Overall, proprietary reagents and devices designed for specific analytes can be developed or developed that are inexpensive, convenient, error-prone, and capable of rapid sample preparation compared to conventional methods.
제2 단계는 제1 단계에서 분리된 목표 대상물을 형광물질로 표지하는 단계이다. 이 처리는 예를 들어 제1 단계에서 얻어진 분석대상물-리간드-자기 입자 복합체를, 분석 대상물-리간드-자기 입자 복합체 및 리간드-형광 입자 복합체를 포함하는 시료 혼합물을 형성하기 위해 형광 입자들을 적절한 리간드(단일클론/다클론 항체 또는 핵산 탐색자 등, 이에 한정되지는 않음)와 결합함으로써 형성되는 형광 입자들(형광 색소 또는 형광 비드(bead), 미세구, 또는 기타 형태의 형광 분자들을 포함하며, 이에 한정되지 않는 무기성 형광물질 또는 유기성 형광물질)을 포함하는 시약 B와 함께 배양함으로써 달성될 수 있다. 리간드를 형광 입자들과 결합시키는 방법은 문서로 잘 작성되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이와 같은 시약 B 내의 리간드-형광 입자 복합체는, 예를 들어 형광 라벨된 분석 대상물 복합체를 형성하기 위해 형광 입자들에 결합되는 리간드의 형태에 따라 특정 항원-항체 반응 또는 핵산 부합화를 통해 분석 대상물-리간드-자기 입자 복합체 내의 목표 대상물에 결합된다. 제1 단계 및 제2 단계는 혼합물에 자기력을 작용시킨 후에 시약 A 및 시약 B의 모두를 액체 배지에 동시에 첨가함으로써 하나의 단계로 병합될 수 있다.The second step is labeling the target object separated in the first step with a fluorescent material. This treatment involves, for example, the analyte-ligand-magnetic particle complex obtained in the first step and the fluorescent particles to form a sample mixture comprising the analyte-ligand-magnetic particle complex and the ligand-fluorescent particle complex. Including, but are not limited to, fluorescent particles (fluorescent pigments or fluorescent beads, microspheres, or other forms of fluorescent molecules formed by binding to monoclonal / polyclonal antibodies or nucleic acid probes, etc.) Non-inorganic fluorescent substance or organic fluorescent substance). Methods of binding a ligand with fluorescent particles are well documented and well known to those skilled in the art. Such ligand-fluorescent particle complexes in Reagent B can be analyzed by specific antigen-antibody reactions or nucleic acid matching, e.g., depending on the type of ligand bound to the fluorescent particles to form a fluorescently labeled analyte complex. Bound to the target object in the ligand-magnetic particle complex. The first and second steps can be combined into one step by applying both magnetic force to the mixture and then simultaneously adding both reagent A and reagent B to the liquid medium.
형광체 염색으로부터의 형광체 입자들이 만들어질 때 리간드-형광체 입자 복합체의 크기가 자기 리간드 복합체의 표면 위의 목표 분석 대상물에 대한 최대 접근을 가능하게 하지만, 낮은 양자 수득량과 이와 같은 복합체로부터의 형광의 신속 한 소멸은 결과 검출에 있어서의 불량한 민감도와 나쁜 견실성을 야기할 수 있다.Although the size of the ligand-phosphor particle complex allows for maximum access to the target analyte on the surface of the magnetic ligand complex when phosphor particles from the phosphor stain are made, low quantum yield and rapid fluorescence from such complex Extinction can lead to poor sensitivity and poor robustness in result detection.
본 발명의 시약 B에서의 사용을 위해 형광 미세구(마이크로 또는 나노 규모의 크기)가 바람직한 형광 입자들이다. 이와 같은 시약은 상술한 바와 같이 형광 색소 입자들이 갖는 단점들을 극복하기 위해 사용된다. 많은 수의 형광단들(fluorophores)이 폴리스티렌 비드 내에 포위될 수 있으므로 형광 미세구는 형광 색소 입자보다 더 많은 양자 수득량을 갖는다. 그러므로 적절한 리간드들에 결합된 형광 마이크로/나노 미세구에 결합된 목표 분석 대상물이 광원에 의해 발광 체적 내에서 여기되면, 더 강한 형광 신호들이 방출된다. 그 결과 시료 혼합물 내에 낮은 수준의 배경 방출 광이 존재할 때 잡음에 대한 신호비가 향상되는데, 이는 일련의 세정 단계에 의해 달성될 수 있다.Fluorescent microspheres (micro or nano scale size) are preferred fluorescent particles for use in Reagent B of the present invention. Such reagents are used to overcome the disadvantages of fluorescent pigment particles as described above. Since a large number of fluorophores can be surrounded in polystyrene beads, the fluorescent microspheres have a higher quantum yield than the fluorescent pigment particles. Therefore, when the target analyte bound to the fluorescent micro / nanomicrospheres bound to the appropriate ligands is excited in the luminescence volume by the light source, stronger fluorescence signals are emitted. The result is an improved signal to noise ratio when low levels of background emission light are present in the sample mixture, which can be achieved by a series of cleaning steps.
나노 규모 크기의 양자점(quantum dot)도 시약 B 내에서의 형광 입자로 사용될 수 있다. 이와 같은 나노 입자는 형광 마이크로/나노 미세구에 비해 더 많은 양자 수득량을 갖고, 장 기간의 광안정성을 갖는다. 또한 이들의 스톡스 이동(Stokes' shift, 여기 스펙트럼 최대치 및 방출 스펙트럼 최대치 사이의 파장 차이)은 멀리 떨어져 있는데, 이는 형광 측정을 위해 유리하다. 예를 들어 양자점 나노 미세구들의 하나는 480 nm 의 파장에서 여기되어 640 nm 의 파장을 방출한다. 이와 같은 양자점의 특성은 진정 신호의 강도가 상당히 향상되지만, 목표 분석 대상물로부터 생성된 진정 방출 광을 검출할 때에 여기 광의 간섭의 최소화를 가능하게 한다. 나노 규모 크기의 장점과 함께 적절한 리간드와 결합된 양자점의 사용은 실질적으로 잡읍대 신호비를 향상시켜 본 검출 시스템의 민감도를 향상시킨다.Nano scale quantum dots can also be used as fluorescent particles in reagent B. Such nanoparticles have higher quantum yields and longer term light stability than fluorescent micro / nanomicrospheres. Also, their Stokes' shift (wavelength difference between excitation spectral maximum and emission spectral maximum) is far apart, which is advantageous for fluorescence measurements. For example, one of the quantum dot nanomicrospheres is excited at a wavelength of 480 nm and emits a wavelength of 640 nm. This characteristic of the quantum dot significantly improves the intensity of the true signal, but allows the minimization of the interference of the excitation light when detecting the true emitted light generated from the target analyte. The use of quantum dots combined with appropriate ligands, along with the advantages of nanoscale size, substantially improves the sensitivity of the present detection system by improving the signal to signal ratio.
세정은 형광 라벨된 목표 분석 대상물로부터 방출 형광 신호를 검출하는 제3의 주된 단계로 진행하기 전에 잡음대 신호비를 증가시키는 데 필수적이다. 세정 시간과 회수는 형광 입자들의 입자 크기와 시료 형태에 따라 실험적으로 결정되어야 한다. 세정 단계는 본 발명에서 개시된 예에서 나타난 바와 같이 수동이거나, 적절한 세정을 위해 견실하고 정밀하며 신뢰성 있는 액체 처리 능력을 가짐으로 본 검출 시스템의 견실하고 증가된 민감도를 가져오는 대량 처리량 자동화 시스템에 의해 수행될 수도 있다. 세정된 시료는 이제 다음 단계로 진행하기 위해 준비되었다.Cleaning is necessary to increase the noise to signal ratio before proceeding to the third major step of detecting the emitted fluorescence signal from the fluorescent labeled target analyte. Cleaning time and recovery should be determined experimentally depending on the particle size and sample type of the fluorescent particles. The cleaning step is performed by a mass throughput automation system that is either manual as shown in the examples disclosed herein, or has a robust, precise and reliable liquid handling capability for proper cleaning resulting in a robust and increased sensitivity of the present detection system. May be The cleaned sample is now ready for the next step.
