система и способ детектирования

Формула изобретения

1. Система детектирования, содержащая:

держатель для подложки (16), причем подложка имеет поверхность детектирования и выполнена с возможностью содержать объем образца так, что образец находится, по меньшей мере, частично, в контакте с поверхностью детектирования;

источник (18) возбуждающего излучения, для подачи возбуждающего излучения;

компоновку подачи излучения для подачи возбуждающего излучения на область возбуждения образца, причем область возбуждения содержит поверхность детектирования;

детектор (22), чтобы детектировать излучение детектирования, возникающее в результате взаимодействия возбуждающего излучения с образцом и собранное от анализируемой области в пределах области возбуждения образца, причем анализируемая область содержит поверхность детектирования;

причем система дополнительно содержит магнитную компоновку, расположенную вблизи и с той же стороны поверхности детектирования образца, и неподвижную относительно источника (18) возбуждающего излучения и компоновки подачи излучения, причем магнитная компоновка выполнена с возможностью притягивать магнитные гранулы (15) в пределах образца к поверхности детектирования, и компоновку (24) направления магнитного поля для фокусировки магнитного поля от магнитной компоновки на анализируемую область, причем компоновка (24) направления магнитного поля содержит отверстие, через которое компоновка подачи излучения может направить возбуждающее излучение и/или излучение детектирования.

2. Система детектирования по п.1, в которой возбуждающее излучение является затухающим (21).

3. Система детектирования по п.1, в которой компоновка подачи излучения подает возбуждающее излучение на анализируемую область вверх из центра компоновки (24) направления магнитного поля, и имеет компоновку (72) излучения, чтобы фокусировать излучение на анализируемую область для создания затухающего излучения в образце.

4. Система детектирования по п.3, в которой компоновка (72) излучения служит также для фокусировки собранного излучения детектирования на детектор (22), причем компоновка излучения содержит разделитель (70) луча, чтобы предоставить различные пути излучения для собранного излучения детектирования и возбуждающего излучения.

5. Система детектирования по п.1, в которой детектор (22) установлен на поверхности магнитной компоновки (50), которая наиболее близка к держателю образца.

6. Система по любому одному из пп.1 и 2, в которой детектор (22) и магнитная компоновка (82) находятся рядом на опоре (80), причем опора (80) подвижна между положением магнитной активации и положением детектирования.

7. Система детектирования по любому из пп.1-3, в которой детектор (22) содержит компоновку фокусировки излучения.

8. Система детектирования по любому из пп.1-3, в которой детектор (22) содержит полосовой фильтр излучения или фильтр верхних частот излучения.

9. Система детектирования по любому из пп.1 и 2, в которой компоновка подачи излучения содержит компоновку (26) излучения, связанную с источником (18) возбуждающего излучения, чтобы навести возбуждающее излучение на анализируемую область под острым углом относительно поверхности детектирования подложки (16) так, что подложка обеспечивает полное внутреннее отражение.

10. Система детектирования по любому из пп.1 и 2, в которой компоновка подачи излучения содержит направитель затухающего излучения.

11. Система детектирования по любому из пп.1-3, в которой возбуждающее излучение является светом, и детектируемое излучение представляет собой люминесцирующее излучение.

12. Система детектирования по любому из пп.1-3, в которой детектор содержит пиксельный детектор света.

13. Способ детектирования, содержащий этапы, на которых:

приводят в действие магнитную компоновку, расположенную ниже анализируемой области образца, поддерживаемого подложкой, при этом притягивают магнитные гранулы (15) в пределах образца к поверхности детектирования подложки в пределах анализируемой области, причем магнитное поле от магнитной компоновки фокусируется на анализируемую область посредством компоновки (24) направления магнитного поля, которая содержит отверстие;

подают возбуждающее излучение (18) из источника возбуждающего излучения на анализируемую область образца от первой стороны поверхности детектирования, в течение этих этапов магнитная компоновка неподвижна относительно источника (18) возбуждающего излучения и относительно компоновки подачи излучения;

собирают детектируемое излучение, возникающее в результате взаимодействия возбуждающего излучения с образцом, от анализируемой области образца и от первой стороны поверхности детектирования, причем возбуждающее излучение и/или излучение детектирования направляется через отверстие компоновки (24) направления магнитного поля; и

