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KR20150063603A - 모듈러 현장 진료 장치 및 이의 용도 - Google Patents

모듈러 현장 진료 장치 및 이의 용도 Download PDF

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KR20150063603A
KR20150063603A KR1020157013343A KR20157013343A KR20150063603A KR 20150063603 A KR20150063603 A KR 20150063603A KR 1020157013343 A KR1020157013343 A KR 1020157013343A KR 20157013343 A KR20157013343 A KR 20157013343A KR 20150063603 A KR20150063603 A KR 20150063603A
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KR
South Korea
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assay
analyte
unit
reagent
Prior art date
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Application number
KR1020157013343A
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English (en)
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KR101670621B1 (ko
Inventor
태미 버드
이안 기본스
엘리자베스 에이 홈즈
게리 프렌젤
앤서니 조세프 누전트
Original Assignee
테라노스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=40509067&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20150063603(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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Publication of KR20150063603A publication Critical patent/KR20150063603A/ko
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Abstract

본 발명은 현장 진료에 사용하기 위한 장치 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치는 체액중의 피분석물을 자동 검출하는 것에 관한 것이다. 장치 소자는 개시된 방법과 함께 다양한 의학적 응용에 사용되도록 유연하고 강건하게 모듈된다.

Description

모듈러 현장 진료 장치 및 이의 용도{MODULAR POINT-OF-CARE DEVICES AND USES THEREOF}
본 출원은 2007년 10월 2일자로 출원된 미국 가출원 제60/997,460호의 이익을 청구하며, 이 출원은 그 전체내용이 본원에 참고로 인용된다.
다수의 질병 바이오마커(biomarker)의 발견과 소형화된 의료 시스템의 확립은 현장 진료 환경에서 질병의 예측, 진단 및 치료를 감시하기 위한 새로운 길을 열었다. 현장 진료 시스템은 시험 결과를 의료진, 다른 의료진들 및 환자에게 신속히 전달할 수 있다. 질병 또는 질병 진행의 조기 진단은 의료진으로 하여금 적기에 치료를 개시하거나 변형하도록 할 수 있다.
다중 바이오마커 측정을 통해 환자 상태의 추가적인 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 약물의 효과를 감시하는 경우, 3 개 이상의 바이오마커가 동시에 측정될 수 있다. 전형적으로, 마이크로티터 플레이트(microtiter plate) 및 다른 유사한 기구를 사용하여 분리에 기초한 다중 분석을 수행하였다. 마이크로티터 플레이트(예를 들어, 384 웰 마이크로티터 플레이트)는 다수의 분석을 동시에 수행할 수 있다.
현장 진료(POC, point-of-care) 장치에서, 동시에 수행될 수 있는 분석의 수는 종종 장치의 크기 및 분석할 샘플의 부피에 의해 제한된다. 많은 POC 장치에서, 수행되는 분석의 수는 약 2 내지 10 개이다. 적은 샘플에 대해 다중 분석을 수행할 수 있는 POC 장치가 바람직하다.
많은 다중 POC 분석 장치의 단점은 장치의 구성요소를 제조하는데 비용이 비싸다는 점이다. 장치가 일회용인 경우, 고가의 구성요소는 POC 장치를 제조할 수 없게 한다. 추가로, 모든 필요한 시약을 장치의 보드에 편입하는 다중 POC 장치의 경우, 상기 시약들 중 임의의 하나가 불안정하면 다른 모든 시약을 여전히 사용가능한 경우에조차 제조한 많은 장치 전체를 폐기해야 할 수 있다.
고객이 특정의 피분석물에 맞는 POC 장치의 제작에 관심이 있는 경우, 다중 POC 분석 시스템의 제조업자들은 종종 장치의 시약 및 분석법을 믹스-앤-매치(mix-and-match)할 필요성에 직면한다. 고객 각각에 적합한 다중 POC 분석은 매우 고가이고 교정하기 어려우며 품질을 관리하기 어려울 수 있다.
POC 방법은 질병 및 치료법(예를 들어, 당뇨병 치료법에서 혈당 시스템인, 와파린을 사용한 항응고요법에서 프로트롬빈 시간 측정법)을 감시하는데 매우 가치가 있는 것으로 입증되었다. 다중 마커를 측정함으로써, 복잡한 질병(이를 테면, 암) 및 치료법, 이를 테면 암의 다중-약물 치료법을 더 잘 감시 및 관리할 수 있을 것으로 여겨진다.
발명의 개요
따라서, POC 장치의 대안적인 설계에 대한 요구가 여전히 충족되지 않았다. 바람직한 설계는 모듈러 포획 표면 및 분석 인큐베이션 소자를 제공한다. 게다가, 모듈러 포획 표면 및 분석 인큐베이션 소자는 적시(JIT, just-in-time) 제조 방법에 적합한 POC 일회용품에 통합시키는데 필요하다. 사용자 및 제조업자에게 효과적인 비용으로 주문설계가능(customizable) POC 장치를 제공하는 것이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 해소하며 관련된 이점도 제공한다.
하나의 일면으로, 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 주소지정 가능한 어세이 유닛 어레이; 및 주소지정 가능한 시약 유닛 어레이를 포함하는, 체액 샘플내 피분석물 자동 검출용 카트리지가 개시되는데, 여기서 주소지정 가능한 시약 유닛 어레이의 개별 주소지정 가능한 시약 유닛은 어세이 유닛 어레이의 개별 주소지정 가능한 어세이 유닛에 상응하도록 접근되고, 개별 시약 유닛은 어레이가 카트리지에 조립되기 전에 상응하는 어세이 유닛을 기준으로 교정되도록 구성된다. 상기 장치는 체액 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 수집 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 일면으로, 체액 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 수집 유닛; 샘플 수집 유닛으로부터의 샘플 부분을 수용하여 샘플내 피분석물 존재의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 어세이 유닛 어레이; 및 화학 반응을 일으키는 시약을 함유하는 시약 유닛 어레이를 포함하는, 체액 샘플내 피분석물 자동 검출용 카트리지가 개시되는데, 여기서 어세이 유닛 어레이의 개별 어세이 유닛 및 시약 유닛 어레이의 개별 시약 유닛은, 화학 반응을 일으키는 시약이 어세이 유닛내 체액 샘플과 접촉되도록 유체 연통으로 이동가능하게 구성된다.
개별 시약 유닛은 이동가능한 어세이 유닛을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 개별 어세이 유닛은 어세이 팁을 포함한다. 일부 구체예에서, 개별 어세이 유닛은 면역분석을 수행하도록 구성된다.
체액 샘플은 혈액 샘플일 수 있다. 일부의 경우에, 샘플 수집 유닛은 약 50, 20, 10, 5 또는 3 마이크로리터 이하인 부피의 체액 샘플을 수용하도록 구성된다. 하나의 경우에, 샘플 수집 유닛은 한 방울의 혈액과 동등한 부피의 체액 샘플을 수용하도록 구성된다.
본원에 개시된 장치는 화학 반응을 실행하여 피분석물을 검출하기 위해 체액 샘플의 부분을 회수하도록 구성된 예비처리 유닛을 포함할 수 있고, 예비처리 유닛은 샘플 수집 유닛에 수용된 전혈 샘플로부터 혈장을 회수하도록 구성될 수 있다.
하나의 일면으로, 본원에 개시된 장치; 및 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 검출하기 위한 검출 어셈블리를 포함하는, 체액 샘플내 피분석물 자동 검출용 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 개별 어세이 유닛을 제1위치로부터 제2위치로 이동시키도록 구성된 프로그램가능 기계 장치를 추가로 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 상기 시스템은 유체 전달 장치를 포함한다. 유체 전달 장치는 피펫이거나 자동화될 수 있다. 시스템은 또한 검출할 피분석물에 기초한 프로토콜을 전송하기 위한 통신 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 본원의 시스템은 개별 어세이 유닛을 수용하도록 구성된 가열 블록(heating block)을 포함하며, 또한 자기 블록, 예를 들어 샘플로부터 적혈구를 분리하는데 사용될 수 있는 자기 블록(magnetic block)도 포함할 수 있다.
또 다른 일면으로, 유체공학적 장치를 포함하는, 체액 샘플내 복수의 피분석물을 자동 검출하기 위한 시스템이 개시되는데, 여기서 유체공학적 장치는 체액 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 수집 유닛; 어세이 유닛 어레이로서, 그 중 개별 어세이 유닛이 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물의 지표인 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 어세이 유닛 어레이; 시약 유닛 어레이로서, 그 중 개별 시약 유닛이 시약을 함유하는 시약 유닛 어레이; 및 복수의 헤드(head)로서, 그 중 개개의 헤드가 개별 어세이 유닛과 치합(engage)하도록 구성된 복수의 헤드를 포함하며, 여기서 유체 전달 장치는 샘플 수집 유닛으로부터의 체액 샘플 및 개별 시약 유닛으로부터의 시약을 개별 어세이 유닛으로 유체 전달하게 지시하도록 구성된 프로그램가능한 프로세서를 포함한다. 일부 구체예에서, 유체 전달하게 지시하는 프로세서의 구성은, 상기 복수의 피분석물이 상기 시스템으로 검출가능하도록, 어세이 유닛 어레이내 체액 샘플의 희석도에 작용하여, 검출할 복수의 피분석물의 지표인 신호가 검출가능 범위내에서 생성되도록 한다.
일부의 경우에, 체액 샘플은 적어도 2, 5, 10, 15, 50 또는 100 자릿수 범위정도로 다른 농도로 존재하는 적어도 2 가지의 피분석물을 포함한다. 체액 샘플의 희석도는 적어도 2 개의 피분석물의 지표인 신호를 검출가능 범위내에서 생성될 수 있게 한다.
본원의 시스템은 검출가능 범위의 신호 강도를 검출하도록 구성된 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 검출기는 광전자증배관(photomultiplier)이고, 검출기의 검출가능 범위는 초당 약 20 내지 약 1000만 카운트이다.
일부 구체예에서, 유체 전달 장치 중 개개의 헤드는 개별 어세이 유닛에 부착되도록 구성된다. 개별 어세이 유닛은 면역분석 반응 부위를 제공할 수 있다. 일부의 경우에, 개별 어세이 유닛은 피펫 팁이다. 유체 전달 장치는 공기치환방식 피펫과 같은 피펫일 수 있다. 유체 전달 장치는 또한 프로그램가능한 프로세서와 통신하는 모터를 포함할 수 있고, 여기서 모터는 상기 프로그램가능한 프로세서로부터의 프로토콜에 기초하여 상기 복수의 헤드를 이동시킬 수 있다.
또 다른 일면으로, 전혈 샘플을 자동적으로 수용 및 처리하여 혈장 부분을 생성하고, 이로부터 관심 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 발생시키는 장치; 및 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 검출하기 위한 검출 어셈블리를 포함하는, 전혈 샘플의 혈장 부분에서 복수의 피분석물을 자동 검출하기 위한 시스템이 개시된다.
하나의 일면으로, 본원에 개시된 장치에 혈액 샘플을 제공하는 단계; 상기 샘플이 적어도 하나의 어세이 유닛내에서 반응하도록 하는 단계; 및 체액 샘플내 수집된 피분석물로부터 발생한 검출가능 신호를 검출하는 단계를 포함하여, 체액 샘플내 피분석물을 검출하는 방법이 본원에 제공된다. 체액 샘플은 혈액일 수 있고, 방법은 혈액으로부터 혈장을 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
본원에 제공된 하나의 일면으로, 체액 샘플내 피분석물 자동 검출용 카트리지의 주문형(on-demand) 어셈블리의 방법이 개시되는데, 여기서 장치는 개별 어세이 유닛이 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 주소지정 가능한 어세이 유닛 어레이; 및 개별 시약 유닛이 개별 어세이 유닛에 상응하도록 접근되는 주소지정 가능한 시약 유닛 어레이를 포함하고, 상기 방법은 검출할 피분석물에 따라 주소지정 가능한 어세이 유닛 어레이를 하우징에 배치하는 단계로서, 여기서 어레이의 개별 어세이 유닛은 최종 사용자가 요구하는 관심 피분석물을 검출하는 화학 반응을 실행하도록 구성되어 있는 단계; (ii) 검출할 피분석물에 따라 시약 유닛 어레이를 하우징에 배치하는 단계로서, 여기서 개별 시약 유닛이 개별 어세이 유닛에 상응하는 단계; 및 (iii) 장치의 하우징내에 (i) 및 (ii)의 어레이를 고정하는 단계를 포함한다. 방법은 검출할 피분석물을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 방법은 카트리지를 씰링하는 단계(sealing)를 포함한다. 하나의 구체예에서, 방법은 카트리지에 검출할 피분석물을 표시하는 판독가능 표지(label), 예를 들어 바코드 또는 RFID로 표지하는 단계를 포함한다.
하나의 일면으로, 체액 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 수집 유닛; 개별 어세이 유닛이 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물의 지표인 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 어세이 유닛 어레이; 및 개별 시약 유닛이 시약을 함유하도록 구성된 시약 유닛 어레이를 포함하는 유체공학적 장치에 체액 샘플을 제공하는 단계; 유체 전달 장치를 사용하여 개별 어세이 유닛을 연관시키는 단계; 유체 전달 장치를 사용하여 샘플 수집 유닛으로부터 개별 어세이 유닛으로 체액 샘플을 전달하는 단계; 및 개별 시약 유닛으로부터 개별 어세이 유닛으로 시약을 전달함으로써, 시약을 체액 샘플과 반응시켜 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물의 지표인 신호를 생성하는 단계를 포함하여, 체액 샘플내에서 복수의 피분석물을 자동검출하기 위한 방법이 제공된다.
하나의 구체예에서, 유체 전달 장치는 복수의 헤드를 포함하는데, 여기서 복수의 헤드 중 개개의 헤드는 개별 어세이 유닛에 연관되도록 구성되고; 유체 전달 장치는 샘플 수집 유닛으로부터의 체액 샘플 및 개별 시약 유닛으로부터의 시약을 개별 어세이 유닛으로 유체 전달하도록 구성된 프로그램가능한 프로세서를 포함한다. 방법은 체액 샘플을 개별 어세이 유닛으로 전달하는 단계를 지시할 수 있는 명령을 프로그램가능한 프로세서에 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 체액 샘플을 전달하는 단계는 개별 어세이 유닛내 체액 샘플의 희석도에 작용하여, 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물의 지표인 신호가 검출가능 범위내에서 생성되도록 한다. 체액 샘플은 적어도 2, 5, 10, 15, 50 또는 100 크기의 자리수만큼 다른 농도로 존재하는 적어도 2 개의 개개의 피분석물을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 체액 샘플의 희석도는 적어도 2 개의 개개의 피분석물의 지표인 신호가 검출가능 범위내에서 생성되게 한다. 하나의 구체예에서, 검출가능한 범위는 광전자증배관을 사용하는 경우 초당 약 1000 내지 약 1000만 카운트이다.
하나의 구체예에서, 개별 시약 유닛내 시약은 면역분석을 위한 효소 기질이고, 방법은 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물의 지표인 신호를 생성하는 반응의 완료후, 개별 시약 유닛으로부터의 시약을 전달함으로써 개개의 피분석물의 지표인 제2신호를 생성하는 제2반응을 일으키는 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 개개의 피분석물의 지표인 신호의 강도 및 제2신호의 제2신호 강도를 평균내어 개개의 피분석물의 지표인 신호의 최종 강도를 계산할 수 있다.
하나의 일면으로, 액체 샘플내 기지량의 대조 피분석물을 시약과 반응시켜 대조 피분석물의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 단계; 및 상기 검출가능 신호를 액체 샘플의 예상 부피의 지표인 예상 검출가능 신호와 비교하여 측정할 액체 샘플의 부피를 측정하는 단계를 포함하는, 액체 샘플의 부피를 측정하는 방법이 본원에 개시된다. 일부의 경우에, 대조 피분석물은 보통 상기 액체 샘플내에 검출가능한 양으로 존재하지 않는다. 방법은 샘플의 부피가 액체 샘플의 예상 부피의 약 50% 이내로 측정될 때 액체 샘플의 부피를 확인하는 단계를 포함한다. 하나의 구체예에서, 방법은 표적 피분석물을 함유하는 체액 샘플을 시약과 반응시켜 표적 피분석물의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 단계; 및 상기 액체 샘플의 부피 및 표적 피분석물의 지표인 검출가능 신호의 강도를 사용하여 체액 샘플내 표적 피분석물의 양을 측정하는 단계를 추가로 포함한다. 액체 샘플 및 체액 샘플은 동일한 샘플일 수 있고, 대조 피분석물은 체액 샘플내 표적 피분석물과 반응하지 않는다. 일부의 경우에, 액체 샘플 및 체액 샘플은 상이한 액체 샘플이다. 대조 피분석물은 예를 들어, 플루오레세인-표지 알부민, 플루오레세인-표지 IgG, 항-플루오레세인, 항-디곡시게닌, 디곡시게닌-표지 알부민, 디곡시게닌-표지 IgG, 바이오틴화 단백질, 비-인간 IgG일 수 있다.
또 다른 일면으로, 혈액 샘플의 비-혈장 부분과 결합하기 위한 항체 포획 표면을 포함하는 자화성 입자의 존재하에 샘플 수집 유닛에서 혈액 샘플을 혼합하는 단계; 및 혼합된 혈액 샘플에 혈장 수집 영역 이상의 자기장을 인가하여 혈장 수집 영역의 정점에서 혈액 샘플의 비-혈장 부분을 현탁시키는 단계를 포함하는, 혈액 샘플로부터 혈장을 회수하는 방법이 본원에 제공된다. 일부의 경우에, 샘플 수집 유닛은 모세관이다. 혈액 샘플은 약 20 마이크로리터 미만일 수 있고, 회수된 혈장은 약 10 마이크로리터 미만일 수 있다. 일부의 경우에, 혈액 샘플은 희석되지 않는다. 일부의 경우에, 혼합 단계는 고체 표면에 결합하지 않는 항체의 존재하에 일어난다. 혼합 단계는 주사기 작용에 의한 혼합 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일면으로, 전혈 샘플을 자동적으로 수용 및 처리하여 혈장 부분을 생성하고, 이로부터 관심 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 발생시키는 장치에 전혈 샘플을 제공하는 단계; 상기 체액 샘플내 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 검출하는 단계; 및 (b)의 결과를 최종 사용자에게 전송하는 단계를 포함하는, 전혈 샘플의 혈장 부분에 존재하는 피분석물을 검출하기 위한 자동 면역분석을 사용하는 방법이 본원에 제공된다. 면역분석은 ELISA일 수 있다. 일부의 경우에, 결과는 무선으로 전송된다.
일부 구체예에서, 본원에 개시된 방법은 본원에 개시된 시스템에서 수행된다.
참고문헌의 인용
본 명세서에 언급된 모든 공개공보 및 특허출원은 각 개개의 공개공보 또는 특허출원이 참고문헌으로 인용된다고 구체적이고 개별적으로 나타내는 것과 동일한 정도로 참고문헌으서 본 명세서에 인용된다.
본 발명의 다수의 신규한 특징은 특히 첨부된 청구범위에 설명된다. 본 발명의 원리를 이용하는 예시적인 구체예를 개시한 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하면 본 발명의 특징 및 이점을 더욱 잘 이해하게 될 것이다:
도 1은 어세이 유닛, 시약 유닛 및 장치의 다른 모듈러 구성요소를 포함하는 본 발명의 예시적인 장치를 나타낸다.
도 2는 어세이 유닛, 시약 유닛 및 샘플 팁(팁)을 수용하는 형태의 장치의 하우징내 공동(cavities)을 포함하는, 도 1의 예시적 장치의 두 측면-절단도를 나타낸다.
도 3A는 소형 팁 또는 관 형성물을 포함하는 예시적인 어세이 유닛을 설명한다.
도 3B는 본원에 개시된 샘플 팁의 예를 설명한다.
도 4A 및 4B는 컵(cup)을 포함하는 시약 유닛의 두 가지 예를 나타낸다.
도 5는 장치 및 유체 전달 장치를 포함하는 시스템의 예를 설명한다.
도 6은 온도 제어를 위한 가열 블록 및 검출기를 포함하는 본 발명의 예시적인 시스템을 나타낸다.
도 7은 환자가 혈액을 장치에 전달한 다음 장치를 판독기에 삽입하는 시스템의 예를 설명한다.
도 8은 환자의 의학적 상태를 평가하기 위한 시스템을 구축하는 공정 흐름도를 나타낸다.
도 9A 내지 9E는 전혈 샘플이 샘플 팁으로 흡인되고, 자기 시약이 샘플과 혼합 및 현탁된 다음 전혈 샘플 및 자기 시약 혼합물에 자기장이 인가되는, 혈장 분리 방법의 예를 설명한다. 이어, 분리된 혈액 혈장 샘플은 장치의 웰에 분배될 수 있다.
도 10은 기지량의 대조 피분석물을 포함하는 본원에 개시된 대조 분석의 예시적 방법을 설명한다.
도 11은 액체가 배출되고 또 다른 액체가 흡인되는 경우 팁내 박막, 예를 들어 오염물을 나타낸다.
도 12는 VEGFR2에 대한 분석을 수행하기 위해 어세이 유닛과 시약 유닛을 관련시킨 교정 곡선을 나타낸다.
도 13은 광도계로 측정된, 시스템에서 PIGF에 대한 분석을 수행하기 위해 어세이 유닛과 시약 유닛의 결과를 관련시킨 교정 곡선을 나타낸다.
도 14는 5-항의 다항식 함수로 피팅한(fitted) 데이터 및 분석 신호(광자의 카운트)에 대해 플롯팅한 CRP 농도를 나타낸다.
도 15는 본원에 개시된 바와 같이, 피트(fit)가 파라미터 Smax, C0.5 및 D의 값과 모델 사이에 달성되었음을 나타낸다.
도 16은 어세이 팁에서 최종 농도를 달성하는데 사용된 희석률에 따른 데이터를 나타낸다.
도 17은 상대 희석비 1:1(실선), 5:1(파선) 및 25:1(점선)에 대한 로그(log) 정규화 농도(C/C0.5)에 대하여 플롯팅한 정규화된 분석 응답(B/Bmax)을 나타낸다.
도 18 및 19는 상이한 정규화 농도에서의 도 17과 유사한 실시예를 나타낸다.
도 20은 검출기 항체를 제거하는 단계, 분석을 세척하는 단계 및 기질을 첨가하는 단계 이후의 대조 피분석물에 대하여 0.5 초동안 분광광도계에서 판독한 분석 응답을 설명한다.
도 21은 본원의 시스템에서 약 10 초에 걸쳐 생성된 광자를 측정함으로써 평가된 분석의 결과를 설명한다.
발명의 상세한 설명
본원에 개시된 본 발명의 구체예 및 일면은 체액 샘플내 피분석물의 자동 검출용 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특정의 생물학적 과정, 생리학적 상태, 장애 또는 장애의 단계, 또는 생물학적 제제 또는 치료학적 제제의 효과와 관련이 있는 피분석물을 검출하고/검출하거나 정량할 수 있다. 본원에 개시된 본 발명의 구체예 및 실시예는 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다.
장치
본 발명의 하나의 일면으로, 체액 샘플내 피분석물을 자동 검출하기 위한 장치는 화학 반응을 실행하여 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 생성하도록 구성된 주소지정 가능한 어세이 유닛 어레이; 및 각각이 상기 장치내에서 하나 이상의 주소지정 가능한 어세이 유닛에 상응하도록 접근되는 주소지정 가능한 시약 유닛 어레이를 포함하며, 어레이가 카트리지에 조립되기 전에 상응하는 어레이 유닛(들)을 기준으로 교정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면으로, 체액 샘플내 피분석물을 자동 검출하기 위한 장치는 피분석물 존재의 지표인 검출가능 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 어세이 유닛 어레이 및 화학 반응을 일으키기 위한 시약을 함유하는 시약 유닛 어레이를 포함하는데, 여기서 어세이 유닛 중 적어도 하나 및 시약 유닛 중 적어도 하나는, 화학 반응을 일으키는 시약이 자동적으로 어세이 유닛내 체액 샘플과 접촉하도록, 장치내에서 서로에 대해 이동가능하다.
본 발명의 장치의 구체예에서, 어세이 유닛 또는 시약 유닛 어레이는 구성된 어세이 유닛에 의해 일어나는 화학 반응에 따라 접근될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 어세이 유닛 중 적어도 하나 및 시약 유닛 중 적어도 하나는, 화학 반응을 일으키는 시약이 자동적으로 어세이 유닛내 체액 샘플과 접촉하도록, 장치내에서 서로에 대해 이동가능하다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 장치는 내장형이며, 복수의 분석을 동시에 수행하는데 필요한 모든 시약, 즉 액상- 및 고상 시약을 포함한다. 필요에 따라, 장치는 최소 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 500, 1000 회 이상의 분석을 수행하도록 구성된다. 하나 이상의 대조 분석이 또한 필요에 따라 동시 수행될 장치에 포함될 수 있다.
분석은 정량적 면역분석일 수 있고 단기간에 수행될 수 있다. 핵산 서열의 측정 및 콜레스테롤과 같은 대사물질의 측정이 포함되나 이에 한정되지 않는 다른 형태의 분석이 본 발명의 장치와 함께 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 분석은 1 시간 이내, 바람직하게는 30, 15, 10 또는 5 분 미만으로 완료된다. 다른 구체예에서, 분석은 5 분 미만으로 수행된다. 따라서, 분석 검출 기간은 본 발명의 장치와 함께 수행되는 분석의 형태에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 높은 감도를 요하는 경우, 분석은 1 시간 이상 또는 하루 이상 인큐베이션될 수 있다. 일부 실시예에서, 장기간이 필요한 분석은 POC 임상 환경이 아닌 가정 용도과 같은 다른 POC 적용예에서 더욱 유용할 수 있다.
관심 피분석물을 함유할 것으로 의심되는 임의의 체액은 본 발명의 시스템 또는 장치와 함께 사용될 수 있다. 보통 사용되는 체액으로는 혈액, 혈청, 타액, 뇨, 위액 및 소화액, 눈물, 변, 정액, 질액, 종양 조직에서 유래하는 간질액 및 뇌척수액이 포함되나 이들에 한정되지 않는다.
체액은 환자로부터 유도하여 란싱, 주사 또는 피펫팅이 포함되나 이들에 한정되지 않는 다양한 방식으로 장치에 제공될 수 있다. 본원에 사용된 용어 대상 및 환자는 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 척추동물, 바람직하게는 포유동물, 더욱 바람직하게는 인간을 말한다. 포유동물로는 뮤린, 유인원, 인간, 가축, 스포츠 동물 및 애완동물이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 하나의 구체예에서, 란셋으로 피부에 구멍을 내고 예를 들어 중력, 모세관 작용, 흡인 또는 진공력을 사용하여 샘플을 인출한다. 란셋은 장치의 부분, 시스템의 부분 또는 표준 단독 구성요소일 수 있다. 필요에 따라, 란셋은 다양한 기계적, 전기적, 전자기계적 또는 임의의 다른 공지된 활성화 메커니즘 또는 이러한 방법의 임의의 조합에 의해 활성화될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 비활성 메커니즘이 요구되는 경우, 환자는 장치, 예를 들어 타액 샘플과 함께 발생할 수 있는 장치에 체액을 간단히 제공할 수 있다. 수집된 유체는 장치내 샘플 수집 유닛에 배치될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 장치는 피부를 천공하는 적어도 하나의 미세바늘을 포함한다.
장치와 함께 사용되는 체액의 부피는 일반적으로 약 500 마이크로리터 미만, 전형적으로는 약 1 내지 100 마이크로리터이다. 필요에 따라, 장치를 사용하여 피분석물을 검출하기 위해 1 내지 50 마이크로리터, 1 내지 40 마이크로리터, 1 내지 30 마이크로리터, 1 내지 10 마이크로리터 또는 심지어 1 내지 3 마이크로리터의 샘플이 사용될 수 있다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 장치 또는 시스템을 사용하여 피분석물을 검출하는데 사용되는 체액의 부피는 한 방울의 유체이다. 예를 들어, 찔린 손가락으로부터의 혈액 한 방울이 본원에 개시된 장치, 시스템 또는 방법으로 분석될 체액 샘플을 제공할 수 있다.
체액 샘플은 대상으로부터 수집되어 이후 개시되는 본 발명의 장치에 전달될 수 있다.
