Измерение параметров агглютинации



Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации
Измерение параметров агглютинации

 


Владельцы патента RU 2460058:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Предлагаемые способ и система относятся к области биологических, химических или биохимических измерений. Описаны способ и система для измерения агглютинации в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа с помощью одной или более магнитных частиц, осуществляемого в реакционной камере. После того как в анализе обеспечивают магнитные частицы (3, 15), которые способны к связыванию с мишенью (5), осуществляют процесс агглютинации, дающий агглютинированные частицы (100), содержащие по меньшей мере одну магнитную частицу. Способ дополнительно содержит приложение магнитного поля переменного тока (НПТ) к анализу и измерение воздействия НПТ на одну или более магнитных частиц (3, 15), не присоединенных к какой-либо поверхности. Измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации. Техническим результатом изобретения является повышение точности, обеспечение высокой производительности и чувствительности при количественном измерении одного или более параметров агглютинации магнитных меток в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа. 3 н. и 13 з.п ф-лы, 19 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области биологических, химических или биохимических измерений. В частности, настоящее изобретение относится к способу количественного измерения одного или более параметров агглютинации магнитных меток в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа. Изобретение также относится к соответствующему комплекту и соответствующему устройству.

Предпосылки изобретения

В последнее время были приложены усилия по созданию методов измерения для определения наличия и, возможно, уровня концентрации мишеней в более обширной смеси или растворе, где присутствуют эти частицы. Часто приходится измерять относительно низкие концентрации определенных органических соединений. В медицине, например, очень полезно определять концентрацию молекул данного вида, обычно в растворе, который либо существует естественным образом в физиологических жидкостях, например крови или моче, либо вводится в живой организм, например лекарства.

Одним широким подходом, используемым для обнаружения присутствия конкретного представляющего интерес соединения, является метод иммунологического анализа, в котором обнаружение некой данной молекулярной группировки, в общем случае именуемой лигандом, осуществляется с использованием второй молекулярной группировки, часто именуемой антилигандом или рецептором, который специфически связывается с представляющим интерес лигандом. Присутствие представляющего интерес лиганда обнаруживается путем измерения, или выведения, прямо или косвенно, степени связывания лиганда с антилигандом, например, оптическими методами. Лиганд можно рассматривать как мишень или аналит.

Существует ряд форматов иммунологического анализа. Все они предусматривают связывание, но не все предусматривают агглютинацию. В неагглютинационном случае одна метка обычно присоединяется к одной мишени. Агглютинационные анализы отличаются быстротой и простотой обнаружения, и они используются в том случае, когда требуются простое обнаружение и немедленные результаты, например, в полевых условиях.

Количественные тесты на основе оптического обнаружения крупных частиц являются лишь умеренно чувствительными, поскольку они основываются на измерениях мутности (доли света, прошедшего через образец) или нефелометрии (доли света, рассеянного в образце), которые обе подвержены влиянию фоновых помех со стороны корпускулярного вещества. По этой причине оптические методы не пригодны для использования с необработанными образцами, такими как цельная кровь, которая содержит клетки, и слюна, в которой могут находиться частицы пищи.

Вместо этого в области биохимии давно используются магнитные частицы, выполненные из магнетита и инертного материала матрицы. Они различаются по размеру от нескольких нанометров до нескольких микрон в диаметре и могут содержать от 15% до 100% магнетита. Их часто описывают как суперпарамагнитные частицы или, в диапазоне больших размеров, как магнитные шарики. Обычная методология состоит в покрытии поверхности частиц неким биологически активным материалом, который заставит их сильно связываться с конкретными представляющими интерес микроскопическими объектами или частицами, например белками, вирусами, клетками или участками ДНК. Магнитные частицы можно рассматривать как "ручки", с помощью которых объекты можно перемещать или фиксировать (иммобилизовать) с использованием магнитного градиента, обычно обеспечиваемого сильным постоянным магнитом.

Прежде такие магнитные частицы использовались в основном для фиксации связанных объектов, но недавние исследования были посвящены использованию частиц в качестве маркеров для обнаружения присутствия связанных комплексов. Исторически обнаружение и количественное определение связанных комплексов осуществляли посредством радиоактивных, флуоресцирующих или фосфоресцирующих молекул, которые связаны с представляющими интерес комплексами. Однако эти ранние методы маркировки имеют различные общеизвестные недостатки.

С другой стороны, поскольку сигнал от небольшого объема магнитных частиц чрезвычайно слаб, естественно, что исследователи пытались построить детекторы на основе сверхпроводящего квантового интерференционного датчика (сквида) (SQUID), которые широко известны в качестве наиболее чувствительных детекторов магнитных полей для многих применений. Однако, хотя сквиды являются весьма чувствительными измерительными устройствами, но страдают, помимо прочего, тем недостатком, что эти устройства необходимо охлаждать до криогенных температур.

В последнее время настоящим заявителем были раскрыты усовершенствованные сенсорные устройства с магнитными частицами, в частности, в международных заявках на патент WO 2005/010542 и WO 2005/010543, которые обе в полном объеме включены сюда путем ссылки. Эти сенсорные устройства с магнитными частицами обладают теми преимуществами, что измерение можно осуществлять при примерно комнатной температуре, в то же время обеспечивая достаточно высокое отношение сигнал-шум (SNR).

В US 6437563 (на имя Саймондса (Simmonds) и др. и Quantum Design, Inc.) недавно раскрыто устройство, которое предназначено для количественных измерений комбинаций магнитных частиц, объединенных с аналитами, количество или другое характерное качество которых подлежит определению. Магнитные частицы образуют комплексы с подлежащими определению аналитами и возбуждаются в магнитном поле частотой несколько сотен кГц. Таким образом, намагниченности магнитных частиц совершают вынужденные колебания на частоте возбуждения наподобие диполя, создавая свои собственные поля. Эти поля индуктивно связаны с по меньшей мере одним датчиком, например, чувствительными катушками, изготовленными в конфигурации градиометра. Выходные сигналы с чувствительных катушек надлежащим образом усиливаются и обрабатываются для обеспечения полезных выходных показателей для комбинаций или агглютинации магнитных частиц. Однако работа в килогерцевом режиме колебаний может привносить ненужные шумовые составляющие, и, кроме того, применение движущегося, в частности вращающегося, держателя образца усложняет конструкцию, поскольку вращающийся держатель образца должен быть относительно точным, когда вращение применяется для разделения измерения и возбуждения. Кроме того, вращающийся держатель образца затрудняет манипулирование образцом непосредственно до, в ходе или непосредственно после магнитного измерения. Кроме того, катушечная технология, применяемая Саймондсом и др., не очень чувствительна, и, таким образом, для обнаружения требуется сравнительно большое количество магнитного материала, что, в свою очередь, повышает необходимость в увеличении объема образцов. Наконец, Саймондс и др. измеряют лишь общее количество магнитного материала как в форме кластеров, так и в форме одиночных частиц, и фактически они не могут отличить друг от друга эти две формы, что не позволяет измерять параметры агглютинации.

Также известно, что магнитные частицы могут вращаться во вращающемся магнитном поле вплоть до определенной частоты, так называемой критической частоты скольжения. Свыше критической частоты скольжения физическое вращение магнитной частицы не может следовать за вращением приложенного магнитного поля.

Хотя существует ряд методов измерения параметров агглютинации, необходим более эффективный, и/или более надежный, и/или более чувствительный способ. Например, проблемой при агглютинационных анализах является обнаружение малого числа кластеризованных группировок на фоне многочисленных некластеризованных группировок и/или обнаружение малого числа некластеризованных группировок на фоне многочисленных кластеризованных группировок.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение хороших способов и систем для измерения параметров агглютинации. Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что они ослабляют, сглаживают или устраняют один или более из вышеуказанных недостатков уровня техники по отдельности или в любой комбинации. Вышеуказанная задача решается посредством способа и устройства согласно настоящему изобретению.

Настоящее изобретение предусматривает способ измерения агглютинации одной или более частиц в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа, осуществляемого в реакционной камере, содержащий этапы, на которых обеспечивают магнитные частицы в анализе, причем упомянутые магнитные частицы способны к связыванию с мишенью, осуществляют процесс агглютинации, дающий агглютинированные частицы, причем агглютинированные частицы содержат по меньшей мере одну из упомянутых магнитных частиц. Способ дополнительно содержит приложение магнитного поля переменного тока (НПТ) к анализу в реакционной камере и измерение упомянутым по меньшей мере одним элементом датчика воздействия НПТ на одну или более магнитных частиц, не присоединенных к какой-либо поверхности реакционной камеры, причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации. Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что можно получить высокую производительность. Еще одно преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что можно получить высокую чувствительность. Еще одно преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что можно минимизировать неспецифическое образование кластеров. Анализ, или реакционная камера, в которой может поддерживаться анализ, может находиться вблизи элемента датчика. Магнитные частицы можно обнаруживать непосредственно способом измерения, или же эти частицы можно дополнительно обрабатывать перед обнаружением. Пример дополнительной обработки состоит в том, что добавляют материалы или что изменяют (био)химические или физические свойства частицы для облегчения обнаружения.

Способ дополнительно может содержать этап, на котором концентрируют магнитные частицы вблизи поверхности датчика. Концентрирование можно осуществлять путем присоединения магнитных частиц к поверхности датчика в форме цепей. Их обнаружение можно осуществлять путем приложения вращающегося поля и выявления вращающихся кластеров, например, путем оптического формирования изображения.

Способ дополнительно может содержать этап, на котором осуществляют процесс разделения в зависимости от размера агглютинированных частиц. Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что кластеризацию частиц можно проводить для разных размеров по отдельности, таким образом уменьшая или устраняя влияние размера кластера на анализ, и, таким образом, обеспечивая повышенную точность. Еще одно преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что можно предусмотреть множество элементов датчика, причем каждый элемент имеет поверхность датчика вблизи анализа, для обеспечения количественных параметров агглютинации, обусловленной процессом разделения, согласно варианту реализации настоящего изобретения. В частности, можно предусмотреть множество датчиков в связи с агглютинационным анализом для измерения долей агглютинированных частиц разного размера, появившихся в результате процесса разделения.

Магнитное поле переменного тока НПТ имеет значительно большую частоту, чем критическая частота скольжения одиночной магнитной частицы, с тем, чтобы вызвать физическое вращение магнитной частицы. Эта частота может по меньшей мере в 10, 100 или 1000 раз превышать критическую частоту скольжения. Альтернативно, анализ можно осуществлять на критической частоте скольжения или вблизи нее. Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что способ можно применять в широком диапазоне частот приложенного магнитного поля.

Измерение воздействия может содержать измерение по меньшей мере одного из магнитного сигнала, оптического сигнала или электрического сигнала, или их сочетания. Измерение оптического сигнала, например люминесцентного сигнала, может состоять в обнаружении оптических свойств частицы с использованием оптических методов, такие как рассеяние, методов затухающего поля (от англ. evanescent-field techniques), широкопольной микроскопии, конфокальной лазерной сканирующей микроскопии и т.д. Измерением также может быть, например, измерение магнитооптического или электромагнитного сигнала.