детектируют собранное излучение детектирования.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к системам и способам детектирования, в частности, в области диагностики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Один из примеров системы детектирования основан на создании флуоресцентного излучения в образце, которое может быть детектировано для анализа состава образца в отношении его структуры, и примером использования детектирования флуоресценции является тестирование нуклеиновой кислоты (NAT). Это представляет собой основной элемент в молекулярной диагностике при обнаружении генетических предрасположенностей к болезням, для определения уровней экспрессии РНК или идентификации патогенов, таких как бактерии и вирусы, которые вызывают инфекции. Такие био-чувствительные способы могут быть также использованы для детектирования других аналитов, например, лекарственных препаратов (терапевтических или при злоупотреблении), или признаков болезни в физиологических жидкостях, например, крови, мочи или слюны.

Детектирование флуоресценции может быть использовано для качественного или для количественного определения присутствия конкретного анализируемого аналита в образце (например, ДНК, протеина или лекарственного средства). Настоящее изобретение относится к аппарату, используемому для детектирования флуоресценции, и способу его применения.

Общеизвестны из соответствующих руководств, например, из Immunology, 5-th edition, 1998, ISBN 0723429189, см., например, главы 6, 9 29 многочисленные примеры способов химического или биологического анализа для определенного связывания, захвата, и даже изоляции таких мишеней с использованием, например, иммобилизованных антител, или без них. Часто используемые в этом отношении - это так называемые конкурентный анализ и сэндвич-анализ. В типичном эксперименте молекулярной диагностики биологический образец подвергается скринингу для детектирования определенных биологических компонентов ("мишеней"), например, генов или протеинов, причем последние часто представляют признаки конкретных болезней. Это выполняется детектированием возникновения выборочных связываний (известных как гибридизация) мишени с зондом захвата, например с антителом. Этап гибридизации обычно сопровождается последующим этапом промывки, где все несвязанные молекулы мишени смываются и, затем выполняется этап детектирования. Детектирование ДНК или РНК обычно выполняется с использованием репродукционной фазы, выполняемой перед детектированием. На этой репродукционное фазе, детектируемые ДНК или РНК, и присутствующие только в малом количестве в образце, репродуцируются до больших количеств, чтобы облегчить надежное детектирование. Поскольку, этап репродукции является затратным по времени и энергии, важно иметь низкий порог детектирования. Аппарат по изобретению полезен в этом отношении.

Имеются два общих подхода к детектированию: гомогенные тестирования (в растворе), и гетерогенные тестирования (на поверхности). Гетерогенные тестирования более широко распространены по нескольким причинам, самое важное то, что они позволяют использовать специальные поверхностно-чувствительные методики, которые обеспечивают более чувствительное детектирование. Детектирование основано на детектировании флуоресценции флуоресцентных меток, прикрепленных к молекулам мишени. Детектирование флуоресценции должно быть очень чувствительным, и для гетерогенных тестирований, детектирование должно быть конкретным для поверхности, чтобы минимизировать биологический фон. В идеальном случае, детектирование флуоресценции должно быть способно детектировать единственную флуоресцентную метку при том, что процесс сохраняется эффективным по времени.

Зонды захвата могут применяться шаблонным образом, что позволяет мультиплексирование (то есть детектирование многих различных мишеней параллельно). Главные недостатки такого гетерогенного, то есть иммобилизованного на поверхности захвата иммуноанализа, заключаются в том, что аналиты должны диффундировать и связываться с поверхностью, что обычно является этапом ограничения скорости при анализе.

Часто используются магнитные гранулы с иммобилизованными на поверхности зондами захвата, чтобы извлечь компоненты, например, упомянутые выше аналиты из раствора. Гранулы могут подталкиваться к поверхности внешними магнитами. На втором этапе, гранулы могут быть заново рассредоточены в свежем растворе посредством снятия магнитного притяжения. Усилие активации зависит от напряженности магнитного поля и объема гранулы.

Магнитные гранулы могут также использоваться как метки. Чувствительное детектирование присутствия молекул мишени может быть или основанным на сигнале, созданном магнитными гранулы (основанном на оптических, электрических или магнитных свойствах), или на сигнале, который создан любой другой меткой, прикрепленной к магнитным гранулам.

