KR20180083846A - 어세이 디바이스 - Google Patents

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KR20180083846A
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크리스 핸드
올리버 호프만
지한 류
미구엘 레이몬
필립 윌리엄 벤지
크리스토퍼 존 케이
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몰레큘라 비전 리미티드
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Abstract

액체 샘플 내의 적어도 하나의 분석 대상물의 농도의 정량적 결정을 위한 어세이 디바이스가 개시된다. 상기 디바이스는, 복수의 테스트 영역(41A, 41B)을 포함하고 투광성 물질로부터 형성되는 측방 유동 멤브레인(lateral flow membrane)(46)과, 유기 전자발광 물질의 방출 층을 포함하는 복수의 평면 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED) 방출기(44A, 44B)와, 유기 광전지 물질의 흡수 층을 포함하는 복수의 평면 유기 광검출기(organic photodetectors: OPD)(49A, 49B)를 포함한다. 각각의 테스트 영역은, 분석 대상물 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된 성분을 포함한다. 각각의 테스트 영역은 하나의 방출기의 방출 층 및 하나의 광검출기의 흡수 층과 정렬된다. 정렬된 방출기, 광검출기 및 테스트 영역은 그룹을 형성하여, 상기 방출기는 상기 테스트 영역을 조명할 수 있고, 상기 광검출기는 상기 테스트 영역으로부터의 광을 검출할 수 있다. 각 그룹에 대해, 상기 테스트 영역이 습윤 상태이고 태깅 입자가 없는 상태에서, 생성되는 활성화된 광검출기 광전류는 상기 그룹의 방출기가 유일한 활성화된 방출기일 때 i 1로 표기되고 상기 그룹의 방출기 및 하나의 다른 방출기가 유일한 활성화된 방출기일 때 i 2로 표기된다. 누화(cross-talk)(C)는 검은 화살표에 의해 표시되고 다음 방정식 C = 20 log10 (i 1 /(i 2 - i 1))에 따라 정의되고, C는 상기 디바이스의 적어도 하나의 그룹에 대해 약 20dB보다 크다.

Description

어세이 디바이스
본 발명은 액체 샘플 내의 적어도 하나의 분석 대상물의 농도의 정량적 결정을 위한 개선된 어세이 디바이스에 관한 것이다. 액체 샘플은 혈장, 혈청, 소변 또는 타액 등의 원시 생물학적 샘플 또는 식물이나 조직 추출물 등의 액체로 분해된(reduced) 생물학적 샘플일 수 있다.
측방 유동 디바이스(lateral flow devices: LFD)와 같은 크로마토그래피-기반 어세이 디바이스는 상당한 용도를 갖는다. 하나의 응용은 액체 샘플을 분석하여 하나 이상의 표적 분석 대상물의 존재 또는 부재를 결정하는 디바이스에 있다. 이러한 디바이스에는 임계 농도가 있을 수 있으며, 임계 농도를 초과할 경우 분석 대상물이 존재한다는 정성적 표시를 생성한다.
LFD는 또한 샘플 내의 분석 대상물 농도의 정량적 표시를 제공할 수 있다. 이러한 디바이스는 색상 반응(colorimetric reaction) 또는 결합 이벤트, 예컨대, 니트로셀룰로오스 멤브레인(nitrocellulose membrane) 상에 고정화된 제 2 항체에 대한 염료-라벨링된 항체/분석 대상물 복합체의 결합을 정량화하기 위한 광학적 측정 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어 광원과 커플링된 광 수용체를 사용하여 표적 분석 대상물의 농도의 정량적 측정을 생성하기 위해 여러 기술이 개발되었다. 이 분야에는 두 개의 일반적인 구성이 있다. 하나는 광원으로부터의 반사된 방출을 검출한다. 이 구성에서, 광원 및 광 검출기 모두는, 측방 유동 멤브레인의 동일한 측면 상에 제공된다. 다른 구성은 광 또는 다른 전자기 방사선이 멤브레인을 통해 투과되도록 측방 유동 멤브레인의 대향 측면(opposite sides) 상에 광원과 광 검출기를 위치시킨다. 표적 분석 대상물의 농도의 광학적 측정을 위한 기술은 흡수 또는 형광 측정을 포함할 수 있다.
무기 LED 및 무기 포토다이오드 또는 포토트랜지스터가 광학적 검출을 위한 방출기 및 검출기로서 사용될 수 있다. 무기 LED는 일반적으로 니트로셀룰로오스 스트립 상의 분석 대상물 테스트 영역의 흡광도 또는 형광 변화를 측정하기에 적합한 균일 영역 광 소스(even area light source)를 제공하기 위해, 확산기, 렌즈, 또는 다른 광 조절 수단을 필요로 한다. 또한, 검출될 물질의 광학적 특성을 보다 양호하게 매칭시키도록 또는 검출될 물질의 광학적 특성에 대한 무기 포토다이오드 또는 포토트랜지스터의 스펙트럼 감도를 보다 양호하게 매칭시키도록 LED 방출 광의 스펙트럼을 조정하기 위해 협대역폭 광학 필터 또는 다른 수단이 필요할 수 있다. 무기 반도체의 밴드형 전자 구조는 보통 넓은 광 흡수를 가진 포토다이오드를 제공하므로, 스펙트럼 응답을 잘 맞추기 위해 일반적으로 광학 필터를 사용해야 한다. 따라서, 무기 광전자 성분의 사용은 이러한 추가 광학 성분과 연관된 추가 비용, 부피 및 감소된 휴대성을 필연적으로 동반할 수 있다.
유기 전자발광 디바이스(organic electroluminescent devices: OLED) 및 유기 포토다이오드(organic photodiodes: OPD)는 측면 유동 디바이스의 검출 시스템에 유리하게 사용될 수 있다. 무기 발광 및 검출 디바이스와 달리, OLED 및 OPD의 활성층의 재료 및 구성은 상당한 파장 범위에 걸쳐 이들 디바이스의 방출 및 흡수 스펙트럼을 각각 튜닝하도록 선택될 수 있다.
OLED 및 OPD는 보통 자신의 활성 영역에 걸쳐 거의 균일한 방출 및 흡수를 나타내는 평면 디바이스이며, 따라서, LFD 테스트 영역의 균일한 조명 및 그로부터의 검출을 달성하기 위해 렌즈 및 확산기가 요구되지 않는다. 평면 OLED 및 OPD는 또한, 렌즈, 확산기, 광학 필터 등의 개입을 필요로 하지 않고 LFD 스트립에 평행한 근접 배치에 적합하다.
시야각(viewing angle)과 관련하여, OLED는 통상적으로 근사-램버시안 방출 프로파일(near-Lambertian emission profiles)을 나타낸다. 램버시안 방출에서, 방출의 강도는 OLED의 평면에 수직인 각의 코사인(cosine)으로 변화하여, 세기는 시야각과 무관한 것처럼 보인다. 유사하게, OPD는 통상적으로 근사-램버시안 흡수 프로파일을 나타낸다.
LFD의 크로마토그래피 멤브레인은 하나 이상의 분석의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 하나 이상의 테스트 라인 또는 테스트 영역을 포함할 수 있다. 이것은 또한, LFD가 정확하게 동작하는지 여부를 판단하기 위한 하나 이상의 제어 라인을 더 포함할 수 있다. 다수의 방출기 및 검출기가 검출을 위해 사용될 수 있고, 둘 이상은 동시에 작동될 수 있다. 따라서, 검출기는 자신과 쌍을 이룬 방출기 및 동시에 작동되는 인접한 방출기들로부터의 광 또는 외부로부터 LFD 인클로저로 들어왔을 수 있는 주변 광으로부터 광을 검출할 수 있다. 그렇게 함으로써, 검출기의 전기적 응답은 원치 않는 미광 기여(stray-light contribution)를 포함할 수 있다. 이러한 미광은 검출기들 사이에 "누화(cross-talk)"를 생성하여 LFD 측정의 민감도 또는 특이성을 감소시키며 테스트 결과의 정확성을 감소시킨다.
WO 2005/111579는, 커패시터 구조 내에 인광체 입자를 포함하여 다양한 전계가 전극에 인가될 때 광을 방출하는 분산형 전자발광 디바이스를 사용하는 투과-기반 발광 검출 시스템을 개시한다. 이 개시물은 근사-램버시안 소스를 획득하기 위해 오팔 유리 또는 다른 확산기의 사용을 교시한다. 이 개시물은 미광 및 누화의 정량화, 미리 정의된 한계 미만으로 누화를 줄이기 위해 디바이스 구조가 조정될 수 있는 방법, 소스 또는 검출기를 조정함으로써 이를 달성하는 방법 또는 그렇게 할 때의 이점에 대해 개시하지 않는다.
따라서, LFD 디바이스와 같은, 더 작고, 고밀도이며, 보다 견고하고, 민감하며, 정확한 크로마토그래피-기반의 어세이 디바이스를 실현하기 위해, 감소된 미광 및 누화를 갖는 OLED 및 OPD를 포함하는 개선된 어세이 디바이스가 당 업계에 필요하다.
본 발명은 개선된 LFD 디바이스를 제공함으로써 종래 기술의 상기 단점을 해결한다.
