KR20220165759A - 샘플의 비드 기반 분석 - Google Patents

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KR20220165759A
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엘런 마크 파인
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알렌틱 마이크로사이언스 인코포레이티드
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Abstract

방법은, 샘플 내의 화학 성분의 하나 이상의 유닛의 각각의 유닛에 2개 이상의 비드를 부착하여, 화학 성분의 각각의 유닛에 대해, 2개 이상의 비드 및 화학 성분의 유닛을 포함하는 다중 비드 복합체를 형성하는 단계; 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계; 이미지 센서에서, 광 소스에서 발생하는 광을 수신하는 단계 ― 수신된 광은 다중 비드 복합체들의 비드들에 의해 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광을 포함함 ―; 이미지 센서에서, 수신된 광으로부터 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계; 및 샘플의 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계를 포함하고, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계는, 다중 비드 복합체들 각각의 2개 이상의 비드를 서로에 대한 근접성에 기초하여 연관시키는 단계를 포함한다.

Description

샘플의 비드 기반 분석
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 3월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/368,707호의 부분 계속 출원인 2020년 4월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/845,458호로부터 우선권을 주장한다.
본 설명은 샘플의 비드 기반 분석에 관한 것이다.
진단의 목적들을 위한 환자의 전혈의 샘플에서 유용한 정보 모두를 획득하기 위해, 예컨대, 혈액 샘플 내의 다양한 타입들의 혈구들 및 그들의 헤모글로빈 함유량의 온혈구 카운트(complete blood count)(CBC)뿐만 아니라 혈액의 무세포 부분(예컨대, 혈장) 내의 다른 성분들의 화학적 분석이 요구된다. 그러한 다른 성분들은 다양한 종류들의 분자들 및 이온들을 포함할 수 있다.
전통적으로, 혈액의 화학적 분석과 CBC 둘 모두는 정맥 절개에 의해 획득되는 정맥혈의 튜브들을 사용하여 실험실 내의 대형 고가의 머신들 상에서 수행된다. 화학적 분석이 완료되고 결과들이 반환되는 데에는 수 시간 또는 수일이 요구될 수 있다.
일반적으로, 본 개시내용의 양태는 방법이고, 그 방법은, 샘플 내의 화학 성분의 하나 이상의 유닛의 각각의 유닛에 2개 이상의 비드를 부착하여, 화학 성분의 각각의 유닛에 대해, 2개 이상의 비드 및 화학 성분의 유닛을 포함하는 다중 비드 복합체를 형성하는 단계; 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계; 이미지 센서에서, 광 소스에서 발생하는 광을 수신하는 단계 ― 수신된 광은 다중 비드 복합체들의 비드들에 의해 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광을 포함함 ―; 이미지 센서에서, 수신된 광으로부터 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계; 및 샘플의 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계를 포함하고, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계는, 다중 비드 복합체들 각각의 2개 이상의 비드를 서로에 대한 근접성에 기초하여 연관시키는 단계를 포함한다.
구현들은 다음의 피처들 중 하나 또는 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 방법은 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 화학 성분의 존재를 식별하는 단계를 포함한다. 방법은 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 화학 성분의 레벨을 식별하는 단계를 포함한다. 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계는, 별개의 다중 비드 복합체들을 계수하는 단계를 포함한다.
일부 구현들에서, 화학 성분의 각각의 유닛에 2개 이상의 비드를 부착하는 단계는, 화학 성분의 하나 이상의 유닛의 각각의 유닛에 2개 이상의 부착 유닛을 결합하는 단계를 포함하고, 부착 유닛들 각각은 또한 하나 이상의 비드에 부착되고, 그에 따라, 각각의 다중 비드 복합체는 2개 이상의 비드, 2개 이상의 부착 유닛, 및 화학 성분의 유닛을 포함한다. 일부 구현들에서, 부착 유닛들은 항체들을 포함한다. 일부 구현들에서, 부착 유닛들은 병원체로부터의 캡시드 단백질들 또는 다른 항원들을 포함하고, 화학 성분의 유닛들은 병원체에 대한 항체들을 포함한다. 일부 구현들에서, 병원체는 바이러스를 포함한다. 일부 구현들에서, 2개 이상의 부착 유닛 중 적어도 2개는 서로 상이하다. 일부 구현들에서, 2개 이상의 부착 유닛은 화학 성분의 유닛의 상이한 위치들에서 결합된다.
구현들은 다음의 피처들 중 하나 또는 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 다중 비드 복합체의 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 동일한 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 갖는다. 다중 비드 복합체의 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 광 소스에서 발생하는 광에 대해 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들, 또는 그들의 조합들을 갖는다. 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들은 비드들의 컬러들, 비드들의 크기들, 비드들의 형상들, 및 비드들의 복굴절 중 적어도 하나를 포함한다. 화학 성분의 각각의 유닛은 병원성 바이러스의 항체를 포함한다. 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계는, 표면 상에 샘플의 단층을 형성하는 단계를 포함한다. 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계는, 이미지 센서의 표면과 이미지 센서의 표면과 대향하는 제2 표면 사이에 샘플을 한정하는 단계를 포함한다. 방법은, 샘플의 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 개별 비드들 각각에 의해 반사, 굴절, 또는 투과된 광에 기초하여 그리고 별개의 개별 비드들 각각의 다른 비드들에 대한 근접성에 기초하여, 별개의 개별 비드들을 식별하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 본 개시내용의 양태는 장치이고, 그 장치는, 이미지 센서 ― 이미지 센서는 이미지 센서의 표면에 감광성 요소들의 어레이를 가짐 ―; 및 이미지 센서에 통신가능하게 커플링된 하나 이상의 컴퓨팅 프로세서를 포함하고, 하나 이상의 컴퓨팅 프로세서는 동작들을 수행하도록 구성되고, 동작들은, 이미지 센서로부터 이미지 센서의 표면에 위치된 샘플의 하나 이상의 이미지를 표현하는 데이터를 수신하는 동작 ― 샘플은 하나 이상의 다중 비드 복합체를 포함하고, 각각의 다중 비드 복합체는 화학 성분의 유닛에 부착된 2개 이상의 비드를 포함하고, 하나 이상의 이미지는 광 소스에서 발생하여 이미지 센서에서 수신된 광에 기초하고, 수신된 광은 다중 비드 복합체들의 비드들에 의해 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광을 포함함 ―; 및 샘플의 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작을 포함하고, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작은, 다중 비드 복합체들 각각의 2개 이상의 비드를 서로에 대한 근접성에 기초하여 연관시키는 동작을 포함한다.
구현들은 다음 중 하나 또는 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 동작들은 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 화학 성분의 존재를 식별하는 동작을 포함한다. 동작들은 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 화학 성분의 레벨을 식별하는 동작을 포함한다. 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작은, 별개의 다중 비드 복합체들을 계수하는 동작을 포함한다.
