RU2717671C9 - Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode - Google Patents

Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode Download PDF

Info

Publication number
RU2717671C9
RU2717671C9 RU2019112595A RU2019112595A RU2717671C9 RU 2717671 C9 RU2717671 C9 RU 2717671C9 RU 2019112595 A RU2019112595 A RU 2019112595A RU 2019112595 A RU2019112595 A RU 2019112595A RU 2717671 C9 RU2717671 C9 RU 2717671C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
analysis
sample
air
multiplex
immunological
Prior art date
Application number
RU2019112595A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2717671C1 (en
Inventor
Денис Александрович Клейменов
Сергей Анатольевич Долгушин
Павел Владимирович Шалаев
Бахтияр Исраил оглы Вердиев
Евгений Вячеславович Горский
Владимир Алексеевич Гущин
Артем Петрович Ткачук
Александр Леонидович Гинцбург
Original Assignee
Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения filed Critical Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения
Priority to RU2019112595A priority Critical patent/RU2717671C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717671C1 publication Critical patent/RU2717671C1/en
Publication of RU2717671C9 publication Critical patent/RU2717671C9/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances

Abstract

FIELD: medicine; biology.
SUBSTANCE: invention relates to research in environmental protection, medicine and microbiology and can be used for analysing air for presence of biopathogens in it. Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode includes a number of consecutive stages: collecting bioaerosol particles, converting them into a liquid state, sample preparation for analysis by incubating the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels and analysing the sample on a multiplex immunoassay. Immunoassay is performed in an immunoassay reactor, which is a reservoir of chemically resistant material, volume of 1.5 ml in which automatic temperature is maintained at 37 °C. In order to retain magnetic particles during flushing to tank in an automatic mode by means of electromechanical drive annular permanent magnet is supplied. Immunoassay reactor is mounted on the shaft of an orbital shaker, which in automatic mode drives it at a speed of up to 1,500 rpm.
EFFECT: method enables to automate the process of immunological examination of air samples, shorten the time of sample analysis, provide continuous monitoring of air composition, as well as increase accuracy of determining biopathogens in air.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области исследований в охране окружающей среды, медицине, микробиологии. Данное изобретение может быть применено для анализа воздуха на наличие в нем биопатогенов, для защиты человека или животных от вредного воздействия бактерий, вирусов, генетических векторов и объектов нанотехнологий. The invention relates to the field of research in environmental protection, medicine, microbiology. This invention can be applied to analyze air for the presence of biopathogens in it, to protect humans or animals from the harmful effects of bacteria, viruses, genetic vectors and nanotechnology objects.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен способ мультиплексного иммунологического анализа (МИА). Методика мультиплексного иммуноанализа биомаркеров заключается в том, что на первом этапе проводят инкубацию флуоресцентных микросфер, конъюгированных со специфичными аналиту молекулами (антителами или антигенами) с образцом (сыворотка, плазма, супернатант культуры клеток), содержащим искомый аналит, после чего выполняется отмывка не связавшихся с микросферами компонентов. Каждая микросфера содержит внутри себя определенное количество флуоресцентного красителя, тем самым осуществляется их спектральное кодирование, где спектральный код микросферы определяется интенсивностью флуоресценции красителя. A multiplex immunoassay (MIA) method is known from the prior art. The technique of multiplex immunoassay of biomarkers consists in the fact that at the first stage, incubation of fluorescent microspheres conjugated with analyte-specific molecules (antibodies or antigens) with a sample (serum, plasma, cell culture supernatant) containing the desired analyte is carried out, after which the unbound microspheres of components. Each microsphere contains inside itself a certain amount of a fluorescent dye, thereby carrying out their spectral coding, where the spectral code of the microsphere is determined by the fluorescence intensity of the dye.

Для отмывки могут быть использованы два способа в зависимости от магнитных свойств используемых микросфер. Если используются немагнитные флуоресцентные полимерные микросферы, то отмывку выполняют путем фильтрации с использованием специального вакуумного коллектора и фильтрационных 96-луночных плоскодонных планшетов. При использовании магнитных флуоресцентных полимерных микросфер отмывку можно проводить двумя способами: фильтрационным и путем магнитной сепарации. Магнитная отмывка заключается в использовании специального магнитного штатива, в который устанавливается плоскодонный 96-луночный планшет, и магнитные микросферы концентрируются на дне лунки планшета, а несвязавшиеся компоненты удаляются переворачиванием планшета вместе с магнитным штативом. Кроме того, возможно выполнение отмывки с помощью автоматической промывочной станции (вошера) полностью в автоматическом режиме. Тип используемых микросфер (магнитные или немагнитные) зависит от производителя конкретных наборов реагентов.For washing, two methods can be used depending on the magnetic properties of the microspheres used. If non-magnetic fluorescent polymer microspheres are used, then washing is performed by filtration using a special vacuum manifold and 96-well flat bottom filtration plates. When using magnetic fluorescent polymer microspheres, washing can be carried out in two ways: filtration and by magnetic separation. Magnetic washing consists in using a special magnetic rack, into which a flat-bottomed 96-well plate is installed, and the magnetic microspheres are concentrated on the bottom of the plate well, and unbound components are removed by inverting the plate along with the magnetic rack. In addition, it is possible to perform cleaning using an automatic washing station (washer) in a fully automatic mode. The type of microspheres used (magnetic or non-magnetic) depends on the manufacturer of the specific reagent kits.