Применяемая в настоящее время магнитная активация с оптическим детектированием представляет собой детектирование ослабления возбуждающего луча, входящего под косым углом.

WO 2008/072156A2 раскрывает устройство микроэлектронного датчика для детектирования компонентов мишени, содержащих метки-частицы. Устройство микроэлектронного датчика включает в себя опору с связывающей поверхностью, на которой могут собираться компоненты мишени, источник света для испускания входного светового луча на опору так, что он полностью внутренне отражается в исследуемой области на связывающей поверхности, и детектор света для определения количества света в выходном световом луче, который содержит, по меньшей мере, некоторую долю всего внутренне отраженного света.

US 2006/0216696 A1 раскрывает детектор биологического агента, содержащий камеру образца, имеющую волновод и содержащую анализируемый раствор, содержащий первое антитело, характерное для биологического агента, причем первое антитело присоединено к подложке, которая может перемещаться относительно анализируемого раствора в ответ на приложенную внешнюю силу. Детектор биологического агента дополнительно содержит первый комплекс первого антитела и первый флуорофор, источник возбуждающего света, и оптическую систему, которая проецирует изображение света, испускаемого возбужденными молекулами первого флуорофора на матрицу фотодетекторов, причем матрица фотодетекторов производит выходной сигнал, показательный для положения, интенсивности и длины волны света, испускаемого возбужденными молекулами первого флуорофора. Детектор биологического агента дополнительно включает в себя анализатор изображения, который обрабатывает электронный сигнал изображения, произведенный матрицей фотодетекторов.

Статья "Multiplexed, Waveguide Approach to Magnetically Assisted Transport Evanescent Field Fluoroassays" by A.D. Wellmann and M.J. Sepaniak, Analitical Chemistry, Vol.79 (2007), pages 6622-6628, раскрывает флуороанализ затухающим полем с магнитным переносом, в который интегрированы микрожидкостная платформа и технология планарного волновода.

US 5,166,183 раскрывает аппарат оптического детектирования для использования в измерении флуоресценции, испускаемой от образца в области мишени, имеющий разделитель луча для неведения света с первой длиной волны, или с диапазоном длин волн, от источника света на область мишени для стимуляции образца. Свет, испускаемый от образца, содержит первую длину волны, или диапазон длин волн и вторую длину волны или диапазон длин волн, характерные для образца. Заграждающий фильтр ограничивает длину волны света, который должен вернуться от области мишени или от образца на фотодетектор. Разделитель луча и заграждающий фильтр содержат, по меньшей мере, одну объемную отражательную голограмму, которая действует как хроматический разделитель луча, и которая отклоняет прохождение всего света, или существенной его части, с первой длиной волны, или с диапазоном длин волн, нежелательного для прохождения на фотодетектор. По меньшей мере, одна объемная отражательная голограмма пропускает весь свет, или существенную его часть, со второй длиной волны, или с диапазоном длин волн, или с третьей длиной волны, или диапазоном длин волн, содержащим часть со второй длиной волны, или диапазоном длин волн, попадание которого на фотодетектор желательно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы обнаружили, что в осуществляемом в настоящее время и описанном выше решении проблемы, необходимо продетектировать малое изменение большого сигнала, что может иметь шумовые ограничения. Улучшенная чувствительность может быть получена от детектирования свечения, испускаемого связанными метками. Для быстрого и эффективного детектирования, что является обязательным для применения в точке использования, важно не только чувствительное детектирование, но также первостепенную важность имеет и компактная конструкция, поскольку такие устройства должны быть приведены в эксплуатацию часто в хаотичной окружающей среде и/или одним человеком.

Таким образом, имеется практическое конструктивное ограничение для комбинации улучшенного оптического считывания и магнитной активации, когда это связано с устройством, пригодным для точки использования у постели больного.

Цель изобретения заключается в предоставлении системы детектирования, которая, по меньшей мере, частично устраняет вышеупомянутую проблему.

Изобретение определено в соответствии с независимыми п.п. формулы. Зависимые п.п. формулы предоставляют преимущественные варианты реализации.

