Детектируемые матрицы, системы для диагностики и способы их получения и применения
Изобретение относится к детектируемой матрице, содержащей подложку со множеством поверхностей для связывания одного или более аналитов, при этом каждая поверхность независимо содержит: одно или более покрытий подложки на поверхности для прикрепления одной или более макромолекул к поверхности подложки; и одну или более макромолекул, прикрепленных к по меньшей мере части одного или более покрытий подложки, при этом каждая макромолекула содержит полимер из мономеров, где мономеры, содержащиеся в полимере из мономеров, выбраны из группы, состоящей из акриламида, 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилата и его изомеров, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, (мет)акрилатов, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N-трет-октилакриламида, 1-(акрилоилокси)-3-(метакрилоилокси)-2-пропанола, бис-акриламида, триметилолпропантриакрилата и их комбинаций, при этом одна или более макромолекул расположены в определенном порядке на покрытии подложки и содержат множество ненаправленных сайтов связывания для связывания множества аналитов; при этом одно или более покрытий подложки содержит по меньшей мере один силан или по меньшей мере один силоксан; при этом одна или более макромолекул прикреплены к покрытию подложки посредством полимеризации функциональной группы на силане или силоксане с образованием основной цепи полимера; где наличие или отсутствие одного или более аналитов, связанных с каждой из множества поверхностей, обнаруживается посредством множества способов обнаружения. Изобретение также относится к системе для диагностики заболевания, расстройства или состояния, способу обнаружения одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом, способу получения детектируемой матрицы и способу обнаружения без мечения немеченого аналита на детектируемой матрице. 5 н. и 35 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл., 11 пр.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка на основании раздела 35 Кодекса законов США § 119(e) испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №61/881754, поданной 24 сентября 2013 года, которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Детектируемые матрицы (detectable arrays) могут связывать или иммобилизовывать аналит на твердой подложке для обнаружения наличия, отсутствия или концентрации аналита. Как правило, детектируемые матрицы ограничены селективным связыванием одного аналита или одного типа аналита. Например, детектируемая матрица может содержать множество последовательностей ДНК зондов для связывания с ДНК, имеющих последовательности, комплементарные последовательностям зондов. В другом примере, матрицы могут содержать множество потенциальных рецепторов лигандов для избирательного связывания с лигандами, представляющими интерес.
[0003] Применение таких матриц, известных из уровня техники, ограничено. Например, поскольку природные образцы могут содержать несколько аналитов, представляющих интерес, то может потребоваться более одной матрицы для связывания и обнаружения присутствия аналитов. Кроме того, тогда как известные матрицы являются специфическими для одного аналита или одного типа аналита, болезненные состояния субъектов могут характеризоваться наличием или отсутствием более одного аналита. Таким образцом, существует потребность в детектируемой матрице, которая может как связывать, так и определять несколько аналитов, а также существует потребность в методах диагностики с использованием таких детектируемых матриц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном варианте реализации детектируемая матрица может содержать подложку с множеством поверхностей для связывания одного или более аналитов, при этом каждая поверхность независимо содержит одно или более покрытий подложки для прикрепления одной или более макромолекул к поверхности подложки, и одну или более макромолекул, прикрепленных к по меньшей мере части одного или более покрытий подложки, при этом одна или более макромолекул расположены в определенном порядке на покрытии подложки и содержат множество ненаправленных сайтов связывания для связывания множества аналитов, где структура, порядок расположения, или и структура и порядок расположения одной или более макромолекул на одном или более покрытий подложки на каждой из множества поверхностей не идентичны структуре, порядку расположения, или и структуре и порядку расположения одной или более макромолекул на любом другом покрытии подложки любой другой из множества поверхностей, и где наличие или отсутствие одного или более аналитов, связанных с каждой из множества поверхностей, обнаруживается посредством множества способов обнаружения.
[0005] В другом варианте реализации одно или более покрытий подложки содержит по меньшей мере один силан или по меньшей мере один силоксан, например, акрилсилоксаны, в частности один или более из 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана, 3-акрилоксипропилтриметоксисилана, N-(3-акрилокси-2-гидроксипропил-3-аминопропилтриэтоксисилана и 3-метакрилоксипропилдиметилхлорсилана. В еще одном варианте реализации одна или более макромолекул содержит один или более полимеров, поверхностно-активных веществ, наносфер, нанотрубок, дендримеров, микросфер и полимеризованных микросфер, например, один или более из (мет)акриламидов, (мет)акрилатов, глицерина N,N'(алкилен)бисакриламида. В еще одном другом варианте реализации одна или более макромолекул содержит по меньшей мере один сополимер. В другом варианте реализации одна или более макромолекул содержит один или более мономеров, или два или более мономеров, выбранных из группы, состоящей из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида. В следующем варианте реализации одна или более макромолекул содержит один или более кросс-линкеров, таких как по меньшей мере один из бис-акриламида, триметилолпропантриакрилата, бисфенол А-бис(2-гидроксипропил)акрилата и 1-(акрилоилокси)-3-(метакрилоилокси)-3-метакрилоилокси)-2-пропанола. В следующем варианте реализации одна или более макромолекул содержит множество химически отличных макромолекул, при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности из множества поверхностей подложки матрицы. В дополнительных вариантах реализации одна или более макромолекул включают по меньшей мере 2, по меньшей мере 12, по меньшей мере 72, по меньшей мере 96 или по меньшей мере 288 химически отличных макромолекул.
[0006] В другом варианте реализации множество способов обнаружения включают один или более из реакции Майяра, реакции карамелизации с одним или более аминных реакционноспособных красителей, реакции с одним или более тиоловых реакционноспособных красителей, реакции с одним или более клеточных красителей, реакции с одним или более сольватохромных красителей, реакции с одним или более кислотных индикаторов, реакции с одним или более основных индикаторов, реакции с одним или более меченых антител, люминесценции, анализа текстуры поверхности, фотосканирования, микроскопии, фотосканирования в отраженном или проходящем свете, фотографирования в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрии и спектроскопии.
[0007] В еще одном варианте реализации подложка представляет собой стекло.
[0008] В еще одном варианте реализации подложка включает одно или более из стекла, пластика, металла, композиционных материалов, акриловых смол или биологически активных подложек, например, дерево.
[0009] В другом дополнительном варианте реализации один или более аналитов связывается с одной или более макромолекулами. В следующем дополнительном варианте реализации детектируемая матрица дополнительно содержит одну или более малых молекул, белков, пептидов, нуклеотидов, нуклеозидов, бактерий, вирусов, клеток грибов, клеток животных или клеток дрожжей, связанных с одной или более макромолекулами.
[0010] В следующем варианте реализации система для диагностики заболевания, расстройства или состояния может содержать устройство ввода для приема одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образа, где первичная детектируемая матрица представляет собой любую из вышеупомянутых первичных детектируемых матриц, базу данных, содержащую одно или более изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образы, где вторичная детектируемая матрица представляет собой любую из вышеупомянутых первичных детектируемых матриц, и сравнивающий элемент для сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами. В еще одном варианте реализации каждое из изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образов имеет связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, имеющим известное заболевание, расстройство или состояние. В еще одном дополнительном варианте реализации первичная детектируемая матрица или ее образ имеет связь с субъектом, образцом in vitro, или состоянием, имеющих неизвестное заболевание, расстройство или состояние. В еще одном варианте реализации сравнивающий элемент системы способен предсказывать болезненное состояние субъекта, образца in-vitro, или образца из окружающей среды, имеющих неизвестные стадии заболевания. В другом дополнительном варианте реализации одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образ представляют собой псевдоцветные изображения. В еще другом дополнительном варианте реализации одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образ отображают одно или более из флуоресценции, фосфоресценции, текстуры, шероховатости, цвета, поглощения в ультрафиолетовой части спектра, поглощения в инфракрасной части спектра, или отсутствие одного или более из вышеперечисленного, для множества поверхностей подложки.