본 발명에 따르면, 액체 샘플 내의 적어도 하나의 분석 대상물의 농도의 정량적 결정을 위한 어세이 디바이스가 제공된다. 상기 디바이스는, 투광성 물질로부터 형성되고 복수의 테스트 영역을 포함하는 측방 유동 멤브레인(lateral flow membrane)과, 유기 전자발광 물질의 방출 층을 포함하는 복수의 평면 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED) 방출기와, 유기 광전지 물질의 흡수 층을 포함하는 복수의 평면 유기 광검출기(organic photodetectors: OPD)와, 상기 측방 유동 멤브레인의 근위 단부(proximal end)와 유체 연통하는 접합 패드 － 상기 접합 패드는, 제 1 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자(tagging particles)를 포함함 － 와, 상기 측방 유동 멤브레인의 원위 단부(distal end)와 유체 연통하는 위킹 패드(wicking pad)를 포함한다. 상기 측방 유동 멤브레인은 모세관 작용에 의해 상기 접합 패드로부터 상기 위킹 패드로 유체를 운반할 수 있다. 각각의 테스트 영역은, 상기 액체 샘플 내의 상기 분석 대상물의 농도를 나타내는 상기 테스트 영역 내의 태깅 입자의 농도를 생성하기 위해, 상기 분석 대상물, 상기 제 1 어세이 성분 및 제 2 어세이 성분 간의 결합에 의존하여 상기 테스트 영역 내에 상기 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된(immobilised) 상기 제 2 어세이 성분을 포함한다. 각각의 테스트 영역은 하나의 방출기의 방출 층 및 하나의 광검출기의 흡수 층과 정렬된다. 정렬된 방출기, 광검출기 및 테스트 영역은 그룹을 형성하여, 상기 방출기는 상기 테스트 영역을 조명할 수 있고, 상기 광검출기는 상기 테스트 영역으로부터의 광을 검출할 수 있다. 각 그룹에 대해, 상기 테스트 영역이 습윤 상태이고 태깅 입자가 없는 상태에서, 상기 그룹의 방출기가 활성화되는 유일한 방출기일 때 생성되는 활성화된 광검출기 광전류는 i 1로 표기된다. 상기 그룹의 방출기 및 하나의 다른 방출기가 유일한 활성화된 방출기일 때, 생성되는 활성화된 광검출기 광전류는 i 2로 표기된다. 누화(cross-talk)(C)는 다음 방정식
Figure pct00001
에 따라 정의되고, C는 상기 디바이스의 적어도 하나의 그룹에 대해 약 20dB보다 크다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 어세이 디바이스는 낮은 누화를 가지면서 테스트 영역의 광학적 측정에 의해 어세이의 결과를 결정할 수 있는 비교적 단순한 구성을 제공한다. 낮은 누화는 증가된 정확성을 가지면서 디바이스 내의 다른 방출기로부터의 더 적은 간섭으로 분석 대상물 측정이 이루어지는 것을 허용한다. 몇몇 실시예에서, 종래 기술에 대한 이러한 개선은 테스트 영역의 보다 높은 밀도를 갖는 더 작은 디바이스를 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 이는 더 많은 그룹이 디바이스에 포함될 수 있게 하여, 개선된 정확성 또는 증가된 어세이 범위를 위해 더 많은 분석 대상물이 측정될 수 있거나 분석 대상물이 하나 이상의 테스트 영역을 사용하여 측정될 수 있게 한다.
본 발명의 실시예는 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 정확하게 결정할 수 있다. 그러나, 본 발명의 모든 실시예에서 디바이스가 분석 대상물의 정확한 농도를 결정할 필요는 없다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서는, 분석 대상물 농도의 정성적 표시만이 결정될 수 있다. 그러나, 전형적으로, 본 발명의 실시예는 분석 대상물의 존재에 대한 단순한 예/아니오 표시 이상을 제공한다.
본 디바이스의 누화(C)는 데시벨 단위로 측정되는데, 이는 다른 그룹 방출기(또는 주변 광)로부터의 광이 대상 그룹의 포토다이오드에 의해 검출된 광에 기여하는 정도를 정량화한다. C의 값이 클수록 누화는 적다. 본 발명에 따른 디바이스에서, 적어도 하나의 그룹의 C는 약 20dB보다 크고, 바람직하게는 약 30dB보다 크고, 더 바람직하게는 약 40dB보다 크며, 가장 바람직하게는 약 50dB보다 크다.
몇몇 실시예에서, 이론에 의해 제한되지 않고, 본 발명에 따른 디바이스의 개선된 누화는 본 명세서에서 정의된 바와 같은 실질적 서브-램버시안(substantially sub-lambertian) 방출기 또는 포토다이오드, 또는 양쪽 모두를 사용하여 달성될 수 있다. 방출기 또는 포토다이오드의 실질적 서브-램버시안 특성은, 방출기 또는 광검출기의 평면에 대해 수직으로 측정되는 높은 각도에서 각각 방출 또는 검출되는 광의 양을 감소시키며, 이는 그렇지 않은 경우에 이탈하여 다른 그룹 내의 검출과 간섭할 수 있는 큰 각도의 방출을 억제함으로써 누화를 감소시킨다.
본 발명은 증가된 테스트 영역 수를 갖는 디바이스를 가능하게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 7개 이상의 그룹, 바람직하게는 14개 이상의 그룹, 가장 바람직하게는 21개 이상의 그룹을 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디바이스의 방출기 또는 포토다이오드는, 실질적 서브-램버시안 방출기 또는 검출기를 제공하기 위해, 분산형 브래그 반사기, 강한 마이크로 공동, 기판 회절성 광학 요소 또는 마이크로-렌즈 어레이를 제한없이 포함한다,
본 발명의 또 다른 실시예에서, 태깅 입자는 방출기에 의해 방출된 파장의 광을 흡수하고, 검출기는 측방 유동 멤브레인을 통과하는 방출기로부터의 광을 검출하도록 배치되며, 이에 의해 고정화된 태깅 입자에 의한 흡수로 인한 검출기에 의해 검출된 광 강도의 감쇠는 액체 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 나타낸다. 예를 들어, 태깅 입자는, 집중될 때 적색으로 나타나고 방출기로부터의 녹색 광에 의해 조명될 수 있는 금 나노입자일 수 있다. 추가의 예로서, 태깅 입자는 청색 폴리스티렌(polystyrene) 입자일 수 있으며 방출기로부터의 적색 광에 의해 조명될 수 있다. 방출기로부터의 광은 가시 스펙트럼 내에 있을 수 있지만, 자외선 또는 적외선 파장 범위 내에 있을 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 태깅 입자는 방출기에 의해 방출된 파장에서의 조명 하에서 형광을 발하며, 검출기는 측방 유동 멤브레인을 통한 그런 형광을 검출하도록 배치되고, 고정화된 태깅 입자의 형광으로 인해 검출기에 의해 검출된 광 강도는 액체 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 나타낸다. 예를 들어, 태깅 입자는 청색 광에 의해 조명되는 플루오레세인(fluorescein) 또는 플루오레세인 이소시오시아네이트(fluorescein isothiocyanate: FITC)일 수 있다.
투광성 물질은 액체 샘플에 의해 습윤 상태가 될 때 투광성이 될 수 있다. 투광성 물질은 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)일 수 있다. 이 물질은 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 건조 상태의 니트로셀룰로오스는 실질적으로 불투명이다. 그러나, 습윤 상태일 때, 니트로셀룰로오스는 투광성이 된다. 이러한 방식으로, 광은 습윤 상태의 측방 유동 멤브레인을 통해 전달될 수 있으므로, 니트로셀룰로오스는 투과성 검출 지오메트리용으로 특히 적합하다. 측방 유동 멤브레인은 약 200 미크론 미만의 두께를 갖는다.
방출 층과 흡수 층의 마주보는 표면들(facing surfaces) 사이의 간격은 1.5mm 미만, 바람직하게는 1mm 미만, 더 바람직하게는 0.5mm 미만일 수 있다. 방출 층과 흡수 층의 가까운 간격은 캡처된 광의 양을 최대화하는데 도움이 되고, 따라서 디바이스 내의 누화를 감소시키는 것을 돕는다.
방출기 및/또는 검출기는 기판 상에서의 하나 이상의 층의 증착에 의해, 특히 용액 증착에 의해, 가장 특별하게는 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 방출기(들) 및 검출기(들)는 별개의 기판 상에 제공된다. 기판은 PET와 같이 가요성이거나 유리와 같이 강성(rigid)일 수 있다. 특히 유리한 실시예에서, 방출기 및 검출기는 공통 가요성 기판 상에 형성된다. 기판은 측방 유동 멤브레인 주위로 접혀질 수 있다. 방출기와 검출기를 모두 동일한 기판 상에 증착함으로써, 방출기 및 검출기의 정확한 상대적 정렬이 보장될 수 있다.
전형적으로, 방출 층은, 플루오렌(fluorene), 폴리(ρ-페닐렌 비닐렌)(poly(ρ-phenylene vinylene)) 또는 인광성 방출기를 포함하는 전자발광 중합체(electroluminescent polymer)와 같은 유기 전자발광 물질을 포함한다. 방출 층은 유기금속 킬레이트(organometallic chelates), 형광 또는 인광 염료, 또는 복합 덴드리머(conjugated dendrimers)를 포함하는 소형 분자를 포함할 수 있다. 유기금속 킬레이트는 Alq3 또는 이리듐 함유 킬레이트일 수 있다.
OPD의 활성층은 통상적으로 도너 및 억셉터를 보통 포함하는 유기 광전지 물질을 포함한다. 억셉터는 플러렌(fullerenes) PCBM60 또는 PCBM70과 같은 작은 분자일 수 있다. 광 흡수 도너는 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene): P3HT)을 포함하는 폴리티오펜(polythiophene)과 같은 중합체일 수 있다. 따라서, 흡수 층은 폴리티오펜과 같은 유기 광전지 중합체와 PCBM60 또는 PCBM70과 같은 유기 광전지 소형 분자와의 혼합물을 포함할 수 있다.
어세이 디바이스는 접합 패드와 유체 연통하고 액체 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 패드를 더 포함할 수 있다. 별개의 샘플 패드가 제공되지 않는 경우, 접합 패드는 샘플 패드의 역할을 수행할 수 있다.
측방 유동 멤브레인은 제어 영역을 포함할 수 있다. 제어 영역은 테스트 영역(들)과 측방 유동 멤브레인의 원위 단부 사이에 위치할 수 있고, 제어 영역은 제어 영역 내에 태깅 입자를 보유하기 위해 고정화된 제어 성분을 포함할 수 있으며, 방출 층 및/또는 흡수 층은 제어 영역과 정렬된 이산 방출/흡수 영역을 포함할 수 있다.
제 1 어세이 성분은 분석 대상물을 태깅 입자에 결합시키는 분자를 포함할 수 있고, 제 2 어세이 성분은 분석 대상물에 대한 수용체를 포함할 수 있다. 이러한 성분의 조합은 샌드위치 어세이에 유용하다.
제 1 어세이 성분은 분석 대상물 또는 그 유사체를 포함할 수 있고, 제 2 어세이 성분은 분석 대상물에 대한 수용체를 포함할 수 있다. 이러한 성분의 조합은 경쟁적 어세이에 유용하다. 대안적으로, 제 1 어세이 성분은 분석 대상물에 대한 수용체를 포함하고 제 2 어세이 성분은 분석 대상물 또는 그 유사체를 포함한다. 어세이는 면역학적 어세이(immunoassay)일 수 있다. 수용체는 분석 대상물 또는 그 유사체에 결합하는 항체일 수 있다.
측방 유동 멤브레인은 투명 기판 상에 제공될 수 있다. 기판은 측방 유동 멤브레인에 기계적 안정성을 제공할 수 있다.
어세이 디바이스는, 검출기로부터 검출 신호를 수신하고 검출 신호를 처리하여 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 나타내는 데이터를 생성하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 어세이 디바이스의 일부로서, 예컨대 동일한 하우징 내에 제공될 수 있다. 제어기는 또한 방출기로부터의 광 방출을 제어하도록 구성될 수 있다. 디바이스는 검출기 및 방출기에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함할 수 있다. 디바이스는 일회용(disposable)일 수 있다.