Анализ может располагаться вблизи поверхности упомянутого по меньшей мере одного элемента датчика.

Направление сгенерированного магнитного поля переменного тока НПТ может быть по существу параллельным поверхности упомянутого по меньшей мере одного элемента датчика. При этом «по существу параллельным» означает, что оно может составлять угол между 0° и 20° с поверхностью элемента датчика, например между 0° и 10° с поверхностью элемента датчика.

Магнитный датчик может представлять собой любой пригодный датчик на основе обнаружения магнитных свойств частицы, например катушку, провод, магниторезистивный датчик, гигантский магниторезистивный датчик, магнитострикционный датчик, датчик Холла, плоский датчик Холла, феррозондовый датчик, сквид, магниторезонансный датчик и т.д.

Измерение можно осуществлять в области, находящейся на расстоянии менее 10 микрометров, предпочтительно 5 микрометров, более предпочтительно 1 микрометра, от поверхности элемента датчика. Процесс разделения можно осуществлять внутри по существу замкнутого объема анализа. Благоприятно, измерение элементом датчика воздействия НПТ на магнитное свойство одной или более магнитных меток можно осуществлять в области пространства вблизи элемента датчика. Таким образом, изобретение может отличаться от поверхностного измерения, но также может применяться к поверхностному измерению. В частности, измерение можно осуществлять в пределах области пространства в 10 микрометрах, в частности 5 микрометрах и, более конкретно, 1 микрометра, от элемента датчика. Можно применять даже диапазоны в 200 микрометров, в частности 100 микрометров, более конкретно, 50 микрометров, вблизи поверхности датчика.

Процесс разделения можно осуществлять магнитными силами, действующими при анализе на по меньшей мере часть магнитных частиц, причем упомянутые магнитные силы порождаются неоднородным магнитным полем разделения (НРАЗД).

Магнитные силы (НРАЗД), прилагаемые для разделения, могут отличаться от магнитного поля переменного тока. Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что это способствует более специфическому процессу разделения.

Для улучшения процесса агглютинации можно прилагать магнитное поле улучшения агглютинации (НУСИЛ). Магнитное поле улучшения агглютинации (НУСИЛ) можно прилагать до и/или одновременно с магнитным полем разделения (НРАЗД).

Воздействие магнитного поля переменного тока НПТ можно измерять с течением времени. Воздействие магнитного поля переменного тока НПТ на одну или более магнитных частиц может выводиться как измерение до конечной точки, а также путем регистрации сигналов как функции времени, непрерывно или периодически, получая тем самым временное измерение. Интервал времен может составлять от секунды до часа, обычно от 1 до 10 минут или, в частности, от 1 до 5 минут. При измерении воздействия НПТ на одну или более магнитных частиц с течением времени можно, например, получить показатель распределения размеров агглютинированных частиц или можно получить показатель кинетики процесса агглютинации.

Способ дополнительно может содержать этап, на котором определяют распределение размеров агглютинированных частиц.

Способ может содержать измерение долей агглютинированных частиц разных размеров, получившихся в результате упомянутого разделения, с использованием множества датчиков.

Анализ может представлять собой биохимический анализ.

Настоящее изобретение также относится к комплекту для количественного измерения одного или более параметров агглютинации частиц в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа согласно вышеописанному способу, причем этот комплект содержит по меньшей мере одну магнитную частицу, способную к связыванию с мишенью.

Настоящее изобретение также относится к устройству для измерения одного или более параметров агглютинации в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа, содержащему агглютинирующее средство для осуществления процесса агглютинации, дающего агглютинированные частицы, содержащие по меньшей мере одну магнитную частицу, причем эти агглютинированные частицы не присоединены к какой-либо поверхности, по меньшей мере один элемент датчика, и средство генерации магнитного поля для приложения магнитного поля переменного тока к анализу. Элемент датчика может быть выполнен с возможностью измерения на неприсоединенных агглютинированных частицах воздействия магнитного поля переменного тока на одну или более магнитных частиц, причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации. Воздействие магнитного поля переменного тока может быть воздействием на магнитное свойство одной или более магнитных частиц. Устройство может иметь нефункционализованную поверхность или специфическую для анализа функционализованную поверхность.

Устройство дополнительно может содержать средство концентрирования и/или разделения для осуществления процесса концентрирования частиц вблизи поверхности датчика или процесса разделения в зависимости от размера агглютинированных частиц.

Устройство дополнительно содержит средство управления для управления частотой сгенерированного магнитного поля переменного тока таким образом, чтобы она была значительно большей, чем критическая частота скольжения одиночной магнитной частицы, с тем, чтобы вызвать физическое вращение магнитной частицы. Эта частота может по меньшей мере в 10 раз превышать критическую частоту скольжения.

По меньшей мере один элемент датчика может быть любым из элемента оптического датчика, элемента магнитного датчика, такого как, например, на основе датчика Холла или магниторезистивного датчика, элемента акустического датчика, элемента электрического датчика и т.д.

Изобретение особенно, но не исключительно, выгодно для получения способа исследования агглютинации частиц, включающих в себя одну или более магнитных меток или магнитных частиц, более количественным образом, чем раскрыто до сих пор. В частности, это достигается благодаря примененному методу магнитного измерения с низким уровнем шума и/или улучшенному разделению агглютинированных частиц до и/или во время измерения свойства одной или более магнитных частиц, что обеспечивает повышенную чувствительность нужных параметров агглютинации. Что касается чувствительности в смысле числа измеримых частиц, то проведенные эксперименты показали, что настоящее изобретение может быть по меньшей мере на порядок величины более чувствительным, чем устройства согласно уровню техники.

В качестве дополнительного преимущества, способ содействует измерению свойства агглютинированных частиц, которые не связаны с поверхностью, а находятся вблизи элемента датчика, например поверхности датчика или любой поверхности реакционной камеры, в которой может содержаться агглютинационный анализ. Частицы, свободные от связывания с какой-либо поверхностью, могут быть особенно полезны, поскольку усложненное структурирование поверхности (такое как формирование рисунка на поверхности и модификация поверхности) может быть избыточным, и, следовательно, это может приводить к значительно упрощенному изготовлению измерительных устройств, например магнитных измерительных устройств.

Параметры агглютинации могут включать в себя, но не должны ограничиваться ими, размер образовавшихся агглютинатов, общее количество магнитного материала в форме агглютинатов, содержащих более 1 отдельной магнитной частицы, распределение размеров агглютинатов, распределение числа магнитных частиц у отдельных частиц, образующих агглютинаты, отношение неагглютинированных отдельных магнитных частиц к агглютинированным отдельным частицам и т.д.

Способ по настоящему изобретению можно использовать при нескольких типах биохимического анализа, например анализа связывания/несвязывания, сэндвич-анализа, конкурентного анализа, вытеснительного анализа, ферментативного анализа, амплификационного анализа и т.д.

Способ по этому изобретению может быть пригоден для мультиплексирования датчиков (т.е. параллельного использования разных датчиков и поверхностей датчика), мультиплексирования меток (т.е. параллельного использования разных типов меток) и мультиплексирования камер (т.е. параллельного использования разных реакционных камер). Способы, описанные в настоящем изобретении, можно использовать в качестве быстрых, надежных и простых в применении в месте наблюдения за пациентом биодатчиков для малых объемов образца, но также можно использовать в лабораторном оборудовании.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что реакционная камера, содержащая образец в ходе теста, может представлять собой сменный (одноразовый) предмет, подлежащий использованию с компактным считывающим устройством, содержащим одно или более средств генерации магнитного поля и одно или более средств обнаружения или измерения. Кроме того, способы по настоящему изобретению можно использовать при автоматизированном высокопроизводительном тестировании для централизованных лабораторий. В этом случае реакционная камера представляет собой, например, луночный планшет или кювету, устанавливаемую в автоматический прибор.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что разделение в зависимости от размера, если оно осуществляется, не обязательно производить в другом контейнере для образца или в другом месте обработки, а может происходить там, где осуществляется измерение.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что приложенное магнитное поле переменного тока может иметь частоту, превышающую критическую частоту скольжения данного типа магнитной частицы при данных внешних условиях, что дополнительно пояснено здесь. Значение критической частоты скольжения можно получить согласно известным специалисту способам и/или таким способом, как описанный здесь.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что реагенты для осуществления агглютинационного анализа, включая магнитные метки, могут существовать на устройстве в сухом виде. Сухие реагенты затем можно растворять и диспергировать путем добавления образца текучей среды. Это выгодно для простоты использования и хранения устройства.

Конкретные и предпочтительные аспекты изобретения представлены в независимых и зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Признаки из зависимых пунктов могут быть скомбинированы с признаками независимых пунктов и с признаками других зависимых пунктов в соответствующих случаях и не обязательно в точности так, как явно указано в формуле изобретения.

Вышеозначенные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного совместно с прилагаемыми чертежами, которые иллюстрируют, в порядке примера, принципы изобретения. Это описание приведено исключительно в целях примера, без ограничения объема изобретения. Условные обозначения, используемые ниже, относятся к прилагаемым чертежам.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1, 2 и 3 представляют собой схематичные реакции агглютинационного анализа, которые можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 представляет собой вид в разрезе устройства датчика, где используется магнитный датчик, в котором магнитные частицы отсутствуют, являющийся иллюстрацией варианта реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 представляет собой вид в разрезе устройства датчика, где используется магнитный датчик, в котором магнитные частицы присутствуют, являющийся иллюстрацией варианта реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг. 6, 7 и 8 представляют собой виды в разрезе трех вариантов реализации устройства датчика по настоящему изобретению, где используется магнитный датчик с повышенным разрешением в направлении, по существу перпендикулярном плоскости магнитного датчика;

Фиг.9 представляет собой схематичную иллюстрацию процесса разделения согласно варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.10 представляет собой первый конкретный вариант реализации процесса разделения согласно варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.11 представляет собой второй конкретный вариант реализации процесса разделения согласно варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.12 представляет собой измеренный сигнал GMR при исследовании кинетики агглютинации, который можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.13 представляет собой схематичную иллюстрацию различных магнитных полей, прилагаемых в варианте реализации изобретения в зависимости от времени, которые можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.14 представляет собой блок-схему способа согласно варианту реализации настоящего изобретения;

Фиг.15 также представляет собой пример процесса разделения согласно варианту реализации настоящего изобретения, в котором H1 и H2 обозначают два средства генерации магнитного поля, размещенные на противоположных сторонах агглютинационного анализа;

Фиг. 16a и 16b иллюстрирует влияние частоты и величины НПТ на скорость вращения частицы с постоянной намагниченностью, которую можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг. 17a и 17b иллюстрирует влияние частоты и величины НПТ на скорость вращения магнитной частицы с непостоянной намагниченностью, которую можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.18 иллюстрирует влияние частоты НПТ на скорость вращения двухшарикового кластера магнитных частиц, который можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению;

Фиг.19 представляет собой схематичную иллюстрацию примера агглютинационного анализа, при котором агглютинация измеряется в присутствии отдельных шариков, которые можно использовать в вариантах реализации согласно настоящему изобретению.