[0011] В одном варианте реализации способ определения заболевания, расстройства или состояния у субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды включает приведение первичной детектируемой матрицы, например, такой, как любая из матриц, раскрытых в данном документе, в контакт с одним или более аналитами, имеющими связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды. В другом варианте реализации стадия взаимодействия включает приведение первичной детектируемой матрицы в контакт с одним или более образцами из организма субъекта. В следующем варианте реализации стадия контактирования включает взаимодействие по меньшей мере одного из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя и молока субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды. В еще одном варианте реализации стадия взаимодействия включает взаимодействие первичной детектируемой матрицы с одним или более из плазмы и мочи субъекта.
[0012] В еще одном дополнительном варианте реализации способ дополнительно включает получение одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом. В другом дополнительном варианте реализации способ дополнительно включает обнаружение одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды. В еще одном варианте реализации способ дополнительно включает получение одного или более изображений детектируемой матрицы или одного или более ее образов.
[0013] В еще одном дополнительном варианте реализации способ включает одно или более нагреваний детектируемой матрицы, вызывающих реакцию Майяра по меньшей мере одного из одного или более аналитов, карамелизацию по меньшей мере одного из одного или более аналитов, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более аминных реакционноспособных красителей, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более тиоловых реакционноспособных красителей, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более сольватохромных красителей, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более клеточных красителей, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более меченых антител, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более кислотных индикаторов, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более основных индикаторов, обнаружение люминесценции или ее отсутствие на детектируемой матрице, анализа текстуры поверхности, фотосканирования, микроскопии, фотосканирования в отраженном или проходящем свете, фотографирования в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрии и спектроскопии.
[0014] В одном варианте реализации способ получения детектируемой матрицы, например, такой, как любая из детектируемых матриц, раскрытых в данном документе, включает независимое приведение множества поверхностей в контакт с по меньшей мере одним покрытием подложки с получением множества независимо покрытых поверхностей, и независимое прикрепление по меньшей мере одной макромолекулы или одного или более ее предшественников к каждой из независимо покрытых поверхностей. В следующем варианте реализации способ дополнительно включает полимеризацию по меньшей мере одного из одного или более предшественников на по меньшей мере одной из независимо покрытых поверхностей. В другом варианте реализации способ включает инициирование полимеризации по меньшей мере одного из по меньшей мере одного или более предшественников путем применения одного или более из света, тепла или химического инициатора к одному или более предшественникам. В другом варианте реализации способ включает инициирование полимеризации по меньшей мере одного из одного или более предшественников путем применения одного или более из электромагнитного излучения (например, микроволн, ультрафиолетового света, видимого света, тепла), звука или химического инициатора к одному или более предшественникам.
[0015] В другом варианте реализации способ обнаружения без мечения немеченого аналита включает приведение немеченого аналита в контакт с детектируемой матрицей с обеспечением прикрепления по меньшей мере части аналита к детектируемой матрице и нагревание детектируемой матрицы с прикрепленным к ней немеченым аналитом, в результате чего происходит изменение цвета по меньшей мере одного аналита и детектируемой матрицы. В следующем варианте реализации детектирующая матрица включает по меньшей мере одну матрицу, выбранную из группы, состоящей из аналитической микроматрицы, обращенно-фазового микроанализа, функциональной микроматрицы, клеточной микроматрицы, экспрессионной микроматрицы и высокопроизводительной матрицы. В еще одном дополнительном варианте реализации детектируемая матрица включает по меньшей мере одну матрицу, выбранную из группы, состоящей из матрицы антител, и ИФА-матрицы, пептидной матрицы, белковой матрицы, нуклеотидной матрицы, нуклеозидной матрицы, РНК-матрицы, ДНК-матрицы, ДНК-белковой матрицы и матрицы с малыми молекулами. В еще одном варианте реализации немеченый аналит представляет собой один или более из образца из организма субъекта, образца in vitro, образца из окружающей среды, и по меньшей мере одного компонента одного из вышеперечисленного. В другом дополнительном варианте реализации немеченый аналит представляет собой по меньшей мере один компонент из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя, и молока. В еще другом дополнительном варианте реализации нагревание вызывает неферментативную реакцию потемнения. В еще одном дополнительном варианте реализации неферментативная реакция потемнения представляет собой по меньшей мере одну из реакции Майяра и карамелизации. В другом варианте реализации нагревание включает нагревание при достаточной температуре и в течение достаточного времени с обеспечением индукции одного или более из карамелизации и реакции Майяра. В еще одном варианте реализации нагревание включает нагревание при температуре примерно от 120°С примерно до 300°С в течение примерно от 1 минуты примерно до 5 минут.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] На фигуре 1 представлено схематическое изображение системы для диагностики субъекта, образца in vitro или образца из окружающей среды.
[0017] На фигуре 2 представлена детектируемая матрица со связанными белками.
[0018] На фигуре 3 представлена детектируемая матрица со связанными дрожжевыми клетками.
[0019] На фигуре 4 представлена детектируемая матрица со связанными малыми молекулами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
Определения
[0020] Если в настоящем документе не определено иное, все термины, используемые в данной заявке, имеют их обычное значение в данной области техники, которые будут поняты специалистам в данной области на момент изобретения. Должно быть понятно, что в данной заявке формы единственного числа часто применяются для удобства; однако, формы единственного числа предполагают включение множественного числа, если специально нет явного ограничения единственным числом или контекстом.
[0021] «Аналиты» представляют собой объекты исследования, представляющие интерес, которые могут быть связаны (ковалентно, ионно, физически или любыми другими способами) и могут быть обнаружены на детектируемой матрице. Аналиты могут включать, но не ограничиваться ими, малые молекулы, такие как витамины и минералы, клетки, белки, пептиды и тому подобное.
[0022] «Субъект» может включать любое растение или животное, в частности животных, таких как млекопитающие, и наиболее предпочтительно человека.
[0023] «Макромолекулы» включают олигомеры, полимеры, дендримеры, наносферы, нанотрубки и тому подобное.
[0024] «Полимеры» включают как синтетические, так и природные полимеры, такие как гомополимеры, сополимеры, такие как блок-сополимеры, привитые сополимеры, чередующиеся сополимеры и статистические сополимеры, а также полипептиды, ДНК, РНК и тому подобное.
[0025] «Малые молекулы» включают молекулы биологического или экологического происхождения, молекулярная масса которых меньше молекулярной массы макромолекул.
[0026] «Сайты связывания» представляют собой области, предназначенные для связывания одного или более аналитов. Сайты связывания являются «ненаправленными», когда они не предназначены, чтобы быть селективным для одного аналита или одного типа аналита, и «направленными», когда они предназначены, чтобы быть селективным для одного аналита или одного типа аналита.
[0027] «Диагностика» относится к оценке вероятности того, что субъект, образец in vitro, или образец из окружающей среды имеет, не имеет, или восприимчив к наличию в будущем времени конкретного заболевания, расстройства или состояния. Диагностика может быть количественной, например, выраженной в процентах или фракционной вероятности, или качественной.
[0028] «Облачная вычислительная среда» относится к одному или более компьютерам, компьютерным серверам, машиночитаемым устройствам и тому подобному, содержащим данные, программное обеспечение, файлы или другие машиночитаемые или компьютер-исполняемые материалы, которые могут быть доступны посредством множества удаленных устройств. Удаленные устройства могут представлять собой компьютеры, мобильные телефоны, которые специально приспособлены для доступа, чтения или выполнения программного обеспечения (например, смартфоны), планшетные компьютеры и тому подобное.
