KR20210039326A - 표면 및 확산 강화 바이오센서 - Google Patents

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KR20210039326A
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전진우
황혜진
박연수
김기범
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플렉센스, 아이엔씨.
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Abstract

개시된 기술은 일반적으로 면역분석에 대해 이루어진 바이오센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 면역분석의 속도 및 감도를 향상시키도록 이루어진 구조들을 갖는 바이오센서, 및 이를 사용하는 테스트 키트들 및 면역분석의 방법들에 관한 것이다. 제1 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리는 내부에 형성된 하나 이상의 웰들을 포함하는 센서 스트립을 포함한다. 센서 어셈블리는 부가적으로, 하나 이상의 웰들 각각의 측벽에 연결된 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 검출 구조들은 그 상에 직접 생물학적 분자를 고정시키도록 이루어진다.

Description

표면 및 확산 강화 바이오센서
본 출원은 2018년 4월 24일자로 출원된 미국 가출원 제 US 62/662,088호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 가출원의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
이러한 출원은 인용에 의해 다음을 포함한다: 2016년 5월 17일자로 출원된 한국 특허 출원 제 10-2016-0060161호를 우선권으로 주장하는, 2017년 4월 28일자로 출원된 PCT 출원 제 PCT/KR2017/004546호; 2016년 12월 2일자로 출원된 한국 특허 출원 제 10-2016-0163521호를 우선권으로 주장하는, 2017년 12월 1일자로 출원된 PCT 출원 제 PCT/KR2017/014013호; 2016년 10월 20일자로 출원된 한국 특허 출원 제 10-2016-0136342호를 우선권으로 주장하는, 2017년 10월 18일자로 출원된 PCT 출원 제 PCT/KR2017/011520호, 및 2017년 12월 13일자로 출원된 한국 특허 출원 제 10-2017-0171638호. 위의 출원들 각각의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
개시된 기술은 일반적으로 면역분석(immunoassay) 기법들에 대해 이루어진 바이오센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 면역분석 기법들의 속도 및 감도를 향상시키도록 이루어진 구조들을 갖는 바이오센서, 및 이를 사용하는 테스트 키트들 및 면역분석 기법들의 방법들에 관한 것이다.
ELISA(효소-결합 면역흡착 검정: enzyme-linked immunosorbent assay)는, 펩타이드들, 단백질들, 항체들 및 호르몬들과 같은 물질들을 포함할 수 있는 타겟 피분석물을 검출 및 정량화하기 위한 검정 기법이다. ELISA에서, 타겟 피분석물, 예를 들어, 항원은 고체 표면 상에 고정되고, 이어서 효소에 결합된 시약, 예를 들어, 항체와 복합된다. 검출은 검출가능 반응 생성물을 생성하기 위해 기질과의 배양을 통해, 접합된 효소 활동을 평가함으로써 달성된다.
CN 105699644 A WO 2017-200225 A1 KR 20-2015-0004388 U US 7348183 B2
개시된 실시예들은 일반적으로, 타겟 피분석물들의 향상된 감도 및 더 빠른 검출을 갖는 바이오센서 어셈블리를 제공하는 것을 목표로 한다. 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들은, 고정된 반응물 또는 항체의 농도가 증가되어, 그에 의해 다양한 ELISA 기법들의 속도를 증가시키도록 이루어진다. 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들은 또한, 현재 알려진 1-단계 ELISA 기법들의 단점인 후크 효과(hook effect)를 감소시킬 수 있다. 개시된 실시예들은 또한, 사용하기에 매우 편리하고, 종래의 면역검정 기법들과 비교하여 분석을 위해 소비되는 복잡도 및 시간을 (예를 들어, 45 분 미만으로) 매우 감소시킬 수 있는 바이오센서 어셈블리를 제공하는 것을 목표로 한다.
제1 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리는 내부에 형성된 하나 이상의 웰(well)들을 포함하는 센서 스트립을 포함한다. 센서 어셈블리는 부가적으로, 하나 이상의 웰들 각각의 측벽에 연결된 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 검출 구조들은 그 상에 직접 생물학적 분자를 고정시키도록 이루어진다.
제2 양상에서, ELISA에 적합한 센서 어셈블리는 공동을 포함하는 큐벳 및 공동을 닫도록 이루어진 캡을 포함한다. 센서 어셈블리는 부가적으로, 캡에 연결되고, 큐벳에 존재할 때 액체 샘플에 적어도 부분적으로 침지되도록 이루어진 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며, 여기서 하나 이상의 검출 구조들은 그 상에 직접 생물학적 분자를 고정시키도록 이루어진다.
제3 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트는 ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 센서 어셈블리는 용기, 예를 들어 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는, 적어도 하나의 투명 표면을 갖는 투명 용기, 하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 상부에 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 검출 구조들, 예를 들어 투명 검출 구조들을 포함한다. 투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 하나 이상의 공동들은, 액체로 채워져서 투명 검출 구조들 각각이 내부에서 적어도 부분적으로 침수되도록 이루어진다. 액체에 의해 접촉되는 투명 구조들의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.25 mm2를 초과한다. 활성 표면들 각각은 약 500 미크론을 초과하는 거리만큼 활성 표면들 중 바로 인접한 활성 표면으로부터 분리된다.
제4 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트는 ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 센서 어셈블리는, 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는 투명 용기, 하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 상부에 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며, 여기서 투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 하나 이상의 공동들은, 액체로 채워져서 투명 검출 구조들 각각이 내부에서 적어도 부분적으로 침수되도록 이루어진다. 액체에 의해 접촉되는 투명 구조들의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.25 mm2 내지 마이크로리터 당 약 8.0 mm2이다.
제5 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트는 ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 센서 어셈블리는 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는 투명 용기, 하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 상부에 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함한다. 투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 활성 표면들 각각은 약 500 미크론 내지 약 8 mm의 거리만큼 활성 표면들 중 바로 인접한 활성 표면으로부터 분리된다.
제6 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트는 ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 센서 어셈블리는 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는 투명 용기, 하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 상부에 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함한다. 투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 활성 표면들 중 적어도 하나는 마이크로구조들 또는 나노구조들을 갖는 텍스처화된 중합체 표면을 포함한다.
제7 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트는 ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 센서 어셈블리는 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는 투명 용기, 및 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함한다. 공동들의 내부 표면들 및 하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 상부에, 피분석물에 특이적으로 결부(bind)되도록 이루어진 시약을 고정시키도록 이루어진 활성 표면들을 제공한다. 투명 검출 구조들의 메인 표면들은, ELISA를 수행할 시에, 고정된 시약에 특이적으로 결부된 피분석물에 대응하는 검출가능 광학 밀도가, 하나 이상의 투명 검출 구조들이 없는 센서 어셈블리에 비해, 고정된 시약들에 피분석물을 특이적으로 결부시키는 레이트를 감소시키지 않으면서 증가되도록 이루어진다.
제8 양상에서, 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)를 수행하는 방법은, 위의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 ELISA 키트를 제공하는 단계, 및 광학적으로 투명한 용기 내에서 ELISA 반응을 수행하는 단계를 포함한다. ELISA 반응을 수행하는 단계는, 타겟 피분석물, 및 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 마커-표지(marker-label)된 검출 시약을 제공하는 단계; 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 포획 시약을 센서 어셈블리의 활성 표면들 상에 고정시키는 단계; 타겟 피분석물로 하여금, 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부되게 하기 위해 활성 표면들을 용액에 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부된 타겟 피분석물을 검출하는 단계를 포함한다.
제9 양상에서, ELISA를 수행하는 방법은 ELISA 웰을 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 ELISA 웰은, 투명 용기 및 광학적으로 투명한 용기 내의 하나 초과의 향상 층을 포함하고, 하나 초과의 향상 층은 항체가 그에게 결부되게 허용하도록 이루어지고, 하나 초과의 향상 층은, 마이크로리터 당 약 0.25 mm2 내지 마이크로리터 당 약 8.0 mm2인, 하나 초과의 향상 층의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율을 제공한다. 방법은 부가적으로, 광학적으로 투명한 용기를 이용하여 ELISA를 수행하는 단계를 포함하며, 여기서 단 한번의 세척만이 ELISA에 수반된다.
제10 양상에서, 개시된 실시예들에 따른 바이오센서는 제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 플레이트의 형상의 검출 구조를 포함하며, 여기서 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되는 고정된 생체분자는 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 배열된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 돌출부들의 형태의 마이크로구조들 또는 나노구조들은 검출 구조의 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 형성되고, 그의 외부 표면 상에서, 고정된 생체분자와 함께 부착된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 타겟 피분석물은 아미노산, 펩타이드들, 폴리펩타이드들, 단백질들, 당단백질들, 지방단백질들, 뉴클레오시드들, 뉴클레오티드들, 올리고뉴클레오티드들, 핵산들, 당들, 탄수화물들, 올리고당들, 다당류들, 지방산들, 지질, 호르몬들, 대사산물들, 사이토카인들, 케모카인들, 수용체들, 신경전달물질들, 항원들, 알레르겐들, 항체들, 기질들, 보조인자들, 억제제들, 약물들, 의약품들, 영양소들, 프리온들, 독소들, 독극물들, 폭발물들, 살충제들, 화학전 작용제들, 생물학적 유해 물질들, 박테리아, 바이러스들, 방사성 동위 원소들, 비타민들, 복소환 방향족 화합물들, 발암물질들, 돌연변이 유도 물질들, 마약들, 암페타민들, 바르비투르산염들, 환각제들, 폐기물들, 오염물들, 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 검출 구조는, 고정된 생체분자가 타겟 피분석물과 반응하도록 타겟 피분석물을 함유하는 샘플을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 검출 구조의 일단에 연결되고 사용자에 의해 파지되는 파지 부재를 더 포함한다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 검출 구조를 파지 부재에 연결시키고, 큐벳의 유입구로 해제가능하게 삽입되는 캡을 더 포함한다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 캡의 외부 표면 상에 배열되고, 캡이 큐벳에 삽입될 때 탄성을 생성하도록 형상이 변화되는 고정 부재를 더 포함하며, 여기서 고정 부재는 탄성에 의해 큐벳의 내부 주연부 표면과 밀착된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 검출 구조는 샘플에 침지된 침지 부분, 및 침지 부분의 폭보다 작은 폭을 가진 좁은 부분을 갖는 비-침지 부분으로 분할된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 좁은 부분은 검출 구조의 양측 중 적어도 하나로부터 리세스(recess)되고, 검출 구조의 길이 방향을 따라 연장된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 검출 구조는 복수로 제공되고, 검출 구조들은 서로 평행하게 이격되어 있다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 검출 구조를 보호하기 위해 검출 구조를 통해 서로 마주보는 가드들의 쌍을 더 포함한다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 미리 결정된 길이를 갖는 몸체, 및 타겟 피분석물을 함유하는 샘플을 수용하기 위해 몸체의 하나의 표면으로부터 리세스된 복수의 반응 챔버들을 포함하는 적어도 하나의 센서 스트립을 더 포함하며, 여기서 검출 구조는 반응 챔버들 각각에 배열된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는, 센서 스트립이 탈착가능하게 부착된 표면을 갖는 고정 플레이트를 더 포함한다.
제10 양상에 따른 바이오센서에서, 검출 구조는 복수로 제공되고, 검출 구조들은 서로 수직으로, 예를 들어, 깊이 방향으로 이격되어 있다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 반응 챔버들과 연통하기 위해 몸체의 하나의 표면으로부터 리세스된 샘플 주입 구멍들을 더 포함한다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는 고정 플레이트의 하나의 표면으로부터 돌출된 삽입 돌출부를 더 포함하며, 여기서 몸체는, 센서 스트립이 고정 플레이트에 부착되도록 삽입 돌출부가 삽입되는 삽입 리세스를 형성하기 위해 리세스 또는 천공된다.
제10 양상에 따른 바이오센서에 있어서, 바이오센서는, 삽입 돌출부가 삽입 구멍에 삽입될 때 몸체의 일단의 안쪽으로 리세스된 코너와 접촉하게 되도록 삽입 돌출부로부터 이격되고 고정 플레이트의 하나의 표면으로부터 돌출된 고정 돌출부를 더 포함한다.
개시된 실시예들에 따른 바이오센서는, 단위 부피 당 반응하는 수용체 또는 항체의 농도가 증가되도록 구조화된다. 이러한 구조로 인해, 개시된 실시예들에 따른 바이오센서는 1-단계 검정에 대한 편리함을 제공하고, 분석에 요구되는 시간을 상당히 감소시키며, 추가로 개선된 감도를 달성한다.
본 발명의 이들 및/또는 다른 양상들 및 장점들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 실시예들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이고 더 용이하게 이해될 것이다.
도 1a는 순차적인 반응들에 기초한 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에서의 단계들의 시퀀스들을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 1b는 동시 반응들에 기초한 1-단계 ELISA에서의 단계들의 시퀀스를 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2c는 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들의 검출 구조들을 개략적으로 예시한 측단면도들이다.
도 3a 내지 도 3e는 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들 상에 형성된 마이크로구조들 또는 나노구조들을 개략적으로 예시한 사시도들이다.
도 3f는 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들 상에 형성된 나노필러(nanopillar)들의 주사형 전자 현미경 이미지이다.
도 4a는 큐벳형 바이오센서 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 예시적인 실시예들에 따른, 검출 구조들을 포함하는 큐벳형 바이오센서 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
도 4c는 실시예들에 따른 큐벳형 바이오센서의 사시도이다.
도 5는 실시예들에 따른, 도 4c에 예시된 바이오센서 및 바이오센서가 삽입될 큐벳을 포함하는 바이오센서 어셈블리의 정면도들을 예시한다.
도 6은 실시예들에 따른, 도 4c에 예시된 바이오센서가 큐벳에 삽입되는 상태를 예시하는 측면도이다.
도 7은 추가적인 실시예들에 따른 큐벳형 바이오센서의 사시도이다.
도 8은 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리의 사시도이다.
도 9는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 검출 구조의 사시도이다.
도 10은 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 사시도이다.
도 11은 추가적인 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리의 사시도이다.
도 12a 및 도 12b는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 일부의 사시도들이다.
도 12c는 도 12a 및 도 12b에 예시된 센서 스트립의 일부의 컴포넌트 층들의 사시도들이다.
도 12d는 도 12a 및 도 12b에 예시된 센서 스트립의 부분적으로 적층된 부분의 사시도이다.
도 12e 내지 도 12g는 실시예들에 따른, 상이한 스택 구성들을 갖는 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립들의 상이한 부분들을 예시한다.
도 12h는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리를 사용하여 획득된 실험적 흡광도 그래프이다.
도 13a는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 평면도들을 개략적으로 예시한다.
도 13b 내지 도 13d는 도 13a에 예시된 센서 스트립의 사시도 및 평면도의 사진들을 예시한다.
도 14a는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 평면도들을 개략적으로 예시한다.
도 14b 내지 도 14d는 도 14a에 예시된 센서 스트립의 사시도 및 평면도의 사진들을 예시한다.
도 15는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 사시도를 예시한다.
도 16a 및 도 16b는 각각, 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 상부 및 하부 사시도들이다.
도 16c 및 도 16d는 각각, 도 16a 및 도 16b에 예시된 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 상세한 상부 및 하부 사시도들이다.
도 17a 및 도 17b는 각각, 실시예들에 따른, 피분석물(HE4)에 대한 흡광도 대 검정 시간 및 흡광도 대 농도의 실험적 측정들이다.
도 18a는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 일부의 사시도를 예시한다.
도 18b 내지 도 18e는 실시예들에 따른, 상이한 스트립형 바이오센서 어셈블리들의 센서 스트립들의 부분들의 평면도들을 예시한다.
도 19a는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 센서 스트립의 일부의 사시도를 예시한다.
도 19b 내지 도 19f는 실시 예들에 따른, 상이한 스트립형 바이오센서 어셈블리들의 센서 스트립들의 부분들의 평면도들을 예시한다.
도 20a 내지 도 20d는 실시예들에 따른, 상이한 스트립형 바이오센서 어셈블리들의 센서 스트립들의 반응 챔버들의 사시도들을 예시한다.
도 21a 및 도 21b는 실시예들에 따른, 샘플에 의해 접촉된 표면적 대 스트립형 바이오센서 어셈블리들에 대한 반응 챔버들의 직경의 계산된 그래프들이다.
도 22는 실시예들에 따른, 큐벳형 바이오센서 어셈블리를 사용하여 ELISA를 수행하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 23은 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리를 사용하여 ELISA를 수행하는 방법을 예시한 흐름도이다.
도 24a 내지 도 24f는 실시예들에 따른, 바이오센서 어셈블리를 사용하여 측정되었던, 상이한 농도들의 다양한 피분석물들과의 반응 생성물들의 흡광도들의 실험적 측정들이다.
도 25a 및 25b는 실시예들에 따른, 상이한 수들의 검출 구조들을 갖는 바이오센서 어셈블리를 사용하여 측정되었던 상이한 농도들의 다양한 반응 생성물들의 흡광도들의 실험적 측정들이다.
개시된 실시예들에 따른 특성들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 다른 목적들, 장점들, 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명 및 바람직한 실시예들로부터 더 명백해질 것이다. 도면들에서, 동일한 엘리먼트들은, 그들이 상이한 도면들에 묘사되어 있더라도 동일한 참조 번호들로 표기된다. 개시된 기술의 설명에서, 관련 기술의 상세한 설명들은, 그들이 개시된 기술의 본질을 불필요하게 불명료하게 할 수 있다고 간주될 때 생략된다.
종래의 센서 어셈블리들을 사용하는 다양한 ELISA 기법들은 세척 및 배양을 포함하는 다수의 단계들을 포함하며, 완료하는 데 긴 시간(예를 들어, > 120 분)이 걸린다. 따라서, ELISA 기법들을 더 간단하고 더 빠르게 가능하게 할 수 있는 바이오센서 어셈블리에 대한 필요성이 존재한다.
위에서 설명된 다양한 ELISA 기법들의 타입에 관계없이, 더 빠르고 더 민감한 ELISA에 대한 공통적인 난제는, 비교적 높은 반응 레이트들을 가지면서, 검출된 타겟 피분석물의 신호를 증가시키는 것을 수반한다. 개시된 기술의 다양한 실시예는 이들 및 다른 난제들을 해결하며, 이는 이제 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
면역검정의 반응성은 많은 인자들에 의해 결정된다. 특히, 반응에 참여하는 샘플의 단백질의 농도 및 단백질과 반응하는 수용체 및 항체의 농도가 가장 중요한 인자들로 고려된다.
일반적인 ELISA의 경우, 면역검정을 위한 마이크로타이터(microtiter) 플레이트의 반응 면적은 샘플을 포함하는 면적으로 제한되며, 이는 동일한 샘플의 부피 당 반응에 참여하는 수용체 또는 항체의 농도를 제한한다. 그러나, 본 발명자들은, 감도를 증가시키려는 시도에서 표면 대 부피 비를 증가시키는 일부 기법들이 ELISA에서 다양한 시약들 및/또는 피분석물의 확산을 감소시켜, 더 긴 반응 시간들을 유발할 수 있다는 것을 인식했다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들은 반응 시간들을 감소시키면서 동시에, 전체 감도를 개선시키기 위한 이들 및 다른 경합 필요성들을 해결한다.