Компоновка в соответствии с изобретением предоставляет возможность и использует магнитно-активизированное смещение захваченных мишеней к детектируемой поверхности, выборочное возбуждение этих захваченных мишеней на детектируемой поверхности, и детектирование отклика возбуждения для обнаружения присутствия мишени. Локализованное на поверхности возбуждение дает усиление поверхностной специфичности, чем достигается увеличение чувствительности при детектировании. Изобретение объединяет преимущества поверхностного детектирования с простой и дешевой магнитной системой для переноса мишени к поверхности. Магнитная система предоставляет высокоскоростной транспортный механизм. Кроме того, и возбуждение, и детектирование, выполняются с одной стороны детектируемой поверхности, чем достигается компактность конструкции устройства. Соответственно, устройство может быть изготовлено как дешевая компактная компоновка, использующая неподвижный магнит и систему направления излучения. Магнитная активация позволяет эффективно притягивать гранулы по направлению к поверхности (верхняя концентрация) и от поверхности (промывка), тогда как размеры гранул обеспечивают, что могут создаваться сильные сигналы излучения.

В варианте реализации возбуждающее излучение затухает, с преимуществом увеличения выборочности возбуждения на детектируемой поверхности. Компоновка направления магнитного поля предоставляется для того, чтобы сфокусировать магнитное поле от магнита к анализируемой области. Это позволяет расположить магнит далеко от анализируемой области так, чтобы было достаточно пространства для магнита, источника возбуждения и детектора.

Компоновка направления магнитного поля может иметь подковообразную конфигурацию (по существу линейная компоновка), при собираемом излучении, проходящем через центр направителя поля на детектор. Это обеспечивает компактную компоновку. Компоновка подачи излучения может затем подать возбуждающее излучение на анализируемую область над центральным отверстием системы подковообразной компоновки направления поля, и имеет компоновку подачи излучения для фокусировки излучения на анализируемую область, чтобы создать затухающее излучение в образце. Компоновка подачи излучения может также служить для фокусировки собираемого на детектор излучения, и компоновка подачи излучения может содержать разделитель луча для того, чтобы предоставить различные пути излучения для собираемого излучения и возбуждающего излучения. Это предоставляет компактную объединенную систему возбуждающего излучения и излучения детектирования, частично размещенную в центре кольцевого направителя магнитного поля.

Детектор может вместо этого быть установлен на верхней поверхности магнитной компоновки.

Детектор и магнитная компоновка могут вместо этого располагаться рядом на опоре, причем опора подвижна между положением магнитной активации и положением детектирования. Это может улучшить качество изображения. Активатор необходимо сканировать только малое число раз во время анализа.

Обычно, детектор предпочтительно содержит компоновку фокусировки излучения. В одной компоновке, компоновка фокусировки излучения содержит направитель излучения.

Детектор может содержать полосовой фильтр излучения или фильтр верхних частот излучения для удаления фонового шума из детектируемого сигнала излучения.

В другой компоновке, компоновка подачи излучения содержит компоновку подачи излучения, связанную с источником возбуждающего излучения для наведения возбуждающего излучения на анализируемую область под острым углом относительно поверхности детектирования или, если она параллельна поверхности подложки, параллельно поверхности подложки так, что детектируемая поверхность обеспечивает полное внутреннее отражение. Это полное внутреннее отражение обеспечивает затухающую волну в образце. Острый угол означает, что пути излучения, близкие к анализируемой области, не проникают на большую глубину так, чтобы магнит мог располагаться близко к анализируемой области. Детектирование эффективно ограничивается тонким слоем над детектируемой поверхностью.

В другой компоновке, компоновка подачи излучения содержит направитель затухающего излучения к детектируемой поверхности, который находится в контакте с образцом, опять же ограничивая возбуждение в очень тонком слое образца вблизи, или на детектируемой поверхности. Возбуждающее излучение может быть подано в этот волновод на расстоянии от поверхности детектирования и, следовательно, от магнита и устройства подачи излучения/и/или детектора так, чтобы они не мешали друг другу в отношении доступного пространства в устройстве. Компактному устройству предоставлена возможность иметь преимущество в чувствительности измерения на поверхности, используя магнитную активацию.