디바이스는 외부 판독기로의 접속을 위한 전기 인터페이스를 포함할 수 있는데, 전기 인터페이스는 검출기 및 방출기를 외부 판독기에 접속시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 디바이스는 일회용 카트리지로서 제공될 수 있다.
어세이 디바이스는 방출기와 검출기 사이에서 제 1 측방 유동 멤브레인과 평행하게 배열된 적어도 제 2 측방 유동 멤브레인을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 측방 유동 멤브레인은 다중 어세이 테스트가 병행하여 수행될 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 다중 어세이 테스트는 동일한 분석 대상물에 대해 동일한 방식으로 테스트하는 것일 수 있다. 대안적으로, 다중 어세이 테스트는 상이한 분석 대상물을 테스트할 수 있다. 병행하여 어세이 테스트를 수행하면 하나의 어세이 테스트의 메커니즘이 두 번째 어세이 테스트의 메커니즘을 방해하는 것을 방지한다.
제 2 측방 유동 멤브레인은 제 1 측방 유동 멤브레인과 동일한 시트 상에 제공될 수 있다. 제 2 측방 유동 멤브레인은 제 1 측 방향 유동 멤브레인에 결합될 수 있다. 대안적으로, 제 2 측방 유동 멤브레인은 제 1 측 방향 유동 멤브레인과 분리되어 제공될 수 있다.
위킹 패드는 제 1 측방 유동 멤브레인의 원위 단부(distal end) 및 제 2 측방 유동 멤브레인의 원위 단부와 유체 연통할 수 있다. 따라서, 제 1 측방 유동 멤브레인과 제 2 측방 유동 멤브레인은 모두 동일한 위킹 패드에 접속된다.
접합 패드는 제 1 측방 유동 멤브레인의 근위 단부(proximal end) 및 제 2 측방 유동 멤브레인의 근위 단부와 유체 연통할 수 있다. 따라서, 제 1 측방 유동 멤브레인과 제 2 측방 유동 멤브레인은 모두 동일한 접합 패드에 접속된다.
접합 패드는 제 3 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자를 포함할 수 있다.
제 3 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자는 제 1 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자와 광학적으로 상이할 수 있다. 따라서, 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자의 상이한 색상은, 하나의 테스트의 결과를 테스트하는데 필요한 스펙트럼-매칭된 광이 제 2의 이웃하는 테스트의 결과를 테스트하는데 필요한 스펙트럼-매칭된 검출기와 간섭하는 일 없이, 두 개의 테스트가 근접하여 실행될 수 있게 한다.
어세이 디바이스는 제 2 측방 유동 멤브레인의 근위 단부와 유체 연통하는 제 2 접합 패드를 포함할 수 있다.
제 2 접합체 패드는 제 3 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자를 포함할 수 있다. 제 2 접합 패드는 제 1 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자를 포함할 수 있다.
제 2 접합 패드 내의 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자는 제 1 접합 패드 내의 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자와 광학적으로 상이할 수 있다. 따라서, 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자의 상이한 색상은, 하나의 테스트의 결과를 테스트하는데 필요한 스펙트럼-매칭된 광이 제 2의 이웃하는 테스트의 결과를 테스트하는데 필요한 스펙트럼-매칭된 검출기와 간섭하는 일 없이, 두 개의 테스트가 근접하여 실행될 수 있게 한다.
몇몇 실시예에서, 제 2 측방 유동 멤브레인은, 분석 대상물, 제 3 어세이 성분 및 제 4 어세이 성분 사이의 결합에 의존하여 제 2 테스트 영역 내에 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된 제 4 어세이 성분을 포함하는 적어도 제 2 테스트 영역을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제 2 측방 유동 멤브레인은, 분석 대상물, 제 1 어세이 성분 및 제 2 어세이 성분 사이의 결합에 의존하여 제 2 테스트 영역 내에 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된 제 1 어세이 성분을 포함하는 적어도 제 2 테스트 영역을 포함할 수 있다.
(제 1) 측방 유동 멤브레인은, 분석 대상물, (상기) 제 3 어세이 성분 및 제 4 어세이 성분 사이의 결합에 의존하여 제 2 테스트 영역 내에 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된 제 4 어세이 성분을 포함하는 적어도 제 2 테스트 영역을 포함할 수 있다.
방출 층은 복수의 방출기 픽셀을 포함할 수 있고, 제 1 방출기 픽셀은 제 1 측방 유동 멤브레인의 (제 1) 테스트 영역과 정렬될 수 있고 제 2 방출기 픽셀은 제 2 테스트 영역과 정렬될 수 있다.
흡수 층은 복수의 검출기 픽셀을 포함할 수 있고, 제 1 검출기 픽셀은 제 1 측방 유동 멤브레인의 (제 1) 테스트 영역과 정렬될 수 있고 제 2 검출기 픽셀은 제 2 테스트 영역과 정렬될 수 있다. 제 2 테스트 영역은 제 1 측방 유동 멤브레인 또는 제 2 측방 유동 멤브레인 상에 제공될 수 있다.
제 1 방출기 픽셀 및 제 2 방출기 픽셀은 측방 유동 멤브레인의 원위 단부에서 근위 단부 방향으로 상호 이격될 수 있다.
제 1 검출기 픽셀 및 제 2 검출기 픽셀은 측방 유동 멤브레인의 원위 단부에서 근위 단부 방향으로 상호 이격될 수 있다.
제 1 검출기 픽셀은 제 1 방출기 픽셀과 정렬되고 제 2 검출기 픽셀은 제 2 방출기 픽셀과 정렬될 수 있다.
따라서, 방출기 및/또는 검출기 픽셀의 상호 이격은 제 2 검출기 픽셀에서 검출 가능한 제 1 방출기 픽셀로부터의 광의 양 또는 그 반대 방향의 광의 양을 최소화한다.
픽셀은 발광 층 또는 흡수 층의 별개의 영역으로 정의될 수 있다. 대안적으로, 발광 층 또는 흡수 층은 픽셀을 한정하도록 마스킹될 수 있다. 그러나 이것은 선호되지 않는다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더 설명된다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 어세이 디바이스를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 실시예에 따른 어세이 디바이스의 추가 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 어세이 디바이스를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 성분을 도시한다.
도 4는 그룹들 사이의 누화를 나타내는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 두 그룹을 도시한다.
도 5는 마스크를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 어세이 디바이스의 그룹을 도시한다.
도 6은 디바이스의 방출기 또는 검출기로부터의 램버시안, 실질적 서브-램버시안, 수퍼-램버시안 응답을 도시한다.
도 7은 예 1의 OLED로부터의 근사-램버시안 방출을 도시한다.
도 8은 분산형 브래그 반사기를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 방출기를 도시한다.
도 9는 강한 마이크로 공동을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 방출기를 도시한다.
도 10은 기판 회절성 광학 요소를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 방출기를 도시한다.
도 11은 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스의 방출기를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 1행 픽셀 패턴을 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 2행 픽셀 패턴을 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 3행 픽셀 패턴을 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 4행 픽셀 패턴을 도시한다.
본원에서 사용될 때 "램버시안(Lambertian)"이라는 용어는, 방출기 또는 검출기의 평면에 수직인 라인에서 방출 또는 흡수에 대해 측정된 각도(θ)에서의 방출 또는 흡수의 상대적 강도가 코사인 θ에 의해 제공되는, 평면 방출기에 의한 방출 또는 평면 검출기에 의한 흡수를 지칭한다. "수퍼-램버시안(Super-Lambertian)" 방출 또는 검출은, 0이 아닌 θ 값에서의 방출이 향상되는, 램버시안 방출 또는 검출에서 벗어난 방출 또는 검출을 지칭한다. "서브-램버시안(Sub-Lambertian)" 방출 또는 검출은, 0이 아닌 θ 값에서의 방출 또는 검출이 억제되는, 램버시안 방출 또는 검출에서 벗어난 방출 또는 검출을 지칭한다.
종래의 OLED 디바이스는 램버시안 방출로부터 약간의 편차를 나타낼 수 있다(예컨대, H.J. Peng, Y.L. Ho, X.J. Yuand H.S. Kwok, J. Appl. Phys. (2004) 96(3):1649-1654, and N.C. Greenham, R.H. Friend and Donal D.C. Bradley, Advanced Materials (1994) 6(6):491-494). 이러한 약간의 편차는 본 명세서에서 "근사-램버시안(near-Lambertian)"으로 지칭되고, 본 발명의 디바이스의 감소된 누화에 약간만 기여한다. 구체적으로, 본 발명의 낮은 누화 디바이스의 특정 실시 예는 근사-램버시안 방출기 또는 검출기를 포함하고, 다른 실시예는 실질적 서브-램버시안 방출기 또는 검출기를 포함한다. 본 명세서에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, "실질적 서브-램버시안" 방출기 또는 검출기는, 분산형 브래그 반사기, 마이크로-렌즈 어레이, 강한 마이크로 공동 또는 기판 회절성 광학 요소를 포함하는 OLED 또는 OPD를 제한 없이 포함하는 OLED 또는 OPD의 구조적 측면들의 선택을 통해 획득될 수 있다. "실질적 서브-램버시안" 방출 또는 검출은, 아래에 보다 충분히 설명되는 바와 같이 방출 또는 검출의 방향성에 실질적으로 영향을 미치고, 따라서 본 발명의 디바이스의 특정 실시예의 감소된 누화에 실질적으로 기여하는 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 얇고 실질적으로 입방형인 하우징(50) 내에 포함된 어세이 디바이스(1)가 제공되는데, 이 하우징은 바람직하게는 불투명 플라스틱과 같은 불투명 물질로 구성되며, 주변 광이 하우징으로 들어오는 것을 최소화하기 위해 예를 들어 임의의 조인트 또는 포트에서 광 차단 실링(sealing)의 사용에 의해 조정된다. 도 1b는 도 1a에 도시된 것과 동일한 디바이스에 대한 개략적 도면의 측면 도시를 제공한다. 하우징의 한 단부는 하우징(50)의 길이 및 폭의 평면에 제공된 테스팅 모듈(20)을 포함한다. 하우징(50)의 대향 단부는 하우징(50)의 벽에 딱 붙은 원통형 배터리(23)를 수용한다. 테스팅 모듈(20)과 배터리(23) 사이에는 테스팅 모듈(20)과 동일한 평면에서 배터리로부터 하우징의 길이로 연장되는 인쇄 회로 기판(22)이 있다. 테스팅 모듈(20) 내의 일렉트로닉스는 전기 인터페이스(24)를 통해 인쇄 회로 기판(22)에 접속된다. 테스팅 모듈(20)은 접합 패드(conjugate pad)(5)와 유체 연통하는 샘플 패드(6)를 포함한다. 본 접합 패드(5)는 어세이 성분에 결합할 수 있는 입자 태그를 포함한다. 측방 유동 멤브레인(4)은 접합 패드(5)와 위킹 패드(wicking pad)(7) 사이에 접속된다. 지지 구조체(21)는 하우징(50) 내에서 테스팅 모듈(20)을 고정시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 테스팅 모듈(20)을 도시한다. 본 발명에 따른 테스팅 모듈은, 후술하는 바와 같이, 동일 그룹의 일부가 아닌 광 방출기와 검출기 사이의 누화 정도를 최소화하기 위해, 재료, 치수 및 상대 위치의 선택을 통해 조정된다. 샘플이 샘플 패드(6) 상에 침착될 때, 과잉 샘플의 저장소가 형성된다. 과잉 샘플은 접합 패드(5)로 이동한다. 이런 이동은 처음에 접합 패드(5)에 의해 야기되고, 그 다음에 측방 유동 멤브레인(4)의 위킹 작용에 의해, 그리고 그 다음에 추가적으로 위킹 패드(7)에 의해 야기된다. 측방 유동 멤브레인(4)은 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)로부터 형성된다. 접합 패드(5)는 분석 대상물 태그를 포함한다. 분석 대상물 태그는 대응하는 유효 분석 대상물에 결합한다. 모세관 작용은 임의의 태깅된 분석 대상물을 함유하는 액체 샘플이 접합 패드(5)로부터 측방 유동 멤브레인(4)으로 흘러내려 위킹 패드(7)를 향해 테스트 영역(19)으로 흐르게 한다. 샘플은 위킹 패드(7)에 도달하기 전에 분석 대상물에 대한 고정 수용체를 포함하는 반응 라인(8)과 만난다. 태깅된 분석 대상물이 이 지점에 도달할 경우, 수용체는 분석 대상물에 결합하여 분석 대상물 및 태그를 제 위치에 홀딩한다. 착색된 분석 대상물 태그의 존재는 태그의 농도가 증가함에 따라 반응 라인(8)이 변색되게 할 것이다. 현재 설명되는 예에서, 착색된 태그의 농도는 반응 라인에서의 분석 대상물 농도의 직접적인 표시자로서, 이는 액체 샘플 내의 분석 대상물의 농도의 표시를 제공한다.