하나의 구체예에서, 분석 및 시약 유닛 어레이는 일군의 믹스-앤드-매치 구성요소를 이루도록 구성된다. 어세이 유닛은 체액 샘플로부터의 피분석물과 반응할 수 있는 적어도 하나의 포획 표면을 포함할 수 있다. 어세이 유닛은 팁 내에 포획 표면을 가진 관형 팁일 수 있다. 본 발명의 팁의 예가 본원에 개시되어 있다. 시약 유닛은 전형적으로 주어진 피분석물을 검출하는 분석을 수행하는데 필요한 액체 또는 고체 시약을 저장한다. 각각 개개의 분석 및 시약 유닛은 독립적으로 기능 분석을 위해 구성될 수 있다. 장치를 조립하기 위해, 유닛은 일체형 카트리지로 사용하기 위해 적시 방식으로 조립될 수 있다.
액상 및 고상의 개별적인 구성요소 모두 제조된 다음 성능 시험후 저장된다. 하나의 구체예에서, 장치의 조립은 제조 위치에서 온-디맨드 방식으로 수행된다. 장치는 모듈러일 수 있고, 구성요소, 이를 테면 모든 분석에 일반적인 하우징, 팁과 같은 어세이 유닛, 및 액체 시약을 캡슐화하는 각종의 부서지기 쉽거나 기기조작가능 용기와 같은 시약 유닛을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 그 후 조립 장치를 시험하여 교정(기지의 피분석물 수준에 대한 시스템 응답의 관계)을 확인한다. 분석 장치는 요구에 따라 사전제조되고 교정된 소자의 라이브러리로부터 조립될 수 있다. 일부 구체예에서, 장치내 유체공학적 통로는 단순할 수 있고, 기포를 포획할 임의의 가능성을 제거하여 ELISA와 같은 과량의 시약 분석에서 과량의 표지된 시약을 세척하기 위한 효과적인 방법을 제공한다.
본 발명의 장치를 위한 하우징은 폴리스티렌 또는 다른 성형가능하거나 기계가공가능한 가소제로 제조될 수 있으며, 어세이 유닛 및 시약 유닛을 배치하기 위한 위치를 한정할 수 있다. 하나의 구체예에서, 하우징은 과량의 액체를 제거하기 위한 팁 또는 어세이 유닛을 블롯팅하는 수단을 가진다. 블롯팅 수단은 다공성 막, 이를 테면 셀룰로오스 아세테이트, 또는 부분 흡수성 물질, 이를 테면 여과지일 수 있다.
일부 구체예에서, 장치의 구성요소 중 적어도 하나는 폴리머 물질로 제조될 수 있다. 폴리머 물질의 비한정적인 예로는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리설폰, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 유리가 포함된다.
장치 또는 장치의 하부구성요소는 스탬핑(stamping), 사출성형, 엠보싱, 캐스팅, 블로우 성형(blow molding), 기계가공, 용접, 초음파 용접 및 열접합(thermal bonding)이 포함되나 이들에 한정되지 않는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 구체예에서, 장치는 사출성형, 열접합 및 초음파 용접에 의해 제조된다. 장치의 하부구성요소는 열접합 초음파 용접, 마찰 피팅(가압 피팅), 접착제에 의하거나, 특정 기질, 예를 들어 유리 또는 반강성 및 비강성 폴리머 기질의 경우 두 구성요소 사이의 천연 접착에 의해 서로 결합될 수 있다.
본원에 개시된 예시적인 장치가 도 1에 도시되어 있다. 장치(100)는 또한 경우에 따라 카트리지(100)로서 본원에 언급된다. 장치(100)는 어세이 유닛(121) 및 시약 유닛(103, 122, 124, 125)을 수용하기 위한 위치를 구비한 하우징(130)을 포함한다. 도 1의 예시적인 구체예에서, 어세이 유닛(121)은 장치(100) 중 하우징(130)의 중심열을 차지한다. 어세이 유닛(121)은 적어도 하나의 교정 유닛(126)을 임의로 포함할 수 있다. 하나의 예로, 어세이 유닛(121)은 피펫 팁과 유사하여 어세이 팁(121)으로 언급되고, 교정 유닛(126)은 본원에 교정 팁(126)으로 언급되지만, 어세이 유닛(121)은 대체로 본원에 개시된 장치(100)에 의해 수용되도록 하는 임의의 형태 및 크기일 수 있다. 어세이 유닛(121) 및 교정 유닛(126)은 예시적인 어세이 유닛(121)이며, 본원에 더욱 상세히 설명되어 있다. 도 1에서 어세이 유닛(121)은 포착 표면을 포함할 수 있어, 예를 들어 핵산 분석 및 면역분석과 같은 화학 반응을 수행할 수 있다. 어세이 유닛(121)은 사용자가 샘플에 대해 수행하고자 하는 분석 및 명령에 따라 하우징에 조립될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100) 중 하우징은 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 수집 유닛(110)을 포함할 수 있다. 혈액과 같은 샘플은 샘플 수집 유닛(110)에 배치될 수 있다. 샘플 팁(111)(예를 들어, 본원에 더욱 상세히 개시된 바와 같이 유체 전달 장치와 결합하는 피펫 팁)은 하우징(130)의 또 다른 부분을 차지할 수 있다. 분석을 실시하는 경우, 샘플 팁(111)은 시약 유닛 또는 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107) 또는 어세이 유닛(121)을 전처리하도록 샘플을 분배할 수 있다. 예시적인 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107)으로는 혼합 유닛(107), 희석제 또는 희석 유닛(103, 104), 및 샘플이 혈액 샘플인 경우 혈장 제거 또는 회수 유닛(105, 106)이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107)은 동일한 형태의 유닛이거나 상이한 형태의 유닛일 수 있다. 본원에 개시된 정보에 의해 당업자에게 명백한 바, 화학 반응을 일으키는데 필요한 다른 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107)이 장치(100)에 포함될 수 있다. 유닛(103, 104, 105, 106, 107)은 현 카트리지(100)에 대해 분석을 수행하는데 무엇이 필요하든 간에 탄력적으로 다양한 양의 시약 또는 희석제를 함유할 수 있다.
종종, 어세이 유닛(121)은 하우징(130)과는 별도로 제조된 다음 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 방법을 사용하여 하우징(130)에 삽입될 수 있다. 어세이 유닛(121)은 하우징(130)에 꼭 맞게 설치되거나 하우징(130)에 헐겁게 설치될 수 있다. 일부 구체예에서, 하우징(130)은 예를 들어 카트리지를 운반하거나 조작하는 동안 시약 유닛(103, 122, 124, 125) 및/또는 어세이 유닛(121)을 적소에 꼭 맞게 보유하도록 제조된다. 복합 시약(122)(예를 들어, 면역분석과 함께 사용하는 경우), 세척 시약(125)(예를 들어, 포획 표면으로부터 상기 복합 시약을 세척하기 위해) 및 기질(124)(예를 들어, 효소 기질)을 함유하는 시약 유닛(103, 122, 124, 125)이 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 실시예에서 구성요소 및 장치(100)의 다른 구체예가 본원에 개시되어 있다. 시약 유닛(103, 122, 124, 125)은 하우징(130)과는 별도로 제조되고 충전된 다음 하우징(130)에 배치될 수 있다. 이러한 방식에서, 카트리지(100)는 모듈러 방식으로 형성될 수 있고, 따라서 다양한 분석에 대하여 사용될 카트리지(100)의 유연성을 증가시킬 수 있다. 시약 유닛(103, 122, 124, 125) 내 시약은 수행할 분석에 따라 선택될 수 있다. 예시적인 시약 및 분석법이 본원에 개시되어 있다.
도 1에 도시된 예와 같은 장치는 또한 화학 반응을 일으키는데 필요할 수 있는 다른 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어세이 유닛(121)이 본원에 개시된 어세이 팁(121)인 경우, 장치는, 예를 들어 본원에 개시된 바와 같은 시스템에 의해 유체 전달후, 샘플 팁(111) 또는 어세이 팁(121)으로부터 과량의 샘플 또는 시약을 제거하기 위한 팁 터치-오프 패드(112)를 포함할 수 있다. 하우징(130)은, 또한 샘플 팁(111) 또는 어세이 유닛(121)의 이차 오염을 피할 수 있도록, 사용되는 팁 또는 유닛을 배치하기 위한 유닛 또는 영역(101, 102)을 장치(100)내에 포함할 수 있다. 도 1에서, 장치(100)는 장치(100) 중 유닛들 사이에 샘플을 전달하기 위한 샘플 팁(111)을 포함한다. 도 1에 도시된 장치(100)는 또한 장치(100) 중 한 유닛에서 전처리한 샘플을 장치(100) 중 다른 유닛으로 전달하여 화학 반응을 수행하도록 하는 전처리 팁(113)을 포함한다. 예를 들어, 샘플 팁(111)은 개시된 바와 같이 샘플 수집 유닛(110)으로부터의 혈액 샘플을 제거하고 이 혈액 샘플을 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107)으로 전달하는데 사용될 수 있다. 이 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107) 내 혈액 샘플로부터 적혈구가 제거될 수 있고, 그후 전처리 팁(113)을 사용하여 예비처리 유닛(103, 104, 105, 106, 107)의 혈액 혈장을 수집하고 혈액 혈장을 또 다른 예비처리 유닛(예를 들어, 희석 유닛)(103, 104, 105, 106, 107) 및/또는 적어도 하나의 어세이 유닛(121)으로 전달할 수 있다. 구체예에서, 샘플 팁(111)은 샘플 수집 유닛(110)이다. 또 다른 구체예에서, 샘플 수집 유닛(110)은 웰과 유사하며 사용자에 의해 수용된 바와 같이 샘플을 함유하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같은 어세이 유닛(121) 및 시약 유닛(103, 122, 124, 125)은 카트리지(100) 상에서 유닛의 위치를 나타내도록 주소지정될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 카트리지(100)의 컬럼은 C-반응성 단백질을 검출하도록 구성된 분석을 수행하기 위해 어세이 유닛(121)을 함유할 수 있고, 상기 컬럼은 동일한 컬럼에서 그와 같은 분석을 위한 상응하는 시약 유닛(103, 122, 124, 125)을 함유할 수 있으며, 여기서 유닛은 서로 상응하도록 접근된다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템에 주소가 도입 및 저장될 수 있고, 카트리지(100)에 바코드와 같은 라벨이 제공될 수 있다. 카트리지(100)의 바코드가 사용을 위해 스캐닝되면, 컴퓨터 시스템은 유닛의 주소를 본원에 개시된 것들과 같은 시스템에 전송하고, 유체를 전달하여 컴퓨터에 도입된 주소에 따라 반응을 수행할 수 있게 한다. 주소는 시스템을 조작하기 위해 전송된 프로토콜의 일부일 수 있다. 주소는 임의의 배열로 이루어질 수 있고, 분석을 수행하는 프로토콜을 필요에 따라 변경시킬 수 있으며, 이어 이것은 전형적으로 선행의 POC 장치에 이용가능하지 않은 카트리지의 사용자에게 분석 프로토콜 또는 단계를 변화시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 하우징(130) 및 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이 유닛의 6×8 어레이로 구성된다. 유닛의 배치는 임의의 형식일 수 있고, 예를 들어 직사각형 어레이 또는 무작위적인 배치일 수 있다. 카트리지(100)는 임의의 수의 유닛, 예를 들어 1 내지 약 500 개의 유닛을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 카트리지(100)는 5-100 개 유닛을 가진다. 도 1에 도시된 예와 같이, 카트리지(100)는 48 개의 유닛을 가진다.
도 1의 예시적인 장치(200)에 대한 2 개의 측면-절단도를 도 2A 및 2B에 나타내었다. 어세이 유닛(예를 들어, 어세이 팁)(201)을 장치(200)의 상부로 향한 이들의 돌기와 수직 방향(그와는 수평의 하우징)으로 수용하도록 장치의 하우징(220)에는 공동이 형상화될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공동은 또한 시약 유닛(210, 212) 또는 샘플 수집 유닛 또는 팁(202)을 수용하도록 형상화될 수 있다. 유닛을 정밀하게 포획하고 이들을 안전하게 보유하는 하우징(220)내 피쳐(features)일 수 있다. 이러한 피쳐는 또한 팁 픽업(pick-up) 및 팁 드롭-오프(drop-off)와 같이, 팁을 이동시키는 메커니즘으로 작동하도록 설계될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 샘플 수집 유닛은 운반중에 소형 수집관을 보호하고 모세관내 적소에 플런저(plunger) 장치를 보유하도록 하는 구부릴 수 있거나 깨뜨릴 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 시약 유닛(210, 212)에 대한 두 가지 예시적인 예가 또한 도 2A에 도시되어 있다. 하우징(220)의 저부는 폐기물 액체, 예를 들어 사용후의 세척 시약을 수집하도록 구성될 수 있으며, 이는 하우징(220) 내 구멍을 통해 저부로 전달된다. 하우징(220)은 폐기물 유체를 수집하기 위한 흡수제 패드를 포함할 수 있다. 어세이 유닛(201) 및 샘플 유닛(202)은 장치(200)의 하우징(220)의 공동을 통하여 설치되고 내부 지지체 구조를 초과하여 연장하도록 배치될 수 있다. 시약 유닛(210, 212)은 도 2에 도시된 바와 같이 하우징에 꼭 맞게 설치되고 내부 지지체 구조를 초과하여 연장되지 않는다. 어세이 유닛(201)과 시약 유닛(210, 212)이 보유 및 배치될 수 있는 영역 및 하우징(220)은 다양한 패턴으로 적응시킬 수 있다.
일부 구체예에서, 각각의 팁은 단일 분석을 위해 제공되고, 적절한 시약, 이를 테면 지정된 분석을 수행하는데 필요한 시약과 함께 또는 그에 상응하게 쌍을 이룰 수 있다. 몇몇 팁은 대조 어세이 유닛을 위해 제공되며, 이는 제조 공정에 또는 분석 수행중에 이들의 포획 표면에 결합된, 기지량의 피분석물을 가진다. 대조 어세이 유닛의 경우, 이 유닛은 비교를 위한 대조 분석을 수행하도록 구성된다. 대조 어세이 유닛은 예를 들어 고체 또는 액체 상태의 피분석물 및 포획 표면을 포함할 수 있다.
다수의 구체예에서, 장치는 분석에 필요한 모든 시약 및 액체를 보유한다. 예를 들어, 루미노제닉 ELISA 분석(luminogenic ELISA assay)의 경우, 장치내 시약은 샘플 희석제, 검출기 접합체(예를 들어, 3 개 효소-표지 항체), 세척 용액 및 효소 기질을 포함할 수 있다. 추가의 시약은 필요에 따라 제공될 수 있다.
일부 구체예에서, 샘플을 전처리하기 위한 시약이 장치에 포함될 수 있다. 전처리 시약의 예로는 백색 세포 용해 시약, 샘플내 결합 인자로부터 피분석물을 유리시키는 시약, 효소 및 세정제가 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 전처리 시약은 또한 장치내에 함유된 희석제에 첨가될 수 있다.
개별 시약 유닛은 이동가능 어세이 유닛을 수용하도록 구성된다. 일부 구체예에서, 개별 어세이 유닛은 포획 표면 및 반응 큐벳을 포함하는, 말단이 개방된 원통형의 중공 요소를 포함할 수 있다. 원통형 어세이 유닛은 본원에서 어세이 팁으로서 언급될 수 있다. 일부 구체예에서, 개별 어세이 유닛은 면역분석을 수행하도록 구성된다. 소형 팁 또는 관 형성물을 포함하는 어세이 유닛(301)이 도 3A에 도시되어 있다. 일부의 경우에, 팁(301)은 장치의 하우징과 치합할 수 있는 돌기(321) 및 내부 원통형 포획 표면(311)을 제공하도록 구성된다. 일부의 경우에, 돌기(321) 및 팁(301)은 본원에 개시된 시스템 또는 예를 들어 유체 전달 장치와 같이 팁(301)을 이동시키는 메커니즘과 연관되도록 구성된다. 도 3A에 도시된 어세이 팁(301)은 팁의 저부에 개구(331)를 포함할 수 있다. 개구(331)는 어세이 유닛(301)의 내부 또는 외부에서 유체 또는 시약을 전달하기 위해 사용될 수 있다, 하나의 구체예에서, 샘플내 피분석물을 검출하도록 구성된 포획 표면(311)을 포함하는 개선된, 개시된 어세이 유닛(301)은 피펫 팁이거나 이와 비슷하다.
팁(301)은 사출 성형 공정에 의해 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 팁(301)은 화학발광 분석과 함께 사용하기 위해 투명한 폴리스티렌으로 제조된다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 예시적인 팁(301)은 하우징과 치합할 수 있고, 예를 들어 유체 전달 장치 및/또는 피펫팅 장치의 테이퍼형 소자와 치합할 수 있는 돌기(팁(301) 반쪽의 상부를 확대하여 도시함)를 포함하여 압밀(pressure-tight) 밀봉을 형성할 수 있다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 예시적인 팁(301)은 더 작은 원통형 부분을 포함할 수 있다. 다수의 구체예에서, 분석 포획 표면이 상기 더 작은 원통형 부분에 존재한다. 분석 포획 표면은 팁(301) 내 또는 팁(301) 외측 어디에나 존재할 수 있다. 팁(301)의 표면은 관형, 입방형 또는 피라미드형이 포함되나 이들에 한정되지 않는 많은 기하학적 형태일 수 있다. 화학발광 및 형광에 기초한 분석에서, 팁(301)은 분석 광학장치에 분석 산물을 제공하는데 편리한 수단으로 기능할 수 있다.
도 3B는 샘플 팁(302)을 포함하는 예시적인 샘플 수집 유닛(302)을 설명한다. 도 3B에 도시된 샘플 팁(302)은 또한 본원에 개시된 바와 같이 샘플 수집 유닛(302)으로부터 분리되어 샘플 수집 유닛으로부터 장치상의 다른 유닛으로 전달하는데 사용될 수 있다. 도 3B에 도시된 샘플 팁은 팁(302)을 유체 전달 장치 및 장치의 하우징과 결합하기 위해 본원에 개시된 바와 같은 돌기(322)를 포함한다. 샘플 팁(302)은 또한 샘플 팁의 내부에서 및 외부로 유체 또는 샘플을 전달하게 하는 개구(332)를 포함한다. 일부 구체예에서, 샘플 팁(302)은 어세이 팁(301)과 동일한 형상이다. 다른 구체예(이를 테면 도 3A 및 3B에 도시된 것들)에서, 샘플 팁(302)은 어세이 팁(301)과 상이한 형태이다.
하나의 구체예에서, 팁의 하나의 기능은 샘플 및 액체 시약을 어세이 유닛의 포획 표면과 접촉하게 하는 것이다. 모세관 작용, 흡인 및 제어 펌핑이 포함되나 이에 한정되는 않는 다양한 수단에 의해 이동이 이루어질 수 있다. 작은 크기의 팁은 화학 반응에 필요한 온도를 신속하게 제어할 수 있게 한다. 열 전달 및/또는 유지는 온도 조절 블록에 팁을 간단히 배치함으로써 수행될 수 있다.
일부 구체예에서, 팁은 약 1 내지 40 마이크로리터의 유체를 함유할 수 있다. 추가의 구체예에서, 팁은 약 5 내지 25 마이크로리터의 유체를 함유할 수 있다. 하나의 구체예에서, 팁은 20 마이크로리터의 유체를 함유한다. 일부의 경우에, 팁은 1 마이크로리터 이하의 유체를 함유할 수 있다. 다른 경우에, 팁은 100 마이크로리터까지 함유할 수 있다.
필요에 따라, 팁의 말단을 다음의 분석 구성요소에 도입하기 전에 흡수제 물질(예를 들어, 일회용 카트리지에 포함됨)로 블롯팅하여 소량의 샘플 및/또는 시약에 의한 오염을 방지한다. 물리적인 힘에 기인하여, 대상 팁에 유도된 임의의 혈액은 수직 방향으로 보유된 경우에 조차 액체 배출의 위험성이 최소인 임의의 목적하는 위치에 보유될 수 있다.
어세이 유닛(예를 들어, 어세이 팁)은 분석에서와 같이 유사한 유체공학장치를 사용하는 경우(예를 들어, 제어된 모세관 또는 기계적 흡인), 사용하기 전에 분석 포획 시약으로 코팅시킬 수 있다.
포획 표면(본원에는 반응 부위라고도 언급됨)은 어세이 유닛에 공유결합된 결합 항체 또는 다른 포획 시약에 의하거나 흡인에 의해 형성될 수 있다. 그후, 표면은 분석에 사용될 때까지 건조 조건하에 건조 및 유지될 수 있다. 하나의 구체예에서, 측정할 각각의 피분석물을 위한 반응 부위가 존재한다.
하나의 구체예에서, 어세이 유닛은, 결합 프로브가 체액 샘플내 관심 피분석물을 검출할 수 있는 반응 부위와 시약 또는 샘플이 상호작용할 수 있도록, 시약 유닛 및/또는 샘플 수집 유닛과 유체 연통하게 이동시킬 수 있다. 이어, 반응 부위가 관심 피분석물의 존재 또는 농도의 지표인 신호를 제공하고, 그 후 본원에 개시된 검출 장치에 의해 검출될 수 있다.
일부 구체예에서, 반응 부위의 위치 및 구성은 분석 장치에서 중요한 요소이다. 모두는 아니나 대부분의 일회용 면역분석 장치는 장치의 내부 부분으로서 포획 표면을 가지게 구성되었다.
하나의 구체예에서, 성형 가소제 어세이 유닛은 상업적으로 입수가능하거나 정밀한 형태 및 크기로 사출성형에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 특징적인 치수는 직경이 0.05-3 mm일 수 있거나 길이가 3 내지 30 mm일 수 있다. 유닛은, 대형 용기에 배치하고 코팅 시약을 첨가한 다음 체, 홀더 등을 사용하여 처리하여 부품을 회수하고 필요에 따라 세척함으로써 대량으로 처리될 수 있는 이점을 가진, 마이크로티터 플레이트를 코팅하는데 사용되는 것들과 유사한 방법을 사용하여 포획 시약으로 코팅될 수 있다.
어세이 유닛은 그 위에 반응물을 고정시킬 수 있는 강성의 지지체를 제공할 수 있다. 어세이 유닛은 또한 빛과의 상호작용에 대하여 적절한 특징을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 어세이 유닛은 물질, 이를 테면 관능화된 유리, Si, Ge, GaAs, GaP, SiO2, SiN4, 변형 실리콘, 또는 다양한 겔 또는 폴리머 중 임의의 하나, 이를 테면 (폴리)테트라플루오로에틸렌, (폴리)비닐리덴디플루오라이드, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, PMMA, ABS, 또는 이들의 조합물로 제조될 수 있다. 하나의 구체예에서, 어세이 유닛은 폴리스티렌을 포함한다. 다른 적절한 물질이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 투명한 반응 부위가 유리할 수 있다. 그 외에, 빛이 광학 검출기에 도달할 수 있도록 하는 광학적 전송 윈도우가 존재하는 경우, 표면은 유리하게는 불투명하고/하거나 바람직하게는 빛을 산란시킬 수 있다.
포획 표면에 고정된 반응물은 체액 샘플내 관심 피분석물을 검출하는데 유용한 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 이러한 반응물로는 특정의 피분석물과 반응하는 핵산 프로브, 항체, 세포막 수용체, 모노클로날 항체 및 항혈청이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 다양한 상업적으로 입수가능한 반응물, 이를 테면 특정 피분석물에 대해 특이적으로 발달하는 폴리클로날 및 모노크로날 항체의 숙주가 사용될 수 있다.
당업자라면 반응이 일어날 수 있는 지지체 위에 다양한 반응물을 고정하는 다수의 방법이 존재한다는 것을 인지할 것이다. 고정화는 반응물을 고정화 부분에 속박하거나 링커 부분을 통해 공유 또는 비공유 결합일 수 있다. 핵산 또는 항체와 같은 단백질성 부위를 고체 지지체에 부착하기 위한 비한정적인 예시적인 결합 부위로는 스트렙타비딘 또는 아비딘/비오틴 결합, 카바메이트 결합, 에스테르 결합, 아미드, 티올에스테르, (N)-관능화 티오우레아, 관능화 말레이미드, 아미노, 이황화물, 아미드, 하이드라존 결합 등이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 게다가, 실릴 부분이 당업계에 공지된 방법을 사용하여 유리와 같은 기재에 직접 핵산을 부착하는데에 이용될 수 있다. 표면 고정화는 또한 표면에 전하-전하 결합을 제공하는 폴리-L 속박을 통해 달성될 수 있다.
어세이 유닛은 포획 표면을 편입하는 최종 단계 이후 건조될 수 있다. 예를 들어, 건조는 건조 대기에의 수동적 노출 또는 진공 분배장치의 사용 및/또는 분배장치를 통한 청정 건조 공기의 적용을 통해 수행될 수 있다.
많은 구체예에서, 어세이 유닛은 유닛이 고진공에서 신속한 제조 공정으로 제조될 수 있게 설계된다. 예를 들어, 팁은 팁 내로 또는 팁 위에 포획 표면을 일괄 코팅하기 위해 대규모 어레이로 설치될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 팁은 일련의 처리를 위해 이동 벨트 또는 회전 테이블에 배치될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 대형의 팁 어레이가 단순 공정을 위해 진공 및/또는 압력 분배장치에 연결될 수 있다.
하나의 구체예에서, 어세이 유닛은 유체 전달 장치와 조작가능하게 결합될 수 있다. 유체 전달 장치는 인적 교류없이 자동 제어하에 조작될 수 있다. 팁을 포함하는 어세이 유닛에서, 일회용 액체 팁의 설치 높이는 액체 디스펜서와 팁의 테이퍼형 계면 부착에 따라 조절될 수 있다. 유체 전달 장치는 팁을 치합할 수 있다. 일부의 경우에, 전달될 액체에서 팁의 침지 길이는 조절될 수 없는 팁의 외측과의 액체 접촉을 최소화하도록 공지되어야 한다. 팁을 유체 전달 장치에 결합 또는 부착하기 위해서, 디스펜서의 노즐을 연관시키는 테이퍼형 컨넥터의 저부에 경질 스톱(stop)이 성형될 수 있다. 기밀 밀봉(air tight seal)이 노즐의 편평한 바닥 또는 테이퍼 위 중간에 O형-고리에 의해 이루어질 수 있다. 팁의 제어 높이에서 밀봉 기능을 분리함으로써, 둘 모두가 별도로 조정될 수 있다. 모듈러 장치 및 유체 전달 장치는 많은 분석을 동시에 수행할 수 있게 한다.
장치의 시약 유닛은 주어진 관심 피분석물을 검출하기 위한 화학 반응을 수행하는데 필요한 시약을 저장할 수 있다. 액체 시약은, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 가소제가 포함되나 이들에 한정되지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있는 소형 캡슐에 분배될 수 있다. 일부 구체예에서, 시약 유닛은 원통형 컵이다. 컵을 포함하는 시약 유닛(401, 402)의 두 예가 도 4A 및 4B에 도시되어 있다. 필요에 따라, 유닛(401, 402)은 장치의 하우징내 공동에 꼭 맞게 설치된다. 유닛(401, 402)은 개방 표면 위에 밀봉하여 내장된 시약(411, 412)의 유출을 방지한다. 일부 구체예에서, 밀봉은 알루미늄화 가소제이며, 열접합에 의해 컵에 밀봉시킬 수 있다. 유닛은 시약을 함유하는데 필요한 임의의 형태일 수 있다. 예를 들어, 원통형 시약 유닛(401)이 도 4A에 도시되어 있고, 시약 유닛은 액체 시약(411)을 함유한다. 액체 시약(412)을 함유하는 다른 형태의 시약 유닛(402)이 또한 도 4B에 도시되어 있다. 예시적인 시약 유닛(401, 402) 둘 다 유닛(401, 402)이 본원에 개시된 장치의 하우징에 꼭 맞게 설치되도록 하는 상부 표면 근처에 임의적으로 다소의 변형을 포함한다.
본 발명의 다수의 구체예에서, 시약 유닛은 모듈러이다. 시약 유닛은 유닛을 고진공에서 신속한 제조 공정으로 제조할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 다수의 시약 유닛은 대규모 공정으로 동시에 충전 및 밀봉될 수 있다. 시약 유닛은 장치에 의해 수행될 분석 및 분석의 형태에 따라 충전될 수 있다. 예를 들어, 한 사용자가 또 다른 사용자와는 상이한 분석을 요하는 경우, 시약 유닛은 장치 전체를 제조할 필요 없이 사용자 개개인의 선택에 따라 제조될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 시약 유닛은 일련의 처리를 위해 이동 벨트 또는 회전 테이블에 배치될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 시약 유닛은 장치의 하우징내 공동에 직접 수용된다. 이러한 구체예에서, 유닛 주위의 하우징 영역에 밀봉이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 시약으로는 세척 버퍼(wash buffer), 효소 기재, 희석 버퍼, 접합체, 효소-표지 접합체, DNA 증폭기, 샘플 희석제, 세척 용액, 세정제와 같은 첨가제를 비롯한 샘플 전처리 시약, 폴리머, 킬레이트제, 알부민-결합 시약, 효소 억제제, 효소, 항응고제, 적혈구교착제(agglutinating agents), 항체 또는 장치에서 분석을 수행하는데 필요한 다른 물질이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 효소-표지 접합체는 적절한 기질과 반응시 검출가능 신호를 생성할 수 있는 효소로 표지된 폴리클로날 항체 또는 모노클로날 항체일 수 있다. 이러한 효소의 비한정적인 예는 알칼리 알칼리성 인산분해효소 및 허스래디시 페록시다제이다. 일부 구체예에서, 시약은 면역분석 시약을 포함한다. 일반적으로, 시약, 특히 액체와 혼합시 비교적 불안정한 것들이 장치내 한정 영역(예를 들어, 시약 유닛)에 별도로 제한된다.