제3 단계이자 마지막 단계는 제2 단계에서 준비된 형광 라벨된 목표 분석 대상물로부터 방출되는 형광 신호들을 측정하는 단계이다. 세정된 시료 혼합물은 상술한 바와 같이 본 발명의 장치의 큐벳 홀더(30)에 배치된 큐벳(20) 내에 수용된다. 필터된 방출 형광 광(46)은 검출되고, 측정된다. 형광 광은 상술한 바와 같이 일련의 광학 장치들을 통과하며, 실시간으로 데이터 분석 소프트웨어에 의해 분석되는 전기 신호들로 변환된다. 하나의 실시예로서, 방출 형광 광은 큐벳(20) 내의 시료 혼합물의 양에 따라 약 30 초 내지 약 2분 동안 측정된다. 상술한 바와 같은 본 발명의 장치의 조작은 큐벳 홀더(30) 내에 큐벳(20)을 배치한 후, 측정을 시작하기 위해 시작 버튼을 누르는 것이다. 모션 제어/데이터 획득 소프트웨어는 미리 설정된 측정 시간이 끝나면 자동적으로 작동을 멈추고, 결과를 표시한다. 실시예에서, 소프트웨어는 장치와는 독립된 장치인 컴퓨터에서 작동한다. 바람직한 실시예로서, 소프트웨어는 장치에 병합된 중앙 처리 장치에서 작동될 수도 있다. 본 발명 의 장치와 다양한 실시예에서의 높은 민감도는 최소한의 노동력으로 2 분 이내에 정확한 결과를 제공할 수 있다.The third and last step is to measure the fluorescence signals emitted from the fluorescently labeled target analyte prepared in the second step. The cleaned sample mixture is contained in a
상술한 분석 대상물 검출 방법은 다양한 형태의 시료 내의 다양한 분석 대상물의 검출에 적용하기 위해 변형되며 특수 제작될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.The analyte detection method described above may be modified and specially manufactured to be applied to detection of various analytes in various types of samples, which will be described later.
식품, 임상 시료 및 환경 시료 내의 병원성 미생물의 검출Detection of pathogenic microorganisms in food, clinical and environmental samples
(A) (A) IMSIMS /형광 /Neon 미세구Microspheres 방법 Way
이 방법은 시약 A 내의 리간드-자기 마이크로 미세구를 이용한 자기면역 분리법(IMS)과 시약 B 내의 형광 마이크로 미세구를 이용한 형광 라벨링법의 조합을 이용한다. 바람직한 실시예로서, 시약 A는 상술한 적절한 리간드로 코팅된 자기 마이크로 미세구를 포함한다. 자기 마이크로 미세구의 크기는 예를 들어 0.86 ㎛ 내지 4 ㎛ 의 지름으로 변화한다. 마이크로 미세구의 크기의 선택은 검사될 시료의 특성에 따른다. 예를 들어 시료가 높은 점성과 혼탁도를 갖는다면, 목표 미생물의 높은 회수율을 위해 큰 크기의 자기 마이크로 미세구(예를 들어 2.8 내지 4 ㎛)가 바람직하다. 반면, 시료가 덜 끈적거리고 더 투명한 용액이라면, 0.86 ㎛의 작은 마이크로 미세구가 적절한 회수를 위해 충분하다.This method uses a combination of autoimmune separation (IMS) using ligand-magnetic micromicrospheres in Reagent A and fluorescence labeling using fluorescent micro microspheres in Reagent B. In a preferred embodiment, Reagent A comprises magnetic micro microspheres coated with a suitable ligand as described above. The size of the magnetic micro microspheres varies, for example, with a diameter of 0.86 μm to 4 μm. The choice of the size of the micro microspheres depends on the nature of the sample to be examined. For example, if the sample has high viscosity and turbidity, large size magnetic micromicrospheres (eg 2.8-4 μm) are preferred for high recovery of target microorganisms. On the other hand, if the sample is a less sticky and more transparent solution, small micromicrospheres of 0.86 μm are sufficient for proper recovery.
이와 같은 특정 또는 기타 응용을 위해 다양한 방법이 시약 A 및 시약 B를 준비하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 방법이 이하에서 상세히 설명된다.Various methods can be used to prepare Reagent A and Reagent B for this particular or other application. Exemplary methods are described in detail below.
스트렙타비딘(streptavidin)이 코팅된 마이크로 미세구가 둘러싸는 자기 비드는 스트렙타비딘/바이오틴 결합을 통해 바이오틴레이티드(biotinylated) 다클론 항체로 결합된다. 스트렙타비딘이 코팅된 자기 마이크로 미세구의 부분 표본은 바이오틴레이티드 다클론 항체로 약 30분간 실온에서 부드러운 전체 회전(end over end rotation) 운동으로 배양된다. 반응 용액은 자기 비드 회수기로 3분간 투입된 후, 용액을 따라내고, 세정 완충액(0.1 M의 인산염 완충액 식염수(PBS), pH 7.4, Tween-20)이 첨가된다. 이 단계는 두 번 반복된다. 결과 침전물은 다시 부유하며 저장 완충액과 함께 저장된다. 본 실시예의 저장 완충액은 0.1 M의 인산염 완충액 식염수(PBS), pH 7.4, Tween 020, BSA와 적절한 농도의 프롤린으로 이루어진다. Tween-20와 BSA는 마이크로 미세구의 비특이적 결합을 차단함으로써 마이크로 미세구가 응괴되는 것을 방지하도록 돕는다. 프롤린은 넓은 스펙트럼의 항균 물질이고, 시약의 원하는 저장 기간에 따라 결정되는 농도로 첨라될 수 있다. 시약은 사용되기 전에 초음파 처리된다.Magnetic beads surrounded by streptavidin-coated micromicrospheres are bound to biotinylated polyclonal antibodies via streptavidin / biotin binding. Subsamples of streptavidin-coated magnetic micromicrospheres are incubated with biotinated polyclonal antibody in gentle end over end rotation at room temperature for about 30 minutes. The reaction solution was introduced into the magnetic bead recovery unit for 3 minutes, followed by decantation, and washing buffer (0.1 M phosphate buffer saline (PBS), pH 7.4, Tween-20) was added. This step is repeated twice. The resulting precipitate is suspended again and stored with the storage buffer. The storage buffer of this example consists of 0.1 M phosphate buffer saline (PBS), pH 7.4, Tween 020, BSA and appropriate concentrations of proline. Tween-20 and BSA help prevent micromicrospheres from clotting by blocking nonspecific binding of microspheres. Proline is a broad spectrum antimicrobial material and can be submerged in concentrations determined by the desired shelf life of the reagents. The reagent is sonicated before use.
시약 B는 다클론 항체로 코팅된 형광 마이크로 미세구를 포함한다. 이 입자의 크기 범위는 약 1 ㎛ 내지 4 ㎛ 의 직경이다. 여기 파장(Ex) 범위는 약 400 nm 내지 약 700 nm 이고, 방출 파장(Em) 범위는 약 400 nm 내지 약 700 nm 이다. EX/Em 파장 범위의 선택은 사용되는 장치에 장착되는 광학 방출 필터(70)에 의존한다. 본 특정 실시예에서, 광학 장치는 640 nm(Em)의 형광 광을 검출하도록 선택된다. 시료 혼합물의 조건은 또한 Ex/Em 스펙트럼에 관하여 형광 마이크로 미세구의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 540 nm(Em) 이상의 형광 마이크로 미세구는 시료 내의 내인성 형광 입자로부터 발생되는 자가 형광의 간섭을 피할 수 있으므로 혈액을 함유하는 시료에 바람직하다.Reagent B comprises fluorescent micro microspheres coated with polyclonal antibody. The particle size ranges from about 1 μm to 4 μm in diameter. The excitation wavelength Ex ranges from about 400 nm to about 700 nm and the emission wavelength Em ranges from about 400 nm to about 700 nm. The selection of the EX / Em wavelength range depends on the
다클론 항체의 형광 마이크로 미세구에 대한 접합은 마이크로 미세구의 표면 위의 카르복실(-COOH) 그룹과 항체의 아민 그룹의 사이의 에스테르 중간물을 통한 공유 결합에 의해 수행된다. 이 반응은 카르복실 그룹을 활성화시키기 위해 카르보디이미드를 첨가함으로써 중개된다. 바람직하게는 EDAC(에틸 3-(3- 디메틸 아미노 프로필 카르보디이미드)가 형광 마이크로 미세구의 표면 위의 카르복실 그룹을 활성화하기 위해 사용된다. 다클론 항체는 COOH- 활성화된 형광 마이크로 미세구와 함께 실온에서 약 30분간 배양되고, 어떤 결합되지 않은 항체를 세정하기 위해 8000 rpm으로 원심분리된다. 결과 침전물은 다시 부유하고, 10 mM 트리스, 0.05 % 소혈청 알부민(BSA), 및 0.05 % Tween-20과 함께 저장된다. 시약은 사용되기 전에 초음파 처리된다.Conjugation of polyclonal antibodies to fluorescent micromicrospheres is performed by covalent linkage through an ester intermediate between the carboxyl (-COOH) group on the surface of the micromicrospheres and the amine group of the antibody. This reaction is mediated by the addition of carbodiimide to activate the carboxyl groups. Preferably EDAC (ethyl 3- (3-dimethylamino propyl carbodiimide) is used to activate the carboxyl groups on the surface of the fluorescent micro microspheres. The polyclonal antibody is combined with COOH-activated fluorescent micro microspheres at room temperature. Incubated for about 30 minutes and centrifuged at 8000 rpm to wash any unbound antibody The resulting precipitate is suspended again, with 10 mM Tris, 0.05% bovine serum albumin (BSA), and 0.05% Tween-20 The reagents are sonicated before being used.