На следующем этапе микросферы с аналитом инкубируют с детекторными биотинилированными антителами. Несвязавшиеся компоненты снова отмываются, после чего к образовавшемуся «сэндвичу» добавляют флуоресцентный краситель – конъюгат стрептавидина с фикоэритрином (SAPE), который связывается с биотиновой меткой на детекторных антителах. Фикоэритрин в данном случае играет роль флуоресцентной метки, которая считывается с использованием репортерного лазера. В некоторых видах анализа используются детекторные антитела, конъюгированные с фикоэритрином напрямую без образования конъюгата «биотин-стрептавидин».At the next stage, the microspheres with the analyte are incubated with detector biotinylated antibodies. Unbound components are washed off again, after which a fluorescent dye is added to the formed "sandwich" - streptavidin-phycoerythrin conjugate (SAPE), which binds to the biotin label on the detector antibodies. Phycoerythrin in this case acts as a fluorescent label, which is read using a reporter laser. Some assays use detector antibodies conjugated directly to phycoerythrin without forming a biotin-streptavidin conjugate.

На завершающем этапе анализа для того, чтобы провести детекцию соответствующих аналитов в образце, проводят считывание сигналов флуоресцентных меток в мультиплексном иммунологическом анализаторе, например, проточном цитофлуориметре или планарном иммунологическом анализаторе. Во время измерения каждая микросфера подвергается облучению светом с двумя разными длинами волн (например, красным и зеленым) от двух источников излучения. Тип используемого источника излучения зависит типа анализатора, например, в проточном цитофлуориметре используются твердотельные лазеры, а в планарном иммунологическом анализаторе – светодиоды. Свет от первого лазера (например, красный) служит для возбуждения флуоресценции от микросфер с целью определения кода микросфер и их классификации, а свет от второго лазера (например, зеленый), служит для возбуждения флуоресценции от флуоресцентной метки с целью определения факта связывания с аналитом. Сигнал, испускаемый флуорофорами, регистрируется детекторами анализатора, в качестве которых в проточном цитофлуориметре могут использоваться фотоэлектронные умножители (ФЭУ) или лавинные фотодиоды, а планарном иммунологическом анализаторе – ПЗС-матрица. At the final stage of the analysis, in order to carry out the detection of the corresponding analytes in the sample, the signals of the fluorescent labels are read in a multiplex immunological analyzer, for example, a flow cytometer or a planar immunological analyzer. During the measurement, each microsphere is irradiated with light of two different wavelengths (eg, red and green) from two radiation sources. The type of radiation source used depends on the type of analyzer, for example, solid-state lasers are used in a flow cytometer and LEDs are used in a planar immunoassay analyzer. Light from the first laser (for example, red) serves to excite fluorescence from microspheres in order to determine the code of the microspheres and their classification, and light from the second laser (for example, green) serves to excite fluorescence from a fluorescent label in order to determine the fact of binding to the analyte. The signal emitted by fluorophores is recorded by the analyzer's detectors, which can be photomultiplier tubes (PMTs) or avalanche photodiodes in a flow cytometer, and a CCD matrix can be used in a planar immunological analyzer.

Регистрация флуоресценции от фикоэритрина свидетельствует о наличии в исследуемом образце искомого аналита. При этом интенсивность флуоресценции фикоэритрина пропорциональна концентрации искомого аналита. Результаты считывания сигналов выражаются в относительных единицах MFI (медиана интенсивности флуоресценции). Анализатор регистрирует примерно по 100 микросфер с разным спектральным кодом и переходит к следующей лунке. Считывание всего 96-луночного планшета происходит за время от 20 мин до 1 ч в зависимости от вида анализа. Таким образом, анализируется одновременно спектральный код микросферы и наличие (количество) искомого аналита на микросфере. Схема проведения мультиплексного иммуноанализа на платформе Luminex (Рудик Д.В., Гулидова О.В., Мультиплексный анализ на платформе Luminex, Разработка и регистрация лекарственных средств, 2014, №8, 98-104). Однако, указанный способ не позволяет провести автоматический непрерывный мультиплексный иммунологический анализ воздуха на наличие в нем биопатогенов для защиты человека или животных от вредного воздействия бактерий, вирусов, токсинов, генетических векторов и объектов нанотехнологий.Registration of fluorescence from phycoerythrin indicates the presence of the desired analyte in the test sample. In this case, the intensity of phycoerythrin fluorescence is proportional to the concentration of the desired analyte. Signal readings are expressed in relative units of MFI (median fluorescence intensity). The analyzer registers about 100 microspheres with different spectral codes and goes on to the next well. The entire 96-well plate is read in 20 minutes to 1 hour, depending on the type of analysis. Thus, the spectral code of the microsphere and the presence (amount) of the desired analyte on the microsphere are analyzed simultaneously. Scheme of multiplex immunoassay on the Luminex platform (Rudik D.V., Gulidova O.V., Multiplex analysis on the Luminex platform, Drug Development and Registration, 2014, No. 8, 98-104). However, this method does not allow automatic continuous multiplex immunological analysis of air for the presence of biopathogens in it to protect humans or animals from the harmful effects of bacteria, viruses, toxins, genetic vectors and nanotechnology objects.