지금까지는 샌드위치 어세이 기술의 예이다. 반응 라인(12)으로부터의 반응 강도(보통, 색상)가 샘플에 존재하는 분석 대상물의 양에 반비례하는 경쟁적 어세이도 가능하다. 이 기술의 일 예에서, 접합 패드(5)는 사전 태깅된 제 2 분석 대상물 또는 분석 대상물 유사체를 더 포함한다. 샘플로부터의 분석 대상물은 변경되지 않은 채 접합 패드(5)를 통과하고, 추가 반응 라인(12) 상의 수용체에 결합하여, 자신이 결합하지 않았으면 사전 태깅된 분석 대상물 또는 분석 대상물 유사체가 결합할 수용체 부위를 차지할 것이다. 샘플에 존재하는 분석 대상물의 양이 적을수록 더 많은 사전 태깅된 분석 대상물 또는 분석 대상물 유사체가 수용체에 결합할 수 있으므로 라인의 착색이 강해진다. 이 기술의 또 다른 예에서, 접합 패드(5)는 추가로 또는 대신에 태깅된 수용체를 포함할 수 있다. 이 경우, 고정 분석 대상물 또는 분석 대상물 유사체는 반응 라인 상에서 고정화된다. 샘플에 존재하는 분석 대상물이 많을수록, 샘플로부터의 분석 대상물에 결합하여 고정 분석 대상물 또는 분석 대상물 유사체에 결합할 수 없는 태깅된 수용체가 많아진다. 경쟁적 어세이 기술은 순수한 이진법적 테스트는 아니지만 특정 분석 대상물의 부재를 정성적으로 테스트하기 위해 사용될 수 있으며, 샘플 내의 분석 대상물의 양이 매우 작더라도 여전히 라인의 위치에서 사전 태깅된 분자(분석 대상물, 분석 대상물 유사체 또는 수용체)의 결합을 초래할 가능성이 있다. 액체 샘플 내의 특정 분석 대상물의 농도를 정량적으로 표시하기 위해 경쟁적 어세이 기술이 대신 사용될 수 있다.
측방 유동 멤브레인(4) 상에는 또한, 태깅된 성분 자체와 반응하는 제어 수용체의 추가 라인(13)이 존재한다. 제어 라인(13)은 태깅된 성분에 결합하는 고정화된 수용체를 포함한다. 샘플이 분석 대상물을 포함하고 있는지 여부에 관계없이, 테스트를 수행할 때마다 제어 라인(13)은 착색되어야 한다. 이는 테스트가 올바르게 수행되고 있는지 확인하는데 도움이 된다. 현재 설명되는 예에서, 반응 라인(8)은 분석 대상물이 샘플 내에 존재할 때에만 변색된다. 다수의 어세이를 갖는 실시예에는 다수의 제어 라인이 존재할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 라인은 측방 유동 디바이스에 의해 수행되어야 할 각각의 테스트가 수행되었는지 여부를 판단하기 위해 사용될 수 있다. 현재 예의 제어 라인(13)은 더 이전의 반응 라인의 하류에 제공된다. 반응 라인의 하류에 제어 라인(13)을 제공함으로써, 분석 대상물 태그는, 제어 라인에 결합하여 테스트가 수행되었음을 나타내기 전에 반드시 다른 반응 라인을 통해 흐르게 된다.
본 경우에 있어서, 측방 유동 멤브레인(4)은 약 100㎛ 두께이고, 반응 라인(8, 12) 및 제어 라인(13)은 각각 1.0mm x 5.0mm이고, 더 바람직하게는 1.0mm x 3.0mm이고, 그들 사이에 2.0mm 갭을 갖는다. 측방 유동 멤브레인은 바람직하게는 니트로셀룰로오스로부터 형성된다. 샘플 패드(6), 접합 패드(5), 측방 유동 멤브레인(4) 및 위킹 패드(7)는 투명 기판(11) 상에 제공된다.
기준 라인(14)은 측방 유동 멤브레인(4) 상에 제공되고 테스트 영역(19)의 구성 동안 정렬을 위해 사용된다. 기준 라인(14)은 보통 반응 라인(8, 12) 또는 제어 라인(13)보다 얇다. 현재의 예의 기준 라인은 0.5mm x 5.0mm이고, 더 바람직하게는 0.5mm x 3mm이고, 제어 라인(13)과의 사이에 1.5mm 갭을 갖는다.
예들은 샘플 내의 다양한 분석 대상물의 존재, 부재 또는 농도를 분석하는 것을 개시하고 있지만, 더 적거나 많은 분석 대상물 테스트와 함께 이러한 분석을 수행하는 것이 가능하다. 다수의 상이한 분석 대상물의 존재, 부재 또는 농도를 결정하기 위해 다양한 상이한 태그 및 수용체 라인이 사용될 수 있다. 몇몇 분석 대상물의 존재는 상이한 분석 대상물 또는 동일한 분석 대상물의 부재와 함께 테스팅될 수 있다. 예시적 어세이를 위한 테스트는 아래의 표 1에 제공된다. 각각의 경우에, 제 1 어세이 성분, 제 2 어세이 성분, 관심 분석 대상물 및 어떤 유형의 어세이인지(샌드위치인지 경쟁적인지)와 함께 테스트의 목적이 제공된다. 모든 어세이는 임의 유형의 라벨링 입자로 라벨링된 분석 대상물 또는 그 분석 대상물에 대한 항체를 사용하여 수행할 수 있다. 예시적인 라벨링 입자는 금 나노 입자, 착색된 라텍스 입자 또는 형광 라벨을 포함한다. 행 N의 표로부터 용이하게 인식될 수 있는 바와 같이, 기타 분석 대상물에 대한 어세이는, 어세이 유형이 샌드위치인 경우에 제 1 성분으로서 분석 대상물 항원을 사용하고 제 2 성분으로서 분석 대상물에 대한 항체를 사용하여 구성될 수 있다. 어세이 유형이 경쟁적인 경우(행 M), 분석 대상물에 대한 항체가 제 1 성분일 것이고 분석 대상물 항원이 제 2 성분일 것이다.
테스트 목적: 라벨 라벨 바인더
(제 1 성분) 		고정화된 라인
(제 2 성분) 		분석 대상물 어세이 유형
(샌드위치/경쟁적)
A 골수종 전부 자유 카파 경쇄(k-FLC)에 대한 항체 카파 FLC 항원 카파 FLC 경쟁적
B 골수종 전부 자유 람다 경쇄(l-FLC)에 대한 항체 람다 FLC 항원 람다 FLC 경쟁적
C 골수종 전부 자유 카파 경쇄(k-FLC)에 대한 항체 자유 카파 경쇄(k-FLC)에 대한 항체 카파 FLC 샌드위치
D 골수종 전부 자유 람다 경쇄(l-FLC)에 대한 항체 자유 람다 경쇄(l-FLC)에 대한 항체 람다 FLC 샌드위치
E 아편제 전부 아편제에 대한 항체 아편제 항원 아편제 경쟁적
F 암페타민 전부 암페타민에 대한 항체 암페타민 항원 암페타민 경쟁적
G 벤조디아제핀 전부 벤조디아제핀에 대한 항체 벤조디아제핀 항원 벤조디아제핀 경쟁적
H 대마초 전부 칸나비노이드에 대한 항체 칸나비노이드 유도성 항원 대마초 경쟁적
I 코카인 전부 코카이노이드에 대한 항체 코카이노이드 항원 코카인 경쟁적
J 메스암페타민 전부 메스암페타민에 대한 항체 메스암페타민 항원 메스암페타민 경쟁적
K 메타돈 전부 메타돈에 대한 항체 메타돈 항원 메타돈 경쟁적
L 펜시클리딘
(PCP)		 전부 펜시클리딘(PCP)에 대한 항체 펜시클리딘(PCP) 항원 펜시클리딘
(PCP)		 경쟁적
M 기타 전부 기타에 대한 항체 기타 항원 기타 경쟁적
N 기타 전부 기타에 대한 항체 기타에 대한 항체 기타 샌드위치
O 트로포닌 I 전부 트로포닌 I에 대한 항체 트로포닌 I에 대한 항체 트로포닌 I 샌드위치
P 미오글로빈 전부 미오글로빈에 대한 항체 미오글로빈에 대한 항체 미오글로빈 샌드위치
Q CKMB 전부 CKMB에 대한 항체 CKMB에 대한 항체 CKMB 샌드위치
R 타액, 혈청 또는 소변의 코티졸 전부 코티졸에 대한 항체 코티졸 항원 코티졸 경쟁적
몇몇 임신 테스트와 같은 일반적인 가정용 어세이 테스트는 명백하게 이진법적 결과를 가지며 사용자가 결과를 수동으로 해석할 필요가 있지만, 본 디바이스는 분석 대상물 테스트의 결과로서 유기 발광 다이오드(OLED) 및 대향 유기 포토다이오드(OPD)를 사용하여 광 흡수를 측정한다. 현재 설명되는 실시예는 물질에 의한 광의 흡수를 사용하여 테스트 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 표시하지만, 분석 대상물 상의 태그가 발광성이고 형광, 인광의 결과로서 또는 화학적 또는 전기 화학적 반응의 결과로서 자체 발광하는 실시예도 동등하게 고려될 수 있다.골수종(myeloma)에 대한 어세이는 표 1에서 A 내지 D로 라벨링된 행에 설명된다. 골수종을 테스트 하기 위해, 카파 FLC 농도 대 람다 FLC 농도의 비(the ratio of Kappa FLC concentration to Lambda FLC concentration)가 결정된다.