적절히 초음파 처리된 시약 A 및 시약 B는 시약의 검사를 위한 시료의 부분 표본 내로 동시에 첨가되어 원 시료 혼합물을 형성하고, 부드러운 전체 회전 운동으로 실온에서 약 30 분 배양된다. 원 시료 혼합물은 자기 비드 회수기 내에 약 3분간 수용된 후, 용액을 따라내고 세정 완충액이 첨가된다. 이와 같은 세정 단계는 두 번 반복된다. 침전물이 완충액으로 다시 부유되어, 뒤에 큐벳(20)으로 이송될 수 있는 시료 혼합물을 형성한다. 상술한 단계는 큐벳(20) 내에서 또한 이루어질 수 있다. 큐벳(20)은 바람직하게는 장치 내의 큐벳 홀더(30)에 배치되기 전에 두껑으로 밀폐된다. 방출 형광 광의 측정은 실온에서 약 30초간 이루어진다.Appropriately sonicated reagent A and reagent B are simultaneously added into a subsample of the sample for examination of the reagent to form the original sample mixture and incubated for about 30 minutes at room temperature with gentle global rotational motion. The original sample mixture is held in the magnetic bead recoverer for about 3 minutes, then the solution is decanted and the wash buffer added. This cleaning step is repeated twice. The precipitate is suspended again in buffer to form a sample mixture that can later be transferred to the
(B) (B) IMSIMS /형광 색소 방법/ Fluorescent pigment method
이 방법은 시약 A 내의 자기 마이크로 미세구를 이용한 면역원 분리법(IMS)과, 시약 B 내의 형광 색소를 이용한 형광 라벨링의 조합을 이용한다. 시약 A는 바로 위에서 설명된 면역원 분리법(IMS)/형광 마이크로 미세구 방법에서 사용된 것과 동일한 시약이다. 시약 B는 형광 마이크로 미세구 대신 형광 색소 분자에 접합된 다클론 또는 단클론 항체이다. 본 실시예에서, AlexaFluor(상표, Molecular Probes, Eugene, OR)는 형광 색소 입자이다. AlexaFluor 는 633/647 nm 범위의 Ex/Em 을 갖는다. 색소의 선택은 본 발명의 장치의 광학 장치에 기초한다. 또한 다른 Ex/Em의 범위를 갖는 다른 AlexaFluor 도 광학 필터의 변형과 함께 사용될 수 있다.This method utilizes a combination of immunogen isolation (IMS) using magnetic micromicrospheres in Reagent A and fluorescent labeling using fluorescent dyes in Reagent B. Reagent A is the same reagent used in the immunogen isolation method (IMS) / fluorescence micro microsphere method described above. Reagent B is a polyclonal or monoclonal antibody conjugated to fluorescent dye molecules instead of fluorescent micromicrospheres. In this example, Alexa Fluor (trademark, Molecular Probes, Eugene, OR) is a fluorescent pigment particle. AlexaFluor has Ex / Em in the range of 633/647 nm. The choice of pigment is based on the optical device of the device of the invention. Also other AlexaFluors with different Ex / Em ranges can be used with the modification of the optical filter.
AlexaFluor 는 사용되기 바로 전에 디메틸 술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO)를 색소에 첨가함으로써 활성화된다. 활성화된 색소는 교반에 의해 중탄산염나트륨 완충액 내에 용해된 항체 내로 천천히 첨가된다. 혼합물은 계속적인 교반과 함께 실온에서 한 시간 동안 배양된다. 접합체는 막여과와 조합된 원심분리를 통해 결합되지 않은 자유 색소로부터 분리된다. 결과물인 접합체는 아자이드 나트륨을 포함하는 PBS 완충액과 함께 4 ℃에서 보관된다.AlexaFluor is activated by adding dimethyl sulfoxide (DMSO) to the pigment just before it is used. The activated pigment is slowly added into the antibody dissolved in sodium bicarbonate buffer by stirring. The mixture is incubated for one hour at room temperature with continuous stirring. The conjugate is separated from unbound free pigments by centrifugation in combination with membrane filtration. The resulting conjugate is stored at 4 ° C. with PBS buffer containing azide sodium.
검사될 시료의 부분 표본은 시약 A와 함께 실온에서 약 20분간 배양된다. 목표 분석 대상물을 분리시키기 위해 자기 비드 회수기는 약 3분간 시료에 가해진 후, 새로운 완충액으로 두 번 세정된다. 용액을 따라내고, 침전물이 세정 완충액에서 다시 부유한다. 시약 B가 첨가되어, 부드러운 전체 회전으로 실온에서 약 30분간 배양된다. 시료 내의 자기 형광 라벨된 리간드 복합체는 약 3분 동안 자기 비드 회수기 내에 수용되고, 세정 단계는 두 번 반복된다. 결과 침전물은 완충액 내에 재부유되고, 큐벳(20) 내로 이동된다. 큐벳(20)은 장치 내의 큐벳 홀더(30)내로 배치된다. 방출 광의 측정은 실온에서 약 30초간 이루어진다.A partial sample of the sample to be tested is incubated with reagent A for about 20 minutes at room temperature. A magnetic bead recoverer is applied to the sample for about 3 minutes to separate the target analyte and then washed twice with fresh buffer. The solution is decanted and the precipitate is suspended again in the wash buffer. Reagent B is added and incubated for about 30 minutes at room temperature with gentle total rotation. The magnetic fluorescently labeled ligand complex in the sample is housed in the magnetic bead recoverer for about 3 minutes and the washing step is repeated twice. The resulting precipitate is resuspended in buffer and transferred into
(C) (C) IMSIMS /형광 나노 Fluorescent Nano 미세구Microspheres 방법 Way
IMS/나노 미세구 방법은 세 개의 다른 시약들(시약 A, B 및 C)의 조합을 이용한다. 시약 A는 본 부분에서 설명되는 앞의 두 개의 방법에서 사용되는 시약과 동일하다. 시약 B는 바이오틴레이티드(biotinylated) 다클론/단클론 항체들을 포함한다. 시약 B는 항원 인지를 위한 항체의 특별한 활성 부위을 통해 목표 미생물의 표면에 결합된다. 시약 B의 항체는 또한 항체의 바이오틴레이티드 Fc 부분과 스트렙타비딘이 코팅된 나노 미세구의 사이의 상호 작용을 통해 형광 나노 미세구에 결합된다. 시약 C는 스트렙타비딘이 결합된 형광 나노 미세구를 포함한다. 나노 미세구의 크기는 약 20 nm 내지 약 200 nm의 범위에 이른다. Ex/Em 범위는 400 nm 내지 700 nm 의 사이 이내이다. 스트렙타비딘의 형광 나노 미세구에 대한 접합은 에스테르 중간물을 통한 마이크로 미세구의 표면 위의 카르복실(COOH) 그룹의 스트렙타비딘의 아민 그룹에 대한 공유 결합을 통해 수행된다. 접합은 카르복실 그룹을 활성화하기 위해 카르보디이미드를 첨가한 후, 스트렙타비딘 단백질과 함께 배양함으로써 이루어진다. 결합되지 않은 스트렙타비딘은 투석에 의해 제거된다.The IMS / nanomicrosphere method utilizes a combination of three different reagents (Reagents A, B and C). Reagent A is identical to the reagent used in the previous two methods described in this section. Reagent B comprises biotinylated polyclonal / monoclonal antibodies. Reagent B is bound to the surface of the target microorganism through a special active site of the antibody for antigen recognition. The antibody of Reagent B is also bound to fluorescent nanomicrospheres through the interaction between the biotinylated Fc portion of the antibody and the streptavidin coated nanomicrospheres. Reagent C comprises fluorescent nano microspheres bound to streptavidin. The size of the nanomicrospheres ranges from about 20 nm to about 200 nm. The Ex / Em range is between 400 nm and 700 nm. Conjugation of streptavidin to fluorescent nanomicrospheres is performed via covalent bonds to the amine group of streptavidin of the carboxyl (COOH) group on the surface of the micromicrospheres via ester intermediates. Conjugation is accomplished by adding carbodiimide to activate the carboxyl group and then incubating with streptavidin protein. Unbound streptavidin is removed by dialysis.
실시예로서, EDAC(에틸 3-(3- 디메틸 아미노 프로필 카르보디이미드)가 형광 마이크로 미세구의 표면 위의 카르복실 그룹을 활성화하기 위해 사용된다. 스트렙 타비딘은 활성화된 나노 미세구와 함께 실온에서 약 30분간 또는 그 보다 길게 배양된 후, 결합되지 않은 항체를 제거하기 위해 투석이 이루어진다. 투석막의 분자량 컷오프는 약 300 내지 500 kDa의 범위 내에 존재한다. 접합물은 10 mM 트리스, 0.05 % BSA, 및 0.05 % Tween-20과 함께 저장된다. 또한 시약 C가 스트렙타비딘과 접합된 양자점에 가해질 수 있다. 양자점은 CdSe-ZnS 코어를 가지며, 크기 범위는 직경 10 nm 내지 100 nm 에 이른다. 광학 장치에 이용 가능한 Ex/En 범위를 갖는 양자점이 사용된다. 접합법은 상술한 절차와 유사하다.As an example, EDAC (ethyl 3- (3-dimethyl amino propyl carbodiimide) is used to activate carboxyl groups on the surface of fluorescent micro microspheres. Streptavidin is activated at room temperature with activated nano microspheres. After incubation for 30 minutes or longer, dialysis is performed to remove unbound antibody The molecular weight cutoff of the dialysis membrane is in the range of about 300 to 500 kDa The conjugate is 10 mM Tris, 0.05% BSA, and Stored with 0.05% Tween-20 Reagent C may also be added to quantum dots conjugated with streptavidin, which have a CdSe-ZnS core and range in size from 10 nm to 100 nm in diameter. Quantum dots with available Ex / En ranges are used The bonding method is similar to the procedure described above.