Кроме того, из уровня техники известен способ проведения мультиплексного иммунологического анализа воздуха, раскрытый в WO2007001458 23.08.2007, который выбран в качестве прототипа. Известный способ включает обнаружение и количественное определение множества анализируемых веществ в воздухе. Указанный процесс включает: втягивание потока воздуха в коллектор и обеспечение прохождения указанного потока через нелинейный проход внутри указанного коллектора, в то время как аналиты удерживаются в указанном проходе. Прохождение указанного прохода потоком воздуха необходимо для связывания с жидкостью, которая несет мультиплексированные связывающие элементы, состоящие из множества поднаборов элементов связывания, причем каждое подмножество отличается от всех других подмножеств характеристикой, которая различима при анализе, и каждый содержит отличительный связывающий член, который избирательно связывает один аналит из указанного множества аналитов. Осуществляется обнаружение факта связывания аналита с указанным связывающим членом, который отличает указанные подмножества.  Однако известный способ не имеет определенной пробоподготовки к иммунологическому анализу в рамках осуществления исследования воздуха, что снижает достоверность получаемых результатов.In addition, from the prior art there is known a method for conducting a multiplex immunological analysis of air, disclosed in WO2007001458 23.08.2007, which is selected as a prototype. The known method includes detecting and quantifying a plurality of analytes in air. The specified process includes: drawing the air flow into the manifold and ensuring the passage of the specified flow through a non-linear passage within the specified manifold, while the analytes are held in the specified passage. Passage of the specified passage by a stream of air is necessary for binding with a liquid that carries multiplexed binding elements consisting of many subsets of binding elements, each subset being distinguished from all other subsets by a characteristic that is distinguishable by analysis, and each contains a distinctive binding member that selectively binds one an analyte from the specified set of analytes. Detection of the fact of binding of the analyte with the specified linking member, which distinguishes the specified subsets. However, the known method does not have a specific sample preparation for immunological analysis in the framework of the air study, which reduces the reliability of the results obtained.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Заявленный способ мультиплексного иммунологического анализа биологических проб из воздуха в автоматическом режиме, включающий ряд последовательных известных этапов, при которых выполняют сбор частиц биоаэрозоля; переводят их в жидкое состояние; выполняют пробоподготовку образца к анализу; проводят анализ пробы на мультиплексном иммунологическом анализаторе, согласно изобретению, способ включает также следующие этапы: The claimed method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in an automatic mode, including a number of successive known stages, in which the collection of particles of bioaerosol; transfer them to a liquid state; perform sample preparation for analysis; analysis of the sample is carried out on a multiplex immunological analyzer, according to the invention, the method also includes the following steps:

• пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубацию пробы с магнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, а также промывки между инкубациями; • sample preparation for immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, as well as washing between incubations;

• при этом иммунологический анализ выполняют в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой емкость из химически стойкого материала, объемом 1,5 мл в котором в автоматическом режиме поддерживают температуру 37°C; • while the immunological analysis is performed in an immunological analysis reactor, which is a container of chemically resistant material, with a volume of 1.5 ml in which the temperature is automatically maintained at 37 ° C;

• при использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок; • when using magnetic microspheres, an annular permanent magnet is brought to this container in an automatic mode using an electromechanical drive, which holds the magnetic particles during flushing;

• при этом реактор иммунологического анализа установлен на валу орбитального шейкера, который в автоматическом режиме приводит его в движение со скоростью до 1500 об/мин; • in this case, the immunological analysis reactor is installed on the shaft of the orbital shaker, which automatically sets it in motion at a speed of up to 1500 rpm;

• при этом все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа; • in this case, all operating modes of the reactor are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol;

• реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа хранят при 4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки;• reagents for sample preparation of immunological analysis are stored at 4 ° С on a refrigerated platform, also installed on the shaft of an orbital mixer;

• перед использованием реагентов, платформу приводят в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер; • before using the reagents, the platform is set in motion at 800 rpm to obtain a homogeneous suspension of microspheres;

• после выполнения всех операций пробоподготовки, суспензию из реактора направляют в мультиплексный иммунологический анализатор; • after completion of all sample preparation operations, the suspension from the reactor is sent to the multiplex immunological analyzer;

• манипуляции с жидкостями при пробоподготовке мультиплексного иммунологического анализа выполняют шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме.• manipulations with liquids during the preparation of multiplex immunological analysis are performed with a syringe pump and a multiport valve in automatic mode.

Указанные действия осуществляются посредством автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, который представляет собой комплекс оборудования, размещенный в едином металлическом корпусе рамной конструкции. Компоновка прибора выполнена в виде двух отсеков. В верхнем отсеке находятся все узлы и подсистемы, непосредственно контактирующие с биологическими образцами и реагентами – от устройства сбора аэрозоля до ПЦР и иммунологического анализатора. В этом отсеке поддерживается контролируемый температурно-влажностный режим. В нижнем отсеке расположено все вспомогательное оборудование и управляющая электроника: источники и распределители питания, резервные аккумуляторные батареи, холодильная установка, управляющий компьютер и блоки автоматики. Холодильная установка обеспечивает охлаждение оборотной воды до температуры +4 °C; эта вода, в частности, используется для охлаждения реагентов, чтобы обеспечить автономность прибора на протяжении до 7 дней. Система пробоподготовки автоматического анализатора биопатогенов в воздухе построена по закрытой схеме. These actions are carried out by means of an automatic analyzer of biopathogens in the air, which is a set of equipment housed in a single metal case of a frame structure. The layout of the device is made in the form of two compartments. The upper compartment contains all the units and subsystems that are in direct contact with biological samples and reagents - from an aerosol collection device to PCR and an immunological analyzer. This compartment maintains a controlled temperature and humidity regime. The lower compartment contains all auxiliary equipment and control electronics: power supplies and distributors, backup batteries, refrigeration unit, control computer and automation units. The refrigeration unit provides cooling of the circulating water to a temperature of +4 ° C; this water, in particular, is used to cool reagents to ensure the autonomy of the device for up to 7 days. The sample preparation system for an automatic analyzer of biopathogens in air is built in a closed circuit.