На разных фигурах одинаковые ссылочные обозначения относятся к одинаковым или аналогичным элементам.

Подробное описание вариантов реализации

Настоящее изобретение будет описано применительно к конкретным вариантам реализации и со ссылкой на некоторые чертежи, но изобретение ограничивается не ими, а только формулой изобретения. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует считать ограничивающими ее объема. Описанные чертежи носят лишь схематический, но не ограничительный характер. На чертежах размер некоторых из элементов может быть преувеличен и показан не в масштабе в целях иллюстрации.

Когда в настоящем описании и формуле изобретения используется термин “содержащий”, он не исключает возможности наличия других элементов или этапов. Употребление существительного в единственном числе включает возможность употребления этого существительного во множественном числе, если особо не указано обратное.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. в описании и в формуле изобретения используются для указания различия между сходными элементами и не обязательно для описания последовательности, во времени или в пространстве, ранжирования или в каком-либо ином смысле. Следует понимать, что используемые таким образом термины взаимозаменяемы в определенных обстоятельствах и что описанные здесь варианты реализации изобретения допускают работу в других последовательностях, чем описано или проиллюстрировано здесь.

Кроме того, термины “ниже”, “выше” и т.п. в описании и в формуле изобретения используются в описательных целях и не обязательно для описания относительных положений. Следует понимать, что используемые таким образом термины взаимозаменяемы в определенных обстоятельствах и что описанные здесь варианты реализации изобретения допускают работу в других ориентациях, чем описано или проиллюстрировано здесь.

Ссылка по всему этому описанию изобретения на “один вариант реализации” или “вариант реализации” означает, что конкретные признак, структура или характеристика, описанные в связи с этим вариантом реализации, входит в по меньшей мере один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, выражения “в одном варианте реализации” или “в варианте реализации” в различных местах этого описания изобретения не обязательно относятся к одному и тому же варианту реализации, хотя могут. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики можно комбинировать любым подходящим образом, что будет очевидно специалисту в данной области техники из этого раскрытия, в одном или более вариантах реализации.

Кроме того, следует понимать, что в описании иллюстративных вариантов реализации изобретения различные признаки изобретения иногда группируются вместе в одном варианте реализации, на одной фигуре или ее описании в целях оптимизации раскрытия и облегчения понимания одного или более из различных аспектов изобретения. Однако этот метод раскрытия не следует интерпретировать как подразумевающий, что заявленное изобретение требует больше признаков, чем явно указано в каждом пункте формулы изобретения. Напротив, как отражает нижеследующая формула изобретения, аспекты изобретения заключаются в менее чем всех признаках одного раскрытого ранее варианта реализации. Таким образом, формула изобретения, следующая за подробным описанием, тем самым в явном виде включена в это подробное описание, причем каждый пункт формулы изобретения сам по себе выражает отдельный вариант реализации этого изобретения.

Кроме того, хотя некоторые описанные здесь варианты реализации включают в себя те или иные признаки, включенные в другие варианты реализации, комбинации признаков разных вариантов реализации подразумеваются входящими в объем изобретения и составляющими разные варианты реализации, что должно быть очевидно специалисту в данной области. Например, в нижеследующей формуле изобретения, любой из заявленных вариантов реализации можно использовать в любой комбинации.

Кроме того, некоторые из вариантов реализации описаны здесь как способ или комбинация элементов способа, которые могут быть реализованы посредством процессора компьютерной системы или другими средствами осуществления той же функции. Таким образом, процессор с необходимыми командами для осуществления такого способа или элемента способа образует средство для осуществления этого способа или элемента способа. Кроме того, описанный здесь элемент варианта реализации устройства является примером средства для осуществления функции, выполняемой этим элементом с целью осуществления изобретения.

В представленном здесь описании изложены многочисленные конкретные подробности. Однако следует понимать, что варианты реализации изобретения можно осуществлять на практике без этих конкретных подробностей. В прочих случаях общеизвестные способы, структуры и методы не показаны подробно для того, чтобы не затруднять понимание этого описания.

Термины “средство генерации” и “генератор” могут использоваться взаимозаменяемо. Также взаимозаменяемо могут использоваться термины “средство управления” и “контроллер”. Аналогично, термины “датчик” и “элемент датчика” могут использоваться взаимозаменяемо.

Используемые здесь выражения “как функция времени” или “с течением времени” относятся как к непрерывному, так и прерывистому режиму. В прерывистом режиме моменты времени могут быть разнесены на заданные интервалы, регулярно или нерегулярно.

Термины “агглютинация” или “кластеризация”, используемые здесь в целях настоящего изобретения, относятся к образованию массы, группы или кластера путем объединения по меньшей мере 2 отдельных элементов. Термины “агглютинация” и “кластеризация”, а также термины “агглютинированный” и “кластеризованный” можно в этом отношении использовать взаимозаменяемо. В частности, “агглютинация” относится к образованию такой массы или группы из-за специфичного взаимодействия между элементами.

В целях настоящего изобретения термин “магнитная частица” следует интерпретировать в широком смысле, например, включающем магнитные частицы любого типа, например ферромагнитные, парамагнитные, суперпарамагнитные и т.д., а также частицы любой формы, например магнитные сферы, магнитные стержни, цепочку магнитных частиц или составную частицу, например частицу, содержащую магнитный, а также оптически активный материал, или магнитный материал внутри немагнитной матрицы. В необязательном порядке, магнитные или намагничиваемые объекты могут быть ферромагнитными частицами, которые содержат малые ферромагнитные зерна с малым временем магнитной релаксации и которые обладают низким риском агрегации частиц вследствие только лишь магнитных свойств частиц. Настоящее изобретение будет описано посредством магнитных или намагничиваемых объектов, каковыми являются магнитные частицы.

Термин “мишень”, используемый здесь в целях настоящего изобретения, относится к элементу, подлежащему обнаружению и/или количественному определению в способах согласно настоящему изобретению, т.е. элемент в образце, который играет индуктивную роль в процессе агглютинации согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Неограничительный список примеров молекул-мишеней, предусмотренный настоящей заявкой, приведен в описании.

Используемый здесь термин “реакционная камера” относится к любому предмету, который может служить контейнером для удержания реакции или агглютинационного анализа. Упомянутый контейнер необязательно является отсоединяемым от устройства или прибора, используемого для осуществления способа по настоящему изобретению, т.е. реакционная камера может быть неотъемлемой частью устройства или прибора, а также самостоятельным объектом, который может быть помещен на, в или вблизи прибора и снова удален.

Используемый здесь термин “неприсоединенный” относится к ситуации, когда объект свободен от любой формы соединения, связи или взаимодействия с определенным другим объектом или поверхностью, в частности когда объект свободен от любой формы специфического для объекта соединения или специфического взаимодействия, например не присоединен посредством специфической химической или биохимической связи или взаимодействия.

В первом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ измерения агглютинации с участием одной или более магнитных частиц в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа. Такой анализ можно осуществлять в реакционной камере. Способ содержит обеспечение магнитных частиц в анализе, причем магнитные частицы способны к связыванию с мишенью. Такое обеспечение может содержать приведение анализа и магнитных частиц в контакт друг с другом. Магнитные частицы могут быть получены «с полки» или могут заранее присутствовать в устройстве. Они могут присутствовать в устройстве в любой пригодной форме. Образец может быть получен любым подходящим образом и введен в реакционную камеру любым подходящим образом, например с помощью шприца, путем заполнения полости и т.д. Способ согласно вариантам реализации изобретения можно использовать при нескольких типах анализа, таких как анализ связывания/несвязывания, сэндвич-анализ, конкурентный анализ, вытеснительный анализ, ферментативный анализ и т.д. Процесс может использовать различные элементы, содержащие разные классы молекул и биологических объектов, например ДНК, РНК, белки, малые молекулы. Помимо молекулярных анализов, также можно обнаруживать или исследовать более крупные составляющие, например клетки, вирусы или фрагменты клеток или вирусов, ткань или экстракт ткани и т.д. Молекулярные мишени часто определяют концентрацию и/или присутствие более крупных составляющих, например клеток, вирусов или фрагментов клеток или вирусов или бактерий, экстракта ткани и т.д. Магнитные частицы могут иметь малые размеры, например являться наночастицами. Под наночастицами подразумеваются частицы, по меньшей мере один размер которых составляет между 0,1 нм и 10000 нм, предпочтительно между 3 нм и 3000 нм, более предпочтительно между 10 нм и 1000 нм. Магнитные частицы могут приобретать магнитный момент вследствие приложенного магнитного поля (например, они могут быть парамагнитными), или же они могут иметь постоянный магнитный момент. Магнитные частицы могут быть составными, например состоять из одной или более малых магнитных частиц внутри немагнитного материала или присоединенных к нему. Если только частицы генерируют ненулевой отклик на частоту магнитного поля переменного тока, т.е. когда они создают магнитную восприимчивость или проницаемость, их можно использовать. Можно использовать магнитные частицы с разными формами, например сферические, стержневидные, двухшариковые кластеры. Магнитные частицы могут демонстрировать дополнительные свойства, например оптические свойства, такие как флуоресценция. Эти отличительные свойства магнитных частиц можно использовать для мультиплексирования при анализе. Мультиплексирование меток может происходить с использованием различимых свойств разных частиц в рамках одной и той же категории датчика, например разных магнитных материалов, выдающих различимые сигналы, для элементов магнитного датчика, или с использованием свойств, выбранных из разных категорий датчиков, например с использованием комбинации магнитных и оптических меток, каждую из которых можно избирательно измерять соответственно элементом магнитного датчика и элементом оптического датчика.

Способ, кроме того, содержит осуществление процесса агглютинации для анализа с магнитными частицами, приводящего к образованию агглютинированных частиц. Агглютинированные частицы содержат по меньшей мере одну магнитную частицу. Образование кластеров или агглютинация может быть мерой присутствия мишени в образце, причем мишень индуцирует агглютинацию. В вариантах реализации настоящего изобретения осуществляют агглютинацию магнитных частиц и анализируемых частиц. Для простой корреляции сигнала датчика и присутствия мишени двухчастичная кластеризация может быть предпочтительнее многочастичных кластеров. Для отдания предпочтения двухчастичным кластерам перед многочастичными кластерами можно использовать, например, концентрирование частиц или концентрирование молекул захвата на частицах, которое сильно превышает итоговую концентрацию мишени. Кроме того, можно использовать биохимии, которые в принципе не допускают образования кластеров из более чем двух единиц. Например, используется формат сэндвич-анализа, с одной стороны, с магнитной частицей со специфическими антителами, а, с другой стороны, с флуоресцентной меткой с только одним антителом на метку.