[0029] Детектируемая матрица может содержать подложку со множеством поверхностей для связывания одного или более аналитов. Подложка может быть изготовлена из любого подходящего материала подложки, такого как один или более из пластика, стекла, керамики, но обычно из стекла, например, из силикатного или боросиликатного стекла. Множество поверхностей могут иметь любую подходящую форму или размер в зависимости от формы и размера подложки. Например, когда подложка представляет собой планшет, например, стеклянный планшет, то множество поверхностей могут представлять собой лунки в планшете. Когда подложка представляет собой предметное стекло, каждая из множества поверхностей может представлять собой различные места на предметном стекле. Когда подложка представляет собой частицу, например, керамическую частицу, множество поверхностей может представлять собой поры или отверстия в частице. В одном варианте реализации подложка содержит по меньшей мере одно из или одно или более из стекла, пластика, металла, композиционных материалов, акриловых смол или биологически активных подложек.
[0030] Каждая из множества поверхностей может независимо содержать одно или более покрытий подложки для прикрепления одной или более макромолекул к поверхности подложки. Одно или более покрытий подложки могут независимо покрывать всю или часть каждой из множества поверхностей. Покрытия подложки могут представлять собой любые покрытия, которые содержат подходящие химические группы для прикрепления одной или более макромолекул к поверхности подложки. Таким образом, структура покрытий подложки будет зависеть от структуры одной или более макромолекул, прикрепленных к подложке. Например, если одна или более макромолекул включает нанотрубки, то покрытие подложки может иметь химический фрагмент, который связывается с нанотрубками. В качестве другого примера, если одна или более макромолекул включает полимер, то покрытие подложки может иметь одну или более функциональных групп, которые могут полимеризоваться с образованием основной цепи полимера, например, олефина. Таким образом, покрытие подложки может включать, например, по меньшей мере один силан или по меньшей мере один силоксан. Конкретные силоксаны включают один или более акрилсилоксанов, таких как один или более из 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана, 3-акрилоксипропилтриметоксисилана, N-(3-акрилокси-2-гидроксипропил-3-аминопропилтриэтоксисилана и 3-метакрилоксипропилдиметилхлорсилана.
[0031] Одна или более макромолекул может включать любые макромолекулы, и, в частности, макромолекулы, которые могут обеспечить один или более ненаправленных сайтов связывания. Такие макромолекулы могут иметь одну или более свободных функциональных групп для связывания аналитов, такие как карбонильные, аминные, амидные, карбоксильные, сложноэфирные, спиртовые и тому подобное, однако, это не является обязательным, если не указано иное. Например, нанотрубки могут не содержать никаких свободных функциональных групп, но вместо этого могут связывать один или более аналитов посредством их размера и формы. Аналогично, полимеры с наличием или отсутствием функциональных групп могут связывать один или более аналитов на основе не только природы функциональных групп (если они присутствуют), а также и на основе формы полимеров и их взаимодействия с аналитами в трех измерениях.
[0032] Макромолекулы могут представлять собой, например, по меньшей мере один из полимеров, поверхностно-активных веществ, наносфер, нанотрубок, дендримеров, микросфер и полимеризованных микросфер. Когда макромолекулы включают полимер, полимер может представлять собой гомополимер или сополимер, но, как правило, сополимер. Макромолекулы могут включать один или более из (мет)акриламидов, (мет)акрилатов и N,N'-(алкилен)бисакриламида. Например, макромолекулы могут включать один или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида. В качестве другого примера, макромолекулы могут включать два или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида.
[0033] Макромолекулы также могут включать по меньшей мере один кросс-линкер. Кросс-линкер может представлять собой любой кросс-линкер, известный в данной области техники. Кросс-линкеры могут включать, например, одну или более молекул, содержащих две, три, четыре или более олефиновых или акриловых функциональных групп, таких как один или более из бис-акриламида, триметилолпропантриакрилата, бисфенол А-бис(2-гидроксипропил)акрилата и 1-(акрилоилокси)-3-(метакрилоилокси)-3-метакрилоилокси)-2-пропанола.
[0034] Одна или более макромолекул могут быть расположены таким образом, что структура или порядок расположения одной или более макромолекул на любом одном или более покрытий подложки каждой из множества поверхностей не идентичны структуре или порядку расположения одной или более макромолекул на любом другом покрытии подложки любой другой из множества поверхностей. Таким образом, каждое покрытие подложки каждой из множества поверхностей может содержать макромолекулы, которые являются уникальными по химической структуре, порядку физического расположения, или по тому и другому, по отношению к другим поверхностям подложки. Этого можно достичь рядом способов. Например, литографические методы, которые хорошо известны в данной области техники, можно использовать для создания различных порядков расположения макромолекул на различных поверхностях. В качестве другого примера, когда подложка представляет собой планшет, макромолекулы, прикрепленные к каждой лунке планшета, могут иметь разные химические структуры. В качестве дополнительного примера, когда подложка представляет собой предметное стекло, каждая химически отличная макромолекула может быть прикреплена в различных местах на предметном стекле; в этом случае каждое из различных мест на предметном стекле является другой поверхностью, таким образом, предметное стекло содержит множество поверхностей с прикрепленными к ним химически отличными макромолекулами. В данных или других способах, одна или более макромолекул может содержать множество химически отличных макромолекул, и каждая химически отличная макромолекула может быть прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки. Например, одна или более макромолекул может содержать по меньшей мере две, по меньшей мере двенадцать, по меньшей мере семьдесят две, по меньшей мере девяносто шесть, или по меньшей мере двести восемьдесят восемь химически отличных макромолекул, каждая из которых может быть прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
[0035] Детектируемая матрица может дополнительно содержать один или более аналитов, связанных с одной или более макромолекул. Один или более аналитов могут содержать одну или более малых молекул, белков, пептидов, нуклеотидов, нуклеозидов, бактерий, вирусов, грибов, дрожжевых клеток и клеток животных, связанных с по меньшей мере одной из одной или более макромолекул. В частности, множество различных аналитов может быть связано с одной или более макромолекул. Например, если детектируемая матрица взаимодействует с кровью субъекта, одна или более макромолекул может связываться с клетками, такими как эритроциты, лейкоциты, Т-клетки и тому подобным, а также связываться с белками и малыми молекулами, которые присутствуют в крови. В частности, когда каждая из множества поверхностей имеет различные прикрепленные макромолекулы, различные типы и количества аналитов могут связываться с каждой из множества поверхностей, тем самым создавая детектируемый порядок расположения связанных аналитов.
[0036] Наличие или отсутствие одного или более аналитов, связанных с одной или более макромолекул, можно обнаружить посредством множества способов обнаружения. Способы обнаружения также могут определять одно или более из абсолютного и относительного количества одного или более аналитов, и структуру одного или более аналитов, хотя это не является обязательным, если не указано иное. Можно применять любые способы обнаружения, известные в данной области техники. Примеры способов обнаружения включают один или более из реакции Майяра, карамелизации, реакции с одним или более аминных реакционноспособных красителей, реакции с одним или более тиоловых реакционноспособных красителей, реакции с одним или более клеточных красителей, реакции с одним или более сольватохромных красителей, реакции с одним или более кислотных индикаторов, реакции с одним или более основных индикаторов, реакции с одним или более меченых антител, люминесценции, анализа текстуры поверхности, фотосканирования, микроскопии, фотосканирования в отраженном или проходящем свете, фотографирования в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрии и спектроскопии.
[0037] Реакция Майяра представляет собой известную реакцию, которая, например, вызывает потемнение пищи при нагревании из-за реакций с участием компонентов пищи, таких как аминокислоты. Реакцию Майяра можно применять для обнаружения аналитов путем нагревания связанных аналитов, например, до температуры примерно от 200°С примерно до 400°С, как например, примерно от 275°С примерно до 325°С или примерно 300°С, в течение достаточного времени, чтобы вызвать реакцию Майяра, например, в течение примерно от 1 мин примерно до 15 мин, или примерно 5 мин. Цвет каждой из множества поверхностей подложки затем можно оценивать с помощью колориметрических методов анализа, известных в данной области техники. Например, подложку можно отсканировать с помощью цифрового сканера с получением на компьютере изображения цветов планшета (plate's colors), которое затем можно проанализировать с помощью коммерчески доступного программного обеспечения.