도 1a 및 도 1b는 ELISA 기법들에서 관측된 시간과 정확도 사이의 트레이드-오프를 예시한다. 예시의 목적들을 위해서만, 트레이드-오프가 샌드위치(sandwich) ELISA의 맥락에서 설명된다. 그러나, 다른 ELISA 기법들의 맥락에서 유사한 트레이드오프들이 존재할 수 있다. 도 1a를 참조하면, 일반적인 샌드위치 ELISA 프로세스(1A)가 예시된다. ELISA 프로세스(1A)에서, 타겟 피분석물(2), 예를 들어, 단백질 또는 항원을 함유하는 샘플은 기질(10) 상에 고정된 수용체 또는 포획 항체(C)와 반응된다. 예를 들어, 기질(10)은 검출 구조 또는 ELISA 웰 플레이트일 수 있다. 후속하여, 반응 혼합물이 세척되고, 반응 생성물(4)이 마커-표지된 반응 항체(6)와 반응된다. 예시된 실시예에서, 반응 항체(6)는 효소, 예를 들어 고추냉이 과산화효소(horseradish peroxidase)(HRP)에 직접적으로 또는 간접적으로 접합된다. 순차적인 반응들의 복잡도로 인해, 예시된 샌드위치 ELISA 기법과 같은 ELISA 기법들은 일반적으로, 실험실에서 숙련된 사용자에 의해 수행되며, 완료하는 데 4시간만큼 길게 지속될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 변형된 샌드위치 ELISA 프로세스(1B)가 예시된다. ELISA 프로세스(1B)에서, 도 1a에 예시된 순차적인 샌드위치 ELISA의 시간 및 복잡도를 감소시키기 위해, 마커-표지된 반응 항체(6)가 먼저, 타겟 피분석물(2), 예를 들어 단백질 또는 항원을 함유하는 샘플과 혼합되고, 혼합물이 반응하게 허용된다. 반응 혼합물은 기질(10) 상에 고정된 수용체 또는 포획 항체(C)와 반응된다. 반응 전에 수용체 또는 포획 항체(C)가 기질(10) 상에 고정될 때, 복잡한 분석 프로세스들을 수반하지 않으면서 샘플의 1회 주입에 의해 면역검정이 수행될 수 있으며, 이는 잠재적으로, 기법을 더 편리하게 만들고, 분석을 위한 시간을 약 1/8로 단축시키거나 또는 일부 종래의 기법들의 시간과 비교하여 더 짧게 만든다. 그러나, 이들 이점들은 종종 다양한 이유들 때문에 실현되지 않는다. 예를 들어, 많은 양의 타겟 단백질이 존재할 때, 타겟 단백질의 일부가 마커-표지된 반응 항체와 반응되지 않게 유지되고, 기질 상에 고정된 항체와 반응할 수 있다. 이러한 현상은 "후크 효과"로 지칭된다. 추가로, 표지되지 않은 타겟 단백질의 존재는 타겟 단백질의 농도를 정확하게 결정하는 것을 불가능하게 한다. 이들 문제들은, 반응들에 참여하는 수용체 또는 포획 항체의 농도가 타겟 단백질의 농도보다 더 높게 만들 수 있을 때, 완화되거나 해결될 수 있다. 따라서, 더 빠르고 더 민감하고, 그리고/또는 덜 복잡한 ELISA 기법들, 예를 들어 샌드위치 ELISA 기법에 적합한 센서 어셈블리들에 대한 필요성이 존재한다.
향상된 감도를 위한 마이크로구조 또는 나노구조 활성 표면들을 갖는 센서 어셈블리들
본 명세서에 설명된 바와 같이, 생체분자는 항체들 또는 항원들을 포함하여, 면역검정, 예를 들어 ELISA에 직접적으로 또는 간접적으로 참여할 수 있는 임의의 유기 화합물 또는 시약을 지칭한다. 예를 들어, 생체분자는 몇몇 예를 들자면, 수용체 또는 포획 항체, 검출 항체, 효소, 기질, 마커 및/또는 피분석물, 또는 임의의 조합, 또는 이들 생체분자들에 의해 형성된 복합체를 포함할 수 있다. 피분석물이 유기 화합물 또는 무기 화합물일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 피분석물이 무기 화합물일 때, 피분석물 및 다른 생체분자, 예를 들어 포획 항체 또는 검출 항체에 의해 형성된 화합물은 총괄하여 생체분자로 지칭될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명자들은, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르면, 바이오센서 어셈블리들의 검출 구조들의 활성 표면적들을 증가시키는 것이 면역검정 기법들의 속도 및 감도를 증가시킬 수 있다는 것을 인식했다. 활성 영역들은 생체분자들을 그 상에 직접적으로 또는 간접적으로 고정시키도록 이루어진다. 활성 영역을 증가시키는 것은 고정된 생체분자들의 밀도를 증가시킬 수 있으며, 이는 결국, 면역검정, 예를 들어 ELISA의 감도를 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 개시된 바이오센서 어셈블리들의 실시예들에 따르면, 활성 표면적은 다양한 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들의 확산 수송에 대한 가능한 부정적인 영향 중 일부를 감소시키면서 증가될 수 있다. 이들 및 다른 필요성들을 해결하기 위해, 다양한 실시예들에 따르면, 일부 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들은, 다양한 실시예들에 따라 마이크로구조들 또는 나노구조들을 가질 수 있는 텍스처화된 또는 변형된 표면, 예를 들어 텍스처화된 또는 번형된 중합체 표면을 포함하는 활성 표면적들을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 마이크로구조는 약 100 nm 내지 약 500 μm인 하나 이상의 물리적 치수들, 예를 들어 길이, 폭, 높이, 직경 등을 갖는다. 나노구조는 약 100 nm 미만인 하나 이상의 물리적 치수들을 갖는다.
도 2a 내지 도 2c는, 생체분자가 부착되어 있는 하나 이상의 주 표면들을 갖는 바이오센서들의 검출 구조들(10)을 개략적으로 예시한 단면도 또는 측면도이다. 예시의 목적들을 위해, 실시예들이 하나 이상의 주 표면들에 부착된 수용체 또는 포획 항체(C)를 묘사하지만, 실시예들이 그렇게 제한되지 않지 않다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 주 표면들에 부착된 생체분자들은, 하나 이상의 주 표면들에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있는 본 명세서에 설명된 임의의 생체분자일 수 있다. 예를 들어, 생체분자는 다양한 실시예들에 따른, 포획 항체, 타겟 피분석물 및/또는 검출 항체와 같은 항체일 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 예시된 검출 구조들(10)은 또한, 텍스처화되거나 또는 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)을 포함하는 하나 이상의 주 표면들을 가질 수 있다. 도 3a 내지 도 3e는 일부 다른 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들의 하나 이상의 주 표면들 상에 형성된 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 다양한 예들을 개략적으로 예시한 사시도들이다.
도 3f는 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들 상에 형성된 나노필러들 또는 나노섬유들의 주사형 전자 현미경 이미지이다. 나노필러들 또는 나노섬유들은 Ar 및 CF4 플라즈마에서 에칭함으로써 형성되었다.
도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따른 바이오센서는 하나 이상의 주 표면들, 예를 들어 제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 플레이트의 형상의 검출 구조(10)를 포함한다. 예시된 실시예들에서, 서로 대향하는 제1 및 제2 주 표면들 각각은 활성 표면을 포함한다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 서로 대향하는 제1 및 제2 주 표면들 중 다른 표면이 아니라 하나의 표면이 활성 표면을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 표면들 중 하나 또는 둘 모두는 그 상에 생체분자들을 직접적으로 또는 간접적으로 고정시키도록 이루어진 활성 표면을 포함한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 도 2b 및 도 2c에 관해 예시된 실시예들에서, 하나 이상의 주 표면들, 예를 들어 서로 대향하는 제1 및 제2 주 표면들은 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)을 갖는 텍스처화된 중합체 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 중합체 재료, 예를 들어 검출 구조(10)의 벌크와 동일하거나 상이한 중합체 재료로 형성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 활성 표면은, 하나 이상의 생체분자들 및/또는 피분석물들이 면역검정을 위해 고정될 수 있는 표면을 지칭한다. 활성 표면은, 생체분자들 및/또는 피분석물들이, 예를 들어 항체들 또는 항원들로서 비-활성 표면들에 대해 특이적으로 결부될 수 있도록 화학적으로 처리되거나 기능화될 수 있다. 예를 들어, 동일한 조건 하에서 동일한 용액에 노출될 때, 활성 표면은, 예를 들어 2, 4, 6, 8, 10 또는 비-활성 표면과 비교하여 더 높은 값들을 초과하는 인자에 의해 특정한 항체 또는 피분석물에 대해 더 높은 특이성을 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에서, 고정된 생체분자(C) 또는 시약, 예를 들어 항체는 평면형 검출 구조(10)의 메인 표면들, 예를 들어 평탄한 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 배열된다. 여기서, 예시의 목적들을 위해, 고정된 생체분자(C)는, 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어지거나 또는 그에 특이적으로 결부되는 생체분자, 예를 들어 포획 항체이다. 타겟 피분석물은 독립적으로 제공될 수 있거나 또는 샘플에 존재할 수 있다. 샘플은 마커-표지된 검출 생체분자 또는 시약, 예를 들어 항체를 더 포함할 수 있다.
타겟 피분석물은 유기 화합물 또는 무기 화합물일 수 있다. 타겟 피분석물들의 비-제한적인 예들은 아미노산, 펩타이드들, 폴리펩타이드들, 단백질들, 당단백질들, 지방단백질들, 뉴클레오시드들, 뉴클레오티드들, 올리고뉴클레오티드들, 핵산들, 당들, 탄수화물들, 올리고당들, 다당류들, 지방산들, 지질, 호르몬들, 대사산물들, 사이토카인들, 케모카인들, 수용체들, 신경전달물질들, 항원들, 알레르겐들, 항체들, 기질들, 보조인자들, 억제제들, 약물들, 의약품들, 영양소들, 프리온들, 독소들, 독극물들, 폭발물들, 살충제들, 화학전 작용제들, 생물학적 유해 물질들, 박테리아, 바이러스들, 방사성 동위 원소들, 비타민들, 복소환 방향족 화합물들, 발암물질들, 돌연변이 유도 물질들, 마약들, 암페타민들, 바르비투르산염들, 환각제들, 폐기물들, 오염물들, 및 이들의 혼합물들을 포함한다.
타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어지거나 또는 그에 특이적으로 결부된 고정된 생체분자(C) 또는 시약, 예를 들어 포획 항체 또는 검출 항체와 같은 항체가 타겟 피분석물에 의존하여 결정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 고정된 생체분자(C)의 비-제한적인 예들은, 저분자량 화합물들, 항원들, 항체들, 단백질들, 펩타이드들, 데옥시리보핵산(DNA), 리보핵산(RNA), 펩타이드 핵산(PNA), 효소들, 효소 기질들, 호르몬들, 호르몬 수용체들, 및 기능 기질들을 갖는 합성 시약들, 그의 모방체들, 및 이들의 조합들을 포함한다.
항체를 표지하기 위한 마커의 비-제한적인 예들은 몇몇 예를 들자면, 고추냉이 과산화효소(HRP), 알칼리성 포스파타제들, 및 플루오레세인들을 포함한다.
기질 용액의 비-제한적인 예들은, 몇몇 예를 들자면, 마커와 반응하는 시약으로서 2,2'-아지노-비스[3-에틸벤조티아졸린-6-술폰산] 디암모늄 염(ABTS) 또는 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(TMB)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 임의의 효소 기질이 본 명세서에서 제공되는 방법들, 키트들 및 디바이스들에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기질은, OPD(o-페닐렌디아민 디하이드로클로라이드), 및/또는 pNPP(p-니트로페닐 포스페이트, 디소듐 염) 중 적어도 하나이다.
타겟 피분석물, 고정된 생체분자(C), 마커, 및 시약의 개시된 예들은 비-제한적인 예들로서 제공되며, 반드시 이에 제한되지는 않는다는 것이 이해될 것이다.
도 3a 내지 도 3e는 예시적인 실시예들에 따른, 바이오센서들의 검출 구조들(10)의 하나 이상의 주 표면들 상에 형성된 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 다양한 예들을 개략적으로 예시한 사시도들이다. 도 3a 내지 도 3e에 예시된 바와 같이, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 주 표면들, 예를 들어 검출 구조(10)의 제1 및/또는 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 표면들은 대향하는 주 표면들일 수 있다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 표면들은 인접한 표면들일 수 있다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 검출 구조(10)의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 전체 영역 또는 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 대안적으로, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 검출 구조(10)의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 일부 섹션들 또는 부분들에 형성될 수 있다. 고정된 생체분자(C)는 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 적어도 일부 또는 실질적으로 모두의 외부 표면 상에 배열될 수 있다. 이러한 배열을 이용하면, 상부에 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)이 형성되어 있지 않은 검출 구조와 비교하여 비교적 더 많은 양의 고정된 생체분자(C)가 검출 구조(10)의 표면 상에 형성될 수 있는데, 그 이유는, 상부에 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)이 형성되어 있지 않은 평면형 검출 구조보다 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)이 비교적 더 큰 표면적을 제공하기 때문이다.
마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 돌출부들 또는 돌기들의 형태를 취할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은, 베이스로부터 멀어지면서, 즉 그들이 형성된 고체 기질에 더 가까워지면서 감소하는 단면적들을 갖는 돌출부들을 포함한다. 유리하게, 이들 구조들은 다양한 시약들 및/또는 피분석물들의 확산 수송에 대한 가능한 부정적인 효과를 감소시키면서 생체분자들(C) 및/또는 피분석물들의 고정에 이용가능한 표면적을 상당히 향상시킬 수 있다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 상부의 생체분자들의 고정을 위한 활성 표면적을 증가시킬 수 있는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 적합한 형상은 다각형, 원 또는 타원에 적어도 부분적으로 근사하는 적어도 하나의 표면을 가질 수 있다. 예를 들어, 마이크로구조 또는 나노구조(11)는 몇몇 예를 들자면, 구형, 난형, 피라미드(예를 들어, 직사각형, 삼각형), 프리즘(예를 들어, 직사각형, 삼각형), 원뿔형, 입방체, 원통형, 플레이트, 디스크, 와이어, 로드(rod), 시트 및 프랙탈 중 적어도 일부를 포함하는 형상을 가질 수 있다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 이들 다양한 형상들의 임의의 잘린(truncated) 부분들 또는 왜곡된 형상들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 3a에 예시된 바와 같이, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 잘린 구의 형상, 예를 들어 반구형 형상을 갖는 돌기들을 포함한다. 반구형 돌기들은 규칙적으로, 예를 들어 규칙적인 어레이로서 배열될 수 있다. 예시된 실시예에서, 돌기들은 지그재그 구성으로 배열된다. 이러한 구성은 인접한 돌기들이 2차원적으로 밀집된 구성으로 서로 접촉되게 허용한다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 돌기들은 임의의 적합한 구성, 예를 들어 직사각형 어레이로 또는 랜덤하게 배열될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 마이크로구조는 약 100 nm 내지 약 500 μm인 하나 이상의 물리적 치수들, 예를 들어 길이, 폭, 높이, 직경 등을 갖는다. 나노구조는 약 100 nm 미만인 하나 이상의 물리적 치수들을 갖는다.
다른 실시예들에서, 돌기들은 프리즘형(도 3b 참조) 또는 반원통형(도 3c 참조)일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 돌기들은 피라미드형 또는 원뿔형일 수 있다. 예를 들어, 돌기들은 검출 구조(10)의 주 표면에 수직인 방향으로 테이퍼링된(tapered) 단면적들을 갖는 피라미드형 절두체(도 3d 참조) 또는 원뿔형 절두체(도 3e)의 형상을 가질 수 있다.
큰 표면적을 갖는 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 사용은 반응에 참여하는 수용체 또는 항체의 양 및/또는 농도를 증가시켜, 종래의 ELISA 기법들과 비교하여 개선된 감도를 달성할 수 있다. 특히, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 사용은, 단백질이 수용체 또는 항체보다 더 높은 농도로 존재할 때 야기되는 후크 효과를 효과적으로 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 마이크로구조 또는 나노구조(11)는, 약 1 내지 10 nm, 10 내지 100 nm, 100 내지 1000 nm, 0.1 내지 1 μm, 1 내지 10 mm, 10 내지 100 μm, 100 내지 500 μm, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의되는 범위 내의 값인 측방향 베이스 치수(예를 들어, 도 3a의 반구형 직경, 도 3b의 프리즘 폭, 도 3c의 반원통형 폭, 도 3d의 피라미드형 절두체 베이스 폭, 도 3e의 원뿔형 절두체 베이스 직경, 또는 도 3f의 섬유 직경)의 평균값을 갖는다.
일부 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 규칙적으로 배열되고, 예를 들어 주기적으로 배열된다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 다른 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들은 랜덤하게 배열되거나 의사-랜덤하게 배열되고, 예를 들어 하나의 방향으로는 규칙적으로 배열되는 반면 다른 방향으로는 랜덤하게 배열될 수 있다.
향상된 감도 및 시약 확산을 위해 이루어진 큐벳형 센서 어셈블리들
일부 실시예들에 따른 바이오센서들은 큐벳형 또는 스트립형일 수 있으며, 이는 별도로 상세히 설명될 것이다. 위에서 설명된 바와 같이, 검출 구조들의 활성 표면적들을 증가시키면서, 또한 다양한 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들의 확산 수송에 대한 가능한 부정적인 영향을 감소시키는 바이오센서 어셈블리들을 갖는 것이 유리하다. 이들 및 다른 필요성들을 해결하기 위해, 다양한 실시예들에 따르면, 다양한 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들은 하나 이상의 공동들이 내부에 형성되어 있는 부분적으로 또는 전체적으로 투명한 용기를 갖는다. 하나 이상의 공동들은 액체 샘플을 유지하도록 이루어진다. 용기는, 상부에 생체분자 또는 시약을 고정시키도록 이루어진 하나 이상의 공동들 각각에 배치된 복수의 활성 표면들을 포함할 수 있다. 바이오센서들은 부가적으로, 하나 이상의 공동들 각각에 적어도 부분적으로 배치되도록 이루어져서, 하나 이상의 공동들이 액체 샘플로 채워질 때, 하나 이상의 투명 검출 구조들이 액체 샘플에 적어도 부분적으로 침지되도록 이루어지는, 부분적으로 또는 전체적으로 투명하거나 불투명할 수 있는 하나 이상의 검출 구조들을 포함한다. 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 이루어진 바와 같이, 복수의 활성 표면들은 상부에 생체분자들 및/또는 피분석물들을 고정시키기 위한 이용가능한 활성 표면적을 증가시킨다. 부가적으로, 활성 표면들 각각은, 확산 수송을 용이하게 하거나 또는 ELISA 프로세스들에 수반되는 다양한 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들의 확산 수송의 지연을 감소시키기 위해 활성 표면들 중 바로 인접한 활성 표면으로부터 적절한 거리만큼 분리된다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 큐벳형 바이오센서 어셈블리(400A)의 개략적인 단면도이다. 도 4a에 예시된 바이오센서 어셈블리는 액체 샘플을 유지하기 위해 공동(130)이 내부에 형성되어 있는 큐벳(1)을 포함한다. 활성 영역(11)은 큐벳(1)의 공동(130)의 내부 표면들의 적어도 일부를 덮는다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 활성 영역(11)은 비활성 영역(14)과 비교하여 더 높은 특이성으로 생체분자(C)를 고정시키도록 이루어진다.
도 4b는 일부 다른 실시예들에 따른, 큐벳형 바이오센서 어셈블리(400B)의 개략적인 단면도이다. 도 4b에 예시된 바이오센서 어셈블리(400B)는, 활성 영역(11)이 측벽들 상에 형성되어 있을 수 있거나 형성되지 않을 수 있는, 공동(130)을 포함하여, 도 4a의 예시된 실시예에서와 유사하게 배열될 수 있는 큐벳(1)을 포함한다. 도 4a에 관해 위에서 설명된 큐벳형 바이오센서와 달리, 큐벳(1)의 공동(130)의 내부 표면들의 적어도 일부를 덮는 활성 영역(11)을 갖는 것에 부가하여, 바이오센서 어셈블리(400B)는 부가적으로 공동(130)에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들들(10)을 포함하며, 여기서 투명 검출 구조들(11) 각각은 활성 표면들(11) 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함한다. 이루어진 바와 같이, 복수의 활성 표면들은 상부에 생체분자들 및/또는 피분석물들을 고정시키기 위한 이용가능한 활성 표면적을 증가시킨다. 부가적으로, 활성 표면들 각각은, ELISA 프로세스들에 수반되는 다양한 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들의 확산 수송의 지연을 용이하게 하거나 감소시키기 위해 활성 표면들(11) 또는 비활성 표면 중 바로 인접한 표면으로부터 적절한 거리만큼 분리된다.