Согласно вариантам реализации настоящего изобретения агглютинация происходит в объеме раствора и не требует связывания с поверхностью. Это может быть выгодно для простоты анализа, скорости анализа, простоты изготовления и низких затрат.

В частности, при быстрых анализах и при анализах с низкими концентрациями мишени необходимо обнаруживать очень малое число событий. Согласно вариантам реализации настоящего изобретения становится возможным быстро и точно измерить малое число кластеров на фоне многочисленных некластеризованных группировок и/или обнаруживать малое число некластеризованных группировок на фоне большого числа кластеров.

Способ может необязательно содержать, после осуществления упомянутого процесса агглютинации и до измерения, применение процесса концентрирования и/или разделения.

Процесс разделения может зависеть от размера агглютинированных частиц. Применение процесса разделения можно осуществлять путем приложения магнитного поля для разделения частиц, например неоднородного магнитного поля. Другие примеры процесса разделения будут более подробно описаны ниже. Альтернативно, процесс разделения можно не осуществлять.

Процесс концентрирования, в частности, может иметь эффект концентрирования подлежащих измерению частиц вблизи поверхности датчика. Этот конкретный вариант реализации может обладать преимуществом повышения чувствительности способа обнаружения упомянутых частиц.

Способ также содержит приложение магнитного поля переменного тока (ПТ) (НПТ) к анализу. При этом анализ может находиться вблизи по меньшей мере одного элемента датчика, используемого для измерения воздействия. Такое магнитное поле переменного тока можно генерировать любым подходящим образом, например, с помощью проводов, катушек, магнитных материалов, электромагнитов или прочего. Его можно генерировать на кристалле или вне кристалла. «На кристалле» означает, что генератор интегрирован в устройство, а «вне кристалла» означает, что генератор является внешним по отношению к устройству или независимым от устройства. В вариантах реализации согласно настоящему аспекту изобретения способ измерения индуцированной мишенью агглютинации использует тот обнаруженный факт, что магнитные частицы могут вращаться в магнитном поле переменного тока. Магнитные частицы вращаются в таком вращающемся магнитном поле при частотах приложенного поля вплоть до максимума на определенной частоте, так называемой критической частоты скольжения. Свыше критической частоты скольжения физическое вращение магнитной частицы не может следовать за вращением приложенного магнитного поля. Как будет показано далее, неожиданно было обнаружено, что для частот, существенно превышающих критическую частоту скольжения, физическое вращение магнитной частицы вновь возрастает. Другими словами, неожиданно было обнаружено, что частоты, существенно превышающие критическую частоту скольжения, также можно использовать для определения параметров агглютинации. Частота приложенного магнитного поля переменного тока НПТ может, например, в 10 раз превышать критическую частоту скольжения. Частота НПТ может по меньшей мере в 10 раз, или по меньшей мере в 100 раз, или по меньшей мере в 1000 раз превышать критическую частоту скольжения. Критическая частота скольжения обычно составляет несколько Гц, тогда как вращение, обусловленное релаксацией Нееля, т.е. вращение на существенно более высокой частоте вращающегося магнитного поля, начинает преобладать свыше нескольких кГц, возрастая до нескольких МГц. Для этого варианта реализации частота приложенного НПТ составляет между примерно 10 Гц и примерно 10 МГц, в частности между примерно 100 Гц и примерно 1 МГц. Фактическая желательная частота зависит от размера/типа используемых магнитных частиц. Для получения максимального сигнала выгодно использовать частоту, близкую ко второму максимуму (как показано на Фиг.18), в отношении измеренного воздействия прилагаемого поля переменного тока. Для шариков, использованных в экспериментах, проиллюстрированных на Фиг.18, желательная частота составляет около 600 кГц. В зависимости от анализа и типа используемых частиц, она может быть значительно ниже/выше по причине сильной зависимости времени релаксации Нееля от, например, размера зерен используемых магнитных частиц. Критическая частота скольжения может быть измерена оптическими или магнитными методами при изучении вращения частицы как функции частоты вращения приложенного поля. В рамках настоящего изобретения существует две возможности для определения критической частоты скольжения. Первая возможность состоит в характеризации партии шариков до агглютинационного анализа, благодаря чему критическая частота скольжения известна до того, как шарики используются в реальном устройстве, в котором осуществляется анализ, или до того, как шарики используются в способе согласно изобретению. Альтернативно, критическая частота скольжения определяется в том устройстве, в котором также осуществляется агглютинационный анализ. Критическую частоту скольжения можно определить методом оптической микроскопии на вращающемся шарике, изменяя частоту поля от 0 Гц до частоты, намного превышающей критическую частоту скольжения. Критическую частоту скольжения также можно определить с использованием датчика магнитного поля, который измеряет дипольное поле вращающегося шарика при изменении частоты прилагаемого поля. Синхронизированное обнаружение выходного сигнала обеспечивает выход датчика на частоте приложенного поля. Как только постоянный магнитный момент шарика не может следовать за приложенным полем (критическая частота скольжения), сигнал на частоте активации демонстрирует спад.

Частота, на которой действует приложенное магнитное поле переменного тока НПТ, таким образом, может превышать критическую частоту скольжения. Работа на более высоких частотах может быть выгоднее работы на критической частоте скольжения. Работа на частотах НПТ, значительно превышающих критическую частоту скольжения, может привести к нескольким преимуществам. Высокочастотное возбуждение минимизирует диполь-дипольные взаимодействия между магнитными частицами, что повышает воспроизводимость датчика. Отношение сигнал-шум и чувствительность обнаружения высоки благодаря использованию метода модуляции. Сгенерированное магнитное поле переменного тока, приложенное к анализу, например, вблизи датчика 11, позволяет измерять воздействие, оказанное на магнитное свойство одной или более магнитных частиц 15. Такое магнитное свойство может быть свойством, на которое влияет магнитное поле переменного тока.

Способ также содержит измерение по меньшей мере одним элементом датчика воздействия НПТ на одну или более магнитных частиц, не присоединенных к какой-либо поверхности реакционной камеры, причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации. Магнитное поле переменного тока может воздействовать на магнитное свойство одной или более магнитных частиц. Измерение воздействия НПТ, указывающее на агглютинацию, обеспечивает информацию относительно присутствия мишени в образце. Такая информация может быть как качественной, так и количественной. Качественное измерение агглютинации указывает на характер или идентичность одной или более мишеней, присутствующих в образце. Количественное измерение агглютинации указывает, в каком количестве одна или более мишеней присутствуют в образце. Измерение воздействия НПТ может представлять собой оптическое измерение, акустическое измерение, магнитное измерение, электрическое измерение и т.д. такого воздействия, в зависимости от физической природы воздействия. Например, оптическое измерение может быть основано на обнаружении затухающего излучения, обнаружении флуоресцентного излучения, обнаружении фосфоресценции, обнаружение рассеянного света и т.д. Измеренное воздействие может быть скоррелировано с числом магнитных частиц, а если осуществляется процесс разделения, то число частиц может преобразоваться в распределение размеров.

В порядке иллюстрации, но не ограничения настоящего изобретения, на Фиг.14 показана блок-схема способа согласно изобретению для измерения одного или более параметров агглютинации частиц в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа, демонстрирующая стандартные и необязательные этапы способа. При этом способ содержит этапы S1, S2, S4 и S5 и, необязательно, содержит этап S3. Этап S1 соответствует обеспечению магнитных меток 3, 15 в анализе, причем упомянутые магнитные метки способны к связыванию с мишенью 5. Этап S2 соответствует осуществлению процесса агглютинации, дающего агглютинированные частицы 100, содержащие одну или более магнитных частиц. Необязательный этап S3 соответствует осуществлению процесса концентрирования и/или разделения. Процесс разделения может зависеть от размера агглютинированных частиц, например, за счет приложения силы разделения Fразд. Этап S4 содержит приложение магнитного поля переменного тока НПТ к анализу, причем анализ и, таким образом, реакционная камера, в которой удерживается анализ в ходе измерения, находится вблизи по меньшей мере одного элемента датчика 11, так что индуцированное воздействие будет измеряемым с помощью по меньшей мере одного элемента датчика 11. Этап S5 содержит измерение элементом датчика воздействия НПТ на одну или более магнитных меток или частиц 3, 15, свободных от связывания с какой-либо поверхностью реакционной камеры, причем измеренное воздействие НПТ указывает на один или более параметров агглютинации.

В порядке иллюстрации, но не ограничения настоящего изобретения, более подробно описан ряд примеров, а также ряд стандартных или необязательных этапов способа, которыми настоящее изобретение не ограничивается.

В первом примере показан ряд схематических реакций агглютинационных анализов, которые можно использовать в вариантах реализации настоящего изобретения. На Фиг.1 изображен агглютинационный анализ, при котором магнитная частица или метка 15 присоединяется к магнитной частице 15b через сэндвичевую структуру, состоящую из мишени 5, связанной связывающими составляющими 2 и 2b, присоединенными соответственно к частице 15 и 15b. Этот формат можно использовать, когда мишень имеет по меньшей мере два связывающих участка, обычно такие как белковые или пептидные антигены с множественными паратопами, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), и антитела с множественными эпитопами и т.д., но потенциально мишень может быть сравнительно малой, такой как гаптены, маломолекулярные лекарства, гормоны, метаболиты и т.д. Магнитная частица 15 присоединяется к магнитной частице 15b через сэндвичевую структуру, состоящую из мишени 5, связанной составляющими 2 и 2b, присоединенными соответственно к частице 15 и 15b, приводя к образованию агглютинированных частиц 100. Два связывающих участка могут быть различными, и в таком случае связывающие составляющие 2 и 2b являются разными. Альтернативно, два связывающих участка могут быть одинаковыми, и в таком случае 2 и 2b являются одинаковыми. Связывающие составляющие 2 и 2b могут быть присоединены к магнитным частицам непосредственно или через некоторые промежуточные связывающие группы, такие как, например, G-белок, стрептавидин, биотин, A-белок, IgG-антитела и т.д., которыми изобретение не ограничивается. Одна или обе связывающие составляющие 2 и 2b могут присутствовать уже присоединенными к частице или независимыми от частиц, и в таком случае и связывающие составляющие, и частицы должны иметь на себе промежуточные связывающие составляющие, которые позволяют частицам присоединяться к связывающим составляющим 2 и 2b. Таким образом, связывание магнитной частицы 15 и мишени 5 может быть опосредованным в контексте настоящего изобретения. Для мишеней 5, которые малы и имеют только один связывающий участок (таких как малые молекулы, гаптен, лекарства, гормоны и метаболиты), можно альтернативно применять ингибирование или конкурентный формат.