일부 구체예에서, 시약 유닛은 대략 5 마이크로리터 내지 약 1 밀리리터의 액체를 함유한다. 일부 구체예에서, 유닛은 약 20-200 마이크로리터의 액체를 함유한다. 추가의 구체예에서, 시약 유닛은 100 마이크로리터의 액체를 함유한다. 하나의 구체예에서, 시약 유닛은 약 40 마이크로리터의 유체를 함유한다. 시약 유닛 내 액체의 부피는 제공된 체액 샘플 또는 수행될 분석의 형태에 따라 달라질 수 있다. 하나의 구체예에서, 시약의 부피는 예정되지 않지만, 공지된 최소량보다 많아야 한다. 일부 구체예에서, 시약은 먼저 건조상태로 저장되고, 장치에서 수행할 분석을 개시할 때 용해된다.
하나의 구체예에서, 시약 유닛은 사이펀(siphon), 깔때기, 피펫, 주사기, 니들 또는 이들의 조합을 사용하여 충전될 수 있다. 시약 유닛은 충전 채널 및 진공 유도 채널을 사용하여 액체로 충전될 수 있다. 시약 유닛은 개별적으로 또는 대형 제조 공정의 일부로서 충전될 수 있다.
하나의 구체예에서, 개별 시약 유닛은 또한 세척 용액 또는 기질을 함유하는데 사용될 수 있다. 그 외에, 시약 유닛은 루미노제닉 기질을 함유하는데 사용될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 복수의 시약이 시약 유닛 내에 함유된다.
일부의 경우에, 장치의 설치를 통해, 일회용 본 장치를 어셈블리하기 전에 어세이 유닛 및 시약 유닛을 사전-교정하는 능력을 제공할 수 있다.
시스템
하나의 일면으로, 본 발명의 시스템은 어세이 유닛 및 시약(액상 및 고상 시약 둘 다)을 포함하는 시약 유닛을 가진 장치를 포함한다. 일부 구체예에서, 전체 장치 중 적어도 하나, 어세이 유닛, 시약 유닛 또는 이들의 조합은 일회용품일 수 있다. 본 발명의 시스템에서, 장치에 의한 피분석물의 검출은 기기에 의해 조작될 수 있다. 대부분의 구체예에서, 기기, 장치 및 방법은 자동화된 검출 시스템을 제공한다. 자동화된 검출 시스템은 사용자에 의해 시스템에 제공된 프로토콜 또는 규정된 프로토콜에 기초하여 자동화될 수 있다.
하나의 일면으로, 체액 샘플내 피분석물 자동 검출용 시스템은 장치 또는 카트리지, 및 피분석물 존재 유무의 지표인 검출가능 신호를 검출하기 위한 검출 어셈블리 또는 검출기를 포함한다.
하나의 구체예에서, 사용자는 샘플(예를 들어, 측정 또는 비측정 혈액 샘플)를 장치에 적용하고, 이 장치를 기기에 삽입한다. 기기(하드웨어가 내장됨), 사용자, 원격 사용자 또는 시스템, 또는 식별자(예를 들어, 장치 위의 REID 또는 바코드)에 따른 기기 조작의 변형에 의해 프로그램된, 모든 후속 단계는 자동적이다.
본 발명의 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 그의 다른 기능의 예로는 샘플의 희석, 샘플(예를 들어, 적혈구, (RBCs))의 부분 제거, 어세이 유닛내 샘플의 반응, 샘플 및 어세이 유닛에 액체 시약의 첨가, 샘플 및 어세이 유닛으로부터 시약의 세척, 및 장치의 사용중 및 사용후 액체 함유가 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 시약은 장치에 조립하기 위해 시약 유닛에 또는 시약 유닛내 장치에 존재할 수 있다.
자동화 시스템은 효소-결합 면역흡착제 분석(ELISA)에 의해 생물학적 샘플(예를 들어, 혈액)내 특정 피분석물을 검출할 수 있다. 시스템은 다중화될 수 있으며, 적은 부피의 전혈 샘플(예를 들어, 20 마이크로리터 이하)에 존재하는 관심 피분석물을 검출하는데 특히 적합하다. 시스템은 또한 단일 샘플의 상이한 희석액에서 피분석물을 검출할 수 있으며, 필요에 따라 상이한 민감도는 동일한 장치에서 시험가능하도록 한다. 모든 시약, 공급물 및 폐기물은 시스템의 장치에 함유될 수 있다.
사용시, 대상으로부터의 샘플이 조립 장치에 적용되고, 이 장치는 기기에 삽입된다. 하나의 구체예에서, 기기는 적혈구(혈액 샘플)의 제거, 샘플의 희석 및 어세이 유닛으로 샘플의 이동을 일부 조합하여 샘플의 처리를 개시할 수 있다. 복수의 분석을 가진 하나의 구체예에서, 복수의 어세이 유닛이 사용되고, 샘플의 부분은 개별 어세이 유닛으로 순차적으로 또는 동시에 이동된다. 이어, 분석은 포획 표면에 시약 적용 및 인큐베이션의 순서 조절에 의해 수행될 수 있다.
예시적인 유체 전달 장치는 분석을 수행 및/또는 판독하는데 필요한 임의 구성요소로 구성된다. 구성요소의 예로는 장치의 유닛 또는 웰로부터 기지의 유체 부피를 정확히 흡인 및 배출하기 위한 펌프, 시스템내에서 이동의 정밀성 및 정확성을 개선하기 위한 번역 스테이지, 어세이 유닛내 피분석물을 검출하기 위한 검출기 및 분석의 인큐베이션 동안 온도 환경을 조절할 수 있는 온도 조절 수단이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 본 발명의 하나의 구체예에서, 기기는 장치의 온도를 조절한다. 추가의 구체예에서, 온도 범위는 약 30-40℃의 범위이다. 일부 구체예에서, 시스템에 의한 온도 조절은 능동 냉각을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 온도 범위는 약 0-100℃이다. 예를 들어, 핵산 분석의 경우, 100℃ 이하의 온도가 달성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 온도 범위는 약 15-50℃이다. 시스템의 온도 조절은 열전 장치, 이를 테면 펠티에(Peltier) 장치를 포함할 수 있다.
본원에 개시된 카트리지, 장치 및 시스템은 현존 POC 시스템 또는 통합 분석 시스템에서 이용할 수 없는 다양한 특징을 제공할 수 있다. 예를 들어, 적은 부피의 액체를 효율적인 방식으로 처리하기 위해, 많은 POC 카트리지는 밀폐된 유체공학적 시스템 또는 루프에 의존한다. 본원에 개시된 카트리지 및 유체공학적 장치는 카트리지의 유닛 사이에 개방형 유체 이동을 가질 수 있다. 예를 들어, 시약은 유닛에 저장될 수 있고, 샘플 수집 유닛내 샘플, 희석 유닛내 희석제 및 포획 표면은 어세이 유닛에 존재할 수 있으며, 여기서 한 상태의 카트리지에서, 어느 유닛도 다른 유닛 중 임의의 것과 유체 연통하지 않는다. 본원에 개시된 유체 전달 장치 또는 시스템을 사용하는 경우, 이 상태에서 유닛은 서로 유체 연통하지 않는다. 유닛은 일부 유닛이 유체 연통할 수 있도록 서로에 대해 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 유체 전달 장치는 어세이 유닛과 연관되어 어세이 유닛을 시약 유닛과 유체공학적 연통하도록 이동시키는 헤드를 포함할 수 있다.
본원의 장치 및 시스템은 대상으로부터의 체액에 존재하는 피분석물의 높은 처리량과 실시간 검출에 효과적인 수단을 제공한다. 검출 방법은 특정의 생물학적 과정, 생리학적 상태, 장애 또는 장애의 단계와 관련이 있는 피분석물의 확인 및 정량을 비롯한 다양한 환경에서 사용될 수 있다. 이와 같이, 시스템은 예를 들어 약물 스크리닝, 질병 진단, 계통발생학적 분류(phylogenetic classification), 친권 및 법의학적 확인, 질병의 발병 및 재발, 처리 대 개체군에 기초한 개개의 응답 및 치료의 감시에서 폭넓은 유용성을 가진다. 본 장치 및 시스템은 또한 치료제 개발의 전임상 및 임상 단계, 환자 순응성 개선, 환자맞춤 약물과 관련이 있는 ADR의 감시, 개인맞춤 의료의 개발, 중앙 실험실에서 가정으로 또는 처방전 기초한 혈액 검사 아웃소싱, 및 규제 허가후 치료제의 감시에 특히 유용하다. 장치 및 시스템은 개인맞춤 의료에 유연한 시스템을 제공할 수 있다. 동일한 시스템을 사용하는 경우, 장치는 개시된 다양한 분석을 수행하도록 프로토콜 또는 명령에 따라 시스템의 프로그램가능한 프로세서로 교환되거나 상호교환될 수 있다. 본원의 시스템 및 장치는 데스크탑 또는 소형의 자동화 기기에 설치된 실험에 다양한 특징을 제공한다.
일부 구체예에서, 각종 피분석물을 검출하는데 사용될 복수의 장치가 환자에게 제공될 수 있다. 대상은 예를 들어 그 주의 다른 날에 다른 유체공학적 장치를 사용할 수 있다. 일부 구체예에서, 프로토콜과 식별자를 연결하는 외부 장치상의 소프트웨어는 그날과 당일을 비교하기 위한 처리를 포함할 수 있다. 유체공학적 장치는 예를 들어 임상 시험에 기초하여 사용되는 것이다. 또 다른 구체예에서, 장치의 하우징에 상호교환적으로 설치될 수 있는 상이한 시약 유닛 및 어세이 유닛을 환자에게 제공할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본원에 개시된 바와 같이, 환자는 검사일마다 새로운 장치를 필요로 하지 않고, 오히려 시스템이 외부 장치, 이를 테면 서버로부터 새로운 명령을 다운로드하여 프로그램되거나 재프로그램될 수 있다. 예를 들어, 주중 이틀은 동일하지 않고, 외부 장치는 대상에게 적절한 장치 및/또는 적절한 명령을 통지하기 위해 본원에 개시되거나 당업계에 공지된 방법 중 임의의 것을 사용하여 대상에게 통지서를 무선으로 전송할 수 있다. 본 실시예는 단지 예이고, 예를 들어 유체공학적 장치가 그 날 정확한 시간에 사용되지 않았음을 대상에게 통지하는 것까지 쉽게 확대될 수 있다.
예를 들어, 도 1에 개시된 카트리지는 각종 어세이 유닛 및 시약 유닛을 포함할 수 있다. 어세이 유닛은 검출할 피분석물에 따라 포획 표면을 포함할 수 있다. 이어, 어세이 유닛은 적시 방식으로 장치의 나머지와 함께 조립될 수 있다. 많은 선행의 POC 장치에서, 포획 표면은 장치에 없어서는 아니되며, 포획 표면이 부정확하거나 적절히 형성되지 않으면 전체 장치가 악화된다. 본원에 개시된 장치를 사용하는 경우, 포획 표면 및/또는 어세이 유닛은 개별적으로 품질관리되고 장치의 하우징 및 시약 유닛과는 독립적으로 주문설계될 수 있다.
시약 유닛은 유사한 적시 방식으로 각종 시약으로 충전될 수 있다. 이는 주문설계가능한 장치의 유연성을 제공한다. 또한, 시약 유닛은 장치의 안정성 및 장치내에서 수행될 화학 반응에 영향을 주지 않고 상이한 부피의 시약으로 충전될 수 있다. 유체 전달장치와 본원에 개시된 시스템이 결합되면, 본원에 개시된 장치 및 유닛은 수행할 분석의 프로토콜 및 방법에 유연성을 제공한다. 예를 들어, 동일한 시약을 함유하는 일괄적인 유사한 장치는 임상 시험을 위해 환자에게 제공될 수 있다. 임상 시험 도중, 사용자는 어세이 유닛에 제공된 시약의 양 및 샘플의 희석률을 변화시킴으로써 분석이 최적화될 수 있음을 확인한다. 본원에서 입증된 바, 분석은 단지 유체 전달 장치의 프로그램가능한 프로세서에 대해 명령을 변화시킴으로써 분석이 변화되거나 최적화될 수 있다. 예를 들어, 환자 풀에서 일괄적인 카트리지는 카트리지에 부하되는 과량의 희석제를 가진다. 새로운 프로토콜은 이전 프로토콜보다 4 배정도 많은 양의 희석제를 필요로 한다. 본원에 제공된 방법 및 시스템에 기인하여, 프로토콜은 중심 서버에서 바뀌고, 환자 풀에 새로운 장치를 제공하지 않은 장치로 본 방법을 실행하기 위해 시스템 모두에 전송될 수 있다. 바꾸어 말하면, 본원에 개시된 POC 장치 및 시스템은 과량의 시약 및 때때로 과량이 샘플이 종종 사용될 수 있는 표준 실험실 실시에 많은 유연성을 제공할 수 있다.
일부의 경우에, 카트리지의 유닛이 개별적이어서, 장치 및 시스템은 본원에 개시된 시스템의 구성에 유연성을 제공한다. 예를 들어, 카트리지는 어세이 유닛 어레이 및 시약 유닛 어레이를 사용하여 8 개의 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 본원에 개시된 카트리지의 특징에 기인하여, 동일한 하우징 또는 동일 설계의 하우징은 이전 카트리지와는 다른 최대 8 개의 분석이 가능한 카트리지를 제조할 수 있다. 밀폐적인 시스템 및 유체 채널 때문에, 이러한 유연성은 다수의 현존하는 POC 장치 디자인에서는 달성되기 어려우며, 따라서, 장치는 본원에 개시된 바와 같이 모듈러일 수 없거나 조립하기 쉬울 수 없다.
현재, 피분석물들이 폭넓은 농도 범위로 존재하는 경우, 예를 들어 하나의 피분석물의 농도 범위는 pg/ml이고 다른 것의 농도 범위는 ㎕/ml인 경우, 하나 이상의 피분석물을 검출할 필요가 있다. 본원에 개시된 바와 같은 시스템은 동일 샘플에 넓은 농도 범위로 존재하는 피분석물을 동시에 분석할 능력을 가진다. 넓은 농도 범위로 존재하는 서로 다른 피분석물의 농도를 검출할 능력이 유리한 것은 이들 피분석물의 농도 비율을 환자에 투여되는 여러 약물의 안전성과 효능에 관련시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어, 예기치못한 약물간의 상호작용은 약물 유해 반응의 원인이 될 수 있다. 서로 다른 피분석물을 측정하기 위한 실시간 동시 측정 기술은 유해한 약물간 상호작용의 잠재적인 비참한 결과를 피하는데 도움이 된다.
일정 기간에 걸쳐 단일 대상의 피분석물 농도, PD 또는 PK의 변화율을 감시하거나, 약물 또는 그의 대사산물의 농도, PD 또는 PK의 추이 분석을 수행하면, 잠재적인 위험한 상황을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 글루코스가 관심 피분석물인 경우, 주어진 기간에 걸쳐 샘플내 글루코스 농도와 주어진기간 동안 글루코스 농도의 변화율을 예측하여 예를 들어 혈당 강하 상황를 예방하는데 매우 효과적일 수 있다. 이와 같은 추이 분석은 약물 투여 계획에 광범위하게 유리한 관련성이 있다. 복수의 약물과 그의 대사산물이 관련된 경우, 추이를 알아내어 사전 조치를 취하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 유체공학적 장치 및 시스템의 사용에 의해 생성된 데이터는 대상에서 피분석물의 농도에 따른 추이 분석을 수행하는데 사용될 수 있다.
종종, 동일 카트리상에서 8 개의 분석은 상이한 희석률 또는 전처리를 요한다. 희석률의 범위은 분석에서 중요할 수 있다. 많은 현존 POC 장치는 희석 범위가 한정되며, 따라서 POC 장치에서 잠재적으로 수행될 수 있는 분석의 수를 한정한다. 그러나, 본원에 개시된 시스템 및/또는 카트리지는 샘플을 일련적으로 희석가능한 능력에 기인하여 넓은 범위의 희석률을 제공할 수 있다. 따라서, 다수의 가능한 분석의 수는 분석의 검출 또는 판독 기기를 변형시키지 않고 단일 카트리지 또는 복수의 카트리지 상에서 수행될 수 있다.
하나의 구체예에서, 본원에 제공된 시스템은 복수의(예, 5 개 이상) 상이한 표적 피분석물의 검출 분석을 수행하도록 구성된다. 예기된 피분석물 농도를 본원에 개시되고 통상적으로 POC 분야에 사용되는 바와 같은 면역분석의 검출 범위내에 존재하도록 하기 위해, 샘플은 각각 5 개의 분석을 수행할 수 있도록 예를 들어 3:1, 8:1, 10:1, 100:1 및 2200:1로 희석해야 한다. 유체 전달 장치를 장치 내에 보유하고 이동시킬 수 있기 때문에, 본원에 개시된 시스템을 사용하여 일련의 희석을 수행하여 상이한 5 개의 희석을 달성할 수 있고, 5 개의 상이한 표적 피분석물 모두를 검출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 분석을 수행하기 위한 프로토콜은 또한 장치 또는 시스템의 변경없이 조정될 수 있다.
전통적인 피펫팅을 이용한 실험 환경에서는, 전형적으로 POC 환경에서보다 많은 부피의 샘플이 사용된다. 예를 들어, 실험은 밀리리터 범위의 부피로 환자의 팔에서 인출한 혈액 샘플을 분석할 수 있다. POC 환경에서, 많은 장치 및 사용자는 처리가 신속, 용이 및/또는 최소로 침습적일 것을 요하며, 따라서 손가락으로 얻은 것과 같이 적은 샘플(대략 마이크로리터 범위의 부피)가 POC 장치에 의해 분석된다. 샘플의 차이 때문에, 현존 POC 장치는 실험 환경에서 분석을 수행시 유연성을 잃을 수 있다. 예를 들어, 샘플로부터 복수의 분석을 수행하기 위해서는, 피분석물의 정확한 검출이 가능하도록 특정의 최소 부피가 요구될 수 있고, 따라서 POC 환경에서 장치에 몇 가지 제한점을 부여한다.
또 다른 구체예에서, 본원에 개시된 시스템 및/또는 유체 전달 장치는 상당한 유연성을 제공한다. 예를 들어, 유체 전달 장치는 어세이 유닛, 어세이 팁 또는 빈 피펫을 장치의 한 유닛으로부터 서로 유체 연통하지 않은 상태의 장치의 개별 유닛으로 이동하도록 자동화될 수 있다. 일부의 경우에, 이로써 개시된 방치의 유닛에 이차 오염을 방지할 수 있다. 다른 경우에, 프로토콜 또는 명령에 따라 상술한 장치내 몇몇 유체를 서로 접촉하게 이동시키는 유연성을 허용한다. 예를 들어, 8 개의 상이한 시약 유닛내에 8 개의 상이한 시약을 포함하는 카트리지는 프로토콜에 설명된 바와 같이 임의의 순서 또는 조합으로 유체 전달 장치에 의해 접근되고 치합될 수 있다. 따라서, 장치상에서 수행될 임의의 화학 반응은 다수의 상이한 순서로 수행될 수 있다. 카트리지내 시약의 부피 또는 카트리지내 시약의 형태의 변화없이, 분석 프로토콜은 상이할 수 있거나 제2카트리지 또는 제2시스템을 요하지 않으면서 변형될 수 있다.
예를 들어, 사용자는 샘플내 피분석물(예를 들어, C-반응성 단백질(CRP))을 검출하기 위해 분석을 수행할 특정 형태의 포획 표면 및 특정 시약을 요구한다. 당초 계획된 사용자의 프로토콜은 2 회의 세척단계 및 3 회의 희석 단계를 필요로 한다. 사용자가 장치 및 시스템을 수용한 후, 사용자는 프로토콜이 실제 5 회의 세척 단계 및 단지 1 회의 희석 단계를 가질 수 있도록 결정하였다. 본원의 장치 및 시스템은 장치 또는 시스템을 변경할 필요없이 프로토콜의 이러한 변화에 유연성을 부여할 수 있다. 이러한 예에서, 새로운 프로토콜 또는 일련의 명령만이 시스템 또는 유체 전달 장치의 프로그램가능한 프로세서에 전송될 필요가 있다.
또 다른 실시예에서, 본원에 제공된 시스템은 5 개의 상이한 표적 피분석물 검출 분석을 수행하도록 구성되며, 여기서 각 분석은 상이한 온도에서 인큐베이션될 필요가 있다. 다수의 선행 POC 장치의 경우, 복수의 분석이 모듈러가 아니고 포획 표면이 가열 장치에 비해 이동될 수 없기 때문에, 상이한 온도에서 복수의 분석을 인큐베이션하는 것은 어려운 일이다. 본원에 개시된 시스템에서, 개별 어세이 유닛은 화학 반응을 수행하도록 구성되며, 개별 어세이 유닛은 개개의 가열 유닛에 배치될 수 있다. 일부 구체예에서, 시스템은 복수의 가열 유닛을 포함한다. 일부의 경우에, 시스템은 어세이 유닛으로서 적어도 다수의 가열 유닛을 포함한다. 따라서, 복수의 분석은 복수의 온도로서 수행될 수 있다.
본원에 개시된 시스템 및 장치는 또한 다수의 선행 POC 장치와는 이전에 사용되지 않은 다양한 품질 관리 방법을 제공한다. 예를 들어, 장치의 모듈성 때문에, 어세이 유닛 및 시약 유닛은 서로로부터 별도로 및/또는 하우징으로부터 별도로 및/또는 시스템 또는 유체 전달 장치로부터 별도로 품질 관리될 수 있다. 본원의 시스템 및 장치에 의해 복수의 품질 관리 시스템 및 방법이 개시된다.
개시된 시스템은 체액 샘플로부터 검출되는 피분석물과 상관없이 다양한 분석을 수행할 수 있다. 장치의 고유성에 의존적인 프로토콜은 외부 장치로부터 전달될 수 있고, 여기서 이것은 판독 어셈블리가 장치에서 특정의 프로토콜을 수행할 수 있도록 판독 장치에 저장될 수 있다. 일부 구체예에서, 장치는 본원에 개시된 식별자 검출기에 의해 검출되거나 판독되는 식별자(ID, identifier)를 가진다. 식별자 검출기는 식별자를 외부 장치로 전송하는 조절기를 통해 통신 어셈블리와 연통할 수 있다. 필요에 따라, 외부 장치는 외부 장치에 저장된 프로토콜을 식별자에 기초하여 통신 어셈블리에 전송한다. 시스템에서 수행될 프로토콜은, 수행될 특정 분석 및 수행될 검출 방법이 포함되나 이에 한정되지 않는, 프로토콜을 수행하기 위한 시스템의 제어기에 대한 명령을 포함할 수 있다. 분석이 시스템에 의해 수행되면, 체액 샘플내 피분석물의 지표인 신호가 생성되어 시스템의 검출 어셈블리에 의해 검출된다. 그 후, 검출된 신호는 통신 어셈블리에 전송될 수 있고, 여기서 검출된 신호는 샘플내 피분석물 농도의 산출이 포함되나 이에 한정되지 않는 처리를 위해 외부 장치로 전송될 수 있다.
일부 구체예에서, 식별자는 일련의 흑색선 및 백색선으로 이루어져, 공지된 바코드 판독기와 같은 식별자 검출기에 의해 판독될 수 있는 바코드형 식별자일 수 있다. 다른 식별자로는 일련의 문자숫자 값, 색상, 돌출 범프(bump) 또는 장치상에 배치되어 식별자 검출기에 의해 검출 또는 판독될 수 있는 임의의 다른 식별자일 수 있다. 식별자 검출기는 또한 빛을 방사하는 LED일 수 있는데, 이 빛은 빛을 반사시키는 식별자와 상호작용하여 장치를 식별하도록 식별자 검출기에 의해 측정된다. 일부 구체예에서, 식별자는 저장 또는 메모리 장치를 포함할 수 있으며, 식별자 검출기로 정보를 전송할 수 있다. 일부 구체예에서, 기술을 병용할 수 있다. 일부 구체예에서, 검출기는 광학원, 이를 테면 LED의 사용에 의해 교정된다.
실시예에서, 체액 샘플은 장치에 제공될 수 있고, 장치는 시스템에 삽입될 수 있다. 일부 구체예에서, 장치가 수동으로 부분삽입되면, 이어 판독기 어셈블리내 기계적 스위치가 시스템 내에 장치를 적절히 자동 배치한다. 디스크 또는 카트리지를 장치에 삽입하는 당업계에 공지된 임의의 다른 메커니즘이 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 수동 삽입이 필요할 수 있다.
일부 구체예에서, 장치에서 수행될 프로토콜을 자동 선택하는 방법은 식별자 검출기 및 식별자를 포함하는 장치를 제공하는 단계; 식별자를 검출하는 단계; 상기 식별자를 외부 장치에 전달하는 단계; 및 상기 식별자와 연결된 상기 외부 장치에서 복수의 프로토콜로부터 시스템에서 수행될 프로토콜을 선택하는 단계를 포함한다.
하나의 일면으로, 유체공학적 장치를 포함하는 체액 샘플내 복수의 피분석물을 자동 검출하기 위한 시스템이 개시되는데, 여기서 유체공학적 장치(이를 테면 본원에 개시된 것들)는 체액 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 수집 유닛; 어세이 유닛 어레이로서, 그 중 개별 어세이 유닛이 검출할 복수의 피분석물 중 개개의 피분석물을 나타내는 신호를 생성하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 어세이 유닛 어레이; 시약 유닛 어레이로서, 개별 시약 유닛이 시약을 함유하는 시약 유닛 어레이를 포함한다. 시스템은 복수의 헤드를 포함하는 유체 전달 장치로서, 복수의 헤드 중 개개의 헤드가 개별 어세이 유닛과 연관되도록 구성되고, 유체 전달 장치는 샘플 수집 유닛으로부터의 체액 샘플 및 개별 시약 유닛으로부터의 시약을 개별 어세이 유닛으로 유체 전달하도록 구성된 프로그램가능한 프로세서를 포함한다. 예를 들어, 개별 어세이 유닛은 시약을 포함할 수 있고, 시약과 함께 화학 반응을 수행하도록 구성된다.
일부의 경우에, 직접 유체 전달하는 프로세서의 구성은 상기 복수의 피분석물이 상기 시스템으로 검출가능하도록, 어세이 유닛 어레이내 체액 샘플의 희석도에 작용하여, 검출가능 범위내에서 검출될 복수의 피분석물의 지표인 신호를 생성하도록 한다. 하나의 실시예에서, 체액 샘플은 적어도 2, 5, 10, 15, 50 또는 100 자릿수 범위정도로 다른 농도로 존재하는 적어도 2 가지의 피분석물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 체액 샘플은 한 방울의 혈액일 수 있다. 하나의 구체예에서, 샘플에 존재하는 적어도 2 개의 피분석물의 농도는 10 자릿수 범위내에서 상이하다(예를 들어 제1피분석물은 0.1 pg/mL로, 제2피분석물은 500 ug/mL로 존재한다). 또 다른 실시예에서, 일부 단백질 피분석물은 100 mg/mL 이상의 농도에서 관찰되며, 이는 관심 범위를 약 12 자릿수 범위의 크기로 확대할 수 있다.