[0038] Карамелизация представляет собой другую известную реакцию, которая, например, вызывает потемнение пищи при нагревании. Карамелизация включает другие химические процессы, чем в реакции Майяра, такие как пиролиз углеводов. Карамелизацию можно применять для обнаружения аналитов путем нагревания связанных аналитов, например, до температуры примерно от 100°С примерно до 210°С, как например, примерно от 130°С примерно до 210°С, или примерно от 160°С примерно до 200°С, в течение достаточного времени, чтобы вызвать карамелизацию. Цвет каждой из множества поверхностей подложки затем можно оценивать с помощью колориметрических методов анализа, известных в данной области техники. Например, подложку можно отсканировать с помощью цифрового сканера для создания на компьютере изображения цветов планшета (plate's colors), которое затем можно проанализировать с помощью коммерчески доступного программного обеспечения.
[0039] Анализ текстуры поверхности может быть выполнен, например, с применением анализаторов текстуры поверхности, известных в данной области техники. Текстура поверхности может быть различной в зависимости от того, один ли или более аналитов связан с поверхностью, природы или структуры аналита, связанного с поверхностью, и абсолютного или относительного количества аналита, связанного с поверхностью.
[0040] Реакция с красителями и индикаторами, такими как аминные или тиоловые реакционноспособные красители, клеточные красители, сольватохромные красители, кислотные индикаторы или основные индикаторы, может вызвать изменение цвета на одной или более из множества поверхностей подложки. Природа и степень изменения цвета может зависеть от того, один ли или более аналитов связан с поверхностью, от природы или структуры аналита, связанного с поверхностью, и абсолютного или относительного количества аналита, связанного с поверхностью. Изменение цвета можно проанализировать с помощью колориметрических методов анализа, известных в данной области техники. Например, планшет можно отсканировать с помощью цифрового сканера для создания на компьютере изображения цветов планшета (plate's colors), которое затем можно проанализировать с помощью коммерчески доступного программного обеспечения.
[0041] Реакция с мечеными антителами может включать реакцию с любым меченым антителом, которое можно обнаружить при связывании с аналитом. Такие меченые антитела известны в данной области техники и включают флуоресцентно-меченые антитела, биотин/стрептавидин-меченые антитела и тому подобные.
[0042] Измерения люминесценции могут включать измерения, например, спектров флуоресценции или фосфоресценции множества поверхностей подложки. Интенсивность, длина волны и фото выход спектра может зависеть от того, один ли или более аналитов связано с поверхностью, природы или структуры аналита, связанного с поверхностью, и абсолютного или относительного количества аналита, связанного с поверхностью.
[0043] Микроскопия может включать световую микроскопию, например, оптическую, ультрафиолетовую, инфракрасную или люминесцентную микроскопию. Микроскопия также может включать методы сканирования, например, сканирующую электронную микроскопию и атомно-силовую микроскопию.
[0044] В частности, реакции Майяра и карамелизации могут иметь ряд преимуществ перед другими способами обнаружения. Например, они могут представлять собой способы без мечения, в которых не требуется мечение (например, путем добавления красителя, окрашивающего вещества, лиганда и т.д.). Таким образом, при окрашивании с помощью реакции Майяра или карамелизации можно избежать применения дорогостоящих красителей для мечения, окрашивающих веществ и тому подобного, тем самым снижая стоимость анализов. Поскольку в данных подходах необходимо лишь кратковременное применение тепла, а не сложные химические реакции или биологические процессы, то их быстро и легко осуществить, и они менее подвержены ошибкам пользователя, чем коммерчески доступные способы обнаружения.
[0045] Детектирование с помощью одного или более из множества способов обнаружения может обеспечить изображение подложки или ее образ. Изображение может представлять собой фотографию или цифровое изображение. Образ может включать псевдоцветное изображение, где такие особенности, как текстура, глубина, шероховатость поверхности, интенсивность люминесценции и тому подобное, представлены цветами или другими знаками.
[0046] Система для диагностики заболевания, расстройства или состояния, такого как заболевание субъекта, или состояние образца из окружающей среды, может содержать устройство ввода для приема одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов. Устройство ввода представлять собой любой элемент, который используется как для создания, так и приема изображения или его образа, например, как фотосканер, или элемент, который используется исключительно для приема цифрового образа изображения, такой как компьютер, веб браузер, облачная вычислительная среда и тому подобное.
[0047] Система также может включать базу данных, содержащую одно или более изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образы. База данных может физически храниться, например, в виде фотоальбома, содержащего изображения, но чаще хранится в цифровом виде. Например, база данных может храниться на одном или более компьютерах, компьютерных серверах, машиночитаемых устройствах хранения, таких как жесткие диски, USB-накопители и тому подобных, или в облачной вычислительной среде.
[0048] Каждое из одного или более изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образов может иметь связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, имеющими известные заболевания, расстройства или состояния. Например, изображение вторичной детектируемой матрицы может иметь связь с субъектом, имеющим известное заболевание, например, бактериальную инфекцию или рак; также может быть известно, что субъект не имеет признаков заболевания. Аналогично, изображение или его образ может иметь связь с образцом in vitro, например, с известной моделью заболевания in vitro, чашкой Петри с известными компонентами, и тому подобным. Изображение или его образ также может иметь связь с образцом из окружающей среды, имеющим известное состояние, например, с образцом сточных вод известного состава, образцом почвы с известными загрязнителями и тому подобным.
[0049] Система может дополнительно включать сравнивающий элемент для сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами. Сравнивающий элемент может представлять собой простой физический элемент, такой как один или более фотоальбомов, содержащих одно или более изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образы для облегчения визуального сравнения изображения первичной детектируемой матрицы или ее образа со множеством вторичных детектируемых матриц или их образами. Как правило, сравнивающий элемент включает программное обеспечение, которое выполняет серию шагов для распознавания особенностей, таких как цвет, размер, расположение и тому подобного, и порядка расположения таких особенностей изображения первичной детектируемой матрицы или ее образа, и сравнивает такие особенности с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами. Программное обеспечение может быть исполнено на любом подходящем устройстве, включая компьютер, мобильный компьютер, мобильный телефон или стационарный телефон, оснащенный возможностями исполнения программного обеспечения (например, «смартфон»), планшетный компьютер, переносной компьютер, и тому подобное. Программное обеспечение также может быть исполнено целиком или частично из компьютерного сервера или облачной вычислительной среды, которые не обязательно должны быть в том же месте, что устройство ввода. Таким образом, сравнивающий элемент может сравнивать одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образ с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами посредством, например, выполнения локального программного обеспечения с обеспечением проведения данного сравнения, или посредством выполнения или запуска выполнения программного обеспечения, которое находится в другом месте, для проведения данного сравнения. В некоторых случаях, сравнивающий элемент и база данных могут быть одним и тем же устройством, хотя это не является обязательным, если не указано иное. Кроме того, сравнивающий элемент не требует наличия программного обеспечения; сравнивающий элемент также может представлять собой, например, фотоальбом или физический образ, который облегчает сравнение одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образа с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами.
[0050] Следовательно, сравнивающий элемент можно использовать для диагностики заболевания, расстройства или состояния, например, субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды, посредством сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образа, имеющих связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами. Диагностику можно осуществлять путем сравнения сходства и различия между одним или более изображениями первичной детектируемой матрицы или ее образом и одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образов.
[0051] Диагностика может быть выражена в количественном или качественном выражении. Например, оценка конкретного заболевания, расстройства или состояния может быть выражена как процент сходства с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образов, имеющих связь с субъектами, образцами in vitro, или образцами из окружающей среды, имеющими конкретное заболевание, расстройство или состояние. Альтернативно, диагностика может быть выражена как качественная вероятность того, что субъект, образец in vitro, или образец из окружающей среды имеет или не имеет конкретное заболевание, расстройство или состояние.