На Фиг.2 изображен такой анализ, при котором магнитная частица 3 агрегируется с частицей 3b через составляющую 4, присоединенную к 3, которая может быть связана связывающей составляющей 4b, присоединенной к частице 3b. Составляющая 4 может быть гомологом мишени, и при добавлении мишени она связывается с составляющей 4b и подавляет агрегацию частиц. Это выгодно тем, что мишень добавляется до того, как началась агрегация, поскольку агрегация может быть необратима, или агрегаты могут быть трудно диспергируемыми. Этого можно добиться, пространственно разделяя составляющие 4 и 4b и позволяя мишени сначала реагировать с 4b. Аналогично сэндвич-формату, связывающая составляющая 4b может быть независимой от частицы и присоединяться в ходе реакции промежуточными связывающими составляющими. Связывающие составляющие специально предназначены для распознавания мишени и могут быть молекулами, такими как антитела, нуклеиновые кислоты, аптамеры, пептиды, белки и лектины. Эти компоненты могут связываться в любом порядке, хотя в целях активации предпочтительно иметь связывающие составляющие, уже присоединенные к частицам до подвергания их действию мишени. Частицы могут составлять вплоть до 2 микрометров, однако предпочтительно, чтобы частицы были менее 1 микрометра, в силу их более высокого отношения площади поверхности к объему, что приведет в результате к более высокому динамическому диапазону. Агглютинация обусловлена связыванием множественных частиц друг с другом и приводит к образованию агглютинированных частиц 100.

На Фиг.3 изображен анализ, где составляющая 4 может быть гомологом мишени, и при добавлении мишени 5 она связывается с составляющей 4b и подавляет агрегацию частиц. Таким образом, следует понимать, что в контексте настоящего изобретения процесс агглютинации преимущественно включает в себя процесс, где изучается подавление агглютинации.

Во втором конкретном наборе примеров проиллюстрировано измерение воздействий разными методами обнаружения, которыми настоящее изобретение не ограничивается. В одном примере излучающие метки, такие как, например, люминесцентные или флуоресцентные метки, внедряются в или присоединяются к используемым магнитным частицам. Например, антигены можно присоединять к флуоресцентным магнитным частицам или как к флуоресцентным, так и нефлуоресцентным магнитным частицам. Возбуждение флуоресцентных магнитных частиц можно проводить, используя источник облучения, например, путем возбуждения сфокусированным лазерным лучом или затухающим полем, что позволяет оптически обнаруживать такие метки. Обнаружение можно проводить любым подходящим образом, например, используя конфокальное обнаружение или используя линзу с высокой числовой апертурой (ЧА). Использование флуоресцентных магнитных частиц допускает мультиплексирование с использованием различных флуорофоров, которые отличаются длинами волны возбуждения и/или излучения. В качестве другого примера варианта реализации, обнаружение можно проводить оптически, используя флуоресцентные метки (первоначально либо свободные, либо внедренные в немагнитную частицу или присоединенные к немагнитной частице) в сочетании с магнитными частицами-метками. Измерение агглютинации в этом примере может быть основано не на образовании кластеров магнитных частиц, а на увеличении флуоресценции магнитных частиц. Например, смешивают антигены, помеченные либо флуоресцентной, либо магнитной частицей-меткой, и подвергание их действию образца, содержащего антиген-специфические антитела, будет приводить к связыванию флуоресцентных меток с магнитными частицами-метками. Для этого варианта реализации магнитные частицы можно активировать к несвязывающей поверхности датчика, и можно проводить поверхностно-специфическое обнаружение флуоресцентных меток. Поверхностно-специфическое возбуждение флуорофоров можно проводить с использованием источника излучения, например с использованием сфокусированного лазерного луча или с помощью затухающего поля. Обнаружение можно проводить либо посредством конфокального обнаружения (поверхностно-чувствительного обнаружения), либо с использованием светособирающей линзы с высокой ЧА (нечувствительной к поверхности). Благодаря использованию этого способа можно снизить или даже минимизировать фоновую флуоресценцию от избыточных меток и от самой текучей среды образца. Мультиплексирование анализа на основе дифференциального маркирования частиц можно легко обеспечить с использованием разных флуоресцентных меток. Оптическое обнаружение можно проводить также посредством спектроскопии усиленного поверхностью резонансного комбинационного рассеяния (SERRS). SERRS - это сверхчувствительный способ обнаружения молекул или группировок путем абсорбции молекулы или группировки, которая снабжена оптической меткой, на коллоидных частицах, например частицах серебра. Оптическая метка представляет собой подходящую молекулу красителя (такого как родамин), вызывающую плазмонный резонанс и резонанс на красителе при кластеризации коллоидных частиц управляемым образом. Известно, что существуют магнитные частицы с металлическим покрытием. Если, например, антигены (с которыми связывается мишень, т.е. антитела) присоединены к такой покрытой серебром магнитной частице, в то время как антигены также присоединены к подходящему красителю, антиген-специфические антитела будут приводить к связыванию красителя с покрытыми серебром магнитными частицами. Магнитная активация будет приводить к образованию кластера/колонны, что будет приводить к резонансу на красителе. SERRS можно обнаруживать после активации к несвязывающей поверхности датчика в затухающем поле. В такой установке обнаружение антител можно проводить в одной единственной камере, опуская этапы промывки текучей среды, поскольку обнаружение является поверхностно-специфическим и не нарушается несвязанными красителями из раствора.

В еще одном примере можно использовать магнитный датчик, такой как, например, датчик Холла, магниторезистивный датчик, такой как, например, датчик GMR, TMR или AMR. В конкретном примере магнитное измерение может опираться на тот факт, что можно использовать конкретную частоту приложенного магнитного поля переменного тока. В низкочастотном режиме, т.е. на частотах, например, ниже 100 Гц, преобладает шум 1/f элемента магнитного датчика. Шум 1/f обусловлен флуктуациями тока от точки к точке и обратно пропорционален частоте. В магниторезистивных датчиках шум 1/f происходит из магнитных флуктуаций в свободном слое. Когда частота сгенерированного магнитного поля переменного тока составляет 100 Гц или выше, преобладающий шум 1/f значительно снижается по сравнению с уровнем техники, приводя к повышенному отношению сигнал-шум (SNR). Выгодно, когда частота магнитного поля переменного тока еще больше увеличена до значения, при котором уровень теплового белого шума (Найквиста) начинает преобладать над уровнем шума 1/f. Как упомянуто в WO 2005/010542, свыше определенной частоты излома fc ≈ 50 кГц тепловой белый шум датчиков GMR становится преобладающим. Уровень белого шума ограничивает теоретически достижимый предел обнаружения.

На Фиг. 4 и 5 показаны виды в разрезе иллюстративного устройства датчика согласно варианту реализации настоящего изобретения, в котором используется магнитный датчик, соответственно без и с магнитными частицами 15. В целях иллюстрации изобретение будет объяснено ниже применительно к биодатчику. Биодатчик обнаруживает магнитные частицы в образце, таком как текучая среда, жидкость, газ, вязкоупругая среда, гель или образец ткани. Устройство может содержать подложку 10 и схему, например интегральную схему. Измерительная поверхность устройства представлена на Фиг.4 и Фиг.5 пунктирной линией. Подложка может содержать подложки из полупроводникового материала, стекла, пластика, керамики, кремния на стекле, кремния на сапфире. Схема может содержать магниторезистивный датчик 11 в качестве элемента датчика и генератор магнитного поля в виде проводника 12. Магниторезистивный датчик 11 может представлять собой, например, датчик типа GMR, AMR или TMR. Магниторезистивный датчик 11 может иметь, например, удлиненную геометрическую форму, например, длинной и узкой полоски, но не ограничивается этой геометрической формой. Датчик 11 и проводник 12 могут располагаться рядом друг с другом (Фиг.4) на малом расстоянии g. Расстояние g между датчиком 11 и проводником 12 может составлять, например, между 1 нм и 1 мм; например 3 мкм. На Фиг. 4 и 5 введена система координат для указания на то, что, если устройство магнитного датчика располагается в плоскости xy, то магнитный датчик 11 в основном регистрирует x-составляющую магнитного поля, т.е. направление x является чувствительным направлением магнитного датчика 11. Стрелка 13 на Фиг.4 и Фиг.5 указывает чувствительное направление x магниторезистивного датчика 11 согласно настоящему изобретению. Поскольку магнитный датчик 11 малочувствителен в направлении, перпендикулярном плоскости устройства датчика, на чертеже - в вертикальном направлении или направлении z, магнитное поле 14, созданное током, текущим через проводник 12, не регистрируется датчиком 11 в отсутствие магнитных наночастиц 15. Пропуская ток по проводнику 12 в отсутствие магнитных наночастиц 15, можно калибровать сигнал датчика 11. Эту калибровку предпочтительно осуществлять до любого измерения. Когда магнитный материал (это может быть, например, магнитные ион, молекула, наночастица 15, твердый материал или текучая среда с магнитными компонентами) находится поблизости от проводника 12, он развивает магнитный момент m, указанный линиями поля 16 на Фиг.5. Затем этот магнитный момент m генерирует дипольные поля рассеяния, имеющие плоскостные составляющие 17 магнитного поля в местоположении датчика 11. Таким образом, наночастица 15 отклоняет магнитное поле 14 в чувствительном направлении x датчика 11, указанном стрелкой 13 (Фиг.5). Эта x-составляющая магнитного поля Hx, которая ориентирована в чувствительном направлении x датчика 11, воспринимается датчиком 11 и зависит от числа Nnp магнитных наночастиц 15 и тока Ic в проводнике.

В третьем конкретном примере описаны блоки датчика и соответствующие способы измерения согласно вариантам реализации настоящего изобретения, которые обладают хорошим разрешением в направлении, перпендикулярном плоскости датчика. На Фиг. 6, 7 и 8 показаны виды в разрезе трех вариантов реализации таких чувствительных блоков с увеличенным разрешением в направлении, перпендикулярном плоскости датчика. Для того чтобы можно было различать поверхностную и объемную концентрации магнитных частиц 15, необходимо разрешение в направлении, перпендикулярном плоскости элемента датчика 11, которое соответствует направлению z в системе координат, введенной на Фиг.4. Как показано на Фиг.6, проводники 12c и 12d генерируют соответственно магнитное поле 14c и 14d по сравнению с магнитным полем 14a и 14b проводников 12a и 12b. Суммируя сигналы датчика, исходящие от четырех проводников 12a, 12b, 12c, 12d, можно получить информацию о концентрации магнитных частиц 15 в направлениях x и z. Разрешение по оси z можно дополнительно повысить путем применения большего количества проводников в направлении, перпендикулярном плоскости элемента магнитного датчика 11, которое представлено как вертикальное или z направление. Это показано в варианте реализации по Фиг.7. Проводники 12a и 12b располагаются по обе стороны рядом с магнитным датчиком 11, на одном уровне в направлении, перпендикулярном плоскости элемента датчика 11. Проводники 12c, 12d, 12e и 12f располагаются между подложкой 10 и датчиком 11, причем проводники 12c и 12d находятся в другом положении по оси z относительно проводников 12e и 12f. Опять же, сложение сигналов датчика, обусловленных разными проводниками 12a-12f, может давать информацию об объемной, приповерхностной и поверхностной концентрации магнитных частиц 15. В еще одном дополнительном варианте реализации токи в проводниках 12c и 12d, которые располагаются на одном уровне в промежутке между подложкой 10 и магнитным датчиком 11, имеют противоположные направления, как показано на Фиг.8. Таким образом, проводники 12c и 12d могут генерировать сильный градиент поля в направлении x. Этот вариант реализации может быть выгоден для повышения пространственного разрешения.

