KR20240005874A - 안정적인 계면 시스템 및 조성물 - Google Patents

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KR20240005874A
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데이브 비비
패트릭 맥민
브리아나 멀린스
제이 워릭
Original Assignee
살루스 디스커버리 엘엘씨
플램보 다이에그노스틱스 엘엘씨
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Abstract

유체, 표적 및 관련 조성물의 통과 및 위치 지정을 허용하는 기공을 갖는 연관된 구조 물질, 및 상기 연관된 구조 물질로 안정화된 유체 상, 층 또는 계면을 포함하는 표적(들)을 위치시키는 안정화된 계면 시스템 및 조성물에 관한 것이다. 상기 표적(들)의 통과를 허용하는 적어도 하나의 기공을 갖는 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질을 사용하여 유체 영역이 서로에 대해 안정화되는 상 또는 층 내에서 서로 다른 특성을 갖는 둘 이상의 유체 영역을 포함하는 검출용 표적(들) 위치 지정용 혼성 계면 시스템 및 조성물이며, 여기서 안정화는 확산을 통해 유체 구성 성분의 물질 수송이 벌크 유체 운동보다 우세하도록 허용한다.

Description

안정적인 계면 시스템 및 조성물
본 출원은 2021년 5월 5일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/184,334에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함된다.
본 발명은 미국 국립보건원(National Institutes of Health)이 수여한 R43 OD023021-01A1에 따라 정부 지원을 받아 만들어졌다. 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 갖는다.
본원에 언급된 모든 미국 특허, 미국 특허 출원, 간행물, 외국 특허, 외국 및 PCT 공개 출원, 기사 및 기타 문서, 참고 문헌 및 간행물, 그리고 본원에서 발행된 모든 특허에서 인용된 참고 문헌으로 나열된 모든 문헌은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다. 포함된 정보는 모든 텍스트 및 기타 내용이 출원서에서 반복되는 것처럼 본 출원서의 일부이며 제출된 대로 이 출원서의 텍스트 및 내용의 일부로 취급된다.
본 발명은 일반적으로 물질의 분리(separation), 격리(isolation), 정제, 식별, 검출 및 정량화에 관한 것이다.
본 발명은 표적을 위치 지정 및/또는 처리를 위한 시스템, 장치, 조성물 및 방법을 제공한다. 표적은 양성(예를 들어, 검출 또는 측정을 위해 표적을 이동 또는 격리하여) 및 음성(하나 이상의 또는 모든 비표적을 위치시키거나 또는 제거하여) 등 다양한 방식으로 위치를 지정할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법을 사용하여 표적 또는 표적이 부착된 물질을 이동, 분리, 격리, 검출, 식별, 분석, 스크리닝, 정량화 또는 정제할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 샘플에서 표적 또는 분석물(세포, 단백질, DNA, RNA 또는 병원체 또는 병원체의 일부, 예를 들어 단백질, 핵산 등을 포함)을 격리 및/또는 검출하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 포함한다. 특히, 본원에는 서로 근접하여 안정화된 하나 이상의 오일 및/또는 하나 이상의 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하는 시스템 및 장치가 제공된다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 다양한 용도를 갖는다. 예를 들어, 이들은 샘플 또는 기타 혼합물로부터 표적 또는 표적 분석물의 존재 또는 양을 격리, 분리, 이동, 정제, 혼합, 결합 및/또는 후속적으로 검출하는 데 사용될 수 있다. 표적의 위치 지정은 표적을 격리, 분리 또는 이동하거나, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적에 결합된 물질을 격리, 분리 또는 이동함으로써 수행될 수 있으며, 양성 또는 음성 방식으로 수행될 수 있다. 일부 측면에서, 본원에 제공된 시스템 및 장치는 하나 이상의 안정화된 오일 및/또는 하나 이상의 안정화된 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하며, 자기, 전기 또는 가속-기반 힘(예: 중력 또는 원심분리기를 통해)을 사용하여 표적 또는 분석물을 포함하거나, 포함할 수 있거나, 포함할 것으로 의심되는 샘플 또는 혼합물로부터 멀리 이동하거나 정제하여 표적 또는 분석물을 하나 이상의 상 또는 층을 통해 끌어내는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 시스템 및 장치는 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약을 포함한다. 정량화는 표적에 대해 양성-음성, 반-정량적 또는 정량적일 수 있다. 격리 또는 정제는 완전하거나 부분적일 수 있다. 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치의 하나 이상의 부분 또는 일부, 시스템 또는 장치의 하나 이상의 수성 및/또는 오일 상 또는 층, 시스템 또는 장치의 베이스 상 또는 층, 시스템 또는 장치의 하부 상, 층 또는 지층(stratum), 또는 시스템 또는 장치의 종단(terminating) 또는 말단(terminal) 상, 층 또는 지층(수직 또는 횡방향 구현예에서), 또는 이음매(seam), 접합부(abutment) 또는 연결부(joint) (비-수직 또는 비-횡방향 구현예에서 수평 또는 종방향 또는 다른 상/층 방향)에 포함될 수 있다.
다음은 본 발명을 이해하는 데 유용할 수 있는 정보를 포함한다. 이러한 정보가 선행 기술이거나 또는 현재 기술되거나 청구된 발명과 관련성이 있거나, 구체적으로 또는 암시적으로 참조된 출판물 또는 문서가 선행 기술 또는 기술되거나 청구된 발명의 특허성을 평가하는 데 사용될 수 있는 참고 문헌이라는 것을 인정하는 것은 아니다.
복잡한 배경에서 표적 또는 분석물(예: 핵산, 단백질, 전체 세포 또는 오염 물질)을 이동, 격리, 정제, 분리, 식별, 정량화 또는 조작하는 능력은 진단, 생물학적 연구, 바이오마커 발견, 법의학(forensics) 등의 많은 일반적인 분석 또는 기타 프로세스에 있어 중요한 전제 조건이다. 그러나 분석물 정제 프로세스와 같은 기존 프로세스는 시간이 오래 걸리고, 비용이 많이 들며, 노동력이 많이 소요될 수 있고, 종종 이러한 프로세스, 예를 들어 분석 프로세스 내에서 병목 현상이 된다. 또한 일부 방법론은 샘플을 손상시키거나 원치 않는 손실 또는 일관되지 않은 샘플 수율을 유발한다. 따라서, 표적 또는 표적 분석물의 격리, 분리 및 정제를 포함하여 표적을 조작하고, 샘플로부터 분석물 또는 기타 표적을 신속하게 검출, 식별, 정량화하기 위한 개선된 시스템, 방법 및 장치가 필요하며, 이에 본 발명이 제공된다.
본원에 기술되고 청구된 발명은 이 간략한 요약에 기재되거나 설명 또는 참조된 것을 포함하되 이에 제한되지 않는 많은 속성과 구현예를 갖는다. 이는 모든 것을 포함하려는 의도가 아니며, 본 명세서에 기술되고 청구된 발명은 본 서론에서 확인된 특징 또는 구현예에 의해 또는 이에 한정되지 않고, 이는 예시의 목적으로만 포함되며 제한되지 않는다.
본 발명은 표적을 위치시키는 힘의 작동에 의해 처리 단계의 자율적 작동을 제공하는 다층 시스템 및 장치를 포함한다. 상기 다층 시스템은 컨테이너 내에 있을 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 샘플 추가, 힘(예: 자기력)의 적용만을 필요로 하는 단일 장치에서 수행되는 자동 샘플 준비(예: 용해, 세척 및/또는 고체 상 표적 결합) 및 테스트(예: PCR, LAMP 등)를 제공하여 결과를 얻거나 판독한다. 일부 구현예에서, 본 발명은 보기, 분석 및/또는 저장을 위해(예: 컴퓨터 또는 휴대폰으로) 결과를 통신하기 위한 수단을 선택적으로 포함한다.
일부 측면에서, 샘플로부터 표적을 격리 또는 위치시키고 표적을 처리하기 위한 시스템, 방법 및 장치 및 조성물이 본 명세서에 제공된다. 일부 구현예에서, 관심 표적은 표적 자체이다. 일부 구현예에서, 관심 표적은 고체 상에 결합된 표적 또는 고체 상 자체이다.
일부 구현예에서, 시스템, 방법 또는 장치는 컨테이너 내에서 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층은 적어도 하나의 수성 상과 연관된 친수성 다공성 물질 및/또는 적어도 하나의 오일 상과 연관된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 기하학 또는 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성을 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화된다.
시스템, 방법 또는 장치가 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층만 안정화된다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층과 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 수성 상 또는 층 중 하나만 안정화된다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층과 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 수성 상 또는 층 중 하나 이상 또는 전체가 안정화된다. 예를 들어, 4개의 수성 상 또는 층을 갖는 본 발명의 구현예에서, 1개, 2개, 3개 또는 4개 모두 안정화될 수 있다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층 및 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 오일 상 또는 층 중 하나만 안정화된다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 오일 상 또는 층 및 하나 이상의 수성 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 오일 상 또는 층 중 하나 이상 또는 전체가 안정화된다. 예를 들어, 4개의 오일 상 또는 층을 갖는 본 발명의 구현예에서, 1개, 2개, 3개 또는 4개 모두 안정화될 수 있다.
장치, 시스템 또는 방법이 수성 상 또는 층 및/또는 복수의 오일 상 또는 층을 포함하는 본 발명의 다른 구현예에서, 예를 들어, 1~6개의 수성 상 또는 층 및 1~6개의 오일 상 또는 층은, 수성 상 또는 층 중 1~6개 및/또는 오일 상 또는 층 중 1~6개로부터 안정화될 수 있다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층은 적어도 하나의 수성 상 또는 층과 연관된 친수성 다공성 물질에 의해 안정화된다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 오일 상 또는 층 또는 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 또한 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 상 또는 층은 예를 들어 공기 또는 불활성 기체를 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 층은 예를 들어 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 오가네손을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 오일 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 오일 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 2개의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 용기(vessel) 또는 컨테이너 내에 있다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상 또는 층은 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 연관된 소수성 다공성 물질에 의해 안정화된다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 수성 상 또는 층 또는 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 또한 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 상 또는 층은 예를 들어 공기 또는 불활성 기체를 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 층은 예를 들어 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 오가네손을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 2개의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 용기(vessel) 또는 컨테이너 내에 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 또는 적어도 하나의 오일 상 또는 층은 다공성 물질을 사용하여 용기 또는 컨테이너 내에서 안정화된다. 상기 물질은 장치 또는 시스템을 통해 원하는 물질이 이동할 수 있도록 선택된다. 상기 다공성 물질은 메쉬일 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 중 하나 이상은 적어도 하나의 친수성 다공성 물질(들) 또는 메쉬(들)로 안정화된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상 또는 층 중 하나 이상은 적어도 하나의 소수성 다공성 물질(들) 또는 메쉬(들)로 안정화된다. 일 구현예에서, 다공성 물질 및/또는 소수성 및/또는 친수성 메쉬는 적어도 하나의 미리 결정된 기공 크기, 기공 크기 세트 또는 기공 크기 범위를 갖는다. 일부 구현예에서, 수성 및 오일 상 또는 층은 컨테이너 내에서 서로 근접하여 안정화된다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층이 안정화되고, 상 또는 층은 다중 밀도 및/또는 밀도 구배를 갖는 유체를 함유한다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층은 시스템 내에 존재하는 경우 친수성/소수성 다공성 물질의 밀도, 표면 화학 및 다공성 중에서 선택된 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성 또는 물질 기하구조를 조절함으로써 시스템 또는 장치 내에서(예: 컨테이너 내) 안정화될 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템, 장치 및 방법은 표적의 위치를 지정하기 위해 설계되고 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 시스템, 장치 및 방법을 사용하여 하나 이상의 표적을 이동, 분리, 격리, 검출, 식별, 분석, 스크리닝, 정량화 또는 정제할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 샘플에서 분석물을 격리 및/또는 검출하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템, 방법 또는 장치는 서로 근접하여 안정화된 하나 이상의 오일 및/또는 하나 이상의 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함한다. 이러한 시스템 및 장치는 다양한 용도로 사용된다. 예를 들어, 이들은 샘플 또는 기타 혼합물로부터 표적 또는 표적 분석물의 존재 또는 양을 격리, 분리, 이동, 정제, 혼합, 결합 및/또는 후속 검출하는 데 사용될 수 있다.
표적은 다양한 방식으로 양성 또는 음성 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 표적을 격리함으로써(예: 탐지 또는 측정을 위해) 표적이 양성 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 비-표적 또는 모든 비-표적을 배치하거나 제거함으로써 표적이 음성 방식으로 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 예를 들어, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 위치시키는 것은 양성 방식으로 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 예를 들어, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 위치시키는 것은 음성 방식으로 수행될 수 있다.
일부 측면에서는, 본원에 제공된 시스템 및 장치는 하나 이상의 안정화된 오일 및/또는 하나 이상의 안정화된 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하며, 자기, 전기 또는 가속 기반 힘(예: 중력 또는 원심분리기를 통해)을 사용하여 표적 또는 분석물을 포함하거나, 포함할 수 있거나, 표적 또는 분석물을 포함한다고 의심되는 샘플 또는 혼합물로부터 멀리 이동하거나 정제하여 하나 이상의 층으로 표적 또는 분석물을 끌어오는 데 사용할 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템 및 장치는 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약을 포함한다. 정량화는 표적에 대해 양성-음성, 반-정량적 또는 정량적일 수 있다. 격리는 완전 또는 부분적일 수 있다. 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치 내에 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 시스템, 장치, 조성물 및 방법은 처리 단계의 자율적 작동을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 발명은 층/계면을 통해 이동할 수 있는 임의의 고체 상(예: 상자성 입자)의 처리/노출/변형을 제공한다. 일 측면에서, 각 단계는 예를 들어, 상자성 입자가 상, 층 또는 계면을 통과할 때 정제/분리 단계로서 기능한다. 다른 측면에서는, 예를 들어, 상자성 입자가 상, 층 또는 계면 내에 있을 때 다른 기능(예: 고체 상의 화학적 변형, 고체 상으로부터의 용출 등)이 일어날 수 있다. 일부 구현예에서, 고체 상은 표적이 부착된(예: 직접 또는 간접적으로 고정, 결합, 제약 또는 격리된) 고체 지지체이다. 그러나 표적이 부착된 모든 것이 "고체 상"으로 작용할 수 있다. 반-고체도 고체 상 역할을 할 수 있다. 고체 상에는 상자성 입자가 포함된다. 본 발명의 상 또는 층을 안정화시키는 데 사용되는 메쉬 또는 기타 다공성 고체 지지체 구조는 고체 상일 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 고체 상, 예를 들어 세포일 수 있다. 다른 측면에서는, 예를 들어, 샘플의 비-표적 요소가 상, 층 또는 계면을 통과하고 비-표적 요소가 이동하는 동안 표적(고체, 반-고체 또는 고체 상, 예를 들어 상자성 입자에 부착된)이 남아 있기 때문에 각 단계는 정제/분리 단계로서 기능한다. 이것은 음성 선택의 예시이다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 적어도 하나의 수성 상 또는 층과 연관된 친수성 다공성 물질, 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 연관된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화되며, 하나의 오일 상 또는 층 또는 적어도 하나의 수성 상 또는 층의 부력이 극복되고, 적어도 하나의 오일 상과 소수성 다공성 물질 또는 적어도 하나의 수성 상과 친수성 다공성 물질 사이의 표면 장력보다 작도록 상 또는 층의 표면 화학 또는 표면 에너지를 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화된다.
일부 구현예에서, 복수의 수성 상 또는 층 및 복수의 오일 상 및/또는 기체 상 또는 층이 시스템에 존재한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 기체 상 또는 층을 포함하거나 포함하지 않는 제1 수성 상 또는 층, 제2 수성 상 또는 층, 제1 오일 상 또는 층, 및 제2 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 상 또는 층은 컨테이너 내에 교대 방식으로 적층되어, 제1 및 제2 수성 상 또는 층이 서로 직접 접촉하지 않고, 제1 및 제2 오일 상 또는 층이 서로 직접 접촉하지 않도록 한다.
일부 구현예에서, 컨테이너는 컨테이너에 샘플을 추가할 수 있도록 상단 개구부를 포함한다. 일부 구현예에서, 수성 상은 컨테이너의 상단 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 오일 상은 컨테이너의 상단 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치 또는 시스템은 상부 또는 하부가 없는 장치(예컨대, 본 발명의 시스템을 포함하는 인서트)에 샘플을 추가할 수 있도록 허용한다. 상 및/또는 층은 이러한 구현예에서 원하는 대로 배치되며, 샘플은 "제1" 또는 "샘플 수용(receiving)" 상 또는 층으로 지정된 층 또는 상에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 용해 버퍼를 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 세척 버퍼를 포함한다.
일부 구현예에서, 시스템은 상자성 입자(paramagnetic particles, PMP)를 더 포함한다. 일부 구현예에서, PMP는 컨테이너 내에 수용된다. PMP는 동결건조되거나 액체 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, PMP는 적어도 하나의 수성 상 내에 수용된다. 일부 구현예에서, PMP는 표적 또는 표적 분석물에 결합하며, "표적-결합" PMP(또는 다른 표적 포획 고체 상)로 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적-결합 PMP 또는 다른 표적-결합 고체 상은 표적 또는 표적 분석물에 결합할 것이며, "표적-결합" PMP(또는 다른 표적 포획 고체 상)로 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적-결합 PMP 또는 다른 표적-결합 고체 상은 표적-결합제(예: 항체, 항체 단편, 단일 사슬 Fv 등)와 접합되어 표적으로 향하고 PMP 표적화제(PMP targeting agent)로서 사용된다. 다른 유용한 표적-결합제는 올리고뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 표적-결합 올리고뉴클레오타이드는 mRNA를 표적으로 하는 서열(예: mRNA의 폴리A 꼬리에 결합하는 폴리 dT 서열) 또는 RNA 또는 DNA의 특정 서열을 포함한다.
일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층, 제2 수성 상 또는 층, 제1 오일 상 또는 층 및 제2 오일 상 또는 층을 포함하는 샘플로부터 표적 분석물을 격리하기 위한 시스템이 본원에 제공된다. 일부 구현예에서, 상기 상 또는 층은 컨테이너 내에 교대 방식으로 적층되어, 제1 및 제2 수성 상 또는 층이 서로 직접 접촉하지 않고, 제1 및 제2 오일 상 또는 층이 서로 직접 접촉하지 않도록 한다. 일부 구현예에서, 상 또는 층은 제1 수성 상 또는 층과 연관된 친수성 다공성 물질, 제2 수성 상 또는 층과 연관된 친수성 다공성 물질, 제1 오일 상 또는 층과 연관된 소수성 다공성 물질 및 제2 오일 상 또는 층과 연관된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화된다. 일부 구현예에서, 상 또는 층은 유체 층을 지지 구조체와 연관시키는 유체 유지력이 다른 힘(예: 부력 또는 운동량의 변화)을 지배하여 상들의 기능적 레이어링 또는 순서를 방해할 수 있도록 표면 화학을 조절함으로써 컨테이너 내에서 더욱 안정화된다.
일부 구현예에서, 컨테이너는 컨테이너에 샘플을 추가할 수 있도록 상단 개구부를 포함한다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층은 컨테이너의 상단 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 제 1 오일 상 또는 층은 컨테이너의 상단 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층은 용해 버퍼를 포함한다. 일부 구현예에서, 제2 수성 상 또는 층은 세척 버퍼를 포함한다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치 또는 시스템은 상부 또는 하부가 없는 컨테이너 또는 장치(예: 측면과 일체형인 하부를 포함하지 않는 본 발명의 시스템을 포함하는 인서트)에 샘플을 추가할 수 있도록 허용한다. 제1 및 제2 수성 상 및 제1 및 제2 오일 상 또는 층은 이러한 구현예에서 원하는 대로 배치되고, 샘플은 "제1" 또는 "샘플 수용" 상 또는 층으로 지정된 층 또는 상에 첨가될 수 있다.
시스템은 상자성 입자(PMP)를 더 포함할 수 있다. PMP는 컨테이너 내에 수용될 수 있다. 일부 구현예에서, PMP는 동결 건조된다. 일부 구현예에서, PMP는 액체 형태이다. 일부 구현예에서, PMP는 제1 수성 상 내에 수용된다.
본원에 기술된 임의의 구현예에서, 시스템은 자석을 더 포함할 수 있다. 컨테이너는 다중 웰 플레이트를 포함할 수 있다. 시스템은 샘플을 더 포함할 수 있다. 샘플은 생물학적 샘플 또는 하수(sewage) 샘플일 수 있다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 비인두 샘플, 구인두 샘플, 구강 면봉 샘플, 구강 스폰지 샘플, 비강 면봉 샘플, 중비갑개 샘플 또는 타액 샘플을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 시스템은 원하는 표적 또는 물질을 격리하는 방법에 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 핵산이다. 일부 구현예에서, 표적은 바이러스 핵산이다. 예를 들어, 표적은 SARS-CoV-2 핵산일 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 단백질(예: 호르몬 또는 다른 단백질), 탄수화물, 당지질, 세포, 순환 종양 세포 등이다. 본원에 설명된 바와 같이 "고체 상"에 결합될 수 있는 임의의 물질(예: 일부 구현예에서는 (직접 또는 간접적으로 부착된) PMP)은 본 발명의 시스템, 장치, 조성물 및 방법 중 하나 이상에서 표적이 될 수 있다.
표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약의 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치의 하나 이상의 부분 또는 일부에 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치의 하나 이상의 수성 및/또는 오일 상 또는 층에 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 본원에 기술된 시스템 및 장치는 베이스 상 또는 층 또는 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적을 검출하기 위한 시약을 더 포함한다. 일부 구현예에서, 표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 하나 이상의 또는 모든 시약은 시스템 또는 장치의 하부 상, 층 또는 지층에 포함되지만, 베이스 층 위에 포함된다. 일부 구현예에서, 표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 하나 이상 또는 모든 시약은 시스템 또는 장치의 종단 또는 말단 상, 층 또는 지층(수직 또는 횡방향 구현예에서), 또는 이음매, 접합부 또는 연결부(비-수직 또는 비-횡방향 구현예에서 수평 또는 종방향 또는 다른 상/층 방향)에 포함된다.
표적을 검출하기 위한 시약은 루프 매개 등온 증폭(loop mediated isothermal amplification, LAMP) 또는 역전사 효소 루프 매개 등온 증폭(reverse transcriptase loop mediated isothermal amplification, RT-LAMP) 분석용 시약을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, LAMP 또는 RT-LAMP 분석법은 비색 분석법 또는 형광 분석법이다. 다른 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 예를 들어, PCR, RT-PCR, qPCR, qtPCR, 멀티플렉스 PCR, 어셈블리 PCR 또는 비대칭 PCR용 시약을 포함한다. 다른 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 표적 또는 표적 분석물을 검출 또는 측정하기 위해 항체 및/또는 항체 단편을 사용할 수 있는 면역 분석용 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 면역 분석은 효소 면역 분석, ELISA(직접 ELISA, 간접 ELISA, 샌드위치 ELISA 및 경쟁 ELISA 포함하는 효소 결합 면역 흡착 분석), IEMA(면역 효소 측정 분석), 방사선 면역 분석, 형광 면역 분석, 화학 발광 면역 분석(CLIA) 및 계수 면역 분석(CIA)이다. 예를 들어, PCR 반응을 수용하는 컨테이너는 장치 바닥에 있는 단순한 컵 모양일 수 있으며, 일부 구현예에서는 반응을 수용하는 컨테이너의 기하학적 구조는 열 순환이 더 효율적이도록 할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 더 빠른 열 전달을 촉진하기 위해(즉, 반응의 온도 순환을 촉진하기 위해 온도가 전달되어야 하는 거리를 줄이기 위해) 높은 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 미세 유체 채널을 포함하거나, 본질적으로 미세 유체 채널로 구성되거나, 미세 유체 채널로 구성된다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 장치의 나머지 부분과 다른 물질로 만들어진다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 그 안에 통합된 가열 요소를 갖는다.
본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물은 생체 분자, 단백질, 호르몬, 핵산, 약물 등을 포함하는 임의의 분자 표적에 대한 테스트 또는 분석에 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물은 본원에 기술되거나 언급된 것을 포함하되 이에 국한되지 않는 표적을 이동, 분리, 격리, 정제, 식별, 검출 및/또는 정량화하기 위해 사용된다.
일부 구현예에서, 본 발명은 샘플 적용 공간, 카트리지 상단, 카트리지 하단, 표적의 검출 또는 정량화를 위한 시약 및 인클로저(enclosure)를 포함하는 샘플에서 표적의 존재 또는 양을 결정하기 위한 유동 분석법(flow-through assay)을 포함하는 일회용 카트리지를 제공하며, 개선 사항은 표적-결합 상자성 입자(또는 다른 표적-결합 운반 물질)를 인클로저 내부나 이와 함께 사용하고, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 또는 오일 상 또는 층을 포함하며, 이들은 수성 상/층 또는 기체 또는 오일 상/층 또는 둘 다와 연관된 다공성(예: 표적-투과성) 구조 물질 및 선택적으로 자석의 포함에 의해 서로 근접하여 안정화된다. 다른 상 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다 (예: 수성 상 또는 층이 있거나 없는 2개의 오일 상).
일부 구현예에서, 본 발명은 샘플 적용 부분, 접합체 부분, 테스트 부분 및 장치 또는 카트리지의 여러 부분에 미리 고정된 시약을 포함하는 유동 분석(예: 측면 흐름, 수직 흐름) 장치 또는 카트리지를 제공하며, 개선 사항은 표적-결합 상자성 입자(또는 다른 표적-결합 운반 물질), 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 또는 오일 상 또는 층을 사용하여, 수성 상 또는 기체 또는 오일 상 또는 둘 다와 연관된 다공성(예: 표적-투과성) 구조 물질 및 자석의 포함에 의해 서로 근접하여 안정화되는 것을 포함한다. 다른 상, 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다(예: 수성 상 또는 층이 있거나 없는 2개의 오일 상). 일부 구현예에서, 개선된 유동 장치는 일회용, 현장 진료 카트리지 또는 장치로 사용하기 위해 설계 및/또는 포맷된다.
일부 구현예에서, 본 발명은 제1 표지 결합제, 상기 표적 물질 및 제2 결합제의 삼원 복합체(ternary complex)를 형성하는 것을 포함하는 샘플에서 표적 물질의 존재, 농도 또는 양을 결정하기 위한 면역측정 분석법을 제공하며, 상기 제2 결합제는 고체 담체에 결합되고, 샘플에서 물질의 존재 또는 양은 고체 담체에 결합된 표지 결합제의 양 또는 미반응 표지 결합제의 양을 측정하여 결정되며, 개선 사항은 표적-결합 고체 상 입자(또는 다른 표적-결합 운반 물질), 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 또는 오일 상 또는 층을 사용하여, 수성 상 또는 층 또는 기체 또는 오일 상 또는 둘 다와 연관된 다공성 구조 물질의 포함에 의해 서로 근접하여 안정화되는 것을 포함한다. 다른 상, 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다(예: 수성 상 또는 층이 있거나 없는 2개의 오일 상). 일부 구현예에서, 고체 상은 상자성 입자이고 개선된 분석은 자석을 포함하거나 사용한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 결합제는 항체, 항체 단편, 올리고뉴클레오티드, 압타머, 펩타이드, 펩티드모방체, 천연 또는 화학적으로 변형된 안티센스 올리고뉴클레오티드 또는 표적의 포획을 보조하는 다른 적합한 제제이다. 일부 구현예에서, 면역측정 분석은 단일 컨테이너에 수용된다.
일부 구현예에서, 본 발명은 핵산 서열의 증폭 및 서열의 검출을 포함하는 샘플에서 표적 물질의 존재 또는 양을 결정하기 위한 핵산 증폭 테스트를 제공하며, 개선 사항은 표적-결합 상자성 입자(또는 다른 표적-결합 운반 물질), 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 또는 오일 상 또는 층을 포함하며, 이들은 수성 상 또는 층 또는 기체 또는 오일 상 또는 층, 또는 둘 다와 연관된 다공성 구조 물질 및 선택적으로 자석의 포함에 의해 서로 근접하여 안정화된다. 일부 구현예에서, 핵산 증폭 테스트는 PCR 또는 RT-PCR이다. 일부 구현예에서, 핵산 증폭 테스트는 등온 테스트이다. 일부 구현예에서, 등온 핵산 증폭 테스트는 역전사 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR), 니킹 엔도뉴클레아제 증폭 반응(NEAR), 전사 매개 증폭(TMA), 루프-매개 등온 증폭(LAMP), 헬리카제-의존 증폭(HDA), 규칙적인 간격을 갖는 짧은 회문구조 반복 배열(CRISPR) 또는 가닥 변위 증폭(SDA)이다. 일부 구현예에서, 이러한 핵산 증폭 테스트는 단일 용기에 수용된다.
표적 또는 표적 분석물의 검출 또는 측정을 위한 분석의 하나 이상의 단계를 수행하는 데 유용한 본 발명의 일부 구현예에서, 장치 또는 시스템의 하나 이상의 상 또는 층은 여러 다른 버퍼 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층은 코팅 버퍼, 차단 버퍼, 안정화 버퍼, 세척 버퍼를 포함하거나, 샘플 희석제로서 작용하거나 이를 포함한다. 일부 구현예에서, 항체 또는 항체 단편은 검출 신호를 생성하는 데 사용된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치, 시스템 또는 방법을 사용하여 수행되는 분석은 자성 입자를 이용한 자기 분리를 사용하여 표적 또는 표적 분석물의 이동 또는 위치 지정이 달성되는 자기-작동식 면역 분석법을 포함한다. 일부 구현예에서, 이들 구현예에서 사용되는 입자는 항체 또는 항체 단편의 부착에 의해 화학적으로 변형된 자철석 코어로 만들어진다. 일부 구현예에서, 분석의 하나 이상 또는 모든 구성 요소는 표적 또는 표적 분석물을 격리 또는 정제하는 데 사용된다.
일부 측면에서, 본 명세서는 샘플로부터 표적을 격리하는 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 시스템에 샘플을 추가하고, 시스템에 자력을 가하는 단계를 포함하는 샘플로부터 표적을 격리하는 방법이 제공된다. 일부 구현예에서, 샘플은 시스템에 자력을 가하기 전에 상자성 입자와 접촉된다. 일부 구현예에서, PMP는 생물학적 샘플을 시스템에 추가하기 전에 생물학적 샘플과 접촉된다. 샘플을 상자성 입자와 접촉시키면 하나 이상의 표적-PMP 복합체가 생성되고, 시스템에 자력을 가하면 시스템 내의 상을 통해 표적-PMP 복합체가 컨테이너의 바닥 표면을 향해 끌어당겨진다.
일부 구현예에서, 이 방법은 생물학적 샘플에서 표적을 검출하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적의 검출을 위한 시약을 더 포함하고, 표적의 검출은 복수의 다공성 물질을 통해 표적-PMP 복합체를 표적의 검출을 위한 시약으로 끌어당기는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 시약은 루프 매개 등온 증폭(LAMP) 또는 역전사 효소 루프 매개 등온 증폭(RT-LAMP) 분석용 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적을 검출하는 것은 LAMP 또는 RT-LAMP 분석 중에 생성된 신호를 검출하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, LAMP 또는 RT-LAMP 분석은 비색 분석 또는 형광 분석이다.
일부 구현예에서, 샘플은 생물학적 샘플 또는 하수 샘플이다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 비인두 샘플, 구인두 샘플, 구강 면봉 샘플, 구강 스폰지 샘플, 비강 면봉 샘플, 중비갑개 샘플 또는 타액 샘플일 수 있다. 다른 구현예에서, 샘플은 혈액, 뇌척수액, 소변, 조직, 생검 조직 등이다. 관심 표적을 포함하거나 포함하는 것으로 의심되는 모든 유형의 샘플이 본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 것으로 고려된다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 감염이 의심되는 대상체로부터 얻어진다. 일부 구현예에서, 대상체는 바이러스 감염이 의심되는 대상체이다. 예를 들어, 대상체는 바이러스성 상부 호흡기 감염이 의심될 수 있다. 일부 구현예에서, 대상체는 예를 들어 SARS-CoV2, SARS, 코로나바이러스, 리노바이러스, 인플루엔자 바이러스 또는 호흡기 세포융합 바이러스(respiratory syncytial virus) 감염이 의심되는 대상체이다. 일부 구현예에서, 표적은 바이러스 핵산을 포함한다. 예를 들어, 표적은 SARS-CoV-2 핵산을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명은 안정화된 계면 시스템을 제공한다. 일부 구현예에서, 안정화된 계면 시스템은 (a) 적어도 2개의 유체, (b) 적어도 하나의 기공을 갖는 적어도 하나의 연관 구조 물질, 및 (c) 상기 연관 구조 물질로 안정화된 적어도 하나의 유체 상, 층 또는 계면을 포함한다.
일부 구현예에서, 본 발명은 상기 유체 상, 층 또는 계면과 연관되고 이에 대한 선호도를 갖는 표적-투과성 구조 물질에 의해 안정화된 유체 상, 층 또는 계면을 포함하는 물질의 조성물을 제공한다. 일부 구현예에서, 구조 물질은 하나 이상의 표적의 통과를 허용하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 구조 물질은 하나 이상의 표적의 이동 또는 위치 지정을 허용하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 본 발명은 표적을 이동 또는 위치시키는 데 사용되는 안정화된 계면 시스템을 제공한다.
일부 구현예에서, 본 발명은 표적을 위치시키기 위한 시스템 또는 장치에서 유체 상, 층 또는 계면을 안정화시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 표적-투과성 안정화 구조를 상기 유체 상, 층 또는 계면과 연관시키는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 본 발명은 혼화 가능한 계면 시스템, 방법 및 관련 조성물을 제공한다. 일부 구현예에서, 혼화 계면 시스템은 상 또는 층 내에서 상이한 특성을 갖는 둘 이상의 유체 영역을 포함하는 조성물을 포함하며, 여기서 유체 영역은 확산을 통한 유체 구성의 물질 수송이 벌크 유체 운동보다 우세하도록 하는 적어도 하나의 기공을 갖는 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질을 사용하여 서로에 대해 안정화된다.
일부 구현예에서, 혼화 계면 시스템 조성물은 상 또는 층 내에서 상이한 특성을 갖는 둘 이상의 유체 영역을 포함하며, 여기서 유체 영역은 하나 이상의 기공을 갖는 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질을 사용하여 서로에 대해 안정화되고, 이러한 안정화는 확산을 통해 유체 구성의 물질 수송이 벌크 유체 운동보다 우세하도록 허용한다.
혼화 계면 시스템, 방법 및 관련 조성물의 일부 구현예에서, 구조 물질은 하나 이상의 표적의 통과를 허용하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 구조 물질은 하나 이상의 표적의 이동 또는 위치 지정을 허용하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 본 발명은 표적을 더 많이 또는 위치시키는 데 사용되는 혼화 계면 시스템을 제공한다.
일부 구현예에서, 예를 들어, 안정화된 계면 시스템 및/또는 혼화 가능한 계면 시스템 및/또는 관련 조성물을 이용한 위치 지정은 능동 위치 지정(예: 자기력, 회전력, 가속력, 보조 중력 등을 포함하는 외부 힘을 이용하여)을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 구현예에서, 위치 지정은 수동적이며 외부 힘을 사용하지 않고(예: 확산, 단순 중력, 삼투 등에 의해) 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 샘플은 친자 확인을 위해 사용되는 샘플이다. 일부 구현예에서, 샘플은 출생 전 또는 출생 후 스크리닝에 사용하기 위한 것이다.