В другой компоновке, компоновка подачи излучения создает незатухающую, распространяющуюся волну, ограниченную в неглубоком объеме близко к поверхности, которая находится в контакте с образцом, Это известно как "детектирование двойного преломления". Неглубокий объем может иметь глубину от нескольких до десятков микрон.

Излучение детектирования и/или возбуждающее излучение могут быть оптическим излучением, включающим в себя, или не допускающим, ближнее инфракрасное излучение и/или УФ-излучение. Взаимодействие образца с возбуждающим излучением может включать в себя отражение, поглощение или люминесценцию, причем люминесценция включает в себя фосфоресценцию и/или флуоресценцию. Предпочтительно, возбуждающее излучение представляет собой оптическое излучение, тогда как излучение детектирования представляет собой люминесцентное излучение, поскольку это обеспечивает увеличенную чувствительность. Наиболее предпочтительно, детектируемое излучение представляет собой флуоресцентное излучение, которое обеспечивает чрезвычайно чувствительное детектирование.

В случаях, когда способ зависит от поглощения возбуждающего излучения, сопровождаемого испусканием преобразованного возбуждающего излучения, так, например, как при генерации люминесценции, образец может быть снабжен подходящими веществами для преобразования.

Детектор может содержать пиксельный детектор излучения. Система предпочтительно содержит систему скрининга биологических компонентов, для скрининга конкретного аналита, например, например протеина, лекарственного препарата, ДНК, РНК или другой молекулы.

Комбинация детектирования флуоресцентного света и использования магнитной активации известна (Anal. Chim. Acta 564, 2006, 40). Однако, раскрытое решение не является компактным в смысле настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже подробно описываются примеры изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает принцип затухающего возбуждения;

Фиг.2 - первый пример аналитического аппарата по изобретению;

Фиг.3 - второй пример аналитического аппарата по изобретению;

Фиг.4 - третий пример аналитического аппарата по изобретению;

Фиг.5 - четвертый пример аналитического аппарата по изобретению;

Фиг.6 - пятый пример аналитического аппарата по изобретению; и

Фиг. 7A и 7B - шестой пример аналитического аппарата по изобретению.

Те же самые цифровые обозначения обозначают те же самые компоненты на различных фиг. Когда фиг. включает в себя те же самые компоненты, что и предыдущая фиг., их описание не повторяется. Использование цифровых обозначений в формуле призвано только способствовать пониманию изобретения, и не может быть ограничением объема притязаний изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к оптическому аналитическому аппарату и способу, которые объединяют локализованное на поверхности возбуждение с захватом магнитных гранул. Использование локализованного на поверхности возбуждения усиливает специфичность поверхности так, что достигается усиление выборочности при детектировании флуоресценции. Захват магнитных гранул обеспечивает низкую стоимость и компактный путь предоставления возможности измерения поверхности при высокоскоростном движении частиц к поверхности.

Один путь достижения локализованного на поверхности возбуждения заключается в использовании затухающего возбуждения. Принцип затухающего возбуждения рассматривается вначале со ссылкой на Фиг.1.

Исследуемый образец 14 заключен в данный объем, образуя микро-жидкостную часть посредством подложки 16. Источник 18 света направляет возбуждающий свет 10 на поверхность подложки 16.

Обеспечивая угол падения этого возбуждающего света большим, чем критический угол, получаем полное внутреннее отражение света. Это исключает объемное возбуждение. Затухающая волна проникает в образец с ослаблением амплитуды поля как функции расстояния z распространения, как схематично показано графиком 21. Так как эта затухающая волна быстро ослабляется, она может быть использована для зондирования только тех молекул, которые присутствуют вблизи поверхности границы раздела.

После возбуждения (коротковолновым) лазером, флуоресцентные молекулы начинают излучать свет во всех направлениях. Длина волны флуоресцентного света будет больше, чем длина волны возбуждения.

На Фиг.2 показан первый пример устройства по изобретению.

Обычно, устройство содержит считывающий инструмент и одноразовый картридж. Считывающее устройство имеет магнитную компоновку, чтобы перенести магнитные гранулы к поверхности и вытолкнуть их из поверхности, систему оптического возбуждения, чтобы вызвать флюоресценцию, и оптический детектор.