При этом пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубации пробы с магнитными либо немагнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, такими как конъюгаты стрептавидин-фикоэритрин (SAPE), а также промывки между инкубациями. При этом операции выполняются в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой ёмкость из химически стойкого материала, например, полипропилена, объемом 1,5 мл в котором, в автоматическом режиме поддерживается необходимая температура + 37°C. При использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок. Реактор иммунологического анализа установлен на валу орбитального шейкера, способного приводить его в движение в автоматическом режиме на скоростях до 1500 об/мин. Все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа. Реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа (микросферы, антитела, SAPE) хранятся при +4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки. Перед использованием реагентов, платформа приводится в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер. После выполнения всех операций пробоподготовки, суспензия из реактора направляется в мультиплексный иммунологический анализатор. Все манипуляции с жидкостями при пробоподготовке МИА выполняются шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме. In this case, sample preparation for immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic or nonmagnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, such as streptavidin-phycoerythrin (SAPE) conjugates, as well as washing between incubations. In this case, operations are performed in an immunological analysis reactor, which is a container made of chemically resistant material, for example, polypropylene, with a volume of 1.5 ml, in which the required temperature of + 37 ° C is automatically maintained. When using magnetic microspheres, an annular permanent magnet is supplied to this container in an automatic mode using an electromechanical drive, which holds the magnetic particles during washing. The immunological analysis reactor is installed on the shaft of an orbital shaker capable of driving it in automatic mode at speeds up to 1500 rpm. All operating modes of the reactor are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol. Reagents for sample preparation for immunological analysis (microspheres, antibodies, SAPE) are stored at + 4 ° C on a refrigerated platform, also mounted on the shaft of an orbital stirrer. Before using the reagents, the platform is driven at 800 rpm to obtain a homogeneous suspension of microspheres. After completing all the sample preparation operations, the suspension from the reactor is sent to the multiplex immunological analyzer. All manipulations with liquids during MIA sample preparation are performed with a syringe pump and a multiport valve in automatic mode.

Задачей настоящего изобретения является осуществление возможности проведения анализа пробы воздуха в автоматическом режиме в реальном времени, что позволит сократить время исследования образца за счет полной автоматизации процесса, обеспечить непрерывный мониторинг состава воздуха, а также повысить точность определения биопатогенов в воздухе. The objective of the present invention is to realize the possibility of analyzing an air sample in an automatic mode in real time, which will reduce the time for examining the sample by fully automating the process, ensure continuous monitoring of the air composition, and also improve the accuracy of determining biopathogens in the air.

Техническим результатом изобретения является автоматизация процесса иммунологического исследования пробы воздуха, сокращение времени исследования образца, обеспечение непрерывного мониторинга состава воздуха, а также повышение точности определения биопатогенов в воздухе. The technical result of the invention is to automate the process of immunological examination of an air sample, reduce the time for examining the sample, ensure continuous monitoring of the air composition, and increase the accuracy of determining biopathogens in the air.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Указанный технический результат реализуется за счет следующих приемов. Процесс анализа воздуха начинается со сбора аэрозольной пробы и ее перевода в жидкую фазу. При этом за сбор окружающего воздуха может отвечать импактор – прибор, создающий поток всасываемого воздуха до 4 м3 в минуту и способный концентрировать аэрозольные частицы в диапазоне от 0.3 до 10 мкм приблизительно в 10 раз. Обогащенный такими частицами воздух подается в коллектор аэрозоля, построенный по принципу водяного циклона. Сбор пробы происходит в течение 4-5 минут, после чего, необходимый объем (около 5 мл) жидкости передается на следующие стадии обработки. Следующим этапом является иммунологический анализ пробы, который может быть осуществлен на основе микрофлюидных компонентов, включающих: трубки для подачи жидкости, шприцевые насосы, клапаны, вортексные шейкеры, в ходе которого полностью воспроизводится ручная методика пробоподготовки в автоматическом режиме. При этом компоненты-участники пробоподготовки образца к МИА в соответствии с протоколом добавляются по микротрубочкам в пробирку-реактор, расположенный на шейкере, оборудованном магнитом и подогревом до +37°C. При этом пробоподготовка включает в себя ряд последовательных действий, выполняемых автоматически: The specified technical result is realized through the following techniques. Air analysis begins with collecting an aerosol sample and converting it to a liquid phase. At the same time, an impactor can be responsible for collecting ambient air - a device that creates an intake air flow of up to 4 m 3 per minute and is capable of concentrating aerosol particles in the range from 0.3 to 10 microns approximately 10 times. The air enriched with such particles is supplied to an aerosol collector, built on the principle of a water cyclone. The sample is collected within 4-5 minutes, after which the required volume (about 5 ml) of the liquid is transferred to the next processing stages. The next stage is the immunological analysis of the sample, which can be carried out on the basis of microfluidic components, including: tubes for fluid supply, syringe pumps, valves, vortex shakers, during which the manual procedure of sample preparation is fully reproduced in an automatic mode. In this case, the components participating in the sample preparation for MIA, in accordance with the protocol, are added via microtubules into a test tube-reactor located on a shaker equipped with a magnet and heated to + 37 ° C. In this case, sample preparation includes a number of sequential actions performed automatically:

1. Первичное антитело конъюгируют с микросферами (А), для чего емкость с микросферами в концентрации 50000 шт./мл взбалтывают с первичным антителом на шейкере 60 секунд. Затем автоматически переносят по флюидной системе 50 мкл раствора А в полипропиленовый реактор. Туда же по флюидной системе доставляют 50 мкл раствора образца (В). В результате в лунке 50 мкл A + 50 мкл B. 1. The primary antibody is conjugated with microspheres (A), for which a container with microspheres at a concentration of 50,000 pcs / ml is shaken with the primary antibody on a shaker for 60 seconds. Then, 50 μl of solution A is automatically transferred through the fluid system into the polypropylene reactor. There, 50 μl of the sample solution (B) is delivered via the fluid system. As a result, in well 50 μl A + 50 μl B.

2. Затем выполняют первую инкубацию полученной пробы АВ на шейкере в течении 30 минут, при температуре 37°С и 800 об/мин. В результате в лунке 100 мкл AB + B. 2. Then the first incubation of the obtained AB sample is carried out on a shaker for 30 minutes at a temperature of 37 ° C and 800 rpm. As a result , 100 μl AB + B in the well .

3. Затем выполняют первую промывку: поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе пробу из реактора АВ. Опускают магнит. Добавляют в реактор 200 мкл промывочного фосфатно-солевого буфера (PBS-TBN). Выполняют взбалтывание промывочного буфера на шейкере в течении 10 сек. Затем опять поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе жидкость из реактора. Опускают магнит. Добавляют в реактор 200 мкл промывочного буфера PBS-TBN. Осуществляют его взбалтывание на шейкере в течении 10 сек. Поднимают магнит на 60 сек. Забирают по флюидной системе жидкость из реактора. Опускают магнит. Переносят по флюидной системе в лунку 50 мкл промывочного буфера PBS-TBN. Осуществляют его взбалтывание на шейкере в течении 10 сек. В результате данного этапа в лунке 50 мкл AB. 3. Then carry out the first rinsing: raise the magnet for 60 sec. A sample is taken from the AB reactor through the fluid system. Lower the magnet. Add to the reactor 200 μl of phosphate buffered saline wash (PBS-TBN). Shake the wash buffer on a shaker for 10 seconds. Then the magnet is raised again for 60 seconds. Take liquid from the reactor through the fluid system. Lower the magnet. Add 200 µl of PBS-TBN wash buffer to the reactor. Shake it on a shaker for 10 seconds. Raise the magnet for 60 sec. Take liquid from the reactor through the fluid system. Lower the magnet. Transfer 50 μl of PBS-TBN Wash Buffer by fluid system to a well. Shake it on a shaker for 10 seconds. As a result of this step, there is 50 μl of AB in the well.

Затем добавляют конъюгированные с биотином детектирующие антитела, (С), для чего выполняют их взбалтывание в емкости при температуре +4 °С на шейкере в течение 20 секунд. После чего переносят по флюидной системе 50 мкл (С) в PBS-TBN в концентрации 8 мкг/мл каждое в реактор. В итоге в лунке 50 мкл AB + 50 мкл С. Then, detecting antibodies conjugated with biotin are added (C), for which they are shaken in a container at a temperature of +4 ° C on a shaker for 20 seconds. Then, 50 μl (C) in PBS-TBN at a concentration of 8 μg / ml each is transferred through a fluid system into a reactor. As a result , 50 μl AB + 50 μl C.

4. Выполняют вторую инкубацию на шейкере в течении 30 минут при температуре 37° С и 800 об/мин. По итогу этапа в лунке 100 мкл ABС + С. 4. Perform a second incubation on a shaker for 30 minutes at 37 ° C and 800 rpm. At the end of the stage, 100 μL ABC + C in the well.

5. Выполняют вторую промывку, аналогично первой (см. этап 3). По итогу этапа в лунке 50 мкл ABС. 5. Perform a second wash in the same way as the first (see step 3). At the end of the stage, 50 μl ABC in the well.

После чего емкость с конъюгированным раствором фикоэритрина (PE) со стрептавидином (SA) (D) в PBS-TBN в концентрации 8 мкг/мл взбалтывают при температуре +4 ° С на шейкере в течение 20 секунд. После этого по флюидной системе переносят 50 мкл раствора D в реактор. К концу данного этапа в лунке 50 мкл ABС + 50 мкл D. Then the container with a conjugated solution of phycoerythrin (PE) with streptavidin (SA) (D) in PBS-TBN at a concentration of 8 μg / ml is shaken at + 4 ° C on a shaker for 20 seconds. Thereafter, 50 μl of solution D is transferred through the fluid system to the reactor. By the end of this stage , 50 μl ABC + 50 μl D.

6. Выполняют третью инкубацию на шейкере в течение 30 минут при температуре 37° С и 800 об/мин. В конце данного этапа в лунке 100 мкл ABСD + D. 6. Perform the third incubation on a shaker for 30 minutes at 37 ° C and 800 rpm. At the end of this step, 100 μl ABCD + D in the well.

7. Выполняют третью промывку, аналогично первой и второй (см. п. 3) После чего переносят по флюидной системе в реактор 100 мкл промывочного буфера PBS-TBN и взбалтывают его на шейкере в течение 10 сек. В результате в лунке 100 мкл ABСD. 7. Carry out the third wash, similarly to the first and second (see p. 3). Then transfer 100 µl of PBS-TBN wash buffer through the fluid system into the reactor and shake it on a shaker for 10 seconds. As a result , 100 μl of ABCD is in the well.