본 발명자들은, ELISA에서 사용되는 다양한 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들의 방해받지 않는 확산 수송을 위한 바로 인접한 표면들 사이의 적절한 거리 또는 갭이, 바이오센서 어셈블리의 특정한 구성 및 검출 또는 정량화될 타겟 피분석물에 의존하여, 약 500 미크론, 1000 미크론, 2000 미크론, 3000 미크론, 4000 미크론, 5000 미크론 또는 6000 미크론, 7000 미크론, 8000 미크론, 9000 미크론, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 거리라는 것을 발견했다. 바이오센서 어셈블리의 주어진 구성에 대해, 고감도 및 빠른 반응 시간들을 포함하는 본 명세서에 설명된 다양한 유리한 실험 결과들을 달성하기 위해, 본 발명자들은 바로 인접한 표면들 사이의 분리 거리를 갖는 것이 중요할 수 있다는 것을 발견했으며, 여기서 표면들 중 적어도 하나는 이들 값들 중 하나 이상보다 크거나 그들과 동일한 활성 표면이다.
본 발명자들은 또한, 공동의 부피 당 ELISA에서 사용된 다양한 생체분자들 및/또는 피분석물들의 고정을 위한 적합한 결합된 활성 영역이, 바이오센서 어셈블리의 특정한 구성 및 검출 또는 정량화될 타겟 피분석물에 의존하여, 약 0.1 mm2/μl, 1.0 mm2/μl, 1.5 mm2/μl, 2.0 mm2/μl, 2.5 mm2/μl, 3.0 mm2/μl, 3.5 mm2/μl, 4.0 mm2/μl, 4.5 mm2/μl, 5.0 mm2/μl, 5.5 mm2/μl, 6.0 mm2/μl, 6.5 mm2/μl, 7.0 mm2/μl, 7.5 mm2/μl, 8.0 mm2/μl를 초과하거나, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 값을 갖는다는 것을 발견했다. 바이오센서 어셈블리의 주어진 구성에 대해, 고감도 및 빠른 반응 시간들을 포함하는 본 명세서에 설명된 다양한 유리한 실험 결과들을 달성하기 위해, 본 발명자들은 이들 값들 중 하나 이상보다 크거나 그들과 동일한 결합된 활성 표면적을 갖는 것이 중요할 수 있다는 것을 발견했다.
본 발명자들은 또한, 센서 어셈블리들의 활성 영역들이 본 명세서에 설명된 바와 같이 이루어질 때, 고정된 생체분자 또는 시약에 특이적으로 결부된 피분석물의 검출가능 농도, 및/또는 그로부터 초래되는 검출가능 광학 밀도가, 하나 이상의 투명 검출 구조들이 없는 비교가능한 센서 어셈블리들에 비해, 생체분자들, 예를 들어 항체들에 피분석물, 예를 들어 항원들을 특이적으로 결부시키는 레이트를 실질적으로 감소시키지 않으면서, 적어도 1.1, 2, 5, 10, 15, 20배 만큼 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 배수만큼 증가된다는 것을 발견했다. 예를 들어, 도 4b 및 도 4a에 예시된 검출 구조들(10)을 갖거나 갖지 않는 센서 어셈블리들(400B 및 400A)은 각각, 특이적으로 결부된 피분석물들의 이들 비율들을 가질 수 있다.
도 4c는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 큐벳형 바이오센서(400C)의 사시도이다. 도 5는 도 4c에 예시된 바이오센서(400C) 및 바이오센서(400C)가 삽입되도록 이루어진 큐벳(1)의 정면도들을 예시하고, 도 6은, 도 5에 예시된 바이오센서(400C)가 큐벳(1)에 삽입된 상태를 예시하는 측면도(600)이다.
도 4b 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 큐벳형 바이오센서 어셈블리는, 검출 구조들(10)이 큐벳(1)에 삽입된 구조를 갖는다. 이러한 구조로 인해, 검출 구조들(10) 상에 배열된 고정된 생체분자는 큐벳(1)에 수용된 타겟 피분석물과 반응한다. 타겟 피분석물은 큐벳(1)에 수용된 샘플(3)에 존재할 수 있다. 이러한 경우, 고정된 생체분자는, 검출 구조들(10)이 샘플(3)에 침지되는 동안 타겟 피분석물과 반응한다. 위에서 설명된 바와 같이, 고정된 생체분자는 검출 구조들(10) 상에 배열된다. 일부 실시예들에서, 검출 구조들(10)은, 예를 들어 도 2b 내지 도 3e에 관해 위에서 설명된 바와 같이 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)을 상부에 형성할 수 있다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 검출 구조들(10)의 메인 표면들 각각의 활성 영역의 적어도 일부 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출 구조들(10) 각각의 대향하는 주 표면들일 수 있는 제1 표면 및/또는 제2 표면의 전체 영역들은 활성 영역들로서 이루어져서, 그들은 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)로 덮힌다. 대안적으로, 검출 구조들(10)의 제1 및/또는 제2 표면들의 일부들은 활성 영역들로서 이루어져서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 제1 표면 및/또는 제2 표면의 일부 상에 선택적으로 형성되지만 다른 부분들 상에는 형성되지 않는다. 고정된 생체분자는 검출 구조들(10)의 외부 표면들 상에 배열될 수 있다. 흡광도는, 검출 구조들(10)이 큐벳(1)에 삽입되는 상태에서 측정된다. 따라서, 검출 구조들(10) 및 큐벳(1)은, 예를 들어 기준 흡광도 곡선들을 제공하기 위해 미리 결정된 흡광도들을 가질 수 있다.
유리하게, 도 4a 내지 도 6에 예시된 바와 같은 검출 구조들(10) 및 큐벳(1) 중 하나 이상은 고체 중합체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 검출 구조들(10) 및 큐벳(1)은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 시클로올레핀, 폴리아릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 타프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리이미드와 같은 중합체 재료들로 제조될 수 있다. 그러나, 이들 중합체 재료들은 단지 예시일 뿐이며, 다른 적합한 광-투과성 중합체 재료들이 특정한 제한 없이 사용될 수 있다. 면역검정들을 위해 광학적 투명성을 제공하는 것에 부가하여, 검출 구조(10) 및/또는 큐벳(1)에 대한 적합한 재료의 선택이 표면 화학적 변형 또는 기능화에 의해 활성 표면들의 효과적인 형성을 유리하게 가능하게 할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 검출 구조(10) 및/또는 큐벳(1)에 대한 적합한 재료의 선택은, 그의 표면의 직접적인 변형에 의해 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)(도 3a 내지 도 3e)을 포함하는 적합한 표면 형태의 형성을 유리하게 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 표면적의 향상을 위해 본 명세서에 설명된 마이크로구조들 또는 나노구조들(11) 중 임의의 구조는 고체 기질, 예컨대 고체 중합체 기질의 통합 부분으로서 형성될 수 있다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 적합한 프로세스에 의해 검출 구조들(10) 및/또는 큐벳(1)의 표면들 상에 직접 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 고체 중합체 기질의 일부로서 몰딩될 수 있거나, 또는 적합한 사후-프로세싱 방법에 의해, 예를 들어 에칭 또는 플라즈마 프로세싱에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 활성 표면들 각각은, 토포그래피를 이용하여 별개의 층을 형성하지 않으면서 생체분자들 및/또는 피분석물들을 고정시키기 위해 활성 표면으로서 직접 기능하는 고체 중합체 표면을 포함한다. 이들 실시예들에서, 활성 표면들은 활성 표면들로서 기능하기 위한 그 위에 형성된 부가적인 재료를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 생체분자들이 고정되는 표면은 고체 기질과 동일한 재료일 수 있다. 고체 기질이 중합체 재료로 형성될 때, 활성 표면은 다른 재료를 갖지 않을 수 있으며, 예를 들어 금속, 반도체, 무기 유리, 또는 고체 기질의 중합체 재료와는 상이한 중합체 재료는 고체 기질과 그에 부착된 생체분자들 사이에 존재하지 않을 수 있다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 다른 실시예들에서, 활성 표면들은 그 상에 부가적인 재료를 형성할 수 있다.
도 4c 내지 도 6을 참조하면, 큐벳형 바이오센서는 검출 구조들(10) 각각의 일단에 연결된 파지 부재 또는 핸들(20)을 더 포함할 수 있다. 파지 부재(20)는 검출 구조들(10)이 연장되는 베이스를 형성하고, 사용자에 의해 파지되도록 이루어진다. 사용자는 파지 부재(20)를 유지하는 동안 검출 구조들(10)을 큐벳(1)에 삽입할 수 있다. 이 때, 검출 구조들(10)의 자유 단부들이 먼저 큐벳(1)으로 진입한다. 삽입된 검출 구조들(10)은 샘플(3)에 침지된다. 검출 구조들(10)의 자유 단부들은 파지 부재(20)에 연결된 검출 구조들(10)의 단부들에 대한 대향 단부들을 지칭한다.
검출 구조들(10) 각각은 파지 부재(20)에 고정적으로 연결된다. 검출 구조들(10)은, 인접한 검출 구조들(10)의 주 표면들이 서로 마주보도록 서로 이격되고 서로 평행하다. 바로 인접한 활성 표면들 사이의 분리 거리는 본 명세서에 설명된 거리들 중 임의의 거리일 수 있으며, 증가된 광학 밀도 및/또는 감소된 반응 시간과 연관된 다양한 장점들을 달성하는 데 중요할 수 있다. 복수의 검출 구조들(10)의 형성은, 생체분자들의 고정에 이용가능한 표면적을 증가시킴으로써 피분석물을 함유하는 샘플(3)의 단위 부피 당 고정된 생체분자의 밀도(또는 농도)를 증가시킨다. 그 결과, 센서의 개선된 감도 및 후크 효과에 대한 제어가 달성될 수 있다.
도 4c 내지 도 6을 계속 참조하면, 큐벳형 바이오센서는 캡(30)을 더 포함할 수 있다. 캡(30)은 열린 큐벳(1)의 유입구를 닫기 위해 큐벳(1)의 열린 유입구 또는 입구에 해제가능하게 삽입되도록 이루어진다. 큐벳(1)의 유입구는 캡(30)에 의해 실질적으로 또는 완전히 밀봉되거나 닫힐 수 있다. 대안적으로, 큐벳(1)의 유입구의 일부만이 캡(30)에 의해 닫힐 수 있다. 캡(30)은 파지 부재(20)를 검출 구조들(10)에 연결시키기 위해 파지 부재(20) 아래에 배치된다. 캡(30)은 큐벳(1)에서의 검출 구조들(10)의 이동을 방지하기 위해 큐벳(1)의 내부 표면과 접촉되게 유지된다.
본 발명자들은, 큐벳(1)의 유입구의 사이즈에 의존하여, 캡(30)의 외부 표면과 큐벳(1)의 유입구의 내부 표면 사이에 틈새가 있을 수 있다는 것을 깨달았다. 따라서, 캡(30)은 큐벳(1)에 고정되지 않게 유지되어, 예를 들어 샘플(3)을 누출하지 않으면서 샘플(3)을 정확하게 분석하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위해, 바이오센서(400C)(도 4c, 도 5, 도 6)는, 캡(30) 및 큐벳(1)의 유입구의 상대적인 사이즈들 사이의 밀접한 매치에 관계없이, 검출 구조들(10)을 고정시키거나 묶기 위한 고정 부재 또는 묶기 부재(40)를 더 포함할 수 있다.
고정 부재(40)는 캡(30)의 외부 표면 상에 배열된다. 이러한 배열을 이용하면, 고정 부재(40)의 원래 위치 또는 형상은, 캡(30)이 큐벳(1)에 삽입될 때 탄성을 생성하도록 변화된다. 고정 부재(40)는 탄성에 의해 큐벳(1)의 내부 주연부 표면과 밀착된다.
예를 들어, 도 5 및 도 6을 참조하면, 캡(30)이 큐벳(1)에 삽입될 때, 고정 부재(40)는 큐벳(1)의 내부 표면에 의해 가압 및 변형되고, 예를 들어 탄성적으로 구부러지거나 변형될 수 있다. 따라서, 고정 부재(40)는 고무와 같은 탄성 재료로 제조될 수 있다. 탄성 재료의 탄성은 고정 부재(40)가 큐벳(1)의 유입구의 내부 표면과 접촉하게 허용한다. 고정 부재(40)는 탄성 재료의 고유한 탄성을 사용하여 캡(30) 및 검출 구조들(10)을 제자리에 고정적으로 유지할 수 있다. 대안적으로, 고정 부재(40)는 스프링과 같은 탄성 부재를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 고정 부재(40)는 스프링의 탄성력을 사용하여 캡(30) 및 검출 구조들(10)을 제자리에 고정적으로 유지할 수 있다. 그러나 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 고정 부재(40)는 반드시 탄성 재료 또는 부재의 탄성에 의존하지는 않을 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(40)는 검출 구조들(10)이 고정되도록 구조적으로 변형될 수 있으며, 이는 아래에서 상세히 설명될 것이다.
일부 실시예들에서, 고정 부재(40)는 캡(30)의 외부 표면으로부터 연장될 수 있고, 미리 결정된 방향으로 구부러질 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(40)는 캡(30)의 외부 표면으로부터 바깥쪽으로 연장될 수 있으며, 역 L 형상을 형성하기 위해 캡(30)의 외부 표면과 평행하게 구부러질 수 있다. 고정 부재(40)의 일단에 형성된 바깥쪽으로 돌출된 돌출부는 큐벳(1)의 내부 표면에 대해 가압되며, 그 결과, 고정 부재(40)는 장력에 의해 큐벳(1)의 내부 표면과 밀착될 수 있다. 이 때, 고정 부재(40)가 가압될 때 캡(30)을 향해 이동되므로, 고정 부재(40)에 대향하는 캡(30)의 외부 표면의 일부가 리세스될 수 있다.
대안적으로, 고정 부재(40)는 캡(30)의 리세스형 부분으로 연장될 수 있으며, "L" 형상을 형성하기 위해 캡(30)의 외부 표면으로부터 바깥쪽으로 돌출될 수 있다.
결론적으로, 고정 부재(40)는, 캡(30)이 큐벳(1)에 삽입될 때 고정 부재가 큐벳(1)의 내부 표면과 밀착될 수 있는 한 자유롭게 변형될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 샘플(30에 침지될 때, 검출 구조들(10) 각각은, 샘플(3)에 침지되는 침지 부분, 및 그의 폭이 침지 부분의 폭보다 작은 좁은 부분(12)을 포함하는, 액체 샘플 위의 비-침지 부분으로 분할될 수 있다.
검출 구조들(10)이 샘플(3)을 분석하기 위해 큐벳(1)에 삽입될 때, 검출 구조들(10)의 외부 검출 구조들 중 하나 또는 둘 모두와 큐벳(1)의 개개의 내부 표면(들) 사이의 갭들에서 그리고/또는 평행하게 배열된 검출 구조들(10) 사이의 갭(들)에서 모세관 힘이 생성된다. 모세관 힘은 샘플(3)의 레벨을 증가시켜, 분석을 위해 더 많은 양의 샘플(3)을 요구할 수 있으며, 이는 센서의 분석 신뢰도를 저하시킬 수 있거나 심각하게 저하시킨다. 본 발명자들은 좁은 부분들(12)의 형성에 의해 그러한 문제들이 완화되거나 해결될 수 있다는 것을 깨달았다. 샘플(3)의 레벨은 샘플(3)과 검출 구조들(10)의 표면들 사이의 인력에 의해 검출 구조들(10)을 따라 상승한다. 따라서, 더 작은 폭을 갖는 좁은 부분들(10)의 형성은 검출 구조들(10)과 샘플(3) 사이의 접촉 면적들을 감소시켜, 샘플(3)의 레벨이 상승하는 것을 감소시키거나 방지한다.
도 5 및 도 6을 계속 참조하면, 좁은 부분들(12)은 검출 구조들(10)의 일측 또는 양측으로부터 함몰된 하나 이상의 리세스들, 노치들 또는 만입부들(17)을 가질 수 있다. 상승-방지 리세스들(17)은 검출 구조(10)의 일측으로부터 다른 대향측으로의 방향으로 미리 결정된 깊이까지 형성된다. 따라서, 상승-방지 리세스들(17)이 형성되는 위치에서의 검출 구조(10)의 폭, 즉 검출 구조(10)의 대향하는 측부들 사이의 거리는 가장 낮은 리세스들(17) 아래의 침지 부분에서의 검출 구조의 폭보다 작도록 감소된다. 상승-방지 리세스들(17)은 검출 구조(10)의 일측 또는 양측에 형성될 수 있다. 양측 상에 형성될 때, 검출 구조(10)의 양측의 상승-방지 리세스들(17)은 동일한 수직 레벨로 배열될 수 있다. 그러나 실시예들은 반드시 이러한 배열로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 상승-방지 리세스들(17)은 지그재그 패턴으로 교대로 배열될 수 있다. 상승-방지 리세스들(17)은 검출 구조(10)의 측부들을 따라 길이 방향으로 미리 결정된 간격들로 형성될 수 있다.
상승-방지 리세스들(17)은 예시된 바와 같이 형상이 둥글게 될 수 있지만, 반드시 이러한 형상으로 제한되지는 않는다. 상승-방지 리세스들(17)은 검출 구조들(10)의 폭이 좁아지는 한 임의의 형상을 가질 수 있다.
도 7은 개시된 기술의 추가적인 실시예에 따른 큐벳형 바이오센서(700)의 사시도이다. 바이오센서(700)는 도 4c 내지 도 6에 관해 위에서 예시된 바이오센서들과 유사한 다양한 특징들을 가지며, 그의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 도 7에 예시된 실시예에서, 바이오센서(700)는 검출 구조들(10)을 보호하도록 이루어진 하나 이상의 가드들(50)을 더 포함한다. 예시된 실시예에서, 가드들(50)의 쌍은 검출 구조들(10)을 통해 서로 마주보고 그들에 의해 개재되며, 검출 구조들(10)로부터 이격되어 있다. 가드들(50)의 쌍 사이에 개재되는 검출 구조들(10)의 수는 임의의 특정한 수로 제한되지 않지만, 큐벳(1)의 내부 치수들, 검출 구조들(10)의 두께, 및 인접한 검출 구조들(10) 사이의 간격들에 의해 제한될 수 있다. 최외측 구조들로서 이루어짐으로써, 가드들(50)은 검출 구조들(10)이 큐벳(1)의 내부 표면들과 접촉하는 것을 방지하고, 충격들과 같은 외부 인자들로부터 검출 구조들(10)을 보호한다. 가드들(50)은 예시된 바와 같이 플레이트들의 형상일 수 있지만, 반드시 이러한 형상으로 제한되지는 않는다. 가드들(50)이 플레이트들의 형상으로 제공될 때, 샘플(3)은 평행하게 배열된 검출 구조들(10) 사이의 갭들에서 또는 검출 구조들(10)과 큐벳(1)의 내부 표면 사이의 갭들에서 상승할 수 있다. 따라서, 도 5 및 도 6에 관해 위에서 설명된 검출 구조들과 유사한 방식으로, 가드들(50)은 가드들(50)에서 미리 결정된 높이로서 형성된, 그의 폭이 침지되는 부분들보다 작은 좁은 부분들(12a)을 포함할 수 있다. 좁은 부분들(12a)은 가드들(50)의 측부들로부터 함몰된 리세스들(17a)을 가질 수 있다. 그러나, 가드들(50)에서의 좁은 부분들(12a)의 형성 또는 좁은 부분들(12a)에서의 상승-방지 리세스들(17a)의 형성은 반드시 요구되지는 않는다.
일부 실시예들에서, 가드들(50) 중 하나 또는 둘 모두의 대향하는 주 표면들 중 어느 것도 생체분자들의 고정을 위해 이루어질 수 없고 그리고/또는 상부에 마이크로구조들 또는 나노구조들가 형성되어 있지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 가드들(50) 중 하나 또는 둘 모두의 대향하는 주 표면들 중 하나, 예를 들어 검출 구조들(10)을 마주보는 주 표면은 생체분자들의 고정을 위해 이루어질 수 있고 그리고/또는 상부에 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되어 있을 수 있다. 또 다른 일부 실시예들에서, 고정된 생체분자는 가드들(50) 중 하나 또는 둘 모두의 하나 또는 둘 모두의 표면들에 부착될 수 있다. 그 결과, 단위 부피 당 고정된 생체분자의 밀도가 증가될 수 있다.