검사될 시료의 부분 표본은 시약 A 및 시약 B와 함께 실온에서 약 30분간 배양된다. 목표 분석 대상물을 분리시키기 위해 자기 비드 회수기는 약 3분간 시료에 가해진 후, 새로운 완충액으로 두 번 세정된다. 용액을 따라내고, 침전물이 새로운 완충액에서 다시 부유한다. 시약 C가 첨가되어, 부드러운 요동 운동으로 실온에서 약 30분간 또는 그 이내의 시간동안 배양된다. 시료는 자기 비드 회수기 내에 약 3분간 수용된 후, 세정 단계가 두 번 반복된다. 결과 침전물은 완충액 내에 재부유되고, 큐벳(20) 내로 이동된다. 상술한 절차가 큐벳 내에서도 이루어질 수 있다. 큐벳(20)은 장치 내의 큐벳 홀더(30)내로 배치된다. 방출 광의 측정은 실온에서 약 30초간 또는 그 이상 이루어진다.A subsample of the sample to be tested is incubated with reagent A and reagent B for about 30 minutes at room temperature. A magnetic bead recoverer is applied to the sample for about 3 minutes to separate the target analyte and then washed twice with fresh buffer. The solution is decanted and the precipitate is suspended again in fresh buffer. Reagent C is added and incubated for about 30 minutes or less at room temperature with gentle rocking motion. The sample is held in the magnetic bead recoverer for about 3 minutes and then the cleaning step is repeated twice. The resulting precipitate is resuspended in buffer and transferred into
상술한 방법들과 시약들은 또한 식품, 임상 시료 및 환경 시료 내의 병원성 미생물의 복합 검출에도 사용될 수 있다. 절차적 순서에서의 변형은 다음과 같다. 하나의 분석 대상물을 목표로 하는 자기 마이크로 미세구의 단일 형태를 사용하는 대신, 다른 항체들 또는 핵산 탐색자들에 접합된 자기 마이크로 미세구들의 혼합물 이 복수 개의 목표 분석 대상물을 추출하기 위해 검사될 시료와 함께 배양된다. 혼합물 내의 각 시약의 성분은 각각의 목표 분석 대상물의 높은 회수 효율을 보장하기 위해 최적화될 필요가 있다. 자기 비드 회수 단계와 세정 단계는 상술한 내용과 동일하다. 세정된 시료는 다른 항체들 또는 핵산 탐색자들에 접합된 상술한 형광 시약들(형광 색소 입자 또는 마이크로 또는 나노 미세구들)의 혼합물과 함께 배양된다. 각 시약은 특유의 방출 스펙트럼 가지는데, 이로 인해 시료 내의 다른 분석 대상물의 식별이 가능하다. 복수 개의 방출 형광 광을 시료로부터 분리하기 위해, 복수 개의 방출 필터와 복수 개의 광량 센서 장치에 설치될 필요가 있다.The methods and reagents described above can also be used for the complex detection of pathogenic microorganisms in food, clinical and environmental samples. The variations in the procedural order are as follows. Instead of using a single form of magnetic micromicrospheres that target one analyte, a mixture of magnetic micromicrospheres conjugated to other antibodies or nucleic acid probes is combined with the sample to be tested to extract a plurality of target analytes. Incubated. The components of each reagent in the mixture need to be optimized to ensure high recovery efficiency of each target analyte. The magnetic bead recovery step and the cleaning step are the same as described above. The washed sample is incubated with a mixture of the above-described fluorescent reagents (fluorescent pigment particles or micro or nano microspheres) conjugated to other antibodies or nucleic acid probes. Each reagent has a unique emission spectrum, which allows the identification of other analytes in the sample. In order to separate a plurality of emission fluorescent light from a sample, it is necessary to be provided in a plurality of emission filters and a plurality of light quantity sensor devices.
전체 all 생세포Living cells 개수 또는 특정 생물체의 검출 Count or detection of specific organisms
이하의 방법은 식품, 임상 시료 또는 환경 시료 내에서 발견되는 전체 생 생물체(TVO, total viable organisms) 또는 특정 생물체를 검출하고 계수하기 위해 개발되었다.The following methods have been developed to detect and count total viable organisms (TVOs) or specific organisms found in food, clinical or environmental samples.
본 방법에서는 전체 생 생물체를 검출하고 계수하기 위해, 두 개의 다른 시약들(시약 A 및 시약 B)이 사용된다. 시약 A는 모든 생물체를 투과하며, 생물체의 핵산을 염색하는 형광 색소를 포함한다. 이와 같은 목적의 적합한 형광 색소의 예에는 SYTO 형광 색소(Molecular Probes, Eugene, OR)와 특정 응용분야에 따른 동등한 색소들이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니다. 시약 B는 오직 죽은 생물체의 핵산을 표지하는 형광 색소를 포함한다. 이와 같은 목적을 위해 적합한 형광 색소에는 SYTOX 형광 색소(Molecular Probes, Eugene, OR)와 그와 동등한 색소가 포함 되며, 이에 한정되는 것은 아니다. 먼저 모든 미생물의 막을 투과하여 미생물의 핵산을 염색하는 시약 A를 갖는 시료와 함께 부분 표본이 실온에서 배양된다. 간단한 세정 단계 이후에, 시약 B가 첨가되어 실온에서 배양된다. 이로 인해 죽은 미생물이 특이적으로 염색된다. 그 후에 염색된 생물은 큐벳(20)으로 이송된다. 큐벳(20)은 장치 내의 큐벳 홀더(30)에 배치되며, 바람직하게는 큐벳(20) 상의 뚜껑에 의해 큐벳(20)이 밀폐된다. 선택적으로 큐벳(20) 내에서 반응이 일어날 수 있으며, 이 때에 큐벳으로의 이송 단계는 불필요해진다. 방출 광의 측정은 실온에서 약 2분간 이루어진다. 죽은 생물체에 비교한 살아있는 생물체의 개체수 분석으로부터 전체 생 생물체의 개수를 얻을 수 있다.In this method, two different reagents (Reagent A and Reagent B) are used to detect and count the whole living organism. Reagent A penetrates all organisms and includes fluorescent dyes that stain the nucleic acids of the organism. Examples of suitable fluorescent dyes for this purpose include, but are not limited to, SYTO fluorescent dyes (Molecular Probes, Eugene, OR) and equivalent dyes according to a particular application. Reagent B only contains fluorescent pigments that label the nucleic acid of a dead organism. Fluorescent dyes suitable for this purpose include, but are not limited to, SYTOX fluorescent dyes (Molecular Probes, Eugene, OR) and their equivalents. The subsample is first incubated at room temperature with a sample having reagent A which penetrates the membranes of all the microorganisms and stains the nucleic acids of the microorganisms. After a simple washing step, reagent B is added and incubated at room temperature. This results in specific staining of dead microorganisms. The dyed organisms are then transferred to the
목표 핵산 염기 서열에 의한 특정 생물체의 검출Detection of Specific Organisms by Target Nucleic Acid Sequences
특정 생물체를 검출하는 본 방법은 16S rDNA, 18S rDNA 또는 특이 유전자로부터의 생물 특이적 올리고 핵산염(oligonucleotide)과 접합된 자기 마이크로 미세구를 포함하는 하나의 시약을 이용한다. 특이 목표 서열은 비드의 표면에 부착된 상보적인 핵산 서열을 갖는 자기 비드를 이용하여 검출될 수 있다. 이들 표면 서열들은 서열과 관련된 형광 색소를 갖지만, 서열들을 잇는 물리적 기전을 통해 또는 다른 효소적 수단을 통해 형광이 약화될 수 있다. 이들 서열들은 시료 내에서 목표 서열들에 결합되면 노출되어, 형광 색소가 형광 방출을 위해 배출될 것이다. 또한 본 방법은 미생물의 복합적인 검출에 사용될 수 있다. 마이크로 미세구의 표면 위의 특이 핵산염에 접합된 마이크로 미세구의 다른 형광 스펙트럼은 검사될 분석 대 상물 시료와 함께 배양된다. 각각의 라벨링 시약은 다른 Em 스펙트럼을 갖는다. 신호들은 복수 개의 센서들에 의해 검출되며, 각각의 센서는 특정 파장을 검출한다.The present method of detecting specific organisms utilizes one reagent comprising magnetic micromicrospheres conjugated with biospecific oligonucleotides from 16S rDNA, 18S rDNA or specific genes. Specific target sequences can be detected using magnetic beads having complementary nucleic acid sequences attached to the surface of the beads. These surface sequences have fluorescent pigments associated with the sequences, but fluorescence may be attenuated through the physical mechanisms linking the sequences or through other enzymatic means. These sequences will be exposed once bound to the target sequences in the sample, so that the fluorescent dye will be released for fluorescence emission. The method can also be used for complex detection of microorganisms. Other fluorescence spectra of the micromicrospheres conjugated to specific nucleic acid salts on the surface of the micromicrospheres are incubated with the sample to be analyzed. Each labeling reagent has a different Em spectrum. The signals are detected by a plurality of sensors, each sensor detecting a particular wavelength.