8. Затем указанные 100 мкл ABCD образца автоматически переносят по флюидной системе в мультиплексный иммунологический анализатор и проводят анализ. 8. Then the specified 100 μl of ABCD sample is automatically transferred through the fluid system to the multiplex immunoassay analyzer and analyzed.

Схема иммунокомплексов, образующихся в результате пробоподготовки, представлена на фиг. 1, где А – первичное антитело, конъюгированное с микросферами, В – антиген/мишень/образец, С – детектирующее антитело, конъюгированное с биотином (Bi), D – фикоэритрин, конъюгированный со стрептавидином (SAPE). A diagram of the immunocomplexes formed as a result of sample preparation is shown in Fig. 1, where A is a primary antibody conjugated to microspheres, B is an antigen / target / sample, C is a detection antibody conjugated to biotin (Bi), D is phycoerythrin conjugated to streptavidin (SAPE).

Указанные действия осуществляют посредством автоматического анализатора биопатогенов в воздухе, который включает импактор, коллектор аэрозоля, ультразвуковой гомогенизатор, первый клапан ротационого типа, блок выделения нуклеиновых кислот (НК), содержащий: резервуар с реагентами для выделения НК, третий ротационный клапан, реактор выделения НК, блок пробоподготовки мультиплексного иммуналогического анализа (МИА), включающий: резервуар с микросферами, антителами и красителями, второй ротационный клапан и реактор МИА; резервуар, содержащий промывочные жидкости такие как: буфер, или спирт 70%, или гипохлорит, или щелочь; иммунологический анализатор; резервуар с реагентами ПЦР; ПЦР анализатор; архив проб; резервуар для охлаждаемой оборотной водой; резервуар жидкости предназначенной для слива.These actions are carried out by means of an automatic analyzer of biopathogens in the air, which includes an impactor, an aerosol collector, an ultrasonic homogenizer, a first rotary valve, a nucleic acid (NK) isolation unit, containing: a reservoir with reagents for NK isolation, a third rotary valve, an NK isolation reactor, a sample preparation unit for multiplex immunological analysis (MIA), including: a reservoir with microspheres, antibodies and dyes, a second rotary valve and a MIA reactor; a reservoir containing flushing fluids such as: buffer, or 70% alcohol, or hypochlorite, or alkali; immunological analyzer; reservoir with PCR reagents; PCR analyzer; archive of samples; tank for cooled circulating water; reservoir of liquid intended for draining.

Мультиплексный иммуноанализ проводили при помощи xMAP микросфер производства компании Luminex типу «capture - sandwich».. Первичные антитела в количестве 10 мкг/106 микросфер с тремя спектральными кодами: к коду №45 коньюгировался SY-25 (анти-гексон аденовируса), к коду №72 – ST1 (анти-ЛПС S. typhimurium) и к коду №78 – CT8 (анти-бета-субъединица холерного токсина). Сенсибилизацию микросфер выполняли в соответствии с протоколом, приведенным в официальном издании компании Luminex «xMAP Cookbook, 3rd. edition», методом карбодиимидной химии. Микросферы (1 × 106 шт.) активировали 10 мкл 50 мг/мл (в дистиллированной H2O) 1-Этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлорид (EDC) (Sigma, #22980) и 10 мкл 50 мг/мл (в дист. H2O) N-гидроксисульфосукцинимида натриевая соль (s-NHS) (Sigma, #24520) в 80 мкл активирующего буферного раствора (0,1 M NaH2PO4, pH 6,2) (Amresco, #Am-O823) в течение 20 мин при 25°С с вращением 20 об/мин на вортексе. После этого активированные микросферы промывали два раза и ресуспендировали в 500 мкл буферного раствора для связывания (50 мM MES, pH 5,0) (Sigma, #M2933) с добавлением каждого из антител к своему региону. После инкубации в течение 2 ч в темноте при 25°С с вращением при 20 об/мин и трех этапов промывки, блокирующим буферным раствором микросферы ресуспендировали в 1 мл буферного раствора для хранения и использовали для анализа не менее чем через 16 ч. В качестве буфера для блокировки и хранения (microsphere blocking/storage buffer) использовались PBS-TBN (PBS, 0.1% BSA, 0.02% Tween-20, 0.05% NaN3) для CT8, PBS-BN (PBS, 1% BSA, 0.05% NaN3) для SY-25 и PierceTM Protein-Free (PBS) Blocking Buffer (Pierce, #37584) для ST1.Multiplexed immunoassay performed using the xMAP microspheres manufactured by Luminex type «capture - sandwich» .. Primary antibodies at 10 ug / 10 June microspheres with three spectral codes: a code №45 conjugated SY-25 (anti-adenovirus hexon) to the code No. 72 - ST1 (anti-LPS S. typhimurium) and to code No. 78 - CT8 (anti-cholera toxin beta subunit). The microspheres were sensitized according to the protocol given in the Luminex xMAP Cookbook, 3rd. edition ”, by the method of carbodiimide chemistry. Microspheres (1 × 10 6 pcs.) Were activated with 10 μl 50 mg / ml (in distilled H2O) 1-Ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC) (Sigma, # 22980) and 10 μl 50 mg / ml (in distilled H2O) N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt (s-NHS) (Sigma, # 24520) in 80 μl of activating buffer solution (0.1 M NaH2PO4, pH 6.2) (Amresco, # Am-O823) for 20 min at 25 ° С with rotation of 20 rpm on a vortex. Thereafter, the activated microspheres were washed twice and resuspended in 500 μl of binding buffer (50 mM MES, pH 5.0) (Sigma, # M2933) with the addition of each of the antibodies to their region. After incubation for 2 h in the dark at 25 ° С with rotation at 20 rpm and three stages of washing with blocking buffer, the microspheres were resuspended in 1 ml of buffer solution for storage and used for analysis after at least 16 h. As a buffer for blocking and storage (microsphere blocking / storage buffer), PBS-TBN (PBS, 0.1% BSA, 0.02% Tween-20, 0.05% NaN3) were used for CT8, PBS-BN (PBS, 1% BSA, 0.05% NaN3) for SY-25 and PierceTM Protein-Free (PBS) Blocking Buffer (Pierce, # 37584) for ST1.