예를 들어, 도 2a 내지 도 7에 관해 본 명세서에 설명된 실시예들 각각에서, 검출 구조들(10)은 약 100 내지 5000 미크론, 100 내지 500 미크론, 500 내지 1000 미크론, 1000 내지 1500 미크론, 1500 내지 2000 미크론, 2000 내지 2500 미크론, 2500 내지 3000 미크론, 3000 내지 3500 미크론, 3500 내지 4000 미크론, 4000 내지 4500 미크론, 4500 내지 5000 미크론의 두께, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 2a 내지 도 7에 관해 본 명세서에 설명된 실시예들 각각에서, 검출 구조들(10)은 하나 이상의 메인 표면들, 예를 들어 제1 및 제2 표면들을 가질 수 있으며, 각각은, 약 10 내지 100 mm2, 10 내지 20 mm2, 20 내지 30 mm2, 30 내지 40 mm2, 40 내지 50 mm2, 50 내지 60 mm2, 60 내지 70 mm2, 70 내지 80 mm2, 80 내지 90 mm2, 90 내지 100 mm2의 면적, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 표면적, 예를 들어 약 51 mm2를 갖는다. 더욱이, 예를 들어, 도 2a 내지 도 7에 관해 본 명세서에 설명된 실시예들 각각에서, 메인 표면들 각각의 적합한 부분, 예를 들어 30 내지 40%, 40 내지 50%, 50 내지 60%, 60 내지 70%, 70 내지 80%, 80 내지 90%, 90 내지 100%, 또는 이들 값들에 의해 정의된 범위 내의 임의의 퍼센티지는 활성 표면들일 수 있다.
예를 들어, 도 2a 내지 도 7에 관해 본 명세서에 설명된 실시예들 각각에서, 큐벳(1)은 약 50 mm3 내지 3000 mm3, 50 mm3 내지 300 mm3, 300 mm3 내지 600 mm3, 600 mm3 내지 900 mm3, 900 mm3 내지 1200 mm3, 1200 mm3 내지 1500 mm3, 1500 mm3 내지 1800 mm3, 1800 mm3 내지 2100 mm3, 2100 mm3 내지 2400 mm3, 2400 mm3 내지 2700 mm3, 2700 mm3 내지 3000 mm3, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 값의 부피를 갖는 액체를 유지하도록 이루어진다.
예를 들어, 도 2a 내지 도 7에 관해 본 명세서에 설명된 실시예들 각각에서, 큐벳(1) 및 검출 구조들(10)은, 인접한 표면들 사이, 예를 들어 활성 표면과 다양한 생체분자들 및/또는 피분석물들의 고정을 위한 적합한 결합된 활성 영역 사이의 적합한 분리 거리들을 포함하는 적합한 치수들을 가져서, 큐벳(1)은 1개 내지 20개, 1개 내지 5개, 5개 내지 10개, 10개 내지 15개, 15개 내지 20개 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 임의의 수의 검출 구조들을 수용하도록 이루어진다.
향상된 감도 및 시약 확산을 위해 이루어진 스트립형 센서 어셈블리들
이하, 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리들이 설명된다. 이들 실시예들에서, 하나 이상의 검출 구조들을 수용하도록 이루어진 광학적으로 투명한 용기는 상부에 형성된 복수의 공동들을 포함하는 스트립 용기를 포함한다. 하나 이상의 검출 구조들이 공동들의 깊이 방향과 실질적으로 평행할 수 있는 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 가질 수 있는 위에서 설명된 큐벳형 바이오센서 어셈블리들과는 달리, 본 명세서에 개시된 스트립형 바이오센서들에서, 하나 이상의 투명 검출 구조들은 공동들의 깊이 방향에 실질적으로 수직인 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 서로 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함한다. 공동들의 개개의 공동의 하단 표면을 직접 마주보는 하나 이상의 투명 검출 구조들 중 하나의 투명 검출 구조의 메인 표면은 공동들의 개개의 공동의 하단 표면에 실질적으로 평행할 수 있고, 공동들의 개개의 공동의 하단 표면으로부터 약 500 미크론을 초과하는 거리만큼 분리될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 도 8 내지 도 11에 관한 것들을 포함하여 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 의해 예시된 바와 같이, 공동들의 개개의 공동의 중심 구역에서 측방향으로 배치된 플레이트 구조를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상은 공동들의 깊이 방향에 실질적으로 평행한 수직 방향으로 서로 실질적으로 중첩할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 어셈블리는 2개 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며, 여기서 서로 직접 마주보는 2개 이상의 투명 검출 구조들 중 바로 인접한 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 500 미크론을 초과하는 거리만큼 서로 분리된다. 도 8은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 스트립형 바이오센서의 사시도이고, 도 9는 일부 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서의 검출 구조를 개략적으로 예시한 사시도이며, 도 10은 일부 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서의 센서 스트립을 예시한 사시도이다.
도 8 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리는 하나 이상의 센서 스트립들(100)을 포함하며, 이들 각각은 미리 결정된 길이를 갖는 몸체(150), 및 타겟 피분석물-함유 샘플을 수용하기 위해 몸체(150)의 하나의 표면으로부터 리세스된 복수의 반응 챔버들(130), 웰들 또는 공동들을 포함한다. 하나 이상의 검출 구조들(10)은 반응 챔버들(130) 각각에 배열된다.
구체적으로, 일부 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리들은 센서 스트립들(100)을 포함하며, 이들 각각은, 반응 챔버들(130)이 미리 결정된 길이 및 폭을 갖는 세장형(elongated) 스트립의 형상으로 몸체(150)에 형성된 구조를 갖는다. 몸체(150)는 리세스된 웰 또는 공동의 형태의 하나 이상의 챔버들(130)을 포함하고, 적어도 하나의 검출 구조(10)는 반응 챔버들(130) 각각에 배열된다.
반응 챔버들(130)은 내부에 샘플을 수용하기 위해 몸체(150)의 외부 표면들 중 하나로부터 리세스되고, 몸체(150)의 길이 방향을 따라 배열된다. 고정된 생체분자는 적어도 반응 챔버들(130)의 하단 표면들(도시되지 않음) 상에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이전의 실시예들에서 설명된 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)과 유사한 돌기들의 형태의 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 반응 챔버들(130)의 하단 표면들에 형성될 수 있고, 고정된 생체분자는 돌기들의 형태의 마이크로구조들 또는 나노구조들의 외부 표면 상에 배열된다. 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 형성은 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 단위 부피 당 고정된 생체분자의 밀도를 향상시킨다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 반응 챔버들(130)의 하단 표면들로부터 생략될 수 있다.
검출 구조(10)는 복수의 반응 챔버들(130) 각각에 배열되어, 그것이 반응 챔버(130)에 수용되는 샘플에 침지되도록 이루어진다. 일부 실시예들에서, 검출 구조(10)는 대향하는 주 평면 표면들을 갖는 플레이트 구조를 갖는다. 도 9를 참조하면, 일부 실시예들에서, 대향하는 평면 표면들 중 하나 또는 둘 모두에는, 큐벳형 센서 어셈블리들에 관해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)이 상부에 형성되어 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 제1 표면 및/또는 제1 표면에 대향하는 검출 구조들(10)의 제2 표면의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성된다. 대안적으로, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 제1 표면 및/또는 제2 표면의 일부 섹션들에 형성될 수 있지만, 다른 섹션들에는 형성되지 않을 수 있다. 고정된 생체분자는 검출 구조(10)의 외부 표면들 상에 배열될 수 있다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 검출 구조들(10)의 표면들로부터 생략될 수 있다.
센서 스트립들(100) 각각에서의 복수의 반응 챔버들(130) 및 검출 구조들(10)의 형성은 복수의 반응들의 병렬 또는 동시 분석을 가능하게 한다. 일부 분석 기법들에서, 상이한 반응들이 동일한 샘플을 사용하여 분석될 수 있다. 예를 들어, 상이한 포획 항체들이 상이한 반응 챔버들(130) 내의 검출 구조들(10) 상에 고정될 때, 상이한 반응들은 동일한 샘플을 사용하여 분석될 수 있다. 일부 다른 분석 기법들에서, 상이한 반응들이 상이한 샘플들을 사용하여 분석될 수 있다. 예를 들어, 상이한 반응들은 상이한 반응 챔버들에 도입된 상이한 샘플들을 사용하여 분석될 수 있다. 도 9를 여전히 참조하면, 반응 챔버들(130)의 개구들이 형성되어 있는 센서 스트립(100)의 표면에 대향하는 표면은 고정 플레이트(200) 상에 배열될 수 있다. 고정 플레이트(200)는 복수의 센서 스트립들(100)을 고정시키도록 이루어질 수 있다. 배열된 바와 같이, n×m개의 반응들이 분석될 수 있으며, 여기서 n은 센서 스트립(100) 당 반응 챔버들의 수를 표현할 수 있고, m은 고정 플레이트(200) 상에 고정될 수 있는 센서 스트립들(100)의 수를 표현할 수 있다.
고정 플레이트(200)는 미리 결정된 폭 및 두께를 갖는다. 센서 스트립(100)은 고정 플레이트(200)의 하나의 표면에 탈착가능하게 부착된다. 센서 스트립들(100)은 삽입 돌출부들(400) 및 삽입 구멍들(120)에 의해 고정 플레이트(200)에 부착되고 그로부터 탈착될 수 있다. 삽입 돌출부들(400)은 삽입 구멍들(120)에 삽입되어 고정된다. 삽입 구멍들(120)은 삽입 돌출부들(400)의 외부 형상에 대응하는 형상을 갖기 위해 리세스되거나 천공될 수 있다. 그들의 대응하는 형상들로 인해, 삽입 돌출부들(400)은 삽입 구멍들(120)로부터 해제가능하게 후퇴(withdraw)된다. 삽입 돌출부들(400)은 고정 플레이트(200)의 하나의 표면으로부터 돌출될 수 있고, 삽입 구멍들(120)은 센서 스트립(100)의 몸체(150)의 대향하는 표면 상에 형성될 수 있으므로, 센서 스트립(100)은 고정 플레이트(200)에 부착되고 그로부터 탈착될 수 있다. 대안적으로, 삽입 돌출부들(400)은 센서 스트립(100) 상에 형성될 수 있고, 삽입 구멍들(120)은 고정 플레이트(200)에 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들은 흡광도 측정에 기초한 타겟 피분석물의 분석을 위해 이루어진다. 따라서, 검출 구조들(10)은 외부 광을 이용하여 조사되도록 이루어진다. 따라서, 고정 플레이트(200)는 그의 두께 방향으로 천공되어, 구멍들(210)을 형성해서, 방해받지 않는 광을 그를 통해 통과시킬 수 있다. 반응 챔버들(130)은 고정 플레이트(200)에 형성된 구멍들(210) 위에 배열되도록 이루어진다. 이러한 배열을 이용하면, 반응 챔버들(130) 및 구멍들(210)은 그들의 대응하는 위치들에서 동일한 수로 제공될 수 있다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 고정 플레이트(200)는 그 상부에서 하나 이상의 센서 스트립들(100)의 하나 이상의 에지들을 고정시키거나 지지하도록 이루어진 프레임을 포함할 수 있는 반면, 나머지 부분들은 제거된다. 예를 들어, 일부 구성들에서, 센서 스트립(100)에 대응하는 복수의 구멍들(210)은 동일한 센서 스트립(100)에서 복수의 반응 챔버들(130)과 중첩하기 위해, 센서 스트립(100)의 길이 방향으로 연장되는 세장형 슬롯으로 대체될 수 있다. 일부 다른 구성들에서, 상부에 삽입 돌출부들(400)이 형성되어 있는 고정 플레이트의 부분들을 포함하는 프레임을 제외하고, 센서 스트립들(100)과 중첩하는 고정 플레이트의 일부 또는 실질적으로 모든 부분들이 제거될 수 있다. 이러한 구성에서, 고정 플레이트의 제거된 부분은 상이한 센서 스트립들(100)에서 복수의 반응 챔버들(130)과 중첩할 수 있다. 이루어진 바와 같이, 광은 검출 구조들(10) 및 반응 챔버들(130)의 하단들을 통해 투과될 수 있다. 따라서, 검출 구조들(10) 및 반응 챔버들(130)의 하단들은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 시클로올레핀, 폴리아릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 타프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리이미드와 같은 광-투과성 재료들로 제조된다. 그러나, 이들 중합체 재료들은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 반드시 이에 제한되지는 않는다.
도 10을 참조하면, 센서 스트립들(100) 각각은 복수의 검출 구조들(10, 10a, 10b, 및 10c)을 포함할 수 있다. 복수의 검출 구조들(10, 10a, 10b, 및 10c)은 반응 챔버(130)의 깊이 방향을 따라 서로 수직으로 이격될 수 있다. 검출 구조(10a)는 적어도 하나의 다른 검출 구조, 예를 들어 검출 구조들(10b 또는 10c)을 마주보도록 배열될 수 있다. 복수의 검출 구조들(10)의 배열은 샘플의 단위 부피 당 고정된 생체분자의 밀도(또는 농도)를 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)은 검출 구조들(10) 중 하나 이상의 검출 구조들의 표면들 상에 형성될 수 있고, 결국, 고정된 생체분자는 마이크로구조들 또는 나노구조들(11)의 외부 표면 상에 배열될 수 있다.
도 10을 참조하면, 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리들의 센서 스트립들(100)은 샘플 주입 구멍들(300)을 더 포함한다. 샘플 주입 구멍들(300)은 반응 챔버들(130)과 연통하기 위해 몸체(150)의 하나의 표면으로부터 리세스될 수 있다. 샘플은 샘플 주입 구멍들(300)을 통해 반응 챔버들(130)로 주입되고, 검출 구조들(10)은 샘플에 침지된다.
도 11은 개시된 기술의 추가적인 실시예에 따른 스트립형 바이오센서 어셈블리의 사시도이다. 예시된 실시예들은 도 8 내지 도 10에 관해 위에서 설명된 스트립형 바이오센서 어셈블리와 일부 양상들에서 유사하며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 도 11을 참조하면, 스트립형 바이오센서는 센서 스트립들(100)을 고정 플레이트(200)에 더 견고하게 고정시키기 위한 고정 돌출부들(500)을 더 포함할 수 있다. 고정 돌출부들(500)은 고정 플레이트(200)의 하나의 표면으로부터 돌출되고, 삽입 돌출부들(400)로부터 미리 결정된 간격들로 배열된다. 고정 돌출부들(500)과 삽입 돌출부들(400) 사이의 거리는, 삽입 돌출부(400)가 삽입 구멍(120)에 삽입될 때, 고정 돌출부들(500) 각각이 센서 스트립(100)의 몸체(150)의 일단의 외부 표면과 접촉되도록 결정된다. 센서 스트립(100)의 몸체(150)의 일단의 코너는 안쪽으로 리세스될 수 있다. 삽입 돌출부(400)가 삽입 구멍(120)에 삽입될 때, 리세스된 코너는 고정 돌출부(500)와 밀착되며, 그 결과, 센서 스트립(100)은 고정 플레이트(200)에 견고하게 고정된다.
도 10에 관해 위에서 설명된 스트립형 바이오센서 어셈블리들에서, 검출 구조들(10)은 실질적으로 유사하게 형상화되고, 반응 챔버(130) 내의 측방향 위치에 대해 실질적으로 유사하게 위치된다. 따라서, 하향식 방향으로 볼 때, 검출 구조들(10)은 서로 실질적으로 중첩된다. 다음에서 설명되는 바와 같이, 다양한 다른 실시예들이 가능하다.
도 12a 내지 도 12d, 도 13a 내지 도 13d, 및 도 14a 내지 도 14d는 일부 다른 실시예들에 따른 스트립형 바이오센서의 실시예들을 예시하며, 여기서 하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 공동들의 개개의 공동의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함한다.
도 12a 및 도 12b는 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 일부로서 센서 스트립 스택(1200)의 일부의 상이한 각도들에서의 사시도들을 예시한다. 예시의 목적들을 위해, 그 일부는, 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)이 형성되는 반응 챔버 또는 공동(130)을 포함한다. 센서 스트립 스택(1200)은 복수의 컴포넌트 층들을 적층시킴으로써 형성된다. 센서 스트립 스택(1200)은 하단 플레이트(1200-4), 하나 이상의 검출 구조들(1200-1, 1200-2) 및 하나 이상의 스페이서 층들(1200-3)을 포함한다. 하나 이상의 검출 구조 층들(1200-1, 1200-2) 및 하나 이상의 스페이서 층들(1200-3)은 임의의 적합한 순서로 적층될 수 있다. 예시된 실시예에서, 센서 스트립 스택(1200)은 상향식 방향으로, 하단 플레이트(1200-4), 제1 스페이서 층(1200-3), 제1 검출 구조들(10A)을 포함하는 제1 검출 구조 층(1200-1), 제2 스페이서 층(1200-3), 제2 검출 구조들(10B)을 포함하는 제2 검출 구조(1200-2), 및 제3 및 제4 스페이서 층들(1200-3)을 포함한다. 하단 플레이트(1200-4)를 제외하고, 검출 구조 층들(1200-1 및 1200-2) 각각 및 스페이서 층들(1200-3) 각각은 관통 형성된 개구를 포함한다. 스페이서 층들(1200-3)과는 달리, 검출 구조 층들(1200-1 및 1200-2) 각각은 관통 형성된 개개의 개구의 주연부를 따라 약 120°의 간격들로 형성된 3개의 검출 구조들을 포함한다. 도 12c는 예시의 목적들을 위해, 도 12a 및 도 12b에 예시된 센서 스트립 스택을 형성하기 위해 적층될 수 있는 디스어셈블리(disassemble)된 컴포넌트 층들을 도시한다. 어셈블리될 때, 도 12a, 도 12b에 예시된 센서 스트립의 일부는, 제1 및 제2 투명 검출 구조들(10A, 10B)이 형성되는 반응 챔버 또는 공동(130)을 갖는다. 제1 및 제2 투명 검출 구조들(10A, 10B) 각각은 공동들의 개개의 공동의 중심 구역을 향해 측방향으로 연장되는 플레이트 구조를 포함한다. 검출 구조 층(1200-1)의 제1 검출 구조들(10A) 및 검출 구조 층(1200-2)의 제2 검출 구조들(10B)은 서로에 대해 약 60° 만큼 각도 회전된다.
제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)의 배열을 더 명확하게 예시하려는 목적들을 위해, 도 12d는 상단의 2개의 스페이서 층들(1200-3)이 없는 부분적인 센서 스트립 스택(1200')의 일부를 예시한다. 예시된 바와 같이, 하나 이상의 투명 검출 구조들은 반응 챔버, 웰 또는 공동(130)의 깊이 방향(z-방향)으로 제1 수직 레벨에서 검출 구조 층(1200-1)의 패턴에 의해 측방향 돌출부들로서 형성된 하나 이상의 제1 검출 구조들(10A) 및 반응 챔버 또는 공동(130)의 깊이 방향으로 제2 수직 레벨에서 검출 구조 층(1200-2)의 패턴에 의해 측방향 돌출부들로서 형성된 하나 이상의 제2 검출 구조들(10B)을 포함한다. 도 8 내지 도 11에 관해 위에서 설명된 스트립형 센서 어셈블리들과는 달리, 도 12a 내지 도 12d에 예시된 센서 어셈블리는, 하나 이상의 스페이서 층들(1200-3)에 의해 수직으로 분리된 제1 검출 구조들(10A) 및 제2 검출 구조들(10B)이 서로에 대해 측방향으로 회전되도록 이루어진다. 그 결과, 제1 검출 구조들(10A) 각각의 적어도 일부는 반응 챔버들 또는 공동들(130)의 깊이 방향(z-방향)에 수직인 측방향(x, y 방향들)에서 수직으로 인접한 제2 검출 구조들(10B) 중 임의의 검출 구조와 중첩하지 않아서, z-방향에서 볼 때, 서로에 대해 회전 오프셋된 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)의 비-중첩 부분들이 사용자에게 보이게 된다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 다른 실시예들에서, 제1 검출 구조들(10A) 및 제2 검출 구조들(10B)은 실질적으로 측방향으로 중첩된다. 또 다른 실시예들에서, 제1 검출 구조들(10A) 및 제2 검출 구조들(10B)은 서로 실질적으로 측방향으로 중첩된다.