[0052] Способ диагностики заболевания, расстройства или состояния у субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды, может включать взаимодействие первичной детектируемой матрицы, например такой, как любая из детектируемых матриц, раскрытых в данном документе, с одним или более аналитами, ассоциированными с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды. Первичная детектируемая матрица может быть приведена в контакт, например, с одним или более образцами из организма субъекта. Первичная детектируемая матрица быть приведена в контакт, например, с по меньшей мере одним из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя, и молока субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды, такого как плазма, сыворотка, моча или субъекта.
[0053] Способ диагностики может также включать получение одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, хотя это не является обязательным, если не указано иное. Например, аналиты могут быть получены с помощью третьей стороны, такой как флеботомист, испытательная лаборатория, или отборщик проб образцов из окружающей среды, которые не выполняют другие стадии диагностики. Альтернативно, аналиты могут быть получены тем же лицом, которое выполняет остальные стадии диагностики.
[0054] Способ диагностики также может включать обнаружение одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, хотя это не является обязательным, если не указано иное. Например, определение может быть выполнено тем же лицом, которое выполняет остальные стадии диагностики, или другим лицом. В последнем случае, детектируемая матрица после взаимодействия с одним или более аналитами может транспортироваться к третьей стороне для детектирования. Обнаружение одного или более аналитов может включать любой из способов обнаружения, описанных в данном документе, например, один или более из реакции Майяра, карамелизации, реакции с одним или более аминных реакционноспособных красителей, реакции с одним или более тиоловых реакционноспособных красителей, реакции с одним или более клеточных красителей, реакции с одним или более сольватохромных красителей, реакции с одним или более кислотных индикаторов, реакции с одним или более основных индикаторов, реакции с одним или более меченых антител, люминесценции, анализа текстуры поверхности, фотосканирования, микроскопии, фотосканирования в отраженном или проходящем свете, фотографирования в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрии и спектроскопии.
[0055] Вероятность того, что конкретный субъект, образец in-vitro, или образец из окружающей среды имеет заболевание, расстройство или состояние, можно определить посредством сравнения особенностей изображения первичной детектируемой матрицы или ее образов с соответствующими особенностями изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образов в базе данных. Когда изображения множества вторичных детектируемых матриц или их образы ассоциированы с известным заболеванием, расстройством или состоянием субъекта, образцом in vitro, или образцом из окружающей среды, ассоциированным со множеством вторичных детектируемых матриц или их образами, подобия и различия между изображением первичной детектируемой матрицы или образами и множеством вторичных детектируемых матриц или их образами можно использовать для диагностики субъекта, образца in vitro, или образца из окружающей среды, имеющего связь с первичной детектируемой матрицей.
[0056] Способ обнаружения может также включать получение одного или более изображений детектируемой матрицы или одного или более ее образов. Изображение может представлять собой фотографию или цифровое изображение. Образ может включать псевдоцветное изображение, где такие особенности, как текстура, глубина, шероховатость поверхности, интенсивность люминесценции, и тому подобное, представлены цветами или другими знаками.
[0057] Способ получения детектируемой матрицы, например, детектируемых матриц, раскрытых в данном документе, может включать независимое нанесение на множество поверхностей подложки по меньшей мере одного покрытия подложки с получением множества независимо покрытых поверхностей, и независимое прикрепление по меньшей мере одной макромолекулы или одного или более ее предшественников к каждой из независимо покрытых поверхностей.
[0058] Одно или более покрытий подложки может независимо покрывать всю или часть каждой из множества поверхностей. Покрытия подложки могут представлять собой любые покрытия, которые содержат подходящие химические группы для прикрепления одной или более макромолекул на поверхности подложки. Таким образом, структура покрытий подложки будет зависеть от структуры одной или более макромолекул, прикрепленных к подложке. Например, если одна или более макромолекул включают нанотрубки, то покрытие подложки может иметь химический фрагмент, который связывается с нанотрубками. В качестве другого примера, если одна или более макромолекул включает полимер, то покрытие подложки может иметь функциональную группу, которая может полимеризоваться с получением основной цепи полимера. Таким образом, покрытие подложки может содержать, например, по меньшей мере один силан или по меньшей мере один силоксан. Конкретные силоксаны включают один или более акрилсилоксанов, таких как один или более из 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана, 3-акрилоксипропилтриметоксисилана, N-(3-акрилокси-2-гидроксипропил-3-аминопропилтриэтоксисилана и 3-метакрилоксипропилдиметилхлорсилана.
[0059] Макромолекулы могут представлять собой, например, по меньшей мере один из полимеров, поверхностно-активных веществ, наносфер, нанотрубок, дендримеров, микросфер и полимеризованных микросфер. Когда макромолекулы включают полимер, полимер может представлять собой гомополимер или сополимер, обычно сополимер. Макромолекулы могут включать один или более из (мет)акриламидов, (мет)акрилатов и N,N'-(алкилен)бисакриламида. Например, макромолекулы могут включать один или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида. В качестве другого примера, макромолекулы могут включать два или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида.
[0060] Макромолекулы также могут включать по меньшей мере один кросс-линкер. Кросс-линкер может представлять собой любой кросс-линкер, известный в данной области техники. Кросс-линкеры могут включать, например, одну или более молекул, содержащих две, три, четыре или более олефиновых или акриловых функциональных групп, таких как один или более из бис-акриламида, триметилолпропантриакрилата, бисфенол А-бис(2-гидроксипропил)акрилата и 1-(акрилоилокси)-3-(метакрилоилокси)-3-метакрилоилокси)-2-пропанола.
[0061] Предшественник макромолекулы может представлять собой, например, один или более мономеров. Один или более мономеров может включать один или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида. В качестве другого примера, макромолекулы могут включать два или более из 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, акриламида, гистаминакрилата, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилатов, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N,N'-метиленбисакриламида, 1,1,3,3,3-гексафторизопропилакрилата и N-трет-октилакриламида.
[0062] Способ может дополнительно включать полимеризацию одного или более предшественников макромолекул, таких как мономеры, и в частности олефинсодержащие мономеры, на по меньшей мере одной из независимо покрытых поверхностей подложки. Полимеризация может быть инициирована любым известным способом инициирования полимеризации. Например, полимеризация может быть инициирована путем применения одного или более из света, тепла или химического инициатора к одному или более предшественников. Свет может представлять собой любой свет, который способен инициировать полимеризацию, такой как видимый свет, ультрафиолетовый свет, ионизирующее излучение и тому подобное. Нагревание может быть до любой температуры, которая способна инициировать полимеризацию; такие температуры будут известны или легко могут быть определены специалистами в данной области техники. Химические инициаторы известны в данной области техники, и они могут применяться в сочетании со светом или теплом, если это необходимо. Типичные химические инициаторы включают азо и перокси соединения, такие как дикумилпероксид и азобисизобутиронитрил (AIBN), персульфаты и тому подобные. В другом варианте реализации способ включает инициирование полимеризации по меньшей мере одного из одного или более предшественников путем применения одного или более из электромагнитного излучения (например, микроволн, ультрафиолетового света, видимого света, тепла), звука или химического инициатора к одному или более предшественникам.
[0063] Важно отметить, что в данном документе описаны конкретные типы матриц, но также можно применять другие матрицы, если не указано иное. Это особенно актуально, когда используются немеченые аналиты. Таким образом, способ обнаружения немеченого аналита может включать в себя взаимодействие немеченого аналита с любой детектируемой матрицей, включая описанные в данном документе и другие, и нагревание детектируемой матрицы с прикрепленным к ней немеченым аналитом, чтобы вызвать изменение цвета по меньшей мере одного немеченого аналита и детектируемой матрицы.
