устройство и способы детектирования аналитов в слюне

Формула изобретения

1. Микрожидкостное устройство для детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, включающее:

(a) одну или несколько областей предварительной обработки, включающих поверхность, которая содержит молекулу, способную специфично или неспецифично связываться с одним или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции данных компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, где указанная молекула, способная специфично или неспецифично связываться с одним или более из компонентов слюны в образце слюны, является гидроксиапатитом или антителом против муцина; и

(b) область детектирования, которая включает поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов и обеспечивать детектирование одного или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или молекулы, структурно родственные аналиту и связывающие аналит-специфичные зонды.

2. Микрожидкостное устройство для детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, включающее:

(a) одну или несколько областей предварительной обработки, включающих поверхность, которая содержит молекулу, способную специфично или неспецифично связываться с одним или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции данных компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, где указанная молекула, способная специфично или неспецифично связываться с одним или более из компонентов слюны в образце слюны, является гидроксиапатитом или антителом против муцина; и

(b) область детектирования, которая включает поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов и обеспечивать детектирование одного или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или молекулы, структурно родственные аналиту и связывающие аналит-специфичные зонды,

где одна или несколько областей предварительной обработки включены в одну или несколько отдельных камер, содержащих намагничиваемые частицы, покрытые молекулой, способной специфично или неспецифично связываться с одним или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов.

3. Устройство по п.1 или 2, где один или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, выбраны из группы, состоящей из муцинов, мукополисахаридов и гликопротеинов.

4. Устройство по п.1, где поверхность является пористой.

5. Устройство по п.4, где поверхность является пористой структурой, полученной путем спекания.

6. Устройство по любому из пп.1-5, которое дополнительно включает промежуточную область, которая предназначена для содержания образца слюны перед контактом образца с областью детектирования.

7. Устройство по п.6, где область детектирования или промежуточная область представляют собой отдельную камеру, содержащую намагничиваемые частицы, покрытые молекулой, способной специфично связывать один или более аналитов, которая отличается от молекулы на поверхности биосенсора.

8. Устройство по любому из пп.1-7, которое является устройством для одноразового применения.

9. Способ детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, включающий этапы контакта образца слюны с микрожидкостным устройством, включающим:

(a) одну или несколько областей предварительной обработки, включающих поверхность, которая содержит молекулу для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции одного или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, где указанная молекула, связывающаяся с компонентами слюны в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, является гидроксиапатитом или антителом против муцина; и

(b) область детектирования, которая включает поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов и обеспечивать детектирование одного или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или молекулы, структурно родственные аналиту и связывающие аналит-специфичные зонды,

где способ включает детектирование присутствия аналита в области детектирования в конкурентном или неконкурентном анализе.

10. Способ детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, включающий этапы контакта образца слюны с микрожидкостным устройством, включающим:

(a) одну или несколько областей предварительной обработки, включающих поверхность, которая содержит молекулу для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции одного или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, где указанная молекула, связывающаяся с компонентами слюны в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, является гидроксиапатитом или антителом против муцина; и

(b) область детектирования, которая включает поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов и обеспечивать детектирование одного или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или молекулы, структурно родственные аналиту и связывающие аналит-специфичные зонды, где

по меньшей мере, в одной из указанных одной или нескольких областей предварительной обработки образец слюны инкубируется с намагничиваемыми частицами, покрытыми молекулой, способной специфично или неспецифично связываться с компонентами слюны в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, при этом способ включает определение присутствия аналита в области детектирования в конкурентном или неконкурентном анализе.

11. Способ по п.9 или 10, где один или более из компонентов слюны в образце слюны, препятствующих детектированию одного или более аналитов, выбраны из группы, состоящей из муцинов, мукополисахаридов и гликопротеинов.

12. Способ по любому из пп.9-11, где один или более аналитов представляет собой лекарственное средство.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройствам и способам детектирования и/или количественного определения молекул в образце слюны. Способы и устройства объединяют в себе предварительную обработку и детектирование.

Уровень техники

В диагностическом тесте требуется измерять одну или более специфических целевых молекул или аналитов. Часто это выполняют, обеспечивая взаимодействие целевой молекулы в (биохимической) реакции, которая в результате, напрямую или опосредованно, дает детектируемый сигнал.