В четвертом конкретном примере более подробно описан необязательный этап, на котором осуществляют процесс разделения в зависимости от размера агглютинированных магнитных частиц. На Фиг.9 показана схематичная иллюстрация процесса разделения, который можно использовать в вариантах реализации согласно изобретению для количественного измерения одного или более параметров агглютинации магнитных меток 15 в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа. Такой этап можно осуществлять после обеспечения меток и после осуществления процесса агглютинации, дающего агглютинированные частицы 100. В одном примере процесса разделения можно прилагать силу разделения Fразд в одном или более пространственных направлениях, причем эта сила разделения зависит от размера агглютинированных частиц 100. Сила разделения Fразд преимущественно может представлять собой неоднородное магнитное поле, прилагаемое к агглютинированным частицам 100, но возможны и другие разновидности разделения, такие как, например, вращение, порождающее центробежную силу для разделения сил по массе, приложение гидродинамического давления, применение электростатического разделения (требует наличия заряда на агглютинированных частицах 100) и т.д. Дополнительно или альтернативно использованию различных сил, прилагаемых для разделения, можно также использовать фильтры исключения по размеру (гель-фильтры). Для большинства агглютинационных анализов можно предположить, что число магнитных частиц 15, входящих в агглютинированные частицы 100, напрямую зависит, например, пропорционально, от размера агглютинированных частиц 100, хотя это не всегда так. Если для разделения применяется неоднородное магнитное поле, то это магнитное поле можно генерировать тем же средством, генерирующим магнитное поля переменного тока, или, альтернативно, специально предназначенным для этой цели средством генерации магнитного поля, например, расположенным вблизи элемента магнитного датчика 11.

На Фиг.10 показан один вариант реализации процесса разделения согласно настоящему изобретению, где множество элементов датчика 11 располагаются соотносительно разделенным агглютинированным частицам 100 для облегчения измерения распределения размеров агглютинированных частиц, как показано на Фиг.10. Разделение приводит к пространственному разделению по отношению к разным элементам датчика 11 в одном пространственном направлении, но аналогично разделение можно осуществлять также в двух или трех пространственных измерениях.

На Фиг.15 также показан вариант реализации процесса разделения, который можно использовать в вариантах реализации согласно способу по настоящему изобретению. Магнитные частицы разных размеров, например одиночные в отличие от кластеризованных частиц или малоразмерные в отличие от крупноразмерных кластеров, можно разделять с использованием магнитофоретического разделения, основанного на том факте, что их скорость в магнитном поле прямо пропорциональна их восприимчивости к магнитным силам. Кластеры магнитных частиц, например, обусловленные агглютинацией, будут иметь повышенную восприимчивость по сравнению с одиночными магнитными частицами, и поэтому магнитофорез можно использовать для отделения кластеризованных магнитных частиц от одиночных магнитных частиц. После активации или осаждения на несвязывающую поверхность, например поверхность датчика или поверхность реакционной камеры, изменение сигнала датчика можно отслеживать во времени. Поскольку кластеры будут осаждаться быстрее или быстрее двигаться в магнитном поле, они окажутся на поверхности раньше по времени. Поэтому отслеживание магнитных частиц вблизи или на несвязывающей поверхности во времени будет является показателем образования кластеров, когда измерение параметров агглютинации предусматривает этап разделения. Для воспроизводимого разделения одиночных и кластеризованных шариков можно использовать принцип магнитофоретического разделения частиц, например, в кассетной установке, разработанной сейчас для обнаружения GMR и FTIR. При этом на Фиг.15 приведена схематическая иллюстрация варианта реализации, показывающая реакционную камеру, где под поверхностью датчика и с противоположной стороны над крышкой реакционной камеры имеются электромагнитные катушки, верхняя и нижняя катушки, обозначенные соответственно H1 и H2. Разделение может достигаться путем первоначального сбора шариков на крышке реакционной камеры при включении верхней катушки. Если затем включить нижнюю катушку, выключив при этом верхнюю катушку, магнитные частицы будут двигаться к поверхности датчика. В заданное время, когда двухшариковые кластеры почти прошли расстояние от крышки к датчику, а одиночные кластеры находятся менее чем на полпути от крышки к датчику, верхнюю катушку включают вновь. Двухшариковые кластеры будут двигаться дальше к поверхности датчика, тогда как одиночные шарики будут двигаться обратно к крышке. Этот способ сделает возможным проводимое до конечной точки измерение кластеров магнитных частиц и не требует кинетического обнаружения. По аналогии, одиночные магнитные частицы можно магнитно отделять от кластеризованных магнитных частиц таким образом, что одиночные шарики достигают несвязывающей поверхности датчика, тогда как кластеризованные шарики собираются на пятне, отличающемся от поверхности датчика. Один путь добиться этого может состоять в использовании того же магнитофоретического разделения частиц, которое описано выше, с тем лишь отличием, что шарики сначала собирают на стороне датчика, затем выключают нижнюю катушку и включают верхнюю катушку. По истечении заданного времени, когда двухшариковые кластеры почти прошли расстояние от крышки к датчику, а одиночные кластеры находятся менее чем на полпути от крышки к датчику, нижнюю катушку включают вновь. Двухшариковые кластеры будут двигаться дальше к крышке, тогда как одиночные шарики будут двигаться обратно к датчику. Этот пример является “1-x анализом”, поскольку присутствие мишени приведет к кластерам, что, в свою очередь, приведет к уменьшенному количеству одиночных магнитных частиц, обнаруженных на стороне датчика. Ввиду низкой чувствительности, свойственной такому анализу, этот формат, вероятно, не является предпочтительным. Преимущество этого варианта реализации будет состоять в том, что образование множественных кластеров не мешает количественному определению, поскольку обнаруживаются не агглютинированные частицы, а убывающие одиночные магнитные частицы. Для обоих вариантов в рамках этого примера магнитофоретического разделения магнитных частиц разного размера также можно добиться с использованием встроенных проводов. В этом случае разделение частиц происходит в плоскости поверхности датчика. Кластеры или одиночные шарики, в зависимости от выбранного типа эксперимента, можно собирать на пятне обнаружения (над проводом обнаружения в случае GMR или над лазерным пятном в случае FTIR), тогда как одиночные или кластеризованные магнитные частицы, соответственно, собираются на пятне в плоскости поверхности датчика, на достаточном удалении от стороны обнаружения.

На Фиг.11 показан еще один вариант реализации процесса разделения согласно настоящему изобретению, где единственный датчик 11 располагается соотносительно силе разделения Fразд, прилагаемой так, что измерение как функция времени будет выявлять или, по меньшей мере, указывать на распределение размеров агглютинированных частиц 100. Разделение можно охарактеризовать как временное разделение. Зависящее от времени измерение датчиком 11 также можно применять для измерения кинетики агглютинации. На Фиг.12 показан пример исследования кинетики путем анализа гормона паращитовидной железы (PTH), при котором 4 нМ аналита сначала добавляют к частицам, содержащим антитела к PTH. Измерение осуществляют в установке, аналогичной показанной на Фиг.11, в течение 60 минут. Частицы агрегируются в присутствии мишени (200 нм) и осаждаются быстрее при слабой магнитной активации, чем образец, не содержащий аналита, причем результатом является значительно больший сигнал GMR. Силу разделения Fразд создают магнитным полем переменного тока (ПТ).

В пятом конкретном примере приведена иллюстрация того, как можно в необязательном порядке улучшить процесс агглютинации. При этом способ содержит приложение магнитного поля улучшения агглютинации (НУСИЛ). Магнитное поле улучшения агглютинации можно прилагать перед или одновременно с магнитным полем разделения. Благодаря приложению неоднородного магнитного поля (НУСИЛ) к анализу магнитные частицы активируются и, следовательно, агглютинация усиливается за счет обратимого неспецифического взаимодействия. Частицы, содержащие связывающие составляющие, могут перемещаться через раствор с магнитной активацией, так что число столкновений мишеней со связывающими составляющими возрастает. Это можно использовать для повышения скорости анализа или повышения его чувствительности. Хотя это может быть сделано в ходе агглютинации, активацию предпочтительно осуществляют до агглютинации, чтобы иметь как можно больше открытых связывающих составляющих. Этого можно добиться, подвергая мишень 5 сначала действию комплекса частица 15 - связывающая составляющая 2, активируя и затем подвергая мишень действию комплекса частица 15b - связывающая составляющая 2b или наоборот, см. Фиг.1. Аналогичная схема возможна для формата подавления. В альтернативном варианте реализации усиление образования агглютинатов осуществляется путем увеличения столкновений магнитной частицы 15 с другими магнитными частицы 15b после того, как мишень 5 была присоединена к связывающей составляющей 2 и 2b, см. Фиг.1. Применяемые магнитные силы не обязаны быть одинаковыми для этого и предыдущего вариантов реализации улучшения, но магнитное поле может быть одинаковым для некоторых вариантов реализации. Хотя оба типа улучшения могут формироваться одновременно, предпочтительно осуществлять первую форму улучшения, затем добавлять частицу 15b и затем осуществлять вторую форму улучшения. Намагниченность частиц необходима для активации. Это может приводить к обратимой агрегации частиц во внешнем поле. Может быть весьма предпочтительно осуществлять анализ в буферных условиях, которые препятствуют постоянному неспецифическому связыванию кластеров друг с другом. Буфер может содержать по меньшей мере 1% белков, которые препятствуют неспецифическому связыванию (альбумины, глобулин, желатин, казеин и т.д.), и/или по меньшей мере 0,05% детергентов (Triton X-100, Tween 20 или 80 и т.д.) и/или полимеров (ПВБ, ПЕГ и т.д.). Затем можно осуществлять разделение, прилагая магнитное поле НРАЗД к анализу, как описано выше. Магнитное поле разделения НРАЗД и магнитное поле улучшения НУСИЛ должны удовлетворять тем условиям, что эти поля не должны быть слишком сильными или иметь слишком сильные пространственные градиенты во избежание необратимой неспецифической агглютинации, которая будет искажать измерение. При магнитных частицах размером 300 нм авторы изобретения обнаружили, что пригодны верхние пределы напряженности поля 1×104 А/м, 1×105 А/м или 1×106 А/м, тогда как верхние пределы градиента могут составлять 1×107 А/м2, 1×108 А/м2 или 1×109 А/м2. Обычно магнитное поле для разделения НРАЗД будет на порядок величины меньше этих верхних пределов. На Фиг.13 показана схематическая иллюстрация последовательного использования различных магнитных полей согласно вариантам реализации изобретения в зависимости от времени, t. Указаны только численные значения магнитных полей, поскольку эти три магнитных поля могут иметь отличающееся друг от друга направление. Сначала магнитное поле прилагается для улучшения процесса агглютинации. Затем прилагается магнитное поле для разделения магнитных частиц в зависимости от размера. Наконец, прилагается НПТ. Магнитное поле НРАЗД и магнитное поле НУСИЛ указаны постоянными во времени, но они также могут быть зависящими от времени и меняться по направлению, как и магнитное поле НПТ для измерения одного или более параметров агглютинации.