일부 구현예에서, 본 발명의 시스템 또는 장치는 블루투스가 가능하거나, 다른 통신 기능(예: 와이파이, NFC 등)이 가능하다. 일부 구현예에서, 본원에 설명된 방법에 따른 시스템 또는 장치 결과 또는 결과는 블루투스 또는 다른 통신 기능을 통해 다른 장치(예: 휴대폰, 태블릿, CPU, 컴퓨터 등)로 전송된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 시스템의 일 구현예를 도시한 도면이다. 시스템은 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약을 포함한다. 시스템은 복수의(2) 다공성 물질을 포함한다. 시스템은 용해 버퍼와 세척 버퍼를 포함한다. 도면에 표시된 대로, 시스템은 위에서 아래로 (1) 코코넛 오일, (2) 용해 버퍼(연관 유리 메쉬 포함), (3) 코코넛 오일(연관 다공성("포렉스") 물질 포함), (4) 세척 버퍼(연관 유리 메쉬 포함), (5) 코코넛 오일(연관 다공성("포렉스") 물질 포함), (6) LAMP 반응용 시약(연관 유리 메쉬 포함) 순으로 층을 이루어 구성된다. 각 다공성 물질은 친수성 유리 메쉬일 수 있다. 대안적으로, 하나의 다공성 물질은 유리 메쉬고 다른 다공성 물질은 합성 소수성 폴리머 메쉬일 수 있다. 생물학적 샘플을 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가할 수 있다. 컨테이너의 바닥에 자석을 부착하여 표적-PMP 복합체를 층을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 유도한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서, 결과 신호는 비색 신호이다. 일부 구현예에서, PMP는 표적 결합제, 예를 들어, 항체, 항체 단편, 단일 사슬 Fv 등과 접합되어 표적으로 향하고 PMP 표적화제로서 사용된다. 본 발명의 구현예는 원하는 만큼의 상 또는 층을 포함할 수 있으며, 각 상 또는 층은 상 또는 층에 선호되는 구조 물질을 포함하여 연관 구조 물질(예: 원하는 다공성을 갖는 물질을 포함)이 있거나 없이 존재한다.
도 2A는 본 명세서에 설명된 시스템의 일 구현예의 측면도를 도시한다. 컨테이너는 다중 웰 플레이트를 포함한다. 하나의 웰에는 오일과 연관된 다공성 물질이 적층되어 있다(노란색). 도면에서, 다공성 물질은 합성 소수성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬(이하 "포렉스(porex)"로 지칭)와 친수성 유리 메쉬이다. 이 시스템에는 7개의 메쉬 물질이 포함되어 있다. 위에서부터 아래까지 층은 다음과 같다: (1) 용해 버퍼(파란색 수성 층)(친수성 유리 메쉬로 안정화), (2) 포렉스(오일 상을 안정화), (3) 세척 버퍼(빨간색 수성 층)(유리 메쉬로 안정화), (4) “포렉스”, (5) 세척 버퍼(파란색 수성 층)(친수성 유리 메쉬로 안정화), (6) “포렉스”, 및 (7) LAMP 시약(빨간색 수성 층)(친수성 유리 메쉬로 안정화).
도 2B는 도 1에 설명된 시스템의 상자성 입자와 자기 풀다운(pull down)을 적용한 후의 아래쪽 모습과 위쪽 모습을 보여준다. 세 가지 시스템 모두 웰 바닥에 오일(노란색)과 유리 메쉬를 포함한다. (1) 오일과 연관된 합성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬("포렉스 패드(porex pad)로 지칭), (2) 비 다공성 물질(예: 수성 또는 오일 층만 있는 경우, "+ 대조군"), 및 유리 메쉬와 합성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬("유리 메쉬 + 포렉스 패드")를 포함하는 세 가지 시스템을 비교한 것이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 합성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬(예: "포렉스" 패드)와 포렉스 패드와 유리 메쉬의 조합은 모두 비드가 다공성 물질을 통과할 수 있도록 한다. "+대조군" 조건은 100% 비드 투과율이 어떤 모습인지 보여준다.
도 3은 유리 메쉬 물질에 작은 구멍이 생성되었을 때 자성 비드를 풀다운한 후의 아래쪽 모습과 위쪽 모습을 나타낸다. 1mm 구멍은 현저하게 더 빠른 풀다운과 더 큰 비드 덩어리를 허용하였다. 0.5mm 구멍은 더 빠른 풀다운을 허용하였다.
도 4는 본 명세서에 설명된 시스템의 다른 구현예를 보여준다. 도 1에서와 같이, 시스템은 최종 또는 말단 층(예: 컨테이너의 바닥 표면 위, 또는 바닥 표면을 향하거나 바닥 표면에 있는 층)에 수용된 표적의 LAMP-기반 검출을 위한 시약을 포함한다. 이 특정 구현예에서, 시스템은 컨테이너 바닥에 LAMP 시약을 고정하고 다공성 물질이 놓일 수 있는 단단한 표면을 제공하기 위해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) O-링을 포함한다. 이 구현예에서, 다공성 물질은 소수성인 폴리프로필렌(PP) 메쉬를 포함한다. 시스템은 복수의 다공성 물질을 포함한다. 이 경우 두 개의 다공성 물질(예: 두 개의 층)이 표시된다. 예를 들어, 각 다공성 물질은 PP 메쉬를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 또는, 예를 들어, 하나의 물질은 PP 메쉬(소수성)를 포함하고 다른 물질은 유리 메쉬(친수성)를 포함할 수 있다. 이 구현예의 시스템은 또한 용해 버퍼와 세척 버퍼를 포함한다. 도면과 같이, 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 용해 버퍼(친수성 유리 메쉬/패브릭), (3) 다공성 물질(소수성 PP 메쉬), (4) 세척 버퍼(친수성 유리 메쉬), (5) 다공성 물질(소수성 PP 메쉬), (6) PTFE O-링 및 LAMP 또는 기타 반응용 시약 순서의 층으로 구성된다. 생물학적 샘플을 표적이 결합할 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가한다. 컨테이너의 바닥에 자석이 부착되어 표적-PMP 복합체가 층을 통과하여 예를 들어 LAMP 시약과 접촉하도록 한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서 결과 신호는 비색 신호이다.
도 5는 도 4에 설명된 바와 같이 컨테이너의 바닥면에 LAMP 시약을 고정하는 PTFE O-링이 포함된 시스템의 이미지를 보여준다. 도면과 같이 "+ PP 메쉬 + 유리 메쉬"라고 표시된 시스템은 위에서 아래로 (1) 폴리프로필렌 메쉬가 있는 미네랄 오일, (2) 유리 메쉬가 있는 물, (3) 폴리프로필렌 메쉬가 있는 미네랄 오일, (4) LAMP 시약을 고정하는 PTFE O-링의 순서로 층을 이루며 구성된다. 도면과 같이 "+ PP 메쉬"라고 표시된 시스템은 위에서 아래로 (1) 폴리프로필렌 메쉬가 있는 미네랄 오일, (2) LAMP 시약을 고정하는 PTFE O-링의 순서로 층을 이루며 구성된다. 도면과 같이 "대조군(control)"이라고 표시된 시스템은 위에서 아래로 (1) LAMP 시약을 고정하는 PTFE O-링 순으로 층을 이루어 구성된다. 비드를 아래로 당긴 후의 이미지로, 표적-PMP 복합체가 O-링의 중앙으로 당겨져 LAMP 시약과 접촉하는 것을 보여준다. 빨간색은 LAMP 시약이 있는 위치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 시스템의 다른 구현예를 도시한다. 이 구현예에서, 시스템은 컨테이너 바닥에 LAMP 시약을 고정하기 위한 맞춤형 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG) 인서트를 포함한다. 시스템은 복수의 다공성 물질을 포함한다. 이 경우 두 개의 다공성 물질이 표시된다(예: 두 개의 층). 예를 들어, 각 다공성 물질은 PP 메쉬를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나의 물질은 PP 메쉬를 포함하고 다른 물질은 나일론 메쉬를 포함할 수 있다. 시스템은 용해 버퍼와 세척 버퍼를 포함한다. 도면과 같이, 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 수성 용해 버퍼(친수성 나일론 메쉬로 안정화), (3) 미네랄 오일과 연관된 다공성 물질(예: PP 메쉬), (4) 수성 세척 버퍼(나일론 메쉬로 안정화), (5) 미네랄 오일과 연관된 다공성 물질(예: PP 메쉬), (6) PETG 인서트 내에 유지되는 LAMP 반응용 시약 순으로 층을 이루어 구성된다. 샘플(예: 생물학적 샘플)을 샘플에 존재하는 표적이 결합할 수 있는 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가한다. 컨테이너의 바닥에 자석을 부착하여 표적-PMP 복합체를 층을 통과하여 LAMP 시약과 접촉하도록 한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정하여 표적의 양(존재하는 경우)을 결정할 수 있다. 이 구현예에서, 표적은 존재하고 결과 신호는 비색 신호이다.
도 7은 본 명세서에 설명된 시스템의 구현예를 사용한 자기 비드 풀다운에 따른 비색 LAMP 분석 결과를 보여준다. 생물학적 샘플을 PMP와 혼합하여 시스템에 추가하였다("비드-전달 템플릿"이라고 지칭). 데이터는 대조군, 대조군+PETG 인서트와 비교된다. 도면과 같이, 이 시스템은 충분한 표적-PMP 복합체(웰에서 갈색 점으로 보임)를 끌어내리고 표적의 성공적인 비색 LAMP 기반 검출을 허용하였다.
도 8은 SARS-CoV-2용 프라이머를 사용하여 검출 한계(LOD)를 결정하기 위한 비색 LAMP 분석 결과를 보여준다.
도 9는 타액 샘플에서 성공적인 표적-PMP 복합체를 보여주는 이미지를 보여준다. 이 시스템은 PETG 인서트를 포함한다. 다공성 물질은 폴리프로필렌과 나일론 메쉬를 포함한다. 타액 샘플을 희석하고 용해 버퍼를 샘플에 직접 첨가하였다. 샘플을 55℃에서 15분간 가열한 후 98℃에서 3분간 가열하였다. 샘플을 실온으로 냉각하고 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가하였다(예: 다공성 물질과 세척 버퍼가 포함된 멀티웰 플레이트의 웰에 추가). 컨테이너의 바닥에 자석을 부착하여 정제 층을 통해 표적-PMP 복합체를 끌어당겼다.
도 10은 본원에 기재 및 청구된 본 발명의 시스템 및 방법의 일 구현예의 개요를 보여주는 개략도이다. 컨테이너는 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 원하는 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약을 포함하는 컨테이너가 준비될 수 있다. 시약은 인서트(예: PETG 인서트) 또는 O-링을 포함하는 적절한 수단에 의해 바닥 표면에 고정될 수 있다. 시스템은 세척 버퍼와 컨테이너 내에 적층된 복수의 다공성 물질을 포함한다. 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (2) 나일론 메쉬와 연관된 세척 버퍼, (3) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (4) 나일론 메쉬와 연관된 세척 버퍼, (5) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (6) LAMP 시약이 포함된 PETG 인서트를 포함한다. 컨테이너는 다중 웰 플레이트에 사전 포장될 수 있으며, 플레이트의 각 웰에는 단일 컨테이너의 내용물이 들어 있다. 이 멀티웰 플레이트는 키트로 포장될 수 있다. 시스템은 자석을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 자석은 어레이의 각 자석이 멀티웰 플레이트의 단일 웰과 정렬될 수 있는 어레이이다. 생물학적 샘플을 용해하고 상자성 입자와 혼합하여 멀티웰 플레이트에 추가한 다음, 자성 어레이를 플레이트 바닥에 가까운 적절한 위치에 배치하여 표적-PMP 복합체를 정제층(예: 다공성 물질 및 세척 버퍼를 통해)을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 한다. 플레이트를 65℃에서 인큐베이션하고 신호(예: 비색, 형광 등의 신호)를 측정한다.
도 11A-11C는 분석물의 격리 및 검출을 위한 본 발명의 시스템의 구현예를 보여준다. 도 11A는 수성 상(i)에 있는 상자성 입자를 보여준다. 시스템 아래에 자력을 가하면 상자성 입자(예: 표적-PMP 복합체)가 오일 상(ii, iii 및 iv)을 통해 시스템의 바닥 표면으로 끌어당겨진다. 도 11B는 시스템을 담고 있는 컨테이너를 보여준다. 컨테이너의 바닥면에는 분석물 검출을 위한 시약이 포함되어 있다(빨간색으로 표시). 수성 및 오일 상은 부력 및 유체 보유(예: 습윤, 표면 장력, 모세관 작용)를 포함한 힘에 의해 안정화된다. 도 11C는 본원에 기술되고 청구된 본 발명의 시스템의 구현예를 사용하여 분석물을 격리 및 검출하는 예시적인 공정을 도시한다.
도 12는 본 명세서에 설명된 현장 검사(point-of-care, POC), 일회용 시스템의 다이어그램을 보여준다. 이 구현예는 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 LAMP 기반(또는 RT-LAMP) 검출용 시약을 포함한다. 이 구현예에서, 컨테이너의 바닥 표면은 컨테이너의 바닥 부분을 여러 개의 웰로 분할하는 격벽을 포함하며, 이 웰은 LAMP 기반 검출을 위한 시약으로 채워져 표적의 다른 부분을 분석할 수 있다(즉, 공간적으로 분리된 멀티플렉싱). 이 구현예에서, 시스템은 위에서부터 아래로 PMP가 포함된 용해/결합 버퍼("추출 버퍼 + PMP"), 폴리프로필렌 메쉬가 포함된 고형 왁스, 그리고 LAMP 시약을 포함한다. 이 구현예에서, 샘플은 표적 또는 의심되는 것을 포함하는 생물학적 샘플이며 타액이다. 이 구현예에서 샘플은 PMP를 포함하는 용해/결합 버퍼에 첨가되고 혼합된다. 왁스의 녹는점 이상으로 가열하고 컨테이너 바닥에 자기장을 가하면, 왁스가 녹아서 표적-PMP가 아래로 당겨져 복수의 LAMP 시약과 접촉하게 된다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행할 수 있다.
도 13은 본원에 설명된 시스템의 일 구현예의 사진(좌측) 및 단면도(우측)를 도시한다. 이 구현예의 현장검사(POC), 일회용 시스템은 컨테이너의 바닥면에 수용된 LAMP 기반(또는 RT-LAMP)(녹색) 검출용 시약을 포함한다. 이 시스템은 용융 가능한 왁스 층(노란색)과 복수의 다공성 폴리프로필렌 물질("메쉬")(회색)를 포함한다. 시스템은 PMP가 포함된 용해/결합 버퍼("PMP/샘플 혼합물")을 포함한다. 도면과 같이, 시스템은 위에서 아래로 PMP가 포함된 용해/결합 버퍼, 다공성 물질, LAMP 반응용 시약의 순서로 층을 이루고 있다. 각 다공성 물질은 예를 들어 폴리프로필렌 메쉬일 수 있다. 대안적으로, 하나의 다공성 물질은 나일론 메쉬일 수 있고 다른 다공성 물질은 합성 소수성 폴리머 메쉬일 수 있다. 샘플(예: 생물학적 샘플)을 컨테이너에 추가할 수 있다. 컨테이너의 바닥에 자석이 적용되어 표적-PMP 복합체가 층을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행할 수 있다.
도 14는 본 명세서에 설명된 시스템의 다른 구현예를 보여준다. 도 13과 마찬가지로, 이 구현예에서는 샘플 수집에서 LAMP 재구성에 이르는 해당 워크플로우와 함께 POC 일회용 시스템의 한 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예에서, 동결 건조된 LAMP(또는 RT-LAMP)는 컨테이너 바닥 표면에 비드 형태로 수용되거나 컨테이너 바닥 표면에 분산되어 있다. 시스템은 용해 가능한 왁스 층(노란색), LAMP 재구성 버퍼, 복수의 다공성 폴리프로필렌 물질("메쉬")(회색), PMP와의 용해/결합 버퍼("PMP/샘플 혼합물")을 포함한다. 일부 구현예에서, PMP 및 용해/결합 버퍼의 염 성분은 용해 가능한 왁스 층으로 동결되고, 샘플 재구성 버퍼는 왁스가 용해되면 재구성 버퍼, 염 성분 및 PMP가 결합되도록 장치 내에 별도로 수용된다. 일부 구현예에서, 관통 가능한 막이 컨테이너 상부에 부착된다. 이러한 워크플로우의 구현예에서, 생물학적 샘플(예: 타액, 가래, 소변, 혈액 등)은 별도의 튜브에 수집된다. 그런 다음, 용해/결합 버퍼("샘플 버퍼")와 PMP가 생물학적 샘플과 혼합될 수 있도록 관통 가능한 막을 관통하는 튜브와 컨테이너 (LAMP 시약 및 복수의 다공성 물질 수용)가 함께 부착된다. 시스템을 반전시키고 왁스의 녹는점 이상으로 가열하면 LAMP 혼합물과 LAMP 재구성 버퍼가 혼합된다.
도 15는 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 시스템 및 방법의 일 구현예의 개요를 나타내는 개략도이다. 이 구현예에서, 시스템은 효소결합 면역 흡착 분석법(ELISA)을 사용하여 생물학적 샘플(예: 타액, 가래, 소변, 혈액, 세포 배양 배지 등)에서 표적을 검출하기 위한 시약을 포함한다. 이 시스템은 위에서 아래로, 나일론 다공성 물질을 포함하는 항체 결합 PMP의 일부로 구성된 1차 항체 결합 버퍼, 폴리프로필렌 다공성 물질을 포함하는 미네랄 오일, 효소(예: 홀스래디쉬 퍼옥시다제)에 접합된 2차 항체를 포함하는 2차 접합체 항체 결합 버퍼(또는 버퍼), 폴리프로필렌 다공성 물질을 포함하는 고형 왁스 층, 및 효소 기질(예: 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘)을 포함하는 기질 용액을 포함한다. 이 구현예에서, 생물학적 샘플이 시스템 상단에 추가되고 표적이 1차 항체에 결합할 수 있도록 1차 항체 결합 버퍼와 혼합된다. 컨테이너 바닥에 자기장이 적용되어 표적-PMP 복합체가 미네랄 오일 층을 통해 2차 접합 항체 결합 버퍼로 끌어당겨진다. 온도가 2차 접합 항체 결합 버퍼의 동결 온도보다 높고 왁스 층의 녹는 온도보다 낮은 경우, 표적-PMP 복합체는 온도가 왁스 녹는점 이상으로 증가할 때까지 2차 접합 항체 결합 버퍼에 남아 있게 된다. 이 층에서 인큐베이션하면 2차 접합 항체가 표적-PMP 복합체에 결합할 수 있다. 이 구현예에서, 온도가 왁스의 녹는점 이상으로 상승하면 접합된 2차 항체-표적-PMP 복합체가 기질 용액으로 끌어당겨진다. 기질 용액에 접합된 2차 항체-표적-PMP 복합체는 기질에서 효소 반응을 촉매하여 표적을 검출할 수 있다.
도 16은 본원에 개시되고 청구된 본 발명의 시스템 및 방법의 일 구현예의 개요를 나타내는 개략도이다. 이 구현예에서, 시스템은 생물학적 샘플(예: 타액, 가래, 소변, 혈액, 세포 배양 배지 등)에서 세포 기반 표적(예: 순환 종양 세포(CTC), 호중구, T 세포, 중간엽 줄기세포 등)을 격리 및 검출하기 위한 시약을 포함한다. 이 구현예에서, 세포 기반 표적은 CTC이다. 시스템은 위에서 아래로, 나일론 다공성 물질을 포함하는 항체-결합 PMP의 일부로 구성된 CTC 결합 버퍼, 폴리프로필렌 다공성 물질을 포함하는 미네랄 오일, 형광단에 결합된 항체의 일부로 구성된 형광 항체 결합 버퍼(예: 녹색 형광 단백질(GFP), 적색 형광 단백질(RFP) 등), 폴리프로필렌 다공성 물질을 포함하는 고형화 왁스 층, 및 수용액(예: 인산 완충 식염수 등)을 포함한다. 이 구현예에서, 표적 세포를 포함하는 생물학적 샘플이 시스템 상단에 추가되고 표적 세포가 항체-PMP에 결합할 수 있도록 CTC 결합 버퍼와 혼합된다. 컨테이너 바닥에 자기장을 가하면 표적-PMP 복합체가 미네랄 오일 층을 통과하여 형광 항체 결합 버퍼로 끌어당겨진다. 온도가 형광 항체 결합 버퍼의 동결 온도보다 높고 왁스 층의 녹는점보다 낮은 경우, 표적-PMP 복합체는 온도가 왁스 녹는점 이상으로 높아질 때까지 형광 항체 결합 버퍼에 남아 있게 된다. 이 층에서 인큐베이션하면 형광 항체가 표적-PMP 복합체에 결합할 수 있다. 이 구현예에서, 온도가 왁스의 녹는점 이상으로 상승하면 형광 항체-표적-PMP 복합체가 수용액으로 끌어당겨진다. 수용액에 들어가면 형광 현미경을 사용하여 표적 세포를 카운트할 수 있다.
도 17은 튜브 내의 상과 층, 및 메쉬-안정화 계면을 보여준다. 도 17a는 테스트 튜브 내에 포함된 안정화되지 않은 물 상 또는 층(파란색) 위에 "메쉬-안정화 계면"으로 도시된 오일-안정화 상 또는 층(노란색)을 보여준다. 오일보다 밀도가 높은 두 번째 수성 유체("물(빨간색으로 염색)")(빨간색)가 시스템에 추가되면 오일과 "빨간색" 수성 상이 반전되지만 안정화된 오일 층의 존재로 인해 바닥의 물 층과 혼합되지 않는다. 일부 구현예에서, 도 17a의 시스템에 또 다른 안정화된 오일 층을 추가하여, 도 17b에 도시된 것과 같은 두 오일 층 사이에 테스트 튜브 내의 대량의 오일을 가둘 수 있다.
도 18은 본 명세서에 기술된 바와 같은 시스템의 구현예를 도시한다. 이 시스템은 다공성 구조 물질에 근접한 전하-결합 소자(charge-coupled device, CCD) 또는 기타 광학 검출기가 있는 밀폐된 컨테이너 안에 안정화된 소수성 층(노란색)을 포함한다. 소수성 유체에 침지된 다공성 구조 물질은 규칙적으로 배열된 원형 기공을 가지고 있다. 시스템에서 소수성 유체의 부피를 조절하여 복잡한 조명 렌즈 세트를 형성할 수 있다. 시스템 내 소수성 유체의 부피에 따라 빛의 배율을 높이거나 낮출 수 있다.
도 19는 단일 및 다수의 안정화된 수성 및/또는 오일 상 또는 층을 포함하는 다양한 SIFT 구성의 구현예를 보여준다. 이러한 모습들은 단일 단면으로 표시되며, 즉 단면이 페이지 안팎의 치수에서 일정하게 유지될 필요는 없다. 예를 들어, 비틀거나 구부리거나 단면 요소의 위치 또는 치수를 변경하는 것은 다른 단면 위치에서 발생할 수 있다.
도 20은 불포화, 포화 및 과포화 상태의 바람직한 유체 부피에 침지된 바람직한 유체를 가진 다공성 구조 물질을 보여준다. 바람직한 유체의 부피가 전체 물질에 걸쳐 물질과 연관되기에 불충분한 경우 불포화 부피로 간주된다. 포화되지 않은 경우, 바람직한 유체는 일반적으로 다공성 구조 물질에 의해 지지되지만 바람직하지 않은 유체는 잠재적으로 다공성 지지 구조 내의 나머지 공간을 채울 수 있다. 바람직한 유체가 전체 물질에 걸쳐 물질과 연관될 수 있는 경우 바람직한 유체의 부피는 포화된 것으로 간주될 수 있다. 포화 부피를 초과하는 바람직한 유체의 부피는 과포화 부피로 간주되며 다공성 구조 물질에 의해 완전히 포함 및/또는 지지되지 않는 유체를 초래한다. 다공성 구조 물질 위 또는 아래의 바람직한 유체 영역은 일반적으로 바람직한 유체의 지지 부피보다 덜 안정적이며 대류 또는 난류력 또는 벌크 혼합의 영향을 받는다.
정의
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "컨테이너"라는 용어는 본 발명의 시스템을 담을 수 있는 임의의 장치, 리셉터클(receptacle) 또는 용기(vessel)를 의미하며, 본 발명의 방법이 수행될 수 있는 임의의 장치, 리셉터클 또는 용기를 포함한다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 실린더이다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 휴대용이다. 용기 및 컨테이너는 예를 들어, 설명된 시스템을 담을 수 있는 임의의 용기, 컨테이너, 리셉터클, 홀더, 캐리어, 카트리지, 병, 플레이트, 웰 또는 저장 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 용기는 일부 또는 모든 외부 라벨링의 필요성을 제거하기 위해 제조 시 라벨 또는 돌출된 레터링이 새겨진 사출 성형 컨테이너이다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 사용 후 버릴 수 있는(disposable) 또는 일회용(single-use) 용기이다. 용기 및 컨테이너는 외부 또는 내장 또는 추가된 내부 수단에 의해 냉각 또는 가열될 수 있으며, 또는 냉각 또는 가열이 가능할 수 있다. 용기 및 컨테이너는 제조, 보관 및 배송 동안 본 발명의 하나 이상의 상 및 층을 포함하여 유체의 안정성 및 유지를 제공할 수 있다. 용기 및 컨테이너는 본 발명의 시스템 및 방법을 사용하는 동안 유체의 이동을 제공할 수 있다. 본 발명의 시스템을 수용하거나 본 발명의 방법을 수행하는 데 사용될 수 있는 용기 및 컨테이너는 24웰 PCR 플레이트, 96웰 플레이트 및 384웰 플레이트 및 기타 플레이트 형식을 포함한 반응 플레이트 및 마이크로타이터 플레이트를 포함한다. 용기 및 컨테이너는 검출 및 정량화 시약의 사용을 포함하여 전기, 광학, 기계 및 액체 계면 및 유틸리티를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 컨테이너에 샘플을 추가할 수 있는 상단 개구부를 포함한다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상은 용기의 상단 개구부에 가장 가깝게 위치한다. 일부 구현예에서, 제1 오일 상은 용기의 상단 개구부에 가장 가깝게 위치한다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상은 용해 버퍼를 포함한다. 일부 구현예에서, 제2 수성 상은 세척 버퍼를 포함한다. 본 발명의 시스템 또는 장치의 일부 구현예에서, 시스템을 포함하는 컨테이너 또는 구조물은 일체형 바닥을 갖지 않는다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 측면만을 가지며 양쪽 끝이 개방되어 있다. 그러한 구현예 중 하나에서, 컨테이너는 인서트이며, 그 예는 도 11B 및 도 11C에 도시되어 있다. 이러한 구현예에서, 샘플은 "제1" 또는 "샘플 수용" 상 또는 층으로 지정된 층 또는 상에 추가될 수 있다. 도 11C에 도시된 인서트의 예에서, 말단 층은 다공성 플라스틱 스크린이다. 측면과 일체형인 바닥을 포함하지 않는 컨테이너 또는 장치에 샘플을 추가할 수 있도록 하는 본 발명의 장치 또는 시스템인 말단 층은 시스템을 고정하고 설명된 대로 실행할 수 있도록 하는 메쉬 또는 임의의 다공성 물질일 수 있다. 일부 구현예에서, 개방형 단부는 시스템으로부터 표적 또는 표적 결합 입자(예: PMP)를 제거할 수 있도록 하기 위해 사용된다(예: 자석을 사용). 일부 구현예에서, 표적 또는 표적 결합 입자는 다른 용기 또는 컨테이너(예: 멀티웰 플레이트)로, 또는 상기 표적 또는 표적 결합 입자를 수용할 수 있는 검출기 내로 또는 검출기 상으로(예: 판독기, 블루투스 지원 판독기 또는 기기 등) 또는 표면 또는 다공성 물질 상 또는 내로(예: 차후 분석을 위한 샘플의 건조 및 운반용 스팟 카드 등) 제거된다.
본 명세서에서 사용되는 "상" 또는 "층"이라는 용어는 상호 교환적으로 사용되며, 하나 이상의 다른 물질에 의해 경계가 설정된 물질(본 명세서에 설명된 대로 안정화 또는 비안정화)의 영역을 지칭한다. 상 또는 층에는 수성 층, 오일 층, 기체 층, 에멀젼 층, 입자 현탁액 층뿐만 아니라 시스템, 장치 또는 방법에서 사용되는 이러한 층 또는 기타 층의 안정화된 버전이 포함된다. 상 또는 층의 예로는 물로 둘러싸인 공기의 부피를 들 수 있다. (헨리의 법칙에 따라) 물과 공기는 혼합 가능하지만, 일반적으로 액체 형태의 물과 기체 형태의 공기는 실질적으로 혼합되는 것으로 간주되지 않는다. 본 명세서에 설명된 안정화된 상 또는 층은 본 발명의 물질의 조성물이다. 안정화된 상 또는 층은 본 발명의 장치 및 시스템을 포함하고, 본 발명의 방법에서 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 "오일"이라는 용어는 일반적으로 물에 녹지 않는 액체 또는 반고체 물질인 임의의 수많은 물질을 지칭한다. 이러한 물질은 때때로 기름기 있는 물질이며, 식물, 동물 또는 광물 공급원으로부터 유래하기도 하지만 기름기가 없는 물질일 수도 있다. 예를 들어 오일에는 탄소- 및 실리콘-기반 고분자 화합물, 미네랄 오일, 실리콘 오일, 파라핀 왁스, 불소화 오일 등이 포함된다. 오일에는 오일의 혼합물(예: 녹는점이 다른 왁스; 사슬 길이가 다른 고분자 오일; 미네랄 오일 및 실리콘 오일 등)도 포함된다. 오일에는 오일-오일 에멀젼도 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "오일 층" 또는 "오일 상"이라는 용어는 본 발명의 시스템에서 오일을 절충하고 실질적으로 소수성을 가지며 수성 층과 실질적으로 혼합되지 않는 층을 의미한다. 본 발명의 시스템에서 적합한 오일 층은 예를 들어 미네랄 오일, 코코넛 오일, 식물성 오일을 포함한다. 언급된 바와 같이, 다른 오일은 예를 들어 탄소- 및 실리콘- 기반 고분자 화합물, 미네랄 오일, 실리콘 오일, 파라핀 왁스 및 불소화 오일을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "계면"이라는 용어는 인접한 영역, 몸체, 물질, 상 또는 층 사이의 공통 경계 또는 전이 구역을 형성하는 표면을 의미한다. 일부 구현예에서, 계면은 본 발명의 시스템, 장치 및 방법에서 독립적인 상 또는 층이 서로 접촉하는 지점 또는 전이 구역을 지칭한다. 예를 들어, 물과 공기의 혼화성(즉, 헨리의 법칙 및 확산-기반 혼합에 따라)으로 인해 물과 공기 사이에 전이 영역이 존재하며, 액체 물에서 물로 포화된 공기, 일부 불포화된 수준의 물을 가진 공기로 전이된다. 상 또는 층 내의 전이 영역의 한 가지 예는 밀도의 차이로 중간 수준의 염도를 갖는 영역 사이에 전이 구역이 있는 서로 다른 특성을 갖는 영역을 허용하는 다양한 염도 수준을 갖는 물이다.
본 명세서에서 사용되는 "수성"이라는 용어는 물을 포함하거나, 물을 성분으로 사용하거나, 물을 함유하는 수성(water-based)을 의미한다. 일부 구현예에서, 수성 매체 또는 영역은 물 및 다른 성분을 포함한다. 용해 버퍼, 세척 버퍼 등은 본 발명의 시스템 및 방법의 구현예에 설명된 바와 같이 수성 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 수성 매질은 염 또는 이온성 액체(예: 황산 암모늄, 구아니딘 이소티오시아네이트, 시아닌 염료, 테트라에틸암모늄 및 테트라부틸암모늄 등), 극성 용매(예: 에탄올, 페놀, 메탄올, 아세토니트릴 등), 산/염기(예: 황산, 아세트산, 수산화나트륨 등), 당(예: 자당, 포도당, 만노스 등) 또는 폴리머(예: 폴리에틸렌 글리콜, 히알루론산, 키틴, 콜라겐 I 등)과 같은 다른 수용성 물질의 다양한 농도(예: 1%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99%, 99.9%)를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물에서 상(들), 층(들) 또는 영역(들)은 에멀젼, 예를 들어, 용해되지 않거나 혼화되지 않은 다른 액체의 방울의 분산일 수 있다.
일부 구현예에서, 100% 에탄올, 페놀, 아세토니트릴 또는 기타 호환 가능한 용매와 같이 수성이 아닌 비-오일 액상 또는 층이 사용될 수 있다. 이들은 "비-오일/비-수성" 상 또는 층으로 지칭될 수 있다.
수성 층, 상 또는 영역은 물을 기반으로 하는 층, 상 또는 영역이다. 수성 층은 물을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 일부 구현예에서, "수성 층" 또는 "수성 상"이라는 용어는 임의의 "비-수성" 물질(예: 장치 플라스틱, 대기/기체 물질, 오일, 왁스 등)에 의해 경계되거나 둘러싸인 수성 영역을 의미한다. 일부 구조에서, 수성 층은 균질할 필요는 없으며, 하나의 수성 층에 서로 다른 특성을 가진 여러 수성 영역 사이의 전이 영역을 가질 수 있다(예: 층은 밀도가 다른 두 개의 수성 중간 영역을 포함할 수 있음).
본 명세서에서 사용되는 "다공성"이라는 용어는 기체 또는 액체를 보유하거나 본 명세서에 정의된 표적(또는 비-표적)(고체 상 또는 다른 담체에 결합되거나 결합되지 않거나 또는 그 일부)이 원하는 대로 통과하거나 통과하지 않도록 허용할 수 있는 기공 또는 기타 작은 공간을 갖는 것을 의미한다. "다공성 물질" 또는 구조, 또는 "다공성 메쉬" 또는 "다공성 층"에 대한 언급은 빈 공간, 즉 물질의 구조를 구성하는 원자의 주요 골격에 의해 점유되지 않는 공간을 포함하는 물질을 의미한다. (고체 상에 결합되거나 결합되지 않은)표적이 통과할 수 있는 물질은 다공성 물질의 예시이다. 표적(고체 상에 결합되거나 결합되지 않은)이 아닌 비-표적 물질이 통과하지 못하는 물질도 다공성 물질의 예시이다. 다공성 물질 또는 구조, 다공성 메쉬 또는 다공성 층은 단일 물질로 구성되거나 이루어질 필요는 없으며, 즉 균질할 필요는 없다. 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물에 사용하기 위한 다공성 물질 또는 구조, 다공성 메쉬 또는 다공성 층은 상이한 물질을 포함, 즉 이질적이거나 불균질할 수 있다(예: 일 구현예에서, 폴리스티렌과 나일론 또는 공간적으로 가변적인 혼합물을 포함한다).
본 명세서에서 사용되는 "검출하다", "검출하는" 또는 "검출"이라는 용어는 발견 또는 식별하는 일반적인 행위 또는 검출 가능한 라벨이 부착된 조성물의 구체적인 관찰을 설명할 수 있다. 샘플의 표적과 관련하여 사용될 때 "검출"이라는 용어는 샘플에서 표적의 존재 또는 부재를 검출하는 것을 의미한다. 일부 구현예에서, 샘플에서 표적을 "검출"한다는 것은 샘플에 표적이 존재한다는 것을 결정하는 것을 의미한다. 일부 구현예에서, 샘플에서 표적을 "검출"하는 것은 표적이 샘플에 존재하지 않거나 샘플에서 검출하기에 충분한 양으로 존재하지 않음을 결정하는 것을 의미한다.
