KR20090106484A - 저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090106484A
KR20090106484A KR1020097012907A KR20097012907A KR20090106484A KR 20090106484 A KR20090106484 A KR 20090106484A KR 1020097012907 A KR1020097012907 A KR 1020097012907A KR 20097012907 A KR20097012907 A KR 20097012907A KR 20090106484 A KR20090106484 A KR 20090106484A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
sample
magnetic field
time
agent
Prior art date
Application number
KR1020097012907A
Other languages
English (en)
Inventor
베넷 마이클 버터스
존 티. 버터스
시린 엠. 마르파티아
가브리엘 보젤리
Original Assignee
나티비스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 나티비스, 인코포레이티드 filed Critical 나티비스, 인코포레이티드
Publication of KR20090106484A publication Critical patent/KR20090106484A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass
    • G01N37/005—Measurement methods not based on established scientific theories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/42—Apparatus for the treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Magnetic Treatment Devices (AREA)

Abstract

포유류 시스템을 변환시킴으로써, 시스템에 대한 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 저주파 시간-도메인 신호를 발생시키고 선택하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 저주파 시간-도메인 신호는 자기 자극의 도입 하에 발생되며, 결과의 신호는 스코어링 알고리즘에 의해, 선택적으로는 스코어링 알고리즘에 의해서 확인된 각 신호를 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험함으로써 선택된다. 선택된 신호를 사용하여, 이 신호를 샘플을 보유한 전자기 변환 코일에 적용함으로써 포유류 시스템을 변환시킬 수 있다.
저주파 시간-도메인 신호, 변환, 포유류 시스템

Description

저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSDUCING AN IN VITRO OR MAMMALIAN SYSTEM WITH A LOW-FREQUENCY SIGNAL}
본 발명은 신호를 전자기파로 전환 또는 변환하기 위한 시스템에 의해 판독할 수 있는 신호, 및 이러한 신호를 생성하고 사용하는 방법에 관한 것이다.
화학 및 생화학의 분야에서 인정되는 패러다임 중 하나는 화학적 또는 생화학적 이펙터 제제, 예를 들어 분자가 이온, 전하 또는 분산력과 같은 다양한 물리화학적 힘을 통해 또는 공유 또는 전하-유도 결합의 분할 또는 형성을 통해서 표적 시스템과 상호작용하는 것이다. 이들 힘은 이펙터 또는 표적 시스템 중 하나에서 에너지 모드를 포함할 수 있다.
이 패러다임의 결론은 이펙터-표적 시스템에서, 표적 환경에서, 이펙터의 필요이다. 그러나, 알려지지 않고 또는 이해되지 않는 것은 에너지 모드의 존재에서 이런 필요가 이펙터의 실제 존재에 대한 것인지, 또는 적어도 특정 이펙터 기능으로서 당연할 수 있는지의 여부이다. 만약 이펙터 기능이 시뮬레이팅될 수 있다면, 적어도 부분적으로, 특정한 특징의 에너지 모드에 의해, 표적 시스템에서 시스템을 이펙터의 특징인 특정 에너지 모드에 노출시킴으로써 이펙터제를 "시뮬레이팅"하는 것이 가능할 것이다. 만약 그렇다면, 자연적으로 생기는 질문은 다음과 같다: 어떤 이펙터-분자 에너지 모드가 효율적인가, 어떻게 그것들이 측정가능한 신호의 형태로 전환 또는 변환될 수 있는가, 그리고 목표 시스템을 달성하기 위해, 즉, 목표 시스템에서 분자의 이펙터 작용 중 적어도 일부를 모방하기 위해 어떻게 이들 신호가 사용될 수 있는가?
이들 질문은 최근에 출원된 공동소유의 특허 출원 60/593,006 및 60/591,549 (대리인 사건 번호 38547-8010 및 -8011)에서 다루었다. 본 발명을 지지하여 수행된 실험은 표적 시스템(이 경우에, 다수의 생물학적 시스템 중 하나)에서 특정 이펙터 기능이 표적 시스템을, 이펙터 화합물의 시간-도메인 신호를 "변환"함으로써 생성되는 전자기파에 노출시킴으로써 복제될 수 있음을 증명한다. 처음-기술된 발명에 따라서, 화합물에 의해 야기되는 저주파 확률적 사건을 관찰하는 능력을 증진시키는 수준으로 기록 장치에 가우시안 백색 노이즈 자극을 도입하면서, 차폐 환경에서 화합물에 의해 생성되는 신호를 기록함으로써 시간-도메인 신호가 생성된다. 처음-기술된 출원에서, 변환 신호는 이펙터 화합물의 실제 화합물 시간-도메인 신호이다.
이펙터 제제가 실제 존재할 필요없이 특징적 이펙터-분자 신호에 표적 시스템을 노출시킴으로써 이펙터-분자 기능을 달성하는 가능성은 다수의 중요하고 흥미있는 용도를 가진다. 약물을 적용하여 유기체를 치료하는 대신에, 약물-특이적 신호에 유기체를 노출시킴으로써 동일한 효과가 달성될 수 있다. 나노제조의 분야에서, 현재 자기-어셈블리의 요망되는 패턴을 촉진할 수 있는 다가 이펙터 분자의 특 징적인 신호를 어셈블리 시스템에 도입함으로써 자기-어셈블리 패턴을 촉매하거나 또는 고무하는 것이 가능하다.
따라서, 자기 변환 환경에서, 포유류 또는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 효과를 생성하는데 효과적인 저주파 시간-도메인 신호를 생성 및 선택하기 위한 체계적인 방법을 사용하는 것이 가능하다.
발명의 개요
본 발명은, 한 양태에서, 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 포유류 시스템에서 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 신호를 발생시키기 위한 방법을 포함한다.
본 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
(a) 자기와 전자기적 차폐 둘 다를 가지는 샘플 용기 안에 제제를 함유하는 샘플을 위치시키는 단계, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기적 차폐는 극저온 용기의 외부에 있다;
(b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계,
(c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어지는 저주파, 시간-도메인 신호를 기록하는 단계,
(d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계,
(e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
(f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계; 및
(g) 시험관내 시스템에서 최대의 제제-특이적 변환 효과를 야기하는 하나 이상의 신호를 선택하는 단계.
자극 자기장의 상이한 조건은, (i) 샘플에서 0 내지 1 G (Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕을 포함할 수 있다.
본 방법에서, 단계 (f)는 시간-도메인 신호를 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해서 시험한 후, 전자기 변환기의 환경 안에 적용되는 변환 전압의 변경을 포함하여, 변화하는 변환 조건 하에서 신호가 제제-특이적 반응을 야기하는 능력을 시험함으로써, 포유류 시스템에서의 변환을 위해 변환 조건을 최적화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기록된 신호들 중에서, 최고 신호 스코어를 가지는 하나 이상의 신호를 확인하는 단계는 하기의 알고리즘 스코어링 방법 중 하나에 의해 수행될 수 있다:
(i) 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(빠른 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
(ii) 2개의 시간-도메인 신호에 대해 위상-공간 쌍을 계산하고, 수학적 비교를 수행하여 둘 간의 차이에 대한 기준을 제공하는 방법;
(iii) DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸친 각 사건 빈 f에 대해(여기서 f는 시간 도메인 신호를 샘플링하는 샘플링 속도이다), 각 빈 내의 사건 카운트의 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 히스토그램에 주어진 역치를 넘는 빈의 수에 관한 스코어를 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
(iv) 시간-도메인 신호의 개시 부분 근처의 작은 데이터 블록과 이 시계열의 나머지 부분을 상호상관시키고, 결과의 상호상관이 주어진 역치를 능가하는 사건의 발생을 카운트하는 방법; 및
(v) DC 내지 8 kHz의 선택된 주파수 범위에서 다수의 정의된 시간 기간의 각각에 걸쳐서 시간-도메인 신호에 대해 일련의 푸리에 스펙트럼을 계산하고, 푸리에 스펙트럼을 평균하고, 평균된 FFT 신호에 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법.
본 방법에서 사용되는 전자기 변환기는 전자기 환경을 구축하는, 코일 간의 노출 상태가 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함하고, 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 확인된 각 신호를 시험하는 단계는 시험관내 시스템을 정렬된 코일 안에 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 시스템을 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.
제제가 시험관내에서 튜뷸린 응집을 촉진하는데 효과적인 항-신생물성 약물인 경우, 본 방법의 단계 (f)는 전자기 변환기의 환경 안에 튜뷸린-함유 조성물을 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 조성물을 변환시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 시험관내 또는 포유류 시스템에서 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 신호를 발생시키기 위한 방법을 포함한다. 본 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
(a) 제제를 함유하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
(b) (i) 샘플에서 0 내지 1 G(Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택된 자극 자기장 조건 하에서, 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
(c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
(d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
(e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계; 및
(f) 전자기 변환기의 환경 안에 시스템을 위치시킴으로써 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키고, 단계 (e)에서 확인된 신호를 사용하여 샘플을 변환시키는 단계.
본 방법의 단계 (e)는, 예를 들어, 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(빠른 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택함으로써 수행될 수 있다.
본 방법에서 사용되는 전자기 변환기는 전자기 환경을 구축하는, 코일 간의 노출 상태가 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함하고, 단계 (f)는 화학적, 시험관내, 또는 포유류 시스템을 정렬된 코일 안에 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 시스템을 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.
제제가 시험관내에서 튜뷸린 응집을 촉진하는데 효과적인 항-신생물성 약물인 경우, 본 방법의 단계 (f)는 조성물 중에서 튜뷸린의 신호-의존성 응집을 야기하는데 효과적인 조건 하에서 전자기 변환기의 환경 안에 튜뷸린-함유 조성물을 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 조성물을 변환시키는 것을 포함한다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 선택된 제제의 존재에 반응하는 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 후보인 저주파 시간-도메인 신호를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 이 장치는 하기를 포함한다:
(a) 제제의 샘플을 수용하도록 적합하게 된, 자기와 전자기가 모두 차폐되는 용기;
(b) (i) 샘플에서 0 내지 1 G(Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택된 복수의 선택된 자극 자기장 조건 각각에서, 샘플이 담긴 용기에 자극 자기장을 도입하기 위해 작동시킬 수 있는 조정가능한-전원;
(c) 상기 전원에 의해 도입되는 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서, 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 전자기 시간-도메인 신호를 기록하기 위한 검출기;
(d) 검출기에 의해 기록된 신호를 저장하기 위한 메모리 장치; 및
(e) (i) 메모리 장치에 저장된 시간-도메인 신호의 검색;
(ii) 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의한 검색된 시간-도메인 신호의 분석; 및
(iii) 역치를 넘는 저주파 성분의 최대 수를 가진 신호-도메인 신호의 확인을 위해 작동시킬 수 있는 컴퓨터.
샘플 용기는 샘플-보유 영역을 가진 감쇠 관이며, 자기 차폐 케이지가 상기 영역을 둘러싸고, 자기 차폐 케이지 안에 함유된 패러데이 케이지가 또한 상기 영역을 둘러싸며, 가우시안 노이즈의 소스는 가우시안 노이즈 발생기 및 자기 케이지 및 패러데이 케이지 안에 함유된 Helmholtz 코일을 포함하고, Helmholtz 코일은 노이즈 발생기로부터 노이즈 출력 신호를 수용하며, 이것은 시간-의존성 신호에서 정지상태의 노이즈 성분을 제거하는데 사용하기 위한, 노이즈 소스 및 SQUID(초전도 양자간섭장치)에 작동가능하게 연결된 신호 인버터를 더 포함하고, 노이즈 소스로부터 가우시안 노이즈를 수용하여, 샘플에 도입된 가우시안 노이즈에 비해 인버터된 형태의 가우시안 노이즈를 SQUID로 출력한다.
전원은, 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장이 생성되도록 계산된 복수의 선택된 오프셋 전압 각각에서, 샘플이 담긴 용기에 오프셋 전압을 도입하도록 작동될 수 있다. 또 다르게는, 전원은, 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 복수의 상이한 스윕 전압 각각에서, 최소 약 0 내지 1 kHz의 스윕-주파수 범위에 걸쳐 연속 스윕을 발생시키도록 작동될 수 있다.
장치의 컴퓨터는, 검색된 시간-도메인 신호를 분석할 때, 하기 중 하나로부터 선택되는 분석 알고리즘을 적용하도록 작동될 수 있다.
(i) 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(빠른 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
(ii) 2개의 시간-도메인 신호에 대해 위상-공간 쌍을 계산하고, 수학적 비교를 수행하여 둘 간의 차이에 대한 기준을 제공하는 방법;
(iii) DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸친 각 사건 빈 f에 대해(여기서 f는 시간 도메인 신호를 샘플링하는 샘플링 속도이다), 각 빈 내의 사건 카운트의 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 히스토그램에 주어진 역치를 넘는 빈의 수에 관한 스코어를 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
(iv) 시간-도메인 신호의 개시 부분 근처의 작은 데이터 블록과 이 시계열의 나머지 부분을 상호상관시키고, 결과의 상호상관이 주어진 역치를 능가하는 사건의 발생을 카운트하는 방법; 및
(v) DC 내지 8 kHz의 선택된 주파수 범위에서 다수의 정의된 시간 기간의 각각에 걸쳐서 시간-도메인 신호에 대해 일련의 푸리에 스펙트럼을 계산하고, 푸리에 스펙트럼을 평균하고, 평균된 FFT 신호에 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 할당하고, 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법.
또한, 포유류 시스템에서 제제-특이적 효과를 야기하기 위한 시스템이 개시된다. 이 시스템은 하기를 포함한다:
(1) 저장 매체로서,
(a) 포유류 시스템이 반응하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
(b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
(c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
(d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
(e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
(f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계
에 의해서 생성된 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호가 저장되는 저장 매체;
(2) 샘플이 수용되는 변환기 환경을 한정하는 내부 영역을 가진 하나 이상의 전자기 코일로 이루어진 전자기 변환기; 및
(3) 저장 매체로부터 수신된 신호를 증폭시키고, 변환 코일(들)에 증폭된 신호를 공급하기 위한 증폭기.
전자기 변환기는 코일 간의 내부 영역이 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 하기 단계에 의해 생성되는 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호가 저장되는 저장 매체를 포함한다:
(a) 포유류 시스템이 반응하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
(b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
(c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
(d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
(e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
(f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계.
저장 매체에 담기는 신호는, 예를 들어 시험관내 튜뷸린 응집을 촉진하는데 효과적인 항-신생물성 약물에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 대상 및 특징은 하기의 발명의 상세한 설명을 수반하는 도면과 함께 읽을 때 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따라서 형성되는 분자의 전자기 신호 검출 장치의 한 구체예의 등각투상도이다;
도 2는 도 1에서 나타낸 패러데이 케이지의 확대된 상세도 및 그것의 내부이다;
도 3은 도 1 및 2에서 나타낸 감쇠 관 중 하나의 확대된 단면도이다.
도 4는 도 2에서 나타낸 패러데이 케이지의 단면도 및 그것의 내부이다.
도 5는 또 다른 전자기 방출 검출 시스템의 도시이다.
도 6은 상기 도면의 검출 시스템에 포함된 처리 유닛의 도시이다.
도 7은 도 6의 그것에 또 다른 처리 유닛의 도시이다.
도 8은 본 시스템에 의해 수행되는 신호 검출 및 처리의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 히스토그램 스펙트럼 플롯 방법에 대한 데이터 흐름의 고차원 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따라서 스펙트럼 플롯 히스토그램을 산출하기 위한 알고 리즘의 순서도이다.
도 11은 본 발명의 방법의 제 2 구체예에 따라서 최적의 시간-도메인 시간을 확인하기 위한 단계의 순서도다.
도 12는 본 발명의 방법의 제 3 구체예에 따라서 최적의 시간-도메인 시간을 확인하기 위한 단계의 순서도이다.
도 13은 신호 Score 결과의 예를 보여주며, 여기서 상부 그래프는 X-축에 파일 #, Y-축에 Tau, 및 Z-축에 Score를 나타낸다.
도 14는 전형적인 변환 실험에서 변환 기기 배치를 보여준다.
도 15는 전형적인 변환 실험에서 사용되는 변환 코일 및 용기를 보여준다.
도 16A-16F는 탁솔의 첨가 또는 변환 신호의 개시 후 각각 1, 2, 3, 4, 및 5 분에서 계산되는 OD에서 측정된 튜뷸린 중합 속도의 막대그래프이다.
도 17은 도 16의 20-분 분석 반응의 마지막에 계산되는 튜뷸린 분석에 대한 Vmax 값을 보여주는 막대그래프이다;
도 18은 아교모세포종 세포로 두개내로 주사한 마우스에 대해, 탁솔 시간-도메인 신호로 변환 후 며칠 후 생존 시간을 보여준다.
발명의 상세한 설명
I. 정의
하기 용어는 달리 언급되지 않는다면 하기의 정의를 가진다.
"자기적 차폐"는 물질을 차폐하는 것의 자기적 투과성의 결과로서 자기적 플럭스의 통과를 감소, 억제 또는 예방하는 차폐를 말한다.
"전자기적 차폐"는 예를 들어, 표준 패러데이 전자기적 차폐 또는 전자기적 방사의 통과를 감소시키는 다른 방법을 말한다.
"시간-도메인 신호" 또는 "시계열 신호"는 시간 경과에 따라 변화하는 일시적인 신호 특성을 가지는 신호를 말한다.
"샘플-소스 복사선"은 자기장에서 분자 쌍극자 회전과 같은 샘플의 분자 움직임으로부터 초래되는 자기적 플럭스 또는 전자기적 플럭스 방사를 말한다. 샘플 소스 복사선이 도입된 자기장 자극의 존재 하에 생성되기 때문에, 이는 또한 "도입된 자기장 자극과 중첩된 샘플 소스 복사선"으로서 언급된다.