도 12d를 여전히 참조하면, 예시된 실시예에서, 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)은 반응 챔버 또는 공동(130)의 내부 표면 주위에 규칙적으로, 예를 들어 주기적으로 배열된다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B) 중 인접한 검출 구조들은 반응 챔버 또는 공동(130)의 주연부 주위에서 약 120°만큼 분리되도록 배열된다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 임의의 적합한 수의 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)이 있을 수 있어서, 제1 및 제2 돌출부들(10A, 10B)은 몇몇 예시적인 배열들을 들자면, 반응 챔버(130)의 주연부 주위에서 약 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 또는 180° 또는 360°/n에 의해 정의된 임의의 각도(θ) 만큼 각도 분리되도록 배열된다. 부가적으로, 예시된 실시예에서, 제1 검출 구조들(10A) 및 제2 검출 구조들(10B)은 θ의 임의의 분율만큼 서로 회전 오프셋된다. 즉, 제1 검출 구조들(10A) 및/또는 제2 검출 구조들(10B) 중 원주방향으로 인접한 검출 구조들 사이의 각도 분리가 θ일 때, 제1 및 제2 검출 구조들(10A 및 10B) 중 수직으로 인접한 검출 구조들 사이의 각도 오프셋은 θ/m으로 표현될 수 있으며, 여기서 m은 1보다 큰 임의의 값이다.
유리하게, ELISA 프로세스들을 용이하게 하기 위해 샘플에서의 생체분자들, 시약들 및/또는 피분석물들에 의한 활성 표면들의 향상된 확산 및 접근을 위해 활성 표면들에 인접한 부가적인 부피의 액체를 제공하기 위하여, 하나 이상의 제1 검출 구조들(10A) 및 하나 이상의 제2 검출 구조들(10B)은 타겟 두께를 갖는 스페이서 층(1200-3)에 의해 형성된 스페이서 구역에 의해 공동들의 깊이 방향으로 분리된다. 대안적으로, 하나 이상의 스페이서 층들(1200-3)은 수직으로 인접한 검출 구조 층들(1200-1, 1200-2) 사이에 형성될 수 있다. 유사하게, 적합한 두께들을 갖는 하나 이상의 스페이서 층들(1200-3)은 검출 구조 층(1200-2) 위에 그리고/또는 검출 구조 층(1200-1) 아래에 배치될 수 있다. 적합한 수의 스페이서 층들 및/또는 그들의 두께들은 활성 표면들과 접촉하는 샘플에서의 생체분자들 및/또는 시약들에 의한 활성 표면들에 대한 확산 접근을 향상시키도록 맞춤화될 수 있다.
부가적으로, 다양한 실시예들에 관해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로, 검출 구조들(10A, 10B)의 메인 표면들 중 하나 이상에 추가하여, 개개의 챔버들 또는 공동들(130)의 개개의 챔버들 또는 공동들의 내부 표면들 중 하나 이상이 활성 표면들로서 기능할 수 있다.
도 12a 내지 도 12d에 예시된 스트립형 센서 어셈블리들의 적층된 층 구성은 많은 장점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 검출 층들 및 구조들의 수를 맞춤화함으로써, 전체 반응 표면적이 맞춤화될 수 있다. 부가적으로, 수직으로 인접한 검출 구조들 사이의 스페이서 층들의 두께들 또는 수를 맞춤화함으로써, 생체분자들 또는 시약들에 의한 활성 표면들의 확산 접근에 바로 이용가능한 샘플의 부피가 맞춤화될 수 있다.
부가적으로, 제1 및 제2 검출 구조들(10A, 10B)이 서로에 대해 측방향 오프셋되기 때문에, 그들 사이의 수직 거리는 수직으로 인접한 검출 구조들의 확산 접근에 부정적인 영향을 주지 않으면서 감소될 수 있다. 그 결과, 수직으로 인접한 검출 구조들이 측방향으로 상당히 중첩되는 배열들과 비교하여, 반응 챔버 또는 공동(130)의 단위 깊이 당 더 많은 수의 검출 구조들이 형성될 수 있다. 부가적으로, 하나 이상의 투명 검출 구조들(10A, 10B)에 의해 점유되지 않은 반응 챔버들 또는 공동들(130) 각각의 중심 구역은, 예를 들어 피펫의 팁을 사용하여 내부에 샘플을 용이하게 수용하도록 이루어진다.
층들의 맞춤화가능성은 도 12e 내지 도 12g에 관해 추가로 예시된다. 도 12e는, 2개의 검출 구조 층들, 센서 I 및 센서 II를 포함하는 센서 스트립 스택(1200C)을 예시한다. 도 12a 내지 도 12d에 관해 위에서 설명된 바와 같이, 센서 I은 검출 구조 층(1200-1)과 유사한 방식으로 배열될 수 있고, 센서 II는 검출 구조 층(1200-2)와 유사한 방식으로 배열될 수 있다. 도 12a 내지 도 12b에 예시된 배열과 유사한 방식으로, 검출 구조 층들 각각은 관통 형성된 개구의 주연부를 따라 약 120° 간격들로 형성된 3개의 검출 구조들을 포함한다. 부가적으로, 검출 구조 층들 중 수직으로 인접한 검출 구조 층들의 검출 구조들은 약 60° 만큼 서로에 대해 각도 회전되고, 검출 구조 층들 중 인접한 검출 구조 층들은 스페이서 층에 의해 수직으로 분리된다. 도 12f 및 도 12g는, 3개 및 4개의 검출 구조 층들을 각각 포함하는 센서 스트립 스택들(1200B 및 1200C)을 각각 예시한다. 검출 구조 층들 각각은 검출 구조 층들 각각은 관통 형성된 개구의 주연부를 따라 약 120° 간격들로 형성된 3개의 검출 구조들을 포함하고, 수직으로 인접한 검출 구조 층들은 스페이서 층에 의해 분리된다. 센서 스트립 스택(1200B)은 센서 II(1200-2)에 의해 개재된 센서 I(1200-1)의 2개의 층들을 포함한다. 센서 스트립 스택(1200C)은 교번하는 배열로 센서 I(1200-1)의 2개의 층들 및 센서 II(1200-2)의 2개의 층들을 포함한다.
도 12e 내지 도 12g에 예시된 센서 스트립 스택들(1200A 내지 1200C) 각각은 동일한 총 수의 층들을 가질 수 있으며, 상이한 층들이 동일한 두께를 가질 때, 센서 스택들은 가변 또는 맞춤화 감도들을 가지면서 실질적으로 동일한 전체 두께(및 공동들의 깊이)를 가질 수 있다. 이러한 맞춤화가능성은, 동일한 공칭 농도의 마우스 IgG에 대한 655 nm에서의 흡광도 세기들을 보여주는 그래프를 도시하는 도 12h에 예시된다. 검출 구조 층들의 수 및 그에 따라 검출 구조들의 수를 증가시킴으로써, 흡광도가 증가된다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 마우스 IgG 농도가 약 25 ng/mL일 때, 3개 및 4개의 검출 구조 층들을 갖는 것 － 각각의 검출 층은 3개의 검출 구조들을 포함함 － 은 2개의 검출 구조 층들만을 갖는 것에 비해 각각, 16% 및 23% 만큼 흡광도를 증가시킨다. 따라서, 도 12e 내지 도 12g에 예시된 바와 같이, 센서 스트립들의 적층된 층 구성은 ELISA 키트에 포함된 스트립형 센서 어셈블리들의 감도의 맞춤화를 가능하게 할 수 있다.
도 13a는 도 12a 내지 도 12g에 관해 위에서 설명된 것과 유사한 스트립형 바이오센서 어셈블리의 일부로서 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 평면도들을 예시하며, 그 컴포넌트 층들은 하단 플레이트(1200-4), 제1 또는 제2 검출 구조들(10A, 10B)을 포함하는 검출 구조 층(1200-1) 및 하나 이상의 스페이서 층들(1200-1)을 포함하고, 이들은 센서 스트립 스택(1300)으로 어셈블리될 수 있다. 도 13b 내지 도 13d는, 완전히 어셈블리될 때, 도 13a에 예시된 어셈블리된 센서 스트립 스택(1300)의 사시도, 평면도 및 확대 평면도의 사진 이미지들을 각각 예시한다.
도 14a는 도 12a 내지 도 12g에 관해 위에서 설명된 것과 유사한 스트립형 바이오센서 어셈블리의 일부로서 센서 스트립의 컴포넌트 층들의 평면도들을 예시하며, 그 컴포넌트 층들은 하단 플레이트(1200-4), 제1 검출 구조들(10A)을 포함하는 검출 구조 층(1200-1), 제2 검출 구조들(10B)을 포함하는 검출 구조 층(1200-2) 및 하나 이상의 스페이서 층들(1200-1)을 포함하고, 이들은 센서 스트립 스택(1400)으로 어셈블리될 수 있다. 도 14b 내지 도 14d는, 완전히 어셈블리될 때, 도 14a에 예시된 어셈블리된 센서 스트립 스택(1400)의 사시도, 평면도 및 확대 평면도의 사진 이미지들을 각각 예시한다.
도 15는 개시된 기술의 추가적인 실시예에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 일부로서의 센서 스트립(1500)의 사시도이다. 센서 스트립(1500)은 도 8 내지 도 14d에 관해 위에서 설명된 스트립형 바이오센서 어셈블리들과 일부 양상들에서 유사하며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 센서 스트립(1500)은 도 8 내지 도 14d에 관해 위에서 설명된 것들과 유사한 방식으로 복수의 반응 챔버들, 공동들 또는 웰들(130)을 포함한다. 그러나, 도 8 내지 도 14d에 관해 위에서 설명된 센서 스트립들과는 달리, 반응 챔버들(130)은 복수의 주름(corrugation)들 또는 검출 구조들(1504)을 갖는 주름진 측벽들을 갖는다. 예시된 실시예에서, 주름들(1504)은 반응 챔버들 또는 공동들(130) 각각의 내부 표면 주위에 규칙적으로, 예를 들어 주기적으로 배열된다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 주름들(1504) 중 인접한 주름들은 반응 챔버 또는 공동(130)의 주연부 주위에서 약 60°만큼 분리되도록 배열된다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 360°/n에 의해 정의된 임의의 각도(θ)에 의해 각도 분리되도록 배열되는 임의의 적합한 수의 주름들(1504)이 존재할 수 있고, 여기서 n은 정수이다. 예시된 실시예에서에서, 주름들(1504)은 동근 주름들이지만, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 주름들(1504)은, 몇몇 예를 들자면, 구형, 난형, 피라미드(예를 들어, 직사각형, 삼각형), 프리즘(예를 들어, 직사각형, 삼각형), 원뿔형, 입방체, 원통형, 플레이트, 디스크, 와이어, 로드, 시트 및 프랙탈 중 일부를 포함하는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 부가적으로, 예시된 실시예에서, 주름들(1504)은 반응 챔버(130)의 벽의 주연부 주위에서 규칙적으로 이격되지만, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 주름들(1504)은 반응 챔버(130)의 벽의 주연부 주위에서 불규칙하게 이격될 수 있다. 예시된 실시예에서, 센서 스트립(1500)은 단일 조각 물품으로서 형성된다. 그러나, 실시예들은 그렇게 제한되지 않으며, 일부 다른 실시예들에서, 센서 스트립(1500)은 아래에서 설명되는 바와 같이, 복수의 컴포넌트 층들로 형성될 수 있다.
도 16a 내지 도 16d는 개시된 기술의 추가적인 실시예에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 일부로서의 센서 스트립 스택(1600)의 사시도들이다. 센서 스트립 스택(1600)은 도 8 내지 도 15에 관해 위에서 설명된 스트립형 바이오센서 어셈블리들과 일부 양상들에서 유사하며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 도 12a 내지 도 14d에 관해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로, 센서 스트립 스택(1600)은 복수의 검출 구조 층들(1604)을 포함한다. 도 16a 및 도 16b는 검출 구조 층들(1604)의 상부 및 하부 표면들을 각각 보여주는 사시도들을 예시한다. 도 16c 및 도 16d는 검출 구조 층들(1604)의 상부 및 하부 표면들의 일부들을 각각 보여주는 상세 사시도들을 예시한다. 어셈블리될 때, 센서 스트립 스택(1600)은 부가적으로, 하단 플레이트(1300-4)와 유사한 하단 플레이트를 포함하며, 이는 명확성을 위해 도 16a 내지 도 16d에 도시되지 않는다. 완전히 어셈블리될 때, 센서 스트립 스택(1600)은 도 8 내지 도 15에 관해 위에서 설명된 것들과 유사한 방식으로 갖는 복수의 반응 챔버들, 공동들 또는 웰들(130)을 포함한다.
도 16d의 상세 저면도를 참조하면, 검출 구조 층들(1600) 각각은 제1 두께 부분(1600A) 및 제2 두께 부분(1600B)을 갖는다. 제1 두께 부분(1600A)은 관통 형성된 개구의 내부 표면 주위에서 규칙적으로 배열된, 예를 들어 주기적으로 배열된 복수의 주름들(1604)을 갖는 검출 층 부분을 포함한다. 주름들(1604)의 형상 및 위치들은 도 15에 관해 위에서 설명된 주름들과 유사할 수 있으며, 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 제1 두께 부분(1600A)과는 달리, 제2 두께 부분(1600B)은, 주름들을 갖지 않으며 도 12a 내지 도 12g에 관해 위에서 설명된 스페이서 층(1300-3)과 유사한 방식으로 배열된 스페이서 층 부분을 포함한다. 따라서, 통합된 바와 같이, 제1 및 제2 두께 부분들(1600A, 1600B)은 도 12a 내지 도 12g에 관해 위에서 설명된 검출 구조 층(1300-1/1300-2)과 스페이서 층(1300-3)의 조합과 구조적으로 유사하다. 배열된 바와 같이, 주름들(1604)을 갖는 제1 두께 부분(1600A)은 검출 구조 층(1300-1/1300-2)과 유사한 장점들을 제공하고 그와 유사한 기능들을 제공하도록 유사하게 배열될 수 있고, 제2 두께 부분(1600B)은 도 12a 내지 도 12g에 관해 위에서 설명된 스페이서 층(1300-3)과 유사한 장점들을 제공하고 그와 유사한 기능들을 제공하도록 유사하게 배열될 수 있다.
도 17a는 TMB 기질 용액을 사용하여 62.5 pM의 농도를 갖는 HE4에 대한 흡광도 대 검정 시간의 실험적 측정이며, 이는 실시예들에 따라 바이오센서 어셈블리를 사용하여 측정되었다. 측정은, 포화 지점이 약 30분의 검정 시간에 도달했다는 것을 보여준다. 도 17b는 TMB 기질 용액을 사용하여 62.5 pM의 농도를 갖는 HE4에 대한 흡광도 대 농도의 실험적 측정이며, 이는 실시예들에 따라 바이오센서 어셈블리를 사용하여 측정되었다. 결과들은 다음의 표 1에 요약되어 있다.
<표 1>
Figure pct00001
도 18a 내지 도 18e는 개시된 기술의 추가적인 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 부분들로서의 센서 스트립들(1800A 내지 1800E)의 부분들을 각각 예시한다. 특히, 센서 스트립들(1800A 내지 1800E)의 부분들은 반응 챔버들의 측벽들로부터 연장되는 검출 구조들의 대안적인 배열을 예시한다. 도 18a는 사시도를 예시하는 반면, 도 18b 내지 도 18e는 평면도들이다. 센서 스트립들(1800A 내지 1800E)의 부분들은 도 15에 관해 위에서 설명된 센서 스트립과 일부 양상들에서 유사하며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 예시된 바와 같이, 센서 스트립들(1800A 내지 1800E)의 부분들은 다양한 형상들 및 배열들을 각각 갖는 주름들 또는 검출 구조들(1804A 내지 1804E)을 포함한다. 특히, 주름들(1804A 내지 1804E)은 몇몇 예들을 제공하자면, 부분 프리즘(1804A, 1804B, 1804D), 부분 원통형, 와이어 또는 로드(1804D) 및 날카로운 에지들(1804C)를 적어도 포함하는 다양한 형상들을 갖는다.
반응 챔버 또는 공동의 중심 구역을 향해 안쪽으로 연장되는 검출 구조들 또는 주름들을 갖는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따르면, 검출 구조들 또는 주름들은, 반응에 이용가능한 표면적에서 다양한 정도들의 향상을 제공하도록 이루어진 반응 챔버의 측벽으로부터의 피크 거리를 갖는다. 피크 거리는, 예를 들어 0.5 mm 내지 1 mm, 1 mm 내지 1.5 mm, 1.5 mm 내지 2.0 mm, 2.0 mm 내지 2.5 mm, 2.5 mm 내지 3.0 mm, 3.0 mm 내지 3.5 mm, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 값일 수 있다.
도 19a 내지 도 19f는 개시된 기술의 추가적인 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 부분들로서의 센서 스트립들(1900A 내지 1900F)의 부분들을 각각 예시한다. 특히, 센서 스트립들(1900A 내지 1900F)의 부분들은 하단 플레이트로부터 연장되는 검출 구조들의 대안적인 배열을 예시한다. 도 19a는 사시도를 예시하는 반면, 도 19b 내지 도 19f는 평면도들이다. 센서 스트립들(1900A 내지 1900F)의 부분들은 도 15 및 도 18a 내지 도 18e에 관해 위에서 설명된 센서 스트립과 일부 양상들에서 유사하게 배열되며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 주름들 또는 검출 구조들이 반응 챔버 또는 공동(130)의 측벽들로부터 반경방향 안쪽으로 연장되는 도 15 및 도 18a 내지 도 18e에 관해 예시된 실시예들과는 달리, 예시된 실시예들에서, 검출 구조들(1904A 내지 1904F)은 하단 플레이트에 부착되고 그로부터 연장된다. 예시된 바와 같이, 센서 스트립들(1900A 내지 1900F)의 부분들은 다양한 형상들 및 배열들을 각각 갖는 검출 구조들(1904A 내지 1904F)을 포함한다. 특히, 검출 구조들(1904A 내지 1904F)은 몇몇 예들을 제공하자면, 수직 평면형 스트립(1904A, 1904D, 1904F), 수직 곡선형 스트립(1904B), 원통형, 와이어 또는 로드(1804F) 및 결합된 스트립들(1904C)을 포함하는 다양한 형상들을 갖는다. 검출 구조들(1904A 내지 1904F)은 반응 챔버들 또는 공동들(130)의 측벽들로부터 탈착되거나 그들에 부착될 수 있다.
도 20a 내지 도 20d는 개시된 기술의 추가적인 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서 어셈블리의 부분들로서의 센서 스트립들(2000A 내지 2000D)의 부분들을 각각 예시한다. 도 20a는 사시도를 예시하는 반면, 도 20b 내지 도 20d는 평면도들이다. 특히, 센서 스트립들(2000A 내지 2000D)의 부분들은 반응 챔버들, 공동들 또는 웰들(130)의 대안적인 형상들을 예시한다. 센서 스트립들(2000A 내지 2000D)의 부분들은 도 8 내지 도 19f에 관해 위에서 설명된 센서 스트립과 일부 양상들에서 유사하며, 유사성들의 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 반복되지 않는다. 예시된 바와 같이, 반응 챔버들(130)의 적어도 일부들은 몇몇 예들을 제공하자면, 원형 또는 난형의 원통형(2000A, 2000D), 다각형 프리즘(2000B) 또는 원뿔형(2000C)를 포함하는 다양한 형상들을 가질 수 있다. 반응 챔버들(130)은 상이한 구현들에 따라, 높이, 폭 및 부피를 포함하는 다양한 치수들을 가질 수 있다. 다양한 구현들에 따르면, 반응 챔버들(130)은 방사상 대칭 또는 비대칭일 수 있고, 동일하거나 상이한 상단 및 하단 치수들을 가질 수 있다.
반응 챔버들의 표면 대 부피 비율들
예를 들어, 도 8 내지 도 20d에 관해 본 명세서에 설명된 스트립형 센서 어셈블리들의 실시예들 각각에서, 다양한 표면 변형들이, 예를 들어 도 3a 내지 도 3e에 관해 위에서 설명된 큐벳형 센서 어셈블리들에 관해 위에서 설명되었다. 부가적으로, 예를 들어, 검출 구조들의 수, 두께들, 표면적들 및 활성 표면적들, 반응 챔버들, 공동들 또는 웰들의 부피 용량들, 인접한 표면들 사이의 거리, 및 결합된 활성 표면적들 대 공동들에 의해 유지되는 액체의 부피의 비율은 본 명세서에 설명된 하나 이상의 값들을 가질 수 있다. 본 발명자들은, 이들 및 다른 다양한 파라미터들을 제어함으로써, ELISA 반응에 참여하는 반응 표면적이 제어 및 최적화될 수 있다는 것을 깨달았다. 아래의 표 2는 도 12f 및 도 12g에 관해 위에서 설명된 것들과 유사한 배열을 갖는 반응 챔버에 대한 예시적인 계산이다.