본원에서 사용되는 "생물학적 샘플"이라는 용어는 가장 넓은 의미로 사용되며 대상체로부터 얻을 수 있는 다양한 샘플 유형을 포함한다. 생물학적 샘플은 동물(인간 포함)로부터 얻을 수 있으며 체액(예: 소변, 혈액, 혈액제제, 가래, 타액 등), 고형물, 조직(생검 조직, 종양 조직, 골수 등), 및 기체를 포함한다. 생물학적 샘플에는 타액, 혈액 제제(혈장, 혈청 등)가 포함된다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 비인두 샘플, 구인두 샘플, 구강 면봉 또는 스폰지 샘플, 비강 면봉 샘플, 중비갑개 샘플 또는 타액 샘플이다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 타액 샘플이다. 본 명세서에서 사용되는 "타액 샘플"이라는 용어는, 예를 들어, 대상체로부터 수집된 타액 샘플을 포함한다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 비인두(NP) 샘플이다. "비인두 샘플"은 대상체의 비인두강에서 수집된 샘플을 의미하며, 예를 들어 대상체의 비강 또는 비인두에 삽입된 면봉을 사용하여 수집된 표본을 포함한다. 생물학적 샘플은 본 명세서에 기술된 방법을 수행하기 전에 다양한 전처리 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 동결, 가열, 다양한 변성제(예: 구아니듐 티오시아네이트)와 혼합, 점도 감소 시약(예: DTT)과 혼합, 표적 분해 억제제(예: 프로테아제 억제제, RNAse 억제제 등)와 혼합, 다양한 버퍼와 혼합 또는 기타 적절한 전처리 단계를 거칠 수 있다. 생물학적 샘플에 첨가되는 임의의 물질(예: 변성제, 점도 감소 시약, 표적 분해 억제제, 버퍼 등)은 생물학적 샘플에 첨가되거나 샘플이 수집되는 컨테이너에 존재하는 저장 버퍼에 존재할 수 있다(예: 샘플 수집 튜브 또는 다른 수집 장치 또는 컨테이너의 저장 버퍼 내에 존재). 일부 구현예에서, 샘플은 미생물(예: 살아있거나 약화된 병원성 또는 질병을 유발하는 미생물)을 포함하거나 포함하는 것으로 의심된다.
본 명세서에서 사용되는 "샘플"이라는 용어는 가장 넓은 의미로 사용되며 많은 샘플 유형을 포함한다. 일부 구현예에서, "샘플"은 위에서 설명한 바와 같이 "생물학적 샘플"이다. 다른 구현예에서, 샘플은 예를 들어 환경- 및 폐수-기반 역학에 유용한 하수 샘플과 같은 환경 샘플일 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, "샘플"은 더 많은 양의 물질로부터 채취되거나 선택된 물질의 일부를 지칭할 것이다. 일부 구현예에서, 샘플은 표적을 포함하거나 표적을 포함하는 것으로 의심되는 모든 물질을 지칭한다. 일부 구현예에서, 샘플은 혈액과 같은 물질의 전체 양이다. 일부 구현예에서, 샘플은 혈액, 뇌척수액, 소변, 조직, 생검 조직 등이다. 관심 표적을 포함하거나 포함하는 것으로 의심되는 모든 유형의 샘플이 본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 것으로 고려된다.
본 명세서에서 사용되는 두 유체가 기질(예: 메쉬)과 상호작용하는 맥락에서 "선호(preference)"라는 용어는 계면 유체와 기질의 접촉각을 사용하여 정의할 수 있다. 예를 들어 계면에서 유체와 고체 표면 기질의 연관은 기질의 표면 특성과 액체-액체, 액체-기체 또는 기체-기체 등 두 유체의 화학적 특성에 의해 결정된다. 유체-유체-물질 조합의 접촉각은 이러한 상호작용의 평형을 정량화하는 데 일상적으로 사용되며 온도, 압력 및 표면 전하와 같은 여러 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 접촉각은 기질의 표면과 유체 계면이 기질과 교차하는 유체 계면의 접선 사이의 각도이다. "선호" 유체 또는 선호도가 있는 유체는 접촉각이 < 90°인 유체이다. 일부 예시에서, 이러한 선호는 소수성 및 친수성 선호의 성격을 갖는다. 접촉각에 따라 (i) 초친수성(0° ≤ θ < 10°), (ii) 친수성(10° ≤ θ < 90°), (iii) 소수성(90° ≤ θ < 150°), (iv) 초소수성(150° < θ ≤ 180°)으로 분류할 수 있다. 일반적으로 초소수성 표면은 150°보다 높은 물 접촉각과 5°보다 낮은 슬라이딩 각도를 나타낸다. 이러한 선호도는 안정화된 계면 시스템 및 방법 및 관련 조성물을 제공하는 본 발명의 다른 구현예와도 관련이 있다. 기질, 지지 물질, 메쉬 및 다공성 기질 및 다공성 지지 물질 및 메쉬는 바람직한 계면 및 하나 이상의 유체와의 연관성에 기초하여 선택될 수 있다. 여기에는 기능적 성능을 달성하기 위해 메쉬 및 유체를 연관시킬 수 있는지 여부에 영향을 미치는 유체 선호도에 따른 선택이 포함된다. 조건, 유체의 특성 또는 물질에 따라, 유체에 대한 물질의 선호도도 변경되거나 변경될 수 있다(예: 서로 다른 선호도를 갖는 물질이 서로 다른 층 또는 조건(예: PP-물-미네랄 오일 vs PP-물-실리콘 오일, PP-물-20℃의 오일 vs PP-물-65℃의 오일). 일부 구현예에서, 유체(예: 공기를 대체하기 위해 첨가되는 오일) 또는 조건(예: 온도)은 본 발명의 방법의 사용 중 또는 그 일부로서 변경되거나 교환 및 교체될 수 있다. 예를 들어, 수성 상 또는 층을 오일 상 또는 층으로 교체하거나 성능 또는 사용 편의성을 위해 온도를 변경할 수 있다.
선호되는 일부 기질은 다공성 물질이다. 선호되는 일부 기질은 다공성 구조 물질이다. 선호되는 일부 기질은 메쉬이다. 일부 다공성 물질, 다공성 구조 물질 및 메쉬는 친수성이다. 일부 다공성 물질, 다공성 구조 물질 및 메쉬는 이들의 친수성 정도에 따라 선택된다. 일부 다공성 물질, 다공성 구조 물질 및 메쉬는 소수성이다. 일부 다공성 물질, 다공성 구조 물질 및 메쉬는 이들의 소수성을 위해 선택된다.
본원에 설명된 시스템 또는 장치의 구성 요소와 관련하여 본원에서 사용되는 "안정화"라는 용어는 해당 구성 요소가 의도한 목적에 맞게 기능을 유지하거나 시스템의 운송, 보관 및/또는 사용 과정에서 서로 섞이지 않는 상태를 유지함을 나타낸다. "불혼화성(immiscible)"이란 자연적으로 또는 일반적으로 균질한 혼합물을 형성하지 않는 구성 요소를 의미한다. 일반적으로 안정화된 구성 요소(예: 상 또는 층)는 다른 구성 요소(예: 다른 상 또는 층)와 기능적으로 분리된 상태로 유지된다. 기능적으로 분리된다는 것은 본 발명의 시스템, 방법 또는 장치에서 그 자체로 기능을 수행하거나 계속해서 수행하는 상 또는 층을 의미한다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 시스템의 수성 및 오일 상 또는 층은 일반적으로 서로 섞이지 않는다(예: 상 또는 층이 서로 실질적으로 분리되어 있고 균질한 혼합물을 형성하지 않음). "안정화"는 또한 수성 및 오일 층 및/또는 기체 상 또는 층의 이러한 비혼화성이 시스템 또는 장치의 수명 동안 또는 방법의 수행 중에 유지됨을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 층을 안정화시키는 데 사용되는 지지 구조는 사용 중에 실질적으로 용해되어(예: 수성 매체를 첨가하여 습윤시킨 후 메쉬 구조로 초기에 건조된 자당) 유체와 구조의 연관을 원하는 방식으로 변경하고 잠재적으로 유체 선호도를 변경할 수 있다. 계면은 예를 들어 상 또는 층 사이의 공통 경계, 상 또는 층 사이의 전이 영역, 및 상 또는 층 내의 전이 영역이 될 수 있다. 따라서 상 또는 층 내의 "안정화된" 영역이 "불혼화성"일 필요는 없다. 상 또는 층 내의 영역은 구성 요소가 층 또는 상 내에서 안정적인 전이 영역을 형성하는 경우 안정화된 것으로 간주할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "안정화된 층 또는 상"은 적어도 하나의 다른 유체에 대해 해당 층 또는 상의 유체를 선호하는 지지 구조와 연관된 층 또는 상(예: 수성, 오일 또는 기체 층 또는 상)을 의미한다. 연관된 층 또는 상에 대한 구조의 선호도는 층 또는 상(예: 유체)과 지지 구조의 연관을 안정화하고 다른 상 또는 층과의 상호 작용 중에 상 또는 층의 붕괴를 방지하는 데 도움이 된다. 따라서, 다른 잠재적으로 붕괴될 수 있는 상(들) 또는 층(들) 또는 유체(들)는 층 또는 상의 시스템의 일부이거나 층 또는 상에 바로 인접하여 위치할 필요는 없으며, 때때로 층 또는 상과 소통될 수 있다(예: 안정화는 일반적으로 시스템에 없는 유체와의 예기치 못한 상호작용에 대한 안전 조치로서 사용될 수 있거나 또는 시스템에 외부 물질(예: 샘플)을 추가할 때 사용될 수 있다). 일부 구현예에서, 안정화 층의 지지 구조는 본질적으로 다공성이어서, 적어도 일부 물질(예: 하나 이상의 원하는 물질)이 구조를 통과할 수 있다. 지지 구조는 반드시 방향 또는 위치가 고정되거나 결합될 필요는 없지만, 주로 바람직한 유체의 구조와의 연관을 촉진하는 역할을 한다. 또한, 지지 구조는 특정 상 또는 층과 영구적으로 연관될 필요는 없지만 시스템에서 제거하기 위해 재배치되거나 다른 상 또는 층과 연관될 수 있다. 예를 들어, 고체 기질을 조작하여 연관된 상 또는 층에서 강제로 제거되도록 상 또는 층을 재배치할 수 있다. 이는 예를 들어 부정적으로 선택된 표적을 격리하기 위해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 지지 구조가 제공하는 안정성으로 인해 안정화된 상 또는 층을 재배치하거나 방향을 바꾸거나 필요한 경우 다른 유체를 통과시킬 수 있다.
본원에서 사용되는 "연관된"은 전체 또는 일부가 관련, 결합 또는 연결됨을 의미한다. "연관된"이라는 문구는 기능적으로 연관되거나 연결된 것을 포함한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 기질, 고체 상 또는 구조 물질(예: 메쉬)은 상 또는 층과 연관되어 본 발명의 시스템 또는 장치 내에서 기질, 고체 상 또는 구조 물질이 위치하거나 배치될 때마다 상 또는 층에 안정화 기능을 제공하는 경우 상 또는 층과 연관되어 있다. 기질, 고체 상 또는 구조 물질은 상 또는 층과 연관되거나 상 또는 층에 안정화 기능을 제공하기 위해 상 또는 층 내에 침지될 필요는 없다.
본 명세서에 사용된 용어 "침지된(immersed)"은 전체 또는 부분이 액체 표면 아래에 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 메쉬는 액체 상 또는 층 내에 완전히 잠겨 있거나 액체 상 또는 층 내에 있을 수 있거나, 상 또는 층의 표면, 근처 또는 표면 상에 있을 수 있거나, 전체가 아닌 부분적으로만 그 안에 있을 수 있다. 상 또는 층은 다공성 기질, 고체 상 또는 구조 물질을 포함하거나 본질적으로 이로 구성될 수 있다. 상 또는 층은 오일 상 또는 층을 포함하거나 본질적으로 구성되는 다공성 기질, 고체 상 또는 구조 물질일 수 있거나, 오일 층 또는 상은 다공성 기질, 고체 상 또는 구조 물질을 포함하거나 본질적으로 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들어 메쉬(다공성 기질, 고체 상 또는 구조 물질의 일 예시)는 전체적으로 또는 부분적으로 오일 중에 있을 수 있거나, 오일 상 또는 층은 메쉬 내의 오일을 포함하거나 본질적으로 오일로 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 메쉬(또는 다른 다공성 기질, 고체 상 또는 구조 물질)는 전체적으로 또는 부분적으로 수성 액체상 또는 층 내에 있을 수 있거나, 수성 상 또는 층은 메쉬 내에 수성 액체를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "적층(stack)" 또는 "적층된"이라는 용어는 본 명세서에 개시된 시스템 내의 물질(예: 수성 상 또는 층, 오일 상 또는 층, 기체 상 또는 층, 다공성 물질, 소수성 메쉬, 친수성 메쉬 등)이 축을 따라 축 방향으로, 예를 들어, 컨테이너 내의 Y축(예: 수직 방향으로) 또는 컨테이너 내의 X축(예: 수평 방향으로)과 같이 서로 정렬됨을(또는 정렬되지 않음) 지칭한다. 층은 임의의 원하는 3D 방향이 될 수 있다. 층은 평면일 필요는 없으며 원하는 대로 배열할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 컨테이너 내에 "적층"되는 복수의 다공성 물질을 포함할 수 있다. 이 용어는 반드시 다공성 물질들이 적층 내에서 서로 직접 접촉하는 것을 나타내는 것은 아니다. 오히려, 다공성 물질은 일부 영역에서 이격되거나 직접 접촉하고 다른 영역에서는 이격될 수 있다. 다공성 물질은 수성 상 또는 층(예: 세척 버퍼, 용해 버퍼)과 연관되거나 격리될 수 있고/있거나 오일 상 또는 층(예: 미네랄 오일, 코코넛 오일)과 연관되거나 격리될 수 있다.
본원에서 사용되는 "대상체"라는 용어는 생물학적 샘플을 채취하는 개체를 의미한다. 대상체는 포유류일 수 있다. 일부 구현예에서, 대상체는 인간이다. 일부 구현예에서, 대상체는 포유류가 아니라 무생물이다. 일부 구현예에서, 대상체는 환경이다.
"표적"이라는 용어는 가장 넓은 의미로 사용되며, 샘플 내의 모든 물질을 포함하여 임의의 원하는 물질을 지칭한다. 표적은 일 구현예에서, 예를 들어 공액 항체 또는 항체 조각을 통해 직접 또는 간접적으로 상자성 입자 또는 다른 고체 상에 결합할 수 있고 자기력을 가하여 샘플에서 끌어낼 수 있는 모든 물질을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적은 단백질(예: 항체, 호르몬 등), 탄수화물(예: 글리코겐, 키틴 등), 전체 세포, 세포 성분(예: 미토콘드리아, 엑소좀, 핵 등) 또는 핵산(예: DNA, RNA)이다. 일부 구현예에서, 표적은 대사산물, 탄수화물, 당펩타이드 또는 지질이다. 표적은 분석물을 포함한다. 표적은 또한 관심 대상이 아닌 물질을 포함할 수 있으며, 대신 관심 대상 물질을 농축하기 위해 제거될 수 있다(예: 음성 선택에서). 일부 구현예에서, 표적은 예를 들어 이동, 분리, 격리, 검출, 식별, 분석, 스크리닝, 정량화 또는 정제되는 물질이다.
"분석물" 또는 "표적 분석물"이라는 용어는 식별 또는 측정되는 모든 물질을 지칭한다.
본 발명의 시스템, 장치 또는 방법에서 사용되는 "자석"은 자기력을 발생시키는 수단을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 자석은 영구 자석, 임시 자석 및 전자석을 포함한다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 표적을 배치하기 위한 힘의 작동에 의해 처리 단계의 자율적 작동을 제공하는 컨테이너 내의 다중-층 및 다중-상 시스템을 포함한다.
일 측면에서, 본 발명은 샘플을 추가하고, 힘(예: 자기력)을 가하고, 일부 구현예에서 결과를 판독하기만 하면 되는 단일 컨테이너에서 수행되는 샘플 준비 및 표적 테스트(예: PCR, LAMP 등)를 위한 자체-포함 시스템 및 장치를 제공한다.
일부 측면에서, 본 명세서는 샘플로부터 표적을 격리 또는 위치시키고 표적을 처리하기 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다. 일부 구현예에서, 관심 표적은 표적 그 자체이다. 일부 구현예에서, 관심 표적은 고체 상에 결합된 표적이거나 고체 상 자체인 표적이다. 일부 구현예에서, 표적은 격리되어 검출된다. 일부 구현예에서, 표적은 정제된다. 일부 구현예에서, 표적은 정량화된다. 일부 측면에서는, 표적의 위치 지정 및/또는 처리를 위한 시스템, 장치, 조성물 및 방법이 본원에 제공된다. 표적 또는 표적이 결합된 물질은 본 발명에 따라 양성(예: 검출 또는 측정 또는 폐기를 위해 표적을 격리하거나 샘플로부터 표적을 제거함으로써) 및 음성(하나 이상의 또는 모든 비-표적을 포지셔닝하거나 제거함으로써)를 포함하여 다양한 방식으로 포지셔닝될 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법을 사용하여 표적을 이동, 분리, 격리, 검출, 식별, 분석, 스크리닝, 정량화 또는 정제할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 샘플에서 표적 또는 분석물(병원체 또는 병원체의 일부, 예를 들어 단백질, 핵산 등을 포함)을 격리 및/또는 검출하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 포함한다. 특히, 본 명세서에서는 서로 근접하여 안정화된 하나 이상의 오일 및/또는 하나 이상의 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하는 시스템 및 장치를 제공한다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 샘플 또는 기타 혼합물로부터 표적 또는 표적 분석물의 존재 또는 양을 격리, 분리, 이동, 정제, 혼합, 결합 및/또는 후속적으로 검출하는 데 사용될 수 있다.
일부 측면에서, 본 발명은 힘을 사용하여 표적 또는 분석물을 포함하거나, 포함할 수 있거나, 표적 또는 분석물을 포함하거나 포함할 것으로 의심되는 샘플 또는 혼합물로부터 표적 또는 분석물을 이동 또는 정제하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 안정화된 오일 및/또는 하나 이상의 안정화된 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하는 시스템 및 장치를 제공한다. 힘은 자기, 전기, 대류 또는 가속도 기반 힘(예: 중력 또는 원심분리기를 통한)을 포함한 모든 힘이 포함되며, 예를 들어 하나 이상의 상 또는 층을 통해 표적 또는 분석물을 끌어당기는 데 사용된다.
일부 구현예에서, 시스템 및 장치는 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약을 포함한다. 정량화는 표적에 대해 양성-음성, 반-정량 또는 정량적일 수 있다. 격리 또는 정제는 완전하거나 부분적일 수 있다. 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부는 시스템 또는 장치의 하나 이상의 부분 또는 일부, 시스템 또는 장치의 하나 이상의 수성 및/또는 오일 상 또는 층, 예를 들어, 시스템 또는 장치의 베이스 상 또는 층에 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치의 하부 상, 층 또는 지층에 포함되지만, 베이스 층 위에 포함된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 또는 모든 시약은 시스템 또는 장치의 하부 상, 층 또는 지층에 있거나, 시스템 또는 장치의 종단 또는 말단 상, 층 또는 지층에 있다(수직 또는 횡방향 구현예에서). 일부 구현예에서, 시약 중 하나 이상 또는 전부가 이음매, 접합부 또는 연결부(비-수직 또는 비-횡방향 구현예에서 수평 또는 종방향 또는 다른 상/층 방향)에 위치한다. 일부 구현예에서, 표적의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치의 종단 또는 말단 상, 층 또는 지층(수직 또는 횡방향 구현예에서) 또는 이음매, 접합부 또는 연결부(비-수직 또는 비-횡방향 구현예에서 수평 또는 종방향 또는 다른 상/층 방향)에 포함된다. 이는 시약 배치의 예시일 뿐, 가능한 모든 배치를 포함하는 것은 아니며, 시스템 또는 장치의 형태 또는 원하는 성능에 비추어 원하는 대로 또는 적절하게 배치될 수 있다.
본 명세서에 기술된 시스템은 원하는 표적 또는 물질을 격리하는 방법에 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 핵산이다. 일부 구현예에서, 표적은 바이러스 핵산이다. 예를 들어, 표적은 SARS-CoV-2 핵산일 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 단백질(예: 호르몬 또는 기타 단백질), 탄수화물, 당지질, 세포, 순환 종양 세포 등이다. PMP에 (직접 또는 간접적으로) 결합될 수 있는 임의의 물질은 본 발명의 시스템, 장치, 조성물 및 방법 중 하나 이상에서 표적이 될 수 있다.
시스템, 방법 또는 장치가 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 오일 상 또는 층만이 안정화된다.
시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층과 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 수성 상 또는 층 중 하나만 안정화된다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층과 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 수성 상 또는 층 중 하나 이상 또는 전체가 안정화된다. 예를 들어, 4개의 수성 상 또는 층을 갖는 본 발명의 구현예에서, 1, 2, 3 또는 4개 모두 안정화될 수 있다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 수성 상 또는 층과 하나 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 오일 상 또는 층 중 하나만 안정화된다. 시스템, 방법 또는 장치가 하나 이상의 오일 상 또는 층과 하나 이상의 수성 상 또는 층을 포함하는 일부 구현예에서, 오일 상 또는 층의 하나 이상 또는 전부가 안정화된다. 예를 들어, 4개의 오일 상 또는 층을 갖는 본 발명의 구현예에서, 1, 2, 3 또는 4개 모두 안정화될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법이 수성 상 또는 층 및/또는 복수의 오일 상 또는 층을 포함하는 경우, 예를 들어, 1~6개의 수성 상 또는 층 및 1~6개의 오일 상 또는 층, 수성 상 또는 층 중 1~6개 및/또는 오일 상 또는 층 중 1~6개는 안정화될 수 있다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층은 적어도 하나의 수성 상 또는 층에 침지되거나, 그 위에, 내부에, 또는 다른 방식으로 연관된 친수성 다공성 물질에 의해 안정화된다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 오일 상 또는 층 또는 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 또한 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 상 또는 층은 예를 들어 공기 또는 불활성 기체를 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 층은 예를 들어 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 오가네손을 포함한다. 기체는 기체(예: 공기; 휘발성 물질이 포함된 공기; 헬륨 및 네온 등)의 혼합물일 수 있다. 기체는 플라즈마 형태일 수 있다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 오일 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 오일 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 2개의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 수성 상을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 용기 또는 컨테이너 내에 있다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층과 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함하지만 오일 상 또는 층은 포함하지는 않는다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상 또는 층은 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 연관된 소수성 다공성 물질에 의해 안정화된다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 수성 상 또는 층 또는 안정화된 수성 상 또는 층을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 또한 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 상 또는 층은 예를 들어 공기 또는 불활성 기체를 포함한다. 일부 구현예에서, 기체 층은 예를 들어 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 오가네손을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층을 포함한다. 이러한 구현예들 중 일부에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 수성 상 또는 층 및/또는 적어도 하나의 안정화된 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 2개의 안정화된 오일 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 안정화된 오일 상을 포함하는 장치, 시스템 또는 방법은 용기 또는 컨테이너 내에 있다. 일부 구현예에서, 장치, 시스템 또는 방법은 적어도 하나의 안정화된 오일 상 또는 층과 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함하지만 수성 상 또는 층은 포함하지는 않는다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 또는 적어도 하나의 오일 상 또는 층은 다공성 물질을 사용하여 용기 또는 컨테이너 내에서 안정화된다. 물질은 장치 또는 시스템을 통해 원하는 물질의 이동을 허용하도록 선택된다. 다공성 물질은 메쉬일 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 또는 층 중 하나 이상은 적어도 하나의 친수성 다공성 물질(들) 또는 메쉬(들)로 안정화된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상 또는 층 중 하나 이상은 적어도 하나의 소수성 다공성 물질(들) 또는 메쉬(들)로 안정화된다. 일 구현예에서, 다공성 물질 및/또는 소수성 및/또는 친수성 메쉬는 적어도 하나의 미리 결정된 기공 크기, 기공 크기 세트 또는 기공 크기 범위를 갖는다. 일부 구현예에서, 수성 및 오일 상 또는 층은 컨테이너 내에서 서로 근접하여 안정화된다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층은 시스템 내에 존재하는 경우, 친수성/소수성 다공성 물질의 밀도, 표면 화학 및 다공성으로부터 선택된 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성 또는 물질 기하구조를 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 혼화성 계면 시스템 및 방법, 및 관련 조성물을 제공하며, 이하 "MIFT"로 지칭한다. 일부 MIFT 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층은, 예를 들어, 밀도, 표면 화학, 점도, 전기 또는 표면 전하 특성, 자기 특성 및 시스템 내에 존재하는 경우 친수성/소수성 다공성 물질의 다공성으로부터 선택된 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성 또는 물질 기하구조를 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화될 수 있다. 일부 구현예에서, 물질은 천연 및 합성 다공성 매트릭스(예: 해면, 나일론 폼, 폴리프로필렌 스폰지, 아가로스 젤 등), 천연 및 합성 다공성 물질(예: 다당류 메쉬, 나일론 메쉬 등)을 포함한다. 물질 기하구조를 조절하는 예로는 물질 크기 및 두께, 기공 크기, 기공 분포, 다공성 또는 다공성들, 및 기공 연결의 정도 또는 균질성 등이 있다. 표면 화학을 조절하는 예로는 산소 플라즈마 처리(즉, 물질 표면에 수산기 추가)와 글리코실화가 있다. 점도를 조절하는 예로는 다양한 농도의 메틸셀룰로오스 또는 폴리에틸렌 글리콜을 사용하는 것을 포함한다. 표면 전하를 조절하는 예로는 산소 플라즈마 또는 피라냐 용액으로 다양한 수준의 처리를 하거나, 연관 유체에 계면활성제와 같은 전하 차폐 분자 또는 pH 또는 염도의 조절 농도 또는 구배를 적용하는 것을 포함한다. 물질의 전기적 특성을 조절하는 예로는 유전 특성이 다른 물질을 사용하거나 물질에 전하 또는 전류를 가하는 것을 포함한다. 물질의 자기적 특성을 조절하는 예로는 포함된 물질의 농도 또는 물질 내의 특정 물질 농도에서 물질의 잠재적 다공성(즉, 기공 부피 대 물질 부피의 비율)을 변경하여 다양한 수준의 강자성, 상자성 또는 반자성 물질을 포함시키는 것이 있다.
MIFT의 일부 구현예에서, 상 또는 층의 하나 이상의 영역이 안정화된다. 일부 구현예에서, 상 또는 층은 상이한 특성 또는 특성의 구배를 갖는 다수의 영역을 갖는 유체를 포함한다(예: 상이한 밀도 및/또는 밀도 구배 사이의 전이 영역을 갖는 유체). 예를 들어 한 유체가 다른 유체보다 밀도가 높은 전이 영역을 포함하는 수성 층 내에서 컨테이너의 크기가 충분히 크면 중력, 대류 또는 난류가 두 유체 사이의 균질화/벌크 혼합과 전이 영역의 빠른 용해를 유도한다. 컨테이너의 크기가 감소함에 따라 유체 역학적 저항이 증가하여 압력 차(예: 이류(advection), 대류(convection) 등)로 인한 속도를 감소시켜 확산을 통한 입자 또는 분자의 수송이 벌크 유체 운동(예: 대류, 이류 등)으로 인한 수송보다 지배하거나 우세할 수 있다. 일부 구현예에서, 확산-지배 또는 확산-우세 상태는 페클레 수(Peclet number)를 사용하여 설명될 수 있다. 확산-지배 또는 확산-우세 차원에서, 전이 영역 용해는 예를 들어 몇 분에서 몇 시간 또는 며칠에 걸쳐 더 느리게 일어난다. 일부 측면에서, 본 명세서에는 수송이 확산-지배적이거나 확산-우세하도록 적어도 하나의 전이 영역을 포함하는 수성 층을 안정화하기 위한 시스템, 장치 및 조성물이 제공된다. 일부 구현예에서, 이는 다공성 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질(예: 메쉬, 겔 또는 고체 또는 반-고체 입자의 집합체)를 사용하여 달성된다. 오일 또는 기체 층 또는 상과 같은 다른 유형의 상 또는 층에 대해서도 동일하게 수행될 수 있다. 이러한 구현예를 혼화 계면 시스템이라고 지칭하며, 상 또는 층 내에서 서로 다른 유체 영역 및/또는 전이 영역의 특성을 안정화하기 위해 사용될 수 있다. MIFT 혼화 계면 시스템은 기술된 바와 같이 완전히 안정화될 수 있으며, 상 또는 층과 연관된 하나 이상의 구조적 지지체를 포함할 필요가 없다. 일부 구현예에서, 유체 영역 또는 전이 영역의 안정성은 상 또는 층 차원의 충분한 감소 또는 상 또는 층 내의 에멀젼의 포함에 의해 제공될 수 있다. 혼성 계면 시스템의 일부 구현예에서, 물질(예: 표적-결합 입자)은 상 또는 층의 한 유체 영역에 포함되고 다른 유체 영역에 배치될 수 있다(예: 자석으로 PMP를 배치하거나 중력 및 입자의 밀도를 활용). 이러한 접근 방식의 한 가지 예는 수성 세척 버퍼의 부피와 다른 물질(예: PMP)을 포함하는 수성 샘플의 부피를 모두 담을 수 있는 충분한 깊이의 수성 상 또는 층을 제공하는 것이다. 이 예시에서는 다공성 지지 구조에 세척 버퍼를 추가하여 중력이 유체의 대부분을 지지 구조의 하단 절반에 위치하도록 할 수 있다. 이 예시에서는, 예를 들어 PMP가 포함된 수성 샘플을 다공성 지지 구조에 추가할 수 있다. 그 결과 주로 서로 다른 특성을 가진 두 개의 수성 영역이 있는 상 또는 층이 생성된다. 이후 힘(예: PMP의 경우 자기장)을 가하면 샘플 영역에서 심각한 오염이나 캐리오버 없이 물질(예: 표적-결합 PMP)을 세척 버퍼 영역으로 끌어당기는 데 사용할 수 있다. 이 시스템의 구체적인 장점은 안정화된 혼합 가능한 수성 유체가 캐리오버가 거의 없고 표적의 이동 또는 위치 지정을 방해할 수 있는 에너지 장벽이 거의 또는 전혀 없이 샘플을 격리하거나 세척 또는 농축하는 수단을 제공한다는 것이다(예: 수성-오일 계면을 통해 표적-결합 PMP를 위치 지정하는 것과 비교). 이러한 혼합 가능한 계면 시스템 및 조성물은 하나 이상의 안정화된 계면 시스템과 통합되어 새로운 기능을 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명은 안정화된 계면 시스템과 결합된 혼합 가능한 계면 조성물을 제공한다. 본 발명은 본 발명의 장치 및 시스템에서 사용하기 위한 조성물로서 다수의 MIFT-SIFT 조합을 포함한다.
본 발명의 혼합 가능한 계면 시스템 및 조성물은 본 명세서에 설명된 바와 같이 조립 및 제조될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 밀도의 두 가지 혼화성 유체를 포함하는 안정화된 혼화성 층을 생성하기 위해, 첫 번째 유체가 컨테이너에 첨가된다. 컨테이너 내부에 한 번 압입될 수 있도록 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 두 유체에 선호되는 다공성 지지 물질을 제 1 유체에 담근다. 그런 다음, 두 번째 유체는 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 두 유체에 대해 선호되는 다른 다공성 지지 물질과 함께 컨테이너에 추가된다. 일부 구현예에서, 지지 물질은 사용되지 않는다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 안정화된 계면 시스템 및 방법, 및 관련 조성물을 제공하며, 본 명세서에서 SIFT로 지칭되기도 한다. 일부 구현예에서, 시스템 및 방법의 조성물은 안정된 유체-유체 계면을 형성할 수 있는 적어도 2개의 유체 및 유체에 대한 선호도를 갖는 적어도 하나의 기공을 갖는 적어도 하나의 연관 구조 물질을 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 2개의 유체 중 적어도 하나는 수성 유체이다. 일부 구현예에서, 유체에 대한 선호도를 갖는 적어도 하나의 기공을 갖는 구조 물질은 수성 유체와 연관된다. 일부 구현예에서, 적어도 2개의 유체 중 적어도 하나는 오일이다. 일부 구현예에서, 유체에 대한 선호도를 갖는 적어도 하나의 기공을 갖는 구조 물질은 오일과 연관된다. 일부 구현예에서, 적어도 2개의 유체 중 하나는 기체이다. 구조 물질은 천연 및/또는 합성 물질(들)을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성된다. 일부 구현예에서, 구조 물질의 특성 중 하나 이상 또는 전부가 균일할 수 있다. 일부 구현예에서, 구조 물질의 특성 중 하나 이상 또는 전부가 비균일할 수 있는데, 예를 들어 구조 물질은 고체에서 액체로의 상 변화를 겪을 수 있거나(예: 가열 시 녹는 왁스로 구성된 다공성 구조 물질), 시약의 첨가에 따라 용해되거나 변경될 수 있다(예: 물질의 기공 크기를 감소시키기 위해 건조된 자당을 적재한 메쉬, 자당이 용해되면서 수성 유체를 첨가한 후 기공 크기가 다시 확장되거나 자당이 용해되면서 친수성 자당 아래에 더 소수성인 물질이 드러나도록 하기 위해, 또는 대안적으로 트립신 첨가 시 분해되는 단백질로 구성된 다공성 구조 물질 등). 안정화된 계면 시스템 및 방법의 일부 구현예에서, 구조 물질 내의 기공 또는 기공들은 각각 적어도 하나의 유체 및 적어도 하나의 관심 대상(예: 표적)을 물질을 통해 통과시킬 수 있는 개구부를 포함한다. 일부 구현예에서, 구조적 지지체는 유체 사이의 적어도 하나의 계면을 안정화할 수 있다. 일부 구현예에서, 물질은 천연 및 합성 성분(예: 키틴, 콜라겐 I, 폴리프로필렌, 나일론 등)을 포함한다.
안정화된 계면 시스템 및 방법/조성물의 일부 구현예에서, 구조 물질은 메쉬다. 일부 구현예에서, 물질은 천연 및 합성 다공성 매트릭스(예: 해면, 나일론 폼, 폴리프로필렌 스폰지, 아가로스 젤 등), 천연 및 합성 다공성 물질(예: 다당류 메쉬, 나일론 메쉬 등)을 포함한다. 물질 기하구조를 조절하는 예로는 물질 크기 및 두께, 기공 크기, 기공 분포, 다공성 또는 다공성들, 및 기공 연결의 정도 또는 균질성 등이 있다. 표면 화학을 조절하는 예로는 산소 플라즈마 처리(즉, 물질 표면에 수산기 추가)와 글리코실화가 있다. 점도를 조절하는 예로는 다양한 농도의 메틸셀룰로오스 또는 폴리에틸렌 글리콜을 사용하는 것을 포함한다. 표면 전하를 조절하는 예로는 산소 플라즈마 또는 피라냐 용액으로 다양한 수준의 처리를 하거나, 연관 유체에 계면활성제와 같은 전하 차폐 분자 또는 pH 또는 염도의 조절 농도 또는 구배를 적용하는 것을 포함한다. 물질의 전기적 특성을 조절하는 예로는 유전 특성이 다른 물질을 사용하거나 물질에 전하 또는 전류를 가하는 것을 포함한다. 물질의 자기적 특성을 조절하는 예로는 포함된 물질의 농도 또는 물질 내의 특정 물질 농도에서 물질의 잠재적 다공성(즉, 기공 부피 대 물질 부피의 비율)을 변경하여 다양한 수준의 강자성, 상자성 또는 반자성 물질을 포함시키는 것이 있다. 안정화된 계면 시스템, 조성물 및 방법의 일부 구현예에서, 구조 물질, 구조 물질의 치수는 그것이 연관된 유체 상 또는 층의 치수와 동일하거나 거의 동일하다. 안정화된 계면 시스템, 조성물 및 방법의 일부 구현예에서, 구조 물질, 구조 물질의 치수는 그것이 연관된 유체 상 또는 층의 치수보다 작다. 안정화된 계면 시스템, 조성물 및 방법, 구조 물질의 일부 구현예에서, 구조 물질의 치수는 그것이 연관된 유체 상 또는 층의 치수보다 크다(예: 상 또는 층 밖으로 연장되거나 상 또는 층 내에서 접히거나 구부러짐). 일부 구현예에서, 안정화된 상 또는 층을 생성하기 위해 단일 상 또는 층 내에 둘 이상의 상이한 구조 물질을 사용할 수 있다(예: 나일론과 폴리스티렌을 함께 사용하여 수성 상 또는 층을 안정화하거나, 동일한 분자 구성이지만 다른 기하 구조 또는 기공 크기 등의 두 개의 메쉬를 사용할 수 있다).