단백질, 생물학적 표지들, Proteins, biological labels, 대사물의Metabolite 검출 detection
단백질, 생물학적 표지들, 대사물을 검출하기 위해, 두 가지 시약들(시약 A, 시약 B)이 사용된다. 시약 A는 면역분리법(IMS)/형광 마이크로 미세구의 방법에서 상술한 시약 A와 동일하다. 시약 B는 면역분리법/형광 입자의 방법에서 상술한 시약 B와 동일하다. 시약 A 및 시료는 혼합되어 배양된다. 약 10분간의 배양 후, 시료는 세정 완충액(PBS-Tween20(0.01 %))으로 한 번 세정된 후, 예열된(37℃) 반응 완충액으로 재부유된다. 시약 B는 준비된 시료로 첨가된다. 시료는 시험관에서 수회 위아래로 피펫됨으로써 재부유된다. 그리고 나서 전체 회전으로 약 30분간 37℃에서 배양된다. 배양 후에 각각의 시험관은 약 3분간 자기 회수기에 가해지고, 세정 완충액으로 두 번 세정된다. 그 후에 검출 완충액의 1ml의 최종 체적으로 재부유된다. 그리고 단백질 농축에 대해 측정된다.Two reagents (Reagent A, Reagent B) are used to detect proteins, biological labels, and metabolites. Reagent A is identical to Reagent A described above in the method of Immunoisolation (IMS) / Fluorescence Micro Microspheres. Reagent B is identical to Reagent B described above in the method of immunoassay / fluorescent particles. Reagent A and the sample are mixed and incubated. After about 10 minutes of incubation, the sample is washed once with wash buffer (PBS-Tween20 (0.01%)) and then resuspended with preheated (37 ° C.) reaction buffer. Reagent B is added to the prepared sample. Samples are resuspended by pipetting up and down several times in a test tube. Then incubate at 37 ° C. for about 30 minutes at full rotation. After incubation, each test tube is added to a magnetic recoverer for about 3 minutes and washed twice with wash buffer. Thereafter it is resuspended in a final volume of 1 ml of detection buffer. And measured for protein concentration.
복수 개의 시료들을 분석하기 위한 대량 처리량 자동화 시스템Mass throughput automation system for analyzing multiple samples
본 발명의 장치의 상기 실시예들의 어느 하나는 복수 개의 시료들을 처리하고 분석하기 위해 대량 처리량 시스템을 더 구비할 수 있다. 대량 처리량 시스템의 예에는 대량 처리량 회전식 원형 컨베이어 시스템 및 대량 처리량 자동화 복합 시스템이 포함되며, 이들에 한정되지는 않는다.Any of the above embodiments of the device of the present invention may further comprise a mass throughput system for processing and analyzing a plurality of samples. Examples of high throughput systems include, but are not limited to, high throughput rotary circular conveyor systems and high throughput automated composite systems.
대량 처리량 회전식 원형 컨베이어 시스템에서 시스템은 하나 이상의 선반을 구비하고, 각 선반은 복수 개의 큐벳이나 시료 혼합물을 포함하는 시험관들을 지지한다. 다양한 시약들과 반응하는 시료를 준비하기 위한, 액체 이송, 혼합, 와동교반, 자기력 인가, 랙으로부터 큐벳 홀더로의 장치 내의 큐벳 이동 등의 단계들을 포함하는 모든 단계들은 장치의 일부로 또는 장치와 연관되어 작동하는 독립 모듈로서 완전히 자동화될 수 있다.In a high throughput rotary circular conveyor system, the system includes one or more shelves, each shelf supporting test tubes comprising a plurality of cuvettes or sample mixtures. All steps, including liquid transfer, mixing, vortex stirring, magnetic force application, cuvette movement from the rack to the cuvette holder, and the like, for preparing a sample to react with various reagents, are part of or associated with the device. It can be fully automated as an independent module that works.
대량 처리량 복합 시스템에서, 복수 개의 웰(예; 8 내지 384)의 깊은 웰 플레이트가 복합 플랫폼으로 사용된다. 예를 들어 액체 처리, 배양, 혼합, 자기력 인가 등을 포함하는 조작들에 필용한 모든 단계들은 장치의 일부로 또는 장치와 연관되어 작동하는 독립 모듈로 완전히 자동화될 수 있다.In high throughput composite systems, a deep well plate of a plurality of wells (eg, 8 to 384) is used as the composite platform. All steps necessary for operations including, for example, liquid treatment, incubation, mixing, magnetic force application, etc., can be fully automated as part of the device or as an independent module that operates in conjunction with the device.
본 발명은 현재 이용 가능한 분석 대상물 검출 기술, 특별히 세포, 미셍물, 단백질, 핵산 또는 핵산 염기 서열과 같은 생물학적 분석 대상물의 검출 기술에 비해 많은 장점을 갖는다.The present invention has many advantages over currently available analyte detection techniques, in particular the detection techniques of biological analytes such as cells, immature, proteins, nucleic acids or nucleic acid sequences.
실시예들Examples
실시예Example 1. 형광 1. Fluorescence 미세구의Microsphere 검출 detection
형광 첨두치의 개수는 계수되며, 형광 마이크로 미세구의 농도와 연관된다. 마이크로 미세구의 직경은 대략 2.5 ㎛이고, 630/640 nm 의 Ex/Em 스펙트럼을 갖는다. 4 ml의 0.1M PBS의 최종 체적 내의 희석된 마이크로 미세구를 포함하는 큐벳에는 그 후에 수직 운동과 회전 운동이 동시에 가해진다. 큐벳 운동의 수직 및 회전 속도는 각각 0.8 inch/sec 및 300 rpm 이다. 데이터는 2분간 100 kHz의 샘플링 레이트에서 취해진다. 원시 데이터는 분석되며, 결과가 본 적용예에서 상술한 바와 같이 표시된다. 본 적용예는 펄스폭이 0.05-0.2 밀리초이고, 평균 배경 신호에 표준편차의 3배를 더한 값(평균 + 3 SD)보다 펄스 진폭이 큰 형광 신호들의 개수를 계수한다.The number of fluorescence peaks is counted and associated with the concentration of fluorescence micro microspheres. The micromicrospheres are approximately 2.5 μm in diameter and have an Ex / Em spectrum of 630/640 nm. The cuvette containing the diluted micro microspheres in the final volume of 4 ml of 0.1 M PBS is then subjected to simultaneous vertical and rotational movements. The vertical and rotational speeds of the cuvette motion are 0.8 inch / sec and 300 rpm, respectively. Data is taken at a sampling rate of 100 kHz for 2 minutes. The raw data is analyzed and the results are displayed as described above in this application. This application counts the number of fluorescent signals with a pulse width of 0.05-0.2 milliseconds and a pulse amplitude greater than the average background signal plus three times the standard deviation (mean + 3 SD).
결과가 도 9에 도시된다. 5 개의 다른 조의 실험이 다른 일자에 수행되었다. 형광 신호 개수가 형광 비드의 농도에 대해 표시되었다. 도 9에 도시된 바와 같이 실험이 다른 시간 및 다른 일자에 이루어졌음에도 각각의 농도로부터의 개수는 일관성이 있다. 데이터는 다른 실험 시간들과 절차들과 실험 수행자들 사이에서의 고유한 변동들이 최소임을 표시할 뿐만 아니라 본 장치의 형광 신호에 대한 검출능력이 견실하고 신뢰성이 있음을 나타낸다. 다양한 실험들에서의 견실성과 신뢰성은 0.9626의 높은 R2 값에 의해 표시된 바와 같이 형광 개수 및 비드 수의 사이의 높은 상관관계에 의해서도 나타난다. 이는 본 시스템이 10 형광 비드/ml 의 낮은 수치를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 10/ml 내지 105/ml의 넓은 범위의 비드 농도를 검출할 수 있음을 나타낸다. 이와 같은 농도 범위에서 견실성과 높은 상관관계는 임의의 시료 내에서의 비드 개수를 계수하기 위한 흡광 계수의 평가를 허용한다.The results are shown in FIG. Five different sets of experiments were performed on different days. The number of fluorescence signals is indicated for the concentration of fluorescence beads. As shown in FIG. 9, the counts from each concentration are consistent, although experiments were conducted at different times and on different days. The data not only indicate that the inherent variations between different experiment times and procedures and experimental operators are minimal, but also indicate that the device's ability to detect fluorescence signals is robust and reliable. Robustness and reliability in various experiments are also indicated by the high correlation between the number of fluorescence and the number of beads as indicated by the high R 2 value of 0.9626. This indicates that the system can detect low values of 10 fluorescent beads / ml as well as detect a wide range of bead concentrations from 10 / ml to 10 5 / ml. The robustness and high correlation in this concentration range allows the evaluation of the extinction coefficient to count the number of beads in any sample.