<표 2>
Figure pct00002
표 2의 계산들은 5 mm의 직경을 갖는 원통형 반응 챔버 및 1.1 mm의 반경을 갖는 디스크형 구조들인 검출 구조들에 대한 것이다. 샘플에 의해 접촉되는 최소 표면적 및 샘플의 최소 부피는 검출 구조들을 완전히 침지시키는 데 필요한 샘플의 최소량에 대응한다. 비교로서, 10.75 mm의 높이 및 6.66 mm의 직경을 갖는 상업적으로 입수가능한 원통형 반응 챔버에 대해 그리고 100 μL의 샘플 부피에 대해, 접촉된 표면적은, 접촉된 표면적 대 1 미만의 샘플 부피의 비율에 대응하는 95.93 mm2이다. 비교 시에, 실시예들에 따른, 검출 구조들을 내부에 갖는 반응 챔버들은 표 2에서 보여지는 바와 같이, 접촉된 표면적 대 샘플 부피의 비율의 훨씬 더 높은 값들을 제공한다.
아래의 표 3은 샘플 부피 100 μL에 대한 원통형 반응 챔버의 직경의 함수로서 샘플에 담겨질 수 있는 반응 면적의 예시적인 계산들이다.
<표 3>
Figure pct00003
담궈진 면적과 반응 챔버 직경 사이의 계산된 관계는 도 21a에 그래프로 예시되어 있다. 결과들에 기초하여, 본 발명자들은, 주어진 부피의 샘플에 대해, 최소의 담궈진 면적에 대응하는 반응 챔버의 직경이 존재한다고 결정했다. 예시적인 예에서의 100 μL의 샘플 부피에 대해, 약 6 mm의 직경은 대략 가장 낮은 담궈진 면적을 초래하는 반면, 담궈진 면적은 6 mm 미만의 직경에 대해 비선형 반비례로 증가한다. 따라서, ELISA 반응 레이트는, 직경이 약 6 mm 미만일 때 그에 따라 증가한다.
도 21b는 다양한 샘플 부피들에 대한 담궈진 면적과 반응 챔버 직경 사이의 계산된 관계들을 예시한다. 예시된 바와 같이, 약 50 μL 내지 200 μL의 샘플 부피들에 대해, 반응 챔버의 직경(그 미만에서, 반응 챔버의 활성 표면적 또는 담궈진 면적이 급속하게 증가함)은 약 7 mm 내지 약 5 mm에 있다. 다양한 샘플 부피들 및 개개의 직경들(그들 미만에서, 담궈진 면적들이 급속히 증가함)에 대해, 담궈진 면적은 약 50 mm2 내지 약 400 mm2의 임의의 값들을 가질 수 있다. 이들 관측들에 따르면, 실시예들에 따른 반응 챔버의 담궈진 표면적-대-부피 비율은 약 0.25 mm2/μL 내지 약 8 mm2/μL이다. 예를 들어, 반응 챔버 내의 샘플 또는 반응 챔버 그 자체의 담궈진 표면적-대-부피 비율은 약 0.25 mm2/μL 내지 1 mm2/μL, 1 mm2/μL 내지 2 mm2/μL, 2 mm2/μL 내지 3 mm2/μL, 3 mm2/μL 내지 4 mm2/μL, 4 mm2/μL 내지 5 mm2/μL, 5 mm2/μL 내지 6 mm2/μL, 6 mm2/μL 내지 7 mm2/μL, 7 mm2/μL 내지 8 mm2/μL, 또는 이들 값들 중 임의의 값에 의해 정의된 범위 내의 값일 수 있다.
감도-향상 및 확산-향상 센서 어셈블리들을 사용한 면역검정 방법들
본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 센서 어셈블리들은 다양한 실시예들에 따른 다양한 면역검정들, 예를 들어 ELISA 프로세스들 중 하나 이상을 수행하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, ELISA를 수행하는 방법은, 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 ELISA 키트를 제공하는 단계를 포함한다. ELISA 키트는 위에서 설명된 다양한 실시예들에 따른, 하나 이상의 시약들, ELISA에 대한 생체분자들 및/또는 피분석물, 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함한다. 방법은 부가적으로, 위에서 설명된 바와 같이, 광학적으로 투명한 용기, 예를 들어 스트립 센서의 하나 이상의 공동들 또는 큐벳 내에서 ELISA 반응을 수행하는 단계를 포함한다. 방법은 부가적으로, 타겟 피분석물, 및 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 마커-표지된 검출 시약을 제공하는 단계; 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 포획 시약을 센서 어셈블리의 활성 표면들 상에 고정시키는 단계; 타겟 피분석물로 하여금, 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부되게 하기 위해 활성 표면들을 용액에 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부된 타겟 피분석물을 검출하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, ELISA를 수행하는 방법은 ELISA 웰을 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 ELISA 웰은, 투명 용기, 및 광학적으로 투명한 용기 내의 하나 이상의 검출 구조들을 포함하고, 하나 이상의 검출 구조들은 항체가 활성 표면들에 결부되게 허용하도록 이루어진 활성 표면들을 갖고, 하나 이상의 검출 구조들은, 마이크로리터 당 약 0.25 mm2 내지 마이크로리터 당 약 8.0 mm2 또는 본 명세서에 개시된 임의의 값인, 하나 이상의 검출 구조들의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율을 제공한다. 방법은 부가적으로, 광학적으로 투명한 용기를 이용하여 ELISA를 수행하는 단계를 포함하며, 여기서 단 한번의 세척만이 ELISA에 수반된다.
당업계에서 사용되는 상이한 타입들의 ELISA는 몇몇 예를 들자면, 직접 ELISA, 간접 ELISA, 샌드위치 ELISA 및 경합 ELISA를 포함한다.
직접 ELISA에서, 항원은 멀티-웰 플레이트의 표면 상에 고정되고, 항원에 특이적으로 결부되고 고추냉이 과산화효소(HRP)와 같은 검출 분자들에 직접 접합되도록 이루어진 항체로 검출된다.
직접 ELISA와 유사한 간접 ELISA에서, 항원은 멀티-웰 플레이트의 표면에 고정된다. 그러나, 검출을 위해 2단계 프로세스가 사용되며, 그에 의해, 항원에 특이적인 1차 항체가 타겟에 결부되고, 1차 항체의 숙주 종(host species)에 대한 표지된 2차 항체가 검출을 위해 1차 항체에 결부된다. 방법은 또한, 1차 항체를 혈청으로 대체함으로써 혈청 샘플에서 특이적인 항체들을 검출하는 데 사용될 수 있다.
샌드위치 ELISA(또는 샌드위치 면역검정)에서, 항원에 특이적인 2개의 항체들(매칭된 항체 쌍들로 때때로 지칭됨)이 사용된다. 항체들 중 하나는 멀티-웰 플레이트의 표면 상에 코팅되어, 항원의 고정을 용이하게 하기 위한 포획 항체로서 사용된다. 다른 항체는 접합되어 항원의 검출을 용이하게 한다.
억제 ELISA 또는 경합 면역검정으로 또한 지칭되는 경합 면역검정에서, 항원의 농도는 신호 간섭에 의해 측정된다. 샘플 항원은 특정 양의 표지된 항체에 결부되기 위해 참조 항원과 경합한다. 참조 항원은 멀티-웰 플레이트 상에 미리-코팅되어 있다. 샘플은 표지된 항체와 함께 미리-배향되고, 웰들에 첨가된다. 샘플 내의 항원의 양에 의존하여, 더 많거나 또는 더 적은 프리 항체들이 참조 항원에 결부되기 위해 이용가능할 것이다. 이것은, 샘플에 더 많은 항원이 있을수록, 더 적은 참조 항원이 검출될 것이고 신호가 더 약하다는 것을 의미한다. 표지된 항원 및 샘플 항원(표지되지 않음)은 1차 항체에 결부되기 위해 경합한다. 샘플에 항원의 양이 적을수록, 웰 내의 더 많은 표지된 항원으로 인해 신호가 강해진다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 명세서에 설명된 ELISA 프로토콜 및/또는 성분들은 간접 ELISA, 스트렙트아비딘(streptavidin) 검출을 갖는 직접 ELISA, 샌드위치 ELISA, 경합 ELISA, 및/또는 스트렙-비오틴(strep-biotin) 검출을 갖는 샌드위치 ELISA에 대한 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 키트는 코팅 완충액, 차단 완충액(예컨대, PBS, 선택적으로 1% BSA를 가짐), 및 세척 완충액(예컨대, 0.05% v/v Tween-20을 갖는 PBS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 키트는 기질 용액(예컨대, TMB Core+ (BHU062) 또는 pNPP (BUF044)) 및 정지 용액(예컨대, 0.2M H2SO4 또는 1M NaOH)을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, ELISA를 수행하는 방법은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 검출 구조들의 표면들 및/또는 웰들의 표면들을 항원 용액으로 코팅하는 단계, 선택적으로, 플레이트들을 물로 세척하는 단계, 차단 용액을 첨가하고 플레이트들을 세척하는 단계, 접합되지 않은 검출 항체를 첨가하고 플레이트들을 세척하는 단계, 효소-접합된 2차 항체를 첨가하고 플레이트들을 세척하는 단계, 기질 용액을 첨가하고 반응이 발생하게 허용하는 단계, 및 이어서 큐벳 또는 웰로부터 흡광도를 판독하는 단계. 이것은 간접 ELISA에 대한 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, ELISA를 수행하는 방법은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 웰들을 항원 용액으로 코팅하는 단계, 선택적으로, 플레이트들을 물로 세척하는 단계, 차단 용액을 첨가하고 플레이트들을 세척하는 단계, 샘플을 웰들에 첨가하는 단계, 비오틴-접합된 검출 항체를 각각의 웰에 첨가하는 단계(선택적으로 세척함), 효소-접합된 스트렙트아비딘을 웰들에 첨가하는 단계(선택적으로 세척함), 기질 용액을 웰들(또는 큐벳)에 첨가하는 단계, 및 이어서 흡광도를 판독하는 단계. 이것은 직접 ELISA에 대한 것일 수 있다.
일부 실시예들에서, 직접 ELISA는 다음의 단계들로 이루어진다: (i) 코팅 완충액에 용해된 항원으로 고체상을 코팅하는 단계; (ii) 고체상 상의 비-특이적 결부 부위들을 차단시키기 위해 1 시간 동안 차단 시약으로 단계 (i)로부터의 고체상을 배향하는 단계; (iii) 선택적으로, 각각 1 분 동안 PBS 또는 PBST로 3회 단계 (ii)로부터의 고체상을 세척하는 단계; (iv) 항원에 결부된 1차 검출제로 단계 (iii)로부터의 고체상을 배향하는 단계; (v) 선택적으로, 비-특이적으로 결부된 1차 검출제를 제거하기 위해 PBS 또는 PBST에서 각각 1 분 동안 5회 단계 (iii)로부터의 고체 지지체를 세척하는 단계; 및 (vi) 결부된 1차 검출제를 검출하기 위해 UV, 형광, 화학발광 또는 다른 검출 방법들과 같은 검출 시스템을 사용하는 단계. 1차 검출제는 제한없이, 형광 염료에 결합된(커플링된) 검출제, 또는 알칼리성 포스파타제(AP) 또는 고추냉이 과산화효소(HRP)와 같은 리포터 효소일 수 있으며, 이들은 광학 밀도들이 타겟 파장들의 ELISA 플레이트 판독기 상에서 측정될 수 있는 착색된 생성물로 무색 생성물을 변환할 수 있다.
일부 실시예들에서, 간접 ELISA는 다음의 단계들로 이루어진다: (i) 코팅 완충액에 용해된 항원으로 고체상을 코팅하는 단계; (ii) 고체상 상의 비-특이적 결부 부위들을 차단시키기 위해 1 시간 동안 차단 시약으로 단계 (i)로부터의 고체상을 배향하는 단계; (iii) 선택적으로, 각각 1 분 동안 PBS 또는 PBST로 3회 단계 (ii)로부터의 고체상을 세척하는 단계; (iv) 1 시간 동안 용액에 희석된 1차 검출제로 단계 (iii)으로부터의 고체상을 배향하는 단계; (v) 선택적으로, 비-특이적으로 결부된 1차 검출제를 제거하기 위해 PBS 또는 PBST에서 1 분 동안 3회 단계 (iv)로부터의 고체 지지체를 세척하는 단계; (vi) 1시간 동안 용액에 희석된 2차 검출제로 단계 (v)로부터의 고체 지지체를 배향하는 단계; (vii) 선택적으로, 비-특이적으로 결부된 2차 검출제를 제거하기 위해 PBS 또는 PBST에서 각각 1 분 동안 5회 단계 (vi)로부터의 고체 지지체를 세척하는 단계; 및 (viii) 결부된 2차 검출제를 검출하기 위해 UV, 형광, 화학발광 또는 다른 방법들과 같은 검출 시스템을 사용하는 단계. 2차 검출제는 1차 검출제를 결부시킨다. 2차 검출제는 제한없이, 알칼리성 포스파타제(AP) 또는 고추냉이 과산화효소(HRP)와 같은 리포터 효소에 결합된(커플링된) 검출제일 수 있으며, 이들은 광학 밀도들이 타겟 파장들의 ELISA 플레이트 판독기 상에서 측정될 수 있는 착색된 생성물로 무색 생성물을 변환할 수 있다.
일부 실시예들에서, 직접 ELISA 절차는 적어도 3개의 배양 단계들을 수반하며, 제1 단계는 고체 지지체와 항원 사이의 배향이고; 제2 단계는 고체 지지체와 차단 시약 사이의 배향이며; 제3 단계는 고체 지지체와 1차 검출제 사이의 배향이다. 배양 단계는 2-페이즈(two-phase) 반응일 수 있으며, 고체 지지체 상의 항원과 검출제 사이의 결부 반응을 수반한다.
일부 실시예들에서, 간접 ELISA 절차는 적어도 4개의 배양 단계들을 수반하며, 제1 단계는 고체 지지체와 항원 사이의 배향이고; 제2 단계는 고체 지지체와 차단 시약 사이의 배향이고; 제3 단계는 고체 지지체와 1차 검출제 사이의 배향이며; 제4 단계는 고체 지지체와 2차 검출제 사이의 배양이다. 배양 단계는 2-페이즈 반응일 수 있으며, 고체 지지체 상의 항원과 검출제 사이의 결부 반응을 수반한다.
일부 실시예들에서, 직접 ELISA의 경우, 제1 배양 단계, 즉 항원 코팅은 적어도 2시간이 걸리고, 각각의 다른 배양 단계는 약 1시간이 걸린다.
일부 실시예들에서, 간접 ELISA의 경우, 제1 배양 단계, 즉 항원 코팅은 적어도 2시간이 걸리고, 각각의 다른 배양 단계는 약 1시간이 걸린다.
일부 실시예들에서, 세포-기반 ELISA(C-ELISA)는 세포 활성화와 연관된 번역 후(post-translational) 변형들(예를 들어, 인산화 및 저하)을 포함하는 세포 단백질들을 검출 및 정량화하기 위한 중간 처리량 포맷이다. 세포들이 플레이팅(plate)되고, 실험 요건들에 따라 처리되고, 웰들에 직접 고정되며, 이어서 투과성화된다. 투과성화 이후, 고정된 세포들은, 차단, 제1 항체와의 배향, 세척, 제2 항체와의 배향, 화학발광 기질들의 첨가 및 전개를 포함하는 종래의 면역블롯(immunoblot)과 유사하게 처리된다.
일부 실시예들에서, ELISA는, 활성화된 웰들을 4℃에서 항원으로 밤새 코팅하고, 37℃에서 2시간 내에 웰들을 차단하고, 뒤이어 각각 2시간 동안 37℃에서 항체 및 접합 결부시키며, 5분 동안 실온에서 효소-기질 반응인 발색, 뒤이어 흡광도를 판독함으로써 수행된다.
일부 실시예들에서 ELISA 키트는, 아세틸콜린 ELISA 키트, AGE ELISA 키트, CXCL13 ELISA 키트, FGF23 ELISA 키트, HMGB1 ELISA 키트, iNOS ELISA 키트, LPS ELISA 키트, 말론디알데히트 ELISA 키트, 멜라토닌 ELISA 키트, NAG ELISA 키트, OVA ELISA 키트, 옥시토신 ELISA 키트, PGE2 ELISA 키트, PTHrP ELISA 키트, S100b ELISA 키트, 테나신 C ELISA 키트, VEGF-B ELISA 키트, 및/또는 베르시칸 ELISA 키트 중 하나 이상일 수 있다.
일부 실시예들에서, ELISA는 타겟 또는 항원에 대한 항체 또는 다른 결부 분자의 선택적 및/또는 특이적 결부를 허용하는 제1 세트의 조건들 하에서 수행될 수 있다. 이어서, ELISA는 동일한 세트의 조건들 하에서 계속되거나 또는 기법의 효소 단계 동안 이들 조건들을 변화시킬 수 있다. 이것은 효소 프로세스를 프로세스 파라미터들에서 더 변화있게 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 항체(1A에서 나타낸 바와 같음)는 항원을 고정시키기 위해 이용된다. 일부 실시예들에서, 다른 단백질들 또는 구조들(수용체 분자들 또는 효소들과 같은 결부 분자 등)은, 그들이 여전히 타겟 분자와 결부될 수 있는 한 고정될 수 있다. 따라서, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 용어 ELISA가 전반에 걸쳐 사용되지만, 본 명세서에서 제공된 방법들 및 디바이스들은 "면역" 검정들로 제한되지 않으며, 대신 본 명세서에서 제공된 실시예들 중 임의의 실시예에 대한 면역(예를 들어, 항체) 성분 대신에 다른 결부 분자들을 이용할 수 있다. 이것은 본 명세서에서 제공된 모든 적절한 실시예들에 적용된다. 일부 실시예들에서, 이용된 ELISA는 직접 ELISA, 간접 ELISA, 샌드위치 ELISA, 경합 ELISA 및/또는 역 ELISA 중 하나 이상이다.
일부 실시예들에서, 방법은 이상적인 결부 선택성을 허용하기 위한 제1 결부 용액, 및 검정의 효소 성분에 대한 제2 용액을 수반한다. 일부 실시예들에서, 용액들 내의 완충액들은 동일하다. 일부 실시예들에서, 완충액들은 프로세스 전반에 걸쳐 변화된다(그리고, 염 농도 또는 존재하는 1가 또는 2가 염들의 타입, 또는 다른 성분들도 변할 수 있음). 일부 실시예들에서, 결부 페이즈 동안의 온도는 결부를 위해 설계되는 반면, 효소 페이즈 동안의 온도는 효소 활동을 위해 설계된다. 일부 실시예들에서, 온도들은 동일하거나 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 온도들은 상이하지만, 효소 페이즈 동안 계속된 결부를 여전히 허용한다. 일부 실시예들에서, 온도 및/또는 용액 성분들은, 타겟의 일부 또는 다수, 또는 심지어 전부가 결부 분자로부터 해리될 수 있는 정도까지 결부 및 효소 페이즈들 사이에서 변화된다. 그러나, 이것은 결부 페이즈 동안 그리고 (존재한다면) 세척 페이즈를 통해 타겟을 결부 분자에 결부되게 유지하고, 이어서 효소 페이즈에 대한 용액을 웰 또는 동일한 부피의 용액에서 유지함으로써 해결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 타겟은 프로세스 전반에 걸쳐 항원 결부 분자에 결부되게 유지된다.
다음으로, 본 명세서에서 1-단계 면역검정 방법으로 지칭되는 예시적인 동질 면역검정 방법의 설명이 일부 실시예들에 따른 바이오센서를 사용한 항원 검출을 위해 제공된다.
도 22는 일부 실시예들에 따른, 큐벳형 바이오센서를 사용하여 샘플을 분석하기 위한 방법을 예시한 흐름도이고, 도 23은 일부 실시예들에 따른, 스트립형 바이오센서를 사용하여 샘플을 분석하기 위한 방법을 예시한 흐름도이다.