안정화된 계면 시스템 및 방법/조성물의 일부 구현예에서, 구조 물질은 단단할 수 있다. 다른 구현예에서, 구조 물질은 유연하거나 탄성이 있을 수 있다. 예를 들어, 상 또는 층을 안정화시키는 데 사용되는 다공성 메쉬는 구부러지거나 딱딱할 수 있거나 딱딱함과 유연함 사이를 전환할 수 있다(예: 상이한 온도의 적용을 통해).
안정화된 계면 시스템, 조성물 및 방법의 일부 구현예에서, 구조 물질은 다른 유체에 비해 오일에 대한 선호도를 갖는다. 일부 구현예에서, 오일과 연관된 다공성 구조 물질은 소수성이다. 본 발명의 안정화된 계면 시스템 및 방법에서 소수성의 정도는 다공성 구조 물질, 오일 및 제 2 유체 사이에 형성된 접촉각에 기초하여 선택된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 안정화된 계면 시스템 및 방법에서 소수성의 정도를 선택하기 위한 추가적인 기준은, 예를 들어, 표적-PMP가 계면을 가로질러 자기적으로 당겨지기가 더 쉽거나 더 어렵도록 계면 전반의 표면 장력을 최적화하고, 및/또는 운송 및 보관을 위한 전반적인 장치 안정성을 고려하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 안정화된 계면 시스템 또는 방법의 구조 물질(들)은 오일 층에 침지된다.
안정화된 계면 시스템, 조성물 및 방법의 일부 구현예에서, 구조 물질은 수성 유체에 대한 선호도를 갖는다. 일부 구현예에서, 수성 유체와 연관된 다공성 구조 물질은 친수성이다. 본 발명의 안정화된 계면 시스템 및 방법에서 친수성의 정도는 다공성 구조 물질, 오일 및 제 2 유체 사이에 형성된 접촉각에 기초하여 선택된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 안정화된 계면 시스템 및 방법에서 소수성의 정도를 선택하기 위한 추가적인 기준은, 예를 들어, 표적-PMP가 계면을 가로질러 자기적으로 당겨지기가 더 쉽거나 더 어렵도록 계면 전반의 표면 장력을 최적화하고, 및/또는 운송 및 보관을 위한 전반적인 장치 안정성을 고려하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 안정화된 계면 시스템 또는 방법의 구조 물질(들)은 수성 층에 침지된다.
안정화된 계면 시스템 및 방법/조성물의 일부 구현예에서, 안정된 유체-유체 계면을 형성할 수 있는 적어도 두 개의 유체를 포함하는 조성물은 유체에 대한 선호도를 갖는 적어도 하나의 기공을 포함하는 적어도 하나의 연관 구조 물질을 갖는 유체 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 층은 수성 및 오일이다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 층은 연관 유체에 대한 선호도를 갖는 적어도 하나의 기공을 포함하는 구조 물질과 연관된다(예: 안정화된 수성 층 및 안정화된 오일 층을 갖는 시스템).
일부 구현예에서, 안정화된 계면 시스템/조성물은, 예를 들어, 추후 저장, 사용, 처리 또는 변환을 위해 하나 이상의 안정화된 계면 시스템을 보호하기에 충분한 물질을 포함하는 상부 물질 및/또는 하부 물질에 의해 보호되거나 뒷받침되거나 또는 경계를 이룬다. 일부 구현예에서, 경계를 이루는 하나 이상의 안정화된 계면 시스템은 안정되거나 보호된 층 또는 구조를 형성한다. 일부 구현예에서, 시스템은 보호된 층(예: 압연층(rolled layer))의 형태로 제조, 저장 또는 운송된다. 일부 구현예에서, 상부 및/또는 하부는 관심 개체가 기질을 통해 이동할 수 있도록 하는 다공성 기질(예: 안정화된 수성 층의 한쪽 또는 양쪽에 있는 폴리프로필렌 메쉬 보호 층과 같은 안정화된 기체 층)을 포함한다. 관심 개체는 표적 또는 질량을 가진 임의의 물체일 수 있다. 관심 개체의 예로는 광자, 전자, 원자, 분자, 단백질, 단백질 복합체 또는 시스템으로 진입하기 전 또는 시스템 내에서 화학 반응, 기계적 파괴, 방사능 붕괴 또는 생물학적 과정과 같은 열역학적 과정에 의해 생성된 입자와 같이, 질량을 갖는 모든 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 보호 층은 보관 또는 포장이 필요하지 않다(예를 들어, 수성 층과 오일 층을 포함하는 2층 시스템은 그 자체로 롤링되어 증발 및 오염 등으로부터 내부 층을 보호할 수 있다).
일부 구현예에서, 하나 이상의 안정화된 계면 시스템은 컨테이너(예: 멀티웰 플레이트, 에펜도르프 튜브, 사출 성형 용기, 인서트, 카트리지 등) 내에 있거나 장치의 표면에 배치된다. 일부 구현예에서, 안정화된 계면 조성물 또는 시스템은 컨테이너를 포함한다. 일부 구현예에서, 안정화된 계면 조성물 또는 시스템은 사용 전 보관을 위한 롤을 포함한다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 안정화된 계면 시스템은 측면 또는 수직 흐름 분석(즉, "흐름 분석")의 일부로 통합된다. 예를 들어, 두 번째 소수성 패드 아래에 친수성 샘플 패드가 있는 측면 흐름 분석에서는 샘플 패드에 수성 샘플 유체가 추가되면 안정화된 계면 시스템이 생성된다. 예를 들어, 샘플에는 표적-결합 PMP가 포함될 수 있으며, 자석을 사용하여 소수성 상층을 통해 수성 샘플 유체에서 PMP를 격리하여 샘플 정화를 수행할 수 있다. 일부 구현예에서, 두 개 이상의 물질 층을 사용하여 기능을 추가할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 표준 측면 흐름 검출을 위한 구성 요소와 소통하는 상부 수성 샘플 층, 중간 소수성 기체 층 및 하부 친수성 기체 층을 포함한다. 샘플 층의 표적-결합 PMP는 자석을 사용하여 하부 친수성 층으로 재배치될 수 있다. 그런 다음 수성 유체를 친수성 기체 층에 추가하여 기체 상의 일부 또는 전부를 보다 바람직한 수성 액체로 대체할 수 있다. 수성 액체는 연결된 측면 흐름 구성 요소에 의한 후속 검출을 위해 표적-결합 PMP에서 표적을 용출할 수 있는 산/염기/버퍼(또는 기타 물리적 또는 화학적 방출 메커니즘)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 표적-PMP 자체가 연결된 측면 흐름 구성 요소에서 검출 입자로 사용될 수 있으므로 표적 방출이 필요하지 않다. 유사하게, 이 예시에서 측면 흐름 구성 요소는 초기에 안정화된 계면 시스템(들)에 연결될 필요는 없지만 나중에 연결될 수 있다. 이러한 구현예는 MIFT 시스템에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 유체 흐름이 측면 흐름 분석의 영역을 통과하는 것을 크게 격리하여 확산이 벌크 유체 흐름보다 수송에 지배적이도록 혼화성 계면 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 시스템은 확산을 통해 LFA 내의 벌크 유체 흐름에 시약의 도입을 연장하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 측면 유동 분석의 일부 위에 시약이 담긴 물질을 추가함으로써 달성될 수 있으며, 여기서 추가된 물질은 측면 유동 구성 요소에 비해 훨씬 작은 기공 크기를 갖는다. 따라서 추가된 물질의 유체 저항은 확산 기반 수송에 비해 측면 흐름 구성 요소로 시약의 상당한 대량 유체 수송을 방지한다. 마찬가지로, 측면 유동 구성 요소의 유체 성분은 첨가된 성분으로 확산되며, 측면 유동 분석에서 투석을 수행하기 위해 입자 크기에 따라 선택될 수 있다. 다른 분석 형식이나 샘플 처리 단계에서도 MIFT 및 SIFT 시스템을 유사하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 다운스트림 처리 단계에 샘플을 공급하도록 설계된 심지는 첫 번째 층은 버퍼 용액을 안정화시키는 데 사용되고 두 번째 층은 샘플의 벌크 유체 흐름을 허용하는 두 개의 층으로 구성된 MIFT 시스템을 포함할 수 있다. 이 예시에서, 버퍼는 시간이 지남에 따라 천천히 두 번째 층을 통해 샘플의 흐름으로 확산되어 샘플을 조절하거나 후속 샘플 처리(예: pH 조정/유지 또는 차단제 도입)를 지원할 수 있다.
안정화된 계면 시스템 및 방법과 이의 조성물을 포함하는 구조 물질은 본질적으로 전체 모양, 치수, 두께, 균일성 또는 방향과 관련하여 어떠한 제한이나 경계도 갖지 않는다(예: 물질은 다공성 마이크로스피어, 직물형, 퀼트 또는 다층/라미네이트 디자인으로 모서리가 수백 야드일 수 있고, 모놀리식으로 구성되거나 서로 다른 물질의 작은 패치(예: 10', 100' 또는 1000')로 묶이거나 함께 재봉된 것, 대략 골프공 크기의 무정형 소결 다공성 플라스틱 블록, 단일 오리피스/기공을 가진 파이펫 팁 또는 이들의 조합 등이 될 수 있다). 물질의 전체 형상에 관계없이, 기공 형상은 불안정한 힘/압력 대비 안정한 유체-물질 상호작용 힘의 크기를 평가하기 위한 계면의 관련 경계와 기공의 유효 직경을 정의한다. 물질에 하나 이상의 기공이 존재하는 경우, 치수, 형상 또는 표면 특성과 관련하여 기공의 상대적 위치 또는 기공의 균일성 또는 불균일성에 대한 본질적인 제한이 없다. 또한 기공 경계의 둘레가 연속적이거나 분리되어야 한다는 제한도 없다. 예를 들어, 덤벨 모양의 구조는 하나의 공유 경계가 있음에도 불구하고 두 개의 기공을 효과적으로 정의할 수 있다. 마찬가지로, 크레넬형 구조(crenelated structure)는 하나의 기공 경계를 만들기 위해 함께 작용하는 여러 개의 개별적인 지지 경계 세그먼트(즉, 점선과 유사)를 사용하여 하나의 기공을 정의할 수 있다. 관심 개체가 유체-유체 계면의 일부 또는 전부를 통과할 수 있는지 또는 통과할 수 있어야 하는지 여부에 대한 본질적인 제한은 없다. 관심 개체가 둘 이상인 경우, 관심 개체의 유사성 또는 비 유사성 또는 개체의 특성 분포에 대한 본질적 제한은 없다.
달리 명시되지 않는 한, 시스템 구성 요소 특성에 대한 제한은 본 발명의 특정 적용에 의해서만 결정되며 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
비율 X(방정식 1)는 유체-유체 계면에 영향을 미치는 다른 힘에 대한 표면 장력의 상대적 크기를 평가하기 위한 다른 무차원 수량과 유사하게 정의할 수 있다. 그러나 이러한 힘은 유체 간 공유 계면의 면적에 작용하기 때문에 X는 힘 대신 압력의 비율로 정의되며(즉, 압력 = 힘/면적), 여기서 P표면 장력은 유체 계면의 곡률로 인해 발생하는 압력이고 P기타는 다른 소스에서 발생하는 압력이다.
(방정식 1)
예를 들어, 공기로 둘러싸인 등가 기공 반경 r의 다공성 소수성 막으로 지지되는 깊이 L의 정지된 부피의 물(H2O)의 경우 X는 방정식 2가 되며, 여기서 γ는 공기와 물의 표면 장력이다.
(방정식 2)
일부 구현예에서, 구조 물질 내의 기공의 크기는 특정 적용에 대해 원하는 수준의 계면 안정성을 달성하기 위해 선택된다. 일부 구현예에서, 기공 크기는 계면의 안정성을 조정하는 데 사용되는 설계 인자이며, 더 많거나 적은 안정성이 요구될 수 있다. 예를 들어, 적용에서 계면이 정지 상태에서는 안정적이지만 추가적인 불안정 압력이 가해지면 불안정해야 하는 경우, X 값은 정지 상태에서는 <1로, 추가적인 불안정 압력이 가해지면 >1로 설정되어 시스템의 허용 가능한 특성 표면 장력 압력 범위를 제한한다.
계면(예: 수성-공기 계면)을 잠재적으로 불안정하게 만들 수 있는 다른 압력의 원인으로는 유체 깊이(예: P = ρgh)로 인해 발생하는 압력, 원심분리기에 넣거나 충돌로 인해 갑작스러운 가속을 유도할 때 또는 컨테이너에 유체를 부을 때 발생하는 추가적인 가속도 등이 있다. 실제로 음파나 난류 유체 혼합 중에 발생하는 유체 역학처럼 공간적으로 불균일한 일부 불안정 압력은 계면에서 공간 및 시간 의존적인 압력 변동을 일으킬 수 있다. 마찬가지로, 유체 경계에서 자기장 내의 상자성 입자에 의해 공간적으로 불균일한 압력이 계면에 가해질 수 있다. 이러한 상황에서는 계면의 경계에 의해 정의된 것보다 더 작은 길이 스케일로 작용하여 계면의 국부적인 불안정화가 발생할 수 있다. 기하 형태, 맥락, 또는 시스템이 무엇이든, 계면의 안정성은 안정화 표면 장력 압력(P)의 크기에 대한 불안정화 압력(Pi)의 상대적 크기를 고려하여 평가할 수 있다. 일반적으로 표면 장력의 특성 압력이 본원에서 설명하는 안정화 기능을 제공하기에 불안정화 압력보다 충분히 큰 경우(즉, X <1) 계면은 안정적인 것으로 간주된다. 이 양은 본 발명이 적용되는 다양한 시스템에서 적용 가능한 파라미터 범위를 설정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 구현예에서, 유체를 선호하는 다공성 구조 물질은 바람직한 유체의 부피에 침지된다. 바람직한 유체가 물질 전체 또는 전체에 걸쳐 물질과 연관될 수 있는 경우, 유체의 부피는 포화된 것으로 간주될 수 있다. 일반적으로 주어진 다공성 구조 물질을 포화시킬 수 있는 부피의 범위가 있다. 부피가 물질 전체 또는 전체에 걸쳐 물질과 연관되기에 불충분한 경우, 이는 불포화된 부피로 간주된다. 포화되지 않은 경우, 선호되는 유체는 일반적으로 다공성 구조 물질에 의해 지지되지만 비선호 유체는 잠재적으로 다공성 지지 구조 내의 남은 공간과 연관될 수 있다. 포화 부피를 초과하는 부피는 과포화 부피로 간주되어 사용될 수도 있다. 일부 경우에, 이로 인해 다공성 구조 물질에 의해 잘 포함되지 않거나 잘 지지되지 않는 일부 유체가 발생할 수 있지만, 예를 들어 제조에 유리할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상부 유체 층은 의도적으로 과도하게 채워지거나 과도하게 포화될 수 있다(예를 들어, 도 17 참조). 다른 영역에서, 다공성 구조 물질의 위 또는 아래에 유체로 과충전된 영역의 일부는 일반적으로 선호되는 유체의 지지 영역 또는 부피보다 덜 안정적이거나 덜 지지되며 벌크 유체 운동, 난류력 또는 벌크 혼합에 더 취약하다. 이 예시에서, 과충전 영역은 유용할 수 있지만(예: 제조가 더 쉽거나 더 관대함), 기능을 방해하지 않으면서도 최적이 아닐 수 있다. 일부 구현예에서 안정화된 층 또는 상은 덜 충전되거나, 충전되거나, 또는 과충전된다 (도 20 참조).
일부 구현예에서, 안정화된 계면 시스템 및 방법 및 관련 조성물은 (1) 적어도 하나의 기공을 갖는 적어도 하나의 구조 물질, (2) 적어도 2개의 유체, 및 (3) 적어도 하나의 안정화된 계면, 상 또는 층을 포함한다. 일부 구현예에서, 기공의 크기는 표적 또는 다른 물질(예: 고체 상 또는 다른 담체 물질)에 결합된 표적이 외부 힘을 가하지 않고 통과할 수 있도록 한다. 다른 구현예에서, 표적 또는 다른 물질(예: 고체 상 또는 다른 담체 물질)에 결합된 표적은 외부 힘(예: 자기력, 원심분리)을 사용하여 기공을 통해 이동한다.
일부 구현예에서, 물질(예컨대, 표적)을 이동 또는 포지셔닝하기 위해 MIFT(혼화성 계면 시스템) 또는 SIFT(안정화 계면 시스템) 장치, 방법 및 조성물이 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, MIFT 및/또는 SIFT 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 이용한 이동 또는 위치 지정은 능동 이동 또는 위치 지정일 수 있다(예: 자기력, 회전력, 가속력, 보조 중력 등을 포함하는 외부 힘을 사용). 일부 구현예에서, MIFT 및/또는 SIFT 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 이용한 이동 또는 위치 지정은 수동 이동 또는 위치 지정일 수 있으며 외부 힘(예: 확산, 단순 중력, 삼투 등에 의해)을 사용하지 않고 수행될 수 있다.
시스템 성능은 유체 선호도를 변경하여 일부 적용에 이점을 제공함으로써 조절될 수 있다(예: 계면을 안정화하기 위해 구조 물질을 사용하는 장치의 취급 또는 운송 중 안정성 증가). 따라서, 본 발명의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 다른 시스템 유체에 비해 시스템 구조 물질과 상호 작용하는 것이 바람직하거나 에너지적으로 선호되는 적어도 하나의 시스템 유체를 포함하는 것이 유리하다. 실제로, 상호 작용의 에너지학(즉, 상대적 선호도)이 더 이질적일수록 계면이 더 안정적이다. 예를 들어, 처리되지 않은 폴리스티렌의 오일 대비 물 선호도는 폴리스티렌의 산소 플라즈마 처리를 통해 변경하여 물에 대한 폴리스티렌의 선호도를 더욱 증가시켜 안정성을 높일 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 사용 전 또는 사용 중에 유체에 계면활성제를 첨가하여 유체-물질 상호작용에 차등적으로 영향을 주어 계면의 안정성을 변화시킬 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 온도를 사용하여 상호 작용의 에너지를 변경할 수도 있다.
또한, 일부 구현예에서, 유체의 일부 또는 전부는 고체 및 유체 형태 사이에서 하나 이상의 전이를 겪을 수 있다(즉, "전환 가능"). 예를 들어, 일부 구현예에서, 적어도 하나의 유체는 실온에서 고체이고 특정 적용에 대한 작동 온도에서 유체인 것이 유리하다. 유체 중 하나를 고체화하면 불안정한 압력이 존재할 때 계면을 매우 안정적으로 만들 수 있는 반면, 유체 형태는 다른 적용에 필요에 따라 계면을 불안정하게 만드는 힘과 압력을 가할 수 있다. 일부 구현예에서, 고체와 유체 형태 사이의 전이는 온도에 의해 달성된다. 다른 구현예에서, 화학적(예: 원래 유체의 화학적 성질을 잠재적으로 변화시킬 수 있는 액화제) 또는 수화(예: 건조 자당의 재수화) 또는 기계적 수단(예: 조밀한 콜로이드의 초음파 액화)을 통해 달성된다. 따라서, 우리는 이러한 계면을 전환 가능한 계면을 생성하는 데 사용할 수 있는 "전환 가능한" 유체라고 지칭한다. 일부 구현예에서, 전환 가능한 유체는 시스템의 전환 가능한 동작을 가능하게 한다. 예를 들어, 온도에 민감한 왁스를 사용하여 물과 안정적인 계면을 생성하고 폴리프로필렌 구조 물질과 상호 작용하여 왁스-수성 계면을 안정화할 수 있다. 이러한 시스템에서, 왁스는 상온에서 고체 상태로 유지되어 유체일 때보다 훨씬 더 안정적인 계면을 제공할 수 있다. 고체 상태에서, 계면은 취급 및 운송에 견고하여, 구조 물질의 기공을 통해 관심 개체가 통과하는 것을 방지할 수 있다. 열을 가하면, 왁스는 유체가 되어 하나 이상의 관심 개체가 구조 물질의 기공을 통과해야 하는 적용에 사용할 수 있다. 예를 들어, 유체 형태에서는 자기장 내의 상자성 입자를 사용하여 표면 장력의 안정화 효과를 극복하고 상자성 입자 및 상자성 입자에 결합된 임의의 물질을 구조 물질의 기공을 통해 운반할 수 있다. 따라서, 전환 가능한 유체 및 계면의 사용은 본 발명에 추가적인 기능 및 유연성을 제공할 수 있다.
일부 적용에서, 유체 계면의 안정성 수준이 일정하게 유지된다. 다른 적용에서는 계면이 의도적으로 불안정해질 때까지 유체 계면의 안정성 수준이 유지된다. 다른 적용에서는, 계면의 안정성이 제어 가능하고 가역적인 방식으로 유지되거나 불안정해진다. 상기 적용 중 임의의 것에서, 유체-유체 계면(들)은 시스템 내의 특정 시점에 확립 또는 생성되거나, 잠재적으로 확립-해제되거나 해체될 수 있다(예: 시스템을 재구성하기 위해 유체를 추가하거나 제거함으로써). 일부 구현예에서, 전환 가능한 유체는 상기 시나리오의 유체 중 어느 하나에 대해 사용되어 가능한 구성의 조합 세트를 생성할 수 있다. 상기 구성의 추가 순열은 시스템 구성 요소의 서로 다른 상대적 위치뿐만 아니라 구성 간의 확립 또는 전환 타이밍을 사용하여 생성할 수 있다.
지지 구조의 위상학 및 표면 특성은 중력, 구심력, 자기력, 전기력 등 외부에서 가해지는 임의의 힘을 무시할 수 있도록 맞춰질 수 있다. 본 발명을 사용하면, 본 기술은 더 이상 마이크로 채널 및 소형 튜브에 국한되지 않고, 대신 상 또는 층 또는 계면과 연관된 고체 또는 반-고체, 다공성 지지 구조를 사용하여 거의 모든 원하는 유체 시스템을 모든 차원에 걸쳐 생성할 수 있다. 시스템/조성물의 구현예에서, 위상학 및 표면 화학은 (액체 표면 장력을 변경하기 위해) 지지 구조에 대한 주요 정의 특성이다. 모든 유체가 서로 접촉하는 유체 시스템이 필요한 경우, 지지 구조에는 유체가 흐르거나 상호 작용할 수 있는 적어도 하나의 개구부가 포함된다. 이 개구부는 표적 또는 표적-결합 입자가 통과할 수 있을 만큼 충분히 커야 하며, 크기 스펙트럼의 반대편에는 원하는 적용에 표면 장력이 우세한 계면을 보장할 수 있을 만큼 충분히 작아야 한다. 이러한 크기 제약은 유체, 물질 특성, 온도 및 압력과 같은 시스템 조건에 따라 달라진다. 본 발명은 본 발명의 적용 중 또는 적용을 위해 필요에 따라 선호되는 유체와의 연관이 지지 구조 전체 또는 지지 구조 전체에 걸쳐 유지되는 한 지지 구조에 개구부의 개수를 무제한으로 허용한다. 또한, 본 발명의 적용 중 또는 적용을 위해 필요에 따라 지지 구조 개구부 또는 기공 전체 또는 전체에 걸쳐 선호되는 유체와의 연관이 유지되는 한, 개구부 또는 기공의 모양은 중요하지 않다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 입자 격리를 위한 메쉬 강화 시스템을 제공한다. 입자는 표적-결합 입자를 포함하지만, 다른 입자, 즉 표적-결합 입자가 아닌 입자일 필요는 없다. 표적-결합 입자(예: 표적-결합 PMP)의 경우, 입자가 유체 A에서 유체 B로 유체-유체 계면을 통과할 때 일반적으로 소량의 유체 A가 표적 결합 입자와의 계면을 통해 유입되며, 이를 캐리오버(carryover) 유체라고 지칭한다. 캐리오버 유체는 일반적으로 표적 격리 과정에서 바람직하지 않으므로(예: qPCR의 민감도 및 특이도 감소 유발) 캐리오버를 줄이기 위한 시스템은 상당한 가치가 있다. 도 11A의 두 번째 그래픽은 격리 지점에서 안정화된 계면에 다공성 지지 구조물을 포함시키면 특히 안정화되지 않은 계면을 사용한 격리와 비교할 때 캐리오버가 크게 줄어든다는 것을 보여준다(SIFT). 이 그래픽은 확인된 데이터를 기반으로 한다.
일반적으로 도 11A의 첫 번째 그래픽에서 볼 수 있듯이, 입자가 유체-유체 계면을 통과하면 계면(이 경우 수성-오일 계면)에 초점이 생겨 입자가 응집되어 계면을 변형시켜 계면 장벽을 극복하고 유체 B로 들어갈 수 있는 큰 응집체가 형성되는 단일 "계곡(valley)"이 생성된다. 도 11A의 두 번째 그래픽에서 볼 수 있듯이, 안정화된 계면을 사용하면 적어도 두 가지 매우 중요하고 유용한 효과가 있다. 첫째, 계면에 하나의 큰 계곡 대신 여러 개의 작은 "계곡"이 형성된다. 따라서, 계면을 통과하기 위해 더 작은 응집체가 형성된다. 이는 응집체와 연관된 평균 캐리오버 유체를 감소시킨다. 이는 큰 응집체의 경우 작은 응집체보다 표면 대 부피 비율이 낮기 때문이다. 응집체 표면의 입자는 더 적은 캐리오버 유체와 연관되어 있으므로 응집체의 표면 대 부피 비율이 높을수록 캐리오버가 전반적으로 감소한다. 둘째, 응집체가 유체 A의 벌크를 통과하여 분리될 때, 작은 계곡은 더 큰 표면 장력 압력으로 인해 유체 A의 꼬리를 잡아 응집체가 벌크 유체에서 벗어나기 전에 유체 A의 벌크에 연결된다. 이는 (안정화 구조가 없는) 보다 안정적인 계면을 가진 유체가 캐리오버 유체도 감소시킨다는 이전의 관찰 결과를 통해 뒷받침된다.
따라서, 유체 캐리오버와 관련하여 표적-결합 입자를 격리하기 위한 도시된 메쉬-강화 시스템(또는 원하는 다공성을 가진 다른 구조 지지체를 사용하는 다른 시스템(예: SIFT 시스템))의 성능은 지지 구조 물질의 조절(예: 기하 구조, 기공 크기, 다공성, 기공 기하 구조의 분포 및 이질성, 안정화된 계면의 더 큰 규모의 곡률 또는 위상학 등) 또는 사용된 유체(예: 수성-오일, 수성-기체, 물-실리콘 오일, 물-불소 오일, 물-미네랄 오일, 계면활성제 첨가 등)의 조절을 통해 조절할 수 있다. 마찬가지로, 안정화 층의 전체 두께를 늘리거나 안정화된 유체 상 또는 층 내에 추가적인 지지 물질 층을 사용하여 캐리오버를 줄일 수도 있다. 안정화 층이 너무 얇으면, 안정화 층을 통해 유입된 응집체가 안정화 층을 통해 일시적인(또는 잠재적으로 영구적인) 유체 다리를 만들 가능성이 있다. 일부 경우(예: 비드 밀도가 높은 일부 적용)에서는 이러한 현상이 유리할 수 있으며, 고밀도의 입자가 지속적으로 형성되어 높은 표적 대 캐리오버 비율로 입자를 빠르게 격리할 수 있다. 유체 다리는 안정화된 층을 통해 전기적 연속성을 허용하는 것과 같은 다른 목적도 가질 수 있다. 다른 경우(예: 비드 밀도가 낮은 일부 적용)에서는 이러한 유체 다리가 불리할 수 있으며, 이 경우 안정화 층의 두께를 늘리면 유체 다리 형성 가능성을 줄이거나 없앨 수 있다. 다공성 지지 구조에 층 또는 깊이 추가는 다른 이점도 제공한다. 예를 들어, 기공 크기가 점점 더 작아지는 여러 층의 지지체 물질을 사용하면, 유체 B에 유입될 때 형성된 큰 응집체가 지지 구조의 후속 층에 갇혀 작은 응집체가 큰 응집체로부터 격리되는 2차 격리 단계가 발생하여 캐리오버를 더욱 줄일 수 있다. 이러한 입자 격리의 메쉬-강화(표적-결합 여부와 관계없이)는 의료 진단, 샘플 준비부터 농업 및 대규모 바이오-화학 공학 적용에 이르기까지 여러 산업 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이 시스템과 연관된 장치, 방법 및 조성물을 통해 표적 포지셔닝을 보다 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 도 11A 참조. 또한, 오염 물질이 전통적인 의미에서 씻겨 나가는 대신 근본적으로 배제되는 반면, 일반적으로 비드 사이의 간극 부피로 제한되는 오염 물질의 캐리오버는 이러한 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하여 감소되고 최소화된다. 본 발명의 안정화된 계면 시스템 및 조성물은 본 명세서에 설명된 대로 조립 및 제조될 수 있다. 안정화된 층을 생성하기 위해, 두 가지 비혼화성 유체 중 첫 번째 유체를 컨테이너에 추가한다. 제1 유체를 선호하는 다공성 지지 물질은 필요에 따라 물질이 컨테이너 내부의 제자리에 압입될 수 있도록 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단하여 제1 유체에 담근다. 그런 다음 제2 유체가 컨테이너에 추가된다. 선택적으로, 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 제2 유체를 선호하는 다공성 지지 물질이 제2 유체와 연관(예: 침지)된다.
일부 구현예에서, 시스템, 장치 및 방법은 표적의 위치 지정을 위해 설계되고 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 시스템, 장치 또는 방법을 사용하여 하나 이상의 표적을 이동, 분리, 격리, 검출, 식별, 분석, 스크리닝, 정량화 또는 정제할 수 있다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 샘플에서 분석물을 격리 및/또는 검출하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템, 방법 또는 장치는 서로 근접하여 안정화된 하나 이상의 오일 및/또는 하나 이상의 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함한다. 이러한 시스템과 장치는 다양한 용도를 갖는다. 예를 들어, 샘플 또는 기타 혼합물에서 표적 또는 표적 분석물의 존재 또는 양을 격리, 분리, 이동, 정제, 혼합, 결합 및/또는 후속 검출하는 데 사용할 수 있다.
표적은 양성 또는 음성 방식으로 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 표적을 이동 또는 격리하거나 샘플에서 표적을 제거하여(예: 검출 또는 측정 또는 폐기 등) 표적을 긍정적으로 배치할 수 있다. 표적은 예를 들어 하나 이상의 또는 모든 비-표적을 배치하거나 제거함으로써 부정적으로 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 예를 들어, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 포지셔닝하는 것은 긍정적으로 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 예를 들어, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 포지셔닝하는 것은 부정적으로 수행될 수 있다.
일부 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 층을 통해 표적 또는 분석물을 끌어내기 위해 자기, 전기 또는 가속도 기반 힘(예: 중력 또는 원심분리기를 통해)을 사용하여 표적 또는 분석물을 포함하거나, 포함할 수 있거나, 포함하거나 할 수 있는 것으로 의심되는 샘플 또는 혼합물로부터 표적 또는 분석물을 이동 또는 정제하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 안정화 오일 및/또는 하나 이상의 안정화 수성 상 및/또는 하나 이상의 기체 상을 포함하는 시스템 및 장치 및 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 시스템 및 장치는 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약을 포함한다. 정량화는 표적에 대해 양성-음성, 반-정량 또는 정량적일 수 있다. 격리는 완전하거나 부분적일 수 있다. 표적 또는 분석물의 검출, 식별, 분석, 격리 또는 정량화를 위한 시약 중 하나 이상 또는 전부가 시스템 또는 장치에 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 시스템, 장치, 조성물 및 방법은 처리 단계의 자율적 작동을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 발명은 층/계면을 통해 이동할 수 있는 임의의 고체 상(예: 상자성 입자)의 처리/노출/변형을 제공한다. 일 측면에서, 각 단계는 예를 들어 상자성 입자가 상, 층 또는 계면을 통과할 때 정제/분리 단계로 기능한다. 다른 측면에서, 예를 들어 상자성 입자가 상, 층 또는 계면 내에 있을 때 다른 기능(예: 고체 상의 화학적 변형, 고체 상으로부터의 용출 등)이 발생할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 고체 상은 표적이 (직접 또는 간접적으로) 결합, 부착 또는 고정된 고체 지지체이다. 고체 상에는 상자성 입자가 포함된다. 반-고체도 고체 상 역할을 할 수 있다. 일부 구현예에서, 표적이 부착된 모든 것이 "고체 상" 역할을 할 수 있다. 메쉬 기타 다공성 고체 지지 구조는 일반적으로 고체 상으로 간주되지 않는다. 일부 구현예에서, 표적은 고체 상(예: 세포)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 특정 매트릭스 내의 특정 표적 또는 분석물에 본원에 설명된 시스템, 장치 또는 방법을 적용하는 것이다.
일부 측면에서, 본 발명은 샘플로부터 표적을 격리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 샘플에서 표적을 검출 및/또는 정량화하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 샘플에서 표적의 존재 또는 양을 결정하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 시스템은 적어도 하나의 수성 상(예: 수성 층) 및 적어도 하나의 오일 상(예: 오일 층)을 수용하는 컨테이너를 포함한다. 수성 및 오일 상 또는 층은 컨테이너 내에서 안정화되고, 일부 구현예에서는 컨테이너 내에서 서로 가깝거나 다른 기능적 근접성(시스템, 방법 또는 장치의 기능에 대해 바람직하거나 필요한 거리)으로 안정화된다.
시스템은 표적 분석물의 격리를 용이하게 하기 위해 적합하거나 원하는 수의 수성 및/또는 오일 및/또는 기체 상 또는 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나의 수성 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 수성 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나의 오일 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 오일 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나의 수성 상 및 하나의 오일 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 수성 상 및 하나 이상의 오일 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 적어도 두 개의 수성 상 및 적어도 두 개의 오일 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 수성 상 및 오일 상은 교대 방식으로 적층되어, 두 개의 수성 상이 서로 직접 접촉하지 않고 두 개의 오일 상이 서로 직접 접촉하지 않는다. 일부 구현예에서, 컨테이너의 상단에 가장 가까운 상(예: 샘플과 먼저 접촉하는 상)은 수성 상이다. 다른 구현예에서, 컨테이너의 상단에 가장 가까운 상은 오일 상이다. 예를 들어, 일부 구현예에서 수성 상과 오일 상은 교대로 적층되어 시스템은 위에서 아래로 제1 수성 상, 제1 오일 상, 제2 수성 상 및 제2 오일 상을 포함한다. 다른 구현예에서, 시스템은 위에서 아래로, 제1 오일 상, 제1 수성 상, 제2 오일 상 및 제2 수성 상을 포함한다. 일부 구현예에서, 시스템은 적어도 3개의 수성 상 및 적어도 3개의 오일 상, 적어도 4개의 수성 상 및 적어도 4개의 오일 상, 적어도 5개의 수성 상 및 적어도 5개의 오일 상 등을 포함한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 수성 상은 안정화된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 오일 상이 안정화된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 수성 상 및 하나 이상의 오일 상이 안정화된다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 용해 버퍼를 포함한다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 제 1 수성 상(예: 컨테이너의 상단에 가장 가까운 수성 상)이다. 적합한 용해 버퍼는 샘플 및 표적의 특성에 따라 선택된다. 따라서 샘플이 시스템의 다른 구성 요소와 접촉하기 전에 샘플이 용해 버퍼와 접촉하도록 시스템에 샘플을 추가할 수 있다. 예를 들어, 용해 버퍼는 복수의 다공성 물질 위 및 컨테이너 내에 존재하는 임의의 오일 상 위에 컨테이너 내에 수용되어, 생물학적 샘플이 복수의 다공성 물질을 통과하기 전에 용해 버퍼와 접촉하도록 할 수 있다. 이는 샘플 내에 포함된 세포의 용해를 용이하게 하여, 표적의 존재 또는 양을 격리, 정제 또는 평가하기 전에 그 안에 포함된 표적 분석물의 방출을 용이하게 한다. 다른 구현예에서, 제1 수성 상은 제1 오일 상보다 아래에 있다(예:, 제1 오일 상은 컨테이너의 상단에 가장 가깝다). 이러한 구현예에서, 제1 오일 상은 표적 분석물을 방출하기 위해 샘플을 용해하기 전에 샘플에서 잠재적인 오염 물질을 제거하는 데 도움이 된다.