Как объясняется со ссылкой на Фиг.1, исследуемый образец 14 заключен в данный объем, формируя микро-жидкостную часть подложки 16. Образец включает в себя магнитные гранулы 15. Возбуждающий свет 10, создаваемый источником 18 таким, как, например, лазер (или LED), используется для возбуждения флуоресценции 19.

Индуцированная флуоресценция, испускаемая связанными метками (в результате затухающего возбуждающего света 21 поданного в образец), собирается посредством компоновки 20 собирающих линз и направляется на детектор 22. Детектор представляет собой фотодетектор, который может быть диодом, или матрицей диодов, или приборами с зарядовой связью (CCD). Количество света, которое достигает поверхности датчика, может быть дополнительно увеличено введением оптических элементов, например, линз, между одноразовой частью устройства (подложка) и детектором 22. Как показано на Фиг.2, одноразовая подложка может также включать в себя оптические поверхности 26,28, образующие часть оптики 20.

Для снижения фонового сигнала от рассеиваемого света, на вершине детектора предоставляется цветной селективный фильтр 32 (полосовой или фильтр верхних частот; причем выражение "верхних" относится к длине волны света). Фильтр может быть поглощающим или отражающим (дихроичным), и может находиться в оптическом контакте с детектором.

Оптические элементы 20 также могут быть использованы, чтобы отобразить связывающую поверхность на поверхности детектора. Таким образом, создается пространственное отображение испускаемого света, что позволяет одновременное детектирование различных мишеней в различных местах на связывающей поверхности. Это представляет собой мультиплексированную схему детектирования.

Магнитное поле для захвата магнитных гранул направляется к основанию оптической подложки 16 посредством использования материала с высокой проницаемостью, образующего направители 24. Магнитное поле необходимо предоставить близко к связывающей поверхности оптической подложки, чтобы достигнуть достаточно больших сил (обычно <1,5 мм между вершиной магнита и областью датчика подложки). Сами электромагнитные источники расположены на большем расстоянии, не показанном на Фиг.2. Это создает достаточное пространство между направителями 24 магнитного поля, чтобы установить систему оптического детектирования. В показанном примере направители формируют подковообразное кольцо, и центральное отверстие используется для размещения компонентов оптического детектирования. Большая оптическая апертура магнитонаправляющей структуры желательна для увеличения собирания света. Угол раскрытия конуса света, который должен быть собран отображающей оптикой, должен быть большим, например соответствующим числовой апертуре 0.5, или больше.

Возбуждающий свет 10 входит в подложку 16 через окно 26, которое встроено в одноразовую часть устройства. Также показаны выходное окно 28, и необязательный детектор 30, используемый для управления обратной связью источника возбуждения, например, в качестве опорного и для контроля качества.

В примере на Фиг.2, возбуждение достигается с падающим лучом, который полностью отражается на границе раздела между подложкой и раствором аналита в месте биологического связывания. Это создает желаемое затухающее поле у поверхности с экспоненциально спадающей интенсивностью. Только метки вблизи поверхности (расстояние порядка 100 нм или менее) становятся возбужденными. Такое выборочное поверхностное возбуждение создает очень низкий уровень фона от надосадочного раствора и, следовательно, позволяет детектирование в реальном времени при высокой чувствительности. Предоставляя источник возбуждения и соответствующие линзы со стороны анализируемой области образца, и с малым острым углом между направлением падения луча и плоскостью подложки, можно обеспечить малое пространство между направителями магнитного поля и нижней поверхностью подложки.

В компоновке на Фиг.2, детектор и соответствующая оптика предоставляются в пределах пространства, по меньшей мере, частично окруженного направителями магнитного поля.

Во втором варианте реализации, показанном на Фиг.3, испускаемый свет проходит от анализируемой области по световоду 40, например по волоконному пучку. Детектор 22 помещается на нижнем конце световода 40 с внешней стороны магнитной головки. Это допускает более компактную конструкцию направителей магнитного поля и позволяет использование стандартных компонентов для оптических элементов.

В третьем варианте реализации, показанном на Фиг.4, фотодетектор 22 установлен непосредственно на вершине магнита 50, который используется для активации магнитных меток. Фотодетектор 22, однако, располагается на устройстве считывания, чтобы сохранить низкой стоимость одноразовой части аппарата. На Фиг.4 показана плоская нижняя сторона подложки в анализируемой области, но оптический компонент, например, отдельная преломляющая или дифракционная линза, или линзовая 1D- или 2D-матрица (обеспечивающая функциональные возможности отображения), опять-таки может быть смонтирована на основании оптической подложки, чтобы увеличить эффективность собирания, как показано на Фиг.2.