"자극 자기장" 또는 "자기장 자극"은 샘플을 둘러싼 자기 코일에 도입(적용)됨으로써 생성되는 자기장, (i) 샘플에서 0 내지 1 G (Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕을 포함할 수 있는 다수의 전자기 신호 중 하나를 말한다. 샘플에서 생성된 자기장은 도입 코일을 감은 모양 및 횟수, 코일에 적용된 전압, 및 도입 코일과 샘플 사이의 거리를 알 때, 기지의 전자기적 관계를 사용하여 쉽게 계산될 수 있다.
"선택된 자극 자기장 조건"은 백색 노이즈 또는 DC 오프셋 신호에 적용된 선택된 전압 또는 선택된 스윕 범위, 적용된 스윕 자극 자기장의 스윕 주파수 및 전압을 말한다.
"백색 노이즈"는 동시의 다중 주파수를 가진 랜덤 노이즈 또는 신호, 예를 들어 백색 랜덤 노이즈 또는 결정된 노이즈를 의미한다. "가우시안 백색 노이즈"는 가우시안 파워 분포를 가지는 백색 노이즈를 의미한다. "정지상태의 가우시안 백색 노이즈"는 어떠한 예측가능한 미래의 성분도 가지지 않는 랜덤 가우시안 백색 노이즈를 의미한다. "구조적 노이즈"는 스펙트럼의 한 영역으로부터 다른 영역으로 에너지를 이동시키는 로그 특성을 함유하는 백색 노이즈이며, 또는 이것은 진폭을 일정하게 유지하면서 무작위 시간 요소를 제공하도록 설계될 수 있다. 이들 두 가지는 어떤 예측가능한 미래의 성분을 가지지 않는 정말로 랜덤한 노이즈와 비교하여, 핑크색의 균일한 노이즈를 나타낸다. "균일한 노이즈"는 가우시안 분포보다는 오히려 직사각형 분포를 가지는 백색 노이즈를 의미한다.
"주파수-도메인 스펙트럼"은 시간-도메인 신호의 푸리에 주파수 플롯을 말한다.
"스펙트럼 성분"은 주파수, 진폭, 및/또는 위상 도메인에서 측정될 수 있는 시간-도메인 신호 내의 특이한 또는 반복하는 특성을 말한다. 스펙트럼 성분은 전형적으로 주파수 도메인에서 존재하는 신호를 말할 것이다.
"패러데이 케이지"는 원치않는 전자기적 복사선에 대한 접지를 위한 전기적 통로를 제공함으로써, 전자기 환경을 안정시키는 전자기적 차폐 형상을 말한다.
"신호-분석 스코어"는 제제 또는 샘플에 특이적인 확인가능한 스펙트럼 특징을 나타내기 위해, 본원에 설명된 5개의 방법 중 하나와 같은 적당한 방법에 의해 처리된 제제 또는 샘플에 대해 기록된 시간-도메인 신호에서, 선택된 저주파 범위, 예를 들어, DC 내지 1 kHz 또는 DC 내지 8 kHz에 걸쳐서 관찰되는 제제-특이적 스펙트럼 피크의 수 및/또는 진폭에 기초한 스코어를 말한다.
"최적화된 제제-특이적 시간-도메인 신호"는 최대 또는 거의-최대의 신호-분석 스코어를 가지는 시간-도메인 신호를 말한다.
"시험관내 시스템"은 바이러스, 박테리아 또는 다세포 식물 또는 동물로부터 분리 또는 유래된 수용체 및 구조적 단백질을 포함하는, 핵산 또는 단백질 성분과 같은, 하나 이상의 생화학적 성분을 가지는 생화학적 시스템을 말한다. 시험관내 시스템은 전형적으로 생리학적 완충제와 같은 수성 매질 중의 하나 이상 분리된 또는 부분적으로 분리된 시험관내 성분의 용액 또는 현탁액이다. 이 용어는 또한 배양 매질 중에 박테리아 또는 진핵 세포를 함유하는 세포 배양 시스템을 말한다.
"포유류 시스템"은 포유류를 말하며, 사람 질환을 위한 모델로서 사용될 수 있는 마우스, 래트 또는 영장류와 같은 실험 동물, 또는 인간 환자를 포함한다.
"제제-특이적 효과"는 시험관내 또는 포유류 시스템이 제제(이펙터)에 노출될 때 관찰되는 효과를 말한다. 제제-특이적 시험관내 효과의 예는, 예를 들어 시스템의 성분의 응집 상태의 변화, 제제와 표적, 예를 들어 수용체의 결합, 배양시 세포의 성장 또는 분열의 변화를 포함한다.
II . 기록 장치 및 방법
본 발명에 따르는 신호 기록 장치에 관한 하기의 설명은 본 발명의 구체예의 이해를 통한 구체적인 상세내용, 및 구체예에 대한 서술을 가능하게 하는 것을 제공한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이들 상세내용 없이도 실행될 수 있음을 이 해할 것이다. 다른 예에서, 공지된 구조 및 기능은 본 발명의 구체예의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세내용에 나타내거나 기술하지 않았다
하기 상세한 설명에서 설명하는, 본 발명의 구체예는 나중에, 후일의 사용을 위해 저-역치 분자 전자기 신호의 반복가능한 검출과 기록을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것에 관한 것이다. 자기적으로 차폐된 패러데이 케이지는 외부의 전자기 신호로부터 샘플 물질 및 검출 장치를 차폐한다. 자기적으로 차폐된 패러데이 케이지 안에서, 코일은 가우시안 백색 노이즈와 같은 자극 신호를 도입하며, 비철 트레이에 샘플이 보유되고, 미분계에 의해 저-역치 분자 전자기 반응 신호가 검출된다. 장치는 추가로 초전도 양자간섭장치("SQUID") 및 예비증폭기를 포함한다.
장치는 자극 신호를 발생하는 코일과 반응을 측정하는 미분계에 아주 근접하여 자기적으로 차폐된 패러데이 케이지 내에 샘플을 배치함으로써 사용된다. 자극 신호는 자극 코일을 통해 도입되며 분자 전자기 신호가 최적화될 때까지 조절된다. 패러데이 케이지에 의한 외부 간섭 및 자극 코일에 의해 발생되는 필드로부터 차폐되는 분자 전자기 반응 신호는 이후에 미분계 및 SQUID에 의해 검출되고 측정된다. 신호는 이후에 증폭되고 어떤 적당한 기록 또는 측정 기기에 전달된다.
도 1 및 도 2에 관하여, 패러데이 케이지(10)의 형태로 차폐 구조를 나타내며, 이는 외부에서 내부 방향으로 자기적 차폐인 내부 도전 와이어(16) 및 전자기적 차폐를 제공하는 도전 와이어 케이지(18 및 20)를 포함한다. 다른 구체예에서, 외부의 자기적 차폐는 알루미늄-니켈 합금 코팅을 가지는 고체 알루미늄 플레이트 물질로 형성되며, 전자기적 차폐는 고체 알루미늄으로 각각 형성된 2개의 내부 벽 구조로써 제공된다.
패러데이 케이지(10)는 상부에서 열리며, 측면 개구(12 및 14)를 포함한다. 패러데이 케이지(10)는 추가로 3개의 구리 메쉬 케이지(16, 18 및 20)로 구성되고 서로 간에 자리 잡는다. 각각의 구리 메쉬 케이지(16, 18 및 20)는 각 케이지 사이에서 유전체의 배리어(도시 생략)로써 다른 케이지로부터 전기적으로 분리된다.
측면 개구(12 및 14)는 추가로 감쇠 관(22 및 24)를 포함하여, 간섭의 외부 소스로부터 케이지의 내부를 분리하는 동안 패러데이 케이지(10)의 내부에 접근을 제공한다. 도 3에 대하여, 감쇠 관(24)는 구리 메쉬 튜브(26, 28 및 30)로 구성되며(도 3), 서로 간에 자리 잡는다. 외부 구리 메쉬 케이지(16, 18 및 20)은 각각 구리 메쉬 튜브(26, 28 및 30) 중 하나에 각각 전기적으로 연결된다. 감쇠 관(24)는 캡(32)으로, 구멍(34)을 가지는 캡과 함께 추가로 캡핑된다. 감쇠 관(22)는 구리 메쉬 튜브(26, 28 및 30)으로 유사하게 구성되지만, 캡(32)을 포함하지 않는다.
다시 도 2에 대하여, 저-밀도 비철 샘플 트레이(50)는 패러데이 케이지(10)의 내부에 장착된다. 샘플 트레이(50)는 장착되어 감쇠 관(22) 및 측면 개구(12)를 통해 패러데이 케이지(10)로부터 제거될 수 있다. 패러데이 케이지(10)의 중앙 수직축으로부터 감쇠 관(22)의 가장 바깥쪽 에지까지의 거리보다 길이가 더 긴 3개의 로드(52)는 각각 샘플 트레이(50)에 부착된다. 3개의 로드(52)는 감쇠 관(22)의 내부 커브에서 합치되게 하는데 적합하여, 샘플 트레이(50)는 감쇠 관에서 로드를 정지시킴으로써 패러데이 케이지(10)의 중앙에 위치될 수 있다. 예시된 구체예에서, 샘플 트레이(50) 및 로드(52)는 유리 섬유 에폭시로 만들어진다. 이는 당업 자에게 용이하게 명백할 것이며, 샘플 트레이(50) 및 로드(52)는 다른 비철 물질로 구성될 수 있으며, 트레이는 단일 로드와 같은 다른 수단에 의해서 패러데이 케이지(10)에 장착된다.
다시 도 2에 관하여, 패러데이 케이지(10) 및 상기 샘플 트레이(50) 내에 극저온 듀어(100)가 장착된다. 개시된 구체예에서, 듀어(100)는 패러데이 케이지(10)의 상단에서 개구에 맞도록 적합하게 되며, 이것은 트리스탄 테크놀로지(Tristan Technologies, Inc) 제의 모델 BMD-6 리퀴드 헬륨 듀어(Liquid Helium Dewar)이다. 듀어(100)는 유리-섬유 에폭시 조성물로 구성된다. 매우 좁은 시야를 가지는 미분계(110)는 적소에서 듀어(100) 내에 장착되어 그것의 시야는 샘플 트래이(50)를 포함한다. 예시된 구체예에서, 미분계(110)는 2% 밸런스를 가지는 명목상으로 직경이 1 센티미터인 1차 축 검출 코일이며, 초전도체로부터 형성된다. 미분계는 평면 미분계를 제외한 어떤 미분계의 형태일 수 있다. 미분계(110)는 하나의 저온 직류 초전도 양자간섭장치("SQUID")(120)의 인풋 코일에 연결된다. 개시된 구체예에서, SQUID는 퀀텀 디자인(Quantum Design, Inc) 제의 모델 LSQ/20 LTS dc SQUID이다. 고온 또는 교류 SQUID는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있음은 당업자에 의해 인정될 것이다. 또 다른 구체예에서, SQUID(120)는 노이즈 억제 코일(124)을 포함한다.
미분계(110)와 SQUID(120)의 개시된 조합은 자기장을 측정할 때 5 마이크로 테슬라/√Hz의 민감도를 가진다.
SQUID(120)의 출력은 트리스탄 테크놀로지(Tristan Technologies, Inc) 제의 모델 SP 극저온 케이블(Cryogenic Cable)(130)에 연결된다. 극저온 케이블(130)은 SQUID(120)로부터 플럭스-고정 루프(140)에 신호를 전달하며, 패러데이 케이지(10) 및 듀어(100)에 외부에 장착된다. 개시된 구체예에서 플럭스-고정 루프(140)는 트리스탄 테크놀로지(Tristan Technologies, Inc) 제의 iFL-301-L 플럭스 잠김 루프 (Flux Locked Loop)이다.
도 1에 관하여, 플럭스 잠김 루프(140)는 추가로 증폭되며, iMC-303 iMAG® SQUID 컨트롤러(150)에 하이-레벨 출력 회로를 통해 SQUID(120)로부터 수신된 신호가 출력된다. 플럭스 잠김 루프(140)는 또한 SQUID 컨트롤러(150)에 케이블(144)을 연결하는 모델 CC-60 6-미터 광섬유 복합물을 통해 연결된다. 케이블(144)과 SQUID 컨트롤러(150)를 연결하는 광섬유는 트리스탄 테크놀로지(Tristan Technolo-gies, Inc)에 의해 제조된다. 컨트롤러(150)는 자기적 차폐 케이지(40)의 외부에 장착된다. SQUID 컨트롤러(150)로부터 플럭스 잠김 루프(140)까지 광섬유 연결 케이블(144) 캐리어 조절 신호는 추가로 측정되는 신호로 전자기적 간섭의 가능성을 감소시킨다. 케이블을 연결하는 다른 플럭스 잠김 루프와 SQUID 컨트롤러도 본 발명의 정신과 범주로부터 벗어나는 것 없이 사용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
SQUID 컨트롤러(150)는 고해상도 아날로그-디지털 변환기(152), 디지털 신호를 출력하기 위한 표준 GP-IB 버스(154), 및 아날로그 신호를 출력하기 위한 BNC 커넥터(156)를 포함한다. 예시된 구체예에서, BNC 커넥터는 패치 코드(162)를 통해 듀얼 트레이스 오실로스코프에 연결된다.
도 2 및 4에 관하여, 샘플 트레이가 패러데이 케이지(10) 내에 완전히 삽입될 때 2-요소 Helmholtz 변압기(60)가 샘플 트레이(50)의 측면에 설치된다. 예시된 구체예에서, Helmholtz 변압기(60)의 코일 와인딩(62 및 64)은 25 킬로헤르츠의 중심 주파수 및 8.8 메가헤르츠의 자기-공명 주파수와 함께 50 킬로헤르츠 범위에서 직류로 작동되도록 고안된다. 예시된 구체예에서, 코일 와인딩(62 및 64)은 일반적으로 직사각형의 모양이며 대략 4인치 폭으로써 8인치 길이이다. 미분계(110)와 샘플 트레이(50)가 Helmholtz 코일에 의해 생성된 필드 내에 위치될 수 있는 모양과 크기를 가진 다른 Helmholtz 코일 모양도 사용될 수 있다. 각각의 코일 와인딩(62 및 64)은 2개의 저-밀도 비철 프레임(66 및 68) 중 하나에 장착된다. 프레임(66 및 68)은 서로 경첩으로 연결되며 다리(70)에 의해 지탱된다. 프레임(66 및 68)은 다리(70)에 미끄러질 수 있게 부착되어 듀어(100)의 하부 부분에 관한 프레임의 수직적 이동을 허용한다. 프레임의 이동은 Helmholtz 변압기(60)의 코일 와인딩(62 및 64)의 조절을 허용하여 자기장 자극, 예를 들어 미분계(110)에서 수신되는 가우시안 백색 노이즈의 진폭이 변화된다. 다리(70)는 패러데이 케이지(10)에 놓이거나 그것의 바닥 위에 에폭시로 접착된다. 예시된 구체예에서, 프레임(66 및 68)과 다리(70)는 유리 섬유 에폭시로 만들어진다. 변압기 또는 코일의 다른 배열도 본 발명의 정신과 범주로부터 벗어남이 없이 샘플 트레이(50) 주위에 사용될 수 있다.
도 4에 관하여, 패러데이 케이지 및 그 내부 단면도를 나타내며, 듀어(100)와 패러데이 케이지(10)에 관한 Helmholtz 변압기의 와인딩(62)을 나타낸다. 또한 도 4에서 샘플 트레이(50)와 샘플(200)의 위치를 주목한다.
다시 도 1에 대하여, 진폭을 조정할 수 있는 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(80)는 전자적 차폐 케이지(40)의 외부에 있고, 전기적 케이블(82)에 의해 필터(90)를 통해 Helmholtz 변압기(60)에 전기적으로 연결된다. 하기에서 논의될 바와 같이, 가우시안 노이즈 발생기 이외의 신호 기록 동안 샘플에 도입된 자기장 자극의 소스가 사용될 수 있다. 따라서, 가우시안 발생기는 단순히 신호 기록 동안 기록 시스템에 도입된 자기장 자극의 소스의 대표적인 것임을 따르는 기술이 인식될 것이다.
도 3에 관하여, 케이블(82)은 측면 개구(12), 감쇠 관(24) 및 구멍(34)을 통해 캡(32)을 지나 이어진다. 케이블(82)은 각각 내부 및 외부 자기적 차폐(86 및 88)에 의해 둘러싸인 트위스팅된 한 쌍의 구리 전도체(84)를 추가로 포함하는 동축 케이블이다. 다른 구체예에서, 전도체는 은 또는 금과 같은 어떤 비자기의 전기적으로 전도성인 물질일 수 있다. 내부 및 외부 자기 차폐(86 및 88)는 캡(32)에서 끝나며, 말단 캡으로부터 도 1에 보이는 Helmholtz 변압기(60)까지의 나머지 거리에 걸쳐 트위스팅된 쌍(84)이 남는다. 내부 자기적 차폐(86)는 캡(32)을 통해 패러데이 케이지(16)에 전기적으로 연결되고, 외부 자기적 차폐는 도 1에 나타낸 자기적으로 차폐된 케이지(40)에 전기적으로 연결된다.
도 1에 관하여, 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(80)는 0 내지 100 킬로헤르츠의 거의 편평한 주파수 스펙트럼을 발생시키고, 선택된 전압 진폭, 예를 들어 0.01 내지 1.0 Volt에서, 선택된 계산된 자기장을 0-1 G(Gauss) 사이의 샘플에서 예컨대 25 mG 증분을 넘어서 생성한다. 예시한 실시상태에서, 필터(90)는 50 킬로헤르츠 이상의 노이즈를 필터링하지만, 다른 주파수 범위를 본 발명의 본질 및 범위에서 벗어나지 않고 사용할 수 있다.