OLED는 공지된 특성(강도, 파장 등)을 갖는 광으로 샘플을 조명한다. 광이 OPD에 의해 수신될 경우, 전류가 생성된다. (예컨대, 직접적으로 또는 증폭 후의 전압으로서) 이 전류를 측정함으로써, 반응 라인(8, 12)에 있는 고정화된 라벨 및 주변 멤브레인에 의해 흡수된 광이 결정될 수 있다. 이것은 샘플에 존재하는 태깅된 분석 대상물의 농도의 표시를 제공한다.
OLED는 기판 상에 지지된 계층 구조로 형성되고, 양극, 음극, 양극과 음극 사이의 발광 층을 포함한다. 기판은 가요성이거나 강성(rigid)일 수 있다. 적절한 기판 재료는 PET와 같은 플라스틱, 유리, 또는 하나 이상의 교대하는 플라스틱 및 무기 장벽 층을 포함하는 라미네이트 구조를 제한 없이 포함한다. 예를 들어, 전하 주입, 전하 운반 또는 전하 균형을 돕기 위해, 양극과 음극 사이에는 하나 이상의 추가 층이 제공될 수 있다. 선택적으로, 추가의 층은 홀 주입 층, 홀 운반 층, 전자 차단 층, 전자 운반 층 및 트리플릿(triplet) 차단 층 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
예시적인 OLED 층 구조는 다음을 포함한다:
양극/발광 층/음극
양극/홀 운반 층/발광 층/음극
양극/홀 주입 층/홀 운반 층/발광 층/음극
양극/홀 주입 층/홀 운반 층/발광 층/전자 운반 층/음극
바람직하게는, 홀 주입 층이 양극과 발광 층 사이에 존재한다.
바람직하게는, 홀 운반 층이 양극과 발광 층 사이에 존재한다.
바람직하게는 홀 주입 층 및 홀 운반 층 모두가 존재한다.
일 실시예에서, 실질적으로 모든 광은 주 발광 층으로부터 방출된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 추가 층이 또한 광을 방출할 수 있다. 선택적으로, 홀 운반 층과 전자 운반 층 중 하나는 발광 물질 포함하고, 사용 중에 광을 방출한다.
몇몇 실시예에서, OLED는 패턴화된 ITO(전도성이고 투명한 인듐 주석 산화물) 층, 홀 주입 물질 층, 활성 발광 물질 층 및 음극으로부터 형성된다. 이제, 도 2를 참조하면, 기판(2)은 검출 영역(10, 15, 17)을 포함하는 유기 광전지 기판(3)에 대향하여 제공된 OLED 방출 영역(9, 16, 18)을 포함한다. 본 예에서 총 3개 영역의 방출 광 색상은 이들이 동일한 물질의 층으로부터 형성될 경우 청색이다. 유사하게, 본 예에서, 검출 영역(10, 15, 17)의 물질은 청색 광을 검출하도록 최적화된다.
OLED 방출 영역, OPD 검출 영역, LFD 테스트 영역의 면적, 선택적 개재 불투명 마스크의 개구 크기, 마스크와 OLED 및 마스크와 OPD의 분리는 다른 OLED 방출 영역으로부터의 누화를 감소시키도록 선택된다.
방출 영역(9, 16, 18) 및 OPD 검출 영역(10, 15, 17)은, 태깅된 분석 대상물(사전 태깅된 것이든 아니든)을 포착하여 결합하도록 설정된 결합 수용체를 포함하는 반응 라인(8, 12, 13, 14)의 풋프린트 내에 장착될 수 있는 크기이다. 예시적 픽셀 크기는 0.9mm x 4.9mm, 0.5mm x 2mm, 0.5mm x 1mm, 또는 더 작은 것을 포함한다. 이것은 태깅된 분석 대상물 및 주위의 측방 유동 멤브레인(4)과 상호작용할 수 있는 OLED로부터의 발광의 비율을 최대화한다.
멤브레인 및 태깅된 분석 대상물과 상호작용할 수 있고 누화를 감소시킬 수 있는 방출된 광의 비율을 향상시키는 또 다른 인자(factor)는, 측방 유동 멤브레인(4)에 대한 OLED와 OPD 양쪽 모두의 근접성이다. 이 분리는 약 2mm 미만이 될 수 있다. 전형적으로, 크로마토그래피 멤브레인은 투명한 플라스틱 층과 같은 기판 상에 지지된다. 이 층은 불침투성일 수 있기 때문에, OLED 또는 OPD는 멤브레인의 대향 측면보다 이 측면에 더 가깝게 위치될 수 있다. 바람직한 실시예에서, OLED 또는 OPD와 멤브레인 지지체 사이의 분리는 1mm 미만, 더 바람직하게는 0.5mm 미만, 가장 바람직하게는 약 0.2mm이다. OLED 또는 OPD와 멤브레인의 대향 측면 사이의 간격은 2mm 미만, 바람직하게는 1mm 이하이다.
어세이 디바이스(1)를 위한 하우징(50) 내에 포함된 회로 기판(22) 및 배터리(23)는 OLED 및 OPD를 제어하고 전력을 공급한다. 회로 기판(22)은 또한, 샘플 내에 존재하는 분석 대상물(들)의 양 및/또는 비율을 나타내는 정량적 값을 계산하기 위해 기본 분석을 수행하기에 적합한 마이크로 프로세서를 포함한다.
예시적인 OPD의 경우에 다음 구조가 사용될 수 있다. 제 1 층(멤브레인에 가장 가까움)은 사전 패턴화된 인듐-주석-산화물(ITO) 유리 기판이다. 유리 기판은 OPD용 장벽 층을 제공한다. ITO 층의 상단에는, 베이트론 P 등급(Baytron P grade) 폴리(스티렌술포네이트)-도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(styrenesulphonate)-doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT:PSS)의 50nm 두께 층이 제공되고, 그 위에 10nm 두께의 폴리(메틸메타크릴레이트)(Poly(methyl methacrylate)(PMMA) 막 중간층이 제공된다. 활성층은 100nm 두께 알루미늄인 디바이스용 상부 전극을 갖는 165nm 두께의 레지오레귤러(regioregular) 폴리(3-헥실티오펜) :1-(3-메톡시카보닐프로필)-1- 페닐-[6.6]C61(poly(3-hexylthiophene) :1-(3-Methoxycarbonylpropyl)-1- phenyl-[6.6]C61)(P3HT:PCBM)이다.
이것은 본 발명의 실시예에 사용하기에 적합한 OPD의 일 예에 불과하다. 당업자는 그러한 OPD를 제조하는 방법 및 적절한 OPD가 제조될 수 있는 다른 물질을 알고 있을 것이다.
당업자는 본 발명에 적합한 OLED를 제작하기 위한 몇 가지 방법 및 물질 조합을 알고 있다. 하나의 특정 OLED 유형에서, 구조는 플라스틱 기판(PET), 패턴화된 ITO 층, 홀 주입 물질 층, 활성 물질 층 및 음극이다. 특히, OLED의 스펙트럼 출력은 유기 중합체 또는 다른 소형 분자의 정확한 선정에 의해 선택될 수 있다.
OLED의 방출 스펙트럼은 관련된 광 퀀처(관심있는 화합물을 라벨링하기 위해 사용되는 착색된 태그)의 흡광도에 매칭되어야 한다. 흡광도 체제(regime)에서, 금 나노 입자가 사용될 수 있다. 이 경우 녹색 조명 소스가 사용되어야 한다. 대안적으로, 청색 폴리스티렌 라벨이 사용될 수 있다. 이 경우 적색 조명 소스가 사용되어야 한다. 형광 체제에서, 플루오레세인(fluorescein)/FITC 기반의 라벨이 사용될 수 있다. 이 경우 청색 조명 소스가 사용되어야 한다.
본 발명은 디바이스 내의 방출기-검출기 그룹 간의 누화가 현저하게 감소되는 어세이 디바이스에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용될 때, "그룹"이라는 용어는 하나의 방출기의 방출 층 및 하나의 광검출기의 흡수 층과 정렬된 테스트 영역을 포함한다. 따라서, 그룹 내에서 방출기는 테스트 영역을 조명할 수 있고, 광검출기는 테스트 영역으로부터의 광을 검출할 수 있다.
누화는 테스트 영역이 습윤 상태이고 태깅 입자가 없을 때 측정하는 것이 바람직하다. 각 그룹에 대해, 그룹 방출기가 유일하게 활성화된 방출기일 때, 활성화된 광검출기 광전류는 i 1로 표시된다. 광검출기 광전류는 직접적으로 또는 증폭 또는 다른 신호 처리 후에 측정될 수 있으며, 전류 또는 그 전류를 나타내는 전압으로서 검출될 수 있다. 유사하게, i 2는 그룹 방출기와 다른 하나의 방출기가 유일하게 활성화된 방출기들일 때의 광전류를 나타낸다. 이 때, 누화(C)는 다음 방정식에 따라 정의될 수 있다.
Figure pct00002
본 발명에 따른 디바이스에서, 디바이스 내의 적어도 하나의 그룹에 대해, 약 20dB보다 크고, 바람직하게는 약 30dB보다 크고, 더 바람직하게는 약 40dB보다 크고, 가장 바람직하게는 약 50dB보다 큰 높은 C 값에 반영될 때 누화는 현저하게 낮다.