[0064] Стадия взаимодействия может быть достаточной для прикрепления по меньшей мере части аналита к детектируемой матрице. Аналит может представлять собой аналит, такой как один или более из образца жидкости из организма субъекта, образца in vitro, образца из окружающей среды, и компонент одного или более из вышеперечисленного. Например, аналит может представлять собой компонент по меньшей мере одного из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя, и молока.
[0065] Изменение цвета может относиться к неферментативному потемнению аналита. Неферментативное потемнение может представлять собой любую форму неферментативного потемнения, например, одну или более из реакции Майяра и карамелизации. Стадию нагревания можно осуществлять в течение достаточного времени и при достаточной температуре, чтобы вызвать реакцию Майяра, карамелизацию, или обе. Такие температуры и время описаны в данном документе, и они могут составлять, например, температуру примерно от 120°С примерно до 300°С в течение примерно от 1 минуты примерно до 5 минут. После изменения цвета детектируемую матрицу можно проанализировать с помощью любых известных способов, включая, но не ограничиваясь, способы, рассмотренные в данном документе.
[0066] Данный способ можно использовать с любым типом детектируемой матрицы, не только с детектируемыми матрицами, подробно рассмотренными в данном документе. Например, способ можно использовать с одной или более из аналитической микроматрицы, обращенно-фазового микроанализа, функциональной микроматрицы, клеточной микроматрицы, экспрессионной микроматрицы и высокопроизводительной матрицы. В качестве другого примера, способ можно использовать с одной или более матриц, выбранных из группы, состоящей из матрицы антител, и ИФА-матрицы, пептидной матрицы, белковой матрицы, нуклеотидной матрицы, нуклеозидной матрицы, РНК-микроматрицы, ДНК-микроматрицы, ДНК-белковой микроматрицы и матрицы с малыми молекулами.
[0067] ПРИМЕРЫ
[0068] Пример 1 - Покрытие подложки
[0069] Боросиликатное предметное стекло очищали абсолютным этанолом и оставляли высыхать. 200 мкл силанизирующего раствора, содержащего компоненты, указанные в таблице 1, наносили на одну сторону предметного стекла и позволяли распространиться по всей стороне. Сторону протирали стерильной бумажной салфеткой для удаления избытка раствора, а затем помещали на держатель для стекол покрытой поверхностью, обращенной к источнику тепла при 150°С в течение примерно 30 минут. Предметное стекло затем охлаждали до комнатной температуры, и далее промывали свежим абсолютным этанолом. Предметные стекла сушили путем продувки фильтрованного воздуха (0,02 мкм фильтр) над стеклами.
[0070] Пример 2 - Предшественники макромолекул
[0071] Стоковые растворы мономеров готовили в соответствии с таблицей 2. Все мономеры были получены на коммерческой основе, кроме гистаминакрилата, который получали путем смешивания эквимолярного количества гистамина и акриловой кислоты в растворе фосфатно-солевого буфера (ФСБ) и диметилсульфоксида (ДМСО).
[0072] Пример 3 - Смеси мономеров
[0073] Охлаждали каждый из двенадцати растворов мономеров из таблицы 2 в примере 2. Каждый из двенадцати сосудов, заполненных тремя объемами полимеризационной смеси из таблицы 3, добавляли к охлажденным растворам мономеров. Один объем одного из растворов 1-12 из таблицы 2 добавляли в каждый из двенадцати сосудов для получения смесей мономеров 1-12, каждая из которых содержала оба мономера, соответствующего раствора 1-12 из таблицы 2, и материалы из таблицы 3.
[0074] Пример 4 - Исходные планшеты
[0075] Равные объемы каждой из смесей мономеров с 1 по 12 добавляли в лунки 96-луночного планшета в соответствии с таблицей 4 с получением смесей различных мономеров. Числа в таблице соответствуют обозначению стоковых растворов мономера (из таблицы 2), которые присутствовали в каждой лунке.
[0076] Смеси из таблицы 4 затем переносили во второй 96-луночного планшет, как указано в таблице 5. И в этом случае, числа в таблице соответствуют обозначению стоковых растворов мономера (из таблицы 2), которые присутствовали в каждой лунке.
[0077] 30 мкл из каждой заполненной лунки из таблицы 5 переносили в 384-луночный планшет, как указано в таблице 6. 384-луночный планшет охлаждали на холодной поверхности для минимизации испарения.
[0078] В 384-луночном планшете в таблице 6 есть четыре квадранта, в каждом из которых находятся 72 смеси мономеров. Четыре квадранта, I-IV, представляют собой (в формате строка-столбец) от 1-1 до 6-12, от 1-13 до 6-24, от 1-7 до 12-12, и от 13-7 до 12-24. 10 мкл одной из смесей мономеров с 1 по 4 (из смесей мономеров с 1 по 2, пример 3) добавляли в каждую лунку квадрантов I-IV, соответственно, таким образом получая 288 лунок с химически уникальными композициями. Планшеты охлаждали и до использования накрывали крышками планшета или парафильмом для минимизации испарения.
[0079] Готовили два дополнительных 384-луночных планшета, каждый из которых был идентичен описанному выше, кроме номеров добавленных 10 мкл смеси мономеров. Во втором планшете было 10 мкл смесей мономеров от 5 до 8, добавленных в квадранты I-IV, соответственно, а в третьем было 10 мкл смесей мономеров от 9 до 12, добавленных в квадранты I-IV, соответственно. В каждом из полученных трех планшетов присутствовало 288 различных комбинаций предшественников полимеров.
[0080] Пример 6 - Детектируемая матрица
[0081] Комбинации предшественников полимеров в трех планшетах, полученных в соответствии с примером 5, наносили на подложку, полученную в соответствии с примером 1, путем нанесения каждой из различных комбинаций предшественников полимеров на отдельные области подложки. Затем полимеризовали предшественники полимеров путем применения ультрафиолетового света. Функционализированный силан на покрытии подложки встраивался в основную цепь полимеров, тем самым прикрепляя полимеры к подложке.
[0082] Пример 7 - Система
[0083] Обращаясь к фигурам, на фигуре 1 показано схематическое изображение примера системы. Система включает в себя фотосканер 1 для приема одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов. Фотосканер 1 также может конвертировать одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образы в один или более цифровых файлов, таких как jpeg файл, pdf файл, tiff файл, gif файл, или в файл другого типа, который содержит информацию от одного или более изображений. Важно отметить, что в то время как устройство ввода на фигуре 1 представляет собой фотосканер 1, который может как создавать, так и получать одно или более изображений или их образы, также можно применять другие устройства ввода, включая устройства, которые могут только принимать одно или более изображений или их образы.
[0084] Система также включает в себя облачную базу данных 2, которая хранится на одном или более компьютерных серверах в облачной вычислительной среде. Важно отметить, что также можно использовать другие типы баз данных. Облачная база данных 2 содержит файлы цифровых изображений множества вторичных детектируемых матриц, каждая из которых подвергалась воздействию человеческой плазмы и подвергалась детектированию на наличие одного или более аналитов, связанных с поверхностью. Каждый файл цифрового изображения ассоциирован с человеком, имеющим по меньшей мере одно известное заболевание, расстройство или состояние (исходя из предположения, что хорошее здоровье или отсутствие заболевания может представлять собой известное условие), и содержит, в дополнение к цифровому изображению, информацию относительно по меньшей мере одном известном заболевании, расстройстве или состоянии. В данном примере, облачная база данных 2 также содержит программное обеспечение для приема цифрового файла одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов из фотосканера 1, и для сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов, таких как один или более цифровых файлов, с файлами цифровых изображений множества вторичных детектируемых матриц. Важно отметить, что в дополнение или в качестве альтернативы к тому, что программное обеспечение является частью элемента базы данных, такое программное обеспечение может быть расположено в сравнивающем элементе.