Чтобы фотодетектор оставался тонким, предпочтительно использовать полупроводниковый элемент (например, фотодиод, CCD, CMOS) или полимерный элемент.

Возбуждение полным внутренним отражением, как показано в вышеприведенных примерах, может быть заменено возбуждением со световодом с затухающей волной, как показано на Фиг.5. В этом случае, не требуются компоненты в местоположении анализируемой области для подачи света на анализируемую область. Это оставляет больше места для магнитной головки.

Источник 18 возбуждения подает свет на световод 60 посредством решеточной структуры 62.

На Фиг.6 показана компоновка, в которой возбуждающий свет направляется через оптические элементы внутри магнитной головки. В этом случае, оптическая компоновка используется так, что подает возбуждающий свет на анализируемую область вверх от центра компоновки магнитного направителя (например, также подковообразной конфигурации). Свет фокусируется на анализируемую область для создания излучения в образце.

Возбуждающий свет направляется на образец дихроичным зеркалом или разделителем 70 луча. Это дает возможность задавать различные оптические пути для возбуждающего света и флуоресценции. Возбуждающий свет затем фокусируется в образце посредством возбуждающей линзы 72.

Любой отраженный паразитный лазерный свет (имеющий длину волны возбуждающего света) отражается снова дихроичным зеркалом или разделителем 70 луча, тогда как флуоресцентное свечение проходит через зеркало/разделитель 70 луча на детектор 22.

Полосовой фильтр может обеспечить дополнительную фильтрацию для отклонения возбуждающего света, и фильтрованный свет фокусируется на детекторе 22 отображающей линзой 74, которая отображает образец на детектор 22.

Считывание может быть осуществлено в квазиконфокальном режиме введением точечного отверстия в фокальную точку собирающей линзы на пути считывания, или с использованием пиксельного детектора как квазиточечного отверстия, чтобы подавить свет от других частей вне связывающей матрицы. Однако, конфигурация точечного отверстия не требуется, если затухающее поле присутствует только в месте возбуждения.

Вышеприведенные примеры имели фиксированные магнитные и оптические компоненты, и магнитные и оптические функции выполнялись при том же самом положении картриджа.

В системе, показанной на Фиг.7, коаксиальная компоновка магнитных и оптических элементов заменяется параллельной компоновкой с преимуществом наличия лучшего качества отображения. Система на Фиг.7 имеет активизируемые салазки 80, содержащие магнитную компоновку 82 и оптику 18, 22 отображения и детектирования рядом друг с другом.

На Фиг.7A показаны вид сбоку и вид сверху устройства. На Фиг.7B показаны два положения салазок 80. Верхняя часть на Фиг.7B показывает анализируемую область 90 на пути источника возбуждения и выше магнитного поля. Нижняя часть на Фиг.7B показывает анализируемую область над компоновкой оптического детектора для детектирования флуоресценции.

Возбуждение флуоресценции и детектирование света происходят в одно и то же время (время релаксации флуоресценции составляет несколько наносекунд). Компоновка на Фиг.7 отделяет функцию магнитного притяжения от возбуждения/детектирования. Магнитное притяжение представляет собой сравнительно медленный процесс и как только гранулы связываются, они остаются на месте достаточно для движения картриджа.

Эта компоновка использует тот же самый концептуальный подход, что и примеры на Фиг.2 и 3, на которых отображение анализируемой области происходит через центр магнита.

Пример на Фиг.7 предоставляет движение салазок 80 во время активации между двумя положениями. Предоставляется положение, в котором магнит находится точно под анализируемой областью картриджа. Когда протокол активации завершен (магнитное притяжение для переноса частиц к поверхности), салазки перемещаются во второе положение так, что оптическая ось отображающей/детектирующей оптики совпадает с центром анализируемой области, и возбуждение и детектирование флуоресценции может иметь место.