가우시안 백색 노이즈 자극은 다른 자극 신호 패턴에 의해 대체될 수 있다. 이러한 패턴의 예는 사인파 주파수, 직사각형파, 한정된 비선형 구조를 포함하는 시계열 데이터, 또는 SQUID 출력 그 자체의 범위를 스캐닝하는 것을 포함한다. 이들 신호는 그들 스스로 오프 및 온 상태 사이로 펄스되어 자극 신호를 더 변형시킬 수 있다. 자기 차폐에 의해 자연적으로 발생된 백색 노이즈가 자극 신호의 공급원으로서 사용될 수도 있다. 한 실시상태에서, 자기장 자극의 공급원은 선택된 전압, 예컨대 0.01 내지 1.0 Volt와 같이 DC 전압(오프셋)을 자기-자극 코일에 공급하도록 작동하는 간단한 조정가능-전압 DC 공급원이며, 0 내지 1 G(Gauss) 사이의 샘플에서 계산된 자기장을 생성한다. 또 다른 실시상태에서, 자기장 자극의 공급원은 바람직하게는 적어도 0 내지 1 kH, 통상적으로 0 내지 10kHz 이상의 선택된 주파수를 넘어 연속적인 스윕을 생성하는 오퍼레이터인 주파수-스윕 발생기이다. 스윕 시간은 바람직하게는 1 내지 10초이고, 선택된 전압 수준, 예컨대 0.01 내지 1.0 Volt에서, 0 내지 1 G의 샘플에서 선택된 계산된 자기장을 생성한다. 따라서 스윕 발생기는 1 내지 10 kHz의 스윕 주파수, 및 선택된 전압 수준을 넘어서 5초마다 연속적인 주파수 스윕을 생성하도록 설정될 수 있다.
신호 발생의 특정 메커니즘 또는 모델에 구속되기를 의도하지 않지만, 도입된 자기장 자극이 샘플에서 일정한 저주파의 경우 또는 모드를 자극 또는 증폭시켜 서, 기록된 시간-도메인 신호가 신호 백그라운드에 포개진 경우로 이루어지도록 하는 기능을 하는 것으로 보인다. 도입된 자기장 자극이 백색 노이즈인 경우, 자극의 메커니즘은 확률 공명을 수반할 수 있다. 자기장 자극인 DC 오프셋인 경우, 자극은 핵자기 또는 전자 공명 공정을 자극하는 기능을 할 수 있으며, 이 경우 기록된 신호는 NMR 또는 ESR 요소를 갖는다. 자기장 자극이 스윕 주파수 발생기인 경우, 자극은 샘플에 의해 보이는 순간적 주파수에 대응하는 저주파를 일으키도록 기능할 수 있다.
가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(80)는 패치 코드(164)를 통해 듀얼 트레이스 오실로스코프(160)의 다른 입력에 전기적으로 연결된다.
도 1, 3 및 3에 관하여, 측정되는 재료(200)의 샘플은 샘플 트레이(50) 상에 위치하고, 샘플 트레이는 패러데이 케이지(10) 내에 위치한다. 제1 실시상태에서, 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(80)는 Helmholtz 변환기(60)를 통해 가우시안 백색 노이즈 자극을 도입하는데 사용된다. 노이즈 신호는 미분계(110)에 유도된 전압을 생성한다. 그 다음 미분계(110) 내에 유도된 전압은 검출되고 SQUID 120에 의해 증폭되며, SQUID으로부터의 출력은 플럭스 잠김 루프(140)에 의해 더 증폭되고 SQUID 컨트롤러(150)로 보내지며, 그 다음 듀얼 트레이스 오실로스코프(160)로 보내진다. 듀얼 트레이스 오실로스코프(160)는 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(80)에 의해 발생된 신호를 나타내는데도 사용된다.
가우시안 백색 노이즈 자극 신호(또는 다른 자기장 자극)는 자극 발생기(80)의 출력을 변경함으로써 그리고 도 2에 나타낸 바와 같이 샘플(200) 주변에서 Helmholtz 변환기(60)를 회전시킴으로써 조정된다. 프레임(66 및 68)의 경첩 연결의 축에 대한 Helmholtz 변환기(60)의 회전은 미분계(110)에 대한 그 위상을 변경한다. 원하는 위상 변경에 따라서, 프레임(66 및 68)의 경첩 연결은 샘플 트레이(50) 주변을 30 내지 40도 로 회전하면서 와인딩(62 및 64)이 다른 것들과 평행하게 남아있도록 한다. 경첩 연결은 와인딩(62 및 64)이 평행으로부터 약 60도 떨어져서 회전하여, 미분계(110)에 대하여 Helmholtz 변환기(60)에 의해 발생된 장의 신호 위상을 변경하도록 한다. 위상의 통상적인 조정은 다른 배향이 특정 환경에 바람직하도라도, 이 평형이 아닌 배향이어서 예컨대 불규칙한 형상의 샘플(200)을 수용할 것이다. 자극은 선택된 자극 "조건", 즉 백색 노이즈 또는 DC 오프셋이 가해질 때 선택된 전압, 및 선택된 스윕 주파수 범위, 반복 기간, 및 스윕 자극에 대한 전압 수준에서 가해진다.
본 발명의 실시상태는 외부 간섭 없이 매우 저-역치 분자 전자기 신호를검출하는 방법 및 장치를 제공한다. 이들은 또한 매우 다양한 신호 기록 및 프로세싱 장치에 의해 쉽게 이용가능한 포맷으로 신호의 출력을 제공한다.
도 5를 참조하여, 분자 전자기 방출 검출에 대한 대안적 실시형태 및 상기 도면의 프로세싱 시스템을 나타낸다. 시스템(700)은 프로세싱 유닛(704)에 결합된 검출 유닛(702)을 포함한다. 프로세싱 유닛(704)이 검출 유닛(702) 외부에 보이지만, 프로세싱 유닛의 적어도 일부는 검출 유닛 내에 위치할 수 있다.
도 5에서 단면도에 나타낸 부분검출 유닛(702)은 서로 포개어지거나 중심이 동일한 다수의 구성요소를 포함한다. 샘플 챔버 또는 패러데이 케이지(706)는 금 속 케이지(708) 내에 포개진다. 샘플 챔버(706) 및 금속 케이지(708) 각각은 알루미늄 재료로 이루어질 수 있다. 샘플 챔버(706)는 진공에서 유지될 수 있으며 온도 제어되어 온도를 미리 설정할 수 있다. 금속 케이지(708)는 저역 통과 필터로서 기능하도록 구성된다.
샘플 챔버(706)와 샘플 챔버(706)를 둘러싸는 금속 케이지(708) 사이는 평행한 가열 코일 또는 소자(710)의 세트이다. 하나 이상의 온도 센서(711)가 가열 소자(710) 및 샘플 챔버(706)에 근접하여 위치한다. 예컨대, 4개의 온도 센서가 샘플 챔버(706)의 외부 주변의 상이한 위치에 위치할 수 있다. 가열 소자(710) 및 온도 센서(들)(711)는 샘플 챔버(706) 내부에 특정 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
차폐(712)는 금속 케이지(708)를 둘러싼다. 차폐(712)는 추가의 자기장 차폐 또는 샘플 챔버(706) 분리를 제공하도록 구성된다. 차폐(712)는 납 또는 다른 자기 차폐 재료로 구성될 수 있다. 차폐(712)는 충분한 차폐가 샘플 챔버(706) 및/또는 금속 케이지(708)에 의해 제공될 때 선택적이다.
차폐(712) 주변은 G10 절연체가 있는 극저온층(716)이다. 냉매는 액체 헬륨일 수 있다. 극저온층(716)(극저온 듀어라고도 함)은 4 켈빈 온도의 구동 온도에 있다. 극저온은(716) 주변은 외측 차폐(718)이다. 외측 차폐(718)는 니켈 합금으로 구성되며 자기 차폐로 구성된다. 검출 유닛(702)에 의해 제공되는 자기 차폐의 총량은 데카르트 좌표계의 3개 직교면을 따라서 약 -100 dB, -100 dB, 및 -120 dB이다.
상술한 다양한 소자가 공기 틈 또는 유전체 배리어(도시하지 않음)에 의해 서로 전기적으로 분리된다. 설명의 편의를 위해서 소자는 서로 비례하는 스케일로 나타내지 않았다는 것을 이해해야 한다.
샘플 홀더(720)는 샘플 챔버(706) 내에 수동으로 또는 기계적으로 위치할 수 있다. 샘플 홀더(720)는 샘플 챔버(706)의 상단으로부터 저하, 상승 또는 제거될 수 있다. 샘플 홀더(720)는 에디 전류를 도입하지 않고 고유의 분자 회전을 거의 또는 전혀 나타내지 않는 재료로 구성된다. 예로서, 샘플 홀더(720)는 고품질의 유리 또는 파이렉스로 구성될 수 있다.
검출 유닛(702)은 고체, 액체 또는 기체 샘플을 취급하도록 구성된다. 다양한 샘플 홀더가 검출 유닛(702)에 사용될 수 있다. 예컨대, 샘플의 크기에 따라서, 큰 샘플 홀더를 사용할 수 있다. 또 다른 예로서, 샘플이 공기에 반응성인 경우, 샘플 홀더는 캡슐화되어 또는 샘플 주변에 기밀 밀봉된 상태로 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 샘플이 기체 상태인 경우, 샘플은 샘플 홀더(720) 없이 샘플 챔버(706) 내부에 도입될 수 있다. 이러한 샘플을 위해서, 샘플 챔버(706)는 진공에 보유된다. 샘플 챔버(706) 상단에서 진공 밀봉(721)은 진공 유지 및/또는 샘플 홀더(720) 수용에 도움을 준다.
검출 코일이라고도 하는 감지 코일(722) 및 감지 코일(724)이 샘플 홀더(720) 상방 및 하방에 각각 제공된다. 감지 코일(722, 724)의 코일 와인딩은 중심 주파수 25 kHz 및 자기공명 주파수 8.8 MHz로, 약 50 킬로헤르츠 (kHz) 범위로 직류에서 작동하도록 구성된다. 감지 코일(722, 724)은 제2 유도 형태이고 약 100% 결합을 달성하도록 구성된다. 한 실시상태에서, 코일(722, 724)은 일반적으로 직사각형 형태이며 적소에 G10 패스너로 고정된다. 코일(722, 724)은 제2 유도 경도 측정기로서 기능한다.
Helmholtz 코일(726 및 728)은 본원에 설명한 바와 같이 차폐(712)와 금속 케이지(708) 사이에 수직으로 위치할 수 있다. 각 코일(726 및 728)은 서로 독립적으로 상승 또는 저하될 수 있다. 자기장 자극 발생 코일이라고도 하는 코일(726 및 728)은 실온 또는 주변 온도에 있다. 코일(726, 728)에 의해 발생된 노이즈는 약 0.10 Gauss이다.
샘플로부터 방출과 코일(722, 724) 사이의 연결 정도는 코일(722, 724)에 관하여 샘플 홀더(720)를 재배치함으로써, 또는 샘플 홀더(720)에 관하여 코일(726, 728) 중 하나 또는 두개를 재배치시킴으로써 변화될 수 있다.
유닛(704)의 프로세싱은 코일(722, 724, 726, 및 728)에 전기적으로 결합된다. 프로세싱 유닛(704)은 샘플에 코일(276, 278)에 의해 도입되는 자기장 자극, 예컨대 가우시안 백색 노이즈 자극을 특정한다. 프로세싱 유닛(104)은 또한 도입된 자기장 자극과 혼합된 샘플의 전자기 방출로부터 코일(722, 724)에서 유도된 전압을 수신한다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 양태를 사용하는 프로세싱 유닛은 샘플(842)을 패러데이 케이지(844) 및 Helmholtz 코일(746)로 삽입, 그리고 이로부터 제거되도록 하는 샘플 트레이(840)를 포함한다. SQUID/미분계 검출기 어셈블리(848)는 극저온 듀어(850) 내에 위치한다. 플럭스-잠김 루프(852)는 SQUID/미분계 검출기 어 셈블리(848)와 SQUID 컨트롤러(854) 사이에서 결합된다. SQUID 컨트롤러(854)는 Tristan Technologies, Inc사의 iMC-303 iMAG 다중채널 컨트롤러 모델일 수 있다.
아날로그 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(856)는 위상 잠김 루프(858)에 노이즈 신호를(상기 주지한 바와 같이) 제공한다. 위상 잠김 루프의 x-축 출력은 Helmholtz 코일(846)에 제공되며, 20 dB정도와 같이 약화될 수 있다. 위상 잠김 루프의 y-출 출력은 신호 스플리터(860)에 의해 쪼개질 수 있다. y-축 출력의 일부는 SQUID에서 노이즈 소거 코일로의 입력이며, 미분계에 대하여 분리 입력을 갖는다. y-축 신호의 다른 부분은 Tektronix TDS 3000b (예컨대 모델 3032b)과 같은 푸리에 함수를 갖는 아날로그/디지털 오실로스코프 등의 입력 오실로스코프(862)이다. 즉, 위상 잠김 루프의 x-축 출력은 Helmholtz 코일을 구동하며, 전환 형태인 y-축 출력은 입력 SQUID와 오실로스코프로 나누어 진다. 따라서, 위상 잠김 루프는 신호 전환기로서 기능한다. 오실로스코프 트레이스는 아날로그 자기장 자극 신호를 모니터하는데 사용된다. 컨트롤러(854)에 결합된 아날로그 테이프 레코더 또는 기록 장치(864)는 장치로부터의 신호 출력을 기록하며, 바람직하게는 광대역(예컨대 50 kHz) 레코더이다. PC 컨트롤러(866)는 예컨대 RS 232 포트를 통해 컨트롤러(854)와 인터페이스 접속하는 MS Windows 기반 PC일 수 있다.
도 7에서, 프로세싱 유닛의 또 다른 실시상태의 블록선도가 나타나 있다. 듀얼 위상 잠김 증폭기(202)는 코일(726, 728)에 제1 자기장 신호(예컨대 "x" 또는 노이즈 자극 신호)를 그리고 초전도 양자간섭장치(SQUID)(206)의 노이즈 소거 코일에 제2 자기장 신호(예컨대 "y" 또는 노이즈 소거 신호)를 제공하도록 구성된다. 증폭기(202)는 외부 참조 없이 고정되도록 구성되고 Perkins Elmer 모델 7265 DSP 잠김 증폭기가 될 수 있다. 이 증폭기는 "버츄얼 모드"에서 작동하며, 이는 초기 기준 주파수로 고정된 다음 기준 주파수를 제거하여 이를 자유롭게 실행시켜서 "노이즈"을 고정한다.
아날로그 가우시안 백색 노이즈 자극 발생기(200)와 같은 자기장 자극 발생기는 증폭기(202)에 전기적으로 결합된다. 발생기(200)는 증폭기(202)를 통해 코일(726, 728)에서 선택된 자기장 자극, 예컨대 가우시안 백색 노이즈 자극을 발생하도록 구성된다. 예로서, 발생기(200)는 General Radio사의 1380 모델일 수 있다.
임피던스 변환기(204)는 SQUID(206)와 증폭기(202) 사이에 전기적으로 결합된다. 임피던스 변환기(204)는 SQUID(206)와 증폭기(202) 사이에 임피던스 매칭을 제공하도록 구성된다.
SQUID(206)는 저온 다이렉트 소자 SQUID이다. 예로서, SQUID(206)는 Tristan Technologies, lnc (San Diego, CA.)사의 LSQ/20 LTS dC SQUID 모델일 수 있다. 대안적으로, 고온 또는 변경 전류 SQUID를 사용할 수 있다. 코일(722, 724)(예컨대 미분계) 및 조합된 SQUID(206)(선택적으로 SQUID/미분계 검전기 어셈블리라고도 함)는 약 5 microTesla/√Hz의 감도를 측정하는 자기장을 가질 수 있다. 코일(722, 724) 내에 도입된 전압이 검출되고 SQUID(206)에 의해 증폭된다. SQUID(206)의 출력은 대략 0.2-0.8 microVolt의 범위에 있는 전압이다.
SQUID(206)의 출력은 SQUID 컨트롤러(208)로의 입력이다. SQUID 컨트롤러 (208)는 SQUID(206)의 조작 상태 및 검출 신호의 다음 조건을 제어하도록 구성된다. 예로서, SQUID 컨트롤러(208)는 Tristan Technologies, Inc 사의 iMC-303 iMAG 다중-채널 SQUID 컨트롤러일 수 있다.
SQUID 컨트롤러(208)의 출력은 증폭기(210)로 입력된다. 증폭기(210)는 0-100 dB 범위에서 게인을 제공하도록 구성된다. 노이즈 소거 노드가 SQUID(206)을 향할 때 약 20 dB의 게인이 제공된다. SQUID(206)이 노이즈 소거를 제공하지 않을 때 약 50 dB의 게인이 제공된다.
증폭된 신호는 레코더 또는 저장 장치(212)로 입력된다. 레코더(212)는 아날로그 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 신호를 저장하도록 구성된다. 한 실시형태에서, 레코더(212)는 Hz 당 8600 데이터 포인트를 저장하고, 2.46 Mbits/sec를 다룰 수 있다. 예로서, 레코더(212)는 소니 디지털 오디오테이프(DAT) 레코더이다. DAT 레코더를 사용하여, 원 신호 또는 데이터가 원하는 디스플레이 또는 특정 프로세싱을 위한 제3 집단으로 보내질 수 있다.
저역 통과 필터(214)는 레코더(212)로부터의 디지털 데이터 세트를 필터링한다. 저역 통과 필터(214)는 아날로그 필터이며 Butterworth 필터일 수 있다. 컷오프 주파수는 약 50 kHz이다.
대역 통과 필터(216)는 그 다음 필터링된 데이터 세트를 필터링한다. 대역 통과 필터(216)는 DC 내지 50 kHz의 대역폭이 있는 디지털 필터로 구성된다. 대역 통과 필터(216)는 상이한 대역폭으로 조정될 수 있다.
대역 통과 필터(216)의 출력은 푸리에 변환기 프로세서(218)로의 입력이다. 푸리에 변환 프로세서(218)는 시간 도메인에 있는 데이터 세트를 주파수 도메인 내의 데이터 세트로 변환하도록 구성된다. 푸리에 변환 프로세서(218)는 고속 푸리에 변환(FFT) 형태의 변환을 행한다.