일부 구현들에서, 각각의 다중 비드 복합체는 화학 성분의 유닛에 결합된 2개 이상의 부착 유닛을 포함하고, 부착 유닛들 각각은 또한 하나 이상의 비드에 부착되고, 그에 따라, 각각의 다중 비드 복합체는 2개 이상의 비드, 2개 이상의 부착 유닛, 및 화학 성분의 유닛을 포함한다. 일부 구현들에서, 부착 유닛들은 항체들을 포함한다. 일부 구현들에서, 부착 유닛들은 병원체로부터의 캡시드 단백질들 또는 다른 항원들을 포함하고, 화학 성분의 유닛들은 병원체에 대한 항체들을 포함한다. 일부 구현들에서, 병원체는 바이러스를 포함한다. 일부 구현들에서, 2개 이상의 부착 유닛 중 적어도 2개는 서로 상이하다. 일부 구현들에서, 2개 이상의 부착 유닛은 화학 성분의 유닛의 상이한 위치들에서 결합된다.
구현들은 다음 중 하나 또는 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 다중 비드 복합체의 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 동일한 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 갖고, 하나 이상의 프로세서는 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 검출하도록 구성된다. 다중 비드 복합체의 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 광 소스에서 발생하는 광에 대해 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들, 또는 그들의 조합들을 갖고, 하나 이상의 프로세서는 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 검출하도록 구성된다. 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들은 비드들의 컬러들, 비드들의 크기들, 비드들의 형상들, 및 비드들의 복굴절 중 적어도 하나를 포함한다. 화학 성분의 각각의 유닛은 병원성 바이러스의 항체를 포함한다. 장치는 이미지 센서의 표면과 대향하는 제2 표면을 포함하고, 제2 표면은 제2 표면과 이미지 센서의 표면 사이에 샘플을 한정하도록 구성된다. 제2 표면은 제2 표면과 이미지 센서의 표면 사이에 샘플의 단층을 형성하도록 구성된다. 장치는 광 소스를 포함한다. 동작들은, 샘플의 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 개별 비드들 각각에 의해 반사, 굴절, 또는 투과된 광에 기초하여 그리고 별개의 개별 비드들 각각의 다른 비드들에 대한 근접성에 기초하여, 별개의 개별 비드들을 계수하는 동작을 포함한다.
이들 및 다른 양태들, 피처들, 구현들, 및 이점들은 (1) 방법들, 장치, 시스템들, 구성요소들, 프로그램 제품들, 비즈니스 방법들, 기능들을 수행하기 위한 수단들 또는 단계들로서 그리고 다른 방식들로 표현될 수 있고, (2) 다음의 설명으로부터 그리고 청구항들로부터 명백하게 될 것이다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 5, 및 도 6은 샘플들의 화학적 분석의 개략도들이다.
도 4는 표준 곡선의 그래프이다.
여기서, 우리는, 일부 구현들에서, 작고 휴대가능하고 사용이 용이하고 비교적 저렴한 샘플 분석 디바이스를 사용하여 낮은 비용으로 수 분 내에 현장 진단(point of care)으로 직접 전혈의 샘플의 화학적 분석을 단독으로 또는 CBC와 조합하여 수행할 수 있는 샘플 분석 기술을 설명한다. 일부 용도들에서, 그의 작은 크기 및 낮은 비용으로 인해, 샘플 분석 디바이스는 대량으로 재생산되어 하나 이상의 건강관리, 주거, 산업, 또는 상업 위치 내의 다수의 위치들로 배포될 수 있다. 일부 애플리케이션들에서, 샘플 분석 디바이스의 다수의 유닛들은 샘플 분석(예컨대, 혈액 화학 또는 CBC)을 위한 장비가 달리 이용가능하지 않거나 또는 감당하기 어렵게 고가인 위치들을 포함하는 현장에 배포되어 사용될 수 있다.
우리는 "현장 진단"이라는 용어를, 예컨대, 건강관리가 제공되고 있는 환자 또는 다른 사람에 물리적으로 매우 근접해 있는 임의의 위치를 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 다수의 경우들에서, 현장 진단은 환자가, 예컨대, 동일한 방 또는 건물에 또는 동일한 장소에 또는 짧은 거리 내에, 물리적으로 있을 때 제공되는 서비스들을 나타낸다.
아래의 논의의 대부분이 인간 또는 다른 동물로부터 채취된 전혈의 화학적 분석에 대한 샘플 분석 기술의 적용들을 나타내지만, 샘플 분석 기술은 또한, 샘플(이는 생물학적 샘플일 수 있지만 반드시 그러할 필요는 없음)이 관심 화학 성분들(이를테면, 분자들 또는 이온들)을 함유하고, 카운트를 수반하지 않을 수 있고, 카운트될 하나 이상의 종류의 입자들, 유닛들, 또는 다른 요소들을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있는 광범위한 정황들에 적용될 수 있다.
우리는 "샘플"이라는 용어를, 예컨대, 하나 이상의 분석가능한 화학 성분을 함유하고 또한 하나 이상의 타입의 하나 이상의 카운트가능한 유닛을 함유하거나 또는 함유하지 않을 수 있는 임의의 유체 또는 다른 재료 덩어리 또는 본체를 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 일부 경우들에서, 카운트가능한 유닛들은 입사 광에 대해 불투명하거나, 반투명하거나, 또는 다른 방식으로 투명하지 않을 수 있다. 일부 경우들에서, 분석가능한 화학 성분들은 입사 광에 대해 투명하거나, 반투명하거나, 또는 다른 방식으로 불투명하지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 샘플은 상이한 타입들의 카운트가능한 혈구들을 함유하고 또한 2개만 예로 들자면 분자들 또는 이온들과 같은 분석가능한 화학 성분들을 함유하는 전혈이다.
우리는 "화학 성분들"이라는 용어를, 예컨대, 화학 화합물들, 이온들, 분자들, 및 인식가능한(예컨대, 가시적인) 카운트가능한 유닛들의 형태로 존재하지 않을 수 있는 샘플의 다른 구성요소들을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다.
우리는 "화학 성분의 유닛"이라는 용어를, 예컨대, 단일 분자, 이온, 또는 다른 구성요소와 같은 화학 성분의 단일 유닛을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 전형적인 샘플들에서, 주어진 타입의 화학 성분의 다수의 유닛들, 예컨대, 화학 화합물의 다수의 분자들이 있다.
우리는 "카운트가능한 유닛들"이라는 용어를, 예컨대, 이산적이고, 인식가능하고, 가시적이고, 식별가능하고, 계수되는 샘플에 존재하는 요소들을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 전형적으로, 카운트가능한 유닛들은 투명하지 않다. 전혈의 경우, 카운트가능한 유닛들은 상이한 타입들의 혈구들을 포함할 수 있다.