Сущность изобретения

В настоящее время на рынке доступно множество устройств и способов, предназначенных для выполнения "придорожных" анализов (непосредственно на трассе) лекарственных (наркотических) средств. Большинство из них основано на иммунологическом детектировании мишени, которое выполняют напрямую в пробе в WO 02/082040, в которой описана система с одним устройством для определения различных аналитов, в частности лекарственных средств, в жидкостях организма. Физиологическую жидкость набирают через приемный конец устройства с впитывающим наполнителем, ряд нагнетательных головок в наконечнике приемного устройства проталкивают пробу (как только приемный конец устройства проходит через нагнетательные головки) во внутреннюю часть системы иммуноанализа, содержащую диагностические полоски для детектирования лекарственного средства. Лекарственное средство в пробе конкурирует с конъюгатом лекарственного средства, иммобилизованным на мембранной подложке, за связывание с некоторыми сайтами антитела на цветных микрогранулах. Цветная линия указывает на присутствие или отсутствие соответствующих лекарственных средств в пробе. Часть пробы сохраняется в контрольной лунке, изолируемой от внешней среды и сохраняемой для последующего анализа.

Впрочем, было продемонстрировано, что многие из указанных тестов являются неудовлетворительными, прежде всего в том что касается чувствительности анализов. Это частично обусловлено тем фактом, что концентрация большинства лекарственных средств в слюне обычно несколько ниже, чем в крови или моче. Однако, что еще более важно, слюна содержит компоненты, которые препятствуют выполнению многих способов детектирования. Хотя слюна в значительной степени состоит из воды, она дополнительно содержит много различных веществ. Они включают электролиты (например, натрий, калий, кальций, магний, хлорид, бикарбонат, фосфат), антибактериальные соединения (такие как тиоционат, пероксид водорода, иммуноглобулин A), ферменты (например, амилазы, лизоцимы, липазы, фосфатазы, амидазы, дегидрогеназы, пероксидазы, супероксиддисмутазу, трансферазы, изомеразы), клетки (как бактериальные клетки, так и хозяйские клетки, то есть клетки животного или человека, вырабатывающие слюну), а также другие соединения, такие как гормоны. Однако, что наиболее важно, слюна содержит слизь, состоящую главным образом из мукополисахаридов и гликопротеинов.

Важным классом гликопротеинов, обнаруженных в слюне, являются муцины. Муцины относятся к семейству больших сильно гликозилированных белков. С помощью клонирования кДНК у человека было индентифицировано, по меньшей мере, 19 генов, отвечающих за синтез муцинов - MUC1, 2, 3A, 3B, 4, 5AC, 5B, 6-9, 11-13 и 15-19. Муцины секретируются в виде массивных агрегатов белков с молекулярными массами примерно от 0,1 до 10 миллионов Да. В указанных агрегатах мономеры связаны друг с другом главным образом посредством нековалентных взаимодействий, хотя в данном процессе также могут играть роль межмолекулярные дисульфидные связи. Было продемонстрировано, что муцины ответственны за большинство ложноположительных результатов при анализе образцов слюны.

Чтобы точно определять присутствие в слюне лекарственных средств, необходима предварительная экстракция аналитов или удаление нежелательных компонентов (таких как муцины). Как правило, твердофазные системы очистки используются для удаления нежелательных соединений или выделения целевого аналита путем связывания со стационарной фазой. Несвязанные соединения смываются и удаляются из колонки. Если аналит связывается на колонке, он впоследствии элюируется с использованием подходящего буфера, способного вытеснять адсорбированный аналит из стационарной фазы. В альтернативе, если связывается нежелательное соединение, элюат, содержащий аналит, собирается непосредственно. Элюат необязательно выпаривают и заново растворяют в меньшем объеме с целью его предварительного концентрирования перед анализом с использованием таких методов, как, помимо прочих, твердофазный иммуноферментный анализ (ELISA), радиоиммунный анализ (РИА), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), жидкостная хроматография/масс-спектрометрия (ЖХ-МС) и газовая хроматография/масс-спектрометрия (ГХ-МС).

Тем не менее, традиционные методы анализа имеют несколько недостатков. Во-первых, данные методы занимают много времени и являются дорогостоящими. Кроме того, часто они требуют сложных приборов и относительно высокой квалификации со стороны лица, выполняющего анализ.

Таким образом, существует потребность в измерительных устройствах и способах, которые обеспечивают точное и чувствительное детектирование аналитов в слюне без необходимости в сложном оборудовании или высококвалифицированных лаборантах.

Настоящее изобретение предоставляет устройства и способы, посредством которых предварительная обработка пробы и детектирование выполняются последовательно в одной и той же обстановке, обеспечивая легкость манипуляций, а также высокую специфичность и чувствительность. Указанные способы и устройства, в частности, могут применяться при анализе аналитов в слюне. Кроме того, способы и устройства допускают применение вне лабораторных условий.