푸리에 변환된 데이터 세트는 상관 및 비교 프로세서(220)로의 입력이다. 레코더(212)의 출력은 또한 프로세서(220)로의 입력이다. 프로세서(220)는 이전의 기록된 데이터 세트가 있는 데이터 세트에 상관하도록, 역치를 결정하도록, 그리고 노이즈 소거를 행하도록(SQUID(206)에 의해 노이즈 소거가 제공되지 않는 경우) 구성된다. 프로세서(220)의 출력은 샘플 분자 저주파 전자기 방출의 스펙트럼을 대표하는 최종 데이터 세트이다.
그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같은 사용자 인터페이스(UI)(222)는 적어도 필터(216) 및 프로세서(220)에 연결되어 신호프로세싱 파라미터를 특정할 수 있다. 필터(216), 프로세서(218) 및 프로세서(220)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로서 구현될 수 있다. 예컨대, 필터(216) 및 프로세서(218)는 하나 이상의 반도체칩으로 구현될 수 있다. 프로세서(220)는 컴퓨터 장치에 구현된 소프트웨이일 수 있다.
이 증폭기는 "버츄얼 모드"에서 작동하며, 이때 이것은 초기 기준 주파수로 고정된 다음 초기 주파수를 제거하고 이것이 자유롭게 실행하도록 하여 "노이즈"을 고정한다. 아날로그 노이즈 발생기(General Radio사 제품, 정품 아날로그 노이즈 발생기)는 Helmholtz 및 노이즈 소거 코일을 위해서 각각 20 dB 및 45-dB 감쇠를 요한다.
Helmholtz 코일은 퍼센트의 1/100th의 균형으로 약 1평방인치의 스위트 스팟을 가질 수 있다. 대안적 형태에서, Helmholtz 코일은 파이 형상에서 수직으로, 회전으로(수직축에 대하여), 그리고 간격을 두고 평행하게 모두 이동할 수 있다. 한 실시상태에서, SQUID, 미분계 및 구동 변환기(컨트롤러)는 각각 1.8, 1.5 및 0.3 마이크로-헨리의 값을 가질 수 있다. Helmholtz 코일은 스위트 포트에서 앰프 당 0.5 Gauss의 감도를 가질 수 있다.
약 10 내지 15 microVolt가 확률 응답에 필요할 수 있다. 가우시안 백색 노이즈 자극 도입에 의해, 시스템은 SQUID 장치의 감도가 향상되었다. SQUID 장치는 노이즈 없이 약 5 펨토테슬라의 감도를 가졌다. 시스템은 노이즈 도입 및 이 확률 공명 응답을 사용하여 감도를 25 내지 35 dB 증가시킬 수 있었으며, 이는 거의 1,500% 증가에 해당한다.
시스템으로부터 신호의 수신 및 기록 후, 메인프레임 컴퓨터, 슈퍼컴퓨터 또는 고성능 컴퓨터와 같은 컴퓨터는 예비-프로세싱을 위해서 Richmond CA의 Systat Software사의 Autosignal 소프트웨어 제품을 사용하는 전후 프로세싱인 한편, Flexpro 소프트웨어 제품은 후-프로세싱이다. Flexpro는 Dewetron, Inc사의 데이터(통계학적) 분석 소프트웨어이다. 하기 식 또는 옵션은 Autosignal 및 Flexpro 제품에 사용할 수 있다.
시스템(100)에 의해 행하는 신호검출 및 프로세싱의 플로우 다이어그램이 도 8에 나타나 있다. 샘플이 대상인 경우, 적어도 4개의 신호검출 또는 데이터 런이 행해진다: 제1 데이터는 샘플 없이 시간 t1에 실행하고, 제2 데이터는 샘플과 함께 시간 t2에 실행하고, 제3 데이터는 샘플과 함께 시간 t3에 실행하고, 제4 데이터는 샘플없이 시간 t4에 실행한다. 하나 이상의 데이터 런으로부터 데이터 세트를 수행 및 수집하는 것은 최종(예컨대 상관된) 데이터 세트의 정확성을 증가시킨다. 4개 데이터 런에서, 시스템(100)의 파라미터 및 상태는 일정하게 유지된다(예컨대 온도, 증폭량, 코일의 위치, 가우시안 백색 노이즈 자극 신호 등).
블록(300)에서, 적절한 샘플(또는 만약 제1 또는 제4 데이터 런이면 샘플 없음)이 시스템(100)에 위치한다. 가우시안 백색 노이즈 자극 도입 없이 주어진 샘플은 약 0.001 마이크로테슬라와 동일하거나 그 미만에서 DC-50 kHz 범위 내의 전자기 방출을 방출한다. 이러한 낮은 방출을 포착하기 위해서, 가우시안 백색 노이즈 자극이 블록(301)에 도입된다.
블록(302)에서, 코일(722, 724)은 샘플의 방출 및 도입된 가우시안 백색 노이즈 자극을 대표하는 유도된 전압을 검출한다. 유도된 전압은 데이터 런의 기간 동안 함수로서 전압값(진폭 및 위상)의 연속적 흐름을 포함한다. 데이터 런은 길이로 2-20분일 수 있고, 따라서 데이터 런에 대응하는 데이터 세트는 시간의 함수로서 전압값의 2-20분을 포함한다.
블록(304)에서, 도입된 가우시안 백색 노이즈 자극은 유도된 전압이 검출됨에 따라 소거된다. 이 블록은 SQUID(206)의 노이즈 소거 특징이 중지된 경우 생략된다.
블록(306)에서, 데이터 세트의 전압값은 블록(304)에서 발생한 노이즈 소거 여부에 따라서 20-50 dB 증폭된다. 블록(308)에서, 증폭된 데이터 세트는 아날로그에서 디지털(A/D) 변환되고, 레코더(212)에 저장된다. 디지털화된 데이터 세트는 수백만의 데이터열을 포함할 수 있다.
획득한 데이터 세트를 저장한 후, 블록(310)에서 샘플에 대하여 적어도 4개의 데이터 런이 발생하였지를(예컨대 적어도 4개의 데이터 세트를 획득하였는지) 확인하기 위해서 체크한다. 주어진 샘플에 대하여 4개의 데이터 세트가 얻어졌으면, 그 다음 저통과 필터링이 블록(312)에서 발생한다. 그렇지 않으면, 다음 데이터 런이 초기화된다(블록(300)으로 되돌아감).
디지털화된 데이터 세트를 저통과 필터링(블록(312)) 및 대역통과 필터링(블록(314)) 후, 데이터 세트는 푸리에 변환 블록(316)에서 주파수 도메인으로 변환된다.
그 다음, 블록(318)에서, 유사한 데이터 세트는 각 데이터 포인트에서 서로 상관된다. 예컨대, 제1 데이터 런(예컨대 기준선 또는 주변 노이즈 데이터 런)에 해당하는 제1 데이터 세트 및 제4 데이터 런(예컨대 또다른 노이즈 데이터 런)에 대응하는 제4 데이터 세트는 서로 상관된다. 주어진 주파수에서 제1 데이터 세트의 진폭값이 주어진 주파수에서의 제4 데이터 세트의 진폭값과 동일하면, 그 다음 주어진 주파수에 대한 상관 값 또는 수는 1.0이 된다. 대안적으로, 상관값의 범위는 0-100으로 설정될 수 있다. 이러한 상관 또는 비교는 제2 및 제3 데이터 런에서도 일어난다(예컨대 샘플 데이터 런). 획득한 데이터 세트가 저장되기 때문에, 이들은 남아있는 데이터 런이 종료됨에 따라 이후 시간에 접근할 수 있다.
미리 결정된 역치 수준이 각 상관 데이터 세트에 적용되어 통계적으로 관계없는 상관값을 제거한다. 데이터 런의 길이(데이터 런이 길수록 획득한 데이터의 정확성이 크다) 및 다른 유형의 샘플에 대한 샘플의 실제 방출 스펙트럼의 유사성에 따라 다양한 역치를 사용할 수 있다. 역치 수준에 더하여, 상관이 평균된다. 역치 및 평균 상관의 사용은 결과 상관 데이터 세트에서 매우 작아지는 도입된 가우시안 백색 노이즈 자극 구성성분이 되게 한다.
일단 2개의 샘플 데이터 세트가 상관된 샘플 데이터 세트로 정련되고 2개의 노이즈 데이터 세트가 상관된 노이즈 데이터 세트로 정련되면, 상관된 노이즈 데이터 세트는 상관된 샘플 데이터 세트로부터 빼어진다. 결과 데이터 세트는 최종 데이터 세트이다(예컨대 샘플의 방출 스펙트럼의 대표적인 데이터 세트)(블록(320)).
Hz 당 8600개 데이터 포인트가 존재할 수 있고 최종 데이터 세트가 DC-50 kHz의 주파수 범위에 대한 데이터 포인드를 가질 수 있으므로, 최종 데이터 세트는 수억 열의 데이터를 포함할 수 있다. 각 데이터의 열은 주파수, 진폭, 위상 및 상관값을 포함할 수 있다.
III . 후보 최적 시간-도메인 신호의 식별 방법
상기 설명된 방법에 따라 생성된 신호는 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환하는데 사용하는 경우, 최적 이펙터 활성을 위해 더 선택될 수 있다. 본 발명의 양태에 따라, 주어진 샘플에 대하여 얻어진 저주파 시간-도메인 신호 내의 샘플-의존성 신호 특징은 자기장 자극 조건의 범위, 예컨대 가우시안 백색 노이즈 자극 진 폭 및 DC 오프셋에 대한 상이한 전압 수준을 넘어서 샘플에 대한 시간-도메인 신호를 기록함으로써 최적화될 수 있다. 그 다음 기록된 신호는 신호 특징을 나타내도록 프로세스되고, 후술하는 바와 같이 최적 신호-분석 스코어를 갖는 하나 이상의 도메인 신호가 선택된다. 최적화되거나 거의-최적화된 시간-도메인 신호의 선택은, 본 발명에 따라서도, 최적화된 시간-도메인 신호로 시험관내 또는 생물학적 시스템을 변환하는 것은 비-최적화된 시간-도메인 신호보다 보다 강하고 보다 예상가능한 응답을 제공한다는 것을 발견하였기 때문에 유용하다. 다른 관점에서는, 최적화된(또는 거의-최적화된) 시간-도메인 신호를 선택하는 것은 타겟 시스템이 샘플 신호에 의해 변화되는 경우, 신뢰할 수 있고 검출가능한 샘플 효과를 얻는 것에 유용하다.
일반적으로, 도입된 백색 노이즈의 범위, DC 오프셋 및 샘플에 가해진 스윕 진폭 전압은 0 내지 1 G(Gauss)의 샘플 용기에서 계산된 자기장을 생성하도록 하거나, 대안적으로, 도입된 노이즈 자극은 검출되는 분자 전자기 방출, 예컨대 70-80 -dbm의 범위를 넘는 약 30 내지 35 데시벨이 바람직하다. 기록된 샘플의 수, 즉 시간-도메인 신호가 기록되는 노이즈-수준 간격의 수는 10-100 이상, 통상적으로, 어떤 경우 현저히 작은 간격으로 변하여 양호한 최적 신호가 식별될 수 있게 된다. 예컨대, 노이즈 발생기 수준의 전력 이익은 50 20 mV 간격으로 변할 수 있다. 하기에 보듯이, 신호에 대한 신호-분석 스코어가 도입된 노이즈 자극의 수준에 대하여 플롯되는 경우, 플롯은 노이즈-수준 증분이 적절히 작을 때 여러 상이한 노이즈 수준을 넘어 연장된 피크를 나타낸다.
대안적으로, 가우시안 백색 노이즈 이외의 자극 신호는 기록된 시간-도메인 신호의 최적화에 사용될 수 있다. 이러한 신호의 예는 사인파 주파수, 직사각형파, 한정된 비선형 구조를 포함하는 시간-시리즈 데이터, 또는 SQUID 출력 자체의 범위의 스캐닝을 포함한다. 이들 신호는 그들 스스로 오프 또는 온 상태로 펄스되어 자극 신호를 더 변형시킬 수 있다. 자기 차폐에 의해 자연적으로 발생된 백색 노이즈는 자극 신호의 공급원으로서 사용될 수도 있다.
본 발명은 기록된 시간-도메인 신호에 대하여 신호-분석 스코어를 계산하는 5개의 상이한 방법을 숙고한다. 이들은 (A) 히스토그램 빈 방법, (B) 자동상관된 신호의 FFT 발생, (C) FFT의 평균, (D) 상호상관 역치의 사용, 및 (E) 위상-공간 비교이다. 이들 각각을 이하에 설명한다.
구체적으로 설명하지 않아도, 각 방법은 수동 모드에서 행할 수 있고, 이때 사용자가 신호-분석 스코어가 기반이 된 스펙트럼을 평가하고, 다음 기록을 위한 노이즈 자극 수준 조정을 하고, 피크 스코어가 이르를 때를 결정하고, 또는 이것은 자동 또는 반자동 모드에서 행할 수 있고, 이는 노이즈 자극 수준의 연속적 증가 및/또는 신호-분석 스코어의 평가를 컴퓨터-구동 프로그램에 의해 행한다는 것은 명백할 것이다.
A. 스펙트럼 정보 발생의 히스토그램 방법
도 9는 스펙트럼 정보 발생을 위한 히스토그램 방법에서 높은 수준 데이터 플로우 다이어그램이다. SQUID(박스 2002)로부터 획득한 데이터 또는 저장된 데이터(박스 2004)는 16 비트 WAV 데이터(박스 2006)로서 저장되고, 2중 정밀 부동 소 수점 데이터 (박스 2008)로 변환된다. 변환된 데이터는 저장되거나(박스 2010) 또는 거친 파형으로 나타난다(박스 2012). 변환된 데이터는 그 다음 도 10에 관련하여 하기 설명된 알고리즘을 통과하고, 푸리에 분석 표지된 박스 2014에 의해 나타난다. 히스토그램은 2016에서 나타날 수 있다.
도 10에 관련하여, 히스토그램 알고리즘의 일반적인 흐름은 불연속 샘플 시간-도메인 신호를 취하고, 푸리에 분석을 사용하여 이후 분석을 위한 주파수 도메인 스펙트럼으로 변환한다. 시간-도메인 신호는 ADC (아날로그/디지털 변환기)으로부터 얻어지고 2102에 나타낸 버퍼에 저장된다. 이 샘플은 SampleDuration 초 길고, 초마다 SampleRate 샘플에서 샘플링되고, 따라서 SampleCount(SampleDuration * SampleRate) 샘플을 제공한다. 신호로부터 회복될 수 있는 FrequencyRange는 나이퀴스트에 의해 정의된 바와 같이, SampleRate 절반으로서 정의된다. 따라서, 시간-시리즈 신호는 초마다 10,000 샘플에서 샘플링되고, FrequencyRange는 0 Hz 내지 5 kHz가 될 것이다. 사용할 수 있는 하나의 푸리에 알고리즘은 라딕스 2 실시간 고속 푸리에 변환(RFFT)이며, 이는 216까지 2개의 파워의 선택가능한 주파수 도메인 분해능(FFTSize)을 갖는다. 8192의 FFTSize를 선택하여 FrequencyRange가 8 kHz 이하에 머물러 있는 동안 헤르츠 당 적어도 1스펙트럼 빈을 갖도록 충분한 분해능을 제공한다. SampleDuration은 SampleCount >(2*) FFTSize *10 신뢰할 수 있는 결과를 확보하도록 충분히 길어야 한다.
이 FFT는 FFTSize 샘플 상에서만 작용할 수 있으므로, 프로그램은 연속적으 로 샘플 상에서 FFT를 행하고 결과를 함께 평균하여 최종 스펙트럼을 얻어야 한다. 하나가 각 FFT에 대하여 FFTSize 샘플을 스킵하도록 선택하면, 1/FFTSize＾ 0.5의 통계적 오차가 도입된다. 그러나, 하나가 FFT 입력을 FFTSize 절반 오버랩하도록 선택하면, 오차는 1/(0.81*2*FFTSize)＾0.5으로 감소된다. 이것은 0.0110485435에서 0.0086805556로 오차를 감소시킨다. 오차 및 상관 분석에 관한 일반적인 추가적 정보는 Bendat & Piersol, "Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis", 1993를 참고한다.
주어진 윈도우에서 FFT를 행하기 전에, 필터를 테이퍼하는 데이터를 적용하여 샘플링 위신호에 인한 스펙트럼 누설을 피할 수 있다. 예를 들어, 필터는Rectangular(필터 아님), Hamming, Hanning, Bartlett, Blackman 및 Blackman/Harris 중에서 선택할 수 있다.
예시적 방법에서, 그리고 박스 2104에서 보듯이, 우리는 다양한 FFTSize에 대하여 8192을 선택하였으며, 이는 우리가 한번에 작동하는 시간-도메인 샘플의 수 및 FFT에 의한 불연속 주파수 출력의 수가 될 것이다. FFTSize=8192는 분해능, 또는 샘플링 속도에 의해 지정되는 범위내의 빈의 수이다. 얼마나 많은 불연속 RFFT'(Real FFT)이 행하는지를 지정하는 가변성 n은 SampleCount를 FFTSize*2, FFT 빈의 수로 나눔으로써 설정된다. 알고리즘이 상식적 결과를 발생시키기 위해서, 이 수 n는 적어도 10 내지 20 (다른 값이 가능해도)가 되어야 하며, 이때 더 큰 것은 약한 신호를 취하는데 바람직할 수 있다. 이는 주어진 SampleRate 및 FFTSize에 대해서, SampleDuration은 충분히 길어야 한다는 것을 함축한다. 0 내지 n을 카운트하는 카운터 m은 박스 2104에 나타난 바와 같이 0으로 초기화된다.
프로그램은 먼저 3개의 버퍼를 제정한다: 각 빈 주파수에서 카운트를 축적하는 FFTSize 히스토그램 빈을 위한 버퍼(2108); 각 빈 주파수에서 평균 파워를 위한 버퍼(2110) 및 각 m에 대하여 FFTSize 복사된 샘플을 포함하는 버퍼(2112).