실시예 2. 인산염 완충액 내의 형광 색소와 결합된 다클론 항체를 이용한 살모넬라의 검출Example 2. Detection of Salmonella Using Polyclonal Antibody Bound to Fluorescent Pigments in Phosphate Buffer
살모넬라 타이피뮤리움(ATCC #14028)은 5 ml의 LB 배지에서 밤중에 37℃로 증식된다. 배양균은 세정되고, pH 7.0, PBS 완충액에서 8000 × g 로 10분간 원심분리된다. 세포 침전물은 PBS 내에서 원래의 농도로 재구성되었다. 야간 배양균은 5×109 cells/ml의 표준 농도에 가까웠다. 야간 배양균은 전체 체적 1 ml의 PBST(0.1M PBS, 0.01% Tween 20) 내에서 0 cell/ml 내지 106 cells/ml 의 범위의 농도를 준비하기 위해 0.1M PBS 완충액으로 희석되었다. 각각의 희석된 배양균은 살모넬라 선택 한천 위에 평판 배양되어, 실제 집락 형성 단위(colony forming unit)를 확인하기 위해 37℃에서 밤새 배양되었다.Salmonella typhimurium (ATCC # 14028) is grown at 37 ° C. at night in 5 ml of LB medium. The culture is washed and centrifuged for 10 minutes at 8000 x g in PBS buffer, pH 7.0. Cell precipitates were reconstituted at their original concentration in PBS. Night cultures were close to the standard concentration of 5 × 10 9 cells / ml. Nocturnal cultures were diluted with 0.1 M PBS buffer to prepare concentrations ranging from 0 cell / ml to 10 6 cells / ml in 1 ml PBST (0.1 M PBS, 0.01% Tween 20). Each diluted culture was plated on Salmonella selective agar and incubated overnight at 37 ° C. to identify the actual colony forming units.
각각의 시료 내에서 살모넬라를 위한 다클론 항체로 코팅된 자기 마이크로 미세구의 100 ㎕(대략 105 비드, 직경 0.86 ㎛)가 첨가된 후, 실온에서 30분간 부드러운 요동 운동이 가해진다. 시료는 3분간 자기 회수기 내에 배치되었고, 용액을 따라내었다. 이 단계는 두 번 반복된다. 최종 침전물이 재부유되고, 살모넬라를 위한 Alexa Fluoro 533(9㎛)와 접합된 다클론 항체가 전체 체적 1ml 의 PBST 내에서 실온에서 30분간 배양되었다. 시료는 큐벳으로 이동되기 전에 상술한 바와 같이 동일한 세정 단계를 거친다. 300 rpm의 회전 속도와 0.8 inch/sec의 수직 속도로 실온에서 측정이 행해졌다. 데이터는 30초간 100 kHz의 샘플링 주파수로 얻어졌다. 원시 데이터는 본 적용예에서 상술한 바와 같이 분석되었다.In each
도 10에 일 방법에 의한 결과가 도시된다. 평균 배경 신호에 표준편차를 더한 값보다 큰 펄스 진폭의 형광 신호가 각각의 시료에서 계수되었다. 각 농도(0/ml 내지 106 cells/ml)의 형광 신호 개수의 평균이 CFU/ml에 대하여 도시되었다(도 12). 13개의 그룹의 분석이 다른 시간에 수행되었다. 104 cells/ml 이상의 시료의 신호 개수가 어떤 세포도 포함하지 않은 대조군(ANOVA p<0.01)의 신호 개수보다 상당히 높았다. 이는 살모넬라가 생물학 시료 내에 104 cells/ml 또는 그 보다 많은 농도로 존재할 때에 본 시스템이 증균 없이 수시간 안에 살모넬라를 검출할 수 있음을 나타낸다. 시약 시스템과 신호 분석 프로그램의 더욱 향상시킴으로써 민감도가 102 - 103 cells/ml 의 농도를 검출할 수 있는 능력으로 증가한다.10 shows the results of one method. Fluorescent signals with pulse amplitudes greater than the mean background signal plus the standard deviation were counted in each sample. The mean number of fluorescence signals at each concentration (0 / ml to 10 6 cells / ml) is plotted against CFU / ml (FIG. 12). Analysis of 13 groups was performed at different times. The number of signals of samples above 10 4 cells / ml was significantly higher than that of the control group (ANOVA p <0.01) without any cells. This indicates that when Salmonella is present at a concentration of 10 4 cells / ml or higher in a biological sample, the system can detect Salmonella within hours without enrichment. It increases the ability to detect a 10 3 cells / ml concentration of the-sensitivity of 10 2, by further increase of the reagent system and a signal analysis program.
실시예 3. 분쇄된 쇠고기 내의 형광 색소와 결합된 다클론 항체를 이용한 살모넬라의 검출Example 3 Detection of Salmonella Using Polyclonal Antibodies Bound to Fluorescent Pigments in Ground Beef
다클론 항체에 접합된 Alexa Fluor를 사용함으로써, 살모넬라가 스파이크 분쇄된 소고기 내에서 검출되었다. 25 g의 분쇄된 소고기가 무균의 균질기백(stomacher bag) 내의 225 ml 의 PBST에 첨가되었다. 실온에서 2분간 280 rpm으로 스토마킹(stomaching)한 후, 소고기 균질액의 부분표본이 전체 체적 1 ml의 PBST 내의 살모넬라로 침투되었다. 시료는 살모넬라를 위한 다클론 항체로 코팅된 자기 비드(약 105 비드, 지름 0.86㎛)와 함께 실온에서 10분간 배양된 후, 2 번의 세정 단계(매 세정 단계마다 2분)가 수행되었다. 결과 침전물은 PBST로 재부유되고, AlexaFluor 633에 접합된 살모넬라를 위한 9㎍의 다클론 항체와 함께 실온에서 30분간 배양된다. 시료는 큐벳으로 이송되기 전에 상술한 바와 같은 동일한 세정 단계를 거친다.By using Alexa Fluor conjugated to polyclonal antibodies, Salmonella was detected in spiked ground beef. 25 g of ground beef was added to 225 ml of PBST in a sterile stomacher bag. After stomaching at 280 rpm for 2 minutes at room temperature, a aliquot of beef homogenate penetrated into Salmonella in 1 ml total volume of PBST. Samples were incubated for 10 minutes at room temperature with magnetic beads (about 10 5 beads, 0.86 μm in diameter) coated with polyclonal antibody for Salmonella, followed by two wash steps (2 minutes for each wash step). The resulting precipitate is resuspended with PBST and incubated for 30 minutes at room temperature with 9 μg polyclonal antibody for Salmonella conjugated to AlexaFluor 633. The sample undergoes the same cleaning steps as described above before being transferred to the cuvette.
측정은 회전 속도 300 rpm, 수직 속도 0.8 inch/sec의 큐벳에서 실온 하에 이루어졌다. 데이터는 100 kHz의 샘플링 주파수로 2분간 얻어졌다. 원시 데이터는 본 적용예에서 상술한 바와 같이 분석되었다. 분석법은 펄스폭이 0.05-0.2 밀리초이고, 평균 배경 신호에 표준편차의 3배를 더한 값보다 펄스 진폭이 큰 형광 신호들들을 계수하였다. 각각의 희석된 시료는 실제 집락 형성 단위(colony forming unit)를 확인하기 위해 살모넬라 선택 한천 위에서 37℃로 밤새 평판 배양되었다.Measurements were made at room temperature in a cuvette with a rotational speed of 300 rpm and a vertical speed of 0.8 inch / sec. Data was obtained for 2 minutes at a sampling frequency of 100 kHz. Raw data was analyzed as described above in this application. The assay counted fluorescent signals with a pulse width of 0.05-0.2 milliseconds and greater pulse amplitude than the average background signal plus three times the standard deviation. Each diluted sample was plated overnight at 37 ° C. on Salmonella selective agar to identify the actual colony forming unit.
각 농도(0/ml 내지 107 cells/ml)의 형광 신호 개수의 평균이 CFU/ml에 대하여 도시되었다(도 11). 4개의 그룹의 분석이 다른 시간에 수행되었다. 형광 신호 개수와 CFU/ml 사이의 동일한 상관관계가 인산염 완충액 내에서의 살모넬라 검출에서 도시된 바와 같이 관찰되었다. 104 cells/ml 이상의 시료의 신호 개수가 대조군의 신호 개수보다 상당히 높았다. 그리고 개수와 CFU/ml 사이의 높은 상관관계가 104 cells/ml 내지 107 cells/ml(R2=0.98)의 농도 범위 내에서 도시되었다. 이와 같은 데이터는 살모넬라가 분쇄된 소고기 내에 104 cells/ml 또는 그 보다 많은 농도로 존재할 때에 본 시스템이 수시간 안에 살모넬라를 검출할 수 있음을 나타낸다.The mean number of fluorescence signals at each concentration (0 / ml to 10 7 cells / ml) is plotted against CFU / ml (FIG. 11). Analysis of four groups was performed at different times. The same correlation between fluorescence signal number and CFU / ml was observed as shown in Salmonella detection in phosphate buffer. The number of signals of more than 10 4 cells / ml was significantly higher than that of the control. And a high correlation between number and CFU / ml is shown within a concentration range of 10 4 cells / ml to 10 7 cells / ml (R 2 = 0.98). These data indicate that the system can detect Salmonella within hours when Salmonella is present at 10 4 cells / ml or higher in ground beef.