Интеграция области предварительной обработки и области детектирования в одном устройстве обеспечивает несколько преимуществ. Уменьшается потребность во взаимодействии пользователя с образцом. Как следствие, уменьшается вероятность ошибок, вызванных манипуляциями с образцом. Кроме того, требуется меньшее количество образца. Фактически не происходит потери образца, как, например, в случае переноса образца из одного устройства в другое. Кроме того, это гарантирует минимальный контакт пользователя с образцом, сводя к минимуму риск контаминации образца.

Способы и устройства настоящего изобретения предусматривают предварительную обработку образца перед детектированием, в результате которой удаляются компоненты, препятствующие детектированию. Это позволяет применять в устройстве намагничиваемые частицы, не влияя на чувствительность или специфичность. Фактически нежелательная фракция, которая обычно вызывает агрегацию намагничиваемых частиц, удаляется перед контактом с намагничиваемыми частицами. Это приводит к снижению фонового сигнала или уменьшению неспецифического связывания. Кроме того, способы и устройства настоящего изобретения обеспечивают детектирование, основанное на магнитном воздействии. Это имеет особое значение, поскольку магнитное воздействие может использоваться для дополнительного ускорения диагностических тестов и упрощения гидродинамики, например, в микрожидкостном устройстве. Таким образом, способы и устройства, описанные в настоящем изобретении, обеспечивают быстрые, чувствительные и надежные инструменты для определения аналитов в слюне.

Устройства и способы, описанные в настоящей заявке, также особенно подходят для применения в способах непрямого детектирования, то есть способах, в которых детектируют несвязанный аналит или аналит-специфичный реактив как показатель присутствия и, необязательно, количества аналита в образце, как, например, в конкуретном анализе.

Устройства и способы настоящего изобретения могут применяться в тестах, которые требуют минимальной обработки, в особенности во внелабораторных условиях (например, в придорожном анализе, диагностике на месте). Таким образом, устройства могут быть предоставлены в виде устройств одноразового применения или в виде картриджей в микрожидкостном устройстве.

Таким образом, настоящее изобретение предоставляет устройства для детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, включающие:

(a) одну или более областей предварительной обработки для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части нежелательной фракции из образца слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов; и

(b) область детектирования, которая включает в себя поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или аналогов аналита.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, которые являются микрожидкостными устройствами. Согласно альтернативным конкретным вариантам осуществления предложены устройства, которые являются устройствами латерального потока.

Согласно конкретному варианту осуществления предложены устройства, в которых одна или более областей предварительной обработки включены в одну или более отдельных камер, содержащих намагничиваемые частицы, покрытые молекулой, способной специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов. В частности, указанные намагничиваемые частицы представляют собой парамагнитные или суперпарамагнитные частицы.

В альтернативных вариантах осуществления устройства снабжены одной или более областями предварительной обработки, включающими поверхность, которая включает молекулу, способную специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов. Молекула, связывающаяся с компонентами в образце слюны, может быть связана на поверхности, или поверхность может в значительной степени или по существу состоять из такой молекулы. Первое обычно имеет место, когда предусмотрены молекулы, способные к специфичному связыванию; последнее предусмотрено, когда используются молекулы, неспецифично связывающиеся с компонентами в образце слюны. Впрочем, это является лишь общим правилом и не должно трактоваться как ограничение данного варианта осуществления.

Согласно другим конкретным вариантам осуществления предложены устройства, включающие поверхность, которая включает молекулу, способную специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, где указанная поверхность является пористой. Согласно следующим конкретным вариантам осуществления пористая поверхность является пористой структурой, полученной спеканием.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, включающие молекулу, связывающуюся с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, которая является гидроксиапатитом.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, включающие молекулу, специфично связывающуюся с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, где указанная молекула является антителом. Согласно другим конкретным вариантам осуществления антитело является антителом против фактора агрегации. Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления антитело является антителом против муцина.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, которые включают промежуточную область для содержания образца слюны перед контактом образца с областью детектирования. Указанная промежуточная область может быть предназначена просто для перемещения образца (например, являться каналом, таким как микрожидкостный канал в микрожидкостном устройстве; или инертной областью в устройстве латерального потока). Впрочем, промежуточная область может также иметь другую функцию, например служить для взаимодействия образца с одним или более реактивами перед контактом образца с областью детектирования.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, в которых область детектирования или промежуточная область устройства представляет собой отдельную камеру, содержащую намагничиваемые частицы, покрытые молекулой, способной специфично связывать один или более аналитов, которые отличаются от молекулы на поверхности биосенсора.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены устройства, подходящие для одноразового применения.