우리는 "화학적 분석"이라는 용어를, 예컨대, 샘플 내의 하나 이상의 타입의 화학 성분들의 식별 및 정량화(예컨대, 레벨의 결정)를 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 일부 경우들에서, 화학적 분석은 하나 이상의 타입의 하나 이상의 분자의 존재를 식별하는 것, 및 샘플 내의 또는 샘플의 특정 체적 내의 분자들의 타입들 각각의 양, 체적, 또는 퍼센티지를 특성화하는 것을 포함할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 샘플 분석 기술이 더 넓은 범위의 애플리케이션들을 갖지만, 편의를 위해, 우리는 샘플이 전혈 또는 전혈의 성분들을 포함하는 특정 예들을 종종 논의한다.
우리는 "전혈"이라는 용어를, 예컨대, 인간 또는 다른 동물로부터 채취된 그 원래의 형태의 혈액을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 전혈은 화학 성분들을 포함하는 혈장 및 혈구들과 같은 카운트가능한 유닛들을 포함한다. "혈장"이라는 제목의 위키피디아(Wikipedia) 항목에서 설명되는 바와 같이, 혈장은 "정상적으로는 전혈 내의 혈구들을 부유 상태로 유지하는 혈액의 황색 액체 성분이다. 다시 말하면, 이는 세포들 및 단백질들을 운반하는 혈액의 액체 부분이고 ... 이는 대부분 물(부피로 최대 95%)이고, 용해된 단백질들(6 내지 8%)(예컨대, 혈청 알부민들, 글로불린들, 및 피브리노겐), 포도당, 응혈 인자들, 전해질들(Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3 -, Cl- 등), 호르몬들, 이산화 탄소(혈장은 배설물 수송을 위한 주요 매개체임), 및 산소를 함유한다." 응혈 인자들은 응고 형성에 참여하는 플라스미노겐 및 프로트롬빈과 같은 분자들을 포함한다.
우리는 "혈구들"이라는 용어를, 예컨대, 적색 혈구들(적혈구들), 백색 혈구들(백혈구들), 희귀 혈구 타입들, 모호한 혈구 타입들, 및 혈소판들(혈전구들)을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 혈액의 화학적 분석을 위한 전형적인 자동화된 기법들(10)은 무세포 화학 성분들(12), 예컨대, 혈장(14) 내의 하나 이상의 화학 성분의 분자들을 식별 및 정량화하기 위해 형광 기반 샌드위치 면역검정(fluorescence-based sandwich immunoassay) 기법들을 사용한다. 형광 기반 샌드위치 면역검정에서의 "샌드위치"의 "충전재(filling)"는, 예컨대, 혈장 내의 주어진 타겟 화학 성분의 분자들(16)이다. 분자들 각각은, 사실상, 혈액 샘플에 2개의 타입(20, 22)의 항체들을 추가한 결과로서 샌드위치된다(18). 하나의 타입(20)의 항체들은 타겟 분자들 상의 하나의 위치(24)에 특이적으로 결합되는 것으로 알려져 있고, 그들이 타겟 분자들이 유지되는 알려져 있는 "베이스"를 제공한다는 의미에서 "캡처 항체들"로서 역할을 한다. 다른 타입(22)의 항체들은 "검출 항체들"로서 역할을 하고, 타겟 분자들에 특이적으로 결합되지만 타겟 분자들 상의 상이한 위치(26)에 결합되는 것으로 또한 알려져 있다. 일부 예들에서, 캡처 항체들은, 이를테면, 표면(28)에 고정되고, 문자 그대로, 타겟 분자들을 "캡처"하고 그들을 표면 상의 특정 위치에 유지한다. 검출 항체들은 전형적으로, 그들에 부착된 형광 분자들(30)에 의해 마킹된다.
타겟 분자들이 캡처되었으면, 즉, 캡처 항체들에 결합되었으면, 하나의 파장 대역에서 높은 강도의 여기 광(32)이 샘플을 조명하여, 상이한, 전형적으로는 더 긴 형광 파장 대역에서 훨씬 더 낮은 강도의 광이 부착된 형광 분자들로부터 방출되게 한다(34). 방출된 광은 (훨씬 더 높은 강도의 여기 광을 차단하기 위해 필터(38)를 통해 통과된 후에) 광 검출기(36)에 의해 감지된다. 광 검출기는 비교적 낮은 강도의 형광 파장 대역 광의 존재 및 강도 레벨에 고도로 민감하고, 그에 따라, 형광 강도 그리고 결과적으로는 샘플에 존재하는 타겟 화학 성분의 양을 표시하는 신호들을 생성할 수 있다.
형광 샌드위치 기법은 캡처 항체들과 (형광 분자들에 의해) 적합하게 표지된 검출 항체들의 상이한 적절한 쌍들을 사용함으로써, 혈액의 상이한 타겟 화학 성분들을 동시에 식별 및 정량화하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 다중화의 일부 구현들에서, 상이한 캡처 항체들은, 고정된 표면에서의 그들의 위치들에 기초하여 상이한 타겟 분자들을 구별하기 위한 방식으로서, 상이한 위치들에서 고정된 표면에 부착된다. 일부 구현들에서, 타겟 분자들은 샘플에서 용해 또는 부유된 상태로 유지되고, 상이한 캡처 항체들은, 샘플 내의 그들의 위치들과 관계없이 상이한 타입들의 타겟 분자들을 구별하기 위한 방식으로서, 상이한 파장 대역들 또는 대역들의 상이한 조합들에서 형광 광을 생성하는 형광 비드들(예컨대, Luminex® 비드들)을 사용하여 마킹된다.
추후에 논의되는 바와 같이, 샘플 분석 기술의 일부 구현들에서, 화학적 분석은 온혈구 카운트(CBC)를 수행하기 위한 접촉 단층 비형광 이미징(contact monolayer non-fluorescence imaging) 기법과 조합된다. 여러 이유들로, 방금 설명된 표준 형광 샌드위치 기법은 접촉 단층 비형광 CBC 기법과 최적으로 양립되지 않는다. 하나의 이유는, 접촉 CBC 기법에서, 혈액 샘플이 전형적으로 이미지 센서의 감광성 표면과 직접 접촉하여, 높은 강도의 여기 광을 차단하기 위한 표면과 샘플 사이의 필터 요소의 포함을 방해한다는 것이다. 두 번째 이유는 접촉 CBC 기법이 형광 샌드위치 면역검정 기법들에서 일반적으로 요구되는 세척 및 다른 프로세싱 단계들(그들 중 하나는 샘플로부터 투명하지 않은 혈구들을 제거하는 것을 수반함)과 용이하게 양립되지 않는다는 것이다. 세척 및 프로세싱 단계들은 샘플 분석 기법에 사용되는 동일한 전혈 샘플이 접촉 CBC 기법에 또한 사용되는 경우 쉽게 적용될 수 없다. [그러나, 추후에 논의될 바와 같이, 접촉 CBC 기법이 혈액의 단층의 사용에 기초하기 때문에, 단층의 부분들은 혈구들이 없고 광 통과 혈장만을 함유한다. 따라서, 혈구들의 존재로 인해 이미지 센서의 전체 영역이 타겟 분자들의 화학적 분석에 적합하지 않을 수 있지만, 이미지 센서의 영역의 일부 부분들은 전혈에서도 샘플 분석 기법에 적합하다.] 형광 샌드위치 기법이 위에서 설명된 접촉 CBC 기법과 최적으로 양립되지 않는 세 번째 이유는 고해상도 이미지 센서의 작은 크기의 픽셀들이 더 큰 영역의 광 검출기가 가능한 것만큼 낮은 강도의 방출된 형광 광을 검출하기 위한 적절한 저조도 감도를 제공하지 않는다는 것이다.