실시예 4. 인산염 완충액 내의 형광 나노 미세구를 이용한 살모넬라의 검출Example 4 Detection of Salmonella Using Fluorescent Nanomicrospheres in Phosphate Buffer
인산염 완충액 내에 살모넬리 타이피뮤리움을 검출하기 위해 나노 규모 크기의 형광 비드가 사용되었다. 나노 미세구의 시약을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2에서 상술된 바와 같이 유사한 단계들이 사용되었다. 각각의 시료 내에서, 살모넬라를 위한 3 ㎍의 바이오틴레이티드 다클론 항체가 자기 비드와 함께 배양되었다. 도 2에서와 같은 동일한 배양 및 세정 단계가 수행되었다. 최종 침전물은 재부유되었고, 살모넬라를 위한 다클론 항체와 접합된 나노 미세구가 전체 체적 1ml 의 PBST 내의 시료 내에서 약 30분간 실온에서 배양되었다. 측정은 실온에서 회전 속도 300 rpm 및 수직 속도 0.8 inch/sec의 큐벳에서 실온 하에 이루어졌다. 데이터는 100 kHz의 샘플링 주파수로 30초간 얻어졌다. 원시 데이터는 본 발명의 소프트웨어에 의해 분석되었다.Nanoscale sized fluorescent beads were used to detect Salmonelli typhimurium in phosphate buffer. Similar steps were used as described above in Example 2 except for using the reagents of the nanomicrospheres. In each sample, 3 μg biotinylated polyclonal antibody for Salmonella was incubated with magnetic beads. The same incubation and washing steps as in FIG. 2 were performed. The final precipitate was resuspended and nanomicrospheres conjugated with polyclonal antibodies for Salmonella were incubated for about 30 minutes at room temperature in samples in a total volume of 1 ml PBST. Measurements were made at room temperature in a cuvette with a rotational speed of 300 rpm and a vertical speed of 0.8 inch / sec at room temperature. Data was obtained for 30 seconds at a sampling frequency of 100 kHz. Raw data was analyzed by the software of the present invention.
도 12에 파워 스펙트럼 밀도 함수로부터의 결과가 도시된다. 도 12에서 저 주파수 신호의 진폭이 CFU/ml에 대하여 도시되었다. 이는 104/ml의 시료의 진폭에서의 증가가 대조군(ANOVA p<0.01, t-test p<0.01)의 진폭 증가에 비해 상당히 높다는 것을 나타낸다. 또한 104 cells/mo 시료 내에서 어떤 가음성(false negatives)도 관찰되지 않았다(데이터는 미도시). 이 결과는 생물학 시료 내에 104 cells/ml 또는 그 보다 많은 농도로 존재할 때에 본 시스템이 증균 없이 수시간 안에 살모넬라를 검출할 수 있음을 증명할 뿐만 아니라 형광 나노 미세구를 이용한 본 시스템의 향상된 검출 능력을 나타낸다.The results from the power spectral density function are shown in FIG. 12. In Figure 12 the amplitude of the low frequency signal is shown for CFU / ml. This indicates that the increase in amplitude of the sample of 10 4 / ml is significantly higher than that of the control group (ANOVA p <0.01, t-test p <0.01). Also no false negatives were observed in 10 4 cells / mo sample (data not shown). These results demonstrate that the system can detect Salmonella in a few hours without enrichment when present at a concentration of 10 4 cells / ml or higher in a biological sample, as well as improving the detection capabilities of the system using fluorescent nanomicrospheres. Indicates.
실시예 5. 순수 배양 내의 형광 비드를 이용한 살모넬라의 검출Example 5 Detection of Salmonella Using Fluorescent Beads in Pure Cultures
살모넬라 타이피뮤리움(ATCC #14028)은 5 ml의 LB 배지에서 밤중에 37℃로 증식된다. 배양균은 세정되고, pH 7.0, PBS 완충액에서 8000 × g 로 10분간 원심분리된다. 세포 침전물은 PBS 내에서 원래의 농도로 재구성되었다. 야간 배양균은 5x109 cells/ml의 표준 농도에 가까웠다. 야간 배양균은 전체 체적 1 ml의 PBST(0.1M PBS, 0.01% Tween 20) 내에서 0 cell/ml 내지 106 cells/ml 의 범위의 농도를 준비하기 위해 0.1M PBS 완충액으로 희석되었다.Salmonella typhimurium (ATCC # 14028) is grown at 37 ° C. at night in 5 ml of LB medium. The culture is washed and centrifuged for 10 minutes at 8000 x g in PBS buffer, pH 7.0. Cell precipitates were reconstituted at their original concentration in PBS. Night cultures were close to the standard concentration of 5x10 9 cells / ml. Nocturnal cultures were diluted with 0.1 M PBS buffer to prepare concentrations ranging from 0 cell / ml to 10 6 cells / ml in 1 ml PBST (0.1 M PBS, 0.01% Tween 20).
면역분리법(IMS)/형광 마이크로 미세구의 방법에서 설명된 시약 A와 시약 B의 각 100㎕가 부분 표본이된 박테리아 시료 내로 동시에 첨가된다. 시료 혼합물은 항원-항체 반응을 최적화시키기 위한 부드러운 요동 운동과 함께 실온에서 30분간 배양된다. 시료 시험관은 약 3분간 자기 회수기에 배치되고, 용액을 따라낸다. 결과 침전물(박테리아-시약 A, B 복합체)가 1 ml PBST에서 재부유되고 큐벳으로 이송된다.Each 100 μl of Reagent A and Reagent B described in the Immunosorbent Assay (IMS) / Fluorescence Micromicrosphere Method is added simultaneously into the aliquoted bacterial sample. The sample mixture is incubated for 30 minutes at room temperature with gentle rocking motion to optimize the antigen-antibody response. The sample test tube is placed in a magnetic recoverer for about 3 minutes and pour out the solution. The resulting precipitate (bacterial-reagent A, B complex) is resuspended in 1 ml PBST and transferred to the cuvette.
300 rpm의 회전 속도와 0.8 inch/sec의 수직 속도로 실온에서 측정이 행해졌다. 데이터는 30초간 100 kHz의 샘플링 주파수로 얻어졌다. 원시 데이터는 상기 부분에서 설명된 신호 계수법 및 가중치 신호 방법의 모두에 의해 분석된다. 도 13은 신호 계수법에 의한 결과(위쪽 선)와, 가중치 계수법에 의한 결과(아래쪽 선)를 도시한다. 평균 배경신호에 표준편차의 3배를 더한 값보다 큰 진폭과 0.05-0.2 ms의 범위의 펄스폭을 갖는 형광 신호들에 계수법과 가중치법이 적용된다. 도 13에 도시 된 바와 같이, 104 cells/ml 이상의 시료의 신호 개수와 가중치가 대조군(세포가 없는 대조군)의 값보다 상당히 높았다. 이 결과는 살모넬라가 인산염 완충액 내에 104 cells/ml 또는 그 보다 많은 농도로 존재할 때에 본 시스템이 증균 없이 수시간 안에 살모넬라를 검출할 수 있음을 나타낸다.Measurements were made at room temperature at a rotational speed of 300 rpm and a vertical speed of 0.8 inch / sec. Data was obtained with a sampling frequency of 100 kHz for 30 seconds. Raw data is analyzed by both the signal counting method and the weighted signal method described above. Fig. 13 shows the result by the signal counting method (upper line) and the result by the weighting method (lower line). The counting and weighting methods are applied to fluorescent signals with an amplitude greater than the mean background signal plus three times the standard deviation and a pulse width in the range of 0.05-0.2 ms. As shown in Figure 13, the number and weight of the signal of more than 10 4 cells / ml of the sample was significantly higher than the value of the control group (the control group without cells). This result indicates that the system can detect Salmonella within hours without enrichment when Salmonella is present at 10 4 cells / ml or higher in phosphate buffer.