Для приготовления PBS-TBN и PBS-BN использовали реактивы: BSA (Sigma, #B-4287); Tween 20 (Amresco, #Am-O777), NaN3 (Amresco, #Am-O639). Подсчет микросфер, оставшихся после процедуры сенсибилизации, осуществляли с помощью автоматического счетчика клеток TC-20 [Bio-RAD, США].To prepare PBS-TBN and PBS-BN, reagents were used: BSA (Sigma, # B-4287); Tween 20 (Amresco, # Am-O777), NaN3 (Amresco, # Am-O639). Counting of microspheres remaining after the sensitization procedure was performed using an automatic cell counter TC-20 [Bio-RAD, USA].

Таким образом, за счет того, что способ мультиплексного иммунологического анализа воздуха выполняется в автоматическом режиме и в следующей последовательности: сбор аэрозольных частиц, перевод их в жидкое состояние, последующий анализ отобранной пробы с помощью мультиплексного иммунологического анализа в автоматическом режиме, со следующими последовательными этапами пробоподготовки: взбалтывание и соединение пробы с микросферами; первая инкубация пробы, первая промывка, взбалтывание и соединение пробы с антителами, вторая инкубация пробы, вторая промывка, взбалтывание и соединение пробы с SAPE, третья инкубация, третья промывка, получение пробы для анализа, который выполняется в мультиплексном иммунологическом анализаторе, что позволяет провести автоматический анализ пробы воздуха, при этом сократить время исследования образца, обеспечить непрерывный мониторинг состава воздуха, а также повысить точность определения биопатогенов воздухе. Thus, due to the fact that the method of multiplex immunological analysis of air is performed in an automatic mode and in the following sequence: collection of aerosol particles, transferring them to a liquid state, subsequent analysis of the selected sample using multiplex immunological analysis in an automatic mode, with the following successive stages of sample preparation shaking and combining the sample with microspheres; first incubation of the sample, first washing, shaking and combining the sample with antibodies, second incubating the sample, second washing, shaking and combining the sample with SAPE, third incubation, third washing, obtaining a sample for analysis, which is performed in a multiplex immunoassay analyzer, which allows automatic analysis of an air sample, while reducing the time for examining the sample, ensuring continuous monitoring of the air composition, and also increasing the accuracy of determining biopathogens in the air

Заявленный способ может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включённого в формулу изобретения на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения и критерию «полнота раскрытия» для изобретения.The claimed method can be carried out by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the declared purpose. The possibility of implementation in practice follows from the fact that for each feature included in the claims on the basis of the description, a material equivalent is known, which allows us to conclude that the criterion "industrial applicability" for the invention and the criterion "completeness of disclosure" for the invention are met.

Claims (16)

1. Способ мультиплексного иммунологического анализа биологических проб из воздуха в автоматическом режиме, включающий ряд последовательных этапов: 1. Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode, including a number of sequential stages: выполняют сбор частиц биоаэрозоля; collecting bioaerosol particles; переводят их в жидкое состояние; transfer them to a liquid state; выполняют пробоподготовку образца к анализу; perform sample preparation for analysis; проводят анализ пробы на мультиплексном иммунологическом анализаторе, analyze the sample on a multiplex immunological analyzer, отличающийся тем, что characterized in that пробоподготовка иммунологического анализа включает в себя инкубацию пробы с магнитными микросферами, биотинилированными антителами и флуоресцентными метками, а также промывки между инкубациями; sample preparation for immunological analysis includes incubation of the sample with magnetic microspheres, biotinylated antibodies and fluorescent labels, as well as washing between incubations; при этом иммунологический анализ выполняют в реакторе иммунологического анализа, представляющем собой емкость из химически стойкого материала, объемом 1,5 мл, в котором в автоматическом режиме поддерживают температуру 37°C; when this immunological analysis is performed in a reactor for immunological analysis, which is a container of chemically resistant material, with a volume of 1.5 ml, in which the temperature is automatically maintained at 37 ° C; при использовании магнитных микросфер к данной емкости, в автоматическом режиме при помощи электромеханического привода, подводят кольцевой постоянный магнит, удерживающий магнитные частицы во время промывок; when using magnetic microspheres, an annular permanent magnet is supplied to this container in an automatic mode using an electromechanical drive, which holds the magnetic particles during flushing; при этом реактор иммунологического анализа установлен на валу орбитального шейкера, который в автоматическом режиме приводит его в движение со скоростью до 1500 об/мин; while the immunological analysis reactor is installed on the shaft of the orbital shaker, which automatically sets it in motion at a speed of up to 1500 rpm; при этом все режимы работы реактора задаются автоматически управляющим компьютером в соответствии с протоколом анализа; in this case, all modes of operation of the reactor are set automatically by the control computer in accordance with the analysis protocol; реагенты для пробоподготовки иммунологического анализа хранят при 4°С на охлаждаемой платформе, также установленной на валу орбитальной мешалки;reagents for sample preparation of immunological analysis are stored at 4 ° C on a refrigerated platform, also mounted on the shaft of the orbital mixer; перед использованием реагентов платформу приводят в движение с частотой 800 об/мин для получения однородной суспензии микросфер; before using the reagents, the platform is set in motion at 800 rpm to obtain a homogeneous suspension of microspheres; после выполнения всех операций пробоподготовки суспензию из реактора направляют в мультиплексный иммунологический анализатор; after completing all operations of sample preparation, the suspension from the reactor is sent to the multiplex immunological analyzer; манипуляции с жидкостями при пробоподготовке мультиплексного иммунологического анализа выполняют шприцевым насосом и многопортовым клапаном в автоматическом режиме.manipulations with liquids during the preparation of multiplex immunological analysis are performed with a syringe pump and a multiport valve in automatic mode. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве флуоресцентных меток используют конъюгаты стрептовидин-фикоэритрин.2. The method according to claim 1, characterized in that streptovidin-phycoerythrin conjugates are used as fluorescent labels.
RU2019112595A 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode RU2717671C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2717671C1 RU2717671C1 (en) 2020-03-25
RU2717671C9 true RU2717671C9 (en) 2020-12-08