본원에서 설명되는 샘플 분석 기술은 전혈의 화학적 분석을 수행하는 데 독립적으로 사용될 수 있거나, 또는 동일한 샘플 및 동일한 광 소스로부터의 광을 사용하는 접촉 CBC 기법을 (동시에 또는 순차적으로) 보충하기 위해 또는 그와 조합하여 전혈의 화학적 분석을 수행하는 데 사용될 수 있다. 결과로서, 접촉 CBC 기법과 혈액 화학적 분석 둘 모두가 작은 저렴한 디바이스를 사용하여 현장 진단으로 전혈의 작은 샘플(예컨대, 50 마이크로리터 미만 또는 15 마이크로리터 미만 또는 5 마이크로리터 미만의 샘플)에 대해 본질적으로 동시에 신속하게 수행될 수 있다. 우리가 화학적 분석이 전혈에 대해 수행되는 예들을 종종 논의하지만, 샘플 분석 기술은 원시 전혈, 또는 화학 성분들을 변경 또는 조정 또는 제거 또는 보충하도록 프로세싱된 전혈, 또는 혈장을 포함하여 혈구들의 일부 또는 전부가 제거된 전혈에 적용될 수 있다.
우리는 "접촉 CBC 기법"이라는 용어를, 예컨대, 이미지 센서의 표면과 접촉하는(예컨대, 그의 근접 필드 거리 내에 있는) 샘플에서 하나 이상의 타입의 혈구들이 식별 및 카운트되는 임의의 기법을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 접촉 CBC 기법들에 관한 추가적인 정보는 미국 특허 공개들 제2016/0041200호, 제2014/0152801호, 제2018/0284416호, 제2017/0293133호, 제2016/0187235호, 및 미국 특허들 제9,041,790호, 제9,720,217호, 제10,114,203호, 제9,075,225호, 제9,518,920호, 제9,989,750호, 제9,910,254호, 제9,952,417호, 제10,107,997호 중 하나 이상에서 발견될 수 있고, 그들 모두는 참조로 본원에 포함된다.
도 2를 참조하면, 샘플 분석 기술의 일부 구현들에서, 감광성 요소들(예컨대, 픽셀들)(106)의 어레이가 노출된 고해상도 이미지 센서(104)의 표면(102)과 덮개(110)의 대응하는 표면(108) 사이에 전혈의 단층(100)이 위치되어, 표면(102)과 표면(108) 사이에 그 길이, 폭, 및 두께(112)에 의해 정의되는 알려져 있는 체적을 갖는 단층을 형성한다. 그러한 단층을 형성하기 위한 구조들 및 기법들의 예들은 미국 특허 공개들 제2016/0041200호, 제2014/0152801호, 제2018/0284416호, 제2017/0293133호, 제2016/0187235호, 및 미국 특허들 제9,041,790호, 제9,720,217호, 제10,114,203호, 제9,075,225호, 제9,518,920호, 제9,989,750호, 제9,910,254호, 제9,952,417호, 제10,107,997호 중 하나 이상에서 설명되고, 그들 모두는 참조로 본원에 포함된다.
우리는 "고해상도"라는 용어를, 예컨대, 2개의 차원 중 하나 또는 둘 모두에서, 예컨대, 5 μm 또는 3 μm 또는 1 μm 또는 서브 미크론 미만의 픽셀 간격을 갖는 이미지 센서를 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다.
우리는 "단층"이라는 용어를, 예컨대, 단층에 걸쳐 두께에 의해 정의되는 치수에 2개의 유닛이 적층될 수 없도록 하는, 혈구들과 같은 샘플 내의 특정 타입의 유닛의 두께 이하의 두께를 갖는 샘플의 체적을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 전혈 샘플의 경우, 단층의 두께는 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다.
광 소스(122)로부터의 광(120)은 단층(100)을 조명한다. 광의 부분들(124)은 샘플 단층을 통과하여 이미지 센서의 어레이(128) 내의 감광성 요소들(126)에 의해 수신될 수 있다. 광의 부분들(130)은 단층의 성분들(131)에 의해 반사 또는 굴절될 수 있고, 반사 또는 굴절된 광은 어레이 내의 감광성 요소들에 의해 수신될 수 있다. 광의 부분들(132)은 단층의 성분들을 통해 투과될 수 있고, 투과된 광은 어레이 내의 감광성 요소들에 의해 수신될 수 있고; 광의 부분들은 단층의 성분들에 의해 흡수될 수 있다. 추후에 논의되는 바와 같이, 단층의 성분들은 카운트가능한 유닛들, 화학 성분들, 비드들, 및 다른 요소들을 포함할 수 있다.
광 소스는 하나 이상의 선택된 파장 대역들 및 그들의 조합들에서 조명 광을 제공하도록 구성되거나 또는 제어되거나 또는 구성 및 제어 둘 모두 될 수 있다. 매우 다양한 타입들의 광 소스들 및 그들의 조합들, 예컨대, LED들, LED 패널들, 유기 LED들, 형광 패널들, 백열 램프들, 주변 조명, 단색 LED들의 어레이들, 적색, 녹색 및 청색 LED들 또는 레이저들과 같은 협대역 소스들의 어레이들, 액정 또는 유기 LED(OLED) 디스플레이와 같은 소형화된 컬러 디스플레이, 또는 RGB 레이저 컬러 프로젝터가 사용될 수 있다.
광 소스에서 발생하여 단층을 통과하거나, 그에 의해 반사 또는 굴절되거나, 또는 그를 통해 투과되는 광을 사용하여, 이미지 센서는 (화학 성분들의 고유한 조건으로 또는 추후에 논의되는 바와 같이 마킹된 결과로서) 검출가능한 화학 성분들 및 다양한 타입들의 카운트가능한 유닛들(예컨대, 혈구들)을 포함하는 단층의 하나 이상의 이미지를 캡처한다. 캡처된 이미지들 중 하나 이상은, 예컨대, 카운트가능한 유닛들 및 화학 성분들의 CBC 또는 화학적 분석 또는 그들 둘 모두를 포함하는 전혈 샘플에 관한 정보(133)를 생성하기 위해, 하나 이상의 프로세서 또는 다른 이미지 프로세싱 구성요소(113)에 의해 프로세싱된다. 특히, 결과적인 정보는 적혈구의 카운트 및 그들의 헤모글로빈 함유량을 포함할 수 있다.