실시예Example 6. 식품 시료들(분쇄 소고기 및 양상추) 내의 형광 6. Fluorescence in food samples (grinded beef and lettuce) 비드를Bead 이용한 살모넬라의 검출 Detection of Salmonella Using
분쇄된 소고기 시료 내의 살모넬라를 검출하기 위해, 10 g의 분쇄된 소고기가 280 ㎛의 공극 크기를 갖는 필터된 균질기백(stomacher bag) 내로 이송된 g, 90 ml 의 인산염 완충액이 첨가되었다. 시료는 균질기 내에서 2분간 230 rpm으로 균질화된 후, 큰 식품 입자들을 제거하기 위해 저속으로 원심분리된다(500 × g, 5분). 결과물의 중간층 액체 시료는 어떤 상재 세균이나 상재 살모넬라를 제거하기 위해 자외선으로 40분간 조사된다. 이와 같은 고기즙 시료의 무균성은 LB 한천(항생제가 없는) 위에서 평판 배양할 때 확인되었으며, 이로 인해 어떤 박테리아도 증식하지 않았다. 이 결과가 마치 항체 시약이 비손상된 막 상에서 얻을 수 있는 표면 항원을 갖는 것처럼, 조사된 모든 가능한 상재 살모넬라가 항체 시약과 반응하지 않는다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니지만, 상재 살모넬라가 분쇄된 쇠고기 시료 내에 존재하였다는 것을 나타내는 표시는 없었다. 무균의 고기즙 시료에 지정된 개수의 살모넬라 타이피뮤리움이 침투되었다. 순수 배양균 내의 형광 비드를 이용하 여 살모넬라를 검출한 상기 예에서 설명된 것처럼(실시예 5 참조) 유사한 절차들이 사용된다.To detect Salmonella in the ground beef sample, 90 g of phosphate buffer was added, where 10 g of ground beef was transferred into a filtered homogenizer bag with a pore size of 280 μm. The sample is homogenized at 230 rpm in a homogenizer for 2 minutes and then centrifuged at low speed (500 x g, 5 minutes) to remove large food particles. The resulting intermediate layer liquid sample is irradiated with ultraviolet light for 40 minutes to remove any bacteria or bacteria. The sterility of these meat juice samples was confirmed when plated on LB agar (without antibiotics), which did not propagate any bacteria. This result does not necessarily mean that all possible supernatant Salmonella investigated did not react with the antibody reagent, as if the antibody reagent had surface antigens that could be obtained on an intact membrane, but the supernatant Salmonella was present in the ground beef sample. There was no indication that A specified number of Salmonella typhimurium penetrated the sterile meat juice sample. Similar procedures are used as described in the above example where Salmonella was detected using fluorescent beads in pure culture (see Example 5).
원시 데이터가 분석되어, 펄스폭이 0.05-0.2 밀리초이고, 평균 배경 신호에 표준편차의 3배를 더한 값보다 펄스 진폭이 큰 형광 신호들의 개수를 계수한 결과가 표시된다. 도 14a에서, 상기의 인산염 완충액 내에서 나타난 것과 같이 형광 신호 개수와 CFU/ml 사이의 유사한 상관관계가 관찰되었다. 104 cells/ml 이상의 시료의 신호 개수가 대조군의 신호 개수보다 상당히 높았다. 이와 같은 데이터는 살모넬라가 분쇄된 소고기 내에 104 cells/ml 또는 그 보다 많은 농도로 존재할 때에 본 시스템이 수시간 안에 살모넬라를 검출할 수 있음을 나타낸다.The raw data is analyzed and the result of counting the number of fluorescent signals with a pulse width of 0.05-0.2 milliseconds and a pulse amplitude greater than the average background signal plus three times the standard deviation is counted. In FIG. 14A, a similar correlation between fluorescence signal number and CFU / ml was observed as seen in the above phosphate buffer. The number of signals of more than 10 4 cells / ml was significantly higher than that of the control. These data indicate that the system can detect Salmonella within hours when Salmonella is present at 10 4 cells / ml or higher in ground beef.
양상추 시료 내의 살모넬라를 검출하기 위해, 10 g의 양상추가 살모넬라에 의해 침투되고, 280 ㎛의 공극 크기를 갖는 필터된 균질기백(stomacher bag) 내로 이송된 후, 50 ml 의 PBS가 첨가되었다. 시료는 균질기 내에서 2분간 230 rpm으로 균질화되었다. 액체 시료를 생성하기 위해 손으로 부드러운 힘을 가함으로써 균질기백을 짠다. 양상추 시료가 고기 시료와 같이 많은 식품 입자를 생성하지 않으므로, 균질기백에서 나온 액체는 원심분리에 의해 더 처리되지는 않았다. 순수 배양균 내의 형광 비드를 이용하여 살모넬라를 검출한 상기 예에서 설명된 것처럼(실시예 5 참조) 유사한 절차들이 사용된다. 원시 데이터가 분석되어, 펄스폭이 0.05-0.2 밀리초이고, 평균 배경 신호에 표준편차의 3배를 더한 값보다 펄스 진폭이 큰 형광 신호들의 개수를 계수한 결과가 표시된다. 도 14b에 도시된 바와 같이 이와 같은 실제 식품 시료에서 104 cells/ml의 낮은 민감도 수준을 얻을 수 있었다.To detect Salmonella in lettuce samples, 10 g of lettuce was infiltrated by Salmonella, transferred into a filtered homogenous bag with a pore size of 280 μm, and then 50 ml of PBS was added. Samples were homogenized at 230 rpm for 2 minutes in a homogenizer. Squeeze out the homogeneous bag by applying gentle force by hand to produce a liquid sample. Since lettuce samples do not produce as many food particles as meat samples, the liquid from the homogenous bag was not further processed by centrifugation. Similar procedures are used as described in the above example where Salmonella was detected using fluorescent beads in pure culture (see Example 5). The raw data is analyzed and the result of counting the number of fluorescent signals with a pulse width of 0.05-0.2 milliseconds and a pulse amplitude greater than the average background signal plus three times the standard deviation is counted. As shown in FIG. 14B, a low sensitivity level of 10 4 cells / ml was obtained in such a real food sample.
실시예Example 7. 7. BSABSA 의 검출Detection of
단백질 분자의 검출 능력을 증명하기 위해 본 발명의 실시예로서 소혈청 알부민(BSA, MW 68kD; 앰비언, 텍사스)의 검출이 수행되었다. 변형된 항 BSA 다클론 항체(Biømeda) 자기 비드(Bang's 실험실, 인디애나주)와 사용되는 소정량의 BSA(10 ng, 1 ng, 0.1 ng, negative control)가 1.5 ml 튜브에서 혼합되어 200 ㎕의 체적이 된다. 10분의 배양 후에, 비드의 각 시험관은 500 ㎕의 PBST로 한번 세정된 후, PBST에 의해 100 ㎕로 재부유된다. 200 ㎕의 최종 분석 체적을 위해 예열(37℃)된 PBS-T만 첨가되거나(negative control), 형광 색소로 라벨된 항-BSA 다클론 항체(9 ㎍)를 포함하는 예열(37℃)된 PBS-T가 각 시험관에 첨가되었다. 비드는 시험관을 위아래로 여러 번 피펫함으로써 재부유되고 그 이후에 회전되면서 30분간 37℃로 배양된다. 배양 후에, 각각의 시험관에 3분간 자기력이 인가되고, 500 ㎕의 PBST에 의해 두 번 세정된 후, 1 ml 의 최종 체적의 PBST로 재부유된다.Detection of bovine serum albumin (BSA, MW 68kD; Ambion, Texas) was performed as an embodiment of the present invention to demonstrate the ability to detect protein molecules. A predetermined amount of BSA (10 ng, 1 ng, 0.1 ng, negative control) used with modified anti-BSA polyclonal antibody (Biømeda) magnetic beads (Bang's Laboratories, IN) was mixed in a 1.5 ml tube to give a volume of 200 μl. Becomes After 10 minutes of incubation, each test tube of beads is washed once with 500 μl of PBST and then resuspended to 100 μl by PBST. Preheated (37 ° C.) PBS containing only preheated (37 ° C.) PBS-T for 200 μl final assay volume (negative control) or anti-BSA polyclonal antibody (9 μg) labeled with fluorescent dye. -T was added to each test tube. Beads are resuspended by pipetting the test tube up and down several times and then incubated at 37 ° C. for 30 minutes with rotation. After incubation, a magnetic force is applied to each test tube for 3 minutes, washed twice with 500 μl of PBST, and then resuspended in 1 ml of the final volume of PBST.
원시 데이터가 분석되어, 펄스폭이 0.05-0.2 밀리초의 사이에 있고, 평균 배경 신호에 표준편차의 3배를 더한 값보다 펄스 진폭이 큰 형광 신호들의 개수를 계수한 결과가 표시되었다. 도 15에 도시된 바와 같이, 1 ml의 최종 체적 내의 102 내지 104 pg/ml 범위가 형광 개수와 연관되어, 본 시스템의 민감도 및 25 분 내의 검출 시간 이내의 0.1 ng/ml의 현재 검출 한계(LOD)를 증명한다.The raw data was analyzed and the results of counting the number of fluorescent signals whose pulse width was between 0.05-0.2 milliseconds and whose pulse amplitude was greater than the average background signal plus three times the standard deviation were shown. As shown in FIG. 15, a range of 10 2 to 10 4 pg / ml in 1 ml of final volume is associated with the number of fluorescence, presenting a sensitivity of the system and a current detection limit of 0.1 ng / ml within 25 minutes of detection time. Prove it (LOD).
특정 실시예들이 도시되며 설명되었으나, 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 아니한 다양한 변형예들이 가능하며, 보호 범위는 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한된다.While specific embodiments have been shown and described, various modifications are possible without departing from the spirit of the invention, and the scope of protection is limited only by the scope of the appended claims.
본 발명은 광범위한 종류의 분석 대상물에 대한 실시간 고속 검출 방법, 식별 방법, 계수 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time high speed detection method, identification method and counting method for a wide range of analytes.
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