체액 샘플의 희석도는 적어도 2 개의 피분석물을 나타내는 신호를 검출가능 범위내에 존재하게 할 수 있다. 다수의 경우에, 시스템은 검출기, 이를 테면 광전자증배관(PMT)을 추가로 포함한다. 광전자증배관의 경우, 예를 들어 검출기의 검출가능 범위는 초당 약 10 내지 약 1000만 카운트이다. 각각의 카운트는 단일 광자에 상응한다. 일부의 경우에, PMT는 효율이 100%가 아니고, 관찰된 카운트율은 단위 시간당 검출기에 도달하는 광자의 실제수보다 약간 낮거나 심지어 근접할 수 있다. 일부의 경우에, 약 1 초의 간격으로 약 10 회 카운트 측정하고, 결과를 평균낸다. 일부 구체예에서, 분석 범위는 검출기로서 PMT를 사용하는 경우 초당 1000-1,000,000 카운트이다. 일부의 경우에, 초당 100 만큼 적은 카운트율 및 초당 10,000,000 만큼 높은 카운트율로 측정가능하다. PMT의 선형 응답 범위(예를 들어, 카운트율이 단위 시간당 광자수에 정비례하는 범위)는 약 초당 1000-3,000,000 카운트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 분석은 하한이 초당 약 200-1000 카운트이고 상한이 초당 약 10,000-2,000,000 카운트인 검출가능 신호를 가진다. 일부의 경우에, 단백질 바이오마커의 경우, 카운트율은 포획 표면에 결합된 알칼리성 인산분해효소에 정비례하고, 또한 피분석물 농도에 정비례한다. 다른 예시적인 검출기로는 아발란치 광다이오드, 아발란티 광다이오드 어레이, CCD 어레이, 과냉각 CCD 어레이가 포함된다. 다수의 다른 검출기는, 디지털이고 일반적으로 검출기에 도달하는 광자에 비례하는, 출력을 가진다. 예시적인 검출기의 검출가능 범위는 사용될 검출기에 적합할 수 있다.
유체 전달 장치의 개개의 헤드는 개별 어세이 유닛에 부착되도록 구성될 수 있다. 유체 전달 장치는 공기치환방식 피펫과 같은 피펫일 수 있다. 유체 전달 장치는 자동화될 수 있다. 예를 들어, 유체 전달 장치는 또한 프로그램가능한 프로세서와 연통하는 모터를 포함할 수 있고, 여기서 모터는 상기 프로그램가능한 프로세서로부터의 프로토콜에 기초하여 상기 복수의 헤드를 이동시킬 수 있다. 개시된 바와 같이, 개별 어세이 유닛은 피펫 팁, 예를 들어 포획 표면 또는 반응 부위를 가진 피펫 팁일 수 있다.
때때로, POC 장치, 이를 테면 본원에 개시된 시스템 및 장치에서, 희석 인자가 추정될 수 있고 상당히 정확하다. 예를 들어, 비숙련된 사용자가 시스템을 조작하는 환경에서는, 샘플의 희석을 보증할 필요가 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 유체 전달 장치는 정확한 분석 결과를 제공하도록 샘플의 희석도에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 프로그램가능 유체 전달 장치는 샘플 및 희석제를 혼합할 뿐만 아니라 샘플을 희석하거나 일련적으로 희석하도록 복수의 헤드를 가질 수 있다. 유체 전달 장치는 또한 POC 장치에서 유체 이동을 제공할 수 있다.
개시된 바와 같이, 본원의 시스템 및 장치는 POC 환경에서 실험 환경의 유연성에 다수의 특징을 부여할 수 있다. 예를 들어, 샘플은 데스크-탑 크기 또는 소형의 장치 또는 시스템에서 수집 및 자동 조절될 수 있다. POC 장치의 통상적인 문제는, 상당히 다른 민감도 및 특이성을 가질 수 있는 복수의 분석이 이루어지는 경우, 상이한 희석 범위를 달성하는 것이다. 예를 들어, 샘플내 2 개의 피분석물이 존재할 수 있지만, 하나의 분석물은 샘플내에서 고농도이고, 다른 피분석물은 매우 낮은 농도이다. 제공된 바와 같이, 본원의 시스템 및 장치는 피분석물 모두를 검출하기 위해서 상당히 다른 수준으로 샘플을 희석할 수 있다. 예를 들어, 피분석물이 고농도인 경우, 샘플은 적절한 검출 범위로 일련적으로 희석되어 검출을 위한 포획 표면에 제공될 수 있다. 동일한 시스템 또는 장치에서, 저농도의 피분석물을 가진 샘플은 희석할 필요가 없다. 이러한 방식에서, 본원에 제공된 POC 장치 및 시스템의 분석 범위는 다수의 현존 POC 장치로부터 확장될 수 있다.
유체 전달 장치는 벤치-탑(bench-top) 기기인 시스템의 일부일 수 있다. 유체 전달 장치는 복수의 헤드를 포함할 수 있다. 샘플내 복수의 피분석물을 검출할 필요가 있을 때, 본 발명의 유체 전달 장치에 대하여 임의의 수의 헤드가 예측된다. 하나의 실시예에서, 유체 전달 장치는 일렬로 설치되고 일정 간격으로 분리된 약 8 개의 헤드를 가진다. 하나의 구체예에서, 헤드는 본원에 개시된 바와 같이 어세이 유닛 또는 샘플 수집 유닛과 같은 다양한 팁과 함께 압입에 의해 연관되는 테이퍼형 노즐을 가진다. 팁은 사용후 본원에 개시된 바와 같이 장치의 하우징내에 처분되거나 기기에 의해 자동적으로 제거될 수 있도록 하는 피쳐를 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 어세이 팁은 맑고 투명하여, 광전자증배관과 같은 광학 검출기에 의해 검출될 수 있는 분석이 수행되는 반응 큐벳과 유사할 수 있다.
하나의 구체예에서, 시스템의 프로그램가능한 프로세서는 명령 또는 명령어를 포함할 수 있고, 밀폐된 공기 공간으로 피스톤을 인출하거나(액체를 흡인하는 경우) 확장함으로써(액체를 배출하는 경우) 명령에 따라 유체 전달 장치를 액체 샘플에 전달할 수 있다. 이동되는 공기의 부피 및 이동 속도 모두 예를 들어, 프로그램가능한 프로세서에 의해 정밀하게 제어될 수 있다.
희석제(또는 다른 시약)와 샘플의 혼합은 혼합할 구성요소를 통상의 관으로 흡인한 다음 상당한 비율의 조합 액체 부피를 상하로 팁으로 반복 흡인함으로써 달성될 수 있다. 건조 시약의 관으로의 용해는 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 포획 시약(예를 들어 항체)이 속박되는 포획 표면과 시약 및 액체 샘플의 인큐베이션은 팁으로 적절한 액체를 유도하고 이것을 예정된 시간동안 보유함으로써 달성될 수 있다. 샘플 및 시약의 제거는 개시된 바와 같은 장치내의 저장소 또는 흡수 패드로 액체를 배출함으로써 달성될 수 있다. 그 후, 또 다른 시약이 프로그램가능한 프로세서로부터의 명령 또는 프로토콜에 따라 팁으로 흡인될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같은 실시예에서, 팁(1101)내 기존 액체(1111)는 배출시 팁(1101)내에 박막(1113)을 남길 수 있다. 따라서, 시스템은 다음의 액체(1112)의 유도(예를 들어 최상) 부분의 작용을 사용하여 팁(1101)로부터의 기존 액체(1111)를 닦아낼 수 있다. 기존 액체(1113)로 오염된 후속 액체의 부분은, 포획 표면(1102)과 상호작용을 지속하지 않는 팁(1101)의 상부에 보유될 수 있다. 포획 표면(1102)은 기존 액체(1111)가 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같은 포획 표면(1102)과 반응하지 않도록 팁(1101)의 한정 영역으로 존재할 수 있으며, 포획 표면(1102)은 모두 팁의 돌기에 확장되지 않는 팁(1101)의 원통형 부분 중 한정된 부분을 차지한다. 다수의 경우에, 인큐베이션 시간은 짧고(예를 들어 10 분), 액체 오염 구역의 분리는 비교적 커서(>1 mm), 확산되거나 액체 오염 부분의 활성 성분(1113)이 인큐베이션 동안 포획 표면(1102)과 신속하게 충분한 반응을 일으키지 않는다. 많은 고감도 분석의 경우, 한 시약을 제거하거나 포획 표면(예를 들어, 분석 신호 발생기로 표지된 검출기 항체)을 세척할 필요가 있다. 하나의 실시예에서, 본원에 개시된 시스템의 유체 전달 장치는 예를 들어 세척 시약을 사용하여 유체 전달의 추가적인 제거 및 흡인 사이클을 추가함으로써 세척할 수 있다. 하나의 실시예에서, 4 회의 세척 단계를 통해 포획 표면과 접촉된 비결합 검출기 항체가 106-배 우수한 인자에 의해 감소되는 것이 입증된다. 포획 표면에 비특이적으로 결합된 임의의 검출기 항체(그다지 바람직하지 않음)는 또한 이러한 세척 공정동안 제거될 수 있다.
분석 범위의 확장은 샘플의 희석에 의해 달성될 수 있다. 희석제를 함유하는 일회용 카트리지를 사용하는 POC 분석 시스템에서는 종종 희석의 정도에 대한 실용 한계가 존재한다. 예를 들어, 소량의 혈액 샘플을 손가락으로 취하여(예를 들어, 약 20 마이크로리터) 희석할 경우, 관에 배치될 수 있는 희석제의 최대 부피는 250 마이크로리터이고, 전체 샘플에 대한 희석의 실용 한계는 약 10-배이다. 본원의 실시예에서, 시스템은 최대 희석 인자를 약 100-배로 하는 적은 부피의 샘플(예를 들어 약 2 마이크로리터)를 흡인할 수 있다. 다수의 분석에서, 이러한 희석 인자는 샘플을 더 많이 희석할 필요가 있는 CRP의 것과 유사한 분석에 대해(본원의 실시예에 개시된 바와 같음) 허용가능하다. 분리에 기초한 ELISA 분석은 피분석물을 결합하는 포획 표면의 능력에서 본질적인 제한점을 가질 수 있다(예를 들어, 전형적인 단백질 피분석물에 대하여 약 수백 ng/ml). 일부 피분석물은 수백의 ㎍/ml로 혈액에 존재한다. 심지어, 100-배까지 희석시킨 경우, 피분석물 농도는 교정 범위 밖일 수 있다. 본원의 시스템, 장치 및 유체 전달 장치의 예시적인 구체예에서, 복수의 희석은 개별 어세이 유닛 또는 샘플 수집 유닛으로 희석제의 복수 유체 전달을 수행함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 피분석물의 농도가 상기 개시된 바와 같이 샘플내에서 매우 높은 경우, 피분석물의 농도가 허용가능한 검출 범위내에 존재할 때까지 샘플을 복수회 희석할 수 있다. 본원의 시스템 및 방법은 피분석물의 초기 농도를 산출하기 위해 희석률의 정확한 측정치 및 추정치를 제공할 수 있다.
하나의 구체예에서, 본원의 시스템은 액체 샘플을 이동하고 어세이 유닛을 이동시킬 수 있다. 시스템은 가열 블록 및 검출기를 포함할 수 있다. 액체 샘플을 이동시키기 위해, 시스템은 흡인-, 주사- 또는 피펫-형 작용일 수 있다. 예시적인 구체예에서, 액체 샘플을 이동시키기 위한 유체 전달 장치는 피펫 및 피펫 헤드 시스템이다. 시스템에 의해 요구되는 피펫 장치의 수는 수행될 분석의 수 및 검출된 피분석물의 형태에 따라 조정될 수 있다. 피펫 시스템에 의해 수행된 작용은 자동화될 수 있거나 사용자에 의해 수동으로 조작될 수 있다.
도 5는 본원에 개시된 바와 같은 유체 전달 장치(520) 및 시스템(500)의 예를 설명한다. 유체 전달 장치 시스템은 8 개의 상이한 헤드(522)를 사용하여 8 개의 상이하거나 동일한 부피의 액체를 동시에 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 카트리지(또는 본원에 개시된 장치)(510)는 8 개의 어세이 유닛(501)을 포함한다. 개별 어세이 유닛(501)은 유닛(501)내에서 수행될 분석의 형태에 따라 구성된다. 개별 어세이 유닛(501)은 특정 부피의 샘플을 요할 수 있다. 개개의 헤드(522)는 적절한 양의 샘플을 개별 어세이 유닛(501)에 분배하는데 사용될 수 있다. 하나의 구체예에서, 각각의 헤드(522)는 접근되는 개별 어세이 유닛(501)에 상응한다.
유체 전달 장치 메커니즘(520)은 또한 시약 유닛으로부터 시약을 분배하는 사용될 수 있다. 상이한 형태의 시약은 복합 용액, 세척 용액 및 기질 용액을 포함한다. 자동화 시스템에서, 장치(510)가 위치하는 스테이지(530)는, 어세이 유닛(501) 및 헤드(522)의 위치화에 대해 및 도 5에 설명된 바와 같이 분석을 완료하는데 필요한 단계에 따라 장치(510)를 이동시킬 수 있도록 이동가능하다. 다르게는, 헤드(522) 및 팁(501) 또는 유체 전달 장치(520)는 장치(510)의 위치에 대해 이동될 수 있다.
일부 구체예에서, 시약은 건조 형태로 제공되어 분석하는 동안 탈수되고/되거나 용해된다. 건조 형태로는 표면 위에 코팅된 동결건조 물질 및 필름이 포함된다.
시스템은 어세이 유닛 또는 팁을 이동시키기 위한 홀더 또는 치합기를 포함할 수 있다. 치합기는 어셈블리 또는 어세이 유닛 팁의 돌기에 꼭 맞게 설치하도록 설계된 어셈블리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 팁을 이동시키는 수단은 유체 전달 장치 헤드와 유사한 방식으로 이동될 수 있다. 장치는 또한 치합기 또는 홀더의 위치에 따라 스테이지에서 이동될 수 있다.
하나의 구체예에서, 팁을 이동시키기 위한 기기는 샘플의 부피를 이동시키기 위한 기기, 이를 테면 본원에 개시된 바와 같은 유체 전달 장치와 같다. 예를 들어, 샘플 수집 팁은 수집 팁 상의 돌기를 따라 피펫 헤드에 설치될 수 있다. 그 후, 수집 팁은 장치 및 시스템 전체에 액체를 분배하는데 사용될 수 있다. 액체를 분배한 후에는, 수집 팁이 제거될 수 있고, 피펫 헤드가 어세이 유닛 위 돌기를 따라 어세이 유닛 위에 설치될 수 있다. 이어, 어세이 유닛 팁은 시약 유닛에서 시약 유닛으로 이동될 수 있고, 시약은 피펫 헤드에 의해 제공된 흡인식- 또는 피펫식 작용에 따라 어세이 유닛에 분배될 수 있다. 피펫 헤드는 또한 수집 팁, 어세이 유닛, 또는 시약 유닛내에서 흡인식- 또는 주사기식-작용에 의해 혼합을 수행할 수 있다.
시스템은 분석 또는 어세이 유닛을 가열하고/가열하거나 분석 온도를 조절하기 위한 가열 블록을 포함할 수 있다. 가열은 분석 반응 중 인큐베이션 단계에 사용되어 반응을 촉진하고 인큐베이션 단계에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다. 시스템은 본 발명의 어세이 유닛을 수용하도록 구성된 가열 블록을 포함할 수 있다. 가열 블록은 본 발명의 장치로부터 복수의 어세이 유닛을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 8 개의 분석이 장치상에서 수행될 필요가 있는 경우, 가열 블록은 8 개의 어세이 유닛을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 어세이 유닛은 어세이 유닛을 이동시키는 수단을 사용하여 가열 블록과 열 접촉하도록 이동될 수 있다. 가열은 당업계에 공지된 가열 수단에 의해 수행될 수 있다.
본원에 개시된 예시적인 시스템(600)은 도 6에 설명되어 있다. 시스템(600)은 장치(610)(또는 본 실시예의 경우 카트리지)가 수동 또는 자동으로 또는 둘의 조합으로 배치되는, 번역 스테이지(630)를 포함한다. 시스템(600)은 또한 장치(610)의 어세이 유닛(611)과 함께 정렬시킬 수 있는 가열 블록(640)을 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 장치(610)는 일련의 8 개의 어세이 유닛(611) 및 상응하는 복수의 시약 유닛(612)을 포함하고, 가열 블록(640)은 또한 적어도 8 개의 유닛을 동시에 가열시키는 영역(641)을 포함한다. 각각의 가열 영역(641)은 검출할 피분석물의 형태 또는 수행할 분석의 형태에 따라 각각 개별 어세이 유닛(611)과 동일하거나 상이한 온도를 제공할 수 있다. 시스템(600)은 또한 샘플내 피분석물 검출에서 대표적인, 어세이 유닛(611)으로부터의 신호를 검출하는 검출기(이를 테면 광전자증배관)(650)을 포함한다.
하나의 구체예에서, 분석이 검출되는 경우 센서는 검출기보다는 어세이 유닛을 위치시키도록 제공된다.
하나의 구체예에서, 검출기는 장치에서 적어도 하나의 분석에 의해 생성된 신호를 검출하기 위한 검출 어셈블리를 내장하는 판독기 어셈블리이다. 검출 어셈블리는 예를 들어, 수행할 분석의 형태 및 사용할 검출 메커니즘에 기초하여 장치에 대하여 다른 방향으로 또는 장치 위에 존재할 수 있다. 검출 어셈블리는 어세이 유닛과 함께 이동될 수 있거나, 어세이 유닛이 검출 어셈블리와 함께 이동될 수 있다.
많은 경우에, 광학 검출기는 검출 소자로서 제공 및 사용된다. 비한정적인 예로는 광전자증배관(PMT), 광자 계측 검출기 또는 아발란치 광 다이오드(photon counting detector) 또는 전하-결합 소자(charge-coupled device, CCD)가 포함된다. 일부 구체예에서, 핀 다이오드(pin diode)가 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 핀 다이오드는 증폭기와 결합하여 PMT에 비해 민감한 검출 장치 를 생성할 수 있다. 일부 분석은 본원에 개시된 바와 같은 발광을 발생시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 화학발광이 검출된다. 일부 구체예에서, 검출 어셈블리는 CCD 검출기 또는 PMT 어레이에 다발로서 연결된 복수의 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. 광섬유 다발은 개개의 섬유 또는 함께 융합된 다수의 소 섬유(small fiber)로 구성되어 고체 다발을 형성할 수 있다. 이러한 고체 다발은 상업적으로 이용가능하며 CCD 검출기에 용이하게 인터페이스접속된다.
검출기는 또한 광원, 이를 테면 전구 또는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 광원은 결과를 검출할 수 있도록 분석을 발광시킬 수 있다. 예를 들어, 분석은, 통상적으로 핵산 분석과 함께 사용되므로, 형광 분석 또는 흡광 분석일 수 있다. 검출기는 또한 렌즈 또는 광섬유와 같은, 광원을 분석에 전달하기 위한 광학 장치를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 검출 시스템은 대상의 특정 파라미터를 검출하기 위한 비광학적 검출기 또는 센서를 포함할 수 있다. 이러한 센서는 산화되거나 환원되는 화합물, 예를 들어 O2, H2O2, I2, 또는 산화/환원성 유기 화합물을 위한 온도, 전도율, 전위측정 신호 및 전류측정 신호를 포함할 수 있다.
장치 및 시스템은 제조후 함께 또는 개별적으로 최종 사용자에게 운반될 수 있다. 본 발명의 장치 또는 시스템은 사용을 위한 사용자 매뉴얼 또는 지침서와 함께 포장될 수 있다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 시스템은 상이한 장치에서 수행하는 분석의 형태에 일반적이다. 장치의 구성요소가 모듈러일 수 있기 때문에, 사용자는 현장 진료 환경에서 복수의 분석을 수행하기 위해서는 단지 하나의 시스템 및 각종 장치 또는 어세이 유닛 또는 시약 유닛을 필요로 할 수 있다. 본 명세서에서, 시스템은 복수의 장치와 함께 반복적으로 사용될 수 있고, 예를 들어 운반중 이러한 변화를 보호하기 위해 장치 및 시스템 모두에 센서를 가지는 것이 필요할 수 있다. 운반중, 압력 또는 온도 변화는 본 발명의 시스템의 다수의 구성요소의 성능에 영향을 줄 수 있고, 외부 장치에서 데이터 처리하는 동안 또는 교정하는 동안 조정될 수 있도록, 장치 또는 시스템 위에 위치한 이러한 센서는 이러한 변화를 예를 들어 외부 장치에 전달할 수 있다. 예를 들어, 유체공학적 장치의 온도가 운반중 특정 수준으로 변화되는 경우, 장치위에 위치한 센서는 장치가 사용자에 의해 시스템에 삽입된 경우 그 변화를 검출하고 그 정보를 시스템에 전달할 수 있다. 이러한 일을 수행하기 위해 시스템에 추가의 검출 장치가 존재할 수 있거나, 이러한 장치는 또 다른 시스템 구성요소에 편입될 수 있다. 일부 구체예에서, 정보는 이러한 개인용 컴퓨터 또는 텔레비젼과 같은 시스템 또는 외부 장치에 무선으로 전송될 수 있다. 마찬가지로, 시스템내 센서는 유사한 변화를 검출할 수 있다. 일부 구체예에서, 시스템 구성요소를 대신하거나 그에 추가로 운반 포장에 센서를 가지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 감지될 수 있는, 분석 카트리지 또는 시스템을 무효화하는 분리한 조건으로는 수분이 침투하도록 카트리지의 파괴 또는 최대 내성 이상의 고온에의 노출을 포함할 수 있다.
하나의 구체예에서, 시스템은 외부 장치로부터 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 통신 어셈블리를 포함한다. 이러한 무선 연통은 블루투스 또는 RTM 기술일 수 있다. 모뎀을 사용하는 다이얼업(dial-up) 유선 접속, T1, ISDN 또는 케이블선과 같은 집적 연결 등의 다양한 연통 방법이 이용될 수 있다. 일부 구체예에서, 무선 접속은 이동전화, 인공위성, 페이저네트워크(pager network), GPRS, 또는 근거리 연통망에서의 에터넷 또는 토큰 링 등의 근거리 데이터 전송 시스템과 같은 대표적인 무선 네트워크를 이용하여 달성된다. 일부 구체예에서, 정보는 무선 네트워크를 통해 전송되기 전에 암호화된다. 일부 구체예에서, 통신 어셈블리는 정보를 송수신하기 위한 적외선 무선 연통 구성요소를 포함할 수 있다. 시스템은 정보의 표시를 촉진하기 위해 집적 그래픽 카드를 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 통신 어셈블리는 수집된 정보가 저장될 수 있는 예를 들어 국부 메모리(localized RAM)와 같은 메모리 또는 저장 장치를 구비할 수 있다. 저장 장치는 정보가 예를 들어 네트워크에 무선 접속하는데에 있어서의 일시적인 접속불능과 같은 주어진 시간에 정보가 전송될 수 없는 경우에 필요할 수 있다. 그 정보는 저장 장치내 장치 식별자와 관련이 있을 수 있다. 일부 구체예에서, 통신 어셈블리는 소정 시간후에 저장된 정보를 재전송할 수 있다.
일부 구체예에서, 외부 장치는 판독 어셈블리내의 통신 어셈블리와 연통한다. 외부 장치는 판독기 어셈블리와 무선으로 연통할 수 있는데, 환자, 의료진, 임상의, 실험실 연구원 또는 건강관리 산업분야의 다른 사람들이 포함되나 이들에 한정되는 않는 제3자와 연통할 수도 있다.
예시적인 방법 및 시스템이 도 7에 설명되어 있다. 도 7의 실시예에서, 환자는 혈액 샘플을 본원에 개시된 바와 같은 장치에 전달한 다음, 장치를 판독기에 삽입하는데, 이때 판독기는 혈액샘플내 피분석물을 판독할 수 있는 데스크탑 시스템일 수 있다. 판독기는 본원에 개시된 바와 같은 시스템일 수 있다. 판독기는 벤치탑 또는 데스크탑 시스템일 수 있고, 본원에 개시된 복수의 다른 장치를 판독할 수 있다. 판독기 또는 시스템은 화학 반응을 수행할 수 있거나 화학 반응의 결과를 판독할 수 있다. 도 7의 실시예에서, 판독기는 외부 장치(예를 들어, 사용자 인터페이스를 포함하는 서버)로부터 전송된 프로토콜에 따라 자동화된다. 판독기는 또한 화학 반응의 검출 결과를 서버 및 사용자 인터페이스에 전송할 수 있다. 예시적인 시스템에서, 사용자(예를 들어, 의사 및 조사원가 같은 의료진)는 시스템을 자동화하는데 사용된 프로토콜을 결정하거나 발전시킬 뿐만 아니라 결과를 검토하거나 분석할 수 있다. 결과는 또한 서버 시스템 위에 또는 국소적으로(판독기에) 저장될 수 있다. 서버는 또한 환자 기록, 환자 일지 및 환자 개체군의 데이터베이스를 관리한다.
도 8은 대상의 의학적 상태를 평가하기 위한 시스템을 구축하는 공정 흐름도를 나타낸다. 환자는 개인 정보 및 본원에 개시된 장치, 판독기 및/또는 시스템으로부터의 측정값을 개시된 바와 같이 서버에 존재할 수 있는 데이터베이스에 입력한다. 시스템은 환자 스테이션 디스플레이(patient station display)에 개인 정보를 표시하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 환자 스테이션 디스플레이가 쌍방향인 경우, 환자는 입력 데이터를 수정할 수 있다. 동일 또는 상이한 데이터베이스는 유사한 의학적 상태의 다른 대상으로부터의 데이터를 포함한다. 다른 대상으로부터의 데이터는 공공 또는 민간 기관으로부터의 역사적 데이터일 수 있다. 다른 대상으로부터의 데이터는 또한 임상 연구로부터의 내부 데이터일 수 있다.
도 8은 또한 대상의 데이터를 포함하는 판독기 수집 데이터로부터의 데이터의 공중망에 연결된 서버에 흐름을 나타낸다. 서버는 데이터를 조작할 수 있거나 사용자 스테이션에 데이터를 제공할 수 있다. 환자는 또한 데이터베이스에 저장된 의학적 상태와 관련된 데이터로부터 별도로 서버에 입력될 수 있다. 도 8은 또한 의료진 또는 사용자로의 정보의 흐름 및 사용자 스테이션 디스플레이를 설명한다. 예를 들어, 도 8의 예시적인 공정 흐름을 사용하여, 환자는 집에서 본원에 개시된 바와 같은 본 발명의 카트리지에 체액 샘플을 입력하고, 이것을 본원에 개시된 바와 같은 시스템 또는 판독기에 배치한다. 환자는 환자 스테이션 디스플레이에서 시스템으로부터의 데이터를 검토할 수 있고/있거나 공정 흐름에 새로운 데이터를 수정하거나 입력할 수 있다. 그 후, 환자로부터의 데이터는 공중망, 이를 테면 인터넷, 예를 들어 암호화 포맷으로 네트워크 인터페이스 및 프로세서를 포함하는 서버로 이동할 수 있는데, 여기서 서버는 중앙 컴퓨터 허브 또는 임상 시험 센터에 위치될 수 있다. 서버는 의학적 상태 데이터를 사용하여 사용자로부터의 데이터를 조작 및 해석한 다음 그 결과를 본원에 개시된 공중망을 통해 사용자 스테이션에 전송할 수 있다. 사용자 스테이션은 의료실 또는 실험실에 존재할 수 있고, 환자 데이터의 분석 및 조작의 결과를 의료진에게 표시하기 위해 사용자 스테이션 디스플레이를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 의료진은 결과를 수신하고 환자에게 다른 장소, 이를 테면 환자의 집에서 투여한 시험으로부터의 환자의 샘플을 분석할 수 있다. 시스템 및 시스템의 구성요소에 대한 다른 구체예 및 실시예가 본원에 개시되어 있다.
일부 구체예에서, 외부 장치는 컴퓨터 시스템, 서버 또는 정보를 저장하거나 정보를 처리할 수 있는 다른 전자장치일 수 있다. 일부 구체예에서, 외부 장치는 하나 이상의 컴퓨터 시스템, 서버 또는 정보를 저장하거나 정보를 처리할 수 있는 다른 전자장치를 포함한다. 일부 구체예에서, 외부 장치는 예를 들지만 의료 기록 또는 환자 이력, 임상 시험 기록, 또는 전임상 시험 기록에 한정되지 않는 환자 정보의 데이타베이스를 포함할 수 있다. 외부 장치는, 이 장치가 시스템에 삽입되었음을 나타내는 식별자를 수용하는 경우, 시스템의 통신 어셈블리에 전송될 수 있는, 시스템상에서 수행될 프로토콜을 저장할 수 있다. 일부 구체예에서, 프로토콜은 장치 식별자에 따라 달라질 수 있다. 일부 구체예에서, 외부 장치는 각 장치에 대하여 하나 이상의 프로토콜을 저장한다. 다른 구체예에서, 외부 장치상의 환자 정보는 하나 이상의 프로토콜을 포함한다. 일부의 경우에, 외부 서버는 통신 어셈블리로부터 전송된 광자 카운트를 처리하기 위한 수학적 알고리즘을 저장하고, 일부 구체예에서 체액 샘플내 피분석물의 농도를 산출하기 위한 수학적 알고리즘을 저장한다.