도 4는 디바이스의 두 그룹들 사이의 누화를 도시한다. 직접 인접한 그룹들이 도시되어 있지만, 누화는 디바이스 내의 임의의 쌍의 그룹들 사이에서, 그리고 임의의 그룹과 주변 광이 들어오는 하우징(50) 사이에서 측정될 수 있다. 그룹 A는 OLED(44A), OPD(49A) 및 테스트 영역(41A)을 포함하고, 그룹 B는 OLED(44B), OPD(49B) 및 테스트 영역(41B)을 포함한다. 테스트 영역(41A 및 41B)은 투명 지지체(47) 상에서 지지되는 멤브레인(46) 내에 있다. OLED(44A 및 44B)는 기판(45) 상에서 지지되고, OPD(49A 및 49B)는 기판(48) 상에서 지지된다. 넓은 화살표는 그룹 내의 테스트 영역을 통한 OLED에서 OPD로의 광 투과를 나타낸다. 단지 하나의 그룹, 예를 들어 그룹 A만 활성화될 때, 측정된 광전류는 i 1에 대응한다. 그룹 B가 또한 활성화될 때, OPD(49A)에서 측정된 광전류는 그룹 A와 그룹 B 양쪽의 방출기로부터의 기여를 포함할 것이며, 위의 공식에서 i 2에 대응한다. OPD(49A)의 광전류에 대한 OLED(44B)의 기여는 실선 화살표 광 경로로 표시된 것처럼 누화로 인해 발생한다. 도시된 직접 경로에 추가하여 많은 다른 광 경로가 또한 누화에 기여할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
누화는 그룹의 OLED와 OPD 사이에 개구를 포함하는 불투명 마스크를 위치시킴으로써 감소될 수 있다. 마스크의 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 약 100㎛의 두께를 갖는 불투명 플라스틱으로부터 형성될 수 있다.
도 5는 그룹 내의 마스크의 바람직한 배치를 도시한다. 마스크(51)는 테스트 영역(52)과 OPD(53) 사이에 삽입된다. 바람직하게는 마스크 개구(54)는 테스트 영역(52)의 면적보다 작고 그 내부에 있다. 이 때, OPD(53)는 양호하게는 테스트 영역을 넘어 연장하는 멤브레인으로부터가 아닌 테스트 영역을 통해 OLED(55)로부터의 광을 수신하도록 위치될 수 있다. OLED와 OPD의 위치는 바뀔 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 몇몇 실시예에서는, 실질적 서브-램버시안 방출기 및/또는 검출기를 사용하여 누화의 추가 감소가 달성된다. 이것은 당 업계에 공지된 다수의 OLED 및 OPD 구조를 사용하여 달성될 수 있다. 도 6은 램버시안(실선), 수퍼-램버시안(짧은 대시) 및 실질적 서브-램버시안(긴 대시) 특성에 대해, OLED 또는 OPD에 대한 방출 또는 검출의 각도 의존성을 각각 도시한다. 실질적 서브-램버시안의 경우, 전방 방출 또는 검출이 향상되고 큰 각도에서의 방출 또는 검출이 억제된다. 방출기 또는 검출기, 또는 둘 모두는, 실질적 서브-램버시안 특성을 나타낼 수 있다. 전방 방출을 최대화함으로써 OLED에 의해 방출되는 광의 최대량이 디바이스의 활성 표면에 수직으로 방출되는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 광 퀀처(quenchers)를 통해 OPD 상으로 전달되는 OLED에 의해 방출된 광은 최대화된다. 이는 이러한 디바이스의 민감도와 정확성을 모두 증가시킨다.
실질적 서브-램버시안 특성을 야기하는 강한 마이크로 공동 또는 다른 특징을 갖지 않는 OLED 또는 OPD는 근사-램버시안 방출 또는 흡수를 나타낼 수 있다. 도 7은 OLED에서의 근사-램버시안 방출의 예를 도시한다. 근사-램버시안 방출은, 종래의 OLED 층의 상대적 두께 및 굴절률로부터 발생하는 약한 마이크로 공동 효과로 인해 발생할 수 있다.
실질적 서브-램버시안 방출 또는 검출은 OLED 또는 OPD에 각각 통합될 수 있는 당 업계에 공지된 다수의 구조를 사용하여 달성될 수 있다. 도 8은 분산형 브래그 반사기를 포함하는 OLED(80)를 도시한다. OLED 활성층(81-83)은 반사 음극(84)와 투명 양극(ITO)(85) 사이에 있다. 양극(85)와 기판(86) 사이에 분산형 브래그 반사기가 삽입된다. 반사기는 상이한 굴절률의 교대하는 투명 층을 포함한다. 낮은 굴절률 층(87A 및 87B)(예컨대, SiO2, n=1.5)은 높은 굴절률 층(88A, 88B, 88C)(예컨대 TiO2, n=2.45)과 교대로 위치한다. 두께는 OLED의 방출 파장에 따라 1/4 파장 유전체 스택을 생성하도록 선택되며, 반사기가 그룹 내의 요소들의 배치에 크게 영향을 미치지 않도록 각각 충분히 얇다(예컨대, 50-100nm). 교대하는 낮은 굴절률 층과 높은 굴절률 층의 수는, 전방 방출/검출을 증가시키고 큰 각도에서 방출/검출을 감소시키기 위해 증가될 수 있다. 미국 특허 제 6,366,017 호 및 Choy, W.C.H. and Ho, C.Y. (2007) Optics Express 15(20):13288-13294는, 분산 형 브래그 반사기를 포함하고 실질적 서브-램버시안 방출을 나타내는 OLED를 개시하며, 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
실질적 서브-램버시안 방출 또는 검출은 또한 강한 마이크로 공동을 사용하여 달성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "강한 마이크로 공동(microcavity)"은, 하나의 전극이 높은 반사성(예컨대 Ag)이고 하나는 부분 반사성(예컨대 얇은 Ag)인 OLED 또는 OPD 내에 형성된다. 도 9는 강한 마이크로 공동(90)을 포함하는 OLED를 도시한다. OLED 활성층(91,92 및 93)은 기판(95) 상에서 지지된 반사 전극(94)과 부분 반사 전극(96) 사이에 배치된다. 두 개의 전극은 강한 마이크로 공동(97)을 형성하고, 전극들의 분리는 방출된 광의 파장(예컨대, 1/2 파장)에 따라 선택되어 전방 방출을 최대화한다. 방출 방향은 큰 화살표로 표시된다. Lin, C-L. and WU C-C. (2005) Appl. Phys. Lett. 87:021101-1 - 021101-3은 강한 마이크로 공동 및 실질적 서브-램버시안 방출을 포함하는 OLED를 개시하며, 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
실질적 서브-램버시안 방출 또는 검출은 또한 OLED 또는 OPD에 인접한 회절성 광학 요소를 포함함으로써 달성될 수 있다. 도 10은 공통 기판(101)상의 회절성 광학 요소(100)에 인접한 OLED를 도시한다. OLED(102)는 반사 전극(103) 및 투명 전극(104) 및 그 사이의 활성층(105, 106 및 107)을 포함한다. 회절성 광학 요소(100)는 예를 들어 포토리소그래피에 의해 패턴화된 포토레지스트로부터 형성된 나노인쇄 광 구조체이다. OLED에 의해 방출된 광의 일부는 기판 내에서 방향성 기판 모드를 형성하며, 이들은 회절성 광학 요소(100)에 의해 선택적으로 추출되어 램버시안 배경 없이 넓은 화살표에 의해 도시된 고도의 방향성 방출을 초래한다. S. Zhang, G. A. Turnbulland Samuel, I.D.W. (2014) Adv. Optical Mater. 2:343-347은 서브-램버시안 방출을 나타내는 공통 기판 상의 회절성 광학 요소에 인접한 OLED를 개시하고 있으며, 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
실질적 서브-램버시안 방출 또는 검출은 또한 마이크로-렌즈 어레이를 사용하여 달성될 수 있다. 도 11(비 축척)은 마이크로-렌즈 어레이(112)를 포함하는 기판(111)에 의해 지지되는 OLED(110)를 도시한다. OLED(110)는 반사 전극(113) 및 투명 전극(114) 및 그 사이의 활성층(115, 116 및 117)을 포함한다. 마이크로-렌즈 어레이는 반구형 또는 프리즘 또는 다른 형상을 갖는 요소들의 어레이 일 수 있는데, 전형적으로 이들 각각은, 예를 들어 기판의 바깥쪽 표면 상에서 제작되거나 그에 부착된 반구형과 같이, 기판 표면 상에 배열된 수십 내지 수백 마이크론의 치수를 갖는다. 각 요소에서의 회절은 향상된 전방 방출 및 실질적 서브-램버시안 방출을 제공하기 위해 강화된다. Danz, N., Wachter, C.A., Michaelis, D. Dannberg, P. and Flammich M. (2012) Optics Express 20(12): 12682-12691은 마이크로-렌즈 어레이를 포함하고 실질적 서브-램버시안 방출을 나타내는 OLED를 개시하고, 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
본 발명은 그룹들 사이에 낮은 누화를 갖는 디바이스를 제공한다. 본 발명의 이점은 디바이스 내의 그룹의 밀도가 종래 기술의 디바이스보다 높을 수 있다는 것이다. 따라서, 디바이스는 더 작을 수 있거나, 더 많은 그룹을 포함할 수 있다. 디바이스가 더 많은 그룹을 포함할 경우, 정확도를 높이거나 측정 범위를 확장하기 위해 또는 양쪽 모두를 위해, 디바이스 내에서 더 많은 분석 대상물이 측정될 수 있거나 각 분석 대상물에 대한 더 많은 측정이 수행될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 1행 픽셀 패턴을 도시한다. 측방 유동 멤브레인 상에는 기준 라인(14), 반응 라인(8, 12) 및 제어 라인(13)이 제공된다. OLED 및 OPD 생산 공정은, 반응 및 제어 라인을 오버레이 할 수 있도록 임의의 크기 및 배치를 갖는 픽셀이 생성될 수 있게 한다. 도 12에서, 점선으로 도시된 픽셀 외곽선(25, 26 및 27)은 OPD 민감성 영역 및 OLED 픽셀의 외곽선을 나타낸다. 이들 픽셀은 반응 라인(8, 12)(또는 제어 라인(13))의 중심에 위치한다. 픽셀 외곽선(25, 26 및 27)은 또한 반응 라인(8, 12)(또는 제어 라인(13))보다 작다. 이러한 방식으로, 반응 라인을 통과하지 않고(즉, 반응 라인 또는 제어 라인의 부분을 형성하지 않는 측방 유동 멤브레인의 부분을 통과하면서) OLED로부터 OPD로 입사하는 광은 최소화되고/되거나 실질적으로 제거된다. 몇몇 실시예에서, 픽셀 외곽선은 반응 라인과 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 반응 라인(8, 12)은 동일한 분석 대상물에 대한 어세이에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 액체 샘플 내의 분석 대상물 농도의 임의의 결과 표시의 정확도는 동일한 샘플의 다중 어세이에 의해 최대화될 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 2행 픽셀 패턴을 도시한다. 이 실시예에는 2개의 평행한 측방 유동 멤브레인이 존재한다. 전술된 바와 같이, 기준 라인(14)은 반응 영역(28, 29, 30, 31, 32, 33)을 각각 OPD 및 OLED 외곽선(34, 35, 36, 37, 38, 39)과 정렬하기 위해 사용된다. 매칭된 반응 영역(라인)을 서로 대각선 방향으로 오프셋함으로써, 2개의 이웃하는 반응 영역 사이의 광의 번짐이 최소화된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, OPD/OLED 외곽선(34, 35) 상의 OPD에 의해 검출 가능한 OPD/OLED 외곽선(37)으로부터의 광의 양이 최소화된다. 이는 단일 어세이 디바이스에서 특히 조밀한 어세이 배열을 허용한다. 몇몇 예에서는 각각의 평행한 측방 유동 멤브레인이 단일 반응 영역을 포함하면서 각각의 측방 유동 멤브레인이 상이한 분석 대상물을 테스팅하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서는 각각의 평행한 측방 유동 멤브레인이 단일 또는 다수의 반응 영역을 포함 하면서 각각의 측방 유동 멤브레인이 동일한 하나 또는 분석 대상 그룹을 테스팅하는 것이 가능하다. 이는 액체 샘플 내의 분석 대상물 농도의 결과 표시의 정확도가 개선되도록 한다. 또 다른 실시예에서는 복수의 평행한 측방 유동 멤브레인 상의 다수의 테스트 영역이 상이한 방식으로 동일한 분석 대상물을 테스트하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 측방 유동 멤브레인은 샌드위치 어세이 기술을 사용하여 주어진 분석 대상물을 테스팅할 수 있는 반면, 다른 측방 유동 멤브레인은 경쟁적 어세이 기술을 사용하여 동일한 주어진 분석 대상물을 테스팅할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 어세이 디바이스의 실시예의 3행 및 4행 픽셀 패턴을 각각 도시한다. 측방 유동 멤브레인 상에 제공된 반응 영역(140, 142)은, 외곽선(141, 143)을 갖는 이웃하는 OPD의 외곽선으로 유출되는 외곽선(141, 143)을 갖는 OLED로부터의 광을 최소화하도록 배열된다. 이전과 같이, 기준 라인(14)은 정렬의 목적으로 제공된다.