프로그램은 히스토그램 및 어레이를 초기화하고(박스 2113) 2114에서 웨이브 데이터의 FFTSize 샘플을 버퍼(2112)로 복사하고, 웨이브 데이터 상에서 RFFT를 행한다(박스 2115). FFT는 평균화되어 최고 진폭은 1이며(박스 2116) 모든 FFTSize 빈에 대한 평균 파워가 평준화된 신호로부터 결정된다(박스 2117). 각 빈 주파수에 대하여, 그 주파수에서 FFT로부터의 평준화값은 버퍼(2108)에서 각 빈에 추가된다(박스 2118).
박스(2119)에서 프로그램은 그 다음 상기에서 계산된 평균 파워와 비교하여 각 빈 주파수에서의 파워를 본다. 파워가 평균 파워의 특정 인자 엡실론(0 내지 1) 내에 있으면, 그 다음 이것은 카운트되고 대응하는 빈은 16에서 히스토그램 버퍼에서 증분된다. 그렇지 않으면, 이것은 폐기된다.
비교하는 평균 파워는 이 FFT 예시에 대해서만이라는 것을 주지한다. 느리지만 향상된 알고리즘은 데이터를 통해 2개의 경로를 취하고 히스토그램 수준 설정 이전에 모든 시간에 걸쳐서 평균을 계산한다. 엡실론과의 비교는 주파수 빈에 현저히 충분한 파워값을 나타내는 것을 돕는다. 또는 넓은 의미에서, 엡실론을 사용하는 식은 질문 "이 주파수에서 이 시간에 신호가 있는가?"에 답하는 것을 돕는다. 답이 예이면, 두가지 중 하나에 의한 것일 수 있다: (1) 이 빈에서 단지 이 한시간 에 착수하는 정지 노이즈, 또는 (2) 거의 매시간 발생하는 실제 낮은 수준 정기적 신호. 따라서, 히스토그램 카운트는 노이즈를 제거하고, 낮은 수준 신호를 향상시킬 것이다. 그래서, 평균화 및 엡실론 인수는 중요하게 고려되는 가장 작은 파워 수준을 선택할 수 있게 한다.
카운터 m은 박스(2120)에서의 증분되고, 상기 프로세스는 m이 n과 동일할 때 까지 WAV 데이터의 각 n 세트로 반복된다(박스 2121). 각 사이클에서, 각 빈에 대한 평균 파워는 2118에서 연관된 빈으로 첨가되고, 각 히스토그램 빈은 2114에서 파워 진폭이 만나는 것만큼 증분된다.
데이터의 모든 n 사이클이 고려되는 경우, 각 빈에서의 평균 파워는 각 빈에서 총 축적된 평균 파워를 n, 사이클의 총수(박스 2122) 및 나타난 결과(박스 2123)로 나눔으로써 결정된다. 구성된 노이즈가 존재하는 경우를 제외하고, 예컨대 DC = 0 또는 다수의 60 Hz에서, 각 빈에서의 평균 파워는 비교적 낮은 수일 것이다.
이 방법에서 상대적 설정은 노이즈 자극 게인 및 엡실론의 값이다. 이 값은 평균값에 걸친 사건을 구별하는데 사용되는 파워 값을 결정한다. 1의 값에서, 파워는 평균 파워보다 절대 크지 않을 것이므로 사건이 검출되지 않을 것이다. 엡실론이 0에 근접함에 따라, 사실상 모든 값은 빈에 위치할 것이다. 0 내지 1, 및 통상적으로 구성된 노이즈에 대한 총 빈 카운트의 약 20-50%의 빈 카운트의 수를 제공하는 값에서, 엡실론은 최대 "스펙트럼 캐릭터"를 가질 것이며, 확률 공명 사건이 순수한 노이즈를 넘어 가장 매우 바람직하다는 것을 의미한다.
그러므로, 하나는 자기장 자극 입력 상에 전력 이들을 예컨대, 50 mV 증분 0 내지 1 V에서 시스템적으로 증가시킬 수 있고, 그리고 각 전력 설정에서 엡실론을 잘 정의된 피크가 관찰될 때까지 조정한다. 예컨대 프로세스된 샘플이 20초 시간 간격을 나타내는 경우, 각 상이한 파워 및 엡실론에 대한 총 프로세싱 시간은 약 25초일 것이다. 잘 정의된 신호가 관찰되는 경우, 파워 설정 또는 엡실론 중 어느 하나 또는 둘 모두는 식별가능한 피크 중 가장 큰 수가 있는 하나를 의미하는 최적 히스토그램이 생성될 때까지 정렬될 수 있다.
이 알고리즘 하에서, 다수의 빈은 채워지고 저주파에서 노이즈(주위 노이즈과 같은)의 일반적 발생에 기인하는 저주파로 되는 히스토그램과 연관될 수 있다. 따라서, 시스템은 주어진 주파수 이하에서(예컨대 1 kHz) 빈을 단순히 무시할 수 있지만, 더 높은 주파수에서 충분한 빈 값으로 되어 샘플 사이에 고유한 신호 사인을 결정할 수 있다.
대안적으로, 다양한 엡실론의 목적은 각 사이클에서 결정되는 상이한 평균 파워 수준을 수용하는 것이므로, 프로그램은 그 자체가 자동적으로 미리정의된 함수 관련 평균 파워 수준을 사용하여 엡실론을 최적값의 엡실론으로 조정할 수 있다.
유사하게, 프로그램은 각 파워 설정에서 피크 높이와 비교할 수 있고, 최적 피크 높이 또는 캐릭터가 히스토그램에서 발견될 때까지 노이즈 자극 설정을 자동으로 조정한다.
엡실론의 값이 모든 주파수에 대하여 고정된 값이 될 수 있지만, 엡실론에 대하여 주파수-의존값을 사용하도록 하여 저주파, 예컨대 DC 내지 1,000에서 관찰될 수 있는 높은 값 평균 에너지를 조정한다. 예컨대 저주파 FFT 영역의 큰 수를 평균하고, 평균값을 높은 주파수에서 관찰되는 것과 비교할 수 있는 값으로 "조정"하는 엡실론의 값을 결정함으로써 주파수-의존성 엡실론 인수가 결정될 수 있다.
B. 자동상관 신호의 FFT
제2 신호-분석 스코어의 일반적인 결정방법에서, 선택된 노이즈 자극에서 기록된 시간-도메인 신호는 자동상관되고, 자동상관된 신호의 고속 푸리에 변형 (FFT)이 신호-분석 플롯, 즉 주파수 도메인 내의 신호의 플롯에 사용된다. 그 다음 FFT은 선택된 주파수 범위, 예컨대 DC 내지 1 kHz 또는 DC 내지 8 kHz를 넘어서 평균 노이즈 이상의 스펙트럼 신호의 수를 스코어하는데 사용된다.
도 11은 본 제2 실시상태에 따른 스코어 기록된 시간-도메인 신호에서 행해지는 단계의 플로우 다이어그램이다. 시간-도메인 신호는 404에서와 같이 초기 수준으로 설정된 자기장 자극 수준 상에 게인과 함께, 상기(박스 402)와 같이 샘플링, 디지털화, 필터링된다. 샘플 화합물(402)에 대한 통상적 시간 도메인 신호가 표준 자동상관 알고리즘을 사용하여 408에서 자동상관되고, 자동상관된 함수의 FFT 가 표준 FFT 알고리즘을 사용하여 410에서 발생된다.
FFT 플롯은 자동상관된 FFT에서 관찰되는 평균 노이즈 보다 통계적으로 큰 스펙트럼 피크의 수를 카운트함으로써 412에서 스코어되고, 스코어는 414에서 계산된다. 이 프로세스는 피크 스코어가 기록될 때까지, 즉 주어진 신호에 대한 스코어가 노이즈 자극 이들 증가와 함께 감소하기 시작할 때까지 단계 416 및 406을 통 해 반복된다. 피크 스코어는 418에서 기록되고, 프로그램 또는 사용자는 422에서 시간-도메인 신호의 파일로부터 피크 스코어(박스 420)에 해당하는 신호를 선택한다.
상기와 같이, 이 실시상태는 수동 모드에서 행할 수 있으며, 이때 사용자는 증분에서 노이즈 자극 설정을 수동으로 조정하고, 수동으로 FFT 스펙트럼 플롯으로부터 분석하고(카운트 피크), 피크 스코어를 사용하여 하나 이상의 최적 시간-도메인 신호를 식별한다. 대안적으로, 단계의 하나 이상의 양태는 자동화될 수 있다.
C. 평균 FFT
신호-분석 스코어 결정에 대한 다른 실시상태에서, 많은 FFT, 예컨대 각 노이즈 자극 이들에서 10-20시간 도메인은 평균되어 스펙트럼-피크 플롯을 생성하고, 스코어는 상기와 같이 계산된다.
도 12는 이 제3 실시상태에 따라 스코어 기록된 시간-도메인 신호에서 행해지는 단계의 플로우 다이어그램이다. 시간-도메인 신호는 426에서와 같이 초기 수준으로 설정된 자기장 자극 수준 상의 이들과 함께, 상기와 같이(박스 424) 샘플링, 디지털화, 필터링된다. 그 다음 프로그램은 428에서 각 자극 이들에서 시간 도메인 신호(들)에 대하여 FFT의 시리즈를 발생하고, 이들 플롯은 430에서 평균된다. 평균 FFT 플롯을 사용하여, 432, 434에서와 같이 평균 FFT에서 관찰되는 평균 노이즈 보다 통계적으로 큰 스펙트럼 피크의 수를 카운팅함으로써 스코어화가 행해진다. 이 프로세스는 피크 스코어가 기록될 때까지, 즉 주어진 신호에 대한 스코어가 노이즈 자극 이들 증가와 함께 감소하기 시작할 때까지 단계 436 및 437을 통 해 반복된다. 피크 스코어는 438에서 기록되고, 프로그램 또는 사용자는 422에서 시간-도메인 신호의 파일로부터 피크 스코어(박스 440)에 해당하는 신호를 선택한다.
상기와 같이, 이 방법은 수동, 반자동 또는 완자동 모드로 행할 수 있다.
D. 상호상관 역치
신호-분석 스코어를 결정하는 다른 실시상태에서, 상호상관 알고리즘은 역치와 조합하여 사용된다. 먼저, 응답 시계열 데이터는 평균값을 계산하여 데이터 전체에서 이것을 뺌으로써 평균이 0이도록 오프셋으로 된다. 그 다음 지속 Tau의 데이터의 블록이 이 시간-시리즈 데이터의 시간 근처에서 추출되고, 데이터 세트의 나머지로 상호상관이 행해진다. 상호상관에 대한 알고리즘은 널리 알려져 있다. 상호상관 출력이 표준 편차값을 계산하는데 사용된다. 표준편차를 계산하는 알고리즘은 잘 알려져 있다. 그 다음 이 표준편차는 통상적으로 2.0인 알파라고 하는 인수로 곱해져서 역치를 발생시킨다. 상호상관 출력은 그 다음 이 역치에 대하여 비교되고, 상호상관 출력이 역치를 초과하는 시간의 수가 카운트된다. 카운트값은 그 응답 시간-시리즈 데이터에 대한 스코어이다.
이 응답 시간-시리즈 데이터에 대한 스코어 계산 방법은 Tau 데이터 블록 내에 포함되는 데이터 패턴이 얼마나 자주 데이터의 나머지에서 반복되는지의 척도를 제공하고, 따라서 얼마나 많은 데이터 패턴이 샘플에 의해 생성되는지의 측정을 구성된다.
스코어는 Tau 지속 범위에 대한 데이터에 의해 응답 시간-시리즈에 대하여 계산되어 샘플에 의해 생성된 데이터 패턴의 적절한 포착을 확보한다.
스코어값은 다양한 자극 가우시안 백색 노이즈 진폭 또는 오프셋과 같은 다양한 조건하에서 샘플에 대하여 계산될 수 있다. 스코어 값의 결과 세트의 비교는 샘플로부터 가장 강한 데이터 패턴을 생성하는 샘플 조건의 식별을 가능하게 한다. 이들 조건은 그 다음 효과적인 화학 또는 생물학적 시스템에 사용하기 위한 데이터를 획득하는데 사용될 수 있다.
한 실시상태에서, 시스템은 MIDS 유닛으로부터 기록된 SQUID 데이터(통상적으로 60)를 나타내는, AV-포맷 파일로부터 시간 시리즈 데이터를 추출한다. 지속 Tau의 데이터의 블록(통상적으로 5 내지 20 ms)은 시간 시리즈의 시간 근처에서 얻어지고, 데이터의 나머지로 상호상관을 행하여 상호상관 데이터 세트를 산출한다.
상호상관 상세내용
신호 x(t) 및 y(t)의 상호상관 Rxy(t)는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112009037374557-PCT00001
상기에서, 기호 ⓧ는 상관을 표시한다.
상호상관 VI의 이산 실행은 다음과 같다. h는 시퀀스의 인덱스가 음의 값일 수 있는 시퀀스를 나타내고, n은 입력 시퀀스 X에 있는 요소들의 수이고, m은 시퀀스 Y에 있는 요소들의 수라고 하고, 범위를 벗어나 있는 X 및 Y의 인덱스 요소가 0이라고 가정하면,
Figure 112009037374557-PCT00002
이고,
Figure 112009037374557-PCT00003
이다.
다음에, 상호상관 VI가
Figure 112009037374557-PCT00004
를 사용하여 h의 요소를 얻는다.
출력 시퀀스 Rxy의 요소는
Figure 112009037374557-PCT00005
에 의해 시퀀스 h에 있는 요소들과 관련된다.
다음에, 이 상호상관 데이터 세트의 평균을 계산하고, 인자 Alpha(전형적으로 1.1)를 곱하여 역치를 구한다. 상호상관 데이터 세트가 역치와 교차하는 총 횟수를 카운트하고, 이 카운트를 Score 값으로 출력한다.
Score 값은 본질적으로 상호상관 데이터 세트가 얼마나 다루기 힘든가를 나타내는 기준이며, 따라서 초기 데이터 블록의 패턴(Tau 지속기간의)이 후속 데이터에서 얼마나 자주 반복되는가를 나타내는 기준이 된다.
이러한 반복 패턴은 초기 데이터 블록에 존재할 수 있고 존재하지 않을 수도 있으므로, 초기 데이터 블록의 위치 및 크기를 변화시켜 결과의 Score 값의 통계적 유의성을 정한다.
Score 결과의 예를 도 13에 나타낸다. 상부 그래프는 X-축 상에 File #, Y-축 상에 Tau, 및 Z-축 상에 Score를 나타낸다. File #는 취득 파라미터를 변화시키면서 축적된 파일 순서에 상응한다. 이 예에서, MIDS 자극 오프셋은 +100 mV에서 +250 mV로 9번 반복적으로 증분된다. Tau는 초기 데이터 블록의 지속기간을 말하며, 이것은 어떤 데이터 패턴의 캡쳐를 확보하기 위해 증분된다. 각 X, Y 좌표에서 Score는 컬러 지도에 의해 표시된다. 이 예에서, 스코어 O은 검은색, 5000은 청색, 그리고 10000은 흰색이고, 중간값은 중간색으로 표시된다.
사용자는 붉은색 커서를 손으로 이리저리 움직여 강도 그래프를 관통하여 수평으로 또는 수직으로 얇게 분할할 수 있다. 이 예에서는 수평으로 분할되며, 슬라이스를 가로지른 데이터는 하부 직선 그래프에 표시된다.
하부 직선 그래프는 Score 값이 어떻게 변하는지를 나타낸다. 이 예에서는 Score가 +105 mV 내지 +130 mV MIDS 범위의 오프셋에서 취득된 파일에서 전형적으로 얼마나 더 높은가를 나타내며, 모티프는 오프셋 증분의 반복에 동조하여 9번 반복된다. 이것은 나머지 오프셋에서는 존재하지 않는 +105 mV 내지 +130 mV 오프셋에서 존재하는 데이터 패턴(미지 구조의)을 나타낸다.
E. 위상-공간 비교
신호-분석 스코어를 정하기 위한 다른 구체예에서, 위상-공간이 응답 시계열 데이터에 대해서 계산되고, 이 위상-공간이 다른 시계열 데이터로부터의 위상-공간 과 상관된다. 먼저, 응답 시계열 데이터를 사용하여 Average Mutual Information를 계산한다. 최초의 최소값은 최적 Tau 값에 상응한다. 다음에, 이 Tau 값을 사용하여 Takens 정리를 이용하여 N-차원 위상-공간을 계산한다. Takens 정리에 대한 알고리즘은 잘 공지되어 있다.
다음에, 결과의 위상-공간 구조를 다른 시계열로부터의 위상-공간 구조와 비교한다. 비교는 전형적으로 샘플 존재시 취득된 데이터와 샘플 없이 취득된 데이터 사이에서, 또는 샘플 존재시 취득된 데이터와 용매만 존재할 때 취득된 데이터 사이에서 이루어질 수 있다.
비교는 위상-공간 영역 전체에서 위상-공간 밀도를 비교함으로써 수행된다. 이것은 확률 어레이 S의 자연 로그를 확률 어레이 R로 나눔으로써 구해진 몫의 절대값의 가중평균을 계산함으로써 산출된다. 확률 어레이 S 및 R은 샘플 위상 공간 및 레퍼런스 위상 공간을 유한수의 빈으로 비닝한 다음, 1로 정규화함으로써 형성된다. 비교 결과의 출력이 스코어 값이다.
스코어 값은 가우시안 백색 노이즈 자극 진폭 또는 오프셋을 변화시키는 등, 조건을 변화시키면서 샘플에 대해 계산될 수 있다. 결과의 스코어 값 셋트의 비교에 의해 샘플로부터 최강의 데이터 패턴을 생성하는 샘플 조건의 확인이 가능하다. 다음에, 이들 조건을 사용하여 화학적 또는 생물학적 시스템의 작동에 사용하기 위한 데이터를 취득할 수 있다. 먼저, 유입되는 시계열 데이터("Voltage Array in")을 그 값이 0에서 전형적으로 1000인 "Phase Space Size"까지의 범위가 되도록 축척한다. 다음에, 이들 값을 정수로 이산화한다. 다음에, 이들 정수를 전형적으로 1000x1000인 2-차원 어레이 Phase Space의 인덱스로서 사용한다. "Tau" 지속기간에 의해 분리된 정수 쌍들을 사용하여 위상-공간에서 X, Y 위치를 특정하고, 이 위치에서의 값을 1씩 증분한다. 시계열 데이터를 따라 이동함으로써 모든 가능한 이러한 정수 쌍들이 사용되고, 이로써 위상-공간에 순 패턴이 발생된다.