[0085] Смартфон 3 также входит в систему. В данном примере, смартфон 3 является сравнивающим элементом, который приспособлен для подключения к облачной базе данных 2, и сравнивает один или более файлов цифровых изображений первичной детектируемой матрицы со множеством файлов изображений множества вторичных матриц посредством или посредством выполнения или запуска выполнения программного обеспечения, расположенного в облачной базе данных 2, для сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов с файлами цифровых изображений множества вторичных детектируемых матриц. В данном примере смартфон 3 также приспособлен для приема результатов сравнения в виде списка заболеваний или расстройств и оценки вероятности того, что субъект имеет или восприимчив к каждому из заболеваний или расстройств из списка.
[0086] Пример 8 - Обнаружение белков
[0087] Детектируемую матрицу из примера 6 промывали дистиллированной водой в течение 15 минут и сушили на воздухе. Образец сыворотки приводили во взаимодействие с детектируемой матрицей таким образом, что все поверхности детектируемой матрицы имели контакт с образцом сыворотки. Образец сыворотки оставляли на детектируемой матрице течение 15 минут при температуре окружающей среды, а затем удаляли путем встряхивания матрицы. Матрицу промывали путем погружения в дистиллированную воду в течение примерно 5 секунд, с последующим удалением излишка воды путем встряхивания матрицы. Далее матрицу нагревали в течение 5 минут при 300°С для индукции реакции Майяра между сывороточными белками и другими молекулами, связанными с матрицей. После охлаждения до комнатной температуры матрицу сканировали с использованием коммерческого фотосканера с разрешением 1000 точек на дюйм. Изображение отсканированной матрицы представлено на фигуре 2. Данный пример показывает, что сывороточные белки могут связываться с матрицей и могут быть определены на детектируемой матрице.
[0088] Пример 9 - Обнаружение клеток
[0089] Клетки дрожжей извлекали из культуральной среды путем разбавления фосфатным буферным раствором (ФСБ) при рН 7,4 и осаждали центрифугированием. Клетки ресуспендировали в ФСБ и добавляли 10 мкл 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолийбромида (МТТ) на 100000 клеток. Клетки инкубировали в МТТ при 37°С в течение примерно одного часа. Клетки осаждали центрифугированием и ресуспендировали в ФСБ.
[0090] Детектируемую матрицу из примера 6 промывали дистиллированной водой в течение 15 минут при температуре окружающей среды и сушили на воздухе. Суспензию клеток приводили во взаимодействие с детектируемой матрицей таким образом, что все поверхности детектируемой матрицы имели контакт с суспензией. Матрицу инкубировали с суспензией в течение 30 минут при температуре окружающей среды при осторожном перемешивании. Матрицу сушили путем стряхивания излишка суспензии. Далее матрицу промывали путем погружения в дистиллированную воду в течение примерно 5 секунд, с последующим удалением излишка воды путем встряхивания матрицы. Матрицу сканировали с использованием коммерческого фотосканера с разрешением 1000 точек на дюйм. Изображение отсканированной матрицы представлено на фигуре 3. Данный пример показывает, что клетки могут связываться с матрицей и могут быть определены на детектируемой матрице.
[0091] Пример 10 - Обнаружение малых молекул
[0092] Детектируемую матрицу из примера 6 промывали дистиллированной водой в течение 15 минут при температуре окружающей среды и сушили на воздухе. Образец сукралозы, декстрозы, мальтодекстрина, продаваемый под названием SPLENDA®, растворяли в дистиллированной воде, и раствор приводили во взаимодействие с детектируемой матрицей таким образом, что все поверхности детектируемой матрицы имели контакт с раствором. Раствор оставляли на детектируемой матрице в течение 15 минут при температуре окружающей среды, а затем излишки раствора удаляли путем встряхивания матрицы. Матрицу промывали путем погружения в дистиллированную воду в течение примерно 5 секунд, с последующим удалением излишка воды путем встряхивания матрицы. Далее матрицу нагревали в течение 5 минут при 300°С для индукции реакции Майяра между сывороточными белками и другими молекулами, связанными с матрицей. После охлаждения до комнатной температуры матрицу сканировали с использованием коммерческого фотосканера с разрешением 1000 точек на дюйм. Изображение отсканированной матрицы представлено на фигуре 4. Данный пример показывает, что малые молекулы могут связываться с матрицей и могут быть определены на детектируемой матрице.
[0093] Пример 11 - Детектирование коммерческих матриц
[0094] Коммерческую матрицу с белковыми лигандами получали из коммерческого источника. Образец плазмы приводили во взаимодействие с коммерческой матрицей таким образом, что один или более белков плазмы связывался с лигандами. Затем матрицу промывали для удаления любого несвязанного материала.
[0095] Белки определяли путем нагревания матрицы в коммерческой печи до 300°С в течение примерно 5 минут для индукции реакции Майяра. Матрица потемнела в местах, где лиганды были связаны с белком плазмы; данное изменение цвета позволяет идентифицировать какие из лигандов связались с белками плазмы.
[0096] В раскрытых вариантах реализации используются конкретные примеры и описательный язык, что позволяет специалисту в данной области техники изготовить, использовать и применить на практике данное изобретение. Тем не менее, следует понимать, что раскрытие не предназначено для ограничения. В частности, специалисту в данной области техники будут понятны вариации раскрытых вариантов реализации, которые можно применять на практике без изменения объема или сущности изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается вариантами реализации, описанными в данном документе. Например, в то время как конкретные аналиты и способы обнаружения этих аналитов описаны в иллюстративных целях, также можно использовать другие аналиты и способы обнаружения.
1. Детектируемая матрица, содержащая
подложку со множеством поверхностей для связывания одного или более аналитов, при этом каждая поверхность независимо содержит:
одно или более покрытий подложки на поверхности для прикрепления одной или более макромолекул к поверхности подложки; и
одну или более макромолекул, прикрепленных к по меньшей мере части одного или более покрытий подложки, при этом каждая макромолекула содержит полимер из мономеров, где мономеры, содержащиеся в полимере из мономеров, выбраны из группы, состоящей из акриламида, 2-карбоксиэтилакрилата, акриловой кислоты, N-[трис(гидроксиметил)метил]акриламида, гидроксипропилакрилата и его изомеров, 4-гидроксибутилакрилата, N-гидроксиэтилакриламида, N,N,-диметилакриламида, N-(1,1-диметил-3-оксобутил)акриламида, N-изопропилакриламида, (мет)акрилатов, акрилата простого фенилового эфира этиленгликоля, N-трет-октилакриламида, 1-(акрилоилокси)-3-(метакрилоилокси)-2-пропанола, бис-акриламида, триметилолпропантриакрилата и их комбинаций, при этом одна или более макромолекул расположены в определенном порядке на покрытии подложки и содержат множество ненаправленных сайтов связывания для связывания множества аналитов;
при этом одно или более покрытий подложки содержит по меньшей мере один силан или по меньшей мере один силоксан;
при этом одна или более макромолекул прикреплены к покрытию подложки посредством полимеризации функциональной группы на силане или силоксане с образованием основной цепи полимера;
где наличие или отсутствие одного или более аналитов, связанных с каждой из множества поверхностей, обнаруживается посредством множества способов обнаружения.
2. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одно или более покрытий подложки содержит один или более акрилсилоксанов.
3. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одно или более покрытий подложки содержит один или более из 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана, 3-акрилоксипропилтриметоксисилана, N-(3-акрилокси-2-гидроксипропил-3-аминопропилтриэтоксисилана и 3-метакрилоксипропилдиметилхлорсилана.
4. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере один сополимер.
5. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере один кросс-линкер.
6. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит множество химически отличных макромолекул и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
7. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере 2 химически отличных макромолекулы и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
8. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере 12 химически отличных макромолекул и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
9. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере 72 химически отличных макромолекул и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
10. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере 96 химически отличных макромолекул и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
11. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что одна или более макромолекул содержит по меньшей мере 288 химически отличных макромолекул и при этом каждая химически отличная макромолекула прикреплена к отдельной поверхности множества поверхностей подложки.
12. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что множество способов обнаружения включают один или более из реакции Майяра, карамелизации, реакции с одним или более аминными реакционноспособными красителями, реакции с одним или более тиоловыми реакционноспособными красителями, реакции с одним или более клеточными красителями, реакции с одним или более сольватохромными красителями, реакции с одним или более кислотным индикатором, реакции с одним или более основными индикаторами, реакции с одним или более мечеными антителами, люминесценции, анализа текстуры поверхности, фотосканирования, микроскопии, фотосканирования в отраженном или проходящем свете, фотографирования в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрии и спектроскопии.
13. Детектируемая матрица по п. 1, отличающаяся тем, что подложка содержит одно или более из стекла, пластика, металла, композитов, акриловых смол или биологически активных подложек.
14. Детектируемая матрица по п. 1, дополнительно содержащая один или более аналитов, связанных с одной или более макромолекулами.
15. Детектируемая матрица по п. 1, дополнительно содержащая одну или более малых молекул, белков, пептидов, нуклеотидов, нуклеозидов, бактерий, вирусов, клеток грибов, клеток животных или клеток дрожжей, связанных с одной или более макромолекулами.
16. Система для диагностики заболевания, расстройства или состояния, включающая
устройство ввода для приема одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов, где первичная детектируемая матрица или ее образ представляет собой детектируемую матрицу по любому из пп. 14, 15 или ее образ;
базу данных, содержащую одно или более изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образы, где вторичные детектируемые матрицы или их образы представляют собой детектируемые матрицы по любому из пп. 14, 15 или их образы; и
сравнивающий элемент для сравнения одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образов с одним или более изображениями множества вторичных детектируемых матриц или их образами.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что каждая из множества вторичных детектируемых матриц или ее образов связана с субъектом, имеющим известное заболевание, расстройство или состояние.
18. Система по любому из пп. 16, 17, отличающаяся тем, что первичная детектируемая матрица или ее образ имеет связь с субъектом, имеющим неизвестное заболевание, расстройство или состояние.
19. Система по п. 16, отличающаяся тем, что сравнивающий элемент способен предсказывать заболевание, расстройство или состояние субъекта, имеющего неизвестное заболевание, расстройство или состояние.
20. Система по п. 16, отличающаяся тем, что одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образ представляют собой псевдоцветные изображения.
21. Система по п. 16, отличающаяся тем, что одно или более изображений первичной детектируемой матрицы или ее образ отображают одно или более из флуоресценции, фосфоресценции, текстуры, шероховатости, цвета, поглощения в ультрафиолетовой части спектра, поглощения в инфракрасной части спектра, цвета, или отсутствие одного или более из вышеперечисленного, множества поверхностей подложки.
22. Способ обнаружения одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом, включающий
приведение первичной детектируемой матрицы по любому из пп. 1-15 в контакт с одним или более аналитами, имеющими связь с субъектом, и
одно или более из нагревания детектируемой матрицы, вызывающего реакцию Майяра по меньшей мере одного из одного или более аналитов, карамелизацию по меньшей мере одного из одного или более аналитов, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более аминными реакционноспособными красителями, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более тиоловыми реакционноспособными красителями, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более сольватохромными красителями, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более клеточными красителями, реакцию по меньшей мере одного из одного или более аналитов с одним или более мечеными антителами, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более кислотными индикаторами, реакцию по меньшей мере одного или более аналитов с одним или более основными индикаторами, детектирование люминесценции или ее отсутствия на детектируемой матрице, анализ текстуры поверхности, фотосканирование, микроскопию, фотосканирование в отраженном или проходящем свете, фотографирование в отраженном или проходящем свете, масс-спектрометрию и спектроскопию.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что стадия приведения в контакт включает приведение первичной детектируемой матрицы в контакт с одним или более образцов из организма субъекта.
24. Способ по любому из пп. 22, 23, отличающийся тем, что стадия взаимодействия включает взаимодействие первичной детектируемой матрицы с по меньшей мере одним из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя и молока субъекта.
25. Способ по п. 22, отличающийся тем, что стадия взаимодействия включает взаимодействие первичной детектируемой матрицы с одним или более из плазмы и мочи субъекта.
26. Способ по п. 22, дополнительно включающий получение одного или более аналитов, имеющих связь с субъектом.
27. Способ по п. 22, дополнительно включающий получение одного или более изображений первичной детектируемой матрицы или одного или более ее образов.
28. Способ по п. 22, дополнительно включающий сравнение особенностей одного или более изображения первичной детектируемой матрицы или одного или более ее образов с соответствующими особенностями изображений множества вторичных детектируемых матриц или их образов в базе данных, при этом изображения множества вторичных детектируемых матриц или их образы ассоциированы с известным заболеванием, расстройством или состоянием субъекта.
29. Способ получения детектируемой матрицы по любому из пп. 1-15, включающий
независимое нанесение на множество поверхностей подложки по меньшей мере одного покрытия подложки с получением множества независимо покрытых поверхностей, и
независимое прикрепление по меньшей мере одной макромолекулы или одного или более ее предшественников к каждой из независимо покрытых поверхностей.
30. Способ по п. 29, дополнительно включающий полимеризацию по меньшей мере одного из одного или более предшественников на по меньшей мере одной из независимо покрытых поверхностей.
31. Способ по любому из пп. 29, 30, дополнительно включающий инициирование полимеризации по меньшей мере одного из указанных одного или более предшественников путем применения к одному или более предшественникам одного или более из: электромагнитного излучения, выбранного из группы, состоящей из микроволн, ультрафиолетового света, видимого света и тепла; звука; или химического инициатора.
32. Способ обнаружения без мечения немеченого аналита на детектируемой матрице по любому из пп. 1-15, включающий
приведение немеченого аналита в контакт с детектируемой матрицей с обеспечением прикрепления по меньшей мере части аналита к детектируемой матрице; и
нагревание детектируемой матрицы с прикрепленным к ней немеченым аналитом, в результате чего происходит изменение цвета по меньшей мере одного аналита и детектируемой матрицы.
33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что детектируемая матрица включает по меньшей мере одну матрицу, выбранную из группы, состоящей из аналитической микроматрицы, обращенно-фазового микроанализа, функциональной микроматрицы, клеточной микроматрицы, экспрессионной микроматрицы и высокопроизводительной матрицы.
34. Способ по любому из пп. 32, 33, отличающийся тем, что детектируемая матрица включает по меньшей мере одну матрицу, выбранную из группы, состоящей из матрицы антител, и ИФА-матрицы, пептидной матрицы, белковой матрицы, нуклеотидной матрицы, нуклеозидной матрицы, РНК-матрицы, ДНК-матрицы, ДНК-белковой матрицы и матрицы с малыми молекулами.
35. Способ по п. 32, отличающийся тем, что немеченый аналит представляет собой образец из организма субъекта или по меньшей мере один его компонент.
36. Способ по п. 32, отличающийся тем, что немеченый аналит представляет собой по меньшей мере один компонент из крови, сыворотки, плазмы, мочи, кала, слюны, желчи, спинномозговой жидкости, тканевой жидкости, желудочного сока, слез, растворителя, и молока.
37. Способ по п. 32, отличающийся тем, что нагревание вызывает неферментативную реакцию потемнения.
38. Способ по п. 37, отличающийся тем, что неферментативная реакция потемнения представляет собой по меньшей мере одну из реакции Майяра и карамелизации.
39. Способ по п. 32, отличающийся тем, что нагревание включает нагревание при достаточной температуре и в течение достаточного времени для индукции одного или более из карамелизации и реакции Майяра.
40. Способ по п. 32, отличающийся тем, что нагревание включает нагревание при температуре примерно от 120°С примерно до 300°С в течение примерно от 1 минуты примерно до 5 минут.