CBC 정보는 캡처된 이미지들에서 샘플 내의 각각의 타입의 카운트가능한 유닛의 수를 식별 및 카운트함으로써 생성될 수 있다. CBC 기법들 및 접촉 이미지 센서들을 사용하는 이미징에 관한 추가적인 정보는, 예컨대, 미국 특허 공개들 제2016/0041200호, 제2014/0152801호, 제2018/0284416호, 제2017/0293133호, 제2016/0187235호, 및 미국 특허들 제9,041,790호, 제9,720,217호, 제10,114,203호, 제9,075,225호, 제9,518,920호, 제9,989,750호, 제9,910,254호, 제9,952,417호, 제10,107,997호에서 발견될 수 있고, 그들 모두는 참조로 본원에 포함된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전혈의 단층(140)(이를테면, 접촉 CBC 기법에 사용되는 것과 동일한 전혈의 단층)이 전혈의 다양한 화학 성분들(142, 144)의 화학적 분석을 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 전혈 단층 샘플의 상이한 타입들의 화학 성분들의 개별 유닛들은 형광 샌드위치들과 유사한 샌드위치들(148)의 충전재들로서 취급될 수 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 샘플 분석 기술의 구현들에서, 캡처 항체들(150, 152) 및 검출 항체들(154, 156)은 비드들(158, 160, 162, 164)에 부착되고, 비드들(158, 160, 162, 164)은 형광 특성들을 가질 필요가 없고, 광 소스에서 발생하여 단층 또는 단층의 성분들을 통과하거나, 그에 의해 반사 또는 굴절되거나, 또는 그를 통해 투과되는 광을 사용하여 직접적으로 가시적이거나 또는 다른 방식으로 검출가능하다. 결과적인 광은 이미지 센서(168)에 배열된 감광성 요소들(예컨대, 픽셀)(166)에 의해 수신된다. (형광 기법들과 달리, 광 소스는 단층 샘플 내에 있는 것이 아니라 그 외부에 있음.)
수신된 광(일부 경우들에서, 접촉 CBC 기법에 사용되는 것과 동일한 수신된 광)을 사용하여, 이미지 센서는 단층 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처한다. 하나 이상의 프로세서(170) 또는 다른 이미지 프로세싱 디바이스는 하나 이상의 수신된 이미지를 프로세싱하고, 다양한 기법들을 적용하여 샘플 내의 화학 성분들 각각의 존재를 식별하고 그의 레벨(예컨대, 수량, 양, 체적, 퍼센티지)을 결정한다.
항체들(150, 152 및 154, 156)이 부착되는 비드들(158, 160, 160, 162)은 형광 특성들을 가질 필요가 없다. 비드들은 그들로부터 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통과하는 광 소스로부터의 광에 기초하여 검출가능하거나, 가시적이거나, 또는 다른 방식으로 인식가능한 특성들을 가질 수 있다. 우리는 이러한 비드들을 "직접 표시자 비드들(direct indicator bead)"로 종종 나타낸다. 직접 표시자 비드들은 그들의 작은 크기와 관련하여 마이크로비드들로 종종 지칭되는 것의 형태를 취할 수 있다. 마이크로비드들은 전형적으로 0.5 내지 500 마이크로미터의 범위의 크기들을 갖는다.
우리는 "직접 표시자 비드들"(또는 종종 단순히 "비드들")이라는 용어를, 예컨대, 샘플의 화학 성분에 부착되거나 또는 그와 연관될 수 있고 표시자 디바이스 또는 특성에 입사하여 그에 의해 반사 또는 굴절되거나 또는 그를 통해 투과된 수신된 광을 사용하여 센서에서 식별가능한 임의의 태그, 마커, 또는 다른 표시자 디바이스 또는 표시자 특성을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 일부 경우들에서, 직접 표시자 비드들은 작은 그레인들, 입자들, 비드들, 소구체들, 또는 다른 요소들, 및 그들의 조합들의 형태를 취할 수 있고, 다양한 형상들, 크기들, 재료들, 및 컬러들로 이루어질 수 있다.
샘플 내의 화학 성분들의 유닛들의 존재를 결정하기 위해, 프로세서는 이미지들을 분석하여, 광 소스로부터 발생하여 이미지 센서의 표면으로 비드들로부터 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광에 의해 드러나게 되는 비드들 및 2개 이상의 비드의 복합체들의 직접 인식가능한 특성들을 검출한다.
우리는 비드들 및 비드들의 복합체들의 "직접 인식가능한 특성들"이라는 용어를, 예컨대, 광 소스에서 발생되어 비드들로부터 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광으로부터 검출, 결정, 또는 도출될 수 있는 임의의 품질, 속성, 또는 다른 특징을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 직접 인식가능한 특성들은, 예컨대, 컬러, 크기, 텍스처, 복굴절, 또는 형상, 또는 그들의 조합들을 포함할 수 있다.
우리는 "비드들의 복합체들"이라는 용어를, 예컨대, 2개 이상의 비드가 분자 또는 다른 화학 성분과 같은 샘플 내의 유닛에 부착되는 것으로 인해 서로 연관될 수 있는 2개 이상의 비드를 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다. 전형적으로, 복합체의 2개 이상의 비드는 서로 일정하게 근접해 있는(예컨대, 접촉하는) 상태에서 검출가능하다. 일부 경우들에서, 복합체의 2개 이상의 비드가 2개 이상의 미리 결정된 상이한 직접 인식가능한 특성들을 갖기 때문에 복합체의 2개 이상의 비드가 검출가능하다. 예컨대, 복합체의 2개의 비드는 이미지 센서로부터 이미지들을 프로세싱함으로써 인식가능한 2개의 특정 상이한 컬러를 가질 수 있다.
우리는 "부착"이라는 단어를 직접 부착과 간접 부착 둘 모두를 포함하는 것으로 사용한다. 예컨대, 2개의 입자, 유닛, 또는 다른 요소는 서로 직접적으로 부착되거나(예컨대, 접촉 및 결합하여 부착됨), 또는 간접적으로 부착될 수 있다(예컨대, 2개의 입자, 유닛, 또는 다른 요소 각각에 결합된 부착 유닛에 의해 서로 부착됨).
우리는 "부착 유닛"이라는 용어를, 예컨대, 임의의 항체들(예컨대, 타겟 유닛이 특정 세포 타입인 경우, 분화 클러스터 세포 표면 항원에 대해 유도되는 항체), 병원성 바이러스로부터의 캡시드 단백질들 또는 다른 항원들(예컨대, 타겟 유닛이 병원성 바이러스에 대한 항체인 경우, 병원성 바이러스에 대한 사전 노출을 표시함), 및 화학 성분의 유닛에 대한 결합 또는 부착(예컨대, 직접 부착)에 적합한 다른 결합 분자들 및 구조들을 포함하는 것으로 광범위하게 사용한다.