일부 구현예에서, 용해 버퍼는 복수의 다공성 물질의 하나 이상의 층들 사이(예: 하나의 다공성 물질과 다른 다공성 물질 사이)에 수용될 수 있다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 복수의 다공성 물질 상부 및/또는 복수의 다공성 물질의 하나 이상의 층들 사이에 수용된다. 다시 말해, 제1 수성 상 및 제2 수성 상은 용해 버퍼를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 핵산 격리에서, 제 1 용해 단계가 수행된 후 용해 또는 다른 버퍼를 사용한 세척 단계가 수행된다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 샘플을 시스템에 추가하기 전에 생물학적 샘플에 첨가된다. 예를 들어, 용해 버퍼는 샘플을 시스템에 추가하기 전에 수행되는 하나 이상의 전처리 단계의 일부로서 생물학적 샘플에 첨가될 수 있다.
임의의 적절한 용해 버퍼가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 염(예: NaCl, KCl, (NH4)2SO4 등)을 포함한다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 세제를 포함한다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 이온성 세제(예: 나트륨 도데실 설페이트, 데옥시콜레이트, 콜레이트 등), 비이온성 세제(예: 트리톤 X-100, DDM, 디지토닌, 트윈 20, 트윈 40, NP-40, 플루로닉 F-127), 양쪽이온성 세제 또는 카오트로픽(chaotropic) 세제를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 용해 버퍼는 0-5% 세제(v/v)를 포함한다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 0%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 2.5%, 약 3%, 약 3.5%, 약 4%, 약 4.5%, 또는 약 5%의 세제를 포함할 수 있다. 세제는 포유류 세포를 용해하는 데 가장 널리 사용된다. 박테리아 세포를 용해하려면 세포막에 접근하기 위해 세포벽을 분해해야 하는데, 이때 리소자임과 함께 세제가 종종 사용된다. 다운스트림 분석을 위한 바이러스 용해제는 바이러스에 따라 다르며 당업자에게 공지되어 있다. 용해 버퍼는 적절한 버퍼를 첨가하여 후속 사용에 적합한 부피로 만들 수 있다. 예를 들어, 인산 완충 식염수(PBS), 트리스 염산염, 식염수 등을 첨가하여 용해를 적절한 부피로 만들 수 있다. 용해 버퍼는 원하는 표적의 방출을 용이하게 하기 위해 그 안에 있는 내용물을 분해하는 것을 돕기 위해 하나 이상의 효소 또는 화학 약품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용해 버퍼는 하나 이상의 프로테아제와 같은 하나 이상의 효소를 더 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 용해 버퍼는 프로테아제 K(Proteinase K)를 포함할 수 있다. 용해 버퍼는 샘플 내의 표적의 분해를 방지하기 위해 하나 이상의 적합한 시약을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합한 시약 및/또는 억제제(예: RNase 억제제, 뉴클레아제 억제제 등)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에서 사용하기 전에 용해 버퍼에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 세척 버퍼를 포함한다. 세척 버퍼의 목적은 일반적으로 예를 들어 PMP가 사용되는 경우, PMP를 다음 상 또는 층으로 이동시키기 전에, PMP에 의해 세척 버퍼 층으로 운반되는 샘플의 원하지 않는 성분을 희석하는 것이다. 또 다른 목적은 예를 들어, 다음 층으로 이동하기 전에 PMP에 결합된 원치 않는 샘플 성분의 탈착을 촉진하는 것이다. 세척 또는 세척 버퍼는 또한 다음 층으로 이동하기 전에 세척 층으로 운반된 원치 않는 샘플 성분을 (예를 들어, 화학적으로) "완화"하는 데 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 세척 버퍼를 포함하는 수성 상은 제1 수성 상이 아니다(예: 컨테이너의 상단에 가장 가까운 수성 상이 아니다). 예를 들어, 세척 버퍼는 제2 수성 상, 제3 수성 상, 제4 수성 상 등이 될 수 있다. 일부 구현예에서, 복수의 수성 상이 세척 버퍼를 포함한다. 예를 들어, 제1 수성 상은 용해 버퍼를 포함하고, 제2 및 제3 수성 상은 세척 버퍼를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 세척 버퍼를 포함하는 수성 상은 용해 버퍼를 포함하는 수성 상 아래 및 표적 검출을 위한 시약 위에 존재한다. 일부 구현예에서, 세척 버퍼는 물을 포함한다. 일부 구현예에서, 세척 버퍼는 에탄올을 포함한다. 일부 구현예에서, 세척 단계 또는 세척 버퍼는 용해 버퍼 또는 세척 및 용해 버퍼의 혼합물과 함께 수행된다.
일부 구현예에서, 시스템은 상자성 입자를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 수성 상은 상자성 입자(PMP)를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상은 상자성 입자를 더 포함한다. 상자성 입자는 표적 분석물질에 결합하여 하나 이상의 표적-PMP 복합체를 생성한다. 일부 구현예에서, PMP는 표적 또는 표적 분석물에 결합하며, "표적-결합" PMP(또는 다른 표적 포획 고체 상)로 지칭된다. 일부 구현예에서, 표적-결합 PMP 또는 다른 표적-결합 고체 상은 표적 결합제, 예를 들어 항체, 항체 단편, 단일 사슬 Fv, 올리고뉴클레오티드, 압타머, 펩티드모방체 등과 접합하여 표적으로 향하고, 설명한 바와 같이 PMP 표적화제, "표적-결합" PMP로 사용된다. 임의의 적절한 상자성 입자가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상자성 입자는 상업적 공급업체로부터 구매할 수 있다. 사용되는 상자성 입자의 특정 유형은 샘플에서 격리할 표적에 따라 달라진다. 예를 들어, 상대적으로 큰 표면적을 가진 입자는 바이러스 RNA와 같은 핵산 결합에 바람직할 수 있다. 언급된 바와 같이, 일부 구현예에서, 하나 이상의 상자성 입자는 표적의 포획/정제를 돕기 위해 기능화될 수 있다. 예를 들어, 상자성 입자의 일부 또는 전부는 하나 이상의 항체, 항원-결합 단편(예: F(ab')2, Fab, Fab', Fv 등은 예를 들어 IgG 및 IgM의 가변 영역으로부터 생성되며, 이는 크기, 원자가 및 Fc 함량이 다양할 수 있음), 단일 사슬 가변 단편(scFV) 재조합 항체 단편(rAbF), 압타머, 펩티드 및 펩티드모방체, 천연 및 화학적 변형 안티센스 올리고뉴클레오티드 또는 표적의 포획을 돕는 다른 적합한 제제로 기능화될 수 있다. 일부 구현예에서, 상이한 상자성 입자는 상이한 표적에 대해 기능화되어, 하나의 상자성 입자 그룹이 샘플과의 성공적인 상호작용 및/또는 샘플로부터의 격리를 나타내는 기능을 할 수 있다(예: 샘플이 성공적으로 용해되었거나 PMP와 샘플이 성공적으로 혼합된 후 격리되었음을 나타내는 수단으로 타액 내 인간 RNaseP RNA/DNA를 표적으로 하는 입자). 일부 구현예에서, 상이한 상자성 입자 세트가 양성 또는 음성 대조군으로 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상자성 입자는 하나 이상의 스파이크 단백질 항체로 기능화되어 SARS, 코로나바이러스, SARS-CoV-2 및 관련 표적의 포획을 지원할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상자성 입자 또는 PMP에 대한 언급은 기능화된 상자성 입자를 포함한다.
상자성 입자는 동결건조 또는 건조될 수 있다. PMP는 동결건조 또는 건조된 혼합물 또는 용액에 포함될 수 있다. 다른 구현예에서, 상자성 입자는 액체 제형에 있을 수 있다. 상자성 입자는 샘플과 접촉하여 복수의 표적-PMP 복합체를 생성한다. 일부 구현예에서, 상자성 입자는 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너 내에 수용된다. 예를 들어, PMP는 제1 수성 상의 일부일 수 있다. 대안적으로, 상자성 입자는 별도로(예: 복수의 다공성 물질과 별도의 컨테이너 내에) 수용될 수 있다. 별도로 수용되는 경우, 상자성 입자는 샘플을 컨테이너에 추가하기 전에, 샘플을 컨테이너에 추가한 후에, 또는 샘플을 컨테이너에 추가하는 것과 동시에 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너에 첨가될 수 있다. 예를 들어, PMP는 컨테이너에 존재하는 제 1 수성 상에 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상은 또한 용해 버퍼를 포함하며, 컨테이너에 샘플을 첨가하면 그 안에 포함된 세포가 용해되고 표적 또는 분석물이 수성 층 내에 존재하는 PMP에 결합하게 된다. 대안적으로, 상자성 입자를 샘플과 혼합하여 복수의 표적-PMP 복합체를 포함하는 조성물을 생성하고, 그 조성물을 컨테이너에 첨가할 수도 있다.
임의의 적절한 양의 PMP가 샘플과 접촉될 수 있다. PMP가 액체 제형에 포함된 구현예에서, 상자성 입자를 포함하는 액체 조성물의 임의의 적절한 부피가 샘플과 접촉될 수 있다. 일부 구현예에서, PMP를 포함하는 액체 조성물의 부피는 샘플의 부피와 같거나 초과할 수 있다. 예를 들어, PMP를 포함하는 액체 조성물의 부피는 샘플의 부피의 적어도 100%, 적어도 150%, 적어도 200%, 적어도 250%, 적어도 300%, 적어도 350%, 적어도 400%, 적어도 450% 또는 적어도 500%일 수 있다.
PMP가 표적에 충분히 결합하도록 하기 위해 임의의 적절한 농도의 PMP를 사용할 수 있다(예: 충분한 수의 표적-PMP 복합체 형성). 동결 건조된 PMP 제제의 경우, 적절한 무게의 동결 건조된 제품을 사용하여 샘플과 접촉할 PMP의 적절한 농도를 보장할 수 있다. 액체 제제의 경우, PMP를 포함하는 액체 조성물은 PMP와 표적의 충분한 결합(예: 충분한 수의 표적-PMP 복합체 형성)을 보장하기 위해 임의의 적절한 농도의 PMP를 포함할 수 있다. 예를 들어, PMP는 액체 조성물에 약 1-20%(v/v)로 존재할 수 있다. 예를 들어, PMP는 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19% 또는 약 20%(v/v)의 양으로 액체 조성물 내에 존재할 수 있다.
일부 구현예에서, PMP를 포함하는 액체 조성물은 샘플의 처리/취급을 위한 다른 적합한 시약을 포함한다. 예를 들어, PMP를 포함하는 액체 조성물은 하나 이상의 세제, 환원제, 버퍼, 억제제, 효소(예: 프로테아제), 변성제 등을 포함할 수 있다. 샘플에 존재하는 임의의 추가 시약은 PMP를 포함하는 액체 조성물에 추가적으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 액체 조성물은 샘플의 점도를 낮추기 위한 하나 이상의 시약을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 조성물은 PMP와 DTT를 포함할 수 있다. 액체 조성물은 샘플 처리 중 표적(예: 표적 핵산, 표적 단백질 등)의 분해를 방지하기 위해 다른 적합한 버퍼, 억제제 등을 포함할 수 있다. PMP를 포함하는 액체 조성물에 존재할 수 있는 적합한 억제제는, 예를 들어, RNase 억제제, 프로테아제 억제제, 뉴클레아제 억제제 등을 포함한다. 동결 건조된 PMP 제형은 팽창제, 안정제 및 기타 적합한 부형제를 포함하여 동결 건조 공정에서 일반적으로 사용되는 다른 적합한 시약을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 시스템은 적어도 하나의 오일 상을 더 포함한다. 오일 상은 임의의 적절한 소수성 액체일 수 있다. 일부 구현예에서, 오일 상은 미네랄 오일, 코코넛 오일, 식물성 오일 등을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 오일 상(예: 가벼운 미네랄 오일, 코코넛 오일 등의 층)은 복수의 다공성 물질 위 및 세척 버퍼 및/또는 용해 버퍼(시스템 내에 존재하는 경우) 위에 존재한다. 따라서, 샘플은 용해 버퍼와 접촉하기 전에 오일 층을 통과할 것이다.
수성 및 오일 상은 하나 이상의 요인에 의해 컨테이너 내에서 안정화될 수 있다. 일부 구현예에서, 수성 및 오일 상은 적어도 부분적으로는 다공성 물질의 사용에 의해 안정화된다. 예를 들어, 본원에 설명된 시스템은 복수의 다공성 물질을 포함할 수 있다. 복수의 다공성 물질은 컨테이너 내에 적층되어, 표적(예: 표적-PMP 복합체)이 정제 공정 동안 복수의 다공성 층을 통과하도록 한다. 일부 구현예에서, 다공성 물질은 적층 내에서 서로 직접 접촉하지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 다공성 물질은 수성 상(예: 세척 버퍼, 용해 버퍼) 또는 오일 상(예: 미네랄 오일, 코코넛 오일)에 의해 분리될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 다공성 물질은 서로 직접 접촉한다.
임의의 적합한 다공성 물질이 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 다공성 물질은 친수성이다. 일부 구현예에서, 친수성 다공성 물질은 수성 상 또는 층 내에 있거나 포함한다. 일부 구현예에서, 다공성 물질은 소수성이다. 일부 구현예에서, 소수성 다공성 물질은 오일 상 또는 층 내에 있거나 포함한다. 일부 구현예에서, 다공성 물질은 섬유질 유리 물질이다. 예를 들어, 다공성 물질은 섬유질, 친수성 유리 메쉬일 수 있다. 일부 구현예에서, 다공성 물질은 합성 메쉬 물질이다. 예를 들어, 다공성 물질은 폴리프로필렌 메쉬, 폴리에틸렌 메쉬, 폴리에스테르 메쉬, 나일론 메쉬 또는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone, PEEK) 메쉬를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 합성 메쉬 물질은 소수성이다. 일부 구현예에서, 합성 메쉬 물질은 친수성이다. 예를 들어, 나일론-6은 친수성인 합성 메쉬 물질의 예시적인 예이다. 나일론-6 및 나일론-6 모세관 채널 폴리머(capillary-channeled polymer, C-CP) 섬유는 친수성이다.
일부 구현예에서, 각각의 다공성 물질은 동일하다. 즉, 시스템은 컨테이너 내에 적층된 복수의 다공성 물질을 포함하며, 적층된 각 층은 동일한 다공성 물질을 포함한다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 다공성 물질은 하나 이상의 다른 다공성 물질과 상이하다. 즉, 시스템은 컨테이너 내에 적층된 복수의 다공성 물질을 포함하며, 적층 내의 하나 이상의 층은 다른 층과 상이하다.
다양한 구현예에서, 다공성 물질은 물질 내의 기공 또는 개구부의 크기 및 표적 또는 분석물의 크기, 담체 또는 고체 상(예: PMP)에 결합된 표적 또는 분석물의 크기 및/또는 방법 중에 배제하고자 하는 샘플 내 요소의 크기에 기초하여 선택된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 다공성 물질의 기공 또는 개구부의 크기는 하나 이상의 다른 다공성 물질의 기공 또는 개구부의 크기와 상이하다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 다공성 물질 내의 기공 또는 개구부의 크기는 시스템 내의 하나 이상의 다른 다공성 물질 내의 기공 또는 개구부의 크기와 동일하다.
일부 구현예에서, 친수성 다공성 물질은 적어도 하나의 수성 상 또는 층과 연관되고, 소수성 다공성 물질은 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 연관된다. 예를 들어, 친수성 다공성 물질(예: 유리 메쉬, 나일론)은 컨테이너 내의 하나 이상의 수성 상 또는 층과 연관될 수 있고, 합성 소수성 메쉬 물질은 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 연관될 수 있다. 일부 구현예에서, 각 수성 상 또는 층은 친수성 다공성 물질을 포함하거나 본질적으로 구성하고, 각 오일 상 또는 층은 본질적으로 소수성 다공성 물질을 포함하거나 본질적으로 구성한다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층은 용해 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성하고, 제1 수성 상 또는 층과 연관된 친수성 다공성 물질(예: 유리 메쉬, 나일론)에 의해 안정화된다. 일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층 및 적어도 하나의 추가 수성 상 또는 층은 친수성 다공성 물질을 포함하거나 본질적으로 구성된다. 예를 들어, 제1 수성 상 또는 층은 용해 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성할 수 있고, 제2 수성 상 또는 층(및 잠재적으로 제3 수성 상 또는 층, 제4 수성 상 또는 층 등)은 세척 버퍼 및 친수성 다공성 물질을 포함하거나 본질적으로 구성할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 층은 소수성 메쉬(예: 소수성 합성 메쉬)에 의해 안정화된다. 예를 들어, 제1 오일 층, 제2 오일 층, 제3 오일 층 등은 오일 층과 연관된 소수성 합성 메쉬를 포함하거나 본질적으로 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 수성 및 오일 상 또는 층은 적어도 부분적으로는 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성을 조절함으로써 안정화된다. 예를 들어, 수성 및 오일 상 또는 층은 시스템 내에 존재하는 경우 밀도, 표면 화학, 표면 자유 에너지, 유체 보유, 및/또는 친수성 또는 소수성 다공성 물질의 다공성을 포함하는 형상 또는 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성을 조절함으로써 안정화될 수 있다. 일부 구현예에서, 수성 및 오일 상 또는 층은 적절한 조건에 의해 서로 근접하여 안정화되어, 유체 층을 지지 구조와 연관시키는 유체 보유력이 기능적 층 또는 상의 순서를 방해할 수 있는 다른 힘(예: 부력)보다 우세하다. 예를 들어, 중력이 있는 상태에서 물보다 밀도가 낮은 오일 위에 물을 용기에 주입하는 간단한 2상 시스템에서는 부력은 중력에 비해 오일이 물 상 위에 층을 형성하도록 시스템이 재구성된다. 소수성 안정화 다공성 물질이 오일의 상단 표면에 존재하고 물을 주입하기 전에 컨테이너 벽에 부착되어 있는 경우, 다공성 물질의 유체 보유력은 붓는 행위로 인해 발생하는 부력 및 힘/압력이 오일 층을 상단 위치로 재배열하는 것을 방지하여 오일을 수성 층 아래에 유지시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 오일 상 안정화는 상이한 밀도의 오일을 사용하여 조정, 변형 또는 선택된다. 오일 상은 또한 밀도 및/또는 가속도(예: 중력)로부터 발생하는 힘보다 표면 장력 및/또는 모세관 힘이 우세한 상 또는 층을 생성함으로써 조정 또는 변형될 수 있다.
수성 상 또는 층 또는 잠재적으로 연관된 지지 구조의 밀도 및/또는 표면 특성은 장치 또는 지지 구조와 층의 안정성 또는 연관을 조정하기 위해 조정될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 수성 상 또는 층의 밀도 및/또는 표면 특성은 상이한 염 또는 염의 양, 계면활성제 등을 포함하는 수성 상 또는 층을 사용하여 조정 또는 변형된다. 물과 같은 유체에 대한 선호도를 높이기 위해 폴리스티렌 메쉬의 산소 플라즈마 처리를 통해 유체와 연관된 구조의 표면 특성도 조정할 수 있다. 무거운 액체를 포함하는 상 또는 층을 생성하여 수성 상 또는 층을 변형시킬 수도 있다. 무거운 액체에는 폴리텅스테이트 나트륨, 메타텅스테이트 나트륨 및 메타텅스테이트 리튬이 포함된다. 이들은 모두 [H2W12O40]6-다가음이온을 기반으로 하는 무기 화합물이며, 물에 용해되어 매우 조밀한 용액을 형성하기 위해 희석되어 밀도가 낮은 수성 상 또는 층을 형성할 수 있지만 순수한 수성 상 또는 층보다 더 많다. 일부 구현예에서, 수성 상 또는 층은 밀도 및/또는 가속도(예: 중력)로부터 발생하는 힘보다 표면 장력 및/또는 모세관 힘이 우세한 상 또는 층을 생성함으로써 변형된다.
본 발명의 시스템, 장치 및 방법에서 상 또는 층의 밀도, 기계적 특성 및/또는 표면 특성은 또한 물질의 용융, 비등, 승화 등과 같은 상 변화를 통해 조정될 수 있다. 상 또는 층의 부력 및/또는 표면 장력을 조정하거나 변형하기 위한 유용한 상 변화 물질은 폴리에틸렌 글리콜 및 메톡시폴리에틸렌 글리콜과 같은 고분자 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 상 변화 물질은 예를 들어 왁스의 용융 온도보다 높은 작동 온도를 갖는 파라핀 왁스일 수 있다.
지지 구조의 다공성은 다양한 기공 크기 또는 다른 기공 크기 범위의 특정 물질을 사용하여 조정되거나 선택될 수 있다. 일부 유용한 다공성 물질(예: 니트로셀룰로오스)는 다양한 기공 크기로 만들어진다. 기공 크기는 또한 현장에서 조정되거나 변형될 수 있다(예: 팽창 또는 분해되는 하이드로겔 또는 건조 당이 포함된 다공성 물질 사용).
일부 구현예에서, 표적은 양성 또는 음성 방식으로 배치된다. 예를 들어, 표적은 (예: 검출 또는 측정을 위해) 표적을 위치시키거나 격리하거나 샘플 또는 물질로부터 표적을 제거함으로써 긍정적으로 위치시킬 수 있다. 표적은 예를 들어 하나 이상의 또는 모든 비표적을 위치시키거나 제거함으로써 부정적으로 위치시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 위치시키는 것은 표적 또는 표적에 연결된 물질을 다른 물질(예: 생물학적 또는 다른 샘플 내의 물질)로부터 멀리 위치시킴으로써 긍정적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 표적 또는 표적에 결합된 물질을 예를 들어 격리, 분리, 이동 또는 결합시킴으로써 표적을 위치시키는 것은 표적에 결합된 물질의 표적에서 비-표적 물질을 제거함으로써 부정적으로 수행된다.
예를 들어, 항체 기반 세포 격리를 사용하는 본 발명의 일부 구현예에서는, 양성 또는 음성 선택이 사용될 수 있다. 본 발명의 방법, 장치 또는 시스템을 사용하여 격리될 수 있는 세포는, 예를 들어, 줄기 세포, 순환 태아 세포, 순환 종양 세포 등을 포함한다. 본 발명은 또한 더 크고 다양한 세포 배경(예: 혈류, 생검 조직 등) 내에서 또는 환자 간 변이에 의해 가려질 수 있는 희귀 세포를 격리하는 데 사용될 수 있다. 무엇보다도, 본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 희귀한 표적 세포를 양성 또는 음성으로 배경에서 분리하는 수단을 제공한다.
양성 선택은 항체를 활용하여 항원-의존적 방식으로 세포를 포획하여 (항체, 탄수화물 수용체 등을 통해) 선택된 세포 마커에 특이적인 포획된 집단을 생성할 수 있다. 양성 선택은 정확하지만 마커가 표적 집단에 특이적이고 선험적으로 알려져 있어야 한다. 서로 다른 수준으로 발현되더라도 구별 마커가 알려지지 않았거나 차등적이지 않은 경우(즉, 인접한 세포 집단에서 공유되는 경우) 음성 선택이 사용될 수 있다. 본 발명의 음성 선택 구현예는 알려진 비-표적 마커를 활용하여 배경 집단을 고갈시킨다. 이 접근 방식에서는 표적 세포가 포획되지 않은 상태로 유지되므로 음성 방식으로 격리할 수 있다. 음성 선택의 경우, 표적 자체(또는 표적이 결합된 물질)를 이동시키는 대신 다른 물질을 표적에서 멀리 이동시킴으로써 표적을 다른 물질로부터 멀리 배치한다.
본원에 설명된 시스템은 시스템의 다양한 구성 요소(예: 적어도 하나의 수성 상(예: 수성 층), 적어도 하나의 오일 상(예: 오일 층), 복수의 다공성 물질 등)를 수용하는 컨테이너를 포함한다. 임의의 적합한 컨테이너가 사용될 수 있다. 적절한 컨테이너는 시스템의 원하는 용도에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 테스트 튜브, 마이크로원심분리기 튜브, 접시, 슬라이드, 플레이트, 멀티웰 플레이트(예: 4웰, 8웰, 12웰, 96웰, 384웰 등), 플라스크, 바이알, 채널 등이 포함되지만 이에 제한되지는 않다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 복수의 샘플이 동시에 처리될 수 있도록 다중 웰 플레이트이다.
컨테이너는 임의의 적절한 크기일 수 있다. 일부 구현예에서, 작은 컨테이너(예: 멀티웰 플레이트)는 생물학적 샘플로부터 분석물을 격리하는 데 적합할 수 있다. 다른 구현예에서, 더 큰 컨테이너가 하수 샘플과 같은 환경 샘플로부터 분석물을 격리하는 데 적합할 수 있다. 선택한 컨테이너에 따라 임의의 적절한 부피의 수성 및 오일 상이 사용될 수 있다. 예를 들어, 멀티웰 플레이트의 경우 비교적 적은 부피의 수성 및 오일 상이 사용될 수 있다(예: 0.5ml 미만). 그러나, 컨테이너의 크기가 증가함에 따라 수성 및 오일 상의 부피가 적절하게 확장되는 것으로 이해된다.
일부 구현예에서, 시스템은 표적을 검출하기 위한 시약을 더 포함한다. 일부 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 샘플이 표적을 검출하기 위한 시약과 접촉하기 전에 복수의 다공성 물질을 통과하도록 컨테이너의 바닥 표면을 향하여, 컨테이너의 바닥 표면에서 또는 컨테이너의 바닥 표면에 수용된다. 예를 들어, 표적 검출용 시약은 적절한 다공성 물질에 의해 컨테이너의 바닥 표면에서 안정화될 수 있다. 예를 들어, 표적 검출용 시약은 친수성 다공성 물질(예: 유리 메쉬, 나일론)과 연관될 수 있으며 오일 상 또는 층 아래에 위치하거나 안정화될 수 있다. 시약은 일부 구현예에서 구조적 다공성 물질, 예를 들어 친수성 다공성 물질(예: 유리 메쉬, 나일론)에 의해 컨테이너의 위 또는 바닥 표면에서 안정화될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적의 검출을 위한 시약은 지지 구조와 연관되지 않을 수 있다. 예를 들어, 시약은 안정화된 오일 상 또는 층 아래에 배치되어 제자리에 고정될 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 지지 구조(예: 다공성 유리 메쉬 또는 나일론 O-링과 같은 비-다공성 물질 장치)와 연관되어 안정화된 오일 상 또는 층 아래에 배치된다. 예를 들어, 표적 또는 표적들을 검출하기 위한 시약은 시약 위에 적절한 물질을 추가하여 제자리에 고정함으로써 컨테이너의 바닥에 유지된다. 일부 구현예에서, 표적 또는 표적들의 검출을 위한 시약은 시약 상부에 섬유질 물질(예: 폴리프로필렌 메쉬)을 배치함으로써 컨테이너의 바닥 표면을 향하여, 컨테이너의 바닥 표면에서 또는 컨테이너의 바닥 표면 위에 고정될 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 비-메쉬 또는 비-다공성 물질 장치, 예를 들어 O-링(예: PTFE O-링)에 의해 컨테이너의 바닥 표면에 고정된다.
다른 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 수용하는 컨테이너와는 별도의 컨테이너에 존재할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 수성 상, 적어도 하나의 오일 상 및 적층된 다공성 물질을 수용하는 컨테이너는 표적을 검출하기 위한 시약을 담는 별도의 컨테이너의 상부 또는 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 수성 상, 적어도 하나의 오일 상 및 다공성 물질을 수용하는 컨테이너는 인서트로서 사용될 수 있고, 표적 검출을 위한 시약을 담는 별도의 컨테이너 내에 배치될 수 있다. 자석은 표적의 검출을 위한 시약을 담는 컨테이너 아래에 배치되어, 표적-PMP 복합체가 인서트 내에 보유되는 물질을 통해 끌어당겨져 표적 검출을 위한 시약과 접촉하도록 할 수 있다. 설명된 일부 구현예에서, 시스템은 적어도 하나의 수성 상 또는 층과 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함하지만 오일 상 또는 층은 포함하지 않으며, 다른 구현예에서, 시스템은 적어도 하나의 오일 상 또는 층과 적어도 하나의 기체 상 또는 층을 포함하지만 수성 상 또는 층은 포함할 수 있다는 점에 주목할 것이다.
시스템의 일부 구현예에서, 자석은 컨테이너의 일부이다. 예를 들어, 일회용 사용을 위한 구현예를 포함하는 일부 구현예에서, 자석은 컨테이너 내에 포함되거나 고정될 수 있다(예: 컨테이너의 측면, 컨테이너의 바닥 등). 시스템의 다른 구현예에서, 자석은 컨테이너의 외부 바닥 또는 측면에 부착되거나 고정될 수 있다. 시스템의 다른 구현예에서, 컨테이너의 바닥 또는 컨테이너 바닥의 일부가 자석을 포함한다. 시스템의 다른 구현예에서, 컨테이너의 측면 또는 컨테이너 측면의 일부가 자석을 포함한다.
다른 구현예에서, 사용된 자석은 PMP에 대해 자석을 위치시키는 데 사용되는 고정 장치, 기구, 홀더, 도구 등의 일부이다.
일부 구현예에서, 표적의 검출을 위한 시약은 핵산 증폭(예: PCR, 등온 증폭 등) 및/또는 시퀀싱을 위한 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 예를 들어 RT-PCR, qPCR, qtPCR, 멀티플렉스 PCR, 어셈블리 PCR 또는 비대칭 PCR을 위한 시약을 포함한다. 다른 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 표적 또는 표적 분석물을 검출 또는 측정하기 위해 항체 및/또는 항체 단편을 사용할 수 있는 면역 분석용 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 면역 분석은 효소 면역 분석, ELISA(효소-결합 면역 흡착 분석, 직접 ELISA, 간접 ELISA, 샌드위치 ELISA 및 경쟁 ELISA 포함), IEMA(면역 효소 측정 분석), 방사선 면역 분석(RIA), 형광 면역 분석, 화학발광 면역 분석(CLIA) 및 계수 면역 분석(CIA)이다.
일부 구현예에서, 본 발명은 샘플 적용 공간, 카트리지 상단, 카트리지 하단, 표적의 검출 또는 정량화를 위한 시약 및 인클로저를 포함하는 유체 샘플에서 표적의 존재 또는 양을 결정하기 위한 유동 분석법(flow-through assay)을 포함하는 일회용 카트리지를 제공하며, 인클로저 내에 표적-결합 상자성 입자, 수성 상 또는 오일 상 또는 둘 다와 연관된 다공성 구조 물질 및 자석을 포함함으로써 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 사용하는 것을 포함하는 개선 사항을 제공한다. 다른 상 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명은 샘플 적용부, 접합부, 테스트부 및 장치의 상이한 부분에 미리-고정된 시약을 포함하는 유동 분석 장치(예: 측면 유동, 수직 유동)를 제공하며, 표적-결합 상자성 입자, 수성 상 또는 기체 상 또는 오일 상 또는 모두와 연관된 다공성 구조 물질 및 자석을 포함함으로써 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 기체 상 또는 오일 상을 사용하는 것을 포함하는 개선 사항을 제공한다. 다른 상 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 개선된 유동 분석 장치는 일회용, 현장 검사 장치 또는 카트리지로 사용하도록 설계된다.
일부 구현예에서, 본 발명은 제1 표지 결합제, 상기 표적 물질 및 제2 결합제의 삼원 복합체를 형성하는 것을 포함하는 샘플에서 표적 물질의 존재 또는 농도를 결정하기 위한 면역측정 분석을 제공하며, 상기 제2 결합제는 고체 담체에 결합되고, 샘플에서 물질의 존재 또는 양은 고체 담체에 결합된 표지 결합제의 양 또는 반응하지 않은 표지 결합제의 양을 측정함으로써 결정되며, 표적-결합 상자성 입자, 수성 상 또는 오일 상 또는 둘 다와 연관된 다공성 구조 물질 및 자석을 포함함으로써 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 사용하는 것을 포함하는 개선 사항을 제공한다. 다른 상 및/또는 대체 상이 사용되거나 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 고체 상은 상자성 입자이다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 결합제는 항체, 항체 단편, 올리고뉴클레오티드, 압타머, 펩티드, 펩티드모방체, 천연 또는 화학적으로 변형된 안티센스 올리고뉴클레오티드 또는 표적의 포획을 보조하는 다른 적합한 제제이다. 다른 구현예에서, 표적-결합 상자성 입자, 수성 상 또는 오일 상과 연관된 다공성 구조 물질을 포함함으로써 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 사용함으로써 개선된 분석은 IEMA, RIA, CIA, CLIA 또는 형광 면역 분석법이다.
일부 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 표적의 한 측면을 식별하기 위한 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 표적의 하나 이상의 측면을 식별하기 위한 시약을 포함한다. 표적 측면은 예를 들어 펩타이드, 단백질, 당단백질, 핵산의 후성유전학적 변형, 핵산 서열, 세포 표면 수용체, 세포 유형 등을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적 검출용 시약은 하나 이상의 표적, 또는 하나 이상의 표적의 하나 이상의 측면을 식별하기 위한 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 표적을 검출하기 위한 시약은 시스템 또는 장치의 서로 다른, 물리적으로 분리된 부분, 또는 본 발명의 시스템 또는 장치를 포함하는 컨테이너의 서로 다른 부분에 포함된다. 일부 구현예에서, 복수의 표적이 격리되고, 이러한 표적을 검출하기 위한 복수의 유형의 시약이 단일 장치 또는 시스템 내에 포함된다 (예를 들어, 예 13 참조).
표적 또는 표적 분석물의 검출 또는 측정을 위한 분석의 하나 이상의 단계를 수행하는 데 유용한 본 발명의 일부 구현예에서, 장치 또는 시스템의 하나 이상의 상 또는 층은 여러개의 서로 다른 버퍼 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 상 또는 층은 코팅 버퍼, 차단 버퍼, 안정화 버퍼, 세척 버퍼를 포함하거나, 또는 샘플 희석제 역할을 하거나 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 항체 또는 항체 단편은 검출 신호를 생성하는 데 사용된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치, 시스템 또는 방법을 사용하여 수행되는 분석은 자성 입자를 이용한 자기 분리를 사용하여 표적 또는 표적 분석물의 이동 또는 위치 지정이 달성되는 자기-활성화 면역 분석(magneto-actuated immunoassay)을 포함한다. 일부 구현예에서, 이들 구현예에서 사용되는 입자는 항체 또는 항체 단편의 부착에 의해 화학적으로 변형된 자철석 코어로 만들어진다. 일부 구현예에서, 분석법의 하나 이상 또는 모든 구성 요소는 표적 또는 표적 분석물을 격리 또는 정제하는 데 사용된다.
일부 구현예에서, 표적의 검출을 위한 시약은 표적의 루프 매개 등온 증폭(LAMP) 기반 검출을 위한 시약을 포함한다. 일반적으로 LAMP 반응에는 강력한 가닥 변위 활성과 고온에 대한 내성을 가진 DNA 중합 효소와 특정 구조의 최대 6개의 DNA 올리고뉴클레오티드를 포함한다. RT-LAMP 반응에는 역전사효소가 추가로 포함된다. 잠재적인 주형 분자가 있는 샘플을 반응에 추가하고 일정한 온도(예: 65℃)에서 20-60분 동안 인큐베이션한다. 올리고뉴클레오타이드는 역전사효소의 프라이머 역할을 하고, DNA 중합효소용 추가 올리고뉴클레오타이드는 DNA 생성물이 끝에서 다시 반복되도록 설계된다. 이는 차례로 DNA 중합 효소를 위한 자체-프라이밍 주형 역할을 한다. 몇 개의 RNA 주형 분자가 있으면 연쇄 반응이 시작되고, 추가된 시약(특히, 데옥시뉴클레오티드 삼인산염)이 모두 사용될 때까지 진행된다.