도시된 실시예에서, 반응 라인 및/또는 반응 영역은 반응 라인(12)에서 구체적으로 보여지는 바와 같이 각각의 측방 유동 멤브레인의 각 측면으로 연장되도록 의도되었지만, 본 발명은 반응 라인 및/또는 반응 영역이 각 측방 유동 멤브레인의 각 측면으로 연장되지 않는 대안적 실시예로 확장된다. 예를 들어, 반응 영역은 측방 유동 멤브레인의 중앙에 집중될 수 있다. 대안적으로, 2개의 별개의 영역이 측방 유동 멤브레인 상에 나란히 제공될 수 있다. 2개의 반응 영역 사이의 측방 유동 멤브레인 상에는 공백이 존재할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2개의 반응 영역은 서로 접촉하여 제공된다. 몇몇 실시예에서, 2개 이상의 영역은 측방 유동 멤브레인의 근위-원위 방향(proximal-distal direction) 및 폭 방향 모두에서 이격되거나 오프셋될 수 있다. 반응 영역은 예를 들어 나란하게 제공될 수 있는 별개의 측방 유동 멤브레인 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예는 직접 태깅을 사용하여 설명되었지만 간접 태깅도 가능하다. 제 1 항체가 분석 대상물에 결합하는 실시예에서, 태깅 입자는 제 1 항체에 결합하도록 구성되는 추가 항체에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 동일 라벨링된 항체는 여러 다른 분석 대상물에 사용될 수 있다.
도시된 실시예는 접합 패드를 사용하지만, 샘플은 분석 대상물 태그를 사용하여 전처리될 수 있음이 이해될 것이다. 이는 특히 분석 대상물의 농도가 매우 낮은 곳에서 분석 대상물과 분석 대상물 태그 간의 더 양호한 혼합 및 결합을 보장할 수 있다. 이 경우, 접합 패드는 필요하지 않으며, 전처리된 샘플은 샘플 패드 또는 측방 유동 멤브레인 상에 직접 침착될 수 있다. 다수의 분석 대상물의 존재 또는 농도가 테스팅되어야 하는 몇몇 실시예에서, 샘플은 관심 있는 분석 대상물의 일부만을 위해 전처리될 수 있다. 이 경우에는 여전히 접합 패드가 필요하다.
도시된 실시예는 정량적 측정을 위한 것이지만, 관심 있는 하나 이상의 분석 대상물의 존재 또는 부재 표시만이 요구되는 경우에 본 발명은 하나 이상의 정성적 또는 반-정량적 어세이 디바이스에도 동등하게 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 반-정량적 어세이 디바이스에서는, 예를 들어 복수의 농도 레벨의 이산(discretised) 판독만이 요구된다. 농도 레벨은 측정될 농도의 범위에 걸쳐 규칙적으로 이격될 필요는 없다.
실리콘-기반 무기 검출기 또는 GaAs 및/또는 InGaAs 및/또는 SbGaInAs-기반 무기 방출기를 사용하는 종래 기술의 디바이스에 비해, 제작된 OPD 및 OLED를 사용하는 실시예에서의 본 발명의 이점은, 물질 비용의 대응하는 증가 없이 다중 어세이(정량적이거나 그렇지 않거나)를 제공하는 능력이다. 종래 기술의 무기 방출기 및 검출기에서는, 다수의 반응 영역이 단위 비용을 각각 갖는 다중 방출기 및 검출기를 필요로 한다. 본 발명의 실시예에서는, 방출기 또는 검출기에 의해 요구되는 픽셀 수에 관계없이 OPD 및 OLED가 단일 성분으로부터 제작되므로 추가 반응 영역을 제공하기 위한 비용에 있어 최소한의 증가만 존재한다.
예 1
실질적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 7개의 그룹을 포함하는 디바이스가 제공되었는데, 여기서 OLED 검출기는 용액 처리를 사용하여 제조되었고 다음과 같은 구조를 가졌다:
유리/ITO/홀 주입 층/중합체 호스트 + Ir-덴드리머 녹색 방출기/Ag
도 7은 램버시안 방출(실선)과 비교한 OLED 방출(파선)의 방출 프로파일의 각도 의존성을 도시하며, 방출이 근사-램버시안임을 보여준다. OPD 검출기는 또한 용액 처리를 사용하여 제조되었으며 다음과 같은 구조를 가졌다.
유리/ITO/홀 운반 층/중합체 도너 + 억셉터/Ag
마스크는 OLED 기판과 멤브레인 지지체 사이에 배치되었고, 이들 사이의 간격은 약 0.2mm이었다. OPD 기판은 태깅 입자가 없는 습윤 니트로셀룰로오스 멤브레인으로부터 약 1.0mm에 있었다. OLED 및 OPD 픽셀 크기는 0.5mm x 2mm이고, 그룹은 2mm 간격으로 이격되었고, 마스크 애퍼처 크기는 0.5mm x 2.4mm였다. 세 번째 그룹과 일곱 번째 그룹 사이의 누화(C)는 21.1dB였다.
예 2
실질적으로 예 1에서와 같은 디바이스가 제공되는데, 여기서 OLED 방출기는 ITO와 기판 사이에 배치되고 다음과 같은 구조를 갖는 분산형 브래그 반사기를 더 포함한다:
[ITO, 50nm]/TiO2, 56nm/SiO2, 92nm/TiO2, 56nm/SiO2, 92nm/TiO2, 56nm/[유리]
OLED는 실질적으로 서브-램버시안 방출을 나타낸다. 적어도 두 그룹 사이의 누화(C)는 적어도 30dB이다.
예 3
실질적으로 예 1에서와 같은 디바이스가 제공되는데, 여기서 OLED 방출기는 강한 마이크로 공동을 포함하는 상부 방출형 OLED이고 다음과 같은 구조를 가지며, 전극 사이의 간격은 약 250nm이다:
유리/Ag, 85nm/홀 운반 층/중합체 도너 + 억셉터/Ag, TeO2, 10nm
이 실시예에서, OLED는 상부-방출(top-emitting)이기 때문에, OLED는 멤브레인에 더 가까운 기판의 측면 상에 위치된다.
디바이스는 21개의 그룹을 포함하고, OLED는 실질적 서브-램버시안 방출을 나타낸다. 적어도 두 그룹 사이의 누화(C)는 적어도 40dB이다.
예 4
실질적으로 예 1에서와 같은 디바이스가 제공되는데, 여기서 OLED 방출기는 실질적으로 도 14에 도시된 바와 같은 방출이 획득되는 기판 회절성 요소에 인접하여 각각 존재한다. OLED는 강한 방향성 방출을 갖는 실질적 서브-램버시안 방출을 나타낸다. 적어도 두 그룹 사이의 누화(C)는 적어도 50dB이다.
예 5
실질적으로 예 1에서와 같은 디바이스가 제공되는데, 여기서 OLED 방출기는 OLED 기판의 방출 표면 상에 위치된 200 ㎛ 직경의 반구형 렌즈를 포함하는 마이크로-렌즈 어레이를 더 포함한다. 디바이스는 21개의 그룹을 포함한다. OLED는 실질적 서브-램버시안 방출을 나타낸다. 적어도 두 그룹 사이의 누화(C)는 적어도 40dB이다.
예 6
실질적으로 예 1에서와 같은 디바이스가 제공되는데, 여기서 OPD 검출기는 OPD 기판의 표면 상에 위치된 200 ㎛ 직경의 반구형 렌즈를 포함하는 마이크로-렌즈 어레이를 더 포함한다. 디바이스는 21개의 그룹을 포함한다. OPD는 실질적 서브-램버시안 검출을 나타낸다. 적어도 두 그룹 사이의 누화(C)는 적어도 40dB이다.