Другой набор конкретных примеров иллюстрирует необязательные признаки, касающиеся магнитного поля переменного тока, применяемого к анализу. Фиг.16A-18 иллюстрируют, в качестве примера не ограниченного этим настоящего изобретения, явление, при котором вращение частиц достигается вплоть до заданной частоты, именуемой частотой скольжения, и на частотах, существенно превышающих эту частоту скольжения. На Фиг.16A показана частота вращения одиночной магнитной частицы как функция применяемой угловой частоты вращающегося магнитного поля. Стрелка указывает критическую частоту скольжения. Данные, показанные в этом примере по Фиг. 16A, 16B, 17A и 17B, были получены для магнитной частицы с диаметром 2,8 микрометра, имеющей большую непостоянную намагничиваемость и малую постоянную намагниченность. В примере по Фиг.16A нижний ток (Ibottom) для генерации вращающегося магнитного поля составлял 0,046 ампера (A). На Фиг.16B показана критическая частота скольжения как функция тока, подаваемого в токонесущие провода, генерирующие вращающееся магнитное поле. Ток в 100 мА соответствует полю в 2 мТл при положении магнитной частицы в настоящем примере. Линейная зависимость указывает на то, что магнитный крутящий момент обусловлен постоянной намагниченностью в магнитной частице. На Фиг.17A показана измеренная оптически частота вращения одиночной магнитной частицы как функция применяемой угловой частоты вращающегося магнитного поля в широком частотном диапазоне, отложенном на логарифмической шкале по оси X. Эффект постоянной намагниченности наблюдается в низкочастотном диапазоне (ниже примерно 10 Гц), а эффект непостоянной намагниченности наблюдается в более высокочастотном диапазоне (до примерно 10 МГц). На Фиг.17B показана частота вращения магнитной частицы как функция тока, подаваемого в токонесущие провода на частоте 40 кГц. Квадратичная зависимость поведения магнитных частиц во вращающемся магнитном поле указывает на то, что магнитный крутящий момент обусловлен восприимчивостью магнитной частицы, т.е. непостоянной намагниченностью. Фиг. 17 и 18 иллюстрируют неожиданный обнаруженный результат, согласно которому на частотах, превышающих критическую частоту скольжения, частота вращения частицы возрастает соответственно для одиночной магнитной частицы и кластера из двух магнитных частиц. Двойная стрелка на Фиг.18 указывает, что частота вращения магнитной частицы под влиянием такого магнитного поля переменного тока, действующего на частоте, намного большей, чем критическая частота скольжения, возрастает до максимума, который выше, чем частота вращения на критической частоте скольжения. Последняя зависит от тока, при этом на низких частотах частота вращения линейно возрастает с напряженностью приложенного поля, а на высоких частотах частота вращения возрастает квадратично с напряженностью приложенного поля. Поэтому выше определенной напряженности поля критическая частота скольжения оказывается ниже максимально достижимой частоты. Предпочтительно агглютинированные частицы или кластеры магнитных частиц вращаются так, что ось вращения не совпадает с основной осью магнитно-сформированных цепочек магнитных частиц (см. Фиг.19). Таким образом, кластеры можно идентифицировать даже в присутствии цепочек отдельных частиц.

В отсутствие связывания с поверхностью кластеры и одиночные частицы могут быть повторно диспергированы в объеме раствора после магнитофоретического разделения и обнаружения. Этот признак изобретения придает способу по изобретению потенциальную возможность мониторинга анализа в реальном времени, что представляет интерес, например, при амплификации нуклеиновой кислоты в реальном времени, такой как полимеразная цепная реакция (ПЦР). Повторное диспергирование кластеров в объеме раствора и сплавление продукта ПЦР позволяет повторно использовать праймеры на частицах, что необходимо для экспоненциальной амплификации в ПЦР.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что они могут использовать магнитные частицы в качестве меток и специфическое обнаружение вблизи несвязывающей поверхности датчика, что позволяет обнаруживать мишень с низким сродством, такую как связывающее антитело с низким сродством, опуская этапы промывки текучей среды.

Преимущество вариантов реализации, использующих такие магнитные частицы, состоит в том, что обнаружение можно проводить в необработанных образцах. Преимущество вариантов реализации, использующих магнитные частицы, согласно настоящему изобретению состоит в том, что не требуются этапы промывки текучей среды, что, помимо скорости и простоты, повышает чувствительность анализа. Преимущество вариантов реализации, использующих магнитные частицы, состоит в том, что дополнительно может быть предусмотрен этап активации для повышения вероятности связывания.

Преимущество вариантов реализации согласно настоящему изобретению состоит в том, что не требуется связывание с поверхностью датчика, поэтому не требуется специальная модификация или дериватизация поверхности датчика.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусмотрен комплект для осуществления способа измерения агглютинации, который описан выше. Такой комплект содержит одну или более магнитных частиц для осуществления агглютинационного анализа в присутствии определенной мишени. Комплект может дополнительно содержать реакционную камеру, в которой осуществляется агглютинационный анализ. Комплект также может дополнительно содержать добавки к анализу, такие как жидкости, в которых осуществляется анализ. В частности, в этом комплекте одна или более магнитных частиц 3, 15 и упомянутая жидкость могут быть заранее перемешаны и содержаться в реакционной камере. Этот конкретный вариант реализации имеет то преимущество, что для осуществления теста нужно добавить только образец, который нужно протестировать на присутствие мишени. Не требуется никаких дополнительных манипуляций, что может ускорять анализ и что может обеспечивать в результате более высокую чувствительность и/или воспроизводимость анализа.

Согласно еще одному аспекту изобретения предусмотрено устройство для измерения одного или более параметров агглютинации в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа. Устройство содержит агглютинирующее средство для осуществления процесса агглютинации, дающего агглютинированные частицы 100, которые не присоединены к какой-либо поверхности реакционной камеры, в которой удерживается анализ в ходе измерения. Агглютинированные частицы содержат одну или более магнитных частиц. Кроме того, устройство содержит средство генерации магнитного поля для приложения магнитного поля переменного тока к анализу. Такое магнитное поле можно прилагать к реакционной камере, в которой удерживается анализ, так что оно ощущается анализом. Анализ и, таким образом, реакционная камера, в которой удерживается анализ в ходе измерения, может находиться вблизи упомянутого по меньшей мере одного элемента датчика, которым должно восприниматься воздействие приложенного магнитного поля. Этот по меньшей мере один элемент датчика может быть основан на любой подходящей технологии для обнаружения воздействия магнитного поля переменного тока на агглютинированные частицы 100. Это может быть, например, оптический детектор для измерения оптического воздействия, магнитный детектор для измерения магнитного воздействия, электрический детектор для измерения электрического воздействия или акустический детектор для измерения акустического воздействия. Если используется магнитный детектор, то этот детектор может представлять собой датчик Холла или магниторезистивный чувствительный элемент, такой как GMR, AMR или TMR. Этот по меньшей мере один элемент датчика выполнен с возможностью измерения на неприсоединенных агглютинированных частицах воздействия магнитного поля переменного тока, причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации. В одном варианте реализации этого аспекта изобретения устройство дополнительно содержит средство разделения для осуществления процесса разделения в зависимости от размера агглютинированной частицы. В конкретном варианте реализации средство разделения может представлять собой генератор магнитного поля, предназначенный для генерации неоднородного магнитного поля разделения НРАЗД. Средство разделения может представлять собой компонент, обладающий функциональными возможностями различных процессов разделения, которые описаны выше. В другом конкретном варианте реализации устройство дополнительно может содержать средство управления для управления частотой сгенерированного магнитного поля переменного тока для работы на существенно большей частоте, чем частота скольжения одиночной магнитной частицы. Частота приложенного магнитного поля переменного тока может быть по меньшей мере в 10 раз, или по меньшей мере в 100 раз, или по меньшей мере в 1000 раз большей.

Способ согласно вариантам реализации изобретения можно реализовать в любой пригодной форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любое их сочетание. Изобретение или некоторые признаки изобретения можно реализовать в виде компьютерного программного обеспечения, выполняющегося на одном или более процессорах данных и/или процессорах цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта реализации изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Действительно, функциональные возможности можно реализовать в едином блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. Поэтому изобретение может быть реализовано в едином блоке или может быть физически и функционально распределено между разными блоками и процессорами.

Устройство, способы и системы по вариантам реализации этого изобретения пригодны для мультиплексирования датчиков (т.е. параллельного использования разных датчиков и поверхностей датчика), мультиплексирования меток (т.е. параллельного использования разных типов меток) и мультиплексирования камер (т.е. параллельного использования разных реакционных камер).

Устройство, способы и системы, описанные в вариантах реализации настоящего изобретения, можно использовать в качестве быстрых, надежных и простых в применении в месте наблюдения за пациентом биодатчиков для малых объемов образца. Реакционная камера может представлять собой сменный предмет, подлежащий использованию с компактным считывающим устройством, содержащим упомянутые одно или более средств генерации магнитного поля и одно или более средств обнаружения. Кроме того, устройство, способы и системы по настоящему изобретению можно использовать при автоматизированном высокопроизводительном тестировании. В этом случае реакционная камера представляет собой, например, луночный планшет или кювету, устанавливаемую в автоматический прибор.

Агглютинационные анализы, описанные для вариантов реализации настоящего изобретения, являются очень подходящими для высокопроизводительных систем, таких как системы с микротитрационными планшетами или ампулами, и проточных систем (как в проточной цитометрии). Кроме того, кластерные анализы дают потенциальную возможность оперативного мониторинга анализа, что представляет интерес, например, для ПЦР в реальном времени.

Кроме того, устройство и способы по вариантам реализации этого изобретения пригодны для высокопараллельного обнаружения кластеров. Обнаружение многочисленных кластеров можно осуществлять параллельно, что делает эти методы пригодными для быстрых и точных измерений.