LAMP 분석 또는 RT-LAMP 분석은 고가의 장비나 추가 물질 없이도 신속한 특성, 원-튜브 처리, 및 결과의 손쉬운 시각화로 인해 특히 유용한 구현예이다. 특정 구현예에서, 표적의 검출을 위한 시약은 표적의 존재량을 검출하기 위한 비색 분석용 시약을 포함한다. 이러한 구현예는 샘플에 관심 표적이 포함되어 있는지 여부를 쉽게 시각화할 수 있게 한다. 일부 구현예에서, 샘플 수집 장치는 비색 루프 매개 등온 증폭(LAMP) 분석을 위한 시약을 포함한다. 핵산이 RNA인 구현예에서, 샘플 수집 장치는 비색 RT-LAMP 분석을 위한 시약을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 비색 LAMP 분석(또는 비색 RT-LAMP 분석)을 위한 시약은 충분한 핵산(예: LAMP 또는 RT-LAMP 시약이 검출하도록 설계된 표적 핵산)이 있는 경우 샘플의 색상 변화를 평가할 수 있는 지시자(indicator)를 더 포함할 수 있다. 적합한 지시자로는 pH-감응 지시자 및 금속-감응 지시자를 포함한다. 일부 구현예에서는 육안으로 쉽게 시각화할 수 있는 pH-감응 지시약(예: 페놀 레드)이 사용될 수 있다. 특정 적용(예: 효소(형광 측정, 열량 측정, 화학 발광, 강화 화학 발광), 방사 측정, 직접 형광, 시간 분해 형광, 직접 화학 발광, 인광 등)에 최상의 신호 감지 접근 방식은 사용자가 결정할 수 있다. 신호 증폭 기술 및 전략은 멀티플렉스 기술과 마찬가지로 본 발명의 시스템, 장치, 조성물 및 방법에서도 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 표적 검출용 시약은 표적을 검출하기 위한 형광 분석용 시약 또는 표적의 양을 정량적으로, 반-정량적으로 또는 미리 결정된 임계량으로 결정하기 위한 시약을 포함한다. 예를 들어, 샘플 수집 장치에는 형광 LAMP 또는 형광 RT-LAMP 분석용 시약이 포함될 수 있다. 적절한 형광 염료는 충분한 핵산의 존재 하에 형광 신호가 생성될 수 있도록 형광 LAMP 또는 형광 RT-LAMP 분석에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 표적의 검출을 위한 시약은 "예/아니오" 분석용 시약을 포함한다.
일부 구현예에서, 시약은 박테리아 핵산 또는 진핵 세포, 미토콘드리아 및 엽록체 등의 핵산을 포함하는 임의의 생명체 또는 복제 단위의 핵산을 검출하도록 설계된 올리고뉴클레오티드(예: 프라이머)를 포함한다. 일부 구현예에서, 핵산은 박테리아 핵산이다. 일부 구현예에서, 핵산은 바이러스 핵산이다. 일부 구현예에서, 핵산은 합성 또는 유전적으로 조작된 소스를 포함한 임의의 소스로부터의 핵산이다.
일부 구현예에서, 시약은 바이러스 RNA의 검출을 위해 설계된 올리고뉴클레오티드를 포함한다. 일부 구현예에서, 시약은 예를 들어 SARS-CoV2, 코로나바이러스, 리노바이러스, 인플루엔자 바이러스, 호흡기 세포융합 바이러스, 아데노바이러스, 파라인플루엔자 바이러스, 인간 면역결핍 바이러스, 인유두종 바이러스(human papillomavirus), 로타바이러스, 간염 바이러스(간염 바이러스 A, B, C, D 및/또는 E 포함), 지카 바이러스, 에볼라 바이러스, 결핵균(tuberculosis bacterium), 보렐리아 부르그도르페리(borrelia burgdorferi), 보렐리아 마요니(borrelia mayonii), 포도상구균(staphylococcus bacterium), 아스페르길루스균(aspergillus fungus) (아스페르길루스 니제르(aspergillus niger) 포함) 또는 연쇄상구균(streptococcus)(스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes) 포함)의 검출을 위해 설계된 올리고뉴클레오티드를 포함한다. 예를 들어, 시약은 SARS-CoV2, SARS, 코로나바이러스, 리노바이러스, 인플루엔자 바이러스, 호흡기 세포융합 바이러스 등으로부터 선택된 바이러스성 상부 호흡기 감염을 검출하도록 설계된 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 시약은 SARS-CoV-2 RNA 또는 이의 단편을 검출하기 위한 올리고뉴클레오티드를 포함한다.
일부 구현예에서, 시스템은 자석을 더 포함한다. 자석은 표적-PMP 복합체를 적층된 다공성 물질을 통해 끌어당겨 시약과 접촉하게 하여 분석물을 검출하는 데 사용되며, 따라서 여기서는 "정제 자석"으로 지칭될 수 있다. 정제 자석은 부분적 또는 완전한 정제를 제공할 수 있다. 정제 자석은 적층된 다공성 물질을 통해 표적-PMP 복합체의 일부, 대부분, 실질적으로 전부 또는 전부를 끌어당기기 위해 적절한 강도를 가지거나 컨테이너의 바닥 또는 컨테이너 내부에 적절히 근접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 정제 자석은 컨테이너 아래에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 복수의 정제 자석(예: 어레이로 배열된)을 포함한다. 예를 들어, 복수의 정제 자석은 복수의 컨테이너(예: 분석물의 격리 및 검출이 필요한 복수의 샘플을 포함하는 멀티웰 플레이트)를 동시에 또는 순차적으로 처리하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 자석 세트는 정제 자석의 균일성 및 강도에 영향을 미치거나 조정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 정제 자석이 어레이 패턴으로 배열되는 경우, 제2 자석 세트가 어레이의 둘레에 배치되어 엣지 효과를 감소시켜 어레이의 각 정제 자석에 대해 보다 일관된 자기장을 유지할 수 있다. 따라서, 제2 자석 세트는 본 명세서에서 "필드 안정화 자석"으로 지칭될 수 있다. 결합 후, 자석을 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너의 베이스와 같은 시스템에 적용하여, 적층된 다공성 물질을 통해 표적-PMP 복합체를 끌어당겨 샘플 내의 다른 성분으로부터 표적을 정제하거나 실질적으로 격리할 수 있다. 다공성 물질의 기공 크기는 표적-PMP 복합체가 기공을 통과할 수 있을 정도로 충분해야 하며, 다른 원치 않는 오염물질은 통과하지 못하도록 해야 한다. 원치 않는 오염물질은 모든 출처(예: 원본 샘플의 원치 않는 성분, 환경, 분석 시약, 장치 등)에서 발생할 수 있다.
다공성 물질의 기공 크기는 격리할 표적에 따라 최적화될 수 있다. 일부 구현예에서, 기공 크기는 0.5μM-.5mm 범위일 수 있다.
본원에 설명된 시스템은 원하는 샘플로부터 표적을 격리하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플은 생물학적 샘플이다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 비인두 샘플, 구인두 샘플, 구강 면봉 또는 스폰지 샘플, 비강 면봉 샘플, 중비갑개 샘플 또는 타액 샘플이다. 특정 구현예에서, 생물학적 샘플은 타액 샘플이다. 다른 구현예에서, 생물학적 샘플은 NP 샘플이다. 일부 구현예에서, 샘플은 환경 샘플이다. 예를 들어, 샘플은 하수 샘플일 수 있다. 일부 구현예에서, 환경 샘플 또는 생물학적 샘플은 조(crude) 샘플 및/또는 본 발명의 방법을 적용하거나 본 발명의 장치, 시스템, 방법 또는 조성물로 조작하기 전에 샘플로부터 하나 이상의 표적 분자가 정제 또는 증폭되지 않은 샘플이다.
일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 먼저 용해/결합 버퍼와 고체 상 또는 용해/결합 버퍼 및 고체 상(예: PMP)과 혼합된 후, 컨테이너 내에 있을 수 있는 시스템 또는 장치에 첨가된다. 일부 구현예에서, 시스템 또는 장치는 이미 용해/결합 버퍼 및 PMP를 포함하고 있으며, 생물학적 샘플이 여기에 추가된다. 면봉을 통해 획득한 생물학적 샘플(예: 비인두 샘플, 구인두 샘플, 구강 면봉 샘플, 구강 스폰지 샘플, 비강 면봉 샘플, 중비갑개 샘플 등)을 포함하는 일부 구현예에서, 면봉은 용해/결합 버퍼(및 컨테이너에 이미 포함된 경우 PMP)에 침지 및 혼합된다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 별도의 장치 또는 컨테이너를 사용하여 획득한 다음, 이미 용해/결합 버퍼 및 고체 상(예: PMP)이 포함된 컨테이너와 접촉한다. 두 컨테이너/장치의 연결/결합은 생물학적 샘플을 시스템 또는 장치로 도입하는 것을 용이하게 한다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플은 시스템 또는 장치에 추가되기 전에 특정 사전공정 또는 전처리 단계를 거친다.
샘플은 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에 샘플을 추가하기 전에 적절한 컨테이너(예: 샘플 수집 컨테이너)에 수집 및/또는 저장될 수 있다. 샘플을 수령하고 샘플을 보관하는 데 적합한 모든 유형의 샘플 수집 컨테이너를 사용할 수 있다. 샘플 수집 컨테이너의 예로는 가역적으로 제거 가능한 캡을 포함하는 튜브, 백, 주사기, 드로퍼 등이 포함되지만 이에 제한되지는 않다. 일부 구현예에서, 샘플은 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에서 사용하기 전에 사전-처리된다. 예를 들어, 샘플은 샘플 수집 컨테이너에서 사전 처리될 수 있다. 또 다른 예로서, 샘플은 적절한 제2 컨테이너로 이동되고 상기 제2 컨테이너 내에서 사전 처리될 수 있다.
일부 구현예에서, 샘플은 샘플 내의 잠재적 병원체(예: 바이러스, 박테리아)를 비활성화하기 위해 사전 처리될 수 있다. 예를 들어, 샘플은 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에서 사용하기 전에 사전 처리될 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플은 샘플 내의 세포를 용해시켜 후속 검출을 위한 표적(예: 핵산)을 방출하도록 사전 처리될 수 있다. 이러한 구현예에서, 전처리 단계는 세포 용해(예: 핵산의 방출) 및 샘플 내의 잠재적 병원체의 비활성화를 모두 달성한다. 일부 구현예에서, 샘플은 동결, 가열 및/또는 샘플에 변성제를 첨가하여 전처리될 수 있다. 예를 들어, 샘플은 샘플 내의 잠재적 병원체를 비활성화하기 위해 적절한 시간 동안 충분한 온도로 가열하여 사전 처리될 수 있다. 예를 들어, 샘플은 약 40℃ 이상으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 약 40℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 95℃, 100℃ 또는 100℃ 이상으로 가열될 수 있다. 샘플은 5분, 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 또는 1시간 이상과 같은 적절한 시간 동안 가열된 온도에서 유지될 수 있다. 특정 구현예에서, 샘플은 단일 열처리 단계에서 세포 용해 및 바이러스 비활성화를 모두 달성하기 위해 5분 동안 98℃-100℃로 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플 전처리는 샘플 내의 잠재적 병원체를 비활성화하기 위해 변성제를 첨가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 변성제는 샘플과 접촉하는 용해 버퍼에 존재할 수 있다. 예를 들어, 적합한 변성제는 구아니딘-기반 변성제(예: 구아니딘 염산염, 구아니딘 티오시아네이트 등) 및 계면활성제(예: 트리톤 X-100, 트윈20)를 포함한다. 일부 구현예에서, 샘플은 변성제를 포함하지 않는다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 샘플(예: 타액 샘플)은 구아니딘-기반 변성제를 포함하지 않을 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플(예컨대, 타액 샘플)은 0.3M 미만의 구아니딘-기반 변성제를 함유한다. 예를 들어, 샘플(예: 타액 샘플)은 0.3M 미만, 0.25M 미만, 0.2M 미만, 0.15M 미만, 0.1M 미만 또는 0.5M 미만의 구아니딘-기반 변성제를 함유할 수 있다.
특정 샘플(예: 타액)의 점도는 샘플 취급을 어렵게 만든다. 게다가 개인마다 채취한 샘플의 점도가 다르기 때문에 대상체 간 샘플 채취의 편차가 발생할 수 있는 잠재적 문제가 발생한다. 예를 들어, 점도가 높은 타액 샘플은 점도가 낮은 타액에 비해 원하는 컨테이너에 성공적으로 피펫팅되는 타액의 부피가 적을 수 있다(예: 샘플에서 병원균을 검출하기 위한 후속 작업). 이로 인해 위음성 결과를 포함하여 변형 또는 부정확한 결과에 대한 잠재적인 다운스트림 문제가 발생할 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플의 점도를 감소시켜 후속 처리 단계에서 샘플 취급을 개선하기 위해 샘플을 전처리할 수 있다. 특정 구현예에서, 전처리 단계는 한 단계에서 샘플 내의 병원체를 비활성화하고 샘플의 점도를 감소시키기 위해 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 점도를 감소시키는 하나 이상의 제제가 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에서 샘플을 사용하기 전에 샘플에 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 점도를 감소시키는 제제는 환원제이다. 적절한 환원제는 예를 들어 디티오트레이톨(dithiothreitol, DTT), 트리스(2-카복시 에틸)포스핀(tris(2-carboxyethyl)phosphine, TCEP) 또는 2-메르캅토에탄올(2-mercaptoethanol)을 포함한다.
임의의 적절한 양의 환원제가 샘플에 첨가될 수 있다(또는 수집할 때 샘플이 배치되는 보관 버퍼에 존재할 수 있다). 일부 구현예에서, 환원제는 샘플이 접촉되는 용해 버퍼에 존재한다. 일부 구현예에서, 환원제의 적절한 농도는 0-500mM 범위일 수 있다. 예를 들어, DTT 또는 TCEP의 적절한 농도는 0-250mM 범위일 수 있다(예: 0mM, 약 10mM, 약 20mM, 약 30mM, 약 40mM, 약 50mM, 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 110mM, 약 120mM, 약 130mM, 약 140mM, 약 150mM, 약 160mM, 약 170mM, 약 180mM, 약 190mM, 약 200mM, 약 210mM, 약 220mM, 약 230mM, 약 240mM, 또는 약 250mM). 예를 들어, 디티오트레이톨(DTT)은 샘플의 점도를 감소시키기 위해 적절한 농도로 생물학적 샘플(예: 타액 샘플)에 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 타액 샘플 내에서 1X 농도를 달성하기 위해 DTT를 첨가할 수 있다. 또 다른 예로서, 2-메르캅토에탄올의 적절한 농도는 0-500mM 범위일 수 있다(예: 0mM, 약 25mM, 약 50mM, 약 75mM, 약 100mM, 약 125mM, 약 150mM, 약 175mM, 약 200mM, 약 225mM, 약 250mM, 약 275mM, 약 300mM, 약 325mM, 약 350mM, 약 375mM, 약 400mM, 약 425mM, 약 450mM, 약 475mM, 또는 약 500mM).
일부 구현예에서, 점도 감소제(예: DTT)는 샘플을 가열하기 전에(예: 병원체 비활성화 및/또는 세포 용해를 유도하기 위해) 샘플에 첨가된다. 일부 구현예에서, 점도 감소제는 수집 후 샘플이 첨가되는 샘플 저장 버퍼에 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 점도 감소제는 샘플을 가열한 후에 샘플에 첨가된다. 일부 구현예에서, 점도 감소제는 샘플이 접촉되는 용해 버퍼에 존재한다. 일부 구현예에서, 샘플의 점도를 감소시키기 위해 샘플을 동결시킬 수 있다. 임의의 적절한 전처리 단계 또는 전처리 단계의 조합은 원하는 결과(예: 세포 용해, 병원체 비활성화 및/또는 샘플의 점도 감소)를 달성하기 위해 수행될 수 있다.
샘플은 추가로 적절한 세제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 이온성 세제(예: 나트륨 도데실 설페이트, 데옥시콜레이트, 콜레이트 등), 비이온성 세제(예: 트리톤 X-100, DDM, 디지토닌, 트윈 20, 트윈 40, NP-40, 플루로닉 F-127), 양쪽이온성 세제 또는 카오트로픽(chaotropic) 세제를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플은 0-5%의 세제(v/v)를 포함한다. 예를 들어, 샘플은 0%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 2.5%, 약 3%, 약 3.5%, 약 4%, 약 4.5%, 또는 약 5%의 세제를 포함할 수 있다. 세제는 샘플에 첨가되거나(예: 용해 버퍼의 일부로서 샘플과 접촉) 샘플이 수집될 때 샘플이 첨가되는 샘플 저장 버퍼에 존재할 수 있다.
일부 구현예에서, 샘플은 비이온성 세제(예: 트리톤 X-100)를 포함한다. 예를 들어, 샘플은 0.001-.1% 트리톤 X-100을 포함할 수 있다. 샘플은 적절한 버퍼를 추가하여 후속 사용에 적합한 부피로 만들 수 있다. 예를 들어, 샘플은 인산 완충 식염수(PBS), 범용 수송 매체(UTM), 식염수 등을 첨가하여 적절한 부피로 만들 수 있다. 이러한 버퍼는 샘플에 첨가되거나 샘플을 수집할 때 샘플이 첨가되는 샘플 저장 버퍼에 존재할 수 있다. 샘플은 원하는 표적의 방출을 용이하게 하기 위해 그 안에 있는 내용물을 분해하는 데 도움이 되는 하나 이상의 효소 또는 화학 제제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 하나 이상의 프로테아제와 같은 하나 이상의 효소를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 샘플은 프로테아제 K를 포함할 수 있다. 샘플은 샘플 내의 표적의 분해를 방지하기 위해 하나 이상의 적합한 시약을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합한 버퍼 및/또는 억제제(예: RNase 억제제, 뉴클레아제 억제제 등)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 시스템에서 사용하기 전에 샘플에 첨가될 수 있다.
본 명세서에 기술된 시스템, 장치, 조성물 및 방법은 임의의 샘플 또는 소스로부터 원하는 표적을 격리, 검출, 식별 또는 정량화하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 장치, 조성물 및 방법은 검출, 정량화 등을 포함한 임의의 목적을 위해 임의의 샘플 또는 소스로부터 임의의 원하는 표적을 배치시키는 데 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 및/또는 방법은 원하는 표적의 격리 및 후속 검출을 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 표적은 세포이다. 일부 구현예에서, 표적은 핵산(예: DNA, RNA, 또는 mRNA 및 rRNA를 포함하는 다양한 아형), 단백질, 대사산물, 탄수화물, 당펩타이드 또는 지질이다. 예를 들어, 표적은 DNA 또는 RNA일 수 있다. 일부 구현예에서, 표적은 샘플을 획득한 하나 이상의 대상체를 감염시키는 병원체로부터 발생하는 핵산 또는 단백질(예: 항체, 호르몬 등)일 수 있다. 예를 들어, 표적은 박테리아 핵산(예: 박테리아 DNA 또는 RNA) 또는 바이러스 핵산(예: 바이러스 DNA 또는 RNA)일 수 있다. 다른 예로서, 표적은 병원체 감염에 대응하여 대상체에 의해 생성된 항체일 수 있다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템 및/또는 방법은 샘플 분석에 의해 신원 또는 친자 관계를 결정하는 데 사용된다. 일부 구현예에서, 샘플은 출생 전 또는 출생 후 스크리닝을 위해 본 발명의 장치, 시스템 및/또는 방법에서 사용하기 위해 제공된다.
일부 구현예에서, 샘플은 감염이 의심되는 대상체로부터 얻는다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 감염이 의심되는 대상체로부터 획득할 수 있다. 일부 구현예에서, 환경 샘플은 집단의 하나 이상의 구성원이 감염이 의심되는 지역에서 획득할 수 있다. 예를 들어, 하수를 수집하여 주변 집단의 한 명 이상의 구성원이 관심 감염이 의심되는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있다. 대상체 또는 집단의 하나 이상의 구성원은 샘플에서 검출될 수 있는 병원체에 의한 감염, 또는 샘플에서 검출될 수 있는 항체를 생성하게 하는 감염이 의심될 수 있다. 일부 구현예에서, 생물학적 샘플을 얻은 대상체 또는 환경 샘플을 수집한 지역에 근접한 집단에 속한 한 명 이상의 사람이 SARS-CoV2, 코로나바이러스, 리노바이러스, 인플루엔자 바이러스, 호흡기 세포융합 바이러스, 아데노바이러스, 파라인플루엔자 바이러스, 인간 면역결핍 바이러스, 인유두종 바이러스(human papillomavirus), 로타바이러스, 간염 바이러스(간염 바이러스 A, B, C, D 및/또는 E 포함), 지카 바이러스, 에볼라 바이러스, 결핵균(tuberculosis bacterium), 보렐리아 부르그도르페리(borrelia burgdorferi), 포도상구균(staphylococcus bacterium), 아스페르길루스균(aspergillus fungus) (아스페르길루스 니제르(aspergillus niger) 포함) 또는 연쇄상구균(streptococcus) (스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes) 포함)에 감염된 것으로 의심된다, 일부 구현예에서, 대상체 또는 집단의 구성원은 박테리아 감염 또는 바이러스 감염이 의심될 수 있다. 예를 들어, 대상체 또는 집단 구성원은 상부 호흡기 감염이 의심될 수 있다. 예를 들어, 대상체 또는 집단 구성원은 SARS-CoV-2, 코로나바이러스, 리노바이러스, 인플루엔자, 호흡기 세포융합 바이러스 등의 감염을 포함한 바이러스성 상부 호흡기 감염이 의심될 수 있다.
본 명세서에 설명된 시스템은 샘플로부터 표적을 위치시키거나 격리하는 방법 및/또는 표적의 검출, 식별, 정량화 또는 정제(부분 또는 전체)에 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 시스템은 샘플에서 표적을 격리하고 후속적으로 검출하는 방법에 사용된다. 예를 들어, 본원에 제공된 일부 측면은 샘플로부터 표적을 격리하는 방법으로, 본원에 설명된 바와 같이 샘플을 시스템에 추가하는 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 샘플은 용해 버퍼와 접촉하여 용해되고, 이에 따라 표적 분석물이 방출된다. 이 방법은 상 또는 층, 메쉬 등의 방향에 따라 컨테이너의 바닥 또는 측면에 자력을 가하여 복수의 다공성 물질을 통해 표적 분석물을 끌어당겨 샘플에 존재하는 다른 잠재적 오염물질로부터 표적을 정제하는 것을 더 포함한다. 일부 측면에서, 본 발명은 샘플에서 표적을 격리 및 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 본 명세서에 기술된 바와 같이 표적의 검출을 위한 복수의 다공성 물질 및 시약을 수용하는 컨테이너를 포함하는 시스템에 샘플을 추가하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 컨테이너의 바닥 또는 측면에 자력을 가하여, 복수의 다공성 물질을 통해 표적을 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적의 검출을 위한 시약과 접촉하도록 끌어당기는 것을 더 포함한다.
본 명세서에 기술된 방법의 일부 구현예에서, 샘플은 시스템에 자력을 가하기 전에 본 명세서에 기술된 바와 같이 상자성 입자 또는 기능화된 상자성 입자(PMP)와 접촉한다. 샘플을 상자성 입자와 접촉시키면 하나 이상의 표적-PMP 복합체가 생성되고, 시스템에 자력을 가하면 복수의 다공성 물질을 통해 복수의 표적-PMP 복합체가 컨테이너의 바닥 표면으로 끌어당겨진다. 일부 구현예에서, 샘플은 하나 이상의 표적-PMP 복합체를 포함하는 조성물을 생성하기 위해 별도의 컨테이너 내의 상자성 입자와 접촉(예: 혼합)되고, 그 조성물은 이어서 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너에 배치(예: 피펫팅)된다. 다른 구현예에서, 상자성 입자는 복수의 다공성 물질 및 수성 및 오일 상(들)을 수용하는 컨테이너 내에 수용된다. 예를 들어, 동결건조된 상자성 입자는 컨테이너 내에 존재할 수 있다. 상자성 입자는 액체 형태(예: 용해 버퍼의 일부로서)로 컨테이너 내에 존재할 수 있다. 이러한 구현예에서, 컨테이너에 샘플을 추가하면 샘플이 PMP와 접촉하여 컨테이너 자체 내에서 표적-PMP 복합체를 생성하게 된다.
일부 구현예에서, 샘플은 본 명세서에 기술된 바와 같이 용해 버퍼와 접촉된다. 전술한 바와 같이, 용해 버퍼는 샘플을 시스템에 추가하기 전에 샘플과 접촉될 수도 있고, 용해 버퍼는 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너 내에 존재할 수도 있다. 샘플을 용해 버퍼와 접촉시키면 샘플의 다양한 구성 요소로부터 표적을 방출할 수 있으므로, 표적의 후속 격리 및/또는 검출이 용이해진다.
일부 구현예에서, 샘플은 세척 버퍼와 접촉된다. 전술한 바와 같이, 세척 버퍼는 복수의 다공성 물질을 수용하는 컨테이너 내에 존재할 수 있다. 컨테이너의 바닥 표면에 자력을 가하면, 컨테이너 내에 존재하는 세척 버퍼를 통해 표적(예: 표적-PMP 복합체)을 끌어당겨서 표적의 추가 정제를 용이하게 한다.
일부 구현예에서, 방법은 샘플로부터 일부, 전부 또는 실질적으로 전부(방법의 목적에 따라 원하거나 필요한 경우)를 제거 또는 격리한 후 표적을 검출하는 것을 더 포함한다. 이러한 방법에서, 시스템은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 컨테이너의 바닥(또는 측면) 표면에서, 근처에서 또는 그 위에 수용된 표적을 검출하기 위한 시약을 포함한다. 표적-PMP 복합체는 수성 및 오일 상을 통해, 그리고 복수의 다공성 물질을 통해 끌어당겨지고, 표적 검출을 위해 시약과 접촉한다. 일부 구현예에서, 적절한 인큐베이션 시간은 적절한 온도(예: 65℃에서 20-60분)에서 경과하도록 허용되고 접촉으로 인한 신호가 측정된다. 예를 들어, 비색 신호(예: 색상 변화) 또는 형광 신호가 측정되어 표적을 포함하는 웰을 결정할 수 있다. 신호(예: 색상 변화, 형광 신호)의 측정은 예를 들어 시각화(예: 육안으로)하여 수행할 수 있다. 대안적으로, 플레이트 판독기와 같은 장비를 사용하여 신호를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 형광 신호는 플레이트 판독기를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 구현예에서, 격리된 표적-PMP 복합체는 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약과 접촉되고, 접촉으로 인한 신호가 측정된다. 예를 들어, 신호는 비색 신호(예: 비색 RT-LAMP 분석으로부터의 신호) 또는 형광 신호(예: 형광 RT-LAMP 분석으로부터의 신호)일 수 있다.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법은 단일 샘플에 대해 수행된다. 다른 구현예에서, 방법들은 복수의 샘플에 대해 동시에 수행된다. 일부 구현예에서, 샘플은 풀링된 이후 본원에 기술된 시스템 및 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플은 복수의 별개의 개인으로부터 수집되어 함께 풀링된 후, 본 명세서에 기술된 방법에서 집단에 병원체 감염 케이스(예: SARS-CoV2)가 있는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 복수의 생물학적 샘플이 한 개인으로부터 수집될 수 있고, 별개의 개인으로부터의 복수의 생물학적 샘플이 풀링되어 본원에 설명된 방법에서 사용할 수 있는 샘플의 양을 증가시킬 수 있다. 이러한 구현예는 개인이 한 번의 수집 동안 충분한 양의 타액을 제공할 수 없는 경우 또는 동일한 샘플을 사용하여 다수의 검사를 수행할 수 있는 경우에 유용할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 방법 단계는 자동화된다. 일부 구현예에서, 본원에 설명된 샘플 준비 단계는 자동화된다. 일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 검출 단계는 자동화된다. 일부 구현예에서, 결과의 획득은 자동화된다. 일부 구현예에서, 다른 장치 또는 비-사용자 제3자에 대한 결과의 의사소통이 자동화된다. 일부 자동화된 구현예에서, 본원에 기술된 단계 및/또는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되며, 컴퓨터는 프로세서 및 메모리를 포함한다. 메모리는 프로세서에 주어진 작업을 실행하도록 지시하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 프로세서가 다채널 피펫으로 하여금 피펫 팁을 피펫에 부착하고, 샘플을 흡인하며, 생물학적 샘플을 PMP와 혼합하여 하나 이상의 표적-PMP 복합체를 포함하는 조성물을 생성하고, 본원에 설명된 바와 같이 시스템으로 조성물을 흡인하며, 자석을 컨테이너의 바닥 또는 다른 표면(예: 측면 표면)에 가까이 가져오고, 또는 컨테이너 표면 내에 있거나 근접한 전자석을 켜도록 지시하는 소프트웨어, 및 복수의 다공성 물질, 및 청구된 방법을 수행하기 위한 기타 필요한 기능을 포함할 수 있다.
본 발명은 샘플로부터 표적을 격리하기 위한 시스템을 포함하며, 이 시스템은 컨테이너 내에서 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 포함한다. 이 시스템의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 적어도 하나의 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질 및/또는 적어도 하나의 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화된다. 본 시스템의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 시스템 내에 존재하는 경우, 부력, 표면 화학 및 친수성/소수성 다공성 물질의 다공성으로부터 선택된 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성을 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 적어도 하나의 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질, 적어도 하나의 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질, 및 적어도 하나의 오일 상의 부력이 적어도 하나의 수성 상의 표면 장력보다 작도록 표면 화학을 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화된다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 시스템은 제1 수성 상, 제2 수성 상, 제1 오일 상 및 제2 오일 상을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 시스템의 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 상기 상들은 컨테이너 내에 교대로 적층될 수 있으며, 제1 수성 상 및 제2 수성 상이 서로 직접 접촉하지 않고, 제1 오일 상 및 제2 오일 상이 서로 직접 접촉하지 않도록 할 수 있다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 시스템은 컨테이너를 포함하는 장치에 제공되고, 컨테이너는 컨테이너에 샘플을 추가할 수 있는 상부 개구부를 포함할 수 있다. 이러한 구현예들 중 어느 하나에서, 시스템은 인서트를 포함하는 장치에 제공되고, 인서트는 인서트에 샘플을 추가할 수 있는 개구부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 컨테이너의 상부 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 샘플이 첨가되는 인서트의 부분에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상은 컨테이너의 상부 개구부에 가장 가깝다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 오일 상은 샘플이 첨가되는 인서트의 부분에 가장 가깝다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 용해 버퍼를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성될 수 있다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상은 세척 버퍼를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성될 수 있다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 시스템, 장치, 컨테이너 또는 인서트는 상자성 입자(PMP)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, PMP는 컨테이너 내에 수용된다. 청구항의 시스템은 동결건조되거나 건조되거나 액체 형태이다. 일부 구현예에서, PMP는 적어도 하나의 수성 상 내에 수용된다. 하나 이상의 수성 상 또는 층을 갖는 일부 구현예에서, PMP는 하나 이상의 또는 모든 수성 상 또는 층 내에 수용된다. 일부 구현예에서, PMP는 적어도 하나의 오일 상 또는 층 내에 수용된다. 하나 이상의 오일 상 또는 층을 갖는 일부 구현예에서, PMP는 하나 이상의 모든 오일 상 또는 층 내에 수용된다. 이러한 구현예에서, 시스템은 자력을 제공하기 위한 자석 또는 다른 장치를 더 포함한다.
본 발명은 샘플로부터 표적 분석물을 격리하기 위한 시스템을 포함하며, 이 시스템은 제1 수성 상, 제2 수성 상, 제1 오일 상 및 제2 오일 상을 포함하며, 여기서 (a) 상기 상들은 컨테이너 내에 교대로 적층되어 있고, 제1 및 제2 수성 상이 서로 직접 접촉하지 않고, 상기 제1 및 제2 오일 상은 서로 직접 접촉하지 않으며 (b) 상기 상들은 (i) 제1 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질, (ii) 제2 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질; (iii) 제 1 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질; 및 (iv) 제 2 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화된다.
본 시스템의 일부 구현예에서, 각 오일 상의 부력이 각 수성 상의 표면 장력보다 작고, 및/또는 각 오일 상의 부력이 각 친수성 다공성 물질의 수분 보유력보다 작도록 표면 화학을 조절함으로써 상들이 컨테이너 내에서 더욱 안정화된다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 컨테이너에 샘플을 추가할 수 있는 상단 개구부를 포함한다. 제1 수성 상 또는 층 또는 제1 오일 상 또는 층은 컨테이너의 상부 개구부에 가장 가깝게 위치할 수 있다. 제1 수성 상 또는 층은 용해 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성될 수 있다. 본 시스템의 일부 구현예에서, 제2 수성 상은 세척 버퍼를 포함한다. 본 시스템의 일부 구현예에서, 시스템은 PMP를 더 포함한다. 본 시스템의 일부 구현예에서, PMP는 컨테이너 내에 수용된다. 일부 구현예에서, PMP는 동결건조 또는 건조 또는 액체 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, PMP는 제1 수성 상 또는 제2 수성 상 또는 둘 다 내에 수용된다. 일부 구현예에서, PMP는 제1 오일 상 또는 제2 수성 상 또는 둘 다 내에 수용된다. 이러한 구현예들 중 임의의 구현예에서, 시스템은 자력을 제공하기 위한 자석 또는 다른 장치를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 멀티웰 플레이트를 포함한다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 인서트를 포함한다. 일부 구현예에서, 인서트는 멀티웰 플레이트에 삽입될 수 있다. 일부 구현예에서, 컨테이너는 일회용 장치를 포함한다.
본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물은 표적의 이동, 격리(전체 또는 일부), 정제(전체 또는 일부), 검출 및/또는 정량화를 위해(그리고 이를 위한 시약을 포함하며) 사용될 수 있다. 표적 및/또는 분석물에는 예를 들어 저분자, 단백질, 펩타이드, 면역글로불린(예: IgA, IgM, IgG, IgE, 람다 경쇄, 카파 경쇄), 효소, 지질, 수용체(예: Her2 수용체), 핵산(예. DNA, 인트론, 엑손, 비-암호화 요소, RNA, rRNA, mRNA, 마이크로RNA), 순환 종양 DNA(ctDNA), 고아 비-암호화 RNA(orphan non-coding RNA, oncRNA), 순환 병원체 DNA 및 순환 병원체 RNA, 항원(예: PSA), 호르몬(예: 테스토스테론) 및 순환 종양 세포를 포함한 암 및 기타 세포(예: 전이성 유방암, 전립선암, 대장암과 관련된 상피 기원의 순환 종양 세포), 순환 내피 세포, 세포 소포, 엑소좀, 박테리아 쿼럼 감지 분자(bacterial quorum sensing molecule)를 포함한다. 표적 및 분석물에는 분자 및 조직학적 바이오마커, 스크리닝 마커(1차, 2차 및 표적), 진단 바이오마커, 예후 바이오마커, 예측 바이오마커, 약력학/반응 바이오마커, 감수성/위험 바이오마커, 모니터링 바이오마커, 안전성 바이오마커를 포함한 바이오마커가 포함된다.