먼저, 도 22에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따른, 큐벳형 바이오센서를 사용한 항원 검출을 위한 1-단계 면역검정 방법은, (a) 타겟 피분석물(예를 들어, 항원)을 함유하는 샘플 및 마커-표지된 검출 생체분자(예를 들어, 검출 항체)를 함유하는 검출 생체분자 복합 용액(예를 들어, 검출 항체 복합 용액)을 준비하는 단계, (b) 타겟 피분석물에 임의의 순서로 결부될 수 있는 고정된 생체분자(예를 들어, 포획 항체)와 결부된 검출 구조 표면을 순차적으로 샘플 및 검출 생체분자 복합 용액에 침지시키거나 또는 고정된 생체분자와 결부된 검출 구조 표면을 샘플 및 검출 생체분자 복합 용액의 혼합 용액에 침지시키는 단계, 및 (c) 반응 생성물들의 흡광도를 측정하는 단계를 포함한다.
단계 (b)에서, 고정된 생체분자, 타겟 피분석물, 및 마커-표지된 검출 생체분자는 서로 반응한다. 반응들의 개시 이래로 약 15 내지 30분 이후, 검출 구조들은, 효소 기질이 수용된 큐벳에 침지되고, 큐벳의 흡광도가 측정된다. 단계 (b)의 완료 이후, 검출 구조들은 반응하지 않은 타겟 피분석물 및/또는 마커-표지된 검출 생체분자를 제거하기 위해 세척될 수 있고, 검출 구조들은, 효소 기질이 수용되는 큐벳에 침지될 수 있다.
스트립형 바이오센서가 사용될 때, 단계 (b)에서, 샘플 및 검출 생체분자 복합 용액은 순차적으로 임의의 순서로 샘플 주입 구멍들을 통해 주입되거나, 또는 샘플 및 검출 생체분자 복합 용액의 혼합물은 샘플 주입 구멍들을 통해 주입될 수 있다. 단계 (c)에서, 효소 기질이 주입되고, 반응 생성물들의 흡광도가 측정된다.
아플라톡신 B1, 스트렙토마이신, 인간 부고환 단백질 4(HE4), 암배아 항원(CEA), 마우스 IgG, 및 코르티솔 및 (농도-의존성)이 타겟 피분석물들로서 사용되었고, 상이한 농도들에서 타겟 피분석물과의 반응 생성물들의 흡광도들이 측정되었다. 결과들은 도 24a 내지 도 24f에 도시되어 있다.
19.53 내지 312.5 pg/mL의 범위의 농도들에서 아플라톡신 B1이 45분 내에서 검출되었다(도 24a 참조). 0.39 내지 50 ng/mL의 범위의 농도들에서 스트렙토마이신이 30분 내에서 검출되었다(도 24b 참조).
본 발명의 바이오센서의 감도가 개선되었는지 여부를 결정하기 위해, 현재 상업적으로 입수가능한 바이오센서(ELISA 키트, R&D 시스템즈)가 HE4, CEA, 마우스 IgG, 및 코르티솔을 분석하기 위해 사용되었다. 본 발명의 바이오센서 및 상업용 바이오센서로부터 측정된 흡광도들은, 각각, 도 24c 내지 도 24f에서 실선들 및 파선들로 표시된다.
본 발명의 바이오센서는 30분 내에 6.1 내지 390 pg/mL 범위의 농도들에서 HE4를 검출하는 데 성공한 반면, 상업용 바이오센서는 4시간 내에 78 내지 5,000 pg/mL 범위의 농도들에서 동일한 타겟 피분석물을 검출했다(도 24c 참조).
본 발명의 바이오센서는 ~15 내지 30분 내에 0.2 내지 390 ng/mL 범위의 농도들에서 CEA를 검출하는 데 성공한 반면, 상업용 바이오센서는 90분 내에 1 내지 65 ng/mL 범위의 농도들에서 동일한 타겟 피분석물을 검출했다(도 24d 참조).
본 발명의 바이오센서는 30분 내에 0.05 내지 25 ng/mL 범위의 농도들에서 마우스 IgG를 검출하는 데 성공한 반면, 상업용 바이오센서는 120분 내에 7.8 내지 500 ng/mL 범위의 농도들에서 동일한 타겟 피분석물을 검출했다(도 24e 참조).
본 발명의 바이오센서는 45분 내에 0.15 내지 5 ng/mL 범위의 농도들에서 코르티솔을 검출하는 데 성공한 반면, 상업용 바이오센서는 180분 내에 0.15 내지 10 ng/mL 범위의 농도들에서 동일한 타겟 피분석물을 검출했다(도 24f 참조).
도 25a 및 도 25b는 실시예들에 따른, 바이오센서 어셈블리를 사용하여 측정되었던, 상이한 농도들의 다양한 피분석물 항체들과의 반응 생성물들의 흡광도들의 실험적 측정들이다. 위의 다양한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 실시예들에 따른 바이오센서 어셈블리들의 다양한 구성들의 활성 면적들 또는 반응 면적들은, 비교가능한 샘플 부피들에 대해, 종래의 ELISA 플레이트들의 것보다 훨씬 더 크다. 종래의 ELISA 플레이트들과 비교할 때, 실시예들은 타겟들과 반응할 수 있는 훨씬 더 많은 수의 고정된 물질들(분자들 또는 수용체들을 포획함)을 갖는다. 이와 관련하여, 바이오센서는 감소된 후크 효과(향상된 검정 감도) 뿐만 아니라 증가된 반응 레이트(감소된 검정 시간)로 검정을 가능하게 한다. 이것은 도 25a 및 도 25b에 관해 예시되며, 여기서, 복수의 검출 구조들을 적층시킴으로써, 단백질, 예를 들어 항원과 반응하는 수용체 또는 항체의 농도가 실질적으로 향상된다. 예를 들어, 도 25b에 도시된 바와 같이, 6개의 검출 구조들을 갖는 바이오센서는 2개의 검출 구조들을 갖는 것보다 높은 감도로 IgG를 검출한다. 위에서 설명된 바와 같이, 더 많은 수의 검출 구조들을 갖는 바이오센서에 대한 더 높은 감도는 정의된 부피에서 이용가능한 고정된 생체분자들 및/또는 피분석물들(예를 들어, 포획된 분자들 또는 수용체들)의 더 높은 밀도 뿐만 아니라 그의 향상된 확산에 기여할 수 있다.
종합하면, 이들 결과들은 일부 실시예들에 따른 바이오센서가 매우 개선된 감도를 갖고, 짧은 시간에 타겟 피분석물을 검출할 수 있다는 것을 보여준다.
예시적인 실시예들
1. 효소 결합 면역흡착 검정(enzyme linked immunosorbent assay)(ELISA) 키트로서,
ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함하며,
센서 어셈블리는,
하나 이상의 공동들이 형성되어 있는 투명 용기,
하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및
하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하고,
투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함하고,
하나 이상의 공동들은, 액체로 채워져서 투명 검출 구조들 각각이 하나 이상의 공동들 내에 적어도 부분적으로 침수되도록 이루어지고,
액체에 의해 접촉되는 투명 구조들의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.25 mm2를 초과하며,
활성 표면들 각각은 약 500 미크론을 초과하는 거리만큼 활성 표면들 중 바로 인접한 활성 표면으로부터 분리되는, ELISA 키트.
2. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트로서,
ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함하며,
센서 어셈블리는,
하나 이상의 공동들이 형성되어 있는 투명 용기,
하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및
하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하고,
투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면을 포함하고,
하나 이상의 공동들은, 액체로 채워져서 투명 검출 구조들 각각이 하나 이상의 공동들 내에 적어도 부분적으로 침수되도록 이루어지고,
액체에 의해 접촉되는 투명 구조들의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.25 mm2 내지 마이크로리터 당 약 8.0 mm2인, ELISA 키트.
3. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트로서,
ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함하며,
센서 어셈블리는,
하나 이상의 공동들이 형성되어 있는 투명 용기,
하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및
하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하고,
투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함하고,
활성 표면들 각각은 약 500 미크론 내지 약 8 mm의 거리만큼 활성 표면들 중 바로 인접한 활성 표면으로부터 분리되는, ELISA 키트.
4. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트로서,
ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함하며,
센서 어셈블리는,
하나 이상의 공동들이 형성되어 있는 투명 용기,
하나 이상의 공동들 각각에 배치되고, 시약을 고정시키도록 이루어진 복수의 활성 표면들, 및
하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하고,
투명 검출 구조들 각각은 활성 표면들 중 하나 이상을 제공하는 하나 이상의 메인 표면들을 포함하고,
활성 표면들 중 적어도 하나는 마이크로구조들 또는 나노구조들을 갖는 텍스처화된 중합체 표면을 포함하는, ELISA 키트.
5. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA) 키트로서,
ELISA에 대한 하나 이상의 시약들 및 ELISA에 적합한 센서 어셈블리를 포함하며,
센서 어셈블리는,
하나 이상의 공동들이 형성되어 있는 투명 용기, 및
하나 이상의 공동들 각각에 배치된 하나 이상의 투명 검출 구조들을 포함하고,
공동들의 내부 표면들 및 하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들은, 피분석물에 특이적으로 결부(bind)되도록 이루어진 시약을 고정시키도록 이루어진 활성 표면들을 제공하고,
투명 검출 구조들의 메인 표면들은, ELISA를 수행할 시에, 고정된 시약에 특이적으로 결부된 피분석물에 대응하는 검출가능 광학 밀도가, 하나 이상의 투명 검출 구조들이 없는 센서 어셈블리에 비해, 고정된 시약들에 피분석물을 특이적으로 결부시키는 레이트를 감소시키지 않으면서 증가되도록 이루어지는, ELISA 키트.
6. 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서,
투명 검출 구조들 각각은 투명한 고체 중합체 구조를 포함하는, ELISA 키트.
7. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서,
활성 표면들 각각은 고체 중합체 표면을 포함하는, ELISA 키트.
8. 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예에 있어서
활성 표면들에는 금속이 형성되어 있지 않은, ELISA 키트.
9. 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예에 있어서,
광학적으로 투명한 용기는 큐벳(cuvette)을 포함하는, ELISA 키트.
10. 실시예 9에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은, 큐벳의 공동의 깊이 방향에 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
11. 실시예 9 또는 실시예 10에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 서로 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
12. 실시예 9 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에 있어서,
큐벳의 내부 측벽들을 직접 마주보는 하나 이상의 투명 검출 구조들 중 하나의 투명 검출 구조의 메인 표면들 중 하나 이상은 500 미크론을 초과하는 거리만큼 큐벳의 내부 측벽들로부터 분리되는, ELISA 키트.
13. 실시예 9 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서,
큐벳의 내부 측벽들을 직접 마주보는 하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상은 큐벳의 내부 측벽들에 실질적으로 평행한, ELISA 키트.
14. 실시예 9 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 투명 검출 구조들 중 바로 인접한 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 500 미크론을 초과하는 거리만큼 서로 분리되는, ELISA 키트.
15. 실시예 9 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 투명 검출 구조들 중 바로 인접한 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 서로 실질적으로 평행한, ELISA 키트.
16. 실시예 9 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상 및 큐벳의 내부 측벽들 중 하나 이상은 활성 표면들로서 기능하는, ELISA 키트.
17. 실시예 9 내지 실시예 16 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상 및 큐벳의 측벽들은 큐벳의 공동의 깊이 방향에 직교하는 측방향으로 서로 실질적으로 중첩하는, ELISA 키트.
18. 실시예 9 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은 약 100 미크론 내지 약 5000 미크론의 두께를 갖는, ELISA 키트.
19. 실시예 9 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예에 있어서,
메인 표면들 각각은 약 10 mm2 내지 약 100 mm2의 면적을 갖는, ELISA 키트.
20. 실시예 9 내지 실시예 19 중 어느 한 실시예에 있어서,
큐벳은 약 50 mm3 내지 약 3000 mm3의 부피를 갖는 액체를 유지하도록 이루어지는, ELISA 키트.
21. 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예에 있어서,
광학적으로 투명한 용기는 복수의 공동들이 형성되어 있는 스트립 용기를 포함하는, ELISA 키트.
22. 실시예 21에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은, 공동들의 깊이 방향에 실질적으로 수직인 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
23. 실시예 21 또는 실시예 22에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 서로 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
24. 실시예 21 내지 실시예 23 중 어느 한 실시예에 있어서,
공동들의 개개의 공동의 하단 표면을 직접 마주보는 하나 이상의 투명 검출 구조들 중 하나의 투명 검출 구조의 메인 표면은 500 미크론을 초과하는 거리만큼 공동들의 개개의 공동의 하단 표면으로부터 분리되는, ELISA 키트.
25. 실시예 21 내지 실시예 24 중 어느 한 실시예에 있어서,
공동들의 개개의 공동의 하단 표면을 직접 마주보는 하나 이상의 투명 검출 구조들 중 하나의 투명 검출 구조의 메인 표면은 공동들의 개개의 공동의 하단 표면에 실질적으로 평행한, ELISA 키트.
26. 실시예 21 내지 실시예 25 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 공동들의 개개의 공동의 중심 구역에 측방향으로 배치된 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
27. 실시예 21 내지 실시예 26 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상은 공동들의 깊이 방향에 실질적으로 평행한 수직 방향으로 서로 실질적으로 중첩하는, ELISA 키트.
28. 실시예 21 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 투명 검출 구조들 중 바로 인접한 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 500 미크론을 초과하는 거리만큼 서로 분리되는, ELISA 키트.
29. 실시예 21 내지 실시예 28 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 투명 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 투명 검출 구조들 중 바로 인접한 투명 검출 구조들의 메인 표면들은 서로 실질적으로 평행한, ELISA 키트.
30. 실시예 21 내지 실시예 29 중 어느 한 실시예에 있어서,
투명 검출 구조들 각각은 실질적으로 원형 형상을 갖는, ELISA 키트.
31. 실시예 21 내지 실시예 25 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 공동들의 개개의 공동의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함하는, ELISA 키트.
32. 실시예 31에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 공동들의 개개의 공동의 중심 구역을 향해 측방향으로 연장되는 플레이트 구조를 포함하는, ELISA 키트.
33. 실시예 31 또는 실시예 32에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은, 공동들의 깊이 방향으로 제1 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제1 돌출부들을 포함하는, ELISA 키트.
34. 실시예 33에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은, 공동들의 깊이 방향으로 제2 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제2 돌출부들을 포함하는, ELISA 키트.
35. 실시예 34에 있어서,
하나 이상의 제1 돌출부들 중 적어도 하나는 공동들의 깊이 방향에 수직인 임의의 측방향으로 하나 이상의 제2 돌출부들 중 임의의 제2 돌출부와 중첩하지 않는, ELISA 키트.
36. 실시예 34에 있어서,
하나 이상의 제1 돌출부들 중 적어도 하나는 공동들의 깊이 방향에 수직인 측방향으로 하나 이상의 제2 돌출부들과 적어도 부분적으로 중첩하는, ELISA 키트.
37. 실시예 34 내지 실시예 36 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은, 공동들의 개개의 공동의 내부 표면 주위에 주기적으로 배열되는 2개 이상의 제1 돌출부들 및/또는 2개 이상의 제2 돌출부들을 포함하는, ELISA 키트.
38. 실시예 34 내지 실시예 37 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 제1 돌출부들 및 하나 이상의 제2 돌출부들은 돌출부들을 갖지 않는 스페이서 구역에 의해 공동들의 깊이 방향으로 분리되는, ELISA 키트.
39. 실시예 31 내지 실시예 38 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 중 하나 이상 및 공동들의 개개의 공동들의 내부 표면들 중 하나 이상은 활성 표면들로서 기능하는, ELISA 키트.
40. 실시예 31 내지 실시예 39 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들에 의해 점유되지 않은 공동들 각각의 중심 구역은 피펫의 팁을 수용하도록 이루어지는, ELISA 키트.
41. 실시예 21 내지 실시예 38 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들 각각은 원의 일부를 포함하는 형상을 갖는, ELISA 키트.
42. 실시예 21 내지 실시예 41 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은 약 100 미크론 내지 약 2000 미크론의 두께를 갖는, ELISA 키트.
43. 실시예 21 내지 실시예 42 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들의 메인 표면들 각각은 약 10 mm2 내지 약 40 mm2의 면적을 갖는, ELISA 키트.
44. 실시예 21 내지 실시예 43 중 어느 한 실시예에 있어서,
공동들 각각은 약 50 mm3 내지 약 500 mm3의 부피를 갖는 액체를 유지하도록 이루어지는, ELISA 키트.
45. 실시예 31에 있어서,
하나 이상의 투명 검출 구조들은 공동들의 개개의 공동들의 내부 표면으로부터 연장되는 돌출부들을 포함하며,
돌출부들은 공동들의 내부 표면들 상에 주름(corrugation)들을 형성하는, ELISA 키트.
46. 실시예 45에 있어서,
주름들은 공동들의 적어도 부분적인 깊이를 통해 연장되는 길이를 갖는, ELISA 키트.
47. 실시예 1 내지 실시예 46 중 어느 한 실시예에 있어서,
활성 표면들 중 적어도 하나에는 복수의 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되어 있는, ELISA 키트.
48. 실시예 47에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 중합체 마이크로구조들 또는 나노구조들을 포함하는, ELISA 키트.
49. 실시예 47 또는 실시예 48에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 규칙적으로 배열된 나노구조들을 포함하는, ELISA 키트.
50. 실시예 47 내지 실시예 49 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들 각각은 베이스(base)로부터 멀어지면서 감소하는 단면적을 갖는 돌출부를 포함하는, ELISA 키트.
51. 실시예 47 내지 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 잘린(truncated) 구형 또는 다각형의 형상을 갖는, ELISA 키트.
52. 실시예 47 내지 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 프리즘형 형상을 갖는, ELISA 키트.
53. 실시예 47 내지 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 잘린 원통형의 형상을 갖는, ELISA 키트.
54. 실시예 47 내지 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 원뿔형 절두체 또는 피라미드형 절두체의 형상을 갖는, ELISA 키트.
55. 실시예 47 또는 실시예 48에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 하나 이상의 측방향들로 랜덤하게 또는 의사-랜덤하게 배열되는, ELISA 키트.
56. 실시예 47, 실시예 48, 또는 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 마이크로와이어들, 마이크로필러들, 마이크로섬유들, 나노와이어들, 나노필러들 또는 나노섬유들을 포함하는, ELISA 키트.
57. 실시예 47 내지 실시예 56 중 어느 한 실시예에 있어서,
마이크로구조들 또는 나노구조들은 고체 기질과 동일한 재료를 포함하는 통합 연장부들을 형성하는, ELISA 키트.
58. 실시예 1 내지 실시예 57 중 어느 한 실시예에 있어서,
센서 어셈블리의 활성 표면들은 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 포획 시약을 고정시키는, ELISA 키트.
59. 실시예 1 내지 실시예 58 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 공동들은 타겟 피분석물, 및 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 마커-표지된 검출 시약을 포함하는 용액을 갖는, ELISA 키트.
60. 실시예 1 내지 실시예 59 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 공동들은 마커-표지된 검출 시약에 결부된 타겟 피분석물을 포함하는 용액을 갖고, 효소 기질을 더 포함하는, ELISA 키트.
61. 실시예 1 내지 실시예 60 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 공동들은 ELISA 반응에서 효소 기질에 의해 생성된 ELISA 생성물을 갖는, ELISA 키트.
62. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)을 수행하는 방법으로서,
실시예 1 내지 실시예 61 중 어느 한 실시예에 따른 ELISA 키트를 제공하는 단계; 및
광학적으로 투명한 용기 내에서 ELISA 반응을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
63. 실시예 62에 있어서,
ELISA 반응을 수행하는 단계는,
타겟 피분석물, 및 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 마커-표지된 검출 시약을 제공하는 단계;
타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 포획 시약을 센서 어셈블리의 활성 표면들 상에 고정시키는 단계;
타겟 피분석물로 하여금, 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부되게 하기 위해 활성 표면들을 용액에 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및
포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부된 타겟 피분석물을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
64. 실시예 63에 있어서,
ELISA 반응을 수행하는 단계는, 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부된 타겟 피분석물을 검출하기 전에, 30분 이하에서 단일 반응 단계로 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부되는, 방법.
65. 실시예 63 또는 실시예 64에 있어서,
피분석물로 하여금, 포획 시약 및 마커-표지된 검출 시약에 특이적으로 결부되게 한 이후 센서 어셈블리를 세척하는 단계를 더 포함하며,
방법은 부가적인 세척 단계들을 포함하지 않는, 방법.