Family

ID=69943147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112595A RU2717671C9 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717671C9 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102758C1 (en) * 1989-11-17 1998-01-20 Лаборатуар Мерк-Клевено Devices, method and reagent for performing automated immune analysis in several sequential stages of at least one biological substance from a set of biological samples
WO2007001458A2 (en) * 2004-11-30 2007-01-04 Tetracore, Inc. Multiplexed analyses of contaminant-laden gas in a particle impact collector
US20180128828A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 James W. Stave Direct detection of microorganisms in patient samples by immunoassay

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2102758C1 (en) * 1989-11-17 1998-01-20 Лаборатуар Мерк-Клевено Devices, method and reagent for performing automated immune analysis in several sequential stages of at least one biological substance from a set of biological samples
WO2007001458A2 (en) * 2004-11-30 2007-01-04 Tetracore, Inc. Multiplexed analyses of contaminant-laden gas in a particle impact collector
US20180128828A1 (en) * 2016-11-04 2018-05-10 James W. Stave Direct detection of microorganisms in patient samples by immunoassay

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МАЗУНИНА Е.П., КЛЕЙМЕНОВ Д.А. и др. Протокол разработки скрининговой тест-системы для оценки иммунологической памяти к вакциноуправляемым инфекциям: одновременное определение титра антител к кори, паротиту, краснухе и гепатиту B. Вестник РГМУ, N5, 2017, с.45-57. LUMINEX xMAP Antibody Coupling Kit User Manual. April 2011 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: https://www.ld.ru/w/multiplex/manual%20abc.pdf. LUMINEX xMAP Cookbook, 3rd Edition. 15 January 2016 [он-лайн], [найдено 05.11.2019]. URL: http://www.komabiotech.co.kr/www/techniques/pdf/Luminex_cookbook_3rd.pdf. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2717671C1 (en) 2020-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6553020B2 (en) Automated immunoassay system for performing diagnostic analysis on allergies and autoimmune diseases
CN103235147B (en) The liquid distributor of analytical equipment
EP2240778B1 (en) Isolation and identification of cells from a complex sample matrix
EP2240775B1 (en) Immunomagnetic capture and imaging of biological targets
RU2456618C2 (en) System and method for detection using magnetic and/or electric label
CN102016540A (en) Assay apparatuses, methods and reagents
JP2016506519A (en) System and method for determining a chemical state
US20220167950A1 (en) Systems and methods for processing stool samples
EP4012410A1 (en) Magnetic particle luminescence micro-fluidic chip for multi-marker detection, and detection device
EP4012411A1 (en) Magnetic particle luminescence micro-fluidic chip for multi-marker detection, and detection device
WO2020000525A1 (en) Cell sorting device and sorting method
CN114258321B (en) Instant Concentration Analyzer
RU2717671C9 (en) Method for multiplex immunological analysis of biological samples from air in automatic mode
US10473653B2 (en) Method for quantifying an analyte, and an automatic analytical device configured to implement said method
US10782288B2 (en) Multi-unit for conducting biochemical test and immunological test and testing method thereof
RU2694114C1 (en) Automatic analyzer of biopathogens in air
Ruberti et al. Continuous Flow Air Sampling and Rapid Pathogen Detection System
KR102576448B1 (en) Automatic inspection system
JP2009030997A (en) Blood group determining kit for type and screening and blood group determining device using the same
RU2709460C1 (en) Method for biopatagens detection in air
JP2002181823A (en) Detection method for microorganism
SE2100130A1 (en) System for integrated automated isolation and analysis of biological vesicles and associated molecules
JP2023125973A (en) Method and device for preparing measurement samples
KR20230057939A (en) A gravity-driven biochip using magnetic particles and a method to detect analytes using the biochip

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 9-2020 FOR INID CODE(S) (73)

TH4A Reissue of patent specification