일부 구체예에서, 외부 장치는 당업계에 공지되어 있고 상업적으로 입수가능한 하나 이상의 서버를 포함할 수 있다. 이러한 서버는 서버의 이용성을 개선하기 위해 부하 조절, 작업 관리 및 서버 중 하나 이상 또는 외부 장치의 기타 구성요소의 고장시 백업 용량을 제공할 수 있다. 서버는 또한 당업계에 공지된 바와 같은 저장 및 프로세서 유닛의 분산형 네트워크상에서 구현될 수 있어, 본 발명에 따른 데이터 처리가 컴퓨터와 같은 워크스테이션에서 이루어짐으로써, 서버에 대한 필요성을 제거하게 된다.
서버는 데이터베이스 및 시스템 프로세스를 포함할 수 있다. 데이터베이스는 서버 내에 잔존하거나, 이 서버가 접속할 수 있는 다른 서버 시스템에 잔존할 수 있다. 데이터베이스 내의 정보가 민감한 정보를 포함할 수 있기 때문에, 보안 시스템이 구현되어, 권한이 부여되지 않은 사용자가 데이터베이스에 접근하는 것을 방지할 수 있다.
본원에 개시된 특징 중 일부의 하나의 이점은 정보가 외부 장치로부터 판독기 어셈블리로 다시 전송될 수 있을 뿐만 아니라 다른 외부 장치, 예를 들어 비한정적인 PDA 또는 휴대폰 또는 제3자에게 전송될 수 있다는 것이다. 이와 같은 통신은 본원에 개시된 바와 같이 무선망을 통해 이루어질 수 있다. 일부 구체예에서, 산출된 피분석물 농도 또는 다른 환자 정보가 예를 들어 비한정적인 의료진 또는 환자에 전송될 수 있다.
따라서, 대상 장치 및 시스템을 사용하여 생성되는 데이터는 피검자에서 피분석물의 농도에 대해 추이 분석을 수행하는데 이용될 수 있다.
본 원에 기술된 다른 이점은 어세이 결과가 이러한 결과를 얻음으로써 혜택을 입을 수 있는 임의의 제3자와 실질적으로 즉시 통신가능하다는 것이다. 예를 들어, 일단 피분석물 농도가 외부 장치에서 결정되면, 이는 추가의 행동을 취하는 것이 필요할 수 있는 환자 또는 의료 요원에게 전송될 수 있다. 제3자로의 통신 단계는 본 원에 기술된 바와 같이 무선적으로 수행될 수 있으며, 데이터를 제3자의 휴대용 장비로 전송함으로써 제3자는 어세이 결과를 실질적으로 어디에서 언제라도 통지받을 수 있다. 따라서, 시간에 민감한 시나리오로 환자가 응급 의료 행동이 필요할 수 있는 경우, 어디에서도 즉시 접촉이 가능하다.
시스템에 삽입한 후에 유체 장치와 연관된 식별자가 장치를 검출함으로써, 시스템은 유체 장치에 특이적인 프로토콜이 외부 장치로부터 다운로드되어 실행되도록 할 수 있다. 일부 구체예에서, 외부 장치는 시스템과 연관되거나 특정 환자 또는 환자군과 연관된 복수의 프로토콜을 저장할 수 있다. 예컨대, 식별자가 외부 장치로 전송되면, 외부 장치의 소프트웨어는 식별자를 획득할 수 있다. 일단 획득하면, 데이터베이스와 같은 외부 장치상의 소프트웨어는 식별자와 연관된 데이터베이스에 저장된 프로토콜을 식별하도록 식별자를 사용할 수 있다. 단 하나의 프로토콜만이 식별자와 연관되면, 예컨대, 데이터베이스는 프로토콜을 선택할 수 있고, 외부 장치의 소프트웨어는 프로토콜을 시스템의 통신 어셈블리에 전송할 수 있다. 장치에 특정된 프로토콜을 사용할 수 있게 되면 본 발명의 장치의 임의 소자를 단일 시스템에 사용하여 단일의 시스템으로 실질적으로 모든 해당 피분석물을 검출할 수 있다.
일부 구체예에서, 복수의 프로토콜이 단일 식별자에 연관될 수 있다. 예컨대, 동일한 환자로부터 한 피분석물을 주 1회 검출하고 다른 피분석물을 주 2회 검출하는 경우에, 식별자에 연관된 외부 장치의 프로토콜들은 서로 다른 요일에 각각 연관됨으로써, 식별자가 검출되면, 외부 장치의 소프트웨어는 요일에 연관된 특정 프로토콜을 선택할 수 있다.
일부 구체예에서, 환자는 다양한 피분석물 검출을 위해 사용하기 위한 복수의 장치를 제공받을 수 있다. 피검자는, 예컨대 서로 다른 요일에 서로 다른 장치를 사용할 수 있다. 일부 구체예에서, 식별자를 프로토콜에 연관시키는 외부 장치의 소프트웨어는 장치가 현재 날짜를, 예컨대 임상시험에 기초하여 사용할 날짜와 비교하는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 두 요일이 동일하지 않다면, 외부 장치는 본 원에 기재되거나 공지된 임의의 방법에 따라 무선으로 피검자에게 고지를 보냄으로써, 부정확한 장치가 시스템 내에 있다는 것과 그 날에 정확한 장치를 사용할 것을 고지한다. 이는 단지 예일 뿐이며 용이하게 확장될 수 있고, 예컨대, 장치가 정확한 날짜에 사용되지 않고 있다고 피검자에게 통지할 수 있다.
시스템은 또한 피검자의 의료 상태를 어세이하는 네트워크 방법을 채용할 수 있다. 정보 통신 시스템은 목적 데이터를 읽기 위한 판독기를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 바이오마커 데이터를 마이크로유체 현장 진료 장치로 획득하였으면, 상이한 개별 바이오마커에 할당된 값은 장치 자체에 의해, 또는 별도의 장치로 읽혀질 수 있다. 판독기의 또 다른 예는 전자 의료 기록 또는 의사의 차트로 유입된 목적 데이터를 스캔하기 위한 바코드 시스템일 수 있다. 또 다른 판독기의 예는 전자적 환자 기록 데이터베이스로 이루어지며, 이로부터 목적 데이터를 통신망을 통해 직접 얻을 수 있다. 이러한 방식으로, 특정 약물의 효능이 실시간으로 입증됨으로써 치료 상환이 검증될 수 있다.
임상적 시험을 포함한 의학적 치료의 비수용상태는 치료 또는 시행의 효능을 심각하게 약화시킬 수 있다. 그에 따라, 일부 구체예에 있어서, 본 발명의 시스템은 환자의 수용상태를 모니터하고, 환자 또는 다른 의료 요원에게 이와 같은 비수용상태를 통지하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 의료적 치료 계획의 일부로서 약제를 취하는 환자는 본 원에 기술된 바와 같이 어세이되는 체액 샘플을 취할 수 있으나, 예컨대 시스템에 의해 검출된 대사산물의 농도는 공지 프로파일에 비해 상승된 수준일 수 있으며, 이는 다회 용량의 약제가 취해졌음을 제시할 것이다. 환자 또는 의료 요원은 PDA 또는 핸드폰과 같은 휴대용 장비를 통한 통지들 수 있으나, 이에 한정되지 않는, 본 원에 논의된 임의 또는 무선 방법을 통해 이러한 비수용상태를 통지받을 수 있다. 이러한 공지 프로파일은 본 원에 기술된 바와 같은 외부 장치에 놓이거나 저장될 수 있다.
일 구체예에 있어서, 시스템은 치료에 의해 혜택을 받거나 해로운 환자의 아모집단을 확인하는데 이용될 수 있다. 이렇게 하여, 그렇치 않았으면 상품화되었을 다양한 독성을 가지는 약물이 혜택을 받을 자들에게만 배분됨으로써 이와 같은 약물을 피할 수 있다.
방법
본 발명의 장치 및 방법은 피검자로부터의 체액 내에 존재하는 피분석물을 실시간으로 검출하기 위한 효과적인 수단을 제공한다. 검출 방법은 특정한 생물학적 과정, 생리적 조건, 질환, 질환 단계 또는 치료 단계에 연관된 피분석물의 식별과 정량화를 비롯한 매우 다양한 환경에 사용될 수 있다. 그와 같이, 본 발명의 장치 및 방법은 약물 선별, 질병 진단, 계통발생학적 분류(phylogenetic classification), 친권 및 법의학적 식별, 질병 개시 및 재발, 치료에 대한 개별 반응 대 집단 기준 및 치료 모니터링 등에서 넓은 범위의 효용을 갖는다. 본 장치 및 방법은 또한 치료법 개발의 임상전 및 임상 단계를 진행하고, 환자 수용상태를 개선하고, 처방된 약물과 연관된 ADR을 모니터하고, 개인별 약제를 개발하고, 혈액 검사를 중앙 실험실에서 환자 거주지로 외부 위탁하는데 특히 유용하다. 장치는 처방에 의해 사용될 수 있거나, 규제 인가후 치료제를 모니터링하기 위한 약제와 동반하여 이용될 수 있거나, 지불자가 혈액 검사를 중앙 실험실로부터 외부 위탁하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 일 구체예에 있어서, 본 발명은 체액 샘플내의 피분석물을 검출하는 방법을 제공하며, 이 방법은 본 발명의 장치 또는 시스템에 혈액 샘플을 제공하는 단계; 샘플을 장치의 적어도 한 어세이 유닛내에서 반응시키는 단계; 및 혈액 샘플내 피분석물로부터 발생된 검출 가능한 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
도 1은 적어도 하나의 어세이 유닛 및 적어도 하나의 시약 유닛을 포함하는 본 발명의 장치의 예시적인 구체예를 나타낸다. 어세이 유닛(예를 들어, 도 1에서 샘플 팁 및 캘리브레이터 팁으로서 설계됨)은 포획 표면을 포함할 수 있으며, 시약 유닛은 접합체, 세척액 및 기질과 같은 품목들을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 장치는 또한 전혈 샘플 수집 팁, 혈장 샘플 수집 팁, 혈액 투입 웰, 비드 웰 또는 혈장 분리 웰, 팁 촉발 또는 블롯팅 패드, 희석 웰, 희석 혈장 샘플 웰 또는 혈장 희석제 웰, 수집 팁 처분장소를 포함한다.
일 구체예에 있어서, 본 방법은 효소-결합 면역흡착 어세이(ELISA)의 수행을 포함한다. 이 문단에 기술된 예에 있어서, 샘플은 본 원에 기술된 바와 같은 장치의 샘플 수집 유닛에 제공된다. 이어서, 장치는 시스템에 삽입되며, 여기서, 시스템은 삽입된 카트리지 또는 장치의 타입을 검출한다. 그 다음에, 시스템은 시스템이 목적하는 어세이 또는 카트리지 어세이를 수행하도록 하는 지시 또는 프로토콜 세트를 수용하도록 외부 장치로 송출될 수 있다. 프로토콜은 시스템의 유체 전달 장치의 프로그램가능한 프로세서로 보내질 수 있다. 일 실시예로, 유체 전달 장치는 카트리지의 샘플 팁과 연관되어 샘플 수집 유닛으로부터 특정 부피의 샘플을 취하고, 이를 적혈구가 제거된 예비처리 유닛으로 이동시킨다. 그 다음에, 샘플의 혈장은 프로토콜에 따라 유체 전달 장치에 의해 혈장 팁 또는 임의의 어세이 팁으로 흡인된다. 혈장을 함유하는 팁은 희석제를 취해 샘플을 어세이 실행에 필요한 정도로 희석한다. 샘플의 일련적인 희석을 이용함으로써 여러가지 상이한 희석이 수행될 수 있다. 예를 들어, 각 어세이 팁 또는 어세이 유닛은 상이한 희석도의 샘플을 함유할 수 있다. 샘플을 유체 전달 장치에 의해 어세이 유닛으로 흡인한 후, 어세이 유닛을 샘플과 인큐베이션하여 존재하는 임의의 표적 피분석물을 포획 표면에 부착시킬 수 있다. 이 실시예에 기술된 인큐베이션은 시스템에서 또는 실온에서 임의의 시간, 예를 들어 10 분간 일어날 수 있거나, 본 원에 기술된 바와 같은 시스템의 가열 장치에서 일어날 수 있다. 어세이 유닛은 어세이를 위한 포획 표면을 가지는 각 개별 어세이 유닛에서 실행되는 어세이에 상응하는 시약에 맞추어진 시약 유닛과 결합될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 제1 시약은 ELISA의 검출기 용액, 예를 들어 포획 표면과 상이한 표지된 항-단백질 항체와 같은 검출기 항체를 포함하는 용액이다. 이후, 검출기 용액을 어세이 유닛으로부터 흡인하고, 용액을 어세이 유닛으로 흡인하여 임의의 과다 검출기 용액을 제거한다. 다수의 세척 단계가 이용될 수 있다. 첨가되는 최종 시약은 검출기 용액을 화학발광에 결합시키도록 야기하는 효소 기질이다. 그 다음에 효소 기질은 어세이 유닛으로부터 방출되며, 어세이 결과가 시스템의 검출기에 의해 판독된다. 기술된 각 단계에서, 인큐베이션이 본 원에 기술된 바와 같이 필요에 따라 일어날 수 있다. 이 실시예에서는, 카트리지를 시스템에 도입한 후 전 공정이 자동화되며, 프로그램가능한 시스템에 대한 프로토콜 또는 명령 집합으로 수행된다.
예시적인 일 방법은 혈액 샘플을 혈액 투입 웰로 전달하는 것으로 진행된다. 이어서, 샘플은 수집 팁으로 취해져 혈장 분리 웰로 삽입될 수 있다. 또 다른 한편으로, 혈액이 혈액 분리기를 함유하는 웰에 직접 침적될 수 있다. 예를 들어, 혈장 분리는 본 원에 기술된 바와 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 혈장 분리는 자기 구슬 및 혈장이 아닌 혈액 성분을 제거하기 위한 항체를 이용하여 진행된다. 그 다음에, 혈장은 샘플이 전혈 수집 팁으로 오염되지 않도록 혈장 수집 팁으로 수행될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 혈장 수집 팁은 예정량의 희석제를 취하여 혈장 샘플을 희석시킬 수 있다. 이어서, 희석된 혈장 샘플은 어세이 유닛(샘플 팁)에 분배되어 포획 표면에 결합된다. 어세이 유닛은 포획 반응이 수행되도록 인큐베이션될 수 있다. 어세이 유닛은 어세이 유닛내 반응물과 결합되도록 접합체를 수집하는데 이용될 수 있다. 접합체는 광 검출기와 같은 검출기에 의해 해당 피분석물을 검출하도록 하는 실체를 포함할 수 있다. 접합체가 어세이 유닛에 첨가되기만 하면, 반응이 인큐베이션될 수 있다. 도 1의 예시적인 장치를 이용한 예시적인 방법에서, 접합체용 세척액을 함유하는 시약 유닛이 임의의 피분석물 검출을 방해할 수 있는 임의의 과량의 접합체를 제거하기 위해 어세이 유닛(샘플 팁)에 접근한다. 세척으로 과량의 접합체가 제거된 후, 기질이 검출용 어세이 유닛에 첨가될 수 있다. 또한, 도 1의 실시예 및 이 방법에서, 수집 및 샘플 분배를 제외한 본 문단에 기술된 모든 방법을 수행하는데에 캘리브레이터 팁 어세이 유닛이 이용될 수 있다. 캘리브레이터 팁 어세이 유닛을 이용한 검출 및 측정을 이용하여 샘플로부터의 피분석물 검출 및 측정을 교정할 수 있다. 이하에, 본 실시예에 사용된 것과 유사한 다른 공정 및 방법이 설명된다.
해당 피분석물을 함유할 것으로 예상되는 임의의 체액이 본 발명의 시스템 또는 장치와 연계하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에 있는 투입 웰 또는 샘플 수집 유닛은 통상적으로 사용되는 임의 타입의 체액을 수집할 수 있으며, 이로는 혈액, 혈청, 타액, 소변, 위액 및 소화액, 눈물, 대변, 정액, 질액, 조직 샘플로부터 추출한 종양 조직 유래 간질액 및 뇌척수액이 있으나 이들에 한정되지는 않는다. 일 구체예에 있어서, 체액은 혈액이며, 핑거스틱으로 얻을 수 있다. 일 구체예에 있어서, 체액 샘플은 혈장 샘플이다.
체액은 환자로부터 추출할 수 있으며, 랜싱(lancing), 주사 또는 피펫팅을 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 방법에 의해 장치에 분배시킬 수 있다. 일 구체예에 있어서, 란셋은 피부를 천공하고, 예를 들어, 중력, 모세관 작용, 흡인 또는 진공력을 이용하여 샘플을 장치로 전달한다. 란셋은 장치선상, 판독기 어셈블리의 일부 또는 스탠드 단독 성분일 수 있다. 필요에 따라, 란셋은 각종 기계적, 전기적, 전자기계적, 또는 임의의 다른 공지된 활성화 메카니즘 또는 이러한 방법의 임의의 조합으로 작동될 수 있다. 작동 메카니즘이 필요치 않은 다른 구체예에 있어서, 예를 들어, 타액 샘플로 수행될 수 있는 바와 같이, 환자는 단순히 체액을 장치로 제공할 수 있다. 수집된 유체는 장치의 수집 웰 또는 유닛에 놓일 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 장치내에 사용자 작동 란셋 및 샘플 수집 모세관이 있다.
본 원에 기술된 방법 또는 장치와 함께 사용되는 체액의 부피는 일반적으로 약 500 마이크로리터 미만이며, 또한 약 1 내지 100 마이크로리터일 수 있다. 필요에 따라, 1 내지 50 마이크로리터, 1 내지 40 마이크로리터, 1 내지 30 마이크로리터, 1 내지 10 마이크로리터 또는 심지어 1 내지 3 마이크로리터의 샘플이 피검자 유체 장치를 사용하여 피분석물을 검출하는데 이용될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 샘플은 20 마이크로리터이다.
일 구체예에 있어서, 장치, 시스템 또는 방법을 이용하여 피분석물을 검출하는데 이용되는 체액의 부피는 체액 한방울이다. 예를 들어, 손가락을 찔러서 취한 혈액 한방울이 본 발명의 장치, 시스템 또는 방법을 이용하여 분석되는 체액 샘플로 제공될 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 체액은 추가의 처리없이 체액에 존재하는 피분석물을 검출하는데 직접 사용된다. 그러나, 필요에 따라, 체액은 장치로 분석을 수행하기 전에 예비처리될 수 있다. 예비처리제 선택은 사용한 체액 타입 및/또는 조사하는 피분석물 특성에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 피분석물이 체액 샘플중에 낮은 수준으로 존재하는 경우, 샘플은 피분석물을 풍부하게 하는 임의의 통상적인 수단을 이용하여 농축될 수 있다. 피분석물을 농축하는 방법은 건조, 증발, 원심분리, 침강, 침전 및 증폭을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다. 피분석물이 핵산인 경우, 이는 제조업자가 제공한 설명서 대로 다양한 용해 효소 또는 화학 용액 또는 핵산 결합 수지를 이용하여 추출될 수 있다. 피분석물이 세포상 또는 세포내에 존재하는 분자인 경우, 추출은 EDTA 또는 헤파린과 같은 항응고제, SDS와 같은 변성 세정제 또는 Thesit, 소듐 데실레이트, 트리톤 X-100 및 트윈-20과 같은 비변성 세정제를 예로 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는 용해제를 이용하여 수행될 수 있다.
일 구체예에 있어서, 피검자는 주사기를 이용하여 체액 샘플을 수집한다. 샘플은 모세관을 통해 주사기로 유입될 수 있다. 혈액 샘플내 피분석물을 측정하는 일 구체예에 있어서, 피검자는 핑거스틱으로 유리 모세관 외부 끝을 혈액에 접촉하여 혈액이 모세관 현상으로 흡인되어 모세관을 부피로 채우도록 한다. 일부의 경우에 있어서, 샘플 부피는 알려진 것이다. 일부 구체예에 있어서, 샘플 부피는 약 5 내지 20 마이크로리터이거나, 본 원에 기술된 바와 같은 다른 부피 범위이다.
다른 구체예에 있어서, 혈액 샘플로부터 실질적으로 적혈구가 없는 혈장 샘플을 얻기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 어세이를 수행하는 경우, 피분석물은 종종 혈장내에 함유되며, 적혈구는 반응을 방해할 수 있다.
혈액 샘플을 측정하는 경우, 해당 피분석물은 종종, 혈청 또는 혈장이다. 임상 목적을 위해, 다수 혈액 검사의 최종 보고된 농도가 희석 샘플내 혈청 또는 혈장 농도를 연관시키는데 필요한 경우가 종종 있다. 많은 경우, 혈청 또는 혈장이 실험실에서 선택되는 검사 매체이다. 어세이, 희석 및 적혈구 제거를 수행하기 전에 두번의 작업이 필요할 수 있다. 혈액 샘플은 적혈구가 차지하는 샘플 부피 비율이 상당히 상이하다(약 20 내지 60%로 변하는 헤마토크릿(hematocrit)). 또한, 어세이 시스템이 비전문가에 의해 행해지는 현장 진료 환경에서, 얻은 샘플의 부피는 의도하는 것이 아닐 수 있다. 부피 변화가 인식되지 않으면, 이는 보고된 피분석물 농도에 오차로 이어질 수 있다.
상이한 관련 구체예에 있어서, 본 발명은 혈액 샘플을 샘플 수집 유닛에서 자화성 입자[여기에서, 자화성 입자는 혈액 샘플의 비혈장 부분을 결합시키기 위한 항체 포획 표면을 포함함]의 존재하에 혼합하고, 혈장 수집 영역 위로 혼합 혈액 샘플에 자기장을 적용하여 혈장 수집 영역 상부에 혈액 샘플의 비혈장 부분을 현탁시킴으로써 혈액 샘플로부터 혈장을 회수하는 단계를 포함하는, 혈액 샘플로부터 혈장을 회수하는 방법을 제공한다.
혈액 샘플을 처리하기 위해, 본 발명의 장치 또는 시스템은 적혈구에 결합하여 혈장으로부터 적혈구를 자기적으로 제거할 수 있는 자기 시약 또는 물체를 포함할 수 있다. 시약은 동결건조 형태로 제공될 수 있으나, 액체 분산물로도 존재할 수 있다. 자화성 입자(예를 들어, 약 1 마이크로미터 크기)로 구성된 시약은 적혈구 항원 또는 일부 적합 분자에 대한 항체로 코팅될 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 시약은 또한 비표지되거나 적합 부분(예: 비오틴, 디곡시게닌 또는 플루오레세인)으로 표지될 수 있는 적혈구 표면 항원에 대한 비결합 항체를 포함한다. 혈액 샘플을 분석하는 일 구체예에 있어서, 희석 샘플내 적혈구는 용액상 항체를 보조로 하여 자화성 입자와 공응집한다. 다른 한편으로, 적혈구 표면 탄수화물을 인식하는 렉틴이 공응집제로서 사용될 수 있다. 때로는, 적혈구 응집제 조합물이 사용된다. 또한, 본 발명의 장치는 샘플로부터 적혈구를 분리하기 위해 유리섬유 패드와 같은 혈액 필터를 포함할 수 있다.
혈액이 자기 시약과 혼합되는 경우, 전부는 아니지만, 많은 경우에 있어서, 적혈구가 자화성 입자와 혼합 응집물을 형성하는 공응집이 일어날 수 있다. 시약 용해 및 혼합 공정은 본 발명의 팁 또는 수집 팁, 피펫-류 팁을 이용하여 반복적인 흡인으로 추진된다. 자기성 매스 형성 후, 매스는 혈장이 팁 밖으로 나오게 함으로써 매스를 그 자리에 유지하는 자기 이용으로 혈장으로부터 분리될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 혈장은 수직 배향의 중력으로 팁 밖으로 나오는 반면, 자기는 매스를 그 자리에 유지시킨다. 다른 구체예에 있어서, 혈장은 진공 또는 압력 수단에 의해 팁 밖으로 나오는 반면, 매스는 팁내에 유지된다. 혈장은 본 발명의 웰, 다른수집 팁 또는 어세이 유닛에 침적될 수 있다.
본 발명의 혈장 분리 방법에 대한 일예가 도 9A 내지 9E에 도시되었다. 도 9A에서, 전혈 샘플 (901)이, 예를 들어 약 20 마이크로리터의 양으로 본 원에 기술된 바와 같이 샘플 팁 (910)으로 흡인된다. 그 다음에, 전혈 샘플 (901)은 일 실시예 장치의 분리 웰 (920) (예를 들어, 자기 비드 또는 입자를 함유하는 웰)에 침적된다. 도 9B는 분리 웰의 전혈 샘플 (902)(예를 들어, 자기 비드 입자 및 자유 결합 분자)에서 자기 시약의 현탁 및 혼합 방법을 예시한다. 도 9C는 팁 (910)의 손실을 방지하기 위해 사용될 수 있는 10 마이크로리터 공기 슬러그 (930)를 예시한다. 혼합 전혈 샘플 및 자기 시약 (902)은 응집 반응이 일어나도록 수 초(예를 들어, 60 내지 180 초)간 인큐베이션될 수 있다.
도 9D는 자기장 (940)을 전혈 세포 및 자기성 시약 혼합물 (902)에 인가하는 것을 예시한다. 자기장 (940)은 당 업계에 공지된 시스템 또는 임의의 자기 수단과 함께 도입되는 자기 칼라 (942)에 의해 인가될 수 있다. 자기장 (940)은 자기 시약에 부착되는 모든 입자를 끌어들인다. 이러한 방식으로, 자기 시약에 부착되지 않은 혈장 (903)은 전혈 샘플의 비혈장 부분과 분리될 수 있다.
도 9E는 본 원에 기술된 자기 시약에 의해 분리된 혈장 샘플 (903)을 본 원에 기술된 바와 같은 장치의 웰 또는 유닛 (950)으로 분배시키는 방법을 예시한다. 혈장 샘플 (903)은 또한 당업자들에게 자명한 바와 같이, 어세이 장치의 임의의 다른 분류와 마찬가지로 수집 팁 또는 어세이 유닛에 분배될 수 있다. 도 9E에서, 자기장 (940)은 혈장 샘플 (903)을 분배시키는 팁 (910)과 함께 이동하는 것을 예시한다. 이 실시예에 있어서, 5 내지 8 마이크로리터의 혈장이 20 마이크로리터 전혈 샘플로부터 제거된다. 본 발명의 방법을 이용하여 전혈 샘플의 1 내지 99%가 혈장 분리될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 전혈 샘플 부피의 25 내지 60%가 분리될 수 있는 혈장이다.
기술된 바와 같은 방법의 다른 예시적인 단계가 완료될 수 있다. 혈장 샘플을 다른 웰 또는 유닛으로 이동시키기 위해, 모세관 혈장 수집 팁(로봇 시스템 또는 본 발명의 임의의 다른 시스템으로 작동될 수 있음)은 모세관 및 흡인력으로 혈장 샘플을 수집한다. 다른 단계는 혈장 샘플을 희석제에 분포시킨 다음에, 샘플을 희석제로 희석시킬 수 있는 단계를 포함한다. 이어서, 희석된 혈장 샘플은 수집 팁에 의해 예정 부피로 수집될 수 있다. 그 다음에, 희석된 혈장 샘플이 혼합되고, 본 발명의 장치의 하나 또는 다수 어세이 유닛으로 분배될 장치의 웰 또는 유닛으로 분배될 수 있다. 샘플은 또한 당업자들에게 자명한 바와 같이, 임의의 다른 유형의 장치, 예컨대 미량역가판에 분배될 수 있다.
도 9A 내지 9E에 예시된 실시예 공정은 본 원에 기술된 것 외의 다른 장치 및 시스템과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체 전달 팁은 응집 매스를 함유할 수 있고, 혈장은 미량역가판에 침적될 수 있다. 당업자들에게 자명한 다른 장치 및 시스템을 이용하여 본 원에 기술된 바와 같은 혈장 분리 실시예를 수행할 수 있다.
체액 샘플은 또한, 예컨대 희석이 가능한 샘플 수집 장치를 이용하여 다른 다양한 방법으로 희석될 수 있다. 샘플 수집 장치 하우징은 튜브를 포함할 수 있다. 이 튜브에서, 두개의 이동가능한 씰(seal)은 한 부피의 희석제를 포함할 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 희석제 부피는 예정된 것이며, 예를 들어 약 50 마이크로리터 내지 1 밀리리터, 바람직하게는 약 100 마이크로리터 내지 500 마이크로리터 범위이다.