요약하면, 액체 샘플에서 적어도 하나의 분석 대상물의 농도를 정량적으로 측정하고 낮은 누화를 갖는 어세이 디바이스는, 평면 방출기(2), 평면 검출기(3), 평면 방출기(2)와 평면 검출기(3) 사이에 삽입된 측방 유동 멤브레인(4), 측방 유동 멤브레인(4)의 근위 단부와 유체 연통하는 접합 패드(5) － 접합 패드(5)는 제 1 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자를 포함함 －, 접합 패드(5)와 유체 연통하고 액체 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 패드(6), 샘플 패드(6)의 원위 단부와 유체 연통하는 위킹 패드(7)를 포함한다. 측방 유동 멤브레인(4)은 투광성 물질로부터 형성되고, 모세관 작용에 의해 접합 패드(5)로부터 위킹 패드(7)로 유체를 운반할 수 있다. 측방 유동 멤브레인(4)은, 액체 샘플 내의 분석 대상물의 농도를 나타내는 테스트 영역(8, 12) 내의 태깅 입자의 농도를 생성하기 위해, 분석 대상물, 제 1 어세이 성분 및 제 2 어세이 성분 간의 결합에 의존하여 테스트 영역(8, 12) 내에 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된 제 2 어세이 성분을 포함하는 적어도 하나의 테스트 영역(8, 12)을 포함한다. 방출기(2)는 유기 전자발광 물질의 방출 층(9, 16)을 포함하고, 방출 층(9, 16)은 측방 유동 멤브레인(4)의 테스트 영역(8, 12)과 정렬되어 방출기(2)가 테스트 영역(8, 12)을 조명할 수 있게 한다. 검출기(3)는 유기 광전지 물질(photovoltaic material)의 흡수 층(10, 15)을 포함하고, 흡수 층(10, 15)은 측방 유동 멤브레인(4)의 테스트 영역(8, 12)과 정렬되어 검출기(3)가 테스트 영역(8, 12)으로부터의 광을 검출할 수 있게 한다. 본 발명의 실시예는 가정용 테스트에 이상적으로 적합한 완전 일회용 정량적 다중-구역 진단 디바이스의 제조를 허용한다.
본 명세서의 상세한 설명 및 청구범위의 전반에 걸쳐, "포함한다" 및 "함유한다"라는 단어 및 그 파생어는 "포함하지만 이에 국한되지 않는 것"을 의미하며, 이는 다른 모이어티(moieties), 첨가물, 성분, 정수 및 단계를 배제하려는 의도가 아니다(그리고 배제하지 않는다). 본 명세서의 상세한 설명 및 청구 범위의 전반에 걸쳐, 단수는 문맥상 달리 요구되지 않는 한 복수를 포함한다. 특히, 부정사가 사용되는 경우, 명세서는 문맥상 달리 요구하지 않는 한 단수형 및 복수형을 고려하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 특정 측면, 실시예 또는 예와 관련하여 설명된 특징, 정수, 특성, 화합물, 화학적 모이어티 또는 그룹은, 이들과 양립 불가능하지 않는 한 본원에 설명된 임의의 다른 측면, 실시예 또는 예에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서(임의의 첨부된 청구항, 요약서 및 도면을 포함함)에 개시된 모든 특징 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계는, 그러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합을 제외하고, 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 발명은 임의의 전술된 실시예의 세부사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(임의의 첨부된 청구항, 요약서 및 도면을 포함)에 개시된 특징들 중 임의의 신규 특징 또는 임의의 신규 조합, 또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계의 임의의 신규 단계 또는 임의의 신규 조합으로 확장된다.

Claims (37)

  1. 액체 샘플 내의 적어도 하나의 분석 대상물의 농도의 정량적 결정을 위한 어세이 디바이스로서,
    투광성 물질로부터 형성되며 복수의 테스트 영역을 포함하는 측방 유동 멤브레인(lateral flow membrane)과,
    유기 전자발광 물질의 방출 층을 포함하는 복수의 평면 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode: OLED) 방출기와,
    유기 광전지 물질의 흡수 층을 포함하는 복수의 평면 유기 광검출기(organic photodetectors: OPD)와,
    상기 측방 유동 멤브레인의 근위 단부(proximal end)와 유체 연통하는 접합 패드 － 상기 접합 패드는, 제 1 어세이 성분에 결합된 광학적으로 검출 가능한 태깅 입자(tagging particles)를 포함함 － 와,
    상기 측방 유동 멤브레인의 원위 단부(distal end)와 유체 연통하는 위킹 패드(wicking pad)를 포함하되,
    상기 측방 유동 멤브레인은 모세관 작용에 의해 상기 접합 패드로부터 상기 위킹 패드로 유체를 운반할 수 있고,
    각각의 테스트 영역은, 상기 액체 샘플 내의 상기 분석 대상물의 농도를 나타내는 상기 테스트 영역 내의 태깅 입자의 농도를 생성하기 위해, 상기 분석 대상물, 상기 제 1 어세이 성분 및 제 2 어세이 성분 간의 결합에 의존하여 상기 테스트 영역 내에 상기 태깅 입자를 보유하기 위한 고정화된(immobilised) 상기 제 2 어세이 성분을 포함하며,
    각각의 상기 테스트 영역은 하나의 상기 방출기의 방출 층 및 하나의 상기 광검출기의 흡수 층과 정렬되고, 정렬된 상기 방출기, 상기 광검출기 및 상기 테스트 영역은 그룹을 형성하여, 상기 방출기는 상기 테스트 영역을 조명할 수 있고, 상기 광검출기는 상기 테스트 영역으로부터의 광을 검출할 수 있고,
    상기 테스트 영역이 습윤 상태이고 태깅 입자가 없는 경우, 각 그룹에 대해, 활성화된 광검출기 광전류는 상기 그룹의 방출기가 유일한 활성화된 방출기일 때 i 1이고 상기 그룹의 방출기 및 하나의 다른 방출기가 유일한 활성화된 방출기일 때 i 2이고, 누화(cross-talk)(C)는 다음 방정식
    C = 20 log10 (i 1 /(i 2 - i 1))
    에 따라 정의되고, C는 적어도 하나의 그룹에 대해 약 20dB보다 큰
    어세이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    C는 적어도 하나의 그룹에 대해 약 30dB보다 큰
    어세이 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    C는 적어도 하나의 그룹에 대해 약 40dB보다 큰
    어세이 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    C는 적어도 하나의 그룹에 대해 약 50dB보다 큰
    어세이 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 방출기는 실질적 서브-램버시안(substantially sub-Lambertian) 방출기인
    어세이 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 광검출기는 실질적 서브-램버시안 광검출기인
    어세이 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그룹의 수는 7 이상인
    어세이 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그룹의 수는 14 이상인
    어세이 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그룹의 수는 21 이상인
    어세이 디바이스.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 방출기는 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)를 포함하는
    어세이 디바이스.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 방출기는 강한 마이크로 공동(strong microcavity)을 포함하는
    어세이 디바이스.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 방출기는 기판 회절성 광학 요소(substrate diffractive optical element)를 포함하는
    어세이 디바이스.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 방출기는 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는
    어세이 디바이스.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 광검출기는 분산형 브래그 반사기를 포함하는
    어세이 디바이스.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 광검출기는 강한 마이크로 공동을 포함하는
    어세이 디바이스.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 광검출기는 기판 회절성 광학 요소를 포함하는
    어세이 디바이스.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 광검출기는 마이크로-렌즈 어레이를 포함하는
    어세이 디바이스.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 실질적 서브-램버시안 광검출기는 분산형 브래그 반사기를 포함하는
    어세이 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태깅 입자는 방출기에 의해 방출된 파장에서의 조명 하에서 형광을 발하며, 상기 검출기는 상기 측방 유동 멤브레인을 통한 상기 형광을 검출하도록 구성되고, 고정화된 상기 태깅 입자의 형광으로 인해 상기 검출기에 의해 검출된 광 강도는 상기 액체 샘플 내의 상기 분석 대상물의 농도를 나타내는
    어세이 디바이스.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 물질은 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)인
    어세이 디바이스.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방 유동 멤브레인은 약 200 미크론 미만의 두께를 갖는
    어세이 디바이스.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 층과 상기 흡수 층의 마주보는 표면들(facing surfaces) 사이의 간격은 1.5mm 미만인
    어세이 디바이스.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 층과 상기 측방 유동 멤브레인의 마주보는 표면들 사이의 간격은 1mm 미만인
    어세이 디바이스.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수 층과 상기 측방 유동 멤브레인의 마주보는 표면들 사이의 간격은 1mm 미만인
    어세이 디바이스.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출기 또는 상기 광검출기는 기판 상에 적어도 하나의 층의 용액 증착에 의해 형성되는
    어세이 디바이스.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출기 및 상기 검출기는 상기 측방 유동 멤브레인 주위로 접혀지는(folded) 공통 기판 상에 형성되는
    어세이 디바이스.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 층은 유기 전자발광 중합체(organic electroluminescent polymer)를 포함하는
    어세이 디바이스.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수 층은 유기 광전지 중합체(organic photovoltaic polymer)를 포함하는
    어세이 디바이스.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방 유동 멤브레인은 상기 테스트 영역과 상기 측방 유동 멤브레인의 원위 단부 사이의 제어 영역을 포함하고, 상기 제어 영역은 상기 제어 영역 내에 태깅 입자를 보유하기 위해 고정화된 제어 성분을 포함하고, 상기 방출 층 및/또는 상기 흡수 층은 상기 제어 영역과 정렬된 이산 방출/흡수 영역(픽셀)을 포함하는
    어세이 디바이스.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 어세이 성분은 상기 분석 대상물을 상기 태깅 입자에 결합시키는 분자를 포함하고, 상기 제 2 어세이 성분은 상기 분석 대상물에 대한 수용체를 포함하는
    어세이 디바이스.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방 유동 멤브레인은 투명 기판 상에 제공되는
    어세이 디바이스.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기로부터 검출 신호를 수신하고 상기 검출 신호를 처리하여 상기 샘플 내의 상기 분석 대상물의 농도를 나타내는 데이터를 생성하도록 구성된 제어기를 더 포함하는
    어세이 디바이스.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제어기는 방출기로부터의 광 방출을 제어하도록 구성되는
    어세이 디바이스.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 및 상기 방출기에 전력을 공급하기 위한 배터리를 더 포함하는
    어세이 디바이스.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 판독기로의 접속을 위한 전기 인터페이스를 더 포함하되, 상기 전기 인터페이스는 상기 검출기 및 상기 방출기를 상기 외부 판독기에 접속시키도록 구성되는
    어세이 디바이스.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는 일회용(disposable)인
    어세이 디바이스.
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 측방 유동 멤브레인과 평행하게 배열된 적어도 제 2 측방 유동 멤브레인을 포함하는
    어세이 디바이스.
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