우리가 본원에서 설명하는 샘플 분석 기술은 다양한 상이한 모드들에서 적용될 수 있다.
우리가 복합 비드 모드(complexed-beads mode)로 종종 지칭하는 하나의 그러한 모드의 일부 예들에서, 화학 성분들은 샘플에서 용해 또는 부유된 상태로 유지된다. 별개의 직접 표시자 비드에 각각 커플링된 캡처 항체 및 검출 항체는 주어진 타겟 분자 또는 타겟 화학 성분의 다른 유닛 상의 2개의 상이한 위치에 동시에 결합되어 2개의 비드의 복합체(즉, 이중체(doublet))를 형성한다. [각각의 직접 표시자 비드는 그의 표면에 결합된 하나 초과의 그의 특정(캡처 또는 검출) 항체를 갖기 때문에, 비드는 하나 초과의 그러한 복합체에 동시에 참여하여 삼중체(triplet) 또는 고차 비드 복합체를 형성할 수 있다.]
이미지 센서에 의해 캡처된 하나 이상의 이미지를 프로세싱함으로써, 이중체들 또는 고차 복합체들에 존재하여 화학 성분과 연관된 그러한 비드들을 식별하는 것이 가능하다. 샘플에서 식별된 비드(복합 및 싱글톤, 즉, 비복합)의 총 수에 대한 복합 비드들의 비율을 결정함으로써, 샘플 내의 화학 성분의 타겟 유닛들(예컨대, 분자들)의 레벨 또는 양 또는 수량 또는 농도를 결정하는 것이 가능하다.
식별된 싱글톤 비드들이 반드시 타겟 분자에 결합되지 않은 비드들은 아닌 것이 사실인데, 그 이유는, 일부 경우들에서, 캡처 항체와 검출 항체 둘 모두는 아니지만 캡처 항체 또는 검출 항체만이 타겟 분자에 결합되었을 수 있기 때문이다.
그러나, 일정한 배양 조건들 하에서 그리고 샘플 내의 비드 커플링된 캡처 항체들 및 비드 커플링된 검출 항체들의 농도들이 일정하고 그들의 비율이 알려져 있다면, 비드 복합체 인덱스(즉, 디바이스에 의해 식별된 총 비드들에 대한 복합 비드들의 비율)와 타겟 분자의 농도 사이의 관계를 표현하는 "표준 곡선"을 확립하는 것이 실증적으로 가능하다.
이는 도 4에 도시된 표준 곡선을 생성하기 위해 프롤락틴에 대해 실험적으로 이루어졌다. 표준 곡선을 사용하여, 동일한 배양 조건들 하에서 비드 복합체 인덱스를 결정함으로써 샘플 내의 프롤락틴의 달리 알려져 있지 않은 농도를 결정하는 것이 가능하다.
일부 구현들에서, 화학 성분의 주어진 유닛들에 결합될 검출 항체들과 캡처 항체들 둘 모두를 마킹하기 위해 동일한 비드들이 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 상이한 화학 성분들의 유닛들에 부착될 캡처 항체들 및 검출 항체들에 대해 상이한 직접 인식가능한 특성들을 갖는 비드들의 복합체들을 사용함으로써, 상이한 화학 성분들의 존재 및 레벨들을 동시에 검출하는 프로세스를 다중화하는 것이 가능하다. 다중화는 상이한 컬러들, 크기들, 형상들, 텍스처들, 또는 다른 직접 인식가능한 특성들을 갖는 비드들을 사용함으로써 달성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 캡처 항체들(200)이 고정된 표면(202)에 비가역적으로 결합되는데, 예컨대, 상이한 타입들의 캡처 항체들이 고정된 표면 상의 어레이(204) 내의 알려져 있는 대응하는 위치들에서 스폿(206)으로서 결합된다. 그러한 구현들에서, 캡처 항체들은 그들에 부착되는 직접 표시자 비드들을 가질 필요가 없지만, 검출 항체들은 그들에 부착되는 직접 표시자 비드들을 가질 것이다. 고정된 표면은 이미지 센서(104)의 표면(102)과 대면하고 샘플의 단층(100)에 의해 점유되는 갭을 정의하는 덮개(110)의 표면(108)일 수 있다. 샘플의 단층이 갭에 있고 캡처 항체들의 어레이 내의 프린트된 스폿들과 접촉할 때, 샘플 내의 각각의 화학 성분들은 어레이 내의 프린트된 스폿들의 위치들에 의해 정의된 위치들에서, 화학 성분들의 타입에 기초하여, 각각의 캡처 항체들에 결합될 것이고, 그와 동시에, 직접 표시자 비드들에 커플링된 검출 항체들에 결합될 수 있다. 이어서, 단층을 통과하고 직접 표시자 비드들에 의해 반사, 굴절, 또는 투과되는 입사 광을 사용하여 캡처된 이미지들이 프로세싱되어, 검출 항체들에 부착된 비드들의 이미징된 위치들에 기초하여 상이한 타입들의 화학 성분들의 양들을 식별 및 결정할 수 있다. 이러한 화학적 분석 기법은 개별적으로 또는 앞서 논의된 접촉 CBC 기법과 조합하여 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 위치 기반 화학적 분석 기법과 용액 내 또는 현탁액 내(즉, 비위치 기반 복합 비드 모드) 화학적 분석 기법의 조합이 사용될 수 있다.
현장 진단 설정에서 CBC 기법과 조합하여 이러한 화학적 분석 기법들을 사용하기 위해, 샘플이 이미지 센서 표면 상에 로딩되기 전에, 비드 커플링된 항체들을 샘플에 제공하기 위한 단계들이 취해져야 한다. 하나의 접근법은 튜브를 통해 환자로부터 채취된 혈액의 샘플을 전달하는 것일 것이고, 여기서, 건조 비드 커플링된 항체들은 혈액에 의해 가용화되고 타겟 분자들과 결합되는 것이 허용된다. 이어서, 준비된 샘플이 센서 표면 상에 배치될 수 있다. 다른 접근법은 (일부 경우들에서, 덮개의 특정 위치들에 비가역적으로 결합되는 비드 없는 캡처 항체들에 추가하여) 덮개(110)의 표면(108) 상에 비드 커플링된 항체들을 놓고, 그에 따라, 단층을 형성할 시 덮개가 혈액 샘플과 만날 때 그들이 가용화되게 하는 것일 것이다.