일 측면으로, 체액 샘플을 유체 장치에 제공하는 단계[여기에서, 유체 장치는 체액 샘플을 함유하도록 구성된 샘플 수집 유닛; 어세이 유닛 어레이(여기에서, 상기 어세이 유닛 어레이의 개별 어세이 유닛은 검출하고자 하는 상기 다수 피분석물중 개별 피분석물의 지표가 되는 신호를 산출하는 화학 반응이 일어나도록 구성됨); 및 시약 유닛 어레이(여기에서, 상기 시약 유닛 어레이의 개별 시약 유닛은 시약을 함유함)]를 포함하는, 체액 샘플내 다수 피분석물의 자동 검출 방법이 제공된다. 이 방법은 또한 유체 전달 장치를 사용하여 개별 어세이 유닛을 관련시키는 것을 포함할 수 있다. 방법의 연속으로, 체액 샘플은 유체 전달 장치를 이용하여 샘플 수집 유닛으로부터 개별 어세이 유닛으로 전달될 수 있으며, 개별 시약 유닛으로부터의 시약이 개별 어세이 유닛으로 전달됨으로써 시약이 체액 샘플과 반응하여 검출하고자 하는 다수의 피분석물에서 개별 피분석물의 지표가 되는 신호를 산출할 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 유체 전달 장치는 다수의 헤드를 포함하며, 여기에서, 다수 헤드의 개별 헤드는 개별 어세이 유닛과 연관되도록 구성되며; 상기 유체 전달 장치는 샘플 수집 유닛으로부터 체액 샘플 및 개별 시약 유닛으로부터 개별 어세이 유닛으로 시약이 직접 유체 전달되도록 구성되는 프로그램가능한 프로세서를 포함한다.
일부 경우에, 예를 들어, 사용자, 피검자 또는 제조업체에 의해 프로그램가능한 프로세서에 대한 명령이 제공된다. 명령은 개인 전자 장치 또는 서버와 같은 외부 장치로부터 제공될 수 있다. 명령은 체액 샘플을 개별 어세이 유닛으로 운송하는 단계에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, 체액 샘플의 운송 단계는 검출하고자 하는 다수 피분석물에서 개별 피분석물의 지표가 되는 신호를 검출가능한 범위내에 놓이게 하는 개별 어세이 유닛내 체액 샘플의 희석도에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예에서, 체액 샘플의 희석도는 적어도 두개의 개별 피분석물의 지표가 되는 신호를 본 원에 기술된 바와 같은 검출가능한 범위내에 놓이도록 한다.
본 원에 기술된 방법에 의해 검출된 피분석물 또는 다수 피분석물이 특정 범위내인지 또는 밖에 있는지를 결정하기 위해 패턴 인식 기술이 이용될 수 있다. 예를 들어, 인식가능한 범위밖의 검출가능한 신호는 배제될 수 있다. 특정 범위가 시약 및 어세이 유닛의 유체 장치 교정동안 확립될 수 있다. 예를 들어, 범위는 장치가 적기(just-in-time) 방식으로 조립되는 경우 확립된다.
일부의 경우, 낮은 희석 계수 또는 희석도로 검출되는 피분석물의 검출가능한 신호가 더 높은 희석 계수의 것을 능가하는 경우, 더 낮은 희석 결과는 무효로 배제될 수 있다. 대부분의 경우, 상이한 희석도로 샘플로부터의 신호에서 유래되는 샘플내 피분석물 농도는 희석도가 낮음에 따라 더 커진다. 이러한 현상이 일어나면, 어세이 결과는 검증될 수 있다. 본 원에서 제공되는 시스템, 장치 및 방법은 많은 POC 장치가 제공할 수 없는 것으로 기술된 바와 같은 품질 제어 규칙의 유연성을 제공한다. 시스템, 장치 및 방법은 실험실 환경에서 예측될 수 있는 많은 품질 제어 규칙을 제공한다.
일 구체예에 있어서, 샘플은 고감수성 및 저감수성 어세이 둘 다에 만족할만한 비로 희석된다. 예를 들어, 샘플 대 희석제의 희석비는 약 1:10,000 내지 1:1일 수 있다. 장치는 샘플을 분리된 위치 또는 정도로 희석시킬 수 있다. 장치는 또한 피검자에 대한 샘플을 일련적으로 희석시킬 수 있다. 다른 경우, 장치 또는 시스템에서 일련의 희석은 샘플을 10,000,000,000:1 이하로 희석시킬 수 있다.
구체예에 있어서, 검출용 피분석물을 함유하는 샘플은 흡인-, 주사기- 또는 피펫-타입 작용에 의해 제1 위치로부터 제2 위치로 이동될 수 있다. 샘플은 모세관 작용 또는 감소된 대기압에 의해 반응 팁으로 추출될 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 샘플은 본 발명의 장치의 어세이 유닛 어레이 및 본 발명의 장치 하우징내 상이한 웰을 비롯하여, 여러 위치로 이동된다. 본 원에 기술된 바와 같이, 샘플 이동 공정이 본 발명의 시스템에 의해 자동화될 수 있다.
샘플을 함유하는 어세이 유닛 및/또는 수집 팁이 또한 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다. 어세이 유닛 또는 수집 팁의 이동은 자동화될 수 있고, 사용자 한정 프로토콜로 수행될 수 있다.
일 구체예에 있어서, 어세이 유닛은 본 발명의 시약 유닛으로부터 시약을 수집하기 위해 이동된다. 많은 구체예에 있어서, 어세이 유닛 이동은 자동화된다. 흡인-, 주사기- 또는 피펫-타입의 작용이 시약을 시약 유닛으로부터 어세이 유닛으로 수집하는데 이용될 수 있다.
샘플이 포획 표면을 포함하는 어세이 유닛에 첨가되기만 하면, 전체 유닛은 어세이 유닛의 포획 표면과 샘플간 반응을 허용하도록 하는 시간동안 인큐베이션될 수 있다. 반응을 인큐베이션하는데 필요한 시간의 양은 실행하는 어세이 타입에 좌우되는 경우가 종종 있다. 공정은 본 발명의 시스템에 의해 자동화될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 인큐베이션 시간은 30 초 내지 60 분이다. 다른 구체예에 있어서, 인큐베이션 시간은 10 분이다.
어세이 유닛은 또한 승온에서 인큐베이션될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 어세이 유닛은 약 20 내지 70 ℃ 범위에서 인큐베이션된다. 어세이 유닛 및/또는 어세이 유닛 내용물의 온도를 상승시키기 위하여 어세이 유닛은 가열 브록에 삽입될 수 있다.
본 발명의 방법의 일 구체예에 있어서, 샘플이 유닛에 첨가된 후에 접합체가 어세이 유닛에 첨가된다. 접합체는 어세이 유닛에서 포획 표면에 의해 포획된 피분석물을 표지하기 위한 분자를 함유할 수 있다. 접합체 및 포획 표면의 예는 이후 본 원에 기술된다. 접합체는 시약 유닛내에 함유된 시약일 수 있다. 접합체는 흡인-, 주사기- 또는 피펫-타입의 작용에 의해 어세이 유닛에 분배될 수 있다. 접합체가 어세이 유닛에 분배되면, 어세이 유닛은 접합체가 어세이 유닛내 피분석물과 반응하도록 인큐베이션될 수 있다. 인큐베이션 시간은 어세이 또는 검출되는 피분석물 타입에 의해 결정될 수 있다. 인큐베이션 온도는 반응에 적절한 임의의 온도일 수 있다.
일 측면으로, 체액 샘플내 피분석물의 자동 검출 장치를 교정하는 방법이 제공된다. 장치는 피분석물의 존재 또는 부재의 지표가 되는 검출가능한 신호를 산출하는 화학 반응을 실행하도록 구성된 주소지정 가능한 어세이 유닛 어레이, 및 주소지정 가능한 시약 유닛 어레이를 포함할 수 있으며, 여기에서 어레이의 주소지정 가능한 시약은 각각 상기 장치에서 하나 이상의 주소지정 가능한 어세이 유닛에 상응하게 접근되며, 이에 따라 개별 시약 유닛은 어레이가 장치상에 조립되기 전에 상응하는 어세이 유닛(들)을 기준으로 교정된다. 어세이 유닛 및 시약 유닛이 장치상에 조립되기 전에 이들을 교정함으로써 장치가 교정된다. 그 다음으로, 교정 성분들을 이용하여 장치를 어셈블함으로서 장치를 제작할 수 있고, 방법 및 시스템이 장치의 모듈 성분을 이용하게 된다.
교정은 어세이 유닛 및 시약 유닛을 본 발명의 장치내에 어셈블하기 전에, 접합체와 같은 어세이 시약 성능을 측정함으로써 예비확립될 수 있다. 교정 정보 및 알고리듬을 어세이 시스템에 무선적으로 연결된 서버에 저장할 수 있다. 교정은 중복 시스템내 상이한 위치에서 수행되는 어세이에 의해, 또는 어세이 시스템이 사용되는 경우에 얻은 정보를 활용하여 앞서서 또는 소급적으로 실시될 수 있다.
일 측면으로, 체액 샘플의 희석도를 측정하거나 검증하기 위한 대조 물질이 장치 또는 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, ELISA와 같은 고상을 기반으로 한 어세이의 또 다른 중요한 점은 어세이가 기능 파괴없이 품질 제어가 어려운 고상 시약을 사용한다는 것이다. 본 원의 시스템 및 방법은 자동 혼합 및/또는 희석의 일회용 장치를 사용하여 POC 시스템에서 이루어지는 희석을 결정하는 방법을 제공한다.
일 구체예에 있어서, 방법은, 예를 들어, 결과 보고전에 데이터를 분석하기 위해 실시간 서버를 이용한 소급적 분석을 제공한다. 예를 들어, 어세이가 수행되고, 대조 어세이가 이 어세이와 병행하여 수행될 수 있다. 대조 어세이는 샘플의 예상되는 희석 측정치를 제공한다. 일부 실시예에 있어서, 대조 어세이는 샘플의 희석을 입증할 수 있고, 따라서 어세이용 샘플 희석 또는 시스템내 다수 어세이 실행은 정확한 것으로 간주될 수 있다.
액체 샘플의 부피를 측정하는 방법은 액체 샘플내 기지량의 대조 피분석물을 시약과 반응시켜 대조 피분석물의 지표가 되는 검출가능한 신호를 산출하고; 상기 검출가능한 신호 강도를 상기 검출가능한 신호의 예상 강도와 비교하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 신호의 예상 강도는 액체 샘플의 예상 부피를 나타내고, 상기 비교는 측정되는 상기 액체 샘플의 상기 부피 측정을 제공한다. 많은 경우에, 대조 피분석물은 상기 액체 샘플에 검출가능한 양으로 존재하지 않는다.
일 구체예에 있어서, 방법은 상기 액체 샘플의 부피를 검증하는 방법을 추가로 포함하며, 여기에서, 측정된 샘플의 부피는 예상되는 액체 샘플 부피의 약 50% 이내이다.
예를 들어, 본 원에 기술된 장치 또는 시스템을 사용하는 방법은 표적 피분석물을 함유하는 체액 샘플을 시약과 반응시켜 대조 피분석물의 지표가 되는 검출가능한 신호를 산출하고; 상기 액체 샘플의 상기 부피 측정 및 표적 피분석물임을 제시하는 상기 검출가능한 신호 강도를 사용하여 체액 샘플내에서 표적 피분석물의 양을 측정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 액체 샘플 및 체액 샘플은 동일한 샘플일 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 대조 피분석물은 체액 샘플내 표적 피분석물과 반응하지 않고, 따라서 검출된 표적 피분석물과 상호작용하지 않는다.
일부의 경우, 액체 샘플 및 체액 샘플은 상이한 액체 샘플이다. 예를 들면, 물과 같은 대조 액체 및 혈액 샘플이다. 또 다른 예는 타액 샘플 및 혈액 샘플이다.
대조 피분석물은 플루오레세인-표지된 알부민, 플루오레세인 표지된 IgG, 항-플루오레세인, 항-디곡시게닌, 디곡시게닌-표지된 알부민, 디곡시게닌-표지된 IgG, 비오티닐화 단백질, 비인간 IgG일 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 예시적인 다른 대조 피분석물은 당업자들에게 자명할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 대조 피분석물은 인간 체액 샘플에서 발생하지 않는다.
샘플내에서 다수 피분석물을 검출하도록 구성된 본 원에 기술된 바와 같은 POC 시스템에서, 시스템은 액체의 희석 및 혼합능을 가질 수 있다. 많은 경우, 자동 시스템 또는 사용자는 실질적으로 이루어진 희석 및 시스템 교정으로의 희석 계수를 측정하기 위해 대조 어세이를 이용할 수 있다. 예를 들어, 대조 피분석물은 관심 샘플에서 전혀 발견되지 않을 수 있고, 시약 유닛으로 건조될 수 있다. 건조된 대조 피분석물의 양은 공지의 것일 수 있으며, 시약 유닛내 샘플과 혼합될 수 있다. 샘플의 부피 및 샘플에 행해진 임의의 희석을 제시할 목적으로 피분석물 농도가 측정될 수 있다.
면역어세이를 위한 대조 피분석물의 예로는 플루오레세인-표지된 단백질, 비오티닐화 단백질, 플루오레세인-표지, Axlexa™-표지, 로다민-표지, 텍사스 레드(Texas Red)-표지, 면역글로불린을 들 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어 표지는 단백질 분자당 적어도 두개의 합텐을 연결함으로써 이룰 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 단백질 분자당 1 내지 20개의 합텐이 연결된다. 다른 구체예에 있어서, 단백질 분자당 4 내지 10개의 합텐이 연결된다. 많은 단백질이 합텐이 부착될 수 있는 다수의 자유 아미노기를 가지고 있다. 많은 경우, 합텐-변경된 단백질은 안정하며 가용성이다. 또한, 플루오레세인 및 텍사스 레드와 같은 합텐은 고친화성이 이루어질 수 있도록 하기에 충분히 크고 견고하다(예를 들어, 합텐은 항체 결합 부위를 채우기에 충분히 크다). 일부 구체예에 있어서, 합텐은 플루오레세인 이소시아네이트 및 플루오레세인 카복실산 NHS 에스테르와 같은 시약을 이용하여 단백질에 부착됨으로써 어세이 시스템에 의해 인식되는 부분이 합텐인 대조 피분석물을 생성할 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 방법은 건조된 대조 피분석물을 이용한다. 일부 실시예에 있어서, 건조된 대조 피분석물은 샘플 희석을 방지하며, 대조 피분석물을 더욱 안정하게 만들 수 있다. 건조된 대조 피분석물은 액체 샘플에 노출시 신속하고/완전하게 용해되도록 제제화될 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 대조 피분석물은 항체가 고친화성인 피분석물일 수 있다. 일부의 경우, 대조 피분석물은 임의의 내인성 샘플 성분과 가교 반응을 하지 않는 피분석물일 수 있다. 또한, 예를 들어, 피분석물은 비용이 저렴하고/하거나, 제조가 용이할 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 대조 피분석물은 본 원에 기술된 장치 또는 시스템 수명에 걸쳐 안정하다. 공유적으로 결합된 합텐을 가지는 피분석물을 생성하기 위해 사용되는 예시적인 담체는 알부민, IgG 및 카세인을 예로 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는 단백질을 포함한다. 공유적으로 결합된 합텐을 가지는 새로운 피분석물을 생성하기 위해 사용되는 예시적인 폴리머 담체는 덱스트란, 폴리-비닐피롤리돈을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 대조 피분석물을 제제화하고 안정화시키기 위해 사용되는 예시적인 부형제는 수크로스, 염 및 완충제(예: 인산나트륨 및 트리스 클로라이드)를 포함하나 이들에 한정되지 않는다.
본 원에 기술된 바와 같은 대조 피분석물 및 방법은 본 원에 기술된 실시예를 비롯하여 각종 방법에 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 방법으로 샘플의 부피를 측정할 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 방법은 샘플의 희석 또는 희석 계수 또는 희석도를 측정한다. 일부의 경우, 방법은 샘플내 대조 피분석물의 농도를 제공한다. 다수의 피분석물을 검출하기 위한 본 원에 기술된 시스템 또는 장치에서, 대조 피분석물을 사용하는 본 원 방법으로부터의 측정을 이용하여 표적 피분석물의 측정을 검증하거나 설명할 수 있다. 예를 들어, 다수의 헤드를 구비한 유체 전달 장치가 액체를 대조 유닛을 비롯하여 다수의 어세이 유닛으로 분배시키기 위해 사용될 수 있다. 일부의 경우, 다수의 유닛에 분배된 액체의 양은 개별 유닛 간에 동일하거나 유사한 것으로 추정될 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 대조 피분석물에 의한 본 원에 기술된 방법을 이용하여 정확한 샘플의 부피가 장치 또는 시스템내에 수집되었거나 활용되는지를 검증할 수 있다. 다른 구체예에 있어서, 방법은 샘플에 제공되는 희석제의 정확한 부피를 검증한다. 또한, 희석 계수 또는 희석도도 검증될 수 있다. 또 다른 구체예에 있어서, 대조 피분석물을 이용한 방법은 다수의 유닛에 분배되는 희석 샘플의 정확한 부피를 검증한다.
도 10은 기지량의 대조 피분석물을 포함하는 본 원에 기술된 바와 같은 대조 어세이의 예시적인 방법을 입증한다. 카트리지로 어셈블리되기 전 유닛 (1010)은 기지 질량의 대조 피분석물 (1002)을 포함하는 용액 (1001)으로 채워질 수 있다. 용액의 액체는 제거될 수 있고, 유닛 (1010)은 건조되어 유닛 (1010)에 대조 피분석물 (1002)을 남길 수 있다. 이이서, 유닛 (1010)은 장치로 삽입되고, 사용되도록 운송될 수 있다. 유닛 (1010)이 사용되어 샘플 또는 희석제 (1003)를 수용하는 경우, 샘플 (1003)은 예상 부피로 전달될 수 있으며, 유닛 (1010)내 건조된 대조 피분석물 (1002)과 혼합되어 예상 농도의 대조 용액 (1004)을 생성할 수 있다. 대조 용액 (1004)은 임의로 희석될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 대조 피분석물 (1002)은 장치의 표적 피분석물과 동일한 방식으로 검출될 수 있다. 대조 용액 (1004) 중의 대조 피분석물 농도가 측정된다. 농도 측정은 대조 용액 (1004)을 생성하기 위해 첨가된 샘플 (1003)의 부피를 계산하는데 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 측정된 샘플 (1003)의 부피를 샘플 (1003)의 예상 부피와 비교할 수 있다.
일 실시예로, 적혈구가 혈액 샘플로부터 제거될 수 있다. 그러나, 일부 적혈구가 남아 있거나, 적혈구가 혈액 샘플로부터 제거되지 않는 경우, 대조 피분석물에 의한 방법을 이용하여 혈액 샘플내 적혈구로부터의 효과를 검사할 수 있다. 헤마토크릿은 상당히 변화될 수 있기 때문에(예를 들어, 총 샘플 부피의 20 내지 60%), 혈액의 고정 또는 예상 부피(v) 량의 피분석물이 헤마토크릿으로 기능할 수 있다(여기에서 H는 소수로 표시됨). 예를 들어, 혈장에서 농도가 C인 피분석물의 양은 C*v*(1-H)이다. 따라서, 헤마토크릿 0.3인 샘플의 양은 헤마토크릿 0.5인 샘플 양의 1.4 배이다. 예시적인 구체예에 있어서, 비희석 혈액이 기술된 장치로 분배될 수 있으며, 적혈구는 제거될 수 있다. 그 다음으로, 혈장 부분중의 대조 피분석물 농도를 측정하여 샘플의 혈장 부피를 추정하고, 헤마토크릿을 결정할 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 비결합 접합체가 부정확한 검출을 생성하는 것을 방지하도록, 비결합 접합체가 반응 부위로부터 세척될 필요가 있다. 많은 면역어세이의 제한 단계는 세척 단계이다. 최소 이월 및 고감수성 보상은 비결합된 접합체의 세척 제거에 따른다. 웰로부터 세척 액체를 제거하는 것이 어렵기 때문에(예를 들어, 자동 수단에 의해), 세척 단계는 미량역가판 포맷에서 선택적으로 제한될 수 있다. 본 발명의 어세이 유닛 장치 및 시스템은 액체 취급시 다수의 이점을 가질 수 있다. 한가지 이점은 어세이의 신호 대 노이즈 비의 개선이다.
접합체가 장치의 어세이 유닛 가장자리에 들러붙는 경우, 예를 들어, 과량의 세척 용액이 존재하지 않는다면, 접합체 제거가 어려울 수 있다.
접합체 세척은 세척 용액을 위에서 밀어 넣거나, 또는 세척 용액을 위로 뽑아 내고, 샘플 로딩과 유사한 액체를 방출시킴으로써 일어날 수 있다. 세척은 필요에 따라 수회 반복될 수 있다.
어세이에 세척 완충제를 사용하는 경우, 장치는 시약 유닛에 세척 완충제를 저장할 수 있고, 어세이 유닛은 세척시 유체 소통될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 세척 시약은 세척에 의해 어세이 유닛으로부터 비결합된 시약을 약 99, 99.9 또는 99.999% 제거할 수 있다. 일반적으로, 바람직하지 않은 백그라운드 신호를 고도로 감소시키는 고도의 세척 효율이 바람직하다. 세척 효율은 전형적으로 주어진 어세이로부터의 신호 대 세척 단계가 없는 어세이에 의해 생성된 총 신호량의 비로서 정의되며, 일상적인 실험으로 용이하게 결정될 수 있다. 일반적으로는 주어진 어세이로부터의 신호 희생없이 세척 용액의 부피 및 인큐베이션 시간을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 세척은 약 50 ㎕ 내지 약 5000 ㎕의 세척 완충제, 바람직하게는 약 50 ㎕ 내지 약 500 ㎕ 세척 완충제로 약 10 내지 약 300 초동안 수행된다.
또한, 소부피 세척 용액을 수회 사이클로 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 이때 사이클은 세척 용액이 사용되지 않는 기간으로 분리된다. 이러한 과정으로 확산성 세척이 가능하며, 여기에서는 표지된 항체가 경시적으로 벌크 세척 용액으로 확산되어 느슨하게 결합된 모서리 또는 표면과 같은 어세이 유닛 부분을 보호하게 되며, 이어서 세척 용액이 반응 부위로부터 이동하면 제거될 수 있다.
많은 구체예에 있어서, 최종 단계는 접합체를 검출하기 위해 광 또는 전기 수단으로 효소 기질을 분배하는 단계이다. 기질의 예는 이후 본 원에 기술된다.
예를 들어, 본 원 장치의 개별 시약 유닛내 시약은 면역어세이용 효소 기질일 수 있다. 다른 구체예에 있어서, 포획 부위에서의 반응 후에 개별 시약 유닛으로부터 기질 시약을 이송시키는 단계가 반복될 수 있다. 예를 들어, 효소 기질은 반응 부위로 이송되어 인큐베이션될 수 있다. 생성된 어세이 신호 측정 후, 사용된 기질은 제거되어 새로운 기질로 대체되고 어세이 신호가 재측정될 수 있다. 기질의 제1 적용 및 제2 적용 둘 모두로부터 개별 피분석물을 나타내는 신호가 본 원에 기술된 바와 같은 시스템을 이용하여 검출될 수 있다. 제2 기질은 보통 원 기질과 동일하다. 일 구체예에 있어서, 제2 기질은 본 원 장치의 제2 시약 유닛으로부터 반응 부위로 이송된다. 다른 구체예에 있어서, 제2 기질은 원 기질과 동일한 시약 유닛으로부터 반응 부위로 이송된다. 제2 기질의 이송에 따라 개별 피분석물을 나타내는 제2 신호를 발생하는 제2 반응이 창출된다. 원 신호의 강도 및 제2 신호의 제2 강도를 비교하여 개별 피분석물을 나타내는 최종 강도를 산출하고, 어세이가 적절히 수행되었는지를 결정할 수 있다.
일 구체예에 있어서, 다중 신호의 강도를 어세이 품질 대조를 위해 이용할 수 있다. 예를 들어, 신호가 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% 또는 그 이상으로 차이가 나면, 어세이 결과는 무시할 수 있다.
일 구체예에 있어서, 본 원에 기술된 방법은 재로딩 샘플 및/또는 검출기-접합체(효소-표지된 항체) 및/또는 효소 기질 및 어세이 신호를 정정 또는 확인하거나 내부 대조로 사용하기 위한 샘플을 포함한다. 예를 들어, 기능을 검증하고/하거나 제2 신호를 얻기 위한 추가의 샘플 또는 대조 물질을 첨가하기 위해 기술된 바와 같은 어세이 팁 또는 유닛이 재사용될 수 있다.
일부의 경우에, 효소 유닛에 기질을 재로딩하는 방법은 액체 샘플 및 시약을 어세이 유닛으로 자동으로 이송할 수 있는 본 원에 기술된 바와 같은 시스템으로 가능할 수 있다. 일부 어세이는 시스템이 결과를 즉각적으로 또는 스케줄에 따라 전달할 것을 필요로 하지 않으며, 따라서 기술된 바와 같은 결과의 신뢰성을 향상시킬 가능성의 기회를 제공한다. 효소 기질의 첨가 반복 후 얻은 반응을 이용하여 최초 반응을 검증하거나, 스파이크 회복을 산출할 수 있다.
실험에 의해서, 어세이 유닛에 제2 효소 기질을 첨가하게 되면 결과의 재현성이 유지될 수 있는 것으로 입증되었다. 일부 구체예에 있어서, 대조 방법은 어세이 유닛을 이용한 반복 어세이가 예상한 것보다 훨씬 낮은 반응을 제공한다고 나타내었다.
본 원에 기술된 임의의 대조 방법에 의하면, 대조 방법을 실행함으로써 연관될 수 있거나 이로부터 가정될 수 있는 다수의 오차 가능성이 존재한다. 예시적인 어세이 오차는 어세이 유닛 또는 장치의 부적절한 제조, 샘플 및/또는 하나 이상의 시약의 부적절한 흡인, 검출동안 광전자 배증관에 대해 적절하게 위치하지 않은 어세이 유닛 및 장치 또는 시스템에서 어세이 유닛 누락을 포함할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
일부 구체예에 있어서, 본 발명은 피검자 유체 장치 또는 시스템을 사용하여 시험 동물로부터 약제의 효능 및/또는 독성 평가에 유용한 약리 데이터를 얻는 방법을 제공한다.
약제의 임상전 시험에 실험 동물을 사용하는 경우, 대상 피분석물을 검출하기 위해 어세이를 수행하는데 충분한 혈액을 추출하기 위해 시험 대상을 희생시켜야 하는 것이 필요한 경우가 종종 있다. 이는 재정적이면서 윤리적인 문제에 연루되며, 그에 따라 시험 동물로부터 일정량의 혈액을 뽑아내 동물을 희생시킬 필요가 없는 것이 유리할 수 있다. 이는 또한 동일한 시험 동물을 다수 상이한 기간에 걸쳐 시험하도록 할 수 있어서 단일 동물에 대한 약제의 효과를 보다 효과적으로 평가하도록 할 수 있다. 평균적으로, 마우스중의 총 혈액 부피는, 예를 들어, 체중 100 g 당 혈액 6 내지 8 mL이다. 본 발명의 이점은 매우 작은 부피의 혈액만이 마우스 또는 다른 작은 실험 동물에 대해 임상전 실험을 수행하는데 필요하다는 것이다. 일부 구체예에 있어서, 약 1 마이크로리터 내지 약 50 마이크로리터가 채혈된다. 일 구체예에 있어서, 약 1 마이크로리터 내지 10 마이크로리터가 채혈된다. 바람직한 구체예에 있어서, 약 5 마이크로리터의 혈액이 채혈된다.
시험 동물을 생존 상태로 유지하는 것의 또 다른 이점이 임상전 과정 연구에서 드러난다. 예를 들어, 다수의 마우스가 시험 피검자 체액에서의 피분석물 수준을 경시적으로 모니터하는데 사용되는 경우, 다수의 피검자를 사용하여 부가되는 변수가 시험에 도입된다. 그러나, 단일 시험 동물이 일정 시간 과정동안 그 자신의 대조군으로 사용될 경우, 보다 정확하고 유익한 임상전 시험이 수행될 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 대상 장치 또는 시스템을 사용하여 의학적 처치에 대한 환자 수용상태를 자동적으로 모니터링하는 방법이 제공된다. 이 방법은 체액 샘플을 장치내 어세이 시약과 반응시켜 상기 샘플내에서 피분석물의 존재를 나타내는 검출가능한 신호를 제공하고; 상기 장치로 상기 신호를 검출하며; 상기 신호를 상기 의학적 처치와 관련된 공지 프로파일과 비교하여 상기 환자가 상기 의학적 처치를 수용하는지 또는 수용하지 않는지를 결정한 후; 환자에게 수용상태 또는 비수용상태를 통지하는 단계를 포함한다.