Следует понимать, что, хотя здесь были рассмотрены предпочтительные варианты реализации, конкретные конструкции и конфигурации, а также материалы для устройств согласно настоящему изобретению, могут быть внесены различные изменения или модификации по форме и деталям без отклонения от объема этого изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ измерения агглютинации одной или более частиц (3, 15) в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа, осуществляемого в реакционной камере, содержащий этапы, на которых:
- обеспечивают магнитные частицы (3, 15) в анализе, причем упомянутые магнитные частицы способны к связыванию с мишенью (5),
- осуществляют процесс агглютинации, дающий агглютинированные частицы (100), содержащие по меньшей мере одну из упомянутых магнитных частиц (3, 15),
- прилагают магнитное поле переменного тока (Нпт) к анализу в реакционной камере так, чтобы вызвать физическое вращение магнитной частицы,
- измеряют упомянутым по меньшей мере одним элементом датчика воздействие Нпт на одну или более магнитных частиц (3, 15), не присоединенных к какой-либо поверхности реакционной камеры, причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации, и
- осуществляют процесс разделения в зависимости от размера агглютинированных частиц.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап концентрирования магнитных частиц вблизи поверхности датчика.

3. Способ по п.1 или 2, в котором упомянутое Нпт имеет значительно большую частоту, чем критическая частота скольжения одиночной магнитной частицы.

4. Способ по п.1 или 2, в котором измерение воздействия содержит измерение по меньшей мере одного из магнитного сигнала, оптического сигнала или электрического сигнала, или их сочетания.

5. Способ по п.1 или 2, в котором анализ располагают вблизи поверхности упомянутого по меньшей мере одного элемента датчика.

6. Способ по п.1 или 2, в котором направление сгенерированного Нпт является, по существу, параллельным поверхности упомянутого по меньшей мере одного элемента датчика.

7. Способ по п.1 или 2, в котором процесс разделения осуществляют посредством магнитных сил, действующих на по меньшей мере часть упомянутых одной или более магнитных частиц в анализе, причем упомянутые магнитные силы порождаются неоднородным магнитным полем разделения (Нразд).

8. Способ по п.7, в котором магнитные силы (Нразд), прилагаемые для разделения, отличаются от магнитного поля переменного тока.

9. Способ по п.1 или 2, в котором для улучшения процесса агглютинации прилагают магнитное поле улучшения агглютинации (Нусил).

10. Способ по п.1 или 2, в котором воздействие Нпт измеряют с течением времени.

11. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий этап определения распределения размеров агглютинированных частиц (100).

12. Способ по п.1 или 2, содержащий измерение долей агглютинированных частиц разных размеров, обусловленных упомянутым разделением, с использованием множества датчиков.

13. Способ по п.1 или 2, в котором анализ является биохимическим анализом.

14. Комплект для количественного измерения одного или более параметров агглютинации частиц (15) в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа согласно способу по любому из пп.1-13, содержащий одну или более магнитных частиц (3, 15), способных к связыванию с мишенью (5).

15. Устройство для измерения одного или более параметров агглютинации частиц (3, 15) в ходе индуцированного мишенью агглютинационного анализа, содержащее:
- агглютинирующее средство для осуществления процесса агглютинации, дающего агглютинированные частицы (100), содержащие по меньшей мере одну магнитную частицу, причем агглютинированные частицы не присоединены к какой-либо поверхности,
- средства (12) генерации магнитного поля для приложения магнитного поля переменного тока к анализу,
- средство управления для управления частотой сгенерированного магнитного поля переменного тока с тем, чтобы она была значительно большей, чем критическая частота скольжения одиночной магнитной частицы, так, чтобы вызвать физическое вращение магнитной частицы, и
- по меньшей мере один элемент (11) датчика, причем этот элемент (11) датчика выполнен с возможностью измерения на неприсоединенных агглютинированных частицах воздействия магнитного поля переменного тока на упомянутую по меньшей мере одну магнитную частицу (3, 15), причем измеренное воздействие указывает на один или более параметров агглютинации.

16. Устройство по п.15, дополнительно содержащее средства (12) концентрирования и/или разделения для осуществления процесса концентрирования частиц вблизи поверхности датчика или процесса разделения в зависимости от размера агглютинированных частиц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу контроля крупности частиц аналитической пробы. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микробиологии, биотехнологии, медицине и т.д. .

Изобретение относится к приборам для определения дисперсного состава аэрозоля с помощью электронно-оптических средств. .
Изобретение относится к мукомольной и хлебопекарной промышленностям, в частности к способам определения твердозерности пшеницы. .

Изобретение относится к измерению характеристик частиц в двухфазных средах оптическими методами. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения размеров дисперсных частиц, может быть использовано в двигателях для оценки дисперсного состава выхлопных газов.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.
Изобретение относится к области медицины, а именно, к патологической анатомии. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам контроля параметров дисперсных сред. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотометрии для контроля агрегационной способности частиц коллоидных систем в широких областях техники. .

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и предназначено для измерения распределения по размерам частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе, а именно для оперативного технологического контроля размеров различных нанопорошков при их производстве, в частности в химической и пищевой промышленности, в фармакологии, биологии и медицине

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией технологического или иного оборудования, установленных в помещениях с притоком воздуха, например на АЭС, и направлено на повышение надежности и информативности измерений, что обеспечивается за счет того, что устройство для детектирования течей пароводяной смеси из трубопровода, установленного в помещении, снабженного притоком воздуха, включает датчик, регистрирующий значение относительной влажности в контролируемом помещении, соединенный с устройством обработки информации, при этом устройство дополнительно содержит лазерный датчик аэрозолей субмикронного размера, регистрирующий счетную концентрацию и размеры частиц аэрозолей, снабженный пробоотборной трубкой, входной конец которой установлен в точке выхода воздуха из контролируемого помещения, выход лазерного датчика аэрозолей соединен со входом устройства обработки информации, причем устройство обработки информации дополнительно содержит блок сравнения величины текущего сигнала лазерного датчика аэрозолей с базой данных и блок вычисления корреляций между значениями относительной влажности, счетной концентрации и размерами частиц аэрозолей в воздухе контролируемого помещения, также соединенный с блоком сигнализации

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к ультразвуковому неразрушающему способу определения гранулометрических характеристик дисперсных материалов и может быть использовано во многих отраслях промышленности: пищевой, фармацевтической, косметической, химической, строительстве (при определении качества строительных материалов), для контроля взрывчатых веществ, т.е

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях пауки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц

Изобретение относится к устройству для разделения сыпучих материалов по размерам частиц в пределах гранулометрического состава и может быть использовано в сельском хозяйстве, а также в химической, строительной, металлургической и других областях промышленности. Ситовый анализатор содержит приводной механизм и набор сит. При этом для повышения эффективности рассева приводной механизм выполнен в виде нескольких, минимум трех, цилиндров с подвижными штоками, проходящими через их центральное отверстие и закрепленными в эластичных тороидах. Тороиды заполнены текучей средой, обеспечивающей пневмоуправление возвратно-поступательного движения в цилиндрах. Изобретение обеспечивает повышение эффективности рассева за счет целенаправленного программирования функций рассева, а также бесступенчатого управления и плавности регулирования процесса. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами, включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и ультразвукового излучений, регистрацию рассеянного и отраженного дисперсными частицами излучения. При этом имеется эталонный канал с чистым моторным маслом и два канала в исследуемом объеме картера двигателя: канал измерения металлических частиц, располагающийся внизу масляного поддона картера двигателя, и канал измерения угарных частиц, располагающийся на высоте минимального уровня масла в картере. Кроме того, также имеется три ультразвуковых излучателя, частота которых зависит от температуры масла, и по получаемым амплитудам и длительностям импульсов рассеянных сигналов на фотоприемниках и по соотношениям между сигналами эталонного канала и канала измерения металлических частиц, а также между сигналами эталонного канала и канала измерения угарных частиц судят о размерах дисперсных частиц, степени и характере загрязненности моторного масла в соответствии с существующим стандартом. Техническим результатом изобретения является повышение информативности данных для оценки концентрации взвешенных металлических и угарных дисперсных частиц, находящихся в масле, т.е. дает возможность контролировать качество работы двигателя, оставшийся ресурс работы масла до его замены. 1 ил.

Использование: для калибровки оптической измерительной аппаратуры при оценке среднего диаметра дисперсных частиц. Сущность: заключается в том, что проводят измерения характеристик дисперсной системы калибруемой аппаратурой и фоторегистрирующим прибором с последующим определением зависимости сигнала калибруемой аппаратуры от среднего диаметра частиц, определенного визуально, при этом воздействуют ультразвуком на жидкость, создавая дисперсную систему, освещают ее периодическими импульсами света длительностью Ти≤0,1Туз (где Туз - период ультразвуковых колебаний), синхронизованными с ультразвуковыми колебаниями, во время импульсов света измеряют калибруемой аппаратурой и определяют по результатам фоторегистрации средний диаметр дисперсных частиц (dср.а и dср.ф соответственно), изменяют сдвиг фаз между световыми импульсами и ультразвуковыми колебаниями, а также мощность ультразвука, после чего измерения и фоторегистрацию повторяют до получения требуемого количества калибровочных уровней, определяют калибровочную характеристику как зависимость величины dср.а от dср.ф. Технический результат: упрощение калибровки за счет исключения операций, связанных с использованием эталонных порошков, а также расширение области применения за счет калибровки приборов, реализующих интегральные методы оптики дисперсных систем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявляемый способ может найти применение при создании и производстве наноструктурированных пленок из пленкообразующих золей для газочувствительных сенсоров. Способ заключается в том, что изготавливают эталонные образцы с заданной начальной концентрацией наночастиц. Записывают инфракрасные спектры эталонных образцов, идентифицируют характеристические пики поглощения. Записывают инфракрасные спектры эталонных образцов во время процесса коагуляции, строят экспериментальную зависимость коэффициента пропускания инфракрасного излучения от времени коагуляции. Записывают инфракрасные спектры исследуемых образцов и определяют концентрации С и размер наночастиц d по соотношениям C ( T ) = C 0 1 + C 0 τ ( T ) K , d ( T ) = α χ ln ( 1 + K ⋅ C 0 ⋅ τ ( T ) ) ln ( ξ ) , C 0 = ρ к V к N A M к V з о л я , K = 4 k T 3 η ψ , где C0 - начальная концентрация наночастиц в золе; K - константа коагуляции, определяемая составом золя; ρк - плотность компонента золя, образующего наночастицы; Vк - объем компонента золя, образующего наночастицы; NA - число Авогадро; Мк - молярная масса компонента золя, образующего наночастицы; Vзоля - объем золя; k - постоянная Больцмана; T=29S K - температура; η - динамическая вязкость раствора; ψ=10-9 - параметр, характеризующий эффективную вероятность соударения наночастиц друг с другом; α - размер молекулы, образующей наночастицу; χ=3 - коэффициент роста диаметра наночастицы в процессе коагуляции; ξ=13 - константа, связанная с фрактальностью наночастицы; τ(Т) - аппроксимация экспериментальной зависимости коэффициента пропускания ИК-излучения через золь от времени. Техническим результатом является создание способа определения концентрации и среднего размера наночастиц в золе, претерпевающем коагуляцию с помощью ИК-спектроскопии. 14 ил.
Наверх