일부 구현들에서, 화학 성분의 타겟 유닛은 항원, 호르몬, 바이오마커, 약물, 바이러스 캡시드, 병원체 유도 항체(예컨대, 바이러스 유도 항체), 올리고뉴클레오타이드, 또는 다른 분자, 세포 또는 입자 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 구현들에서, 비드는 부착 유닛에 결합되고, 부착 유닛은 화학 성분의 타겟 유닛에 결합된다. 도 3의 예에서, 부착 유닛들(150 및 154)은 제1 화학 성분의 제1 타겟 유닛(142)에 결합되고, 부착 유닛들(152 및 156)은 제2 화학 성분의 제2 타겟 유닛(144)에 결합된다. 비드들(158 및 160)은 각각 부착 유닛들(150 및 154)에 결합되어, 비드들(158 및 160), 부착 유닛들(150 및 154), 및 타겟 유닛(142)을 포함하는 다중 비드 복합체(143)를 형성한다. 비드들(162 및 164)은 각각 부착 유닛들(152 및 156)에 결합되어, 비드들(162 및 164), 부착 유닛들(152 및 156), 및 타겟 유닛(144)을 포함하는 다중 비드 복합체(145)를 형성한다. 일부 구현들에서, 다중 비드 복합체의 식별을 허용하는 것은 비드들(162 및 164)의 서로에 대한 근접성 또는 근접성의 일정성 또는 그들 둘 모두이다. 근접성은, 예컨대, 절대 거리 또는 비드들 중 하나 이상의 치수의 비율에 관하여 측정될 수 있다.
부착 유닛들(150, 152, 154, 156)은 검출 항체들 또는 캡처 항체들일 수 있지만 반드시 그러할 필요는 없다. 항체들에 추가하여 또는 대안으로, 부착 유닛들(150, 152, 154, 156)은 병원성 바이러스의 캡시드 단백질 또는 다른 항원을 포함할 수 있다. 부착 유닛들(150, 154)은 서로 상이할 수 있다.
화학 성분의 타겟 유닛들(142 및 144)은 항원, 호르몬, 바이오마커, 약물, 바이러스 캡시드, 병원체 유도 항체(예컨대, 바이러스 유도 항체), 올리고뉴클레오타이드, 또는 다른 분자, 세포 또는 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 부착 유닛들(150, 152)은 (예컨대) 바이러스의 단백질들을 포함할 수 있고, 단백질들은 바이러스의 항체(142)에 결합된다.
일부 구현들에서, 비드들(158, 160)은 크기, 컬러, 형상, 표면 특성들, 반투명성, 중량, 및 그들의 조합들과 같은 하나 이상의 특성에서 서로 상이하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 부착 유닛(306)(예컨대, 캡처 유닛, 캡처 입자, 또는 다른 캡처 요소)은 표면(310)(예컨대, 이미지 센서의 표면 또는 덮개의 표면) 상의 알려져 있는 위치(308)에서 결합된다. 표면(310)은 알려져 있는 위치들(312)의 어레이를 포함할 수 있고, 각각의 알려져 있는 위치는 알려져 있는 타입의 부착 유닛(306을 제외하고는 도시되지 않음)에 대응한다. 부착 유닛(306)은 부착 유닛(302)에 결합된 화학 성분의 타겟 유닛(304)에 결합된다. 부착 유닛(302)은 직접 표시자 비드(300)에 결합된다. 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 부착 유닛(306)은 알려져 있는 타입(예컨대, 화학 성분의 타겟 유닛(304)에 결합되는 것으로 알려져 있는 타입)이고 알려져 있는 위치에 있기 때문에, 직접 표시자 비드(300)의 이미징 및 알려져 있는 위치(308)의 결정은 화학 성분의 양 또는 존재 또는 그들 둘 모두를 결정하는 데 사용될 수 있다.
부착 유닛들(302 및 306)은 항체들일 수 있지만 반드시 그러할 필요는 없고, 도 3을 참조하여 위에서 설명된 바와 같은 타입들의 부착 유닛들을 포함할 수 있다. 화학 성분의 타겟 유닛(304)은 항원, 호르몬, 바이오마커, 약물, 바이러스 캡시드, 병원체 유도 항체(예컨대, 바이러스 유도 항체), 올리고뉴클레오타이드, 또는 다른 분자, 세포 또는 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 캡처 비드는 부착 유닛을 포함한다. 일부 구현들에서, 표면(예컨대, 표면(310))은 부착 유닛을 포함한다.
타겟 유닛들 및 부착 유닛들의 다양한 선택들은 세포계측, 체외 진단, 환경 분석, 다중 생화학적 검정들, 혈청학, 및 유전자 발현, 및 그들의 조합들과 같은 다양한 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.
환자로부터의 혈액의 샘플에 적용되는 혈청학의 예에서, 비드들은 감염성 바이러스의 재조합 바이러스 단백질들에 결합된다. 재조합 바이러스 단백질들은 샘플 내의 감염성 바이러스의 항체들에 결합된다. 앞서 설명된 바와 같이, 감염성 바이러스의 항체와 연관된 비드들 중 2개 이상의 복합체들이 (잠재적으로는 단일 비복합 비드들의 식별 또는 계수 또는 그들 둘 모두와 양자와 연계하여) 식별되거나 또는 계수되거나 또는 식별 및 계수 둘 모두 되고, 식별 또는 계수 또는 그들 둘 모두의 결과들은 감염성 바이러스의 항체의 존재 또는 레벨 또는 그들 둘 모두를 결정하는 데 사용된다. 감염성 바이러스의 항체의 결정된 존재 또는 레벨 또는 그들 둘 모두에 기초하여, 환자에 의한 감염성 바이러스에 대한 과거의 노출이 식별될 수 있다. 혈액 이외의 샘플들이 혈액에 추가하여 또는 그 대신에 사용될 수 있다.