다른 구체예에 있어서, 본 발명의 시스템 및 방법은 새로운 바이오마커를 발견하고/하거나, 상기 마커에서 질병 및 치료 결과에 대한 추이를 조합하여 입증하는 수단을 제공한다.
다른 구체예에 있어서, 본 발명의 시스템 및 방법은 바이오마커 수준의 추이및 특정 환자에 대해 최적의 수준으로 약물 용량을 조정하기 위해 사용될 수 있는(예를 들어, 적합한 용량 범위) 당일 환자의 시간에 따른 그날의 정보를 확인할 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 비수용상태는 여러 번 투여하거나 투여하지 않는 것 등과 같이 약제를 부적절하게 투여하는 것을 포함하거나, 약제를 부적절하게 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 바람직한 구체예에 있어서, 환자는 신호가 공지 프로파일과 비교된 후 거의 즉시 통지를 받는다.
임상 시험 환자 또는 피검자는 본 원에 기술된 어세이용 체액 샘플을 채취하는 것을 잊을 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 본 원에 기술된 장치를 사용하여 체액 샘플을 검사하도록 환자에게 경고하는 방법은 환자와 연관된 외부 장치에 탑재된 프로토콜이 상기 장치에서 실행되도록 제공하고; 상기 체액 샘플을 일별 시간별로 검사하는 것을 포함하고; 상기 샘플이 시험되지 않은 경우, 환자에게 상기 체액을 상기 일별 시간별로 검사하도록 통지하는 것을 포함한다. 일부 구체예에 있어서, 환자는 본 원에 기술된 바와 같이 무선적으로 통지받을 수 있다. 치료 요법의 수용은 디스플레이상에서 즉각적인 사용과 환자로부터 반응을 받음으로써(예를 들어, 터치 스크린 방식으로) 개선될 수 있다.
환자는 임의의 통상적인 방법으로, 예를 들어, 약국에서 처방 약물을 입수하는 경우, 장치를 제공받을 수 있다. 마찬가지로, 임상 시험 피검자는 임상 시험을 시작하는 경우 이러한 장치를 제공받을 수 있다. 휴대폰, 이메일 주소, 문자 메시지 주소 또는 다른 무선 통신 수단을 포함하나 이들에 제한되지 않는 환자 또는 피검자의 접촉 정보는 그때 그때 외부 장치에 입력되어 예를 들어, 데이터베이스를 본 원에 기술된 환자 또는 피검자와 연관시킬 수 있다. 외부 장치상의 소프트웨어는 검출 장치로부터 발생한 신호가, 예를 들어 주어진 시간에 외부 장치로 송출되지 않는 경우, 이를 검출할 수 있는 스크립트나 다른 프로그램을 포함할 수 있으며, 이에 따라 외부 장치는 환자에게 체액 샘플을 취하도록 경고를 보낼 수 있다.
일 구체예에 있어서, 시스템은 소비자에게 직접 제공되며, 생활방식 및/또는 운동 관리에 이용된다. 관련 생활방식 및 운동 데이터를 입력하고 근육 손상의 지표가 되는 파라미터 및 무산소 대사산물(예를 들어, 락트산)이 측정될 수 있다. 일부 구체예에 있어서, 시스템은 휴대하기에 충분히 작을 수 있다.
다른 구체예에 있어서, 시스템은 임상전 실험에 보통 사용되는 래트 및 마우스와 같은 작은 동물의 혈액에서 마커를 측정하는데 특히 적합하다. 이러한 동물들은 소 부피의 혈액만을 지니며, 매우 작은 부피의 샘플을 필요로 하는 어세이 시스템은 단일 동물로부터 수개의 샘플이 신속하고 연속적으로 필요한 장기적인 연구에 특히 유용하다. 이러한 구상은 수개의 피분석물이 병행하여 측정될 필요가 있는 경우에 특히 중요하다.
일 구체예에 있어서, 시스템은 다수의 복합적 어세이에 필요한 수개의 요소를 선적에 안전한 형태로 포장하기에 편리한 방식을 포함한다. 예를 들어, 어세이 요소는 하우징에 클릭으로 적합하게 설치된다.
어세이
샘플에서 관심 피분석물을 검출하기 위해 각종 어세이가 본 발명에 따른 유체 장치상에서 수행될 수 있다. 대상 어세이를 수행하는데 이용될 수 있는 다양한 표지가 당업계에서 이용가능하다. 일부 구체예에 있어서, 표지는 분광, 광화학, 생화학, 전기화학, 면역화학 또는 다른 화학 수단에 의해 검출가능하다. 예를 들어, 유용한 핵산 표지는 방사성 동위원소 32P, 35S, 형광염료, 전자-조밀 시약, 효소를 포함한다. 생물학적 성분을 표지하는데 적합한 각종 표지가 공지되었으며, 과학 및 특허 문헌에 심도있게 보고되었고, 일반적으로 생물학적 성분을 표지하기 위해 본 발명에 적용될 수 있다. 적합한 표지는 라디오뉴클레오티드, 효소, 기질, 조인자, 억제제, 형광 부분, 화학발광 부분, 생물발광 표지 또는 비색분석 표지를 포함한다. 시약 한정 어세이 특이성은 임의로, 예를 들어, 모노클로날 항체, 폴리클로날 항체, 단백질, 핵산 프로브 또는 다른 폴리머, 예컨대 친화성 매트릭스, 탄수화물 또는 지질을 포함한다. 검출은 방사성, 형광성 또는 발광성 마커의 분광광도 또는 광학 추적, 또는 크기, 전하 또는 친화성에 준해 분자를 추적하는 다른 방법을 포함하는 공지된 임의의 각종 방법으로 수행될 수 있다. 검출가능한 부분은 검출가능한 물리적 또는 화학적 성질을 가지는 임의의 물질일 수 있다. 이러한 검출가능한 표지는 겔 전기영동, 칼럼 크로마토그래피, 고체 기질, 분광 기술 등의 분야에 잘 확립되어 있으며, 일반적으로 이러한 방법에 유용한 표지가 본 발명에 적용될 수 있다. 따라서, 표지는 분광, 광화학, 생화학, 면역화학, 핵산 프로브-기반, 전기, 광학, 열적 또는 다른 화학 수단에 의해 검출될 수 있는 임의의 조성을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다.
일부 구체예에 있어서, 표지는 당업계에 널리 공지된 방법에 따라 산물, 기질 또는 효소와 같이 검출될 분자에 직접 또는 간접적으로 결합된다. 언급된 바와 같이, 각종 표지가 사용되며, 표지 선택은 필요한 감수성, 화합물의 접합 용이성, 안정성 요구, 이용가능한 기기장치 및 처분 대책에 따른다. 비방사성 표지는 종종 간접적 수단에 의해 부착된다. 일반적으로, 피분석물에 특이적인 수용체가 신호 생성 부분에 연결된다. 때때로, 피분석물 수용체는 적합 분자(예: 비오틴 또는 아비딘)에 연결되며, 어세이 시약 세트는 적합기(adaptor) 및 피분석물에 결합된 결합 부분(예: 비오티닐화 시약 또는 아비딘)을 포함한다. 피분석물은 반응 부위에 특이적인 수용체에 결합한다. 표지된 시약은 피분석물이 중심에 있는 샌드위치 복합체를 형성할 수 있다. 시약은 반응 부위 상의 수용체 피분석물과 경쟁할 수 있거나, 피분석물에 의해 점유되지 않은 반응 부위 상의 빈 수용체에 결합할 수 있다. 표지는 고유적으로 검출가능하거나, 신호 시스템, 예컨대 검출가능한 효소, 형광 화합물, 화학발광 화합물 또는 발광성 기질을 가지는 효소와 같은 화학발광성(chemiluminogenic) 실체에 결합된다. 다수의 리간드 및 항-리간드가 사용될 수 있다. 리간드가 천연 항-리간드, 예를 들어, 비오틴, 티록신, 디곡시게닌 및 코르티솔을 가지는 경우, 이는 표지된 항-리간드와 함께 사용될 수 있다. 다른 한편으로, 임의의 합텐 또는 항원성 화합물이 항체와 함께 사용될 수 있다.
일부 구체예에 있어서, 표지는 예컨대 효소 또는 형광색소분자(fluorophore)와의 접합에 의해 신호 발생 화합물에 직접 접합될 수 있다. 표지로서 관심 효소는 주로 가수분해효소, 특히 포스파타제, 에스테라제 및 글리코시다제 또는 옥시도리덕타제, 특히 퍼옥시다제일 것이다. 형광 화합물은 플루오레세인 및 그의 유도체, 로다민 및 그의 유도체, 단실기 및 움벨리페론을 포함한다. 화학발광 화합물은 디옥세탄, 아크리디늄 에스테르, 루시페린 및 2,3-디하이드로프탈라진디온, 예컨대 루미놀을 포함한다.
표지 검출 방법은 당업자들에게 익히 알려져 있다. 요컨대, 예를 들어 표지가 방사성인 경우, 검출 수단은 섬광계수 또는 방사능 사진 촬영술에서와 같은 사진 필름을 포함한다. 표지가 형광성인 경우, 이는 적절한 파장광으로 형광색소를 여기시키고, 생성된 형광을, 예를 들어, 현미경, 육안 관찰, 사진 필름, 디지탈 카메라와 같은 전자 검출기, 전하쌍 장치(CCD) 또는 광전자 배증관 및 광전관 또는 다른 검출 장치로 검출함으로써 검출될 수 있다. 유사하게, 효소 표지는 효소에 적절한 기질을 제공하고, 생성된 반응 산물을 검출함으로써 검출된다. 마지막으로, 단순 비색분석 표지는 단순히 표지와 관련된 색을 관찰함으로써 검출되는 경우가 빈번하다. 예를 들어, 접합 금은 종종 핑크를 나타내는 반면, 여러 접합 비드는 비드 색을 나타낸다.
일부 구체예에 있어서, 발광원에 의해 검출가능한 신호가 제공될 수 있다. 발광은 보통 그의 온도로 발생하는 것 외의 다른 임의의 원인으로 물질로부터 방출되는 광을 나타내기 위해 사용된다. 일반적으로, 원자 또는 분자는 여기상태로부터 더 낮은 에너지 상태(보통 바닥 상태)로 이동하는 경우, 전자기 에너지(예: 광)의 광자를 방출한다. 여기의 원인이 광자인 경우, 발광은 광발광으로 칭해진다. 여기의 원인이 광자이면, 발광 과정은 전기발광으로 칭해질 수 있다. 보다 구체적으로, 전기발광은 광자-홀 쌍을 형성하기 위한 광자의 직접 주입 및 제거와 광자 방출을 위한 광-홀 쌍의 후속 조합으로 야기된다. 화학 반응으로 야기되는 발광은 보통 화학발광으로 칭해진다. 생 유기체에 의해 생성되는 발광은 보통 생체발광으로 칭해진다. 광발광이 스핀을 허용하는 전이(예: 단일 단일선 전이, 삼중선-삼중선 전이) 결과인 경우, 광발광 과정은 보통 형광으로 칭해진다. 전형적으로, 형광 방출은 스핀 허용 전이를 통해 신속하게 이완될 수 있는 단기 수명의 여기 상태의 결과로서, 여기 원인이 제거된 후 지속되지 않는다. 광발광이 스핀-금지 전이(예: 삼중선-단일선 전이)인 경우, 광발광 과정은 보통 인광으로 칭해진다. 전형적으로, 인광 방출은 스핀 금지 전이를 통해서만 이완될 수 있는 장기 수명의 여기 상태 결과로서 여기 원인이 제거된 후에도 장기간 지속된다. 발광 표지는 상술된 특성중 임의의 한가지를 가질 수 있다.
적합한 화학발광원은 화학 반응에 의해 전자적으로 여기된 다음, 검출가능한 신호로서 제공되거나, 또는 형광 수용체에 에너지를 수여하는 광을 방출할 수 있는 화합물을 포함한다. 각종 조건하에 화학발광을 제공하기 위한 다양한 부류의 화합물이 확인되었다. 일 부류의 화합물은 2,3-디하이드로-1,4-프탈라진디온이다. 빈번히 사용되는 화합물은 5-아미노화 화합물인 루미놀이다. 다른 부류의 일원으로 5-아미노-6,7,8-트리메톡시- 및 디메틸아미노[ca]벤즈 유사체가 포함된다. 이들 화합물은 알칼리 과산화수소 또는 차아염소산칼슘 및 염기를 사용하여 발광시키도록 제조될 수 있다. 다른 부류의 화합물은 모 생성물의 일반명이 로핀인 2,4,5-트리페닐이미다졸이다. 화학발광 유사체는 파라-디메틸아미노 및 -메톡시 치환체를 포함한다. 화학발광은 또한 옥살레이트, 일반적으로 옥살릴 활성 에스테르, 예를 들어, p-니트로페닐 및 과산화수소와 같은 과산화물을 염기성 조건하에서 사용하여 얻을 수 있다. 공지된 다른 유용한 화학발광 화합물에는 -N-알킬 아크리디늄 에스테르 및 디옥세탄이 포함된다. 다른 한편으로, 생체발광을 제공하기 위해 루시페린이 루시페라제 또는 루시제닌과 함께 사용될 수 있다.
본 원에서 사용된 피분석물이란 용어는 약물, 전구약물, 약제, 약물 대사산물, 발현 단백질 및 세포 마커와 같은 바이오마커, 항체, 혈청 단백질, 콜레스테롤 및 다른 대사산물, 폴리사카라이드, 핵산, 생물학적 피분석물, 바이오마커, 유전자, 단백질 또는 호르몬 또는 이들의 임의의 배합물을 포함하나 이들에 한정되는 것은 아니다. 피분석물은 폴리펩티드, 당단백질, 폴리사카라이드, 지질 및 핵산의 배합물일 수 있다.
특히 관심의 대상이 되는 바이오마커는 특정 질병 또는 특정 질병 단계와 연관되는 것이다. 이러한 피분석물로는 자가면역 질환, 비만, 고혈압, 당뇨, 신경 및/또는 근육 퇴행성 질환, 심장 질환, 내분비 장애, 대사 장애, 염증, 심혈관 질환, 패혈증, 혈관신생, 암, 알츠하이머병, 운동 합병증 및 이들의 임의의 조합과 관련된 것을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한 심장, 간, 전립선, 폐, 신장, 골수, 혈액, 피부, 방광, 뇌, 근육, 신경 및 상이한 타입의 암(악성 또는 비전이성), 자가면역 질환, 염증성 또는 퇴행성 질환과 같은 각종 질환으로 영향을 받는 선택된 조직을 포함하는 하나 이상의 신체 조직에 다양하게 풍부히 존재하는 바이오마커가 관심의 대상이다.
또한 미생물, 바이러스 또는 클라미디아세아(Chlamydiaceae)를 나타내는 피분석물이 관심의 대상이다. 예시적인 미생물로는 박테리아, 바이러스, 진균 및 원생동물을 예로 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다. 본 발명의 방법으로 검출될 수 있는 피분석물은 또한 스타필로코쿠스 에피더미스(Staphylococcus epidermidis), 에스케리키아 콜리(Escherichia coli), 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)(MSRA), 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스타필로코쿠스 호미니스(Staphylococcus hominis), 엔테로콕쿠스 파에칼리스(Enterococcus faecalis), 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 스타필로코쿠스 카피티스(Staphylococcus capitis), 스타필로코쿠스 와르네이(Staphylococcus warneri), 클렙시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 하에모필루스 인플루엔자에(Haemophilus influenzae), 스타필로코쿠스 시물란스(Staphylococcus simulans), 스트렙토코쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae) 및 칸디다 알비칸스(Candida albicans)로 구성된 그룹으로부터 선택되나 이들로 제한되지 않는 혈액성 병원균을 들 수 있다.
본 발명의 방법으로 검출될 수 있는 피분석물은 또한 임질(Neisseria gorrhoeae), 매독(Treponena pallidum), 클라미디아(Clamyda tracomitis), 비임균성 요도염(Ureaplasm urealyticum), 질염(Candida albicans), 연성하감(Haemophilus ducreyi), 트리코모나스종(Trichomonas vaginalis), 성기 헤르페스(HSV I 및 II형), HIV I, HIV II 및 A, B, C, G형 간염 및 TTV에 의한 간염중에서 선택되는 각종 성감염 질환을 포함한다.
본 발명의 방법으로 검출될 수 있는 피분석물은 또한 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa), 메티실린-내성 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)(MSRA), 클렙시엘라 뉴모니아에(Klebsiella pneumoniae), 하에모필루스 인플루엔자에(Haemophilis influenzae), 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphlococcus aureus), 스테노트로포모나스 말토필리아(Stenotrophomonas maltophilia), 하에모필리스 파라인플루엔자에(Haemophilis parainfluenzae), 에스케리키아 콜리(Escherichia coli), 엔테로콕쿠스 파에칼리스(Enterococcus faecalis), 세타리아 마르세스센스(Serratia marcescens), 하에모필리스 파라하에몰리티쿠스(Haemophilis parahaemolyticus), 엔테로콕쿠스 클로아카에(Enterococcus cloacae), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 모락시엘라 카타르할리스(Moraxiella catarrhalis), 스트렙토코쿠스 뉴모니아에(Streptococcus pneumoniae), 시트로박터 프레운디이(Citrobacter freundii), 엔테로콕쿠스 파에시움(Enterococcus faecium), 클렙시엘라 옥시토카(Klebsella oxytoca), 슈도모나스 플루오센스(Pseudomonas fluorscens), 네이세리아 메닌기티디스(Neiseria meningitidis), 스트렙토코쿠스 피로겐스(Streptococcus pyogenes), 뉴모시스티스 카리니이(Pneumocystis carinii), 클렙시엘라 뉴모니아에(Klebsella pneumoniae), 레기오넬라 뉴모노필라(Legionella pneumophila), 마이코플라즈마 뉴모니아에(Mycoplasma pneumoniae) 및 마이코박테리움 튜베쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis)를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는 각종 호흡기 병원균을 포함한다.
이하에 본 발명에 따른 추가의 예시적인 마커가 기술된다: 테오필린, CRP, CKMB, PSA, 미오클로빈, CA125, 프로게스테론, TxB2, 6-케토-PGF-1-알파 및 테오필린, 에스트라디올, 황체형성 호르몬, 트리글리세라이드, 트립타제, 저밀도 지단백 콜레스테롤, 고밀도 지단백 콜레스테롤, 콜레스테롤, IGFR.
예시적인 간 마커로는 LDH, (LD5), (ALT), 아르기나제 1(간형), 알파-태아단백질(AFP), 알칼린 포스파타제, 알라닌 아미노트랜스퍼라제, 락테이트 탈수화제 및 빌리루빈을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 신장 마커로는 TNFα 수용체, 시스타틴 C, 리포칼린 타입 뇨 프로스타글란딘 D, 신타타제(LPGDS), 간세포 성장 인자 수용체, 폴리시스틴 2, 폴리시스틴 1, 피브로시스틴, 유로모듈린, 알라닌, 아미노펩티다제, N-아세틸-B-D-글루코사미니다제, 알부민 및 레티놀-결합 단백질(RBP)을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 심장 마커로는 트로포닌 I(TnI), 트로포닌 T(TnT), CK, CKMB, 미오글로빈, 지방산 결합 단백질(FABP), CRP, D-다이머, S-100 단백질, BNP, NT-proBNP, PAPP-A, 미엘로퍼옥시다제(MPO), 글리코겐 포스포릴라제 동종효소 BB(GPBB), 트롬빈 활성화 섬유소용해 저해제(TAFI), 피브리노겐, 허혈 변형 알부민 (IMA), 카디오트로핀-1 및 MLC-I(미오신 경쇄-I)를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 판크레아제 마커로는 아밀라제, 췌장염-관련 단백질 (PAP-1) 및 레게네라테인 단백질(REG)을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 근조직 마커로는 미오스타틴을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예시적인 혈액 마커로는 에리스로포이에틴(EPO)을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
예시적인 골 마커로는 골 타입 I 콜라겐의 가교화 N-텔로펩티드(NTx), 골 콜라겐의 카복시말단 가교화 텔로펩티드, 라이실-피리디놀린(데옥시피리디놀린), 피리디놀린, 타르트레이트-내성 산 포스파타제, 프로콜라겐 타입 I C 프로펩티드, 프로콜라겐 타입 I N 프로펩티드, 오스테오칼신(골 gla-단백질), 알칼린 포스파타제, 카텝신 K, COMP(연골 올리고머 기질 단백질), 오스테오크린 오스테오프로테게린(OPG), RANKL, sRANK, TRAP 5(TRACP 5), 골모세포 특이적 인자 1(OSF-1, 플레이오트로핀), 가용성 세포 부착 분자, sTfR, sCD4, sCD8, sCD44 및 골모세포 특이적 인자 2 (OSF-2, 페리오스틴)를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
일부 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 마커는 질병 특이적이다. 예시적인 암 마커로는 PSA(전립선 전적 특이적 항원), 크레아티닌, 전립선산 포스파타제, PSA 복합체, 전립선-특이적 유전자-1, CA 12-5, 암배아 항원 (CEA), 알파 태아 단백질(AFP), hCG (인간 융모막 고나도트로핀), 인히빈, CAA 난소 C1824, CA 27.29, CA 15-3, CAA 유방 C1924, Her-2, 췌장, CA 19-9, 암배아 항원, CAA 췌장, 뉴론-특이적 에놀라제, 안지오스타틴 DcR3(가용성 유인 수용체 3), 엔도스타틴, Ep-CAM(MK-I), 유리 면역글로불린 경쇄 카파, 유리 면역글로불린 경쇄 람다. 헤르스타틴, 크로모그라닌 A, 아드레노메듈린, 인테그린, 표피 성장 인자 수용체, 표피 성장 인자 수용체-티로신 키나제, 프로-아드레노메듈린 N-말단 20 펩티드, 혈관 내피 성장 인자, 혈관 내피 성장 인자 수용체, 줄기 세포 인자 수용체, c-kit/KDR, KDR, 및 미드킨을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 감염성 질환 증상으로는 바이러스혈증, 세균혈증, 패혈증 및 마커: PMN 엘라스타제, PMN 엘라스타제/α1-PI 복합체, 계면활성제 단백질 D(SP-D), HBVc 항원, HBVs 항원, 항-HBVc, 항-HIV, T-억제자 세포 항원, T-세포 항원 비, T-헬퍼 세포 항원, 항-HCV, 발열원, p24 항원, 뮤라밀-디펩티드를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 당뇨병 마커로는 C-펩티드, 헤모글로빈 A1c, 당화 알부민, 진행성 당화 종말 생성물(AGE), 1,5-무수글루시톨, 위억제 폴리펩티드, 글루코스, 헤모글로빈, ANGPTL3 및 4를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 염증 마커로는 류마티스 인자(RF), 항핵 항체(ANA), C-반응성 단백질(CRP), 세기관지 세포 단백질(유테로글로빈)을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 알러지 마커로는 전체 IgE 및 특이적 IgE를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 자폐 마커로는 세룰로플라스민, 메탈로티오네인, 아연, 구리, B6, B12, 글루타티온, 알칼린 포스파타제 및 아포-알칼린 포스파타제 활성화를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 응고 장애 마커로는 b-트롬보글로불린, 혈소판 인자 4, 폰빌브란트(Von Willebrand) 인자를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
일부 구체예에 있어서, 마커는 치료 특이적일 수 있다. COX 저해제는 TxB2(Cox-1), 6-케토-PGF-1-알파(Cox 2), 11-데하이드로-TxB-1a(Cox-1)를 포함하나 이들에 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 마커로는 렙틴, 렙틴 수용체 및 프로칼시토닌, 뇌 S1OO 단백질, 물질 P, 8-이소-PGF-2a를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 고령자 마커로는 뉴론-특이적 에놀라제, GFAP 및 S1OOB를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 영양성 상태 마커로는 프레알부민, 알부민, 레티놀-결합 단백질(RBP), 트랜스페린, 아실화-자극 단백질(ASP), 아디포넥틴, 아구피-관련 단백질(AgRP), 안지오포이에틴-유사 단백질 4(ANGPTL4, FIAF), C-펩티드, AFABP(지방세포 지방산 결합 단백질, FABP4) 아실화-자극 단백질(ASP), EFABP(표피 지방산 결합 단백질, FABP5), 글리센틴, 글루카곤, 글루카곤-유사 펩티드-1, 글루카곤-유사 펩티드-2, 그렐린, 인슐린, 렙틴, 렙틴 수용체, PYY, RELM, 레시스틴 및 sTfR(가용성 트랜스페린 수용체)을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 지질 대사 마커로는 아포-지단백질(수개), Apo-A1, Apo-B, Apo-C-CII, Apo-D 및 Apo-E를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 응고 상태 마커로는 인자 I: 피브리노겐, 인자 II: 프로트롬빈, 인자 III: 조직 인자, 인자 IV: 칼슘, 인자 V: 프로아셀레린, 인자 VI, 인자 VII: 프로콘베르틴, 인자 VIII: 항-용혈 인자, 인자 IX: 크리스마스 인자, 인자 X: 스튜어트-프라워(Stuart-Prower) 인자, 인자 XI: 혈장 트롬보플라스틴 전구물질, 인자 XII: 하게만 인자, 인자 XIII: 피브린-안정화 인자, 프레칼리크레인, 고분자량 키니노겐, 단백질 C, 단백질 S, D-다이머, 조직 플라스미노겐 활성체, 플라스미노겐, a2-항플라스민, 플라스미노겐 활성체 저해제 1(PAI1)을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 모노클로날 항체로는 EGFR, ErbB2 및 IGF1R을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 티로신 키나제 저해제로는 Ab1, Kit, PDGFR, Src, ErbB2, ErbB4, EGFR, EphB, VEGFR1-4, PDGFRb, FLt3, FGFR, PKC, Met, Tie2, RAF 및 TrkA를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
예시적인 세린/트레올린 키나제 저해제로는 AKT, 오로라 A/B/B, CDK, CDK(pan), CDK1-2, VEGFR2, PDGFRb, CDK4/6, MEK1-2, mTOR 및 PKC-베타를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
GPCR 표적으로는 히스타민 수용체, 세로토닌 수용체, 안지오텐신 수용체, 아드레날린수용체, 무스카린 아세틸콜린 수용체, GnRH 수용체, 도파민 수용체, 프로스타글란딘 수용체 및 ADP 수용체를 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
또 다른 구체예에 있어서, 치료제의 효능 및/또는 독성을 평가하는데 유용한 복수개의 약리 파라미터를 모니터링하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 치료제는 치료적 유용성 및/또는 잠재성을 지니는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질로는 단순 또는 복합 유기 또는 무기 분자, 펩티드, 단백질(예: 항체) 또는 폴리뉴클레오티드(예: 안티센스)와 같은 생물학적 또는 화학적 화합물이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 다양한 어레이의 화합물, 예를 들어 폴리펩티드 및 폴리뉴클레오티드와 같은 폴리머, 및 다양한 코어 구조에 기초한 합성 유기 화합물이 합성될 수 있으며, 이들도 또한 치료제로 포함될 수 있다. 또한, 식물 또는 동물 추출물 등과 같은 다양한 천연원이 선별용 화합물을 제공할 수 있다. 명쾌하게 언급되어 있지 않더라도, 치료제는 단독으로 사용되거나, 본 선별로 확인된 것과 동일하거나 상이한 생물학적 활성을 지니는 다른 약제와 함께 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 약제 및 방법은 또한 다른 치료제와 병용하여 사용되도록 의도된다. 예를 들어, 소형 분자 약물은 부정확할 수 있는 질량 어세이로 종종 측정되기도 한다. ELISA(항체-기반) 어세이가 훨씬 더 정확하고 정밀할 수 있다.
본 발명에 따른 약리 파라미터는 온도, 심장박동수/심박수, 혈압 및 호흡률을 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 약력학 파라미터는 단백질, 핵산, 세포 및 세포 마커와 같은 바이오마커의 농도를 포함한다. 바이오마커는 질병 지표가 될 수 있거나, 약물 작용의 결과일 수 있다. 본 발명에 따른 약동학(PK) 파라미터는 약물 및 약물 대사산물의 농도를 포함하나 이들에 한정되지 않는다. 샘플 부피로부터 PK 파라미터를 실시간으로 확인 및 정량화하는 것이 약물의 적절한 안정성 및 효능을 위해 매우 바람직하다. 예기치 않은 약물 반응에 의해 약물 및 대사산물의 농도가 의도하는 범위를 벗어나고/나거나, 예기치 않은 대사산물이 생성되면, 환자의 안정성을 보장하기 위해 즉각적인 행동이 필요할 수 있다. 유사하게, 치료 요법동안 임의의 약력학적(PD) 파라미터가 의도하는 범위를 벗어나면, 즉각적인 행동이 또한 취해질 수 있다.