본 발명의 시스템, 장치, 방법 또는 조성물을 사용하여 임의의 종류의 박테리아, 바이러스 또는 다른 병원체를 검사, 격리, 분리, 정제, 식별, 탐지 또는 정량화할 수 있다. 일부 구현예에서, 검사, 격리, 분리, 정제, 탐지 또는 정량화를 위한 바이러스 표적은 코로나바이러스과(Coronaviridae), 피코르나바이러스과(Picornaviridae), 칼리시바이러스과(Caliciviridae), 플라비바이러스과(Flaviviridae), 토가바이러스과(Togaviridae), 본나바이러스과(Bornaviridae), 필로바이러스과(Filoviridae), 파라믹소바이러스과(Paramyxoviridae), 뉴모바이러스과(Pneumoviridae), 라브도바이러스과(Rhabdoviridae), 아레나바이러스과(Arenaviridae), 분야바이러스과(Bunyaviridae), 오르토믹소바이러스과(Orthomyxoviridae), 또는 델타바이러스(Deltavirus)이다. 다른 구현예에서, 바이러스는 코로나바이러스(Coronavirus), 사스(SARS), 폴리오바이러스(Poliovirus), 라이노바이러스(Rhinovirus), A형 간염 바이러스(Hepatitis A virus), 노워크 바이러스(Norwalk virus), 황열 바이러스(Yellow fever virus), 웨스트나일 바이러스(West Nile virus), C형 간염 바이러스(Hepatitis C virus), 뎅기열 바이러스(Dengue fever virus), 지카 바이러스(Zika virus), 풍진 바이러스(Rubella virus), 로스 리버 바이러스(Ross River virus), 신드비스 바이러스(Sindbis virus), 치쿤구니야 바이러스(Chikungunya virus), 보르나병 바이러스(Borna disease virus), 에볼라 바이러스(Ebola virus), 마르부르크 바이러스(Marburg virus), 홍역 바이러스(Measles virus), 유행성 이하선염 바이러스(Mumps virus), 니파 바이러스(Nipah virus), 헨드라 바이러스(Hendra virus), 뉴캐슬병 바이러스(Newcastle disease virus), 인간 호흡기 세포융합 바이러스(Human respiratory syncytial virus), 광견병 바이러스(Rabies virus), 라싸 바이러스(Lassa virus), 한타바이러스(Hantavirus), 크리미아-콩고 출혈열 바이러스(Crimean-Congo hemorrhagic fever virus), 인플루엔자 바이러스(Influenza virus), 혹은 D 간염 바이러스(Hepatitis D virus)이다. 일부 구현예에서, 바이러스는 위의 바이러스 중 하나 이상(또는 다른 바이러스)이며 새로운 균주로로 진화하거나 변이되었다. 일부 구현예에서, 바이러스는 인간에 의해 창조되거나 변이되거나 공학적으로 조작된 바이러스이다.
일부 구현예에서, 본 발명은 본 발명의 시스템, 장치, 방법 또는 관련 조성물을 사용하여 바이러스 질병 발생 및/또는 바이러스 진화를 모니터링 또는 평가하는 방법을 제공한다.
일부 구현예에서, 본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물은 바이러스 항원, 바이러스 핵산 및/또는 바이러스 특이적 항체, 박테리아 및/또는 기타 병원체 특이적 항원, 핵산 및/또는 항체에 대한 샘플을 스크리닝하는 방법에 사용된다.
일부 구현예에서, 뉴클레아제 비활성화 단계는 표적 핵산을 분석, 시험, 스크리닝, 분리, 격리, 정제, 식별, 검출 및/또는 정량화하기 위해 본 발명의 장치, 시스템, 방법 또는 조성물 내에서 또는 그와 함께 수행된다. 일부 구현예는 열 비활성화, 화학적 비활성화, 초음파 비활성화 등을 포함한다. 일부 구현예에서, 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 이용한 시험 또는 분석 또는 기타 프로토콜의 표적은 종양 마커(예: 알파-태아단백(alpha-fetoprotein, AFP), 베타-2-마이크로글로불린(beta-2-microglobulin, B2M), 베타-인간 융모성 성선자극호르몬(beta-human chorionic gonadotropin, ß-hCG), 방광 종양 항원(bladder tumor antigen, BTA), 크로모그라닌 A(chromogranin A, CcA, 신경내분비 종양), 가스트린(위염), 5-HIAA(카르시노이드 종양) ALK 유전자 재배열 및 과발현, BCL2 유전자 재배열, BRCA1 및 BRCA2 유전자 돌연변이); 암 유전자 및 하위서열; 암 마커, 예를 들어 다음을 포함하는 마커: 프로그램된 사멸 리간드 1; ER/PR, CA15-3 및CA27. 29(유방암); EGFR, KRAS 및 UGT1A1(대장암); HER-2/neu(유방암 및 위암); c-KIT/CD117 위장관 기질 종양, 점막 흑색종, 급성 골수성 백혈병 및 비만 세포 질환); CD20, CD30, FIP1L1-PDGFRalh, 필라델피아 염색체, PML/RAR-알파, TPMT, UGT1A1(백혈병, 림프종); EML4/ALK, EGFR, KRAS(폐암), BRAF(흑색종), CA125, CA125 II 및 HE4(난소암); BRAF V600 돌연변이(예: 피부 흑색종, 대장암, 비소세포폐암); CA19-9 및 CA19-9 XR(췌장암, 담낭암, 담관암, 위암); 칼시토닌(갑상선 수질암); 암종배아항원(carcinoembryonic antigen, CEA)(대장암 및 기타 암; CD19 및 CD22(B세포 림프종 및 백혈병); CD20(비호지킨 림프종); CD25(비호지킨(T세포) 림프종); CD30(전형적 호지킨 림프종, B세포 및 T세포 림프종); CD33(급성 골수성 백혈병); 염색체 17p 결실(만성 림프구성 백혈병); 염색체 3, 7, 17, 및 9p2(방광암); 핵기질 단백질 22, 피브린/피브리노겐(방광암); 사이토케라틴 단편 21-1(폐암); 사이클린 D1(CCND1) 유전자 재배열 또는 발현(림프종, 골수종); DCP(Des-gamma-carboxy prothrombin) (간세포암); 유전자 돌연변이(예: DPD, EGFR, FGFR2, FGFR, FLT3, IDH1, IDH2, JAK2, KRAS 및 MYD88 유전자 돌연변이); 유전자 재배열(예: IRF4 유전자, ROS1 유전자, T세포 수용체 유전자 재배열); 유전자 융합(예: NTRK 유전자 융합 및 PML/RARα 융합 유전자); PCA3 mRNA, PSA 유리 및 PSA 총(전립선암); HER2/neu 유전자 증폭 또는 단백질 과발현(유방암, 난소암, 방광암, 췌장암 및 위암); 젖산 탈수소 효소 (생식 세포 종양, 림프종, 백혈병, 흑색종 및 신경모세포종); MYC 유전자 발현, 골수 산화 효소 (myeloperoxidase, MPO), 말단 전달 효소 (TdT) (림프종, 백혈병); 뉴런 특이적 에놀라제 (NSE) (신경모세포종); 및, 예: 전립선 산 포스파타제(PAP)(전이성 전립선암), 암에서 소실된 종양 억제자(예: BRCA1, BRCA2); 심혈관 및 심장대사 마커(예: C-반응성 단백질(CRP), 고감도 심장 트로포닌 I 및 심장 트로포닌 T(예: cTnI 및 cTnT)를 포함한 트로포닌, B형 나트륨 이뇨 펩타이드(예: BNP 및NT-proBNP), D-이합체, 테트라넥틴, 혈청 사이클린 의존성 키나아제 9), CK-MB, 갈렉틴-3, 아디포넥틴, 지방세포 지방산-결합 단백질, 심장형 지방산-결합 단백질, 리포칼린-2, 섬유아세포 성장인자 19 및 21, 레티놀 결합 단백질 4, 플라스미노겐 활성제 억제제-1, 25-하이드록시 비타민 D, 프로단백질 전환 효소 서브틸리신/켁신 9 형 (PSCK9), 리포칼린-2, H-FABP, A-FABP), 중성지방, 고밀도 지단백질 (HDL)- 콜레스테롤 및 저밀도 지단백질 (LDL)- 콜레스테롤 등; 성장 인자(예: TGFß, FGF-19, FGF-21, EGF, PDGF); 및 염증성 바이오마커(예: 인터페론 및 사이토카인(예: TNFα, IL-1, IL-6 및 기타 인터루킨), 알파-1 항트립신, 알파-1 당단백질, 항-CCP, ASO(항-스트렙토리신), 보체 C3, 보체 C4, CRP, IgA, IgE, IgG, IgM), 프로칼시토닌, PCT(BRAHMS), 류머티스 인자), 케모카인(예: G-CSF, GM-CSF), RPB-4, PAI-1, 25-하이드록시비타민 D 등)을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적은 호르몬, 아밀로이드 및 기타 수용체(예: IFN 수용체, IL-6 수용체, IL-10 계열 수용체, TGFß 계열 수용체, 케모카인 수용체); 단백질 시그니처(예: 5- 단백질 시그니처(OVA1)) 및 유전자 시그니처(예: 17-, 21-, 46- 및 70- 유전자 시그니처)를 포함한다. 다른 구현예에서, 표적은 박테리아, 바이러스 및 곰팡이를 포함하는 질병 벡터를 포함한다. 일부 구현예에서, 표적은 박테리아, 바이러스 및/또는 곰팡이 핵산을 단독으로, 함께 또는 멀티플렉스 형식으로 포함한다.
다른 표적에는 활성 B-12, B12, 페리틴, 엽산, 합토글로빈, 호모시스테인, 철, 트랜스페린 및 UIBC(unsaturated iron-binding capacity, 불포화 철 결합 능력)가 포함된다. 이러한 표적은 예를 들어 빈혈 분석이나 테스트에 사용될 수 있다.
다른 표적에는 활성 알칼리성 포스파타제, 칼슘, 온전한 PTH(intact PTH), 마그네슘, 인 및 비타민 D가 포함된다. 이러한 표적은 예를 들어 뼈 리모델링 평가 및 뼈 형성에 영향을 미치는 미네랄 경로와 관련된 장애 식별을 포함하여 뼈 질환 또는 장애에 대한 분석 또는 테스트에 사용될 수 있다.
다른 표적에는 유방암, 대장암, 위장암, 간암, 난소암, 췌장암, 고환암, 전립선암 등 다양한 유형의 암을 테스트하기 위한 테스트 또는 분석에 사용되는 표적이 포함된다. 추가 암-관련 표적에는 CYFRA 21-1(사이토케라틴 19 단편), 펩시노겐 I 및 펩시노겐 II, 및 PIVKA-II(프로트롬빈의 순환 전구체 및 간암 마커), proGRP(프로가스트린 방출 펩티드) 및 SCC(편평세포암종 관련 항원)이 포함된다.
다른 표적에는 당뇨병을 포함하여 포도당 기능에 영향을 미치는 대사성 질환을 테스트하기 위한 테스트 또는 분석에 사용되는 표적이 포함된다. 여기에는 C-펩타이드, 크레아티닌, 크레아티닌(효소), 프락토사민, 포도당, 헤모글로빈 A1c, 인슐린 및 마이크로알부민이 포함된다.
다른 표적에는 남용 약물 및 처방약의 독성 수준을 테스트하기 위한 테스트 또는 분석에 사용되는 표적이 포함된다. 표적에는 아세트아미노펜, 암페타민/메스암페타민, 바르비투르산염, 벤조디아제핀, 대마초, 코카인, 엑스터시, 메타돈, 에탄올, 메탄올, 아편제, PCP(펜시클리딘), 살리실산염, 삼환계 항우울제를 포함한 항우울제 등이 포함된다.
다른 표적에는 생식력 및/또는 임신 상태를 평가하기 위한 생식 내분비학 테스트 또는 분석에 사용되는 표적이 포함된다. 여기에는 DHEA-S, 에스트라디올, FSH, hCG(총 베타-hCG 포함), LH(황체형성호르몬), 프로게스테론, 프로락틴, SHBG(성호르몬 결합 글로불린), 테스토스테론(유리 테스토스테론, 부착 테스토스테론 및/또는 총 테스토스테론)이 포함된다. 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하여 수행될 수 있는 분석에는 테스토스테론 2세대 분석이 포함된다.
다른 표적에는 감염성 질환 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적이 포함된다. 여기에는 CMV IgG, CMV IgM, CMV IgG 결합강도(avidity), 풍진 IgG, 풍진 IgM, 톡소플라즈마 IgG, 톡소플라즈마 IgM, 톡소플라즈마 IgG 결합강도가 포함된다.
또한 표적에는 항-HAV IgG, 항-HAV IgM, 항-HBc IgM, 항-HBe, 항-HBs, 항-HCV, HBeAg(정량적 및 정성적 HBsAg 포함) 및 HCVAg를 포함한 간염 표적도 포함된다. 기타 감염성 질환의 표적에는 샤가스(트리파노소마 크루지(Trypanosoma cruzi) 기생충에 의해 발생), EBV EBNA-1-IgG, EBV VCA IgG, EBV VCA IgM, 매독 TOP가 포함된다. 기타 표적에는 항-HTLV-I/HTLV-II(레트로바이러스)가 포함된다.
다른 표적에는 간 기능 및/또는 간 질환을 평가하거나 진단하기 위해 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하는 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적을 포함한다. 이러한 표적에는 알부민(BCB 및 BCP), 알칼리성 포스파타제, 알파-1 항트립신, ALT(알라닌 아미노전달효소), ALT 활성화 (알라닌 아미노전달효소), 암모니아, AST(아스파르테이트 아미노전달효소), AST 활성화(아스파르테이트 아미노전달효소), 담즙산, 콜린에스테라아제(cholinesterase), 콜린에스테라아제/디부카인(cholinesterase/dibucain), 직접 빌리루빈(direct bilirubin), 총 빌리루빈(total bilirubin), GGT(감마-글루타밀 트랜스퍼라제), 젖산염 탈수소효소 및 PIVKA-II(데스-감마-카복시 프로트롬빈)을 포함한다.
다른 표적은 외상성 뇌 손상(mTBI [UCH-L1 + GFAP])을 평가 또는 진단하기 위해 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하는 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적을 포함한다.
다른 표적은 갑상선 질환을 평가하거나 진단하기 위해 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하는 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적을 포함한다. 여기에는 항-갑상선 과산화효소(anti-thyroid peroxidase, 항-TPO) 및 항티로글로불린(anti-thyroglobulin, 항-TG) 항체, 유리 T3(triiodothyronine, 트리요오드티로닌), 총 T3, 유리 T4(티록신), 총 T4, TSH(thyroid stimulating hormone, 갑상선 자극 호르몬) 및 T-섭취율 (갑상선 호르몬 섭취율, 주로 갑상선 결합 글로불린, 티록신 결합 프리알부민 및 알부민으로 구성된 갑상선 호르몬 결합 부위의 수에 대한 정보를 제공함) 등이 포함될 수 있다.
다른 표적은 신장 질환 또는 장애를 평가하거나 진단하기 위해 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하는 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적을 포함한다. 이러한 표적에는 베타-2-마이크로글로불린, 크레아틴, 크레아틴(효소), 시스타틴 C, 마이크로알부민, NGAL(호중구 젤라티나제-관련 리포칼린), 단백질(소변/CSF), 요소 질소 및 요산이 포함된다.
다른 표적은 이식 환자의 거부 반응을 방지하고 독성을 줄이기 위해 본 발명의 시스템, 장치, 방법 및 조성물을 사용하여 테스트 또는 분석에 사용하기 위한 표적을 포함한다. 표적에는 사이클로스포린(cyclosporine), 시롤리무스(sirolimus) 및 타크로리무스(tacrolimus)가 포함된다.
다른 표적에는 아포지 단백질 A1(apolipoprotein A1), 아포지 단백질 B(apolipoprotein B), 트랜스페린, 세룰로플라즈민(ceruloplasmin), 합토글로빈, Lp(a) 및 프리알부민 단백질이 포함된다.
다른 표적에는 치료 모니터링 및 정밀 의학을 위한 임의의 치료 약물(예: 환자 하위 그룹에 맞춘 의학적 결정, 치료, 진료 또는 제품)이 포함된다. 대상체에 대한 사용, 치료 활동 또는 적합성에 대한 모니터링 또는 평가 표적에는 시판 중인 임의의 치료제 또는 치료 후보물질(임상시험 후보물질 포함)이 포함된다. 예를 들어, 아미카신(amikacin), 디지톡신(digitoxin), 디고신(digoxin), 리튬(lithium), 메토트렉세이트(methotrexate), 스테로이드(steroids) (예: 프로게스테론(progesterone)), 페니토인(phenytoin), 퀴니딘(quinidine), 테오필린(theophylline), 항경련제(anticonvulsants) (예: 발프로산(valproic acid)), 항진균제(antifungals), 항바이러스제(antivirals) 및 항생제(antibiotics) (예: 토브라마이신(tobramycin), 반코마이신(vancomycin)) 등이 포함된다.
일부 구현예에서, 장치, 시스템, 방법 또는 조성물은 진단 방법에서 (또는 진단 방법으로서) 사용된다. 진단 방법은 병원체, 심혈관 및 신경학적 이벤트, 암을 포함한 질병, 장애 및 상태(예: 암의 조기 발견)를 포함하는 표적에 대한 진단 방법, 분석 및 테스트, 및 본원에 개시되거나 언급된 임의의 표적에 대한 기타 방법, 분석 및 테스트를 포함하되 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물은 임의의 분석 형식 또는 장치에서 또는 그와 함께 사용될 수 있다. 형식에는 예를 들어 샘플이 중복 측정되는 다중 웰 플레이트(예: 8-, 24-, 48-, 96- 및 384-웰 플레이트)에서 수동 또는 반-자동으로 실행되는 직접, 간접 및 샌드위치 분석이 포함된다. 여기에는 본원에 설명되거나 언급된 임의의 면역 분석을 포함한 임의의 면역 분석이 포함된다. 여기에는 리간드와 수용체 사이의 결합을 측정하는 임의의 리간드-결합 분석, 항체-항원 결합을 검출하는 임의의 면역 분석, 특정 자극에 대한 반응으로 생물학적 활성을 측정하는 임의의 생체 분석에서 또는 이를 위한 본 발명의 장치, 시스템, 방법 및 조성물의 사용이 포함된다.
일부 구현예에서, 본 발명은 임의의 분석 또는 분석 장치 또는 분석 포맷을 포함하며, 개선 사항은 적어도 하나의 유체에 대해 선호도를 갖는 연련 지지 구조(예: 다공성 메쉬)로 안정화된 유체-유체 계면 및/또는 유체 상 또는 층을 포함한다.
일부 구현예에서, 검출 또는 정량화를 위한 시약 또는 표적은 컨테이너의 바닥 표면에서, 근처에서 또는 바닥 표면 위에 수용될 수 있다. 일부 구현예에서, 표적을 검출하기 위한 시약은 루프 매개 등온 증폭(LAMP) 또는 역전사 효소 루프 매개 등온 증폭(RT-LAMP) 분석용 시약을 포함한다. 일부 구현예에서, LAMP 또는 RT-LAMP 분석은 비색 분석 또는 형광 분석이다.
본 발명은 샘플에서 표적을 격리하는 방법에서 시스템 또는 장치를 사용하는 것을 포함한다. 본 발명의 또 다른 구현예는 샘플로부터 표적을 격리하는 방법을 포함하며, 이 방법은 (a) 컨테이너 내에서 서로 근접하여 안정화된 적어도 하나의 수성 상과 적어도 하나의 오일 상을 포함하는 시스템에 샘플을 추가하는 단계; 및 (b) 시스템에 자력을 가하는 단계를 포함하며, 여기서 시스템에 자력을 가하기 전에 샘플을 상자성 입자(PMP)와 접촉시키고, 여기서 샘플을 상자성 입자와 접촉시키면 하나 이상의 표적-PMP 복합체가 생성되며, 및 여기서 시스템에 자력을 가하면 표적-PMP 복합체가 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상을 통해 컨테이너의 바닥 표면으로 끌어당겨진다. 방법의 일부 구현예에서, 적어도 하나의 수성 상 및 적어도 하나의 오일 상은 적어도 하나의 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질 및/또는 적어도 하나의 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질 및/또는 친수성/소수성 다공성 물질의 부력, 표면 화학 및 다공성으로부터 선택된 하나 이상의 화학적 또는 물리적 물질 특성을 조절함으로써 컨테이너 내에서 안정화된다 (시스템 내에 존재하는 경우). 본 방법의 일부 구현예에서, 본 방법은, 예를 들어, 제1 및 제2 수성 상이 서로 직접 접촉하지 않고, 제1 및 제2 오일 상이 서로 직접 접촉하지 않도록 컨테이너 내에 교대로 적층될 수 있거나 적층되지 않을 수 있는, 둘 이상의 수성 상 또는 층, 및 둘 이상의 오일 상 또는 층을 포함하는 시스템을 사용하는 것을 포함한다. 컨테이너, 인서트, PMP, 세척 버퍼, 용해 버퍼 등 및 샘플 및 시약과 관련된 다른 구현예는 상기와 같다.
샘플로부터 표적을 격리하는 본 발명의 다른 방법 구현예에서, 이 방법은 (a) 제1 수성 상, 제2 수성 상, 제1 오일 상 및 제2 오일 상을 포함하는 시스템에 샘플을 첨가하는 단계를 포함하고, 여기서 상 또는 층은 컨테이너 내에 교대 방식으로 적층되며, 상기 제1 및 제2 수성 상이 서로 직접 접촉하지 않고, 상기 제1 및 제2 오일 상이 서로 직접 접촉하지 않으며, 상기 상 또는 층이 상기 제1 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질, 상기 제2 수성 상 내에 침지된 친수성 다공성 물질, 상기 제1 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질; 및 제2 오일 상 내에 침지된 소수성 다공성 물질에 의해 컨테이너 내에서 안정화되며 및 (b) 시스템에 자력을 가하는 단계를 포함하고, 여기서 시스템에 자력을 가하기 전에 샘플을 상자성 입자(PMP)와 접촉시키고, 여기서 샘플을 상자성 입자와 접촉시키면 하나 이상의 표적-PMP 복합체가 생성되며, 및 여기서 시스템에 자력을 가하면 상들을 통해 컨테이너의 바닥 표면으로 표적-PMP 복합체를 끌어당긴다. 본 방법의 일부 구현예에서, 각 오일 상의 부력이 각 수성 상의 표면 장력보다 작고, 및/또는 각 오일 상의 부력이 각 친수성 다공성 물질의 수분 보유량보다 작도록 표면 화학을 조절함으로써 상들이 컨테이너 내에서 더욱 안정화된다. 본 방법의 일부 구현예에서, 컨테이너는 샘플의 첨가를 허용하기 위한 상단 개구부를 포함한다. 이 방법의 일부 구현예에서, 제1 수성 상 또는 층 또는 제1 오일 상 또는 층은 컨테이너의 상단 개구부에 가장 가깝게 위치한다. 이 방법의 일부 구현예에서, 제1 또는 제2 수성 상 또는 층, 또는 둘 다는 용해 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성된다. 이 방법의 일부 구현예에서, 제1 또는 제2 수성 상 또는 층, 또는 둘 다는 세척 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성된다. 본 방법의 일부 구현예에서, 제1 또는 제2 수성 상 또는 층은 용해 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성되고, 제1 또는 제2 수성 상 또는 층은 세척 버퍼를 포함하거나 본질적으로 구성된다. 본 방법의 일부 구현예에서, 모든 PMP는 컨테이너 내에 수용된다. 본 방법의 일부 구현예에서, 모든 PMP는 하나 이상의 수성 및/또는 오일 상 또는 층 내에 수용된다. 본 방법의 다른 구현예에서, 일부 PMP는 컨테이너 내에 수용되고 일부는 방법 수행 중에 샘플 또는 컨테이너 또는 둘 다에 추가된다. 일부 구현예에서, 샘플은 생물학적 샘플, 환경 샘플(예: 하수 샘플), 타액 샘플, 면봉 샘플, 감염이 의심되는 대상체로부터 얻은 샘플이다. 일부 구현예에서, 대상체는 바이러스 감염, 바이러스성 상부 호흡기 감염, 또는 예를 들어, SARS-CoV2, 사스, 코로나바이러스, 라이노바이러스, 인플루엔자 및 호흡기 세포융합 바이러스 중에서 선택된 감염이 의심되는 대상체이다. 특정 구현예에서, 표적은 바이러스 핵산을 포함한다. 일부 구현예에서, 표적은 SARS-CoV2, B형 간염, C형 간염, HIV, 웨스트나일 바이러스, 헤르페스 및/또는 인플루엔자 핵산을 포함한다.
일부 구현예에서, 수성, 기체 및 오일 상 및 층을 포함하는 유체 상 및 층, 안정화 구조 및 본 명세서에 기술된 기타 구성요소는 특정 사전 정의된 설계 지침을 사용하여 시스템, 장치 및 방법을 형성하기 위해 보유체(holding body)(예: 용기(vessel), 컨테이너, 인서트 등)에 함께 설계 및 통합된다. 각 구성 요소에 대한 설계 지침은 보유체 설계(예: 일체형 바디, 다중 바디, 모듈형 바디, 단일 판독 챔버, 다중 판독 챔버 등), 제조 공정(예: 사출 성형, 블로우 성형, 핫 스탬핑, 주조, 기계 가공 등), 상 및 층(예: 수성, 오일, 기체, 블렌드, 혼합물 및 에멀젼 등), 구조 물질(예: 폴리프로필렌 메쉬, 나일론 메쉬, 유리 메쉬, 다공성 플라스틱 스크린, PVDF, 폴리스티렌 또는 기타 안정화 구조), 물질의 다공성, 기능적 요구 사항(예: 샘플 크기, 시약 부피, 검출 기술, 결과 도출 시간, 인큐베이션, 가열 등), 안전/취급 요구 사항(예: 자가 봉쇄(self-containment), 규제 승인, 사용 편의성 등) 및/또는 기타 등등, 및 분석의 경우 분석 요구 사항(예: 결합 분석, 경쟁 결합 분석, 단일 단계 분석, 2단계 분석 등)과 같은 하나 이상의 요인에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 본 발명을 샌드위치 ELISA 분석에 사용하기 위한 도 15에 도시된 본 발명의 구현예는 다음과 같은 물질 및 조립 방법을 포함한다. 본 구현예는 다음의 물질을 사용한다: 컨테이너(예: 96웰 마이크로타이터 플레이트, 사출 성형품(injection molded commodity) 등), 소수성 다공성 구조 물질(예: 폴리프로필렌 메쉬 등), 친수성 다공성 구조 물질(나일론 메쉬 등), 용융 온도가 약 35℃인 파라핀 왁스, 미네랄 오일, 1차 항체 결합 버퍼(완충 성분, 염 성분, 세제, 단백질 성분 등을 포함), 표적에 대한 항체에 접합된 상자성 입자, 2차 접합 항체 결합 버퍼(효소(예: HRP, 알칼리성 포스파타제 등)에 접합된 2차 항체 포함), 완충 성분, 염 성분, 세제, 단백질 성분 등 포함), 및 기질 용액(예: TMB, 파라-니트로페닐포스페이트 등). 안정화 층 및 기타 분석 구성 요소의 조립 및 확립은 다음과 같다: 먼저 기질 용액을 컨테이너의 바닥(표면)에 추가한다. 그런 다음 컨테이너를 35℃ 이상으로 가열하고 액체 파라핀 왁스를 첨가한다. 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 소수성 다공성 구조 물질을 컨테이너 내부에 한 번 압입하여 액체 파라핀에 첨가한다. 그런 다음 컨테이너를 실온(예: 22℃)으로 가져가 파라핀을 왁스로 응고시킨다. 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 친수성 다공성 구조 물질(예: 나일론)을 먼저 2차 접합 항체 결합 버퍼에 담근 다음 컨테이너에 넣는다. 미네랄 오일을 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 잘라낸 소수성 다공성 구조 물질과 함께 컨테이너에 첨가한다. 마지막으로, 1차 항체 결합 버퍼 및 표적에 대한 항체와 접합된 상자성 입자를 적절한 치수(예: 직경, 두께 등)로 절단된 친수성 다공성 구조 물질(예: 나일론)과 함께 컨테이너에 첨가한다.
다른 구현예에서, 분석은 예를 들어 RT-LAMP 분석이다. 일부 구현예에서, RT-LAMP용 시약은 컨테이너의 바닥 표면에 건조 또는 동결건조된다. 일부 구현예에서, 안정화된 상은 먼저 적절한 투과성 물질(예를 들어, 접촉각, 기공 크기, 다공성 등에 기초)을 원하는 유체에 담근 다음 컨테이너에 넣음으로써 확립된다. 일부 구현예에서, 층은 상 또는 층과의 연관을 위한 적절한 다공성 물질을 원하는 유체에 담그고, 해당 유체에서 제거한 다음 동결(예: 왁스 응고, 물 동결 등)하는 건조 형식으로 조립된다. 그런 다음 이러한 구성 요소는 컨테이너에 층으로 추가된다. 일부 구현예에서, 과량의 유체가 컨테이너에 첨가되고, 연관 유체를 포함하거나 포함하지 않는 다공성 구조 물질이 유체에 첨가된다. 일부 구현예에서, 다공성 구조 물질이 먼저 컨테이너에 배치되고 유체가 첨가된다. 일부 구현예에서, 조립을 돕기 위해 유체 상이 조정되도록 온도가 변경된다. 일부 구현예에서는 조립을 돕기 위해 주변 압력이 변경되어 유체 상이 조정된다. 일부 구현예에서, 대기 기체 조성은 조립을 돕기 위해 조정된다. 일부 구현예에서, 시약은 컨테이너 내에서 건조 또는 동결 건조된다. 일부 구현예에서, 추가의 안정화된 상이 상부에 층을 이루기 전에 고체 성분(예: 염 결정, PMP 등)을 안정화된 상에 첨가한다. 일부 구현예에서, 안정화된 상들의 조립은 자동화된 방식으로 수행된다.
일부 구현예에서, 일회용 및/또는 현장 검사 장치 또는 분석 또는 카트리지를 포함하는 본 발명의 장치 또는 시스템은 블루투스 기능(예: 블루투스 라디오를 갖는 칩)을 구비하여 블루투스 장착 장치(예: 전화기 또는 컴퓨터)로 결과를 전송할 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템 또는 장치 결과 또는 본원에 설명된 방법으로부터의 결과는 블루투스 또는 기타 통신 기능(예: 와이파이, 근거리 통신, 셀룰러 네트워크 등)을 통해 다른 장치(예: 휴대폰, 태블릿, CPU, 컴퓨터, 이미징 장치, 저장 장치 등)로 전송된다.
일부 구현예에서, 컴퓨터 시스템은 본 개시의 방법을 구현하도록 프로그래밍되거나 달리 구성된다(또는 본 발명의 장치 또는 시스템과 연관되거나 이를 포함한다). 일부 구현예에서, CPU 또는 컴퓨터는 프로그램 또는 소프트웨어로 구체화될 수 있는 기계-판독 가능 명령어 시퀀스를 실행할 수 있다. 명령어는 메모리 위치에 저장될 수 있다. 명령어들은 CPU로 전달될 수 있으며, CPU는 본 개시의 방법들을 구현하도록 프로그래밍하거나 달리 구성될 수 있다. CPU에 의해 수행되는 동작의 예로는 샘플 첨가, PMP(또는 다른 표적 결합 고체 상 물질)의 첨가, 안정화 계면 구조의 이동, 장치 또는 시스템(또는 방법에서)에 대한 자기 또는 다른 힘의 적용, 가열, 냉각 또는 열 순환이 포함될 수 있다. CPU는 집적 회로와 같은 회로의 일부일 수 있다. 하나 이상의 다른 시스템 구성 요소가 회로에 포함될 수 있다. 경우에 따라 회로는 적용 특이적 집적 회로이다.
컴퓨터 시스템은 또한 메모리 또는 메모리 위치(예: 랜덤 액세스 메모리, 읽기 전용 메모리, 플래시 메모리), 전자 저장 장치(예: 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 계면, 캐시, 기타 메모리, 데이터 저장소 및/또는 전자 디스플레이 어댑터와 같은 주변 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치는 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 장치(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템은 통신 계면을 통해 컴퓨터 네트워크에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 네트워크는 인터넷(Internet), 인터넷(internet) 및/또는 엑스트라넷, 또는 인터넷(Internet)과 통신 중인 인트라넷 및/또는 엑스트라넷일 수 있다. 네트워크는 클라우드 컴퓨팅과 같은 분산 컴퓨팅을 가능하게 하는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 네트워크는 경우에 따라 컴퓨터 시스템의 도움을 받아 피어투피어 네트워크를 구현할 수 있으며, 이는 컴퓨터 시스템에 연결된 장치가 클라이언트 또는 서버로 동작할 수 있도록 할 수 있다.
본 개시의 예시적 구현예에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 개시된 정확한 형태로 개시를 철저하게 제한하거나 제한하려는 의도가 아니며, 상기의 교시에 비추어 수정 및 변형이 가능하거나 개시의 실시로부터 획득될 수 있다. 구현예들은 본 개시의 원리를 설명하기 위해, 그리고 당업자가 본 개시를 다양한 구현예들에서 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정으로 활용할 수 있도록 본 개시의 실제 적용으로서 선택 및 설명되었다. 본 개시의 범위는 여기에 첨부된 청구항 및 이에 대응하는 등가물에 의해 정의되도록 의도된다.
실시예
실시예 1: SARS-CoV-2 RNA의 LAMP-기반 검출을 위한 시스템 및 방법
본 실시예에 설명된 시스템 및 장치와 방법은 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약을 포함한다. 시스템은 두 개의 다공성 물질, 용해 버퍼 및 세척 버퍼를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 구현예의 시스템은 (1) 코코넛 오일, (2) 유리 메쉬가 있는 용해 버퍼, (3) 포렉스 메쉬가 있는 코코넛 오일, (4) 유리 메쉬가 있는 세척 버퍼, (5) 포렉스 메쉬가 있는 코코넛 오일, (6) 유리 메쉬가 있는 LAMP 반응용 시약의 순서로 위에서 아래로 층을 이루어 구성된다.
각 다공성 물질은 친수성 유리 메쉬일 수 있다. 대안적으로, 하나의 다공성 물질은 유리 메쉬일 수 있고 다른 다공성 물질은 합성 소수성 폴리머 메쉬일 수 있다.
일부 실시예에서, 생물학적 샘플은 예를 들어, PMP와 혼합되고, 이후에 컨테이너에 추가된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 샘플(예: 타액)은 본 발명의 컨테이너에 이미 존재하는 PMP와 함께 용해/결합 버퍼에 직접 첨가될 수 있다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 일부 구현예에서, 코코넛 오일은 응고된 고형화 대체된다. 이러한 구현예에서, 본 구현예의 시스템은 위에서 아래로, (1) PMP가 있는 용해/결합 버퍼, (2) 폴리프로필렌 메쉬와 연관된 고형화 왁스, (3) 공간적으로 멀티플렉싱된 RT-LAMP 시약의 순서로 층으로 구성된다. 도 12 및 도 13과 같은 일부 구현예에서, 다음 단계를 수행하기 전에 시스템을 왁스의 용융 온도 이상으로 가열해야 한다. 컨테이너의 바닥에 자석을 적용하여 표적-PMP(이 경우 SARS-CoV-2 RNA)복합체를 층을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉시킨다. 도 13 및 도 14와 같은 일부 구현예에서, 컨테이너의 측면에 자석이 적용되어, 표적-PMP 복합체가 층을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 유도한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서 결과 신호는 비색 신호이다.
실시예 2: 수성 및 오일 상이 계층화된 시스템 및 장치
본 발명의 장치의 측면도는 도 2A에 도시되어 있다. 컨테이너는 다중 웰 플레이트를 포함한다. 하나의 웰에는 오일과 연관된 다공성 물질이 적층되어 있다(노란색). 도면에서, 다공성 물질은 도면에서 "포렉스(porex)"로 지칭되는 합성 소수성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬와 친수성 유리 메쉬이다. 이 시스템에는 7개의 메쉬 물질이 포함되어 있다. 위에서부터 아래까지 층은 다음과 같다: (1) 용해 버퍼(파란색 수성 층)(유리 메쉬로 안정화), (2) 폴리프로필렌 폴리머 메쉬(포렉스)(오일 상을 안정화), (3) 세척 버퍼(빨간색 수성 층)(유리 메쉬로 안정화), (4) 폴리프로필렌 폴리머 메쉬(포렉스), (5) 세척 버퍼(파란색 수성층)(유리 메쉬로 안정화), (6) 폴리프로필렌 폴리머 메쉬(포렉스), (7) LAMP 시약(빨간색 수성층)(유리 메쉬로 안정화).
실시예 3: 고체 기질 및 층이 다른 장치
도 2B는 상기 실시예 1에 설명되고 도 1에 도시된 상자성 입자 및 자기 풀다운을 적용한 후의 시스템의 하부도 및 상부도를 보여준다. 합성 폴리머 메쉬, 합성 폴리프로필렌 폴리머 메쉬 및 유리 메쉬를 포함하는 시스템과 다공성 물질(예: 수성 또는 오일 층만)이 없는 시스템의 비교가 도시되어 있다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 합성 폴리머 메쉬(예: 포렉스 패드) 및 포렉스 패드와 유리 메쉬의 조합은 모두 상자성 입자가 다공성 물질을 통과할 수 있도록 한다.