예를 들어, 샘플 및 레퍼런스로부터의 두 상이한 위상-공간을 비교하기 위하여, 두 위상-공간(샘플 어레이 및 레퍼런스 어레이)을 이들의 합으로 나누어 정규화하여 각각 Ps(xyz)와 Pr(xyz)을 얻는다. 다음에, 어레이 내의 각 요소를 사용하여 하기의 순 차이를 계산한다:
Difference = (sum
((sqrt(Ps(xyz)*Pr(xyz)))*(abs(ln(Ps(xyz)/Pr(xyz))))))/(sum(sqrt(Ps(xyz)<*>Pr(xyz))))
이 차이는 주어진 자극 노이즈 진폭 및 오프셋과 같은 특정 데이터 취득 조건에서의 Score 값을 표시한다. 이 차이 계산을 진폭 및 오프셋의 범위에 걸친 데이터 세트에 적용하면 Score 값의 세트가 제공된다. 최고 Score 값은 샘플이 데이터에 대해 최대의 비-선형 영향력을 가졌던 경우를 나타내며, 이로써 생물학적 변환에 있어서 그것의 유효성을 시사한다.
5개의 스코어링 알고리즘 중에서 (i) FFT 자동상관법(알고리즘 B), (ii) 위상-공간 비교(알고리즘 E), 또는 (iii) 히스토그램법(알고리즘 A)이 선호된다.
IV. 변환 장치 및 프로토콜
이 섹션은 상기 섹션 I 및 II에 설명된 방법에 따라서 발생 및 선택된 신호 를 사용하여 샘플을 변환시키기 위한 장치 및 방법을 설명한다. 본 실험들에 사용된 신호는 상기 설명된 방법에 따라서 형성된 최적화된 시간-도메인 신호로서, 본 발명에 따른 신호는 각종 시험관내 또는 포유류 시스템에서 화합물-특이적 반응을 야기할 수 있는 능력을 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따라서 제제-특이적 신호로 샘플을 변환하는 장치의 레이아웃이다. 이 특정한 레이아웃은 5개의 상이한 샘플을 수용하며, 변환 코일 내에 고정되어 전자기 신호에 노출되는 3개 샘플(444, 446, 및 448), 대조군으로 사용되는 샘플(450), 및 화학물질-유도 대조군으로 사용되는 샘플(452)이 그것이다. 도 15의 시스템이 실험에 사용될 수 있으며, 환자 치료를 위해 사용되는 경우에는 부재번호 448, 450, 452 등과 같은 일부 요소는 생략될 수 있다.
제제-특이적 신호에 의한 변환은 샘플에 최적화된 제제-특이적 신호를 "플레이"함으로써 수행되며, 신호가 CD에 기록되는 경우, 예비증폭기(456) 및 오디오 증폭기(458)를 통해 기록된 CD(454)에서 플레이된다. 나타낸 대로, 이 신호는 별도의 채널을 통해 전자기 코일(444 및 446)에 공급된다. 한 구체예에서, Sony Model CDP CE375 CD 플레이어가 사용된다. 플레이어의 채널 1번은 Adcom Pre Amplifier Model GFP 750의 CD 인풋 1번에 연결된다. 채널 2번은 Adcom Pre Amplifier Model GFP 750의 CD 인풋 2번에 연결된다. CD는 각 채널로부터 동일한 신호를 플레이하도록 기록된다. 또는 달리, CD는 각 채널로부터 상이한 신호를 플레이하도록 기록될 수도 있다. 샘플(448)의 코일은 주로 실험 대조군으로서 가우시안 백색 노이즈 필드를 생성하기 위해 사용된다. 예를 들어, GR 아날로그 노이즈 발생기가 이 코 일에 대한 가우시안 백색 노이즈 소스를 제공한다. 또는 달리, 이 코일은 제 2 크라운 증폭기에 의해 어떤 사전기록된 변환 신호를 플레이하기 위해 사용될 수도 있다.
도 15는 도 14에서 샘플(444, 446, 및 448) 중 어느 것에 의해 표시된 것과 같은 샘플 변환 장치(466)이다. 이 장치는 전자석(470)을 수용하는 챔버(468), 및 챔버 내부 상태, 예를 들어 온도를 모니터하기 위한 각종 프로브를 포함한다. 전자석은 베이스(474) 위에 자리하며, 종래대로 토로이드형 강자성체 코어와 와이어 감김을 포함한다.
전자석은 샘플이 놓인 영역의 자기장 규모, 그래디언트, 및 배향을 제어하기 위하여 1회 이상 감길 수 있다.
변환 장치의 한 구체예에서, 코일은 코일 간의 균일한 성능을 제공하기 위하여 American Magnetics에 의해 가공되어 제조된다. 각 코일은 직경 약 2"의 에어 코어를 가진 에나멜 코팅된 #8 게이지(awg) 스퀘어 구리 자석 와이어의 416회 턴으로 구성된다. 각 코일은 10 Volt RMS, 10 Amp RMS, 11 Hertz에서 중심부에서 대략 1500 Gauss를 생성할 수 있으며, 온도 상승은 15℃를 초과하지 않는다.
변환하는 성분이 로우-필드 NMR 신호이거나, 또는 NMR 성분을 함유하는 경우에 사용하기 적합한, 변환 장치의 제 2 구체예에서는, 코일 쌍이 대략 동일한 직경 거리로 축 분리되어 Helmholtz 형상을 형성할 수 있다. 전류는 양 코일에서 동일한 방향으로 순환한다. 이 형상은 코일 쌍의 중심부 근처에서 자기장 균일성을 최적화한다.
변환하는 성분이 로우-필드 NMR 신호이거나, 또는 NMR 성분을 함유하는 경우에 사용하기 역시 적합한, 변환 장치의 제 3 구체예에서는, 두 쌍의 Helmholtz 코일이 서로의 상부에서 감기는데, 이때 한 쌍은 전류가 양 코일에서 동일한 방향으로 순환하고, 나머지 쌍은 전류가 반대 방향으로 순환한다. 이 형상에서는 자기장 그래디언트를 제어될 뿐만 아니라, 자기장 규모도 제어된다.
변환 장치의 다른 일반적인 구체예에서, 몇 개의 Helmholtz 코일 쌍들이 서로 직교하여 구축될 수 있다. 이 형상은 샘플에 적용되는 자기장의 구조를 제어하는데 있어서 상당한 유연성을 허락한다. 예를 들어, 정자기장이 한 축을 따라 적용되고, 가변 자기장이 다른 축을 따라 적용될 수 있다. 이러한 형상은 생물학적 시스템에 NMR-타입 신호를 적용하는데 유용할 것이다. 7 microTesla의 정자기장이 제 1 코일을 통해 일정 전류에 의해 발생되고, 더 적은 진폭의 가변 자기장이 제 2 코일을 통해 가변 전류에 의해 발생된다. 가변 전류는 함께 부가되는 사인파 세트에 의해 발생되며, 이 경우 사인파는 7 microTesla에서 계산된 NMR 스펙트럼에 상응하는 주파수를 가진다.
변환 장치는 샘플이 놓인 영역의 환경으로부터 오는 제어 불가능한 외부 장들을 최소화하기 위하여 차폐된 엔클로저에 위치될 수 있다.
차폐의 한 구체예에서, 변환 장치는 변환 장치보다 최소 3배 더 큰 훨씬 큰 엔클로져 안에 위치된다. 이런 대형 용기는 땅에 접지된 구리 메쉬로 라이닝된다. 이러한 용기를 통상 "패러데이 케이지"라고 한다. 구리 메쉬는 약 10 kHz보다 큰 외부 환경적 전자기 신호를 약화시킨다.
차폐의 제 2 구체예에서, 변환 장치는 최소한의 구조적 불연속성을 가진 알루미늄 시트 또는 다른 고체 전도체로 구축된 대형 엔클로져 안에 위치된다. 이러한 용기는 약 1 kHz보다 큰 외부 환경적 전자기 신호를 약화시킨다.
차폐의 제 3 구체예에서, 변환 장치는 변환 장치보다 최소 5배 더 큰 대단히 큰 3개의 직교 Helmholtz 코일 쌍 세트 안에 위치된다. Helmholtz 코일 쌍의 기하 중심 근처에 변환 장치로부터 다소 떨어져서 플럭스게이트 자기 센서 용기가 위치된다. 플럭스게이트 센서로부터의 신호가 피드백 장치, 예를 들어 Lindgren, Inc.에 입력된다. 자기 보상 시스템, 및 Helmholtz 코일을 유도하기 위해 사용된 피드백 전류가 Helmholtz 코일 내의 영역을 강제로 제로 필드로 유도한다. Helmholtz 코일 쌍이 매우 크기 때문에, 이 영역 또한 상응하여 크다. 더욱이, 변환 장치가 비교적 작은 코일을 사용하므로, 이들의 필드는 플럭스게이트 센터를 간섭할 만큼 충분히 외부로 확장되지 않는다. 이러한 Helmholtz 코일 쌍 세트는 0.001 Hz 내지 1 kHz의 외부 환경적 전자기 신호를 약화시킨다.
차폐의 제 4 구체예에서, 변환 장치는 상기 언급된 구리 메쉬 또는 알루미늄 엔클로져에 위치될 수 있으며, 이 엔클로져가 상기 언급된 Helmholtz 코일 쌍 세트 안에 위치된다. 이와 같은 형상은 이들의 조합된 범위에 걸쳐 외부 환경적 전자기 신호를 약화시킬 수 있다.
작동시, 샘플, 예를 들어 시험관내 시스템 또는 포유류 피험체 또는 포유류 피험체의 선별된 표적 영역이 변환 장치 코일 안에 중심부에 놓인다. 따라서, 예를 들어, 코일은 지지대의 대향 단부에, 또는 지지대의 대향 측면 상에, 그리고 환 자 머리의 대향 측면 상에 있을 수 있다. 다음에, 도 15에 도시된 것과 같은 신호 발생 장치를 사용하여 코일이 활성화되고, 바람직하게는 섹션 III에 설명된 스코어링 알고리즘 중 하나에 의해 선택된, 제제-특이적 시간-도메인 신호에 의해 시스템이 변환된다.
변환 파라미터, 즉 시스템이 노출되는 선택되는 변환 조건은 (i) 적용된 시간-도메인 신호의 전압, (ii) 적용된 신호의 지속기간, 및 (iii) 적용된 신호의 스케쥴링이다. 적용되는 전압은 0보다 약간 큰 값에서부터 약 100 Volt까지의 범위에 걸쳐 있을 수 있다. 적용 시간은 수 분에서 수 일까지일 수 있다. 스케쥴링은 신호 오프와 신호 온의 교대 기간을 말하며, 이들 교대 기간은 신호의 온-오프 상태가 빠르게 교대하는 아주 짧은 기간, 예를 들어 단지 수 초에서부터, 예를 들어 수 시간 온 상태이고 수시간 오프 상태인 확장된 기간까지로 할 수 있다.
하기 나타낸 대로, 본 발명의 한 양태에 따라서, 최적의 이펙터 시간-도메인 신호, 및 포유류 시스템의 변환을 위한 최적화된 변환 조건이 포유류 시스템을 단순화한 시험관내 유사물을 사용한 변환 연구에 의해 확인될 수 있다.
V. 포유류 시스템에 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 시간-도메인 신호의 발생 방법
상기 섹션 II와 III은 제제, 예를 들어 시험관내 또는 포유류 시스템에서 이펙터로서 작용한다고 공지된 화합물에 알맞은 저주파 시간-도메인 신호를 발생시키고, 기록된 신호들 중에서 최적의 시간-도메인 신호를 선택하는 방법을 설명한다. 간단히 말해서, 섹션 II에 상세히 설명한 대로, 포유류 시스템에서 작동할 수 있는 제제가 자기 및 전자기 차폐된 샘플 용기 안에 놓이고, 선택된 자기장 자극이, 예를 들어 샘플 용기를 둘러싼 Helmholtz 코일에 의해 샘플에 적용되고, 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호가, 예를 들어 극저온 용기 안의 SQUID에 의해서 기록되며, 신호 기록은 복수의 상이한 자극 자기장 조건, 예를 들어 상이한 노이즈 또는 오프셋 전압에서 각각 행해진다. 전형적으로, 약 50 내지 약 1,000개의 시간-도메인 신호에서 포유류 시스템의 변환을 위한 최적 신호를 찾기에 충분한 신호 세트가 제공된다. 예를 들어, 신호는 10개의 상이한 샘플 농도 각각에 대해, 50개의 상이한 자기장 자극 조건 각각에서 기록될 수 있으며, 이로써 500개의 시간-도메인 신호가 생성된다.
다음에, 상이한 자기-자극 조건에서, 선택적으로 상이한 샘플 농도에서 제제에 대해 기록된 복수의 저주파 시간-도메인 신호를 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하며, 상기 섹션 III에서 설명된 스코어링 알고리즘 중 하나를 사용한다. 이 단계에서, 상이한 선택된 자기장 자극에서의 기록을 표시하는 각 시간-도메인 신호가 점수화되고, 최고 스코어를 가진 신호 - 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수가 가장 높음을 의미 - 가 시험관내 시스템을 변환할 수 있는 최적 신호를 확인할 수 있는 후보로서 확인된다. 전형적으로, 이 스코어링 방법에 의해 최고 스코어를 가진 3-10개의 신호가 확인된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 상기 스코어링 알고리즘에 의해 확인된 시간-도메인 신호는 포유류 시스템에서의 유효성에 대하여 더 선택될 수 있는데, 이것은 더욱 복잡한 포유류 시스템에 일어나는 제제와 생화학적 표적의 상호작용을 반영하는 단순화된 모델로서 기능하도록 설계된 시험관내 시스템에서 높은 스코어를 기록한 신호를 각각 시험함으로써 행해진다. 상기 주지된 대로, 시험관내 시스템은 또한 변환 코일에 적용되는 신호 전압, 변환 시간, 및 변환 신호에 대한 시스템 노출의 스케쥴링을 포함하여, 최적의 변환 파라미터를 확인하는데 유용할 수 있다.
많은 연구에서 중점 대상이 되는 한 예에서, 이펙터 제제는 미세관으로의 튜뷸린 조립을 자극하고 안정화함으로써 작용한다고 알려진 항-종양제인 탁솔(파클리탁셀이라고도 한다)이다. 생체내에서 탁솔은 세포 미세관의 동태를 방해함으로써 유사분열 상태에서 세포를 정지시키고, 적재물의 세포내 수송을 방해하며, 세포 모양, 세포 이동 및 세포막 상에서 분자의 분포를 파괴한다. 따라서, 시험관내에서 튜뷸린의 조립을 촉진하는 탁솔의 능력은 생체내에서의 작용 메커니즘과 직접적인 관련이 있다.
가장 효과적인 탁솔-관련 시간-도메인 신호를 선택하기 위한 시험관내 시험으로서 첨가된 화합물의 튜뷸린 조립 활성을 결정하는데 사용되는 표준 튜뷸린 응집 분석법이 채택되었다. 이 분석법은, 예를 들어 Shelanski, M. L., Gaskin, F. and Cantor, C. R. (1973). 뉴클레오티드의 첨가가 없는 미세관 조립. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 70, 765-768; 및 Lee, J. C. and Timasheff, S. N. (1977). 송아지 뇌 미세관의 시험관내 재건: 각종 용액의 효과. Biochemistry, 16, 1754-1762에 설명되었다.
분석 프로토콜은 키네틱 모드에서 340nm에서 분광광도계 세트를 이용하여 큐 벳에서 단일 분석을 수행하도록 설계되었다. HTS-튜뷸린은 Cytoskeleton, Inc.에서 구입하였고, 냉동건조 단백질로서 다수의 바이알로 공급된다. 냉동건조 튜뷸린을 튜뷸린 중합 버퍼(GPEM)에 최종 농도 1.5 mg/ml로 현탁했다. 분석을 시작하기 전에, 분광광도계를 키네틱 모드로 설정한다. 튜뷸린 중합 버퍼를 블랭크로 사용하여 분광광도계를 340nm에서 0으로 맞춘다. 분석하는 동안 데이터는 필요에 따라 10초, 30초 또는 60초마다 수집한다. 평균화 시간은 1초로 설정하였다. 하기 보고된 연구들에서 이 분석은 20분간 수행되었다.
한 시험관내 시험 그룹에서, Cremophore™에 최종 농도 6 mg/ml로 현탁된 탁솔 샘플로부터의 저주파 신호를 기록함으로써 탁솔-특이적 시간-도메인 신호를 얻었다. 이 신호는 도입된 DC 오프셋에서 기록되었으며, 노이즈 수준은 10에서 241 mV 사이로 설정하고 1 mV씩 증분시켰다. 이 도입된-노이즈 수준 범위에 걸쳐서 총 241개의 시간-도메인 신호가 얻어졌으며, 이들을 상기 상세히 설명된 FFT 자동상관 알고리즘에 의해 분석하여, 추가의 시험관내 시험을 위한 8개의 시간-도메인 탁솔 신호를 얻었다. 이들 중에서, 지정된 신호 M2(3)이 상기 설명된 시험관내 변환 연구에서 8개의 신호 중 가장 효과적이었다.