단일 피검자에게서 피분석물 농도, PD 또는 PK 파라미터의 변화율을 경시적으로 모니터링할 수 있거나, 농도, PD 또는 PK 파라미터에 대한 추이 분석을 수행할 수 있다면, 이들이 약물의 농도인지 이들의 대사산물의 농도인지에 상관없이, 잠재적인 위험한 상황이 발생하는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 글루코스가 해당 피분석물이라면, 주어진 시간에 걸친 글루코스 농도 변화율뿐 아니라 주어진 기간에 샘플중의 글루코스 농도가 예를 들어, 저혈당 상황을 예측하고 방지하는데 매우 유효할 수 있다. 이와 같은 추이 분석은 약물 투약 요법에 광범위하게 유익한 결과를 가져온다. 다수 약물 및 이들의 대사산물이 관심의 대상이라면, 추이를 식별하고, 사전 조치를 취할 수 있는 것이 종종 바람직하다.
일부 구체예에 있어서, 본 발명은 임상의가 개별적인 의학적 치료를 제공하는 것을 도와주는 비지니스 방법을 제공한다. 이 비지니스 방법은 시간에 따른 바이오마커의 추이를 모니터링함으로써 처방후 약물 요법을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 비지니스 방법은 상기 개인에게 제공된 유체 장치에 함유된 반응물에 체액 샘플을 적용하여 상기 적어도 하나의 약리 파라미터의 지표가 되는 검출가능한 신호를 산출하도록 함으로써, 약물 처치를 받은 개인로부터 적어도 하나의 약리 파라미터를 수집하고; 상기 개인의 의료 기록을 상기 개인의 적어도 하나의 약리 파라미터와 컴퓨터에 의해 교차 참조하여 상기 임상의가 개별적인 의학적 치료를 제공하는 것을 도와주는 단계를 포함할 수 있다.
본 원의 장치, 시스템 및 방법으로 환자의 약리 파라미터의 자동 정량화와 함께 파라미터를, 예컨대 모니터된 파라미터 이력을 포함할 수 있는 환자의 의료 기록 또는 다른 개인군의 의료 기록과 자동 비교하는 것이 가능하다. 실시간 피분석물 모니터링을 데이터 저장이 가능하고 모든 형태의 데이터 처리 또는 알고리듬을 수행할 수 있는 외부장치와 결합하면, 현재 환자 데이터를 과거 환자 데이터와 비교하는 등의 전형적인 환자 관리를 조력할 수 있는 장치가 제공된다. 따라서, 본 원에 따르면, 의료 요원에 의해 현재 수행되는 환자 모니터링의 적어도 일부를 효과적으로 수행할 수 있는 비지니스 방법이 제공된다.
실시예 1
본 실시예에서는, 인간 VEGFR2에 대한 어세이를 수행하기 위해 본 발명의 장치, 방법 및 시스템을 사용한다. 본 실시예는 진료 현장에서 수행될 수 있는 유형의 어세이를 설명한다. 어세이, 본 실시예의 경우 VEGFR2 어세이에 따라 어세이 유닛상에 어세이 유닛의 포획 표면이 코팅될 수 있다. 어세이 유닛의 내부 표면(도 3A의 실시예와 유사한 사출성형된 폴리스티렌으로 만들어짐)을 흡인 및 공압분출(pneumatic ejection)에 의한 일련의 코팅 시약들에 노출시켰다. 각각의 코팅 시약 20 마이크로리터를 어세이 유닛내로 흡입하여 실온에서 10 분 동안 인큐베이션하였다. 본 실시예에 사용한 코팅 시약은, 사용 순서대로, 카보네이트-바이카보네이트 완충제(pH 9) 내의 뉴트라비딘(20 ug/mL), 트리스 완충 식염(pH 8) 내의 비오티닐화 "포획 항체"(VEGFR2에 대한 모노클로날 항체, 20 ug/mL), 및 트리스-완충 식염 내에 3% 소 혈청 알부민을 함유하는 "고정" 시약이다. 일련의 코팅 후에 어세이 유닛을 건조한 공기에 노출시켜 건조시키고 건조상태로 보관하였다.
분석용 샘플을 어세이 유닛에 분배하고 소 혈청 알부민 및 등장성 수크로스를 함유하는 50 mM 트리스-완충제(pH 8) 용액에서 20 분 동안 희석하였다. 접합체를 포함하는 시약 유닛내에, VEGFR2에 대한 알칼린 포스파타제(소 창자)-표지된 모노클로날 항체(포획 표면의 항체에 대한 별개의 에피토프에 결합) 용액을 바이오스탭(Biostab)으로부터 입수한 안정화제 시약내의 250 ng/mL로 어세이 유닛에 10 분 동안 제공하였다. 포획 표면에 결합한 피분석물의 복합체에 접합체가 결합하도록 한 후에, 어세이 유닛을 시약 유닛에 포함된 용액(어세이 디자인(Assay Designs)으로부터 입수한 상업적으로 이용가능한 세척 완충제)으로 세척하였다. 어세이 유닛을 5회 세척하였다. 그 다음에 어세이 유닛을 이동시켜 수집하고 상이한 시약에 함유된 다른 시약, 알칼린 포스파타제의 상업적으로 이용가능한 발광성(luminogenic) 기질의 용액(KPL Phosphaglo)과 혼합하여 10 분 동안 인큐베이션하였다. 어세이 유닛내의 어세이 반응을 본 발명의 검출기 어셈블리로 검출하였다.
도 12는 본 실시예의 방법을 사용하는 VEGFR2 어세이 응답을 설명한다. x 축 눈금은 VEGFR2 농도(pg/mL)이고; y 눈금은 상대 발광(카운트)이다. 곡선을 사용하여 모듈 어세이 유닛 및 시약 유닛을 교정하였다.
실시예 2
본 발명의 어세이 유닛 및 시약 유닛을 사용하여 인간 PIGF에 대한 어세이를 수행하고 상업적인 기기로 판독하였다. 이와 병행하여, 원형(prototype) 일회용 카트리지(하기와 같은)에서 원형 판독기로 동일한 시약을 사용하는 어세이를 실행하였다. 피분석물 농도는 각각 0, 4, 80 및 400 pg/mL였다. 도 13에 설명하는 측정을 사용하여 인간 PIGF 어세이의 실행에 필요한 어세이 유닛 및 시약 유닛을 교정하였다.
실시예 3
자기성 비드는 뱅스 래버러토리스(Bangs Laboratories)로부터 입수한 직경 1.3 um의 바이오맥(BioMag) 자기 입자이다. 비드는 항-토끼 IgG로 코팅된다(제조자에 의해). 3% 소 혈청 알부민 및 토끼 항-인간 적혈구 IgG(CedarLane로부터 입수)를 >= 1.15 mg/mL로 함유하는 트리스-완충 수크로스(또는, 대안적으로 트리스 완충 식염)내에 14 mg/mL로 비드를 분산시켰다. 카트리지 하우징의 슬롯에 삽입하기 전에 이 분산액의 분획(10 ㎕)을 원추형 시험관에 분주하여 동결건조시켰다(액체 N2에 동결시켜 약 24 시간 동안 -70 C에서 동결건조). 적혈구 및 항-토끼 IgG-코팅된 비드 양자 모두에 토끼 항체가 결합하여 비드 및 적혈구의 공-교착체(co-agglutinate)를 형성하였다.
동결건조한 자기성 비드 펠렛에 20 uL의 전혈을 가한 후 적어도 8회 흡인 및 분주하여(대략 1.5 분) 원추형 시험관에 재현탁하였다.
강력한 수평 방향 자기장에 팁을 (수직 방향으로) 위치시킴으로써 혈액을 분리하였다. 통상적으로, 20 ul의 혈액 샘플로부터, 실질적으로 적혈구가 없고 용혈이 관찰되지 않는 혈장 8 ul가 회수되었다(70% 수율). 피분석물의 회수율(자기 분리에 노출되지 않은 혈장에 비교하여)은 단백질-C, VEGF, PlGF, 인슐린, GIP 및 GlP-I에 있어서 100%에 근접하였다.
실시예 4
본 원에 기술된 시스템내에서 피분석물의 분석을 위한 샘플의 연속 희석을 실행할 수 있다. C-반응성 단백질(CRP)은 급성 병기 표지자(acute-phase marker)이다. 정상 수준은 높은 ng/mL 내지 낮은 ug/ml 범위이다. 모든 급성 질환 과정에서 인간의 간은 CRP를 생산하며 그 혈중 수준은 수백 ug/ml까지 증가할 수 있다. 측정할 피분석물의 동적 범위(> 105-배)가 넓기 때문에, CRP는 선행기술의 POC 분석 시스템에 있어서 문제점을 제기해왔다.
본 원에 기술된 바와 같이 어세이 및 시약 유닛 어레이를 가진 장치 또는 카트리지 및 유체 전달 장치를 포함하는 시스템이 개발되었다. 내부 표면에 결합된 모노클로날 항-CRP를 가진 어세이 팁과 함께, 검출기-항체 용액(팁상에 있는 것과는 상이한 에피토프 특이성을 가지는 알칼린-포스파타제 표지된 모노클로날 항-CRP), 세척 용액 및 KPL로부터의 화학발광성 알칼린 포스파타제(PhosphaGLOTM) 기질이 카트리지내에 탑재되었다.
CRP를 어세이하기 위해, 추가의 희석 없이 사용하는 CRP의 사전-희석 용액을 카트리지에 로딩하였다. 카트리지는 시스템에 의해 처리되었다. 이어서 CRP 용액(10 uL), 검출기 항체(12 uL)를 팁내로 흡입하여 34 ℃에서 10 분 동안 인큐베이션한 후에 폐기하였다. 20 uL의 세척 용액을 4회 흡인하여 팁을 세척한 후 15 uL의 기질을 팁내로 흡인하였다. 37 ℃에서 10 분 후에 광발산(light emission)을 기기로 5 초간 측정하였다. 어세이 신호(광자 카운트)에 대해 CRP 농도를 도시하고, 하기에 나타낸 바와 같이 데이터를 5-항 다항식 함수(5-term polynomial function)에 적합시켜 도 14에 나타낸 바와 같이 교정 함수를 산출하였다.
실시예 5
본 원에 기술된 시스템 및 장치에서 확실한 어세이 응답을 얻기 위해 고도로 농축된 피분석물을 함유하는 샘플의 연속 희석을 사용하여 실험을 수행하였다. CRP 용액(20 uL)을 카트리지에 로딩하고 기기에 의해 연속적으로 희석하였다(각각 1:50, 250, 750 및 1500-배 희석). 희석된 용액을 실시예 4에서와 같이 처리하였다. 희석된 CRP 농도가 어세이의 교정 범위(300 ng/mL)를 초과할 경우에는 하향 응답(downward response)이 나타났다(하기에 나타냄; 2개 기기로부터의 데이터).
수정된 스캐쳐드 결합 등온식(Scatchard binding isotherm)(S/Smax = C/(C + CO.5))을 사용하여 도 15에 나타낸 응답을 모델화할 수 있다. 이 수정에서는 어세이 응답이 검출기 항체의 농도에 선형 비례함을 가정하며, 이는 본 실시예의 경우에 해당한다(데이터 미수록). 희석된 샘플내의 CRP가 다음 시약(검출기 항체)내로 이월(carry-over)될 경우에는, 고체상 항체에 결합된 항원에 그것이 결합하지 못하도록 만드는 시약과 신속하게 반응한다. 유효 농도의 감소는 CRP 이월에 비례하여 감소하며 계수 (D - C*f)/D로 설명할 수 있다.
따라서, S = Smax*(C/(C + CO 5))*(D - C*f)/D이며, 여기에서 S는 어세이 신호, Smax는 최대 신호(이월이 0인 경우에 상응함), C는 피분석물의 농도, CO.5는 반-최대 신호(이월 없음)에 대한 농도, D는 검출기 항체 농도이고 f는 분수 이월(fractional carryover)이다.
데이터를 적합시키기 위해 사용한 수치들은, 데이터와 모델 적합 사이의 최소 제곱 차이의 최소화 기술을 사용하여 하기의 4개 변수들 각각을 최적화함으로써 유도되었다. 도 15에서 보는 바와 같이, 우수한 적합이 달성되었으며 변수 Smax, C0.5 및 D(표 2 참조)는 최대 도달 신호, 관찰된 CO.5 및 기지의 검출기 항체 농도로부터 산정될 수 있는 수치에 근접한다. 이 모델에 의해 이월 정도는 0.034%로 산정되었다(십진법 3.83E-04).
이상성(biphasic) CRP 어세이 응답을 기술하는 모델에 대한 최적합 변수(best fit parameter)
변수 수치 단위
Smax 7.24E+05 카운트
C0.5 5.02E+01 ng/mL
D 5.72E+00 ng/mL
f 3.83E-04
이어서, 각각의 어세이 팁에서 최종 농도에 도달하기 위해 사용한 희석에 따라 데이터를 검토한 결과, 각각의 희석 수준에 있어서의 응답이 동일한 응답에 적합됨으로써 도 16에 나타낸 바와 같이 희석이 정확하고 정밀함을 증명할 수 있다.
본 원에 기술된 모델을 사용하면 임의의 주어진 희석 및 설정 알고리듬에 대한 응답을 계산하여 모든 팁에서의 피분석물 농도가 교정 범위 내에 있음을 확인할 수 있다. 데이터를 표시하는 도식적 수단을 도 17에 나타내며, 여기에서는 상대 희석 1:1(실선), 5:1(파선) 및 25:1(점선)에 있어서 표준화된 어세이 응답(B/Bmax)을 로그 표준화된 농도(C/C0.5)에 대해 도시한다. 도 18 및 19는 상이한 표준화 농도에서 도 17과 유사한 실시예를 설명한다. 단순 패턴 인식 알고리듬(simple pattern recognition algorithm)을 사용하여 고농도 샘플에 대한 유효 데이터를 동정할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 용량-응답에 있어서 희석에 의해 신호는 감소한다. 임의의 희석에 대한 신호가 그 다음으로 높은 희석에 대한 신호와 동일하거나 더 크다면, 낮은 희석 결과는 배제된다. 다른 예로서, 실시예 4에 나타낸 교정 함수를 사용하여 유도한 농도는 약간의 시스템 비정밀도 이내에서 기지의 희석에 부합해야 한다. 낮은 희석에 대해 계산된 농도가 더 높은 희석에 대한 것에 부합하는 것보다 낮다면, 낮은 희석 결과를 배제할 수 있다.
어세이 용량-응답이 최대에 접근할 경우, 신호 대비 농도 기울기(ΔC/ΔS)는 증가한다. 신호의 상대 분산(relative variation)(ΔS/S)이 본질적으로 일정한 어세이에 있어서(예를 들어, 기술된 바와 같이 일부 경우의 시스템), 이는 더 높은 농도에서 계산된 농도 결과에서 더 큰 분산을 의미한다. 본 원에 제공되는 바와 같이, 희석 또는 연속 희석은, 블랭크(피분석물 없음) 신호보다 유의적으로 크게(예를 들어 > 10-배) 높으나 최대 신호에 근접하지 않는(예를 들어 < 0.3*최대 신호) 신호 수준에서 면역분석에 의해 달성되는 농도 정밀도를 제공할 수 있다. 연속 희석에 의해 어세이 신호를 상기 범위내에 놓이게 할 수 있다.
상이한 희석에서 피분석물 농도를 수회 산정함으로써 평균 수치를 얻을 수 있다. 평균 수치는 단일 희석 수준에서의 반복 측정에 의해서도 얻을 수 있다. 일부 경우에, 본 원에 기술된 방법, 시스템 및 장치에 의해 제안된 연속 희석 접근방법은 종종 (예를 들어) 샘플로부터의 매트릭스 효과에 기인하는 희석의 비-직선성으로 인한 오차를 제거할 수 있다.
실시예 6
플루오레세인은 주지의 화학물질로서, 이 분자에 특이적인 고친화성 항체들이 공지되어 있다. 알부민과 같은 단백질에 수개의 플루오레세인 부위를 부착함으로써 ELISA에 의해 측정될 수 있는 인공 피분석물이 창출된다. 본 원의 실시예는 이러한 어세이의 실행가능성을 증명하기 위하여 미량역가판상에 구축되었으며, 본 원에 기술된 바와 같이 본 발명의 장치 또는 시스템에 용이하게 옮길 수 있다.
항-플루오레세인 모노클로날 항체를 384-웰 미량역가판에 부착하여 포획 표면을 만들었다. 일련의 용액들을 웰에 가하고 필요한 경우 각 단계에서 10 분간 실온에서 인큐베이션함으로써 어세이가 수행된다. 분자당 약 5개 플루오레세인의 비율을 가진, 기지 농도의 상업적으로 이용가능한 플루오레세인-표지된 소 알부민 제제(샘플) 30 ㎕를 웰에 가하였다. 샘플을 기계적으로 제거한 후에, 30 ㎕의 알칼린 포스파타제-표지된 항-플루오레세인(검출기 항체)을 100 ng/ml의 농도로 가하였다. 검출기 항체를 제거한 후에, 40 ㎕의 세척 용액(사용전에 1:20으로 희석한 "세척 완충제" Cat# 80-1351 [Assay Designs, Ann Arbor, Michigan])으로 웰을 3회 세척하였다. 이어서 PhosphaGLO™(40 uL) 기질을 가하고 M5 스펙트로-루미노미터(M5 spectro-luminometer)에서 0.5 초간 어세이 응답을 판독하였다. 어세이 응답은 도 20에 나타내었다.
소 알부민을 3 mg/mL로 함유하는 트리스-완충 식염(완충제)에 용해된 플루오레세인-표지된 알부민(80 ng/mL 이하의 다양한 농도로 5 ㎕)을 폴리프로필렌 시험관에 넣고 낮은 습도의 공기에 밤새 노출시켜 건조하였다. 다수의 시험관을 건조 전후에 평량하여 적절한 중량 감소 및 거의 일정한 최종 중량에 도달한 것을 확인함으로써 완전 건조를 확인하였다. 5 ㎕ 물, 20 ㎕ 인간 혈청 및 180 ㎕ 완충제를 가하여 혼합함으로써 피분석물을 회수하였다. 피분석물 용액의 5 ㎕ 분획을 20 ㎕ 혈청 및 180 ㎕ 완충제와 혼합함으로써 대조 실험을 실행하였다.
본 원에 기술된 어세이를 사용하여 피분석물 회수율을 측정하였다. 하기에 나타낸 바와 같이, 어세이 신호(및 피분석물)의 회수율은 모든 농도에서 실질적으로 정량적이었다. 정밀하고(회수율에 있어서 <2% CV) 우수한 회수율(>90%)의 확보는 바람직할 수 있다. 일부 경우에는, 낮은 농도의 피분석물 및 과량의 시약을 사용함으로써 어세이 용량-응답이 관심 범위에 걸쳐 선형이 된다. 예를 들어, 결합 반응의 종료점에서 피분석물의 최고 수준에서도 적당한 비율(예를 들어, < 30%)의 부위만이 점유되도록 포획 표면상의 항원 결합을 위한 충분한 수용력을 가짐으로써 선형 어세이 용량-응답을 달성할 수 있다. 본 원에 기술된 바와 같이, ng/mL 범위의 피분석물 및 짧은 인큐베이션 시간(< 30 분)을 동반하는 어세이에 있어서, 앞서 기술한 바와 같이 코팅된 포획 표면으로 상기 조건이 달성된다. 다른 실시예에서는, 검출기 항체 인큐베이션 동안에 농도가 현저하게 고갈되지 않을 정도로(예를 들어, 최고 항원 수준에서 < 30%의 시약이 표면에 결합함) 검출기 항체의 농도가 충분하며, 약 5 내지 100 ng/mL의 검출기 항체 농도를 사용함으로써 상기 조건이 충족될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 검출기의 선형 응답 미만의 신호를 발생시킴으로써(예를 들어 초당 약 4백만 광자 이하인 PMT) 선형 어세이 용량-응답을 달성할 수 있다. 본 원에 기술된 시스템 및 방법은 상기 범위내에 들어갈 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 정밀하게 측정되기에 충분히 높은 신호를 발생시킴으로써(예를 들어, 초당 약 1,000을 초과하는 광자 카운트 속도) 선형 어세이 용량-응답을 달성할 수 있다.
하기의 일련의 시약들을 흡인한 후에 각각 10 분간 인큐베이션하고 액체를 분출함으로써 어세이 팁(본 원에 기술된 바와 같은)을 코팅하였다: pH 9의 카보네이트 완충제내의 5 ug/mL 토끼 항-플루오레세인(Molecular Probes # A6413) 20 ㎕, pH 8의 트리스-완충 식염내의 3% 소 알부민 20 ㎕, 및 2.5 ug/mL 플루오레세인으로 표지된 소 알부민 20 ㎕(Sigma-Aldnch A9771). pH 8의 트리스-완충 식염내의 소 알부민을 흡인하여 팁을 3회 세척한 후에 pH 8의 트리스-완충 식염내의 3% 소 알부민을 인큐베이션하였다. 이어서 본 원에 기술된 바와 같이 팁을 건조시켰다. 하기 용액들의 20 ㎕ 분획을 순서대로 인큐베이션함으로써 상기 팁을 사용하여 염소 항-플루오레세인을 함유하는 샘플을 어세이하였다: 3% BSA를 함유하는 pH 8의 트리스-완충 식염내의 염소 항-플루오레세인(샘플), Stabilzyme™(상업적으로 이용가능한 용매)내의 100 ng/mL 알칼린 포스파타제 표지된 토끼-항-염소 플루오레세인, 세척 완충제로 4회 세척, 및 PhosphaGLO™ 알칼린 포스파타제 화학발광성 기질, 각각 실온에서 10 분간의 인큐베이션을 수반함. 기기 미량역가판 스테이지에 맞는 사용자-개질 프레임에 각각의 팁을 위치시킴으로써 Molecular Devices M5 루미노미터내의 광전자 증배관을 사용하여 기기내에서 약 10 초에 걸쳐 발생하는 광자를 측정함으로써 어세이를 평가하였으며, 결과는 도 21에 예시하였다. 본 실시예에서, 도 21은 도 20의 것과 유사한 선형 응답을 나타낸다.
후보 대조 피분석물에 대한 어세이의 구성
포획 표면 시약 1 포획 표면 시약 2 피분석물 검출기: APase-표지
항-플루오레세인 플루오레세인-표지된 알부민 항-플루오레세인
항-플루오레세인 플루오레세인-표지된 알부민 항-플루오레세인
(종 X)		 항 X-Ig
아비딘 비오티닐화-종 X-IgG 항 X-Ig
항-비오틴 비오틴-표지된
알부민		 항-비오틴 또는
스트렙타비딘
항-디곡신 디곡신-표지된
알부민		 항-디곡신
플루오레세인-표지된 알부민 항-플루오레세인
(종 X)		 항-X-Ig
항-비오틴 비오티닐화
항-플루오레세인		 항-플루오레세인
(종 X)		 항-X-Ig
실시예 7
본 실시예는, 시약의 초기 첨가, 반응 산물의 제거, 팁 세척 후의 어세이 구성성분의 일부 또는 전부의 재도입에 따른 어세이 팁을 사용하는 CRP 면역분석으로부터의 응답의 예측가능성을 설명한다. 어세이 순서는 하기와 같다: (1) 샘플(CRP 0.3, 3, 30, 150 및 300 ug/mL), 기기에 의해 500배에 이어 및 2000배 희석 (2) 알칼린 포스파타제 표지된 토끼 항-염소 IgG ["Dab"](5 ng/mL)(이어서 3회 세척) 및 (3) PhosphaGLO™ 알칼린 포스파타제 화학발광성 기질 ["기질"]과 함께 차례로 팁을 원형 기기내에서 10 분 동안 34 ℃에서 인큐베이션하였다. 단계 3 후에 10 초에 걸쳐 광자 발생 속도를 판독하는 몇 개의 기기상에서 실험을 수행하였다. 최종(팁내의) CRP 농도는 0.15, 0.6, 1.5, 6, 15, 60, 75, 300 및 600 ng/mL였으며 글로 수준(glow level)의 범위는 2,000 내지 600,000 카운트/0.5 초였다. 일부 실험에서는 어세이의 단계 (3) 후에 반응 산물을 폐기하고 단계 3(다이아몬드 및 실선), 단계 2+3(사각형 및 파선) 또는 단계 1+2+3(삼각형 및 점선)을 다양하게 반복하고, 결과를 원본 어세이 신호 대비 재처리 어세이 신호로 도 22에 제공하였다.
재처리 어세이 신호는 원본 어세이 신호에 선형 관계(비례적)를 나타내었다. 제2 기질 첨가에 의해서는 원본에 비해 더 높은 신호가 얻어졌으나, Dab 및 기질이 모두 도입되거나 샘플, Dab 및 기질이 모두 재도입된 재처리 어세이에서는 원본보다 낮은 신호가 얻어졌다. 본 방법을 사용하는 실시예에서는, 어세이 순서의 모든 단계들에서 품질관리를 시험하여, 최초 및 후속 반복 어세이 단계 사이에 예상되는 관계에 따라 이들이 예상대로 진행되었는지 여부를 파악할 수 있다.
예를 들어 본 원에 기술된 바와 같이, 어세이 단계가 적절하게 이루어지지 않았을 경우에는, 그 어세이 결과를 부정확한 것으로 보아 배제하거나 이후의 반복 어세이 결과를 적절한 어세이 응답으로서 사용할 수 있다.
본 원에 기술된 시스템 내에서 C-반응성 단백질에 대한 면역분석을 수행하였다. 6개의 균등한 어세이 팁을 샘플(200 ng/mL CRP), 알칼린 포스파타제 표지된 토끼 항-염소 IgG와 함께 차례로 배양한 후에 세척하고 PhosphaGLO™ 알칼린 포스파타제 화학발광성 기질과 함께 인큐베이션하였다. 34 ℃에서 10 분 동안 인큐베이션하였다. 10 초에 걸쳐 광자 발생 속도를 판독하는 3개의 기기상에서 실험을 수행하였다. 0.5 초 판독 시간당 평균 약 40,000 카운트(광자)가 검출되었다. 본 실시예에서 기기 3의 팁 1 및 팁 2에서의 글로 수준은 표 3에 나타낸 바와 같이 명백히 상이한 결과를 제공하였다. 이어서 기기를 사용하여 팁을 세척하고 새로운 PhosphaGLO™ 기질을 도입하였다(흡인 2). 결과는 각각의 기기상에서 6개 팁의 평균에 대한 각 팁의 글로 속도의 비율로 나타낸다. 제2 흡인 후에 팁 1 및 팁 2는 기기 3의 다른 4개와 유사한 결과를 나타냈으며, 이는 팁 1 및 팁 2에서 낮은 신호를 유발했던 어떤 문제도 해소되었음을 의미한다.
오작동 팁으로부터 적절한 신호 회복
신호, 평균에 대한 비율
기기 # 1 2 3 3
흡인 # 1 1 1 2
팁 #
1 1.002 0.988 0.460 1.043
2 0.848 1.045 0.917 0.929
3 0.959 0.893 1.141 1.035
4 1.062 1.067 1.103 1.028
5 1.049 0.981 1.171 1.022
6 1.079 1.025 1.207 0.942
CV, % 8.6 6.2 28.3 5.0

Claims (8)

  1. a. 샘플 수집 유닛에서 혈액 샘플을 자화성 입자의 존재하에 혼합하는 단계로서, 자화성 입자는 혈액 샘플의 비혈장 부분에 결합하기 위한 항체 포획 표면을 포함하는 것인 단계; 및
    b. 자기장을, 혈장 수집 영역 위에서, 혼합된 혈액 샘플에 인가하여, 혈장 수집 영역 상부에서 혈액 샘플의 비혈장 부분을 현탁시키는 단계
    를 포함하는, 혈액 샘플로부터 혈장을 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 샘플 수집 유닛이 모세관인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 혈액 샘플이 약 20 마이크로리터 미만인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 회수된 혈장이 약 10 마이크로리터 미만인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 혈액 샘플이 희석되지 않는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 고체 표면에 결합되지 않은 항체의 존재하에 혼합이 일어나는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 혼합이 주사기 작용에 의한 혼합을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    a. 전혈 샘플을 자동으로 수용 및 처리하여 혈장 부분을 수득하고, 이로부터 관심 피분석물의 존재 또는 부재의 지표가 되는 검출가능한 신호를 장치 상에 발생시키도록 구성된 장치; 및
    b. 피분석물의 존재 또는 부재의 지표가 되는 검출가능한 신호를 검출하기 위한 검출 어셈블리
    를 포함하는, 전혈 샘플의 혈장 부분 내의 피분석물을 자동 검출하기 위한 시스템에서 수행되는 것인 방법.
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