실시예 4: 수정된 방법 및 시스템
비드 풀다운을 더욱 향상시키기 위해 다공성 물질을 추가로 수정할 수 있는지 테스트하기 위해, 유리 메쉬 물질에 작은 구멍을 만들고 본원에 설명된 대로 시스템에서 사용했다. 도 3은 유리 메쉬 물질에 이러한 작은 구멍을 만들었을 때 자기 비드가 풀다운된 후의 아래쪽 모습과 위쪽 모습을 보여준다. 도면에서 볼 수 있듯이 1mm 구멍은 훨씬 더 빠른 풀다운과 더 큰 비드 덩어리를 허용했고, 0.5mm 구멍은 더 빠른 풀다운을 허용했다. 따라서 필요에 따라 다공성 물질에 추가 기공을 생성하여 표적-PMP 복합체의 격리를 용이하게 할 수 있다.
실시예 5: 고체 기질 변형
본 명세서에 기술된 시스템의 다른 구현예가 도 4에 도시되어 있다. 도 1에서와 같이, 시스템은 컨테이너의 바닥 표면(층)에 수용된 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약을 포함한다. 이 구현예에서, 시스템은 컨테이너 바닥에 LAMP 시약을 고정하고 다공성 물질이 놓일 수 있는 단단한 표면을 제공하기 위해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) O-링을 포함한다. 이 구현예에서, 다공성 물질은 폴리프로필렌(PP) 메쉬를 포함한다. 시스템은 복수의 다공성 물질을 포함한다. 이 예에서는 두 개의 다공성 물질이 표시된다(예: 두 개의 층). 각 다공성 물질은 PP 메쉬를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나의 물질은 PP 메쉬를 포함할 수 있고 다른 물질은 유리 메쉬를 포함할 수 있다. 시스템은 바이러스 용해 버퍼와 세척 버퍼를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 바이러스 용해/RNA 결합 버퍼(유리 직물/메쉬), (3) 미네랄 오일(PP 메쉬), (4) 세척 버퍼(유리 직물/메쉬), (5) 미네랄 오일(PP 메쉬), (6) PTFE O-링 및 LAMP 반응용 시약 순으로 층으로 구성된다.
이 구현예에서, 예를 들어 생물학적 샘플을 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가한다. 컨테이너의 바닥에 자석이 적용되어 표적-PMP 복합체가 층을 통과해 끌어당겨져서 LAMP 시약과 접촉하게 된다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서 결과 신호는 비색 신호이다.
실시예 6: 제한된 LAMP 시약이 있는 시스템 및 장치
도 4에 설명된 바와 같이 컨테이너 바닥면에 LAMP 시약을 고정하는 PTFE O-링이 포함된 시스템 이미지가 도 5에 나와 있다. 이 이미지는 비드 풀다운 후의 모습으로, SARS-CoV-2 RNA 표적-PMP 복합체가 O-링 중앙으로 당겨져 LAMP 시약과 접촉하는 것을 보여준다. 빨간색은 LAMP 시약이 포함된 위치를 나타낸다.
실시예 7: 친수성 고체 기질을 평가하기 위한 시스템
본 명세서에 기술된 시스템의 또 다른 구현예가 도 6에 도시되어 있다. 이 구현예에서, 시스템은 컨테이너 바닥에 LAMP 시약을 고정하기 위해 CNC-밀링된 글리콜 변형 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETG) 인서트(안정화 친수성 구조)를 포함한다. 이 맞춤형 PETG 인서트는 도 7에서 볼 수 있듯이 96웰 플레이트 웰의 정확한 형상에 맞게 제조되었다. 이 시스템은 복수의 다공성 물질을 포함한다. 이 예에서는 두 개의 다공성 물질이 표시된다(예: 두 개의 층). 각 다공성 물질은 PP 메쉬를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나의 물질은 PP 메쉬를 포함할 수 있고 다른 물질은 친수성 나일론 메쉬를 포함할 수 있다. 메쉬 다공성은 일반적으로 표적-PMP 복합체가 한 쪽에서 다른 쪽으로 자유롭고 견고하게 통과할 수 있는 정도이다. 시스템은 용해 버퍼와 세척 버퍼를 포함한다.
도면과 같이 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 용해 버퍼(나일론 메쉬로 안정화), (3) 미네랄 오일(PP 메쉬로 안정화), (4) 세척 버퍼(나일론 메쉬로 안정화), (5) 미네랄 오일(PP 메쉬로 안정화), (6) PETG 인서트 내에 들어 있는 LAMP 반응용 시약 순으로 층으로 구성된다.
생물학적 샘플을 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가한다. 컨테이너 바닥에 자석을 부착하여 표적-PMP 복합체를 층을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 65℃에서 인큐베이션션하여 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서 결과 신호는 비색 신호이다.
실시예 8: PETG 인서트가 있는 시스템 및 장치
이 실시예에서, 도 7과 같이 본원에 설명된 시스템을 사용하여 자기 비드 풀다운 후 비색 LAMP 분석을 수행했다. 미네랄 오일을 함유한 평평한 바닥의 96웰 폴리프로필렌 플레이트의 웰에 비색 RT-LAMP 반응 시약을 피펫팅했다. 생물학적 샘플을 PMP와 혼합하여 시스템에 추가했다("비드 전달 템플릿"이라고 지칭). "대조군(Control)" 웰에는 PETG 인서트가 없고, 실험용 웰(예: "+ PETG 인서트", "비드 전달 템플릿")에는 PETG 와셔가 존재했다. 반응에는 "새 프라이머" 세트 또는 "기존 프라이머" 세트의 DNA 프라이머가 포함되어 있었으며, SARS-CoV-2에 특이적인 DNA 서열을 표적으로 삼았다. "상 점프 메커니즘(Phase Jump Mechanism)...(2x 물 세척)" 조건의 웰에는 위에서 아래로 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬, 물 + 유리 메쉬 층, 또 다른 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 또 다른 물 + 유리 메쉬 층, 세 번째 오일 + 포렉스 메쉬 층, 및 마지막으로 PETG 워셔 + LAMP 반응을 포함한다.
"대조군" 및 "+ PETG 인서트" 조건의 경우, SARS-CoV-2 템플릿 또는 물을 각각 "+" 또는 "-" 웰에 직접 피펫팅했다. "상 점프 메커니즘(Phase Jump Mechanism)...(2x 물 세척)" 조건의 경우, SARS-CoV-2 템플릿("+") 또는 물("-")이 포함된 생물학적 샘플을 PMP와 혼합하여 시스템에 추가했다("비드-전달 템플릿"이라고 지칭).
데이터는 대조군 및 대조군+PETG 인서트와 비교된다. 도 7에서 볼 수 있듯이, 이 시스템은 충분한 표적-PMP 복합체(웰에서 갈색 점으로 표시됨)를 끌어내리고 표적의 비색 LAMP-기반 검출을 성공적으로 수행할 수 있었다. 양성 반응, 즉 SARS-CoV-2 DNA가 검출된 반응은 노란색으로 변하는 반면, 음성 반응은 분홍색으로 유지된다. 표시된 바와 같이, 이 시스템은 충분한 표적-PMP 복합체(웰에서 갈색 점으로 보임)를 끌어내리고 표적의 성공적인 비색 LAMP 기반 검출을 가능하게 했다.
실시예 9: SARS-CoV-2 검출 한계를 가진 시스템 및 방법
다양한 수의 "세척 층"을 가진 SARS-CoV-2용 프라이머를 사용하여 검출 한계(LOD)를 결정하기 위한 비색 LAMP 분석 결과는 도 8에 나와 있다. 모든 웰에서 SARS-CoV-2용 DNA 프라이머가 포함된 비색 RT-LAMP 시약을 미네랄 오일과 함께 PETG 인서트 또는 웰 자체("사전 농축" 웰)에 피펫팅했다. 도면 왼쪽에 나열된 사본 수만큼 SARS-CoV-2 DNA를 사전 농축하여 "사전 농축(Pre-Concentrated)" 웰의 LAMP 반응에 직접 추가했다. "농축(Concentrated)" 조건 웰은 3개의 세척층(위-아래: 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 물 + 유리 메쉬 층, 두 번째 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 두 번째 물 + 유리 메쉬 층, 세 번째 오일 + 포렉스 메쉬 층, 세 번째 물 + 유리 메쉬 층, 네 번째 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 및 마지막으로 PETG + RT-LAMP 시약)을 포함하는 시스템, 또는 2개의 세척층(위-아래: 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 물 + 유리 메쉬 층, 두 번째 미네랄 오일 + 포렉스 메쉬 층, 두 번째 물 + 유리 메쉬 층, 세 번째 오일 + 포렉스 메쉬 층, 및 마지막으로 PETG + RT-LAMP 시약)으로 구성된다. 이 웰에 도면 왼쪽에 나열된 양으로 타액 샘플과 용해/결합 버퍼에 SARS-CoV-2 DNA를 첨가한 다음, 이 혼합물을 웰 상단에 첨가했다. PMP를 LAMP 반응과 접촉하도록 자기 풀다운한 후, 96웰 플레이트를 65℃의 오븐에 넣고 0분, 20분, 35분 후 이미징을 위해 꺼냈다.
실시예 10: 타액 샘플이 있는 시스템 및 장치
본 실시예에서는 타액 샘플에서 표적-PMP 복합체를 성공적으로 격리하기 위해 본 발명의 장치 및 시스템을 사용했다. 이 시스템은 위에서 아래로 미네랄 오일 + 폴리프로필렌 메쉬 층 위에 물 + 나일론 메쉬 층이 있거나, 또는 물이 채워진 PETG 인서트 위에 미네랄 오일 + 폴리프로필렌 메쉬 층만 있는 구조를 포함한다. 타액 샘플을 인산 완충 식염수(PBS)로 희석하고 용해 버퍼를 샘플에 직접 첨가했다. 샘플을 55℃에서 15분간 가열한 후, 98℃에서 3분간 가열하여 감염성 물질을 열 비활성화했다. 샘플을 실온으로 냉각하고 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가했다(예: 다공성 물질과 세척 버퍼가 포함된 멀티웰 플레이트의 웰에 추가). 컨테이너의 바닥에 자석을 부착하여 정제 층을 통해 표적-PMP 복합체를 끌어당겼다. 시스템에서 볼 수 있듯이, 적절한 비드 풀다운을 달성하기 위해서는 자석 크기와 그에 따른 필드 강도가 매우 중요하다. 또한, 이 도면은 전체 비드-풀다운 측면에서 희석되지 않은 타액이 희석된 타액보다 성능이 더 우수하다는 것을 보여준다. 결과는 도 9에 나와 있다.
실시예 11: 96웰 컨테이너용 시스템 및 장치
이 실시예에서, 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 원하는 표적의 LAMP 기반 검출을 위한 시약을 포함하는 컨테이너가 준비된다. 시약은 인서트(예: PETG 인서트) 또는 O-링을 포함하는 적절한 수단에 의해 바닥 표면에 고정될 수 있다. 시스템은 세척 버퍼와 컨테이너 내에 적층된 복수의 다공성 물질을 포함한다. 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (2) 나일론 메쉬와 연관된 세척 버퍼, (3) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (4) 나일론 메쉬와 연관된 세척 버퍼, (5) 미네랄 오일과 연관된 폴리프로필렌 메쉬, (6) LAMP 시약이 포함된 PETG 인서트를 포함한다. 컨테이너는 다중 웰 플레이트에 사전 포장될 수 있으며, 플레이트의 각 웰에는 단일 컨테이너의 내용물이 들어 있다. 이 멀티웰 플레이트는 키트로 포장될 수 있다.
시스템은 자석을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 자석은 어레이의 각 자석이 멀티웰 플레이트의 단일 웰과 정렬될 수 있도록 한다. 예를 들어, 생물학적 샘플을 용해하고 상자성 입자와 혼합하여 멀티웰 플레이트에 추가하고 자기 어레이를 플레이트 바닥에 가까운 적절한 위치에 배치하여 표적-PMP 복합체를 정제층(예: 다공성 물질 및 세척 버퍼를 통해)을 통해 끌어당겨 LAMP 시약과 접촉하도록 유도한다. 플레이트를 65℃에서 인큐베이션하고 신호(예: 비색 또는 형광 신호)를 측정한다. 도 10은 이 구현예의 예시적인 개요를 보여주는 개략도이다.
실시예 12 인서트가 있는 시스템 및 장치
이 경우 분석물의 격리 및 검출을 위한 본 발명 시스템의 또 다른 개요이다. 도 11A는 수성 상(i)의 상자성 입자를 보여준다. 시스템 아래에 자력을 가하면 상자성 입자(예: 표적-PMP 복합체)가 오일 상(ii, iii 및 iv)을 통해 시스템의 바닥 표면으로 끌어당겨진다.
도 11B는 시스템을 담고 있는 예시적인 컨테이너를 보여준다. 컨테이너의 바닥면에는 분석물 검출을 위한 시약이 들어 있다(빨간색으로 표시). 부력에 비해 고체 기질 접착력과 표면 장력을 통해 유체 보유력을 최대화하거나 최적화하여 수성 및 오일 상을 안정화한다.
도 11C는 시스템을 수용하기 위한 인서트를 사용하여 본 명세서에 설명된 시스템을 사용하여 분석물을 격리 및 검출하는 예시적인 프로세스를 보여준다.
실시예 13: 복잡한 생물학적 샘플에서 표적의 LAMP-기반 검출
이 시스템은 복잡한 생물학적 샘플에서 표적을 LAMP 기반으로 검출하는데 사용하도록 설계되었다. 이 시스템은 컨테이너의 바닥 표면에 수용된 표적의 LAMP 기반 또는 RT-LAMP 기반 검출을 위한 다양한 표면 특성과 시약을 가진 복수의 다공성 물질을 포함한다. 이 시스템은 또한 용해/결합 버퍼를 포함하며 세척 버퍼를 포함할 수 있다.
LAMP 시약이 액체 형태인 경우, 생물학적 샘플에 따라 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일(선택 사항), (2) 용해/결합 버퍼, (3) 소수성 다공성 물질(및 연관 미네랄 오일), 및 (4) LAMP(RT-LAMP) 반응용 시약의 순서로 층을 이루어 구성될 수 있다. 다른 구현예에서, 층 1-3의 순서는 선택 사항이며, 원하는 대로 재배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 미네랄 오일은 작동 온도에서 녹는 고형 왁스로 대체된다.
수성 세척층을 포함하는 것이 유익하거나 필요하다고 판단되는 경우, 시스템은 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일(선택 사항), (2) 용해/결합 버퍼, (3) 소수성 다공성 물질(및 연관 미네랄 오일), (4) 친수성 다공성 물질(세척 버퍼), (5) 다른 소수성 다공성 물질(및 연관 미네랄 오일) 및 (6) LAMP 반응용 시약의 순서로 층을 구성한다. 다른 구현예에서, 층 1-4의 순서는 선택 사항이며, 원하는 대로 재배열될 수 있다.
액체 대신 건조 버전의 LAMP 시약을 사용하는 경우, 시스템 층은 (1) 미네랄 오일(선택 사항), (2) 용해/결합 버퍼, (3) 소수성 다공성 물질(및 연관 미네랄 오일), (4) 수성 재구성 버퍼, 미네랄 오일, 및 마지막으로 (5) 건식 LAMP 시약의 순서로 구성된다. 건식 LAMP 시약을 사용하는 이 마지막 구성에서는 오일/왁스를 고형화하여 장치가 가열될 때까지 재구성 버퍼와 건식 램프 시약을 분리하여 수성 재구성 버퍼가 건식 시약과 결합하여 습식 LAMP 시약이 사용되는 이전 구성을 모방할 수 있도록 해야 한다. 다른 구현예에서, 층 1-4의 순서는 선택 사항이며, 원하는 대로 재배열될 수 있다.
각 다공성 물질은 소수성 메쉬(폴리프로필렌 또는 기타 합성 또는 천연 폴리머)일 수 있다. 대안적으로, 하나의 다공성 물질은 유리 메쉬일 수 있고 다른 다공성 물질은 합성 폴리머 메쉬일 수 있다. 예를 들어, 생물학적 샘플을 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가하거나, PMP가 이미 결합 버퍼에 있고 생물학적 샘플을 간단히 추가하여 컨테이너에서 직접 혼합할 수 있다. 일부 구현예에서, 복잡한 생물학적 샘플에 포함된 생물학적 성분의 용해는 초음파 처리를 사용하여 수행된다. 일부 구현예에서, 초음파 진동을 제공하는 데 사용되는 소노트로드(sonotrode)는 장치 본체의 외부에 적용된다. 일부 구현예에서, 소노트로드 또는 이와 유사한 장치는 본 발명의 표적-포지셔닝 장치의 본체에 통합된다. 컨테이너의 바닥에 자석이 적용되어, 표적-PMP 복합체가 층을 통과하여 LAMP 시약과 접촉하도록 끌어당긴다.
일부 구현예에서, LAMP 시약과 접촉하는 장치 본체의 부분은 공간적으로 멀티플렉싱된 반응을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 구획으로 분할된다. 컨테이너는 적절한 온도(예: 65℃)에서 인큐베이션되어 LAMP 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서, 결과 신호는 예를 들어 비색계, 탁도계 또는 형광계일 수 있다.
실시예 14: 복잡한 생물학적 샘플에서 표적의 RT-qPCR-기반 검출
본 실시예에서, 본 발명의 시스템은 복잡한 생물학적 샘플에서 표적의 RT-qPCR 기반 검출에 사용하도록 설계되었다. 이 시스템은 시스템의 바닥층 또는 컨테이너의 바닥면에 수용된 표적의 PCR 기반 또는 RT-PCR 기반 검출을 위한 시약을 포함한다. PCR 반응을 수용하는 컨테이너는 장치의 바닥에 있는 단순한 컵 모양일 수도 있고, 일부 구현예에서는 반응을 수용하는 컨테이너의 형상이 열 순환이 가능하고 더 효율적일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 열의 빠른 전달을 용이하게 하기 위해 높은 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다(즉, 반응의 온도 순환을 용이하게 하기 위해 온도가 전달되어야 하는 거리를 감소시킴). 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 미세 유체 채널을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성된다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 장치의 나머지 부분과 다른 물질로 만들어진다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 그 안에 통합된 가열 요소를 갖는다. 시스템은 상이한 표면 특성을 갖는 복수의 다공성 물질을 포함할 수 있다. 시스템은 용해/결합 버퍼를 포함하며 세척 버퍼를 포함할 수 있다. 잠재적 층 구성은 LAMP 시약(액체 형태 또는 건조 형태) 대신 RT-qPCR 시약이 사용된다는 점을 제외하면 LAMP 시약과 일치한다. 등온 반응인 LAMP/RT-LAMP와 달리, RT-qPCR 시약이 담긴 컨테이너를 적절한 온도(예: 95℃에서 10초, 60℃에서 30초)에서 열순환시켜 PCR(RT-PCR) 분석을 수행한 후 결과 신호를 측정할 수 있다. 이 구현예에서, 결과 신호는 형광측정 신호이다.
실시예 15: 차세대 시퀀싱을 위한 복잡한 생물학적 샘플에서 표적 격리
본 실시예에서, 본 발명의 시스템은 시퀀싱을 위해 복잡한 생물학적 샘플로부터 표적을 격리하기 위해 설계되었다. 이 시스템은 컨테이너의 바닥 표면을 향하여 또는 바닥 표면에 수용된 표적의 차세대 시퀀싱(next-generation sequencing, NGS)을 위한 시약을 포함한다. 그러나, LAMP/RT-LAMP 및 RT-qPCR 구현예와 달리, 이 구현예는 표적 물질의 격리, 초기 증폭 반응 및 이송에 사용되며, 임의의 엔드포인트 검출을 포함할 수 있지만 반드시 포함할 필요는 없다. 대신, 격리된 물질은 거의 모든 다운스트림 공정에 사용할 수 있다.
사실, NGS의 적용은 격리된 물질이 본 발명의 장치 외부에서 잠재적으로 다운스트림 공정에 사용될 수 있는 많은 잠재적 적용 분야 중 하나에 불과하다. 실제로 분석물 (예: 세포, 단백질, 핵산 또는 당단백질) 및 적용(암세포 계산, 질량 분석용 격리 단백질, 측면 또는 수직 흐름 장치에서의 검출)에 따라 수많은 잠재적 다운스트림 사용이 가능하다. 따라서, 여기서는 NGS를 하나의 관련 예시로만 사용한다. NGS의 경우, 격리된 핵산은 시퀀싱을 위해 다운스트림 장비와 함께 사용된다. NGS는 때때로 시퀀싱 전에 물질의 사전 증폭을 위해 등온이 필요하거나 열 순환이 필요할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템, 장치 또는 방법은 격리된 물질을 시퀀싱 장비로 옮기기 전에 격리된 물질을 사전 증폭하는 데 사용될 수 있다. 사전 증폭은 초기 격리 및 전송 후 설명한 대로 장치 외부에서 수행할 수도 있다.
NGS의 경우, 일부 구현예에서, NGS를 위해 격리된 분석물을 안정화하거나 버퍼링하기 위한 시약을 수용하는 컨테이너는 분리 가능한다. 일부 구현예에서, NGS용 시약을 수용하는 컨테이너는 NGS 시약을 새로운 컨테이너로 옮기는 것을 용이하게 한다. 층 구성에 대한 이전의 설명과 마찬가지로, NGS 시약은 액체 형태이거나 건조되어 재구성 버퍼 층으로 재구성될 수 있다. 일부 구현예에서, NGS 시약은 컨테이너 바닥에 있는 분리 가능한 요소의 표면에 부착된다. 일부 구현예에서, 본 발명의 장치는 마이크로타이터 플레이트(48웰, 96웰, 384웰)와 계면하도록 배열되어 자석이 분석물을 마이크로타이터 플레이트로 끌어당길 수 있다. 이러한 구현예에서, NGS 시약은 마이크로타이터 플레이트의 웰에 수용될 수 있고, 본 발명의 방법의 다른 구성 요소를 수용하는 본 발명의 장치는 웰의 상부에 배치된다. 일부 실시예에서, NGS용 시약을 수용하는 컨테이너는 단순한 컵이거나, 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너의 형상은 열 순환이 가능하고 더 효율적일 수 있다. 일부 구현예에서, NGS 시약을 수용하는 컨테이너는 열의 빠른 전달을 용이하게 하기 위해 높은 종횡비를 갖는다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 미세 유체 채널을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성된다.
일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 장치의 나머지 부분과 다른 물질로 만들어진다. 일부 구현예에서, 반응을 수용하는 컨테이너는 그 안에 통합된 가열 요소를 갖는다. 시스템은 상이한 표면 특성을 갖는 복수의 다공성 물질을 포함한다. 시스템은 용해/결합 버퍼를 포함하며 세척 버퍼를 포함할 수 있다. 생물학적 샘플에 따라, 시스템은 예를 들어 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 용해/결합 버퍼, (3) 소수성 다공성 물질(미네랄 오일) 및 (4) NGS용 시약의 순서로 층을 이루어 구성될 수 있다. 수성 세척층을 포함하는 것이 유익하거나 필요하다고 판단되는 경우, 시스템은 예를 들어 위에서 아래로 (1) 미네랄 오일, (2) 용해/결합 버퍼, (3) 소수성 다공성 물질(미네랄 오일), (4) 친수성 다공성 물질(세척 버퍼), (5) 다른 소수성 다공성 물질(미네랄 오일) 및 (6) NGS용 시약의 순서로 층을 구성할 수 있다. 각 다공성 물질은 소수성 메쉬(예: 폴리프로필렌 또는 기타 합성 또는 천연 폴리머)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나의 다공성 물질은 유리 메쉬를 포함하고 다른 다공성 물질은 합성 폴리머 메쉬를 포함할 수 있다.
생물학적 샘플을 PMP와 혼합한 후 컨테이너에 추가하거나, 이미 결합 버퍼에 PMP가 있고 생물학적 샘플을 컨테이너에 직접 추가하여 혼합할 수 있다. 컨테이너의 바닥에 자석을 부착하여 표적-PMP 복합체를 층을 통해 끌어당겨 NGS(RT-PCR) 시약과 접촉하도록 유도한다. 컨테이너를 적절한 온도(예: 95℃에서 10초, 60℃에서 30초)에서 열순환시켜 NGS의 초기 단계를 수행할 수 있다.
실시예 16: 샌드위치 ELISA
본 발명의 일부 구현예에서, 안정화된 계면을 사용하여, 1차 항체 결합 버퍼, 접합된 2차 항체 결합 버퍼, 기질 용액을 포함하는 생물학적 샘플에서 샌드위치 ELISA를 실행하는 데 사용되는 시약을 분할하고 안정화하며, 미네랄 오일 및 고형화된 왁스 층(MT = 35℃)이 각 층을 분리한다. 도 15 참조.
이 분석의 구현예에서, 생물학적 샘플은 장치 내 최상층과 혼합되도록 추가되며, 이 최상층은 버퍼, 1차 포획 항체(표적-특이적)에 접합된 상자성 입자(PMP) 및 기타 여러 구성 요소로 구성된 1차 항체 결합 버퍼를 포함한다. 일정 기간의 인큐베이션 후, 자기력이 다공성 메쉬에 수직으로 적용되어 비드들을 미네랄 오일 층을 통해 통과하여 버퍼, 2차 접합 항체(HRP 또는 기타 효소), 염 및 완충 구성 요소를 포함하는 2차 항체 결합 버퍼로 당겨 다른 다양한 성분과 최적의 항체-표적 결합을 확립한다. 이 층 아래에 고체 왁스 층이 존재하기 때문에, 비드는 수성 층에서 멈춘다. 2차 항체 결합 버퍼에서 효소-접합 항체는 이미 1차 항체/PMP에 의해 결합된 표적의 다른 영역과 결합하도록 허용된다. 인큐베이션 기간이 지나면, 온도를 왁스 층의 용융 온도 이상으로 높여, 비드를 통해 당겨 (즉, 다른 ESP 세척을 통해) 기질 용액으로 끌어낼 수 있다. 이 층에서, 효소 기질은 전통적인 방법으로 측정할 수 있는 형광 또는 비색 생성물로 변환된다.
이 분석의 다른 형식에서는, 장치의 최상층에 표적과 결합할 수 있는 PMP뿐만 아니라 HRP 또는 기타 기질 전환 효소로 표지된 1차 항체가 모두 포함되어 있다. 그런 다음 표적은 기질 용액이 포함된 최종 버퍼로 격리된다. 이 효소는 기질을 전통적인 방법을 통한 검출을 위해 형광 또는 비색 생성물로 변환한다.
실시예 17: CTC 포획
본 발명의 다른 구현예에서, 안정화된 계면은 혈액 기반 샘플(말초 혈액 단핵 세포(PBMC))에서 순환 종양 세포(CTC)를 격리하는 데 필요한 시약을 분할하고 안정화하는데 사용되며, 여기에는 CTC 결합 버퍼, CTC와 비-CTC를 구별하는 버퍼-표지 시약, 및 최종 수성 부피가 포함되고, 모두 미네랄 오일 또는 용융 온도 ~35℃의 고체 왁스로 분리된다. 도 16 참조.
이 분석에서는, 전혈 또는 PBMC와 같은 혈액 기반 샘플을 하나 또는 다공성 메쉬가 포함된 웰의 상단에 추가한다. 샘플이 추가되면, 인산 완충 식염수(PBS), 포획 항체(CTC-특이적 표적)에 접합된 상자성 입자(PMP), 및 CTC 생존력을 보존하고 최적의 결합 조건을 확립하는 데 도움이 되는 염 및 버퍼와 같은 기타 다양한 성분으로 이루어진 CTC 결합 버퍼가 포함된 맨 위 층과 혼합된다. 일정 기간의 인큐베이션 후, 다공성 메쉬와 수직으로 자력이 가해지면 비드가 미네랄 오일 층을 통과하여 형광 항체 결합 버퍼로 당겨진다. 이 층 아래에 고체 왁스 층이 존재하기 때문에 비드는 수성 층에서 멈춘다. 형광 항체 결합 버퍼에서, 형광 태그가 부착된 항체는 포획된 CTC의 표적에 결합할 수 있다. 인큐베이션 기간이 지나면, 온도를 왁스 층의 용융 온도 이상으로 높여, 비드를 당겨(즉, 다른 ESP 세척을 통해) 수성 상(PBS)으로 끌어낼 수 있다. 이 층에서, 형광 현미경을 통해 CTC를 카운트할 수 있다.
실시예 18: 기타 방법 및 장치에 대한 입력
원시 샘플에서 정제된 샘플로 빠르게 전환하는 기능은 복잡성과 비용으로 인해 대부분의 분석 플랫폼에서 병목 현상이 발생한다. 본 발명은 원시 샘플(예: 혈액, 소변, 타액, 혈장)에서 표적을 다른 장치 또는 방법의 입력과 같은 최종 목적지로 직접 격리할 수 있는 간단한 솔루션을 제공한다. 일부 구현예에서, 이것은 마이크로타이터 플레이트일 수 있다. 다른 구현예에서, 본 발명의 장치는 미세유체 장치를 위한 샘플 로딩 챔버를 형성할 수 있다. 표적을 격리하여 미세유체 장치 챔버로 옮긴 후, 미세유체 제어를 사용하여 필요에 따라 샘플을 후속적으로 처리할 수 있다.
다른 구현예에서, PMP를 마이크로웰 플레이트로 옮길 수 있는 것처럼, PMP를 측면 유동 분석(LFA) 또는 유사한 분석(예: 수직 유동 분석)으로 옮긴 다음 분석물을 검출할 수 있다. 예를 들어 PMP를 LFA의 샘플 패드로 옮길 수 있다. 낮은 pH 용출을 LFA에 적용하여 IgG를 통해 PMP에 결합된 분석물을 용출할 수 있다. 샘플 패드 물질의 기공 크기에 따라 PMP가 LFA 아래로 이동하는 것을 방지하거나 기공 크기가 더 작은 다른 물질을 사용하여 후속 접합부에서 여과할 수 있다. 용출된 물질은 건조된 중화 버퍼가 담긴 다음 패드로 흘러들어가 pH를 재정상화할 수 있다. 그런 다음 용출물은 컨쥬게이트 또는 비오티닐화 항체가 포함된 패드 물질을 재수화하여, 컨쥬게이트/Ab가 용출된 표적과 결합하고 검출을 위해 다운스트림으로 흐르도록 할 수 있다. 다운스트림 검출은 유동 분석 설계 분야에서 알려진 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 장치, 시스템 또는 방법은 유사한 수직 흐름 분석으로 표적을 격리하는 데 사용될 수 있다.
실시예 19: 안정적인 수송을 위한 핵산 격리
본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 LFA 샘플 패드에서 표적을 격리하는 데에도 사용할 수 있으며, 안정적인 보관 및 운송을 위해 건조용 패드에서 표적을 격리하는 데에도 사용할 수 있다. 소량의 혈액(μL)으로부터 배경 오염 물질을 포함하는 건조된 혈액 스팟과 달리, 본 발명의 장치, 시스템 또는 방법을 사용하여 격리된 표적은 훨씬 더 많은 양의 혈액(mL)에서 격리된 표적을 나타내며 대부분의 오염 물질이 제거될 것이다.
실시예 20: SIFT 지원, 조정 가능한, 렌즈 마이크로어레이
이 SIFT 구현예에서는 규칙적인 간격의 기공으로 구성된 소수성 유체를 선호하는 단일 다공성 구조 물질을 사용하여 이미지를 CCD 검출기로 확대할 수 있는 조절 가능한 광학 렌즈 어레이를 생성한다. 이 시스템에서는 앞서 언급한 소수성 다공성 구조 물질을 가로질러 소수성 상 또는 층이 확립된다. 소수성 층의 압력 및/또는 부피(또는 물질 기둥에서 SIFT 멤브레인의 위치)를 조정함으로써, 고도의 조절성을 갖춘 평면 볼록 렌즈(plano-convex lens)를 만들 수 있다. 이 렌즈 앞에 물체(문자 "A")를 놓으면 CCD 검출기에 확대된 화합물 이미지가 나타난다.

Claims (26)

  1. 상, 층 또는 계면을 안정화하기 위한 시스템으로서, (a) 적어도 두 개의 유체, (b) 적어도 하나의 기공을 갖는 적어도 하나의 연관 구조 물질, 및 (c) 상기 연관 구조 물질로 안정화된 적어도 하나의 유체 상, 층 또는 계면을 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 유체 상 또는 층이 수성, 오일 및 기체로부터 선택되는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 유체 상 또는 층이 고체 또는 반-고체 입자를 함유하는 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기공의 크기는 표적, 또는 다른 물질(예: 고체 상)에 결합된 표적이 외력을 가하거나 가하지 않고 통과할 수 있게 하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 외력은 자기력인 시스템.
  6. 둘 이상의 유체, 유체 상, 층 또는 계면과 연관되고 상기 유체 상, 층 또는 계면에 대한 선호도를 갖는 다공성 구조 물질에 의해 안정화된 유체 상, 층 또는 계면을 포함하는 물질의 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 유체 중 하나 이상이 수성인 조성물.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 유체 중 하나 이상이 오일인 조성물.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 유체 중 하나 이상이 가스인 조성물.
  10. 제6항에 있어서, 상기 다공성 구조 물질이 친수성인 조성물.
  11. 제6항에 있어서, 상기 다공성 구조 물질이 소수성인 조성물.
  12. 제6항에 있어서, 상기 다공성 구조 물질이 소수성에 유리한 접촉각을 갖는 조성물.
  13. 제6항에 있어서, 상기 다공성 구조 물질이 친수성에 유리한 접촉각을 갖는 조성물.
  14. 둘 이상의 유체를 포함하는 시스템 또는 장치에서 유체 상, 층 또는 계면을 안정화시키는 방법으로서, 안정화 구조를 상기 유체 상, 층 또는 계면과 연관시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 상 또는 층 내에서 서로 다른 특성을 갖는 둘 이상의 유체 영역을 포함하는 조성물로서, 적어도 하나의 기공을 갖는 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질을 사용하여 상기 유체 영역이 서로에 대해 안정화되고, 상기 안정화가 확산을 통한 유체 구성의 물질 수송(mass transport)이 벌크 유체 운동보다 우세하게 허용하는 조성물.
  16. 상 또는 층 내에서 서로 다른 특성을 갖는 둘 이상의 유체 영역을 포함하는 조성물로서, 표적의 통과를 허용하는 적어도 하나의 기공을 갖는 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질을 사용하여 상기 유체 영역이 서로에 대해 안정화되고, 상기 안정화가 확산을 통한 유체 구성의 물질 이동이 벌크 유체 운동보다 우세하게 허용하는 조성물.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질이 하나의 기공을 포함하거나 본질적으로 구성되는 조성물.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질이 하나 이상의 기공을 포함하거나 본질적으로 구성되는 조성물.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 서로 다른 밀도 및/또는 밀도 구배 사이의 전이 영역을 갖는 유체를 포함하는 조성물.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 물질의 조성물이 중력, 대류 또는 난류력이 두 유체 사이의 균질화/벌크 혼합 및 전이 영역 표적 분자의 신속한 용해를 유도하도록 하는 치수를 갖는 용기에 보관되는 조성물.
  21. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 물질의 조성물이 수력학적 저항이 증가하고 압력 차의 원천으로 기인한 속도가 감소되어 확산을 통한 표적 분자의 수송이 대류를 통한 상기 분자의 수송보다 우세하거나 지배적이도록 하는 치수를 갖는 용기에 보관되는 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전이 영역 용해가 수초, 수분 내지 수시간 또는 수일에 걸쳐 일어나는 조성물.
  23. 제21항에 있어서, 상기 다공성 고체 또는 반-고체 구조 또는 물질이 메쉬, 겔, 또는 고체 또는 반-고체 입자의 집합체를 포함하는 조성물.
  24. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 또는 층이 수성, 오일 및/또는 기체 층 또는 상인 조성물.
  25. 제15항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 또는 층 중 적어도 하나가 에멀젼을 포함하는 조성물.
  26. 표적을 위치시키거나 분리하는 방법에서, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 시스템 또는 제6항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 용도.
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