Во всех вышеприведенных примерах молекулы мишени прикрепляются к гранулам (таким же образом, как и в существующих системах захвата гранул), и флуоресцентные метки прикрепляются к молекулам мишени (таким же образом, как и в существующих оптических системах), так, что притягивание гранул магнитом к поверхности предоставляет необходимые флуоресцентные метки у поверхности. Гранулы, которые притягиваются к поверхности, но не имеют прикрепленной молекулы мишени, не будут связываться и могут быть вытолкнуты изменением направления магнитного градиента.

Технология 1D и 2D подвижных механических столиков хорошо известна из устройств оптической памяти, и эти устройства могут быть изготовлены надежными, дешевыми и в больших объемах. Кроме того, 1D-активированные салазки могут быстро перемещаться (до 100Гц) и с высокой точностью (десятки микрон).

Возможный недостаток этого способа - отсутствие сигнала во время магнитной активации. Однако, для продукта конечного пользователя это не станет проблемой, поскольку динамика биологического анализа известна из исследования. Протокол активации может быть, таким образом, выполнен без необходимости в обратной связи или анализе.

Различные примеры изобретения допускают систему с компактной отображающей оптикой и детектором, и с высоким качеством изображения. Предоставляется компактная и эффективная магнитная компоновка.

Подача образца в анализируемую область может быть вполне стандартной, например с использованием микрожидкостной накачки. Множественные каналы могут быть параллельными с различными иммобилизованными антителами.

Температурное управление устройства может быть обеспечено посредством общего нагрева. Могут быть использованы флуоресцентные гранулы различных спектров.

Фоновая флуоресценция может быть считана от несвязанных меток. Фон происходит главным образом от неумышленно связанных меток и других частиц, которые удерживаются у поверхности, а также от некоторой внутренней флуоресценции от подложки и всех компонентов на пути света.

Измерение плотности гранул поглощением (FTIR) или рассеянием представляет собой альтернативу, которая может быть осуществлена вместо, или в дополнение к флуоресценции. Это может использовать по существу ту же самую компоновку, кроме фильтров.

Предварительное смешивание гранул и помеченных антител с образцом может иметь место перед инъекцией. Предпочтительно, смешивание и реакция должны осуществляться внутри одноразового картриджа в случае медицинского применения.

В вышеприведенных примерах система используется для детектирования флуоресценции. Однако, изобретение относится в более широком смысле к возбуждению образца и детектированию образующегося света.

Подложка может быть плоской пластиной из любого подходящего материала, например, может быть из стекла или полимера, и может иметь элементы захвата с поверхностной плотностью от 0,01 до 106 элементов на мкм², предпочтительно от 10 до 104 элементов на мкм².

Образец, подложка с элементами захвата в контакте с образцом или подложкой, после того, как она была в контакте с образцом, обычно подвергаются скринингу для некоторых компонентов, например биологических компонентов, например, олигонуклеотидов, ДНК, РНК, генов, протеинов, углеводов, липидов, клеток, компонентов клетки, например, внешних клеточных мембран или внутренних клеточных мембран, бактерий, вирусов, простейших, и т.д., также называемых частицами-мишенями.

Люминесцентные метки обычно присоединяются к частицам-мишеням и, таким образом, способствуют детектированию частиц-мишеней. В некоторых вариантах реализации, образец, таким образом, включает в себя, по меньшей мере, одну люминесцентную метку, также называемую "оптически переменной частицей". Такие оптически переменные частицы могут быть, например, флуоресцентными (как описано выше), электролюминесцентными или хемолюминесцентными частицами. Оптические переменные частицы могут быть любым объектом, способным связываться с участком связывания химически или иным образом. Связывание происходит вследствие эффектов скрининга (то есть взаимодействий ионных, рассеянных и водородных связей). Ковалентная связь является альтернативой.

В вышеприведенных примерах, детектирование флуоресценции осуществляется через подложку. Однако, детектирование флуоресценции может быть осуществлено выше образца.

Приложения изобретения в целом находятся в области молекулярной диагностики: клинической диагностики, местной диагностики, усовершенствованных биомолекулярных диагностических исследованиях - биосенсорах, экспрессионных матрицах генов и протеинов, экологических датчиках, датчиках качества пищи, и т.д.

Другие различные модификации будут очевидны специалистам в данной области техники.