하기 중합 조건에 따라 1.5 mg/ml 농도로, GPEM 버퍼 중에 튜뷸린을 노출시킴으로써 튜뷸린-조립 반응을 수행하였다: (i) 버퍼(대조군); (ii) 튜뷸린 단독(제 2 대조군); (iii) 탁솔, 4 μM 최종 농도로 첨가; 및 (iv) 상기로부터의 M2(3) 탁솔 신호, 대략 1.693294 mG 자기장을 생성하도록 계산된 변환 전압에서 20분에 걸쳐 변환. 340nm에서 광학 흡수의 변화를 각 샘플에 대해 연속적으로 측정하였고, OD340 데이터를 사용하여 변환 연도 동안 1분 간격마다 튜뷸린 중합 속도(340nm에서 dA/분)를 계산하였다.
시간 포인트 1, 2, 3, 4 및 5분에서 튜뷸린 중합 속도로서 표현된 연구 결과를 도 16A-16F에 막대그래프로 각각 나타낸다. 각 도면에서, M2(3)1 , M2(3)2, 및 M2(3)3은 동일한 신호이지만 약간 상이한 자기장 수준의 별도의 변환 챔버에서 변환된 것을 표시한다. 이 데이터는, 단지 1분 후에도, 두 대조군에 비해서, 그리고 탁솔 자체와 비교해서도, M2(3) 변환 신호가 튜뷸린 중합 속도의 유의한 증가를 야기하는데 효과적임을 보여준다(도 16A). 2분째서(도 16B), 3개의 M2(3) 신호 중 2개의 중합 속도가 상당히 증가했으며, 탁솔-함유 샘플에 대해서도 역시 마찬가지였다. 이런 경향은 3, 4 및 5분째에도 계속되었으며, 5분째의 신호 변환에 의해 탁솔 자체로 인한 중합 속도는 튜뷸린 중합 속도를 앞질렀다.
또한, 20분 분석 시간의 마지막에 각 샘플에 대해 반응의 Vmax를 계산했다. 튜뷸린 중합 분석은 각각 상이한 Vmax 값을 가진 3개의 개별 사건을 포함하는 것으로 알려져 있으며, 전체 분석에 걸친 최대 반응 속도를 표시하는 하나의 복합 Vmax 값이 결정되며, 이들 값을 도 17에 그래프로 나타낸다. 나타낸 대로, 대조군 Vmax 값은 모두 약 0.2 내지 0.3이었다. 4 μM 농도의 탁솔이 1.8 근처의 최고 Vmax 값을 나타냈고, 탁솔-신호 샘플 중 2개가 1.4를 약간 넘는 높은 값을 가졌다. 세 번째 탁솔-신호 샘플은 대조군 값보다는 실질적으로 높았지만 상당히 낮은 값이었다.
상기 상세히 설명된 방법에 따라서 발생되고 확인된 다른 탁솔 시간-도메인 신호에 의한 변환을 이용하여 많은 유사한 연구가 수행되었다. 얻어진 결과는 상 기 설명된 것과 유사했지만, 신호에 따라서 튜뷸린 중합 정도에서 변화가 관찰되었고, 상이한 시간에서 동일한 신호에 대해서는 또한 동일한 정도의 변화가 중합제로서 탁솔 자체에 대해 관찰되었다. 이에 더하여, 백색 노이즈에 튜뷸린 샘플의 노출은 통계적으로 대조군 수준을 넘는 튜뷸린 조립 활성을 야기하지 못했다.
상기로부터의 결과에 기초하여, 시간-도메인 신호 M2(3), 및 튜뷸린 시험관내 분석에서 역시 우수한 활성을 나타낸 3개의 추가 탁솔-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 포유류 시스템에서의 튜뷸린 연구를 위해 선택하였다. 이 신호들은 도 18에서 신호 A, B, C, 및 D(M2(3) 신호)로서 확인된다. 본 연구에서, 10마리 마우스로 이루어진 5개 그룹의 각 마우스에, 마우스의 우측 전두엽에 5x105 U87 아교모세포종 세포를 주사하고, 1일 후에 탁솔 신호를 사용한 치료를 시작하였다. 본 연구에 사용된 변환 장치는 코일이 감긴 2-ft 직경 라이트-앵글 실린더였다. 이 실린더에는 표준 마우스 또는 래트 케이지가 수용되며, 이로써 마우스가 신호의 MIDS 플레이백에 일정하게 노출된다. 치료 동안, 각 그룹의 10마리 마우스는 모두 1개의 케이지에 수용되며, 연속 플레이백 하에 대형 변환 코일의 중심 원통형 공동 영역 내에 유지되고, 사료와 물이 제공된다. 그 결과, 60일의 연구 지속기간 중 약 90-95%가 연속 노출 의무 시간이 된다. 치료는 신호 미사용 또는 1개 또는 4개의 탁솔-특이적 신호의 사용을 포함했으며, 신호는 전체 연구 과정에 걸쳐 80-110 G의 자기장에 걸쳐서 1 스윕/초의 스윕 빈도로 신호를 연속 스위핑함으로써 코일에 적용된다. 즉, 각 신호는 선택된 자기장 범위에 걸쳐서 신호를 스위핑함으로써 그룹 내의 10마리 동물 각각에 연속하여 플레이되며, 청소 및 사료제공을 위해서만 가끔 중단된다.
연구 결과를 도 18에 60일 기간에 걸쳐 각 그룹에서 생존한 동물 수에 따른 그래프로 나타낸다. 아마도 혈액 뇌 장벽을 효과적으로 통과할 수 없기 때문에 탁솔의 뇌 송달은 불량하다고 알려져 있으므로 탁솔만의 효과(화합물)는 본 연구에서 시험하지 않았다. 나타낸 대로, 대조군의 10마리 동물은 모두 34일째에 죽었으며, 동일한 생존율이 탁솔 신호 A에 의한 치료에서 얻어졌다. 그러나, 튜뷸린 중합 분석에서 튜뷸린 조립을 촉진하는 것으로 상기 나타난 시간-도메인 신호인 탁솔 신호 D, 및 탁솔 신호 B는 모두 상당히 향상된 생존율을 보였다: 신호-D 그룹의 마우스는 46일까지 20% 생존율을 나타냈고, 신호-B 그룹의 마우스는 20%의 최종 생존율을 나타냈다.
이 결과는 다양한 선택된 자기장 도입 조건 하에서 발생되고, 스코어링 알고리즘에 의해 선택된 다음, 포유류 시스템에서의 제제의 작용 메커니즘을 의태하는 시험관내 시스템에서 더 선택되었을 때, 저주파 시간-도메인 신호를 사용하여 포유류 시스템에 대한 제제 자체의 효과를 의태할 수 있음을 증명한다.
신호 변환에 의해서 탁솔-관련 항-종양 효과를 야기하는 신호를 선택하기 위한, 효과적인 시간-도메인 신호를 발생시키고 선택하기 위한 시스템이 탁솔 및 시험관내 튜뷸린 조립 분석과 관련하여 상기 예시되었다. 포유류 질환을 치료하는데 사용되는 각종 약물이, 포유류 숙주에서 유사한 약물-표적 상호작용을 생성하는데 효과적인 약물-발생 자주파 시간-도메인 신호를 확인하기 위한 시험관내 시스템에서 모델링될 수 있는 약물 표적으로 확인되었음이 인정될 것이다.
예를 들어, 튜뷸린과 결합하여 작용하는 많은 약물이 유사한 시험관내 튜뷸린 분석에 의해 최적화된 시간-도메인 신호에 대해 유사하게 시험될 수 있다. 이러한 약물은, 탁솔 이외에, 도세탁셀(Taxotere), 에포틸론, 디스코데르몰리드, 콜치신, 콤브레타스타틴, 2-메톡시에스트라디올, 메톡시벤젠-술폰아미드 에스트라뮤스틴, 및 빈카 알칼로이드, 예를 들어 빈블라스틴(Velban), 빈크리스틴(Oncovin), 빈오렐빈(Navelbine), 빈플루닌, 크립토피신, 할리콘드린, 돌라스타틴, 및 헤미아스터린을 포함한다.
다른 예로서, 다수의 약물은 특정 셀 수용체, 예를 들어 G 단백질 수용체와 결합하는 능력을 통하여 기능한다. 시험관내 시험을 위하여, 예를 들어 재조합 형광 단백질의 발현을 통하여, 표적 수용체와 결합된 제제를 검출할 수 있도록 설계된 유전 변경된 게놈을 가진 많은 상이한 포유류 세포들이 세포의 신호 변환의 효과가 관찰되는 조건 하에서 배양될 수 있다. 따라서, 이 치료 모델에서, 변환하는 제제는 수용체-결합 분자이며, 시험관내 시스템은 결합되어 검출가능한 세포 반응을 야기하는 제제에 반응하는 세포-배양 시스템이고, 포유류 시스템은 결합하는 제제에 의해 치료될 수 있는 질환 상태를 가진 포유류 피험체이다.
유사하게, 많은 약물이 가용성 또는 막-관련 효소의 활성을 억제하는 능력을 통하여 기능한다. 시험관내 시험을 위하여, 표적 효소는 시험관내 효소 반응 분석에 적합하게 될 수 있어야 할 듯하며, 이 경우 효소 활성에 대한 약물 효과는 검출가능한 기질과 관련된 효소 활성의 증가 또는 감소로서, 예를 들어 비색법으로, 검출될 수 있다. 따라서, 이 치료 모델에서, 변환하는 제제는 효소 결합제이며, 시 험관내 시스템은 효소 역학에 변화를 야기할 수 있는 제제에 대한 반응인 효소 분석 반응이고, 포유류 시스템은 결합하는 제제에 의해 정상적으로 치료되는 질환 상태를 가진 포유류 피험체이다.
VI. 변환 NMR 신호의 형성
본 발명의 한 구체예에서, 생물학적 시스템(하기 참조)을 변환하는데 사용되는 저주파 신호는 변환하는 제제, 예를 들어 치료제의 저주파 NMR 스펙트럼 신호이다.
NMR 스펙트럼, 예를 들어 종래의 하이-필드 NMR 신호는 고정된 규모의 정자기장에 놓인 샘플 용액에 특징적인 일련의 주파수 대역으로 구성된다. 양성자 NMR에서, 수소 핵의 Larmor 주파수는 샘플 분자 내에서 발생하는 스핀 커플링 과정 및 로컬 쉴딩 효과에 의해 주파수 대역으로 분할된다. 수소 핵에 대해, 자기회전비는 42.58 MHz/T이고, 따라서 7 T의 전형적인 NMR 기기에서, Larmor 주파수는 (42.58 MHz/T) * (7 T) = 300 MHz이며, 이것은 수 Hz 떨어진 밴드들로 분할된다. 7 uT의 훨씬 약한 필드에 있는 수소 핵에 대해, Larmor 주파수는 (42.58 MHz/T) * (7 uT) = 300 Hz이며, 이것 역시 수 Hz 떨어진 밴드들로 분할된다. 따라서, 필드 규모가 감소될 경우, 주파수 대역은 상응하는 양만큼 하방 이동하지만, 분할(스핀 커플링 과정으로부터)은 동일하게 유지된다. 어떤 로컬 쉴딩 효과는 로우-필드 강도에서는 무시해도 된다.
하이-필드 기기에서 얻어진 데이터를 사용하여 로우-필드 강도에서의 NMR 스펙트럼을 계산하기 위해 다음 작업이 수행된다. 예를 들어, 하이-필드 NMR 기기에 서, 분자 상의 메틸기 내의 스핀-커플링 과정으로 인해, 7 T 자기장에서 1.03 ppm, 1.13 ppm, 및 1.23 ppm에서 3개 피크를 얻고, TMS 기준물질에 의해 0.00 ppm에서 1개의 피크를 얻는다고 가정하자. TMS 기준물질에 비해 메틸 밴드 주파수는 Larmor 주파수를 곱한 만큼 ppm 이동 차이가 있을 것이다:
(1.03 ppm - 0.00 ppm) * 300000000 Hz = 310 Hz
(1.13 ppm - 0.00 ppm) * 300000000 Hz = 340 Hz
(1.23 ppm - 0.00 ppm) * 300000000 Hz = 370 Hz
TMS는 이론적으로 유의한 화학적 이동이 없으므로, 이것의 피크 위치는 단순히 Larmor 주파수인 300000000 Hz일 것이다. 따라서, 메틸기의 실제 주파수는 다음과 같다:
300000000 Hz + 310 Hz = 300000310 Hz
300000000 Hz + 340 Hz = 300000340 Hz
300000000 Hz + 370 Hz = 300000370 Hz
만일 화학적 이동 효과(저 자기장에서와 같은)가 없다면, 메틸기의 주파수는 Larmor 주파수 상에 집중되고, 그것으로부터 더 이상 이동하지 않을 것이다. 따라서, 메틸기의 중앙 밴드는 Larmor 주파수 상에 집중되고, Larmor 주파수에 대해 2개의 측면 밴드가 +30 Hz 및 -30 Hz에 있을 것이다:
370 Hz - 340 Hz = +30 Hz
310 Hz - 340 Hz = -30 Hz
7 microTesla 필드에서 Larmor 주파수는 (42.58 MHz/T) * (7 uT) = 300 Hz이 다. 따라서, 메틸기는 Larmor 주파수 300 Hz에서 중앙 밴드를 나타내고, 300 Hz + 30 Hz = 330 Hz 및 300 Hz - 30 Hz = 270 Hz에서 측면 밴드를 나타낼 것이다. 메틸기의 순 스펙트럼은 330 Hz, 300 Hz, 및 270 Hz일 것이다. 이것이 7 uT 자기장에서 이론적으로 발생해야 하는 계산된 NMR 스펙트럼이다. 이 계산은 최종 주파수가 음의 값일 만큼 너무 낮지 않은 로우-필드 강도에 대해서만 유효하다는 것을 유념한다.
다른 접근법으로서, 주어진 제제의 저주파 NMR 신호는 milliTesla 자기장에서 로우-필드 NMR 검출에 의해 직접 발생될 수 있으며, 이 경우 비동조 초전도 양자간섭장치(SQUID) 자력계(상기 참조)를 사용하여 자기 신호를 검출한다. 즉, 상기 설명된 것이지만 로우-필드 NMR 모드에서 작동하는 신호-발생 장치를 사용하여 로우-필드 NMR 신호를 직접 발생시킬 수 있다.
일단 로우-필드 NMR 신호가 계산되거나 발생되면, 변환 신호가 구축될 수 있다. 이것은 로우-필드 NMR 스펙트럼의 역 푸리에 변환을 계산함으로써 행해질 수 있으며, 이로써 시계열 데이터가 발생된다. 또한, 이 시계열 데이터는 로우-필드 NMR 스펙트럼에 주어진 동일한 주파수와 진폭을 가진 사인파 세트를 함께 부가함으로써 발생될 수 있다. 다음에, 이 시계열 데이터를 사용하여 적합한 전압 발생기의 전압을 제어할 수 있다. 다음에, 이 시간-가변 전압을 Helmholtz 코일을 가로질러 적용할 수 있으며, 이로써 전류가 전도체를 통해 흘러 시간-가변 자기장이 발생하게 된다. 다음에, 이 시간-가변 자기장을 생물학적 변환에 사용한다.
본 발명의 다른 구체예에서, EPR(전자 상자성 공명) 신호가 NMR(핵자기공명) 신호 대신에 사용된다. EPR은 전자 스핀-핵 스핀 상호작용을 수반하는 반면, NMR은 핵 스핀-핵 스핀 상호작용을 수반한다. NMR 데이터에 대해 본 출원에서 개략한 과정은 EPR 데이터의 주파수가 통상 다소 더 높다는 것을 제외하고는 EPR 데이터에 대해 사용되는 과정과 기능상 동등하다.
본 발명의 구체예에 대한 상기 상세한 설명은 본 발명을 철저히 규명하거나 상기 개시된 정확한 형태로만 제한하는 것을 의도하지 않는다. 본 발명의 특정 구체예와 실례가 예시의 목적으로 상기 설명되지만, 다양한 등가의 변형이 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것을 당업자는 인정할 것이다. 예를 들어, 과정 또는 블록이 주어진 순서로 제시되지만, 다른 구체예는 상이한 순서로 단계를 가진 루틴을 수행하거나, 블록을 가진 시스템을 사용할 수 있으며, 일부 과정이나 블록은 삭제, 이동, 부가, 하위분할, 조합, 및/또는 변형될 수도 있다. 이들 과정 또는 블록은 각각 여러 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 또한, 과정 또는 블록이 때로는 연속하여 수행되는 것으로서 제시되지만, 이들 과정 또는 블록은 병행하여 수행되거나, 또는 상이한 시간에 수행될 수도 있다.
본원에서 제공한 본 발명에 대한 교시는 반드시 상기 설명된 시스템이 아니라 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 상기 설명된 다양한 구체예의 요소 및 작용들을 조합하여 더 이상의 구체예를 제공할 수 있다.
동반 제출한 논문에 열거될 수 있는 어떤 것을 포함하여, 상기 특히 및 출원 및 다른 참고문헌들은 모두 참고자료로서 본원에 포함된다. 상기 설명된 각종 참고자료의 시스템, 기능, 및 개념을 이용하기 위하여 본 발명의 양태들은 필요에 따 라 변형될 수 있으며, 이로써 본 발명의 또 다른 구체예가 제공될 수 있다.
상기 상세한 설명에 비추어 이들 및 다른 변화들이 본 발명에 대해 만들어질 수 있다. 상기 설명은 본 발명의 어떤 구체예를 상세히 설명하고, 고려된 최상의 방식을 설명하였지만, 상기 내용이 아무리 상세하더라도, 본 발명은 많은 방식으로 실시될 수 있다. 신호 프로세싱 시스템의 상세한 설명은 그것의 상세한 실행사항에 있어서 상당히 다양할 수 있으며, 이들도 여전히 본원에 개시된 발명에 포함된다. 상기 주지된 대로, 본 발명의 어떤 특징 또는 양태를 설명할 때 사용한 특정한 용어는 그 용어가, 그 용어가 관련된 본 발명의 어떤 구체적인 특징, 특색, 또는 양태들에만 제한되는 것으로 본원에서 재정의됨을 내포하는 것으로서 이해되어서는 안 된다. 일반적으로, 이후의 청구범위에 사용된 용어들은, 상기 상세한 설명 섹션에서 이러한 용어들이 명확히 정의되지 않은 한, 본 발명을 본 명세서에 개시된 특정 구체예에만 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 발명의 실제 범위는 개시된 구체예뿐만 아니라, 청구범위 하에서 본 발명을 실시 또는 실행할 수 있는 모든 동등한 방식들을 포괄한다.