다른 구현들이 또한 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (35)

  1. 방법으로서,
    샘플 내의 화학 성분의 하나 이상의 유닛의 각각의 유닛에 2개 이상의 비드를 부착하여, 상기 화학 성분의 각각의 유닛에 대해, 상기 2개 이상의 비드 및 상기 화학 성분의 유닛을 포함하는 다중 비드 복합체를 형성하는 단계;
    상기 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계;
    상기 이미지 센서에서, 광 소스에서 발생하는 광을 수신하는 단계 ― 수신된 광은 상기 다중 비드 복합체들의 비드들에 의해 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광을 포함함 ―;
    상기 이미지 센서에서, 상기 수신된 광으로부터 상기 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계; 및
    상기 샘플의 상기 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계
    를 포함하고,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계는, 상기 다중 비드 복합체들 각각의 상기 2개 이상의 비드를 서로에 대한 근접성에 기초하여 연관시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 상기 화학 성분의 존재를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 상기 화학 성분의 레벨을 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 단계는, 상기 별개의 다중 비드 복합체들을 계수하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학 성분의 각각의 유닛에 2개 이상의 비드를 부착하는 단계는,
    상기 화학 성분의 하나 이상의 유닛의 각각의 유닛에 2개 이상의 부착 유닛을 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 부착 유닛들 각각은 또한 하나 이상의 비드에 부착되고, 그에 따라, 각각의 다중 비드 복합체는 상기 2개 이상의 부착 유닛 각각에 부착된 상기 하나 이상의 비드를 포함하는 2개 이상의 비드, 상기 2개 이상의 부착 유닛, 및 상기 화학 성분의 유닛을 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부착 유닛들은 항체들을 포함하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 부착 유닛들은 병원체로부터의 캡시드 단백질들 또는 다른 항원들을 포함하고, 상기 화학 성분의 유닛들은 상기 병원체에 대한 항체들을 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 병원체는 바이러스를 포함하는, 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 2개 이상의 부착 유닛 중 적어도 2개는 서로 상이한, 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 2개 이상의 부착 유닛은 상기 화학 성분의 유닛의 상이한 위치들에서 결합되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    다중 비드 복합체의 상기 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 동일한 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 갖는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    다중 비드 복합체의 상기 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 상기 광 소스에서 발생하는 광에 대해 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들, 또는 그들의 조합들을 갖는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들은 상기 비드들의 컬러들, 상기 비드들의 크기들, 상기 비드들의 형상들, 및 상기 비드들의 복굴절 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화학 성분의 각각의 유닛은 병원성 바이러스의 항체를 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계는, 상기 표면 상에 상기 샘플의 단층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 샘플을 이미지 센서의 표면 상에 배치하는 단계는, 상기 이미지 센서의 표면과 상기 이미지 센서의 표면과 대향하는 제2 표면 사이에 상기 샘플을 한정하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 샘플의 상기 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 개별 비드들 각각에 의해 반사, 굴절, 또는 투과된 광에 기초하여 그리고 상기 별개의 개별 비드들 각각의 다른 비드들에 대한 근접성에 기초하여, 상기 별개의 개별 비드들을 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 장치로서,
    이미지 센서 ― 상기 이미지 센서는 상기 이미지 센서의 표면에 감광성 요소들의 어레이를 가짐 ―; 및
    상기 이미지 센서에 통신가능하게 커플링된 하나 이상의 컴퓨팅 프로세서
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 컴퓨팅 프로세서는 동작들을 수행하도록 구성되고,
    상기 동작들은,
    상기 이미지 센서로부터 상기 이미지 센서의 표면에 위치된 샘플의 하나 이상의 이미지를 표현하는 데이터를 수신하는 동작 ― 상기 샘플은 하나 이상의 다중 비드 복합체를 포함하고, 각각의 다중 비드 복합체는 화학 성분의 유닛에 부착된 2개 이상의 비드를 포함하고,
    상기 하나 이상의 이미지는 광 소스에서 발생하여 상기 이미지 센서에서 수신된 광에 기초하고, 수신된 광은 상기 다중 비드 복합체들의 비드들에 의해 반사되거나, 그들에 의해 굴절되거나, 또는 그들을 통해 투과된 광을 포함함 ―; 및
    상기 샘플의 상기 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작
    을 포함하고,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작은, 상기 다중 비드 복합체들 각각의 상기 2개 이상의 비드를 서로에 대한 근접성에 기초하여 연관시키는 동작을 포함하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동작들은 상기 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 상기 화학 성분의 존재를 식별하는 동작을 포함하는, 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 동작들은 상기 별개의 다중 비드 복합체들의 식별에 기초하여 상기 화학 성분의 레벨을 식별하는 동작을 포함하는, 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 별개의 다중 비드 복합체들을 식별하는 동작은, 상기 별개의 다중 비드 복합체들을 계수하는 동작을 포함하는, 장치.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 각각의 다중 비드 복합체는 상기 화학 성분의 유닛에 결합된 2개 이상의 부착 유닛을 포함하고, 상기 부착 유닛들 각각은 또한 하나 이상의 비드에 부착되고, 그에 따라, 각각의 다중 비드 복합체는 상기 2개 이상의 부착 유닛 각각에 부착된 상기 하나 이상의 비드를 포함하는 2개 이상의 비드, 상기 2개 이상의 부착 유닛, 및 상기 화학 성분의 유닛을 포함하는, 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 부착 유닛들은 항체들을 포함하는, 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 부착 유닛들은 병원체로부터의 캡시드 단백질들 또는 다른 항체를 포함하고, 상기 화학 성분의 유닛들은 상기 병원체에 대한 항체들을 포함하는, 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 병원체는 바이러스를 포함하는, 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 2개 이상의 부착 유닛 중 적어도 2개는 서로 상이한, 장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 2개 이상의 부착 유닛은 상기 화학 성분의 유닛의 상이한 위치들에서 결합되는, 장치.
  28. 제18항에 있어서,
    다중 비드 복합체의 상기 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 동일한 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 갖고, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 검출하도록 구성되는, 장치.
  29. 제18항에 있어서,
    다중 비드 복합체의 상기 2개 이상의 비드 중 적어도 2개는 상기 광 소스에서 발생하는 광에 대해 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들, 또는 그들의 조합들을 갖고, 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 반사, 굴절, 및 투과 특성들을 검출하도록 구성되는, 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 상이한 반사, 굴절, 또는 투과 특성들은 상기 비드들의 컬러들, 상기 비드들의 크기들, 상기 비드들의 형상들, 및 상기 비드들의 복굴절 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 화학 성분의 각각의 유닛은 병원성 바이러스의 항체를 포함하는, 장치.
  32. 제18항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 표면과 대향하는 제2 표면을 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제2 표면과 상기 이미지 센서의 표면 사이에 상기 샘플을 한정하도록 구성되는, 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제2 표면은 상기 제2 표면과 상기 이미지 센서의 표면 사이에 상기 샘플의 단층을 형성하도록 구성되는, 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 광 소스를 포함하는, 장치.
  35. 제18항에 있어서,
    상기 동작들은, 상기 샘플의 상기 이미지들 중 적어도 하나에서, 별개의 개별 비드들 각각에 의해 반사, 굴절, 또는 투과된 광에 기초하여 그리고 상기 별개의 개별 비드들 각각의 다른 비드들에 대한 근접성에 기초하여, 상기 별개의 개별 비드들을 식별하는 동작을 포함하는, 장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013503352A (ja) * 2009-08-31 2013-01-31 エムバイオ ダイアグノスティクス，インコーポレイティド 統合されたサンプル調製及び検体検出
EP2536818B1 (en) * 2010-02-18 2018-10-03 Bima Limited Immobilised-bead immunomultiplex assay
WO2013057634A1 (en) 2011-10-19 2013-04-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Detection of clusters of magnetic particles
US10436778B2 (en) * 2013-03-15 2019-10-08 Plexbio Co., Ltd. Methods and systems for multiplex assays
US20170074870A1 (en) * 2014-03-14 2017-03-16 Northeastern University Microfluidic System and Method for Real-Time Measurement of Antibody-Antigen Binding and Analyte Detection
WO2019035084A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-21 Abbott Point Of Care Inc. SINGLE USE TEST DEVICE FOR IMAGING BLOOD CELLS
US10753851B2 (en) * 2017-11-28 2020-08-25 Alentic Microscience Inc. Classifying microbeads in near-field imaging
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