66. 실시예 62 내지 실시예 65 중 어느 한 실시예에 있어서,
ELISA는, 직접 ELISA, 간접 ELISA, 샌드위치 ELISA, 경합 ELISA, 및 효소-결합 면역스팟(ELISPOT) 검정으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
67. ELISA를 수행하는 방법으로서,
ELISA 웰(well)을 제공하는 단계 － ELISA 웰은,
1) 투명 용기, 및
2) 광학적으로 투명한 용기 내의 하나 초과의 향상 층을 포함하고, 하나 초과의 향상 층은 항체가 하나 초과의 향상 층에 결부되게 허용하도록 이루어지고, 하나 초과의 향상 층은, 마이크로리터 당 약 0.25 mm2 내지 마이크로리터 당 약 8.0 mm2인, 하나 초과의 향상 층의 결합된 표면적 대 액체의 부피의 비율을 제공함 －; 및
광학적으로 투명한 용기를 이용하여 ELISA를 수행하는 단계를 포함하며,
단 한번의 세척만이 ELISA에 수반되는, 방법.
68. 실시예 67에 있어서,
ELISA는, 제1 반응 혼합물을 형성하기 위해 타겟 단백질을 함유하는 샘플과 마커-표지된 반응 항체를 배향하는 것을 포함하는, 방법.
69. 실시예 68에 있어서,
ELISA는, 제1 반응 혼합물을 취하고, 고정된 항체로 고정된 기질과 제1 반응 혼합물을 반응시키는 것을 더 포함하는, 방법.
70. 실시예 69에 있어서,
ELISA는 샘플의 일회성 첨가에 의해 수행되는, 방법.
71. 본 명세서에서 제공된 방법 기반 실시예들 중 임의의 실시예에 있어서,
ELISA 양상은 HRP를 배향하는 것, 및 기질을 포함하는 기질 용액을 첨가하는 것을 포함하며,
기질은 HRP에 의해 검출가능 형태로 변환되는, 방법.
72. 실시예 71에 있어서,
검출가능 형태는 색상 신호를 포함하는, 방법.
73. 바이오센서로서,
제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 플레이트의 형상의 검출 구조를 포함하며,
타겟 피분석물에 특이적으로 결부되는 고정된 물질은 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 배열되는, 바이오센서.
74. 실시예 73에 있어서,
돌출부들의 형태의 마이크로구조들 또는 나노구조들은 검출 구조의 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 형성되고, 검출 구조의 외부 표면 상에서, 고정된 생체분자와 함께 부착되는, 바이오센서.
75. 실시예 73에 있어서,
타겟 피분석물은 아미노산, 펩타이드들, 폴리펩타이드들, 단백질들, 당단백질들, 지방단백질들, 뉴클레오시드들, 뉴클레오티드들, 올리고뉴클레오티드들, 핵산들, 당들, 탄수화물들, 올리고당들, 다당류들, 지방산들, 지질, 호르몬들, 대사산물들, 사이토카인들, 케모카인들, 수용체들, 신경전달물질들, 항원들, 알레르겐들, 항체들, 기질들, 보조인자들, 억제제들, 약물들, 의약품들, 영양소들, 프리온들, 독소들, 독극물들, 폭발물들, 살충제들, 화학전 작용제들, 생물학적 유해 물질들, 박테리아, 바이러스들, 방사성 동위 원소들, 비타민들, 복소환 방향족 화합물들, 발암물질들, 돌연변이 유도 물질들, 마약들, 암페타민들, 바르비투르산염들, 환각제들, 폐기물들, 오염물들, 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 바이오센서.
76. 실시예 73에 있어서,
검출 구조는, 고정된 물질이 타겟 피분석물과 반응하도록 타겟 피분석물을 함유하는 샘플을 수용하는 큐벳에 삽입되어 침지되는, 바이오센서.
77. 실시예 76에 있어서,
검출 구조의 일단에 연결되고 사용자에 의해 파지되는 파지 부재를 더 포함하는, 바이오센서.
78. 실시예 77에 있어서,
검출 구조를 파지 부재에 연결시키고, 큐벳의 유입구로 해제가능하게 삽입되는 캡을 더 포함하는, 바이오센서.
79. 실시예 78에 있어서,
캡의 외부 표면 상에 배열되고, 캡이 큐벳에 삽입될 때 탄성을 생성하도록 형상이 변화되는 고정 부재를 더 포함하며,
고정 부재는 탄성에 의해 큐벳의 내부 주연부 표면과 밀착되는, 바이오센서.
80. 실시예 76에 있어서,
검출 구조는 샘플에 침지된 침지 부분, 및 침지 부분의 폭보다 작은 폭을 가진 좁은 부분을 갖는 비-침지 부분으로 분할되는, 바이오센서.
81. 실시예 80에 있어서,
좁은 부분은 검출 구조의 양측 중 적어도 하나로부터 리세스(recess)되고, 검출 구조의 길이 방향을 따라 연장되는, 바이오센서.
82. 실시예 76에 있어서,
검출 구조는 복수로 제공되고, 검출 구조들은 서로 평행하게 이격되어 있는, 바이오센서.
83. 실시예 73에 있어서,
미리 결정된 길이를 갖는 몸체, 및 타겟 피분석물을 함유하는 샘플을 수용하기 위해 몸체의 하나의 표면으로부터 리세스된 복수의 반응 챔버들을 포함하는 적어도 하나의 센서 스트립을 더 포함하며,
검출 구조는 반응 챔버들 각각에 배열되는, 바이오센서.
84. 실시예 83에 있어서,
센서 스트립이 탈착가능하게 부착된 표면을 갖는 고정 플레이트를 더 포함하는, 바이오센서.
85. 실시예 83에 있어서,
검출 구조는 복수로 제공되고, 검출 구조들은 서로 수직으로 이격되어 있는, 바이오센서.
86. 실시예 83에 있어서,
반응 챔버들과 연통하기 위해 몸체의 하나의 표면으로부터 리세스된 샘플 주입 구멍들을 더 포함하는, 바이오센서.
87. 실시예 84에 있어서,
고정 플레이트의 하나의 표면으로부터 돌출된 삽입 돌출부를 더 포함하며,
몸체는, 센서 스트립이 고정 플레이트에 부착되도록 삽입 돌출부가 삽입되는 삽입 리세스를 형성하기 위해 리세스 또는 천공되는, 바이오센서.
88. 실시예 87에 있어서,
삽입 돌출부가 삽입 구멍에 삽입될 때 몸체의 일단의 안쪽으로 리세스된 코너와 접촉하게 되도록 삽입 돌출부로부터 이격되고 고정 플레이트의 하나의 표면으로부터 돌출된 고정 돌출부를 더 포함하는, 바이오센서.
89. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리로서,
하나 이상의 웰들이 형성되어 있는 센서 스트립 － 하나 이상의 웰들은 측벽 및 하단 표면을 가짐 －; 및
하나 이상의 웰들 각각의 측벽에 연결된 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며,
하나 이상의 검출 구조들은 생체분자를 직접 고정시키도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
90. 실시예 89에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 상에 직접 고정되는 생체분자를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
91. 실시예 89 또는 실시예 90에 있어서,
생체분자는 ELISA의 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 항체를 포함하는, 센서 어셈블리.
92. 실시예 89 내지 실시예 91 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 각각은 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역을 향해 측방향으로 연장되는, 센서 어셈블리.
93. 실시예 89 내지 실시예 92 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들은 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 제1 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제1 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
94. 실시예 89 내지 실시예 93 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들은 깊이 방향으로 제1 깊이보다 깊은 제2 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제2 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
95. 실시예 89 내지 실시예 94 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 제1 검출 구조들의 적어도 일부들은 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 하나 이상의 제2 검출 구조들과 중첩하지 않는, 센서 어셈블리.
96. 실시예 89 내지 실시예 95 중 어느 한 실시예에 있어서,
센서 스트립은 관통 형성된 개구를 각각 갖는 복수의 층들을 포함하며,
층들 중 적어도 하나는 개구의 측벽으로부터 돌출되는 하나 이상의 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
97. 실시예 89 내지 실시예 96 중 어느 한 실시예에 있어서,
센서 스트립은, 스페이서 층에 의해 수직으로 분리되는 하나 이상의 검출 구조들을 포함하는 적어도 2개의 층들을 포함하는, 센서 어셈블리.
98. 실시예 89 내지 실시예 97 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들은, 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역을 향해 측방향으로 돌출되고, 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 깊이로 수직으로 세장되는(elongated) 주름들을 포함하는, 센서 어셈블리.
99. 실시예 89 내지 실시예 98 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들은, 복수의 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되도록 텍스처화된 표면을 포함하는, 센서 어셈블리.
100. 실시예 89 내지 실시예 99 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 각각은 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역에 측방향으로 배치된 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
101. 실시예 89 내지 실시예 100 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들은, 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 서로 실질적으로 중첩하는 적어도 2개의 실질적으로 평행한 플레이트 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
102. 실시예 89 내지 실시예 101 중 어느 한 실시예에 있어서,
적어도 2개의 플레이트 구조들 중 수직으로 인접한 플레이트 구조들은, 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 500 미크론 내지 8 mm의 거리만큼 서로 분리되는, 센서 어셈블리.
103. 실시예 89 내지 실시예 102 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 웰들은 평면형 하단 표면을 갖는 원통형 웰들인, 센서 어셈블리.
104. 실시예 89 내지 실시예 103 중 어느 한 실시예에 있어서,
웰들 각각은 약 50 μL 내지 약 500 μL의 부피를 갖는 샘플을 유지하도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
105. 실시예 89 내지 실시예 104 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 웰들은 약 2 mm 내지 약 9 mm의 직경을 갖는, 센서 어셈블리.
106. 실시예 89 내지 실시예 105 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 웰들이 샘플로 채워질 때, 샘플에 의해 접촉되는 결합된 표면적 대 샘플의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.25 mm2를 초과하는, 센서 어셈블리.
107. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리로서,
공동을 포함하는 큐벳;
공동을 닫도록 이루어진 캡; 및
캡에 연결되며, 공동에 존재할 때 액체 샘플에 적어도 부분적으로 침지되도록 이루어진 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며,
하나 이상의 검출 구조들은 생체분자를 직접 고정시키도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
108. 실시예 107에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 상에 직접 고정되는 생체분자를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
109. 실시예 107 또는 실시예 108에 있어서,
생체분자는 ELISA의 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 항체를 포함하는, 센서 어셈블리.
110. 실시예 107 내지 실시예 109 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 각각은, 큐벳의 공동의 깊이 방향에 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
111. 실시예 107 내지 실시예 110 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 각각은 서로 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
112. 실시예 107 내지 실시예 111 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 검출 구조들 중 바로 인접한 검출 구조들의 메인 표면들은 약 500 미크론 내지 9 mm의 거리만큼 서로 분리되는, 센서 어셈블리.
113. 실시예 107 내지 실시예 112 중 어느 한 실시예에 있어서,
2개 이상의 검출 구조들을 포함하며,
서로 직접 마주보는 2개 이상의 검출 구조들 중 바로 인접한 검출 구조들의 메인 표면들은 서로 실질적으로 평행한, 센서 어셈블리.
114. 실시예 107 내지 실시예 113 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 각각은 공동의 깊이 방향으로 연장되는 직선 에지들을 갖는 플레이트 구조를 포함하며,
직선 에지들은 플레이트 구조의 폭을 감소시키는 하나 이상의 리세스된 구역들을 포함하는, 센서 어셈블리.
115. 실시예 107 내지 실시예 114 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 검출 구조들 중 적어도 하나는, 복수의 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되도록 텍스처화된 표면을 포함하는, 센서 어셈블리.
116. 실시예 107 내지 실시예 115 중 어느 한 실시예에 있어서,
하나 이상의 웰들이 샘플로 채워질 때, 샘플에 의해 접촉되는 결합된 표면적 대 샘플의 부피의 비율은 마이크로리터 당 약 0.1 내지 8 mm2인, 센서 어셈블리.
문맥상 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 설명 및 청구항들 전반에 걸쳐, 단어들 "구비하다", "구비하는", "포함하다", "포함하는" 등은 배타적이거나 철저한 의미와는 반대로 포괄적인 의미, 즉 "포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단어 "커플링된"은 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 중간 엘리먼트들에 의해 연결될 수 있는 2개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단어 "연결된"은 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 중간 엘리먼트들에 의해 연결될 수 있는 2개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 부가적으로, 단어들 "여기", "위", "아래" 및 이와 유사한 의미의 단어들은, 이러한 애플리케이션에서 사용될 때, 이러한 애플리케이션의 임의의 특정한 부분들이 아니라 전체로서 이러한 애플리케이션을 지칭해야 한다. 문맥상 허용되는 경우, 위의 상세한 설명에서 단수 또는 복수를 사용하는 단어들은 또한, 각각 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 2개 이상의 항목들의 리스트를 참조하면, 단어 "또는"은 단어의 다음의 해석들, 즉 리스트 내의 항목들 중 임의의 항목, 리스트 내의 항목들 전부, 및 리스트 내의 항목들의 임의의 조합을 모두 커버한다.
게다가, 구체적으로 다르게 언급되지 않거나, 사용된 맥락 내에서 다르게 이해되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 조건어, 이를테면, 특히, "할 수 있다" 및 "예컨대", "예를 들어" 등은 일반적으로, 특정한 실시예들이 특정한 특징들, 엘리먼트들 및/또는 상태들을 포함하지만, 다른 실시예들은 이들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도된다. 따라서, 그러한 조건어는 일반적으로, 특징들, 엘리먼트들 및/또는 상태들이 어쨌든 하나 이상의 실시예들, 또는 이들 특징들, 엘리먼트들 및/또는 상태들이 임의의 특정한 실시예에 포함되는지 아니면 이 임의의 특정 실시예에서 수행되는지를 위해 요구된다는 것을 암시하도록 의도되지 않는다.
특정한 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예들은 단지 예로서 제시되었으며, 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 실제로, 본 명세서에 설명된 신규한 장치, 방법들, 및 시스템들은 다양한 다른 형태들로 구현될 수 있으며; 더욱이, 본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 대체들 및 변화들은 본 개시내용의 사상을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 특징들이 주어진 배열로 제시되는 동안, 대안적인 실시예들은 상이한 컴포넌트들 및/또는 센서 토폴로지들로 유사한 기능들을 수행할 수 있고, 일부 특징들은 삭제, 이동, 추가, 세분, 조합, 및/또는 수정될 수 있다. 이들 특징들 각각은 다양한 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 실시예들의 엘리먼트들 또는 동작들의 임의의 적합한 조합이 추가적인 실시예들을 제공하기 위해 조합될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 특징들 및 프로세스들은 서로 독립적으로 구현될 수 있거나, 또는 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 본 개시내용의 특징들의 모든 가능한 조합들 및 하위조합들은 본 개시내용의 범위 내에 있도록 의도된다.

Claims (29)

  1. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리로서,
    하나 이상의 웰(well)들이 형성되어 있는 센서 스트립 － 상기 하나 이상의 웰들은 측벽 및 하단 표면을 가짐 －; 및
    상기 하나 이상의 웰들 각각의 상기 측벽에 연결된 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은 생체분자를 직접 고정시키도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 상에 직접 고정되는 상기 생체분자를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 생체분자는 상기 ELISA의 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 항체를 포함하는, 센서 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 각각은 상기 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역을 향해 측방향으로 연장되는, 센서 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은 상기 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 제1 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제1 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은 상기 깊이 방향으로 제1 깊이보다 깊은 제2 수직 레벨에 형성된 하나 이상의 제2 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제1 검출 구조들의 적어도 일부들은 상기 하나 이상의 웰들의 상기 깊이 방향으로 상기 하나 이상의 제2 검출 구조들과 중첩하지 않는, 센서 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 스트립은 관통 형성된 개구를 각각 갖는 복수의 층들을 포함하며,
    상기 층들 중 적어도 하나는 상기 개구의 측벽으로부터 돌출되는 하나 이상의 검출 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센서 스트립은, 스페이서 층에 의해 수직으로 분리되는 하나 이상의 검출 구조들을 포함하는 적어도 2개의 층들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은, 상기 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역을 향해 측방향으로 돌출되고, 상기 하나 이상의 웰들의 상기 개개의 웰의 깊이로 수직으로 세장되는(elongated) 주름(corrugation)들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은, 복수의 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되도록 텍스처화된 표면을 포함하는, 센서 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 각각은 상기 하나 이상의 웰들의 개개의 웰의 중심 구역에 측방향으로 배치된 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은, 상기 하나 이상의 웰들의 깊이 방향으로 서로 실질적으로 중첩하는 적어도 2개의 실질적으로 평행한 플레이트 구조들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 플레이트 구조들 중 수직으로 인접한 플레이트 구조들은, 상기 하나 이상의 웰들의 상기 깊이 방향으로 500 미크론 내지 8 mm의 거리만큼 서로 분리되는, 센서 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 웰들은 평면형 하단 표면을 갖는 원통형 웰들인, 센서 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 웰들 각각은 약 50 μL 내지 약 500 μL의 부피를 갖는 샘플을 유지하도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 웰들은 약 2 mm 내지 약 9 mm의 직경을 갖는, 센서 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 웰들은 샘플로 채워져서, 상기 하나 이상의 검출 구조들은 상기 샘플에 침지되고, 상기 샘플에 의해 접촉되는 결합된 표면적 대 상기 샘플의 부피의 비율은 약 0.25 mm2/μL 내지 약 8 mm2/μL인, 센서 어셈블리.
  19. 효소 결합 면역흡착 검정(ELISA)에 적합한 센서 어셈블리로서,
    공동을 포함하는 큐벳;
    상기 공동을 닫도록 이루어진 캡; 및
    상기 캡에 연결되며, 상기 공동에 존재할 때 액체 샘플에 적어도 부분적으로 침지되도록 이루어진 하나 이상의 검출 구조들을 포함하며,
    상기 하나 이상의 검출 구조들은 생체분자를 직접 고정시키도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 상에 직접 고정되는 상기 생체분자를 더 포함하는, 센서 어셈블리.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 생체분자는 상기 ELISA의 타겟 피분석물에 특이적으로 결부되도록 이루어진 항체를 포함하는, 센서 어셈블리.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 각각은, 상기 큐벳의 상기 공동의 깊이 방향에 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 각각은 서로 실질적으로 평행한 대향하는 메인 표면들을 갖는 플레이트 구조를 포함하는, 센서 어셈블리.
  24. 제19항에 있어서,
    2개 이상의 검출 구조들을 포함하며,
    서로 직접 마주보는 상기 2개 이상의 검출 구조들 중 바로 인접한 검출 구조들의 메인 표면들은 약 500 미크론 내지 8 mm의 거리만큼 서로 분리되는, 센서 어셈블리.
  25. 제19항에 있어서,
    2개 이상의 검출 구조들을 포함하며,
    서로 직접 마주보는 상기 2개 이상의 검출 구조들 중 바로 인접한 검출 구조들의 메인 표면들은 서로 실질적으로 평행한, 센서 어셈블리.
  26. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 각각은 상기 공동의 깊이 방향으로 연장되는 직선 에지들을 갖는 플레이트 구조를 포함하며,
    상기 직선 에지들은 상기 플레이트 구조의 폭을 감소시키는 하나 이상의 리세스된(recessed) 구역들을 포함하는, 센서 어셈블리.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 검출 구조들 중 적어도 하나는, 복수의 마이크로구조들 또는 나노구조들이 형성되도록 텍스처화된 표면을 포함하는, 센서 어셈블리.
  28. 제19항에 있어서,
    상기 큐벳은 약 50 mm3 내지 약 3000 mm3의 부피를 갖는 액체를 유지하도록 이루어지는, 센서 어셈블리.
  29. 제19항에 있어서,
    상기 하나 이상의 웰들은 샘플로 채워져서, 상기 하나 이상의 검출 구조들은 상기 샘플에 침지되고, 상기 샘플에 의해 접촉되는 결합된 표면적 대 상기 샘플의 부피의 비율은 약 0.1 mm2/μL 내지 약 8 mm2/μL인, 센서 어셈블리.
KR1020207033327A 2018-04-24 2019-04-22 표면 및 확산 강화 바이오센서 KR20210039326A (ko)

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