Claims (31)

  1. 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해서 변환될 때, 포유류 시스템에 대해 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 신호를 발생시키는 방법으로서,
    (a) 제제를 함유하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
    (b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
    (c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
    (d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
    (e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
    (f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계; 및
    (g) 시험관내 시스템에서 최대의 제제-특이적 변환 효과를 야기하는 하나 이상의 신호를 선택하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 자극 자기장의 상이한 조건은, (i) 샘플에서 0 내지 1 G (Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택된 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는, DC 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 저주파 범위에 걸친 연속 스윕을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 단계 (f)는 시간-도메인 신호를 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해서 시험한 후, 전자기 변환기의 환경 안에 적용되는 변환 전압의 변경을 포함하여, 변화하는 변환 조건 하에서 신호가 제제-특이적 반응을 야기하는 능력을 시험하는 단계를 더 포함하며, 이로써 포유류 시스템에서의 변환을 위해 변환 조건을 최적화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 단계 (e)는
    (i) 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(고속 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
    (ii) 2개의 시간-도메인 신호에 대해 위상-공간 쌍을 계산하고, 수학적 비교를 수행하여 둘 간의 차이에 대한 기준을 제공하는 방법;
    (iii) DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸친 각 사건 빈 f에 대해(여기서 f는 시간 도메인 신호를 샘플링하는 샘플링 속도이다), 각 빈 내의 사건 카운트의 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 히스토그램에 주어진 역치를 넘는 빈의 수에 관한 스코어를 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
    (iv) 시간-도메인 신호의 개시 부분 근처의 작은 데이터 블록과 이 시계열의 나머지 부분을 상호상관시키고, 결과의 상호상관이 주어진 역치를 능가하는 사건의 발생을 카운트하는 방법; 및
    (v) DC 내지 8 kHz의 선택된 주파수 범위에서 다수의 정의된 시간 기간의 각각에 걸쳐서 시간-도메인 신호에 대해 일련의 푸리에 스펙트럼을 계산하고, 푸리에 스펙트럼을 평균하고, 평균된 FFT 신호에 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법
    으로 구성되는 군으로부터 선택된 방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 단계 (e)는 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(고속 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 전자기 변환기는 전자기 환경을 구축하는, 코일 간의 노출 상태가 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함하고, 단계 (f)는 시험관내 시스템을 정렬된 코일 안에 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 시스템을 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 제제는 세포-프리 시험관내 시스템에서 튜뷸린 응집을 촉 진하는데 효과적인 항-신생물성 약물이고, 단계 (f)는 전자기 변환기의 환경 안에 튜뷸린-함유 조성물을 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 조성물을 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해서 변환될 때, 시험관내 또는 포유류 시스템에 대해 제제-특이적 효과를 야기할 수 있는 신호를 발생시키는 방법으로서,
    (a) 제제를 함유하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
    (b) (i) 샘플에서 0 내지 1 G(Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택된 자극 자기장 조건 하에서, 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
    (c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
    (d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
    (e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계; 및
    (f) 전자기 변환기의 환경 안에 시스템을 위치시킴으로써 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키고, 단계 (e)에서 확인된 신호를 사용하여 샘플을 변환시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 자극 자기장의 상이한 조건은 약 ±0.01 내지 ±1 volt의 오프셋 전압에서 도입되는, DC 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 자극 자기장의 상이한 조건은 ±0.01 내지 ±1 volt의 스윕 전압에서 도입되는, 최소 약 0-1 kHz의 저주파 범위에 걸친 연속 스윕을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 단계 (e)는 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(고속 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 전자기 변환기는 전자기 환경을 구축하는, 코일 간의 노출 상태가 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함하고, 단계 (f)는 화학적, 시험관내, 또는 포유류 시스템을 정렬된 코일 안에 위치시키는 단계, 및 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 시스템을 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제제는 시험관내 시스템에서 튜뷸린 응집을 촉진하는데 효과적인 항-신생물성 약물이고, 단계 (f)는 전자기 변환기의 환경 안에 튜뷸린-함유 조성물을 위치시키는 단계, 및 조성물 중에서 튜뷸린의 신호-의존성 응집을 야기하는데 효과적인 조건 하에서, 단계 (e)에서 확인된 제제-특이적 시간-도메인 신호를 사용하여 조성물을 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 선택된 제제의 존재에 반응하는 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 후보인 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는 장치로서,
    (a) 제제의 샘플을 수용하도록 적합하게 된, 자기와 전자기가 모두 차폐되는 용기;
    (b) (i) 샘플에서 0 내지 1 G(Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장 을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택된 복수의 선택된 자극 자기장 조건 각각에서, 샘플이 담긴 용기에 자극 자기장을 도입하기 위해 작동시킬 수 있는 조정가능한-전원;
    (c) 상기 전원에 의해 도입되는 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서, 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 전자기 시간-도메인 신호를 기록하기 위한 검출기;
    (d) 검출기에 의해 기록된 신호를 저장하기 위한 메모리 장치; 및
    (e) (i) 메모리 장치에 저장된 시간-도메인 신호의 검색; (ii) 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의한 검색된 시간-도메인 신호의 분석; 및 (iii) 역치를 넘는 저주파 성분의 최대 수를 가진 신호-도메인 신호의 확인을 위해 작동시킬 수 있는 컴퓨터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 용기는 샘플-보유 영역을 가진 감쇠 관이며, 자기 차폐 케이지가 상기 영역을 둘러싸고 있고, 자기 차폐 케이지 안에 함유된 패러데이 케이지가 또한 상기 영역을 둘러싸고 있으며, 가우시안 노이즈의 소스는 가우시안 노이즈 발생기 및 자기 케이지 및 패러데이 케이지 안에 함유된 Helmholtz 코일을 포함하고, Helmholtz 코일은 노이즈 발생기로부터 노이즈 출력 신호를 수용하며, 이 것은 시간-의존성 신호에서 정지상태의 노이즈 성분을 제거하는데 사용하기 위한, 노이즈 소스 및 SQUID(초전도 양자간섭장치)에 작동가능하게 연결된 신호 인버터를 더 포함하고, 노이즈 소스로부터 가우시안 노이즈를 수용하여, 샘플에 도입된 가우시안 노이즈에 비해 인버터된 형태의 가우시안 노이즈를 SQUID로 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전원은, 작동되는 경우, 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장이 생성되도록 계산된 복수의 선택된 오프셋 전압 각각에서, 샘플이 담긴 용기에 오프셋 전압을 도입하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 전원은, 작동되는 경우, 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 복수의 상이한 스윕 전압 각각에서, 최소 약 0 내지 1 kHz의 스윕-주파수 범위에 걸쳐 연속 스윕을 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 컴퓨터는, 검색된 시간-도메인 신호를 분석할 때,
    (i) 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(고속 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
    (ii) 2개의 시간-도메인 신호에 대해 위상-공간 쌍을 계산하고, 수학적 비교를 수행하여 둘 간의 차이에 대한 기준을 제공하는 방법;
    (iii) DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸친 각 사건 빈 f에 대해(여기서 f는 시간 도메인 신호를 샘플링하는 샘플링 속도이다), 각 빈 내의 사건 카운트의 수를 나타내는 히스토그램을 생성하고, 히스토그램에 주어진 역치를 넘는 빈의 수에 관한 스코어를 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법;
    (iv) 시간-도메인 신호의 개시 부분 근처의 작은 데이터 블록과 이 시계열의 나머지 부분을 상호상관시키고, 결과의 상호상관이 주어진 역치를 능가하는 사건의 발생을 카운트하는 방법; 및
    (v) DC 내지 8 kHz의 선택된 주파수 범위에서 다수의 정의된 시간 기간의 각각에 걸쳐서 시간-도메인 신호에 대해 일련의 푸리에 스펙트럼을 계산하고, 푸리에 스펙트럼을 평균하고, 평균된 FFT 신호에 중간 평균 노이즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 방법
    으로 구성되는 군으로부터 선택된 분석 알고리즘을 적용하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 컴퓨터는, 검색된 시간-도메인 신호를 분석할 때, 시간-도메인 신호를 자동상관시키고, DC 내지 8 kHz의 범위 내에서 선택된 주파수 범위에 걸쳐 자동상관된 신호의 FFT(고속 푸리에 변환)를 만들고, 중간 평균 노이 즈 값을 넘는 피크의 수에 관한 스코어를 FFT 신호에 할당하고, 이 스코어에 기초하여 시간-도메인 신호를 선택하는 것을 포함하는 분석 알고리즘을 적용하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 포유류 시스템에 대한 제제-특이적 효과를 야기하기 위한 시스템으로서,
    (1) 저장 매체로서,
    (a) 포유류 시스템이 반응하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
    (b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
    (c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
    (d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
    (e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
    (f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계
    에 의해서 생성된 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호가 저장되는 저장 매체;
    (2) 샘플이 수용되는 변환기 환경을 한정하는 내부 영역을 가진 하나 이상의 전자기 코일로 이루어진 전자기 변환기; 및
    (3) 저장 매체로부터 수신된 신호를 증폭시키고, 변환 코일(들)에 증폭된 신호를 공급하기 위한 증폭기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은, (i) 샘플에서 0 내지 1 G (Gauss)의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 백색 노이즈; (ii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는 DC 오프셋; 및 (iii) 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 스윕 범위에 걸쳐서 연속하여 도입되는 저주파 범위에 걸친 스윕;으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는, DC 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 저주파 범위에 걸친 연속 스윕을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 전자기 변환기는 코일 간의 내부 영역이 한정된 정렬된 전자기 코일 쌍을 가진 Helmholtz 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. (a) 포유류 시스템이 반응하는 샘플을 자기 및 전자기가 모두 차폐되는 샘플 용기 안에 위치시키는 단계로서, 여기서 샘플은 저주파 분자 신호의 신호 소스로서 작용하고, 자기 차폐는 극저온 용기의 외부에서 이루어지는 단계;
    (b) 선택된 자극 자기장 조건 하에서 자극 자기장을 샘플에 도입하는 단계;
    (c) 극저온 용기에서 도입된 자극 자기장과 중첩된 샘플 소스 복사선으로 이루어진 저주파 시간-도메인 신호를 기록하는 단계;
    (d) 복수의 상이한 자극 자기장 조건들 각각에서 단계 (b)와 (c)를 반복하는 단계;
    (e) 단계 (c)에서 기록된 신호들 중에서, 기록된 신호에서 주어진 역치를 넘는 저주파 성분의 수를 측정하는 스코어링 알고리즘에 의해 분석하였을 때 최고 신호 소스를 가진 하나 이상의 신호를 확인하는 단계;
    (f) 단계 (e)에서 확인된 각 신호를, 시험관내 시스템이 전자기 변환기의 환경 안에서 신호에 의해 변환될 때, 제제에 반응하는 성분을 함유하는 시험관내 시스템에서 제제-특이적 반응을 야기하는 능력에 대해 시험하는 단계
    에 의해서 생성된 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호가 저장되는 저장 매체.
  28. 제 27 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
  29. 제 28 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 전압 수준에서 도입되는, DC 오프셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
  30. 제 29 항에 있어서, 제제-특이적 저주파 시간-도메인 신호를 생성하는데 사용되는 자극 자기장의 상이한 조건은 샘플에서 0 내지 1 G의 선택된 자기장을 생성하도록 계산된 도입 전압에서, 최소 약 0-1 kHz의 저주파 범위에 걸친 연속 스윕을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
  31. 제 28 항에 있어서, 제제-특이적 시간-도메인 신호는 시험관내 시스템에서 튜뷸린 응집을 촉진하는데 효과적인 항-신생물성 제제의 샘플로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
KR1020097012907A 2006-11-20 2007-11-20 저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법 KR20090106484A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US86045306P 2006-11-20 2006-11-20
US60/860,453 2006-11-20
PCT/US2007/024307 WO2008063654A2 (en) 2006-11-20 2007-11-20 Apparatus and method for transducing an in vitro or mammalian system with a low-frequency signal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090106484A true KR20090106484A (ko) 2009-10-09

Family

ID=39316329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097012907A KR20090106484A (ko) 2006-11-20 2007-11-20 저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20100244818A1 (ko)
EP (2) EP2109773A2 (ko)
JP (1) JP2010509995A (ko)
KR (1) KR20090106484A (ko)
CN (1) CN101583879A (ko)
AU (1) AU2007321907A1 (ko)
BR (1) BRPI0718984A2 (ko)
CA (1) CA2670306A1 (ko)
WO (1) WO2008063654A2 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070231872A1 (en) 2004-07-27 2007-10-04 Nativis, Inc. System and Method for Collecting, Storing, Processing, Transmitting and Presenting Very Low Amplitude Signals
US20130165734A1 (en) * 2009-04-08 2013-06-27 Nativis, Inc. Time-domain transduction signals and methods of their production and use
WO2010117349A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Nativis, Inc. Time-domain transduction signals and methods of their production and use
WO2011075692A1 (en) 2009-12-17 2011-06-23 Nativis, Inc. Aqueous compositions and methods
US8903675B2 (en) * 2011-10-14 2014-12-02 Vibrant Corporation Acoustic systems and methods for nondestructive testing of a part through frequency sweeps
CN103355187B (zh) * 2012-04-09 2015-03-25 上海市计划生育科学研究所 具有磁场发生装置的动物模型制备装置
US10584381B2 (en) 2012-08-14 2020-03-10 10X Genomics, Inc. Methods and systems for processing polynucleotides
CA3216609C (en) 2012-08-14 2024-05-14 10X Genomics, Inc. Microcapsule compositions and methods
US10323279B2 (en) 2012-08-14 2019-06-18 10X Genomics, Inc. Methods and systems for processing polynucleotides
US11591637B2 (en) 2012-08-14 2023-02-28 10X Genomics, Inc. Compositions and methods for sample processing
US9701998B2 (en) 2012-12-14 2017-07-11 10X Genomics, Inc. Methods and systems for processing polynucleotides
US10533221B2 (en) 2012-12-14 2020-01-14 10X Genomics, Inc. Methods and systems for processing polynucleotides
CA2900543C (en) * 2013-02-08 2023-01-31 10X Genomics, Inc. Partitioning and processing of analytes and other species
CA2905150C (en) * 2013-03-15 2019-12-17 Nativis, Inc. Controller and flexible coils for administering therapy, such as for cancer therapy
US9203546B1 (en) 2014-06-04 2015-12-01 Square, Inc. Magnetic stripe reader tamper protection
KR20230070325A (ko) 2014-06-26 2023-05-22 10엑스 제노믹스, 인크. 개별 세포 또는 세포 개체군으로부터 핵산을 분석하는 방법
US11386998B2 (en) * 2014-08-07 2022-07-12 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Systems and techniques for estimating the severity of chronic obstructive pulmonary disease in a patient
CN105021931A (zh) * 2015-08-12 2015-11-04 北京妙微科技有限公司 智能电力能效监测装置
US10192076B1 (en) 2016-08-29 2019-01-29 Square, Inc. Security housing with recesses for tamper localization
US10251260B1 (en) 2016-08-29 2019-04-02 Square, Inc. Circuit board to hold connector pieces for tamper detection circuit
US10595400B1 (en) 2016-09-30 2020-03-17 Square, Inc. Tamper detection system
EP3570935B1 (en) * 2017-01-18 2020-08-12 Soin Neuroscience, LLC System for providing therapy to a patient via application of a broad spectrum of tunable electrical noise signals
US11925805B2 (en) 2017-01-18 2024-03-12 Soin Neuroscience, LLC Tunable electrical noise signal technologies
US10504096B1 (en) 2017-04-28 2019-12-10 Square, Inc. Tamper detection using ITO touch screen traces
WO2022117186A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 Medscienceswiss Ag Method of exciting a mechanical resonance in a structural component of a microorganism
EP4255514A2 (en) * 2020-12-03 2023-10-11 MedScienceSwiss AG Method of exciting a mechanical resonance in a structural component of a microorganism
US11793443B2 (en) 2022-02-01 2023-10-24 Soin Neuroscience, LLC Adjustable random electrical stimulation technologies
US11964155B1 (en) 2023-07-14 2024-04-23 Soin Neuroscience, LLC Rapid frequency cycling during electrical stimulation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6133734A (en) * 1997-12-30 2000-10-17 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for evaluating an earth formation using nuclear magnetic resonance techiques
FR2777656B1 (fr) * 1998-04-20 2000-06-16 Digibio Procede d'amplification de la formation de complexes ligands-recepteurs et ses utilisations
US6586931B2 (en) * 2001-04-20 2003-07-01 Baker Hughes Incorporated NMR logging in the earth's magnetic field
US20070231872A1 (en) * 2004-07-27 2007-10-04 Nativis, Inc. System and Method for Collecting, Storing, Processing, Transmitting and Presenting Very Low Amplitude Signals

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008063654A3 (en) 2008-07-17
CN101583879A (zh) 2009-11-18
BRPI0718984A2 (pt) 2014-02-11
EP2327990A1 (en) 2011-06-01
WO2008063654A2 (en) 2008-05-29
EP2109773A2 (en) 2009-10-21
CA2670306A1 (en) 2008-05-29
AU2007321907A1 (en) 2008-05-29
JP2010509995A (ja) 2010-04-02
US20100244818A1 (en) 2010-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090106484A (ko) 저주파 신호로 시험관내 또는 포유류 시스템을 변환시키기 위한 장치 및 방법
JP5624708B2 (ja) 化学的又は生化学的信号を発生するためのシステム及び方法
AU2013290020B2 (en) Miniaturized molecular interrogation and data system
US20130165734A1 (en) Time-domain transduction signals and methods of their production and use
US20110195111A1 (en) Aqueous compositions and methods
WO2010117349A1 (en) Time-domain transduction signals and methods of their production and use

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application