Также предусмотрены способы, в которых применяются устройства, такие как описанные в настоящей заявке. Согласно конкретным вариантам осуществления предложены способы детектирования присутствия одного или более аналитов в образце слюны, которые включают этапы контакта образца слюны с устройством, включающим:

(a) одну или более областей предварительной обработки для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции в образце слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов; и

(b) область детектирования, которая включает поверхность биосенсора, включающую:

- молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов; или

- один или более аналитов и/или аналогов аналита, где указанные способы включают детектирование присутствия аналита в области детектирования в конкурентном или неконкурентном анализе.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены способы, которые включают этап инкубирования образца слюны с намагничиваемыми частицами, покрытыми молекулой, способной специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, по меньшей мере, в одной из одной или более областей предварительной обработки.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены способы, в которых молекулы, связывающиеся с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, являются гидроксиапатитом.

Согласно альтернативным конкретным вариантам осуществления предложены способы, в которых молекулы, связывающиеся с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более аналитов, являются антителом. Согласно другим конкретным вариантам осуществления антитело является антителом против фактора агрегации. Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления антитело является антителом против муцина.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены способы, включающие этап контакта образца с одной или более областей предварительной обработки, а затем следующий этап контакта образца с областью детектирования, и при этом после контакта области (областей) предварительной обработки образец связывается с намагничиваемыми частицами, покрытыми молекулой, способной специфично связывать один или более аналитов, которые отличаются от молекулы на поверхности биосенсора.

Согласно конкретным вариантам осуществления предложены способы для применения при детектировании лекарственного средства, в частности при детектировании лекарственного средства, вызывающего наркотическую зависимость. Таким образом, согласно данным вариантам осуществления, по меньшей мере, один из детектируемых аналитов является лекарственным средством.

Другой аспект изобретения относится к преимуществу фильтрования слюны через гидроксиапатит. Таким образом, предложены способы детектирования одного или более аналитов в образце слюны, которые включают контакт образца слюны с гидроксиапатитом перед выполнением детектирования аналита (ов).

Краткое описание фигур

Вышеописанные и другие особенности, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания, рассматриваемого в сочетании с сопровождающими Фигурами, которые посредством примера иллюстрируют принципы изобретения. Настоящее описание приводится исключительно в качестве примера, не ограничивая объем изобретения. Справочные Фигуры, приведенные ниже, относятся к прилагаемым графическим материалам:

На Фигуре 1 показано схематическое изображение устройства (1) согласно конкретному варианту осуществления изобретения включающего область предварительной обработки (2) и область детектирования (4). Область детектирования (4) включает поверхность (5) биосенсора, которая в данном варианте осуществления включает молекулы (6), способные специфично связывать один или более аналитов.

На Фигуре 2 показано схематическое изображение устройства (1) согласно конкретному варианту осуществления изобретения, включающего область предварительной обработки (2) и область детектирования (4). Область детектирования (4) включает поверхность (5) биосенсора, которая в данном варианте осуществления включает молекулы (6), способные специфично связывать один или более аналитов. В определенном варианте осуществления, показанном здесь, устройство включает средства, которые обеспечивают контакт области детектирования (4) с намагничиваемыми частицами (7), покрытыми молекулой, способной специфично связывать один или более аналитов. В конкретных вариантах применения устройства (1), образец слюны наносится на область предварительной обработки (2), которая включает молекулы, которые специфично или неспецифично удаляют, по меньшей мере, часть фракции образца слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов. Затем предварительно обработанный образец перемещается в область детектирования (4), в данном конкретном варианте осуществления через микрожидкостный канал (3). При этом аналиты (8), присутствующие в образце, могут связаться с молекулами (6), способными специфично связывать аналиты и находящимися на поверхности (5) биосенсора. Приложение магнитного поля вызывает движение несвязанных намагничиваемых частиц (7) к поверхности (5) биосенсора, где они могут связаться с присутствующими аналитами (8). По истечении заданного времени магнитное поле притяжения удаляют. Прикладывают другое магнитное поле, притягивающее несвязанные намагничиваемые гранулы от поверхности (5) биосенсора. Затем присутствие меченых намагничиваемых частиц (указывающих на присутствие аналита) на поверхности биосенсора детектируют с помощью подходящих средств детектирования. A: устройство перед применением. B: устройство в процессе детектирования аналита в образце.

На Фигуре 3 показана функциональность анализа после фильтрования через гидроксиапатит в области предварительной обработки. Целевым аналитом является опиат. В данном эксперименте поверхность биосенсора была покрыта BSA-опиатом, а детектирование выполняли с использованием суперпарамагнитных частиц, покрытых антителами против опиата. Конкурентный анализ выполняли с целью определения возможности детектирования опиата в образцах без предварительной обработки (разбавление 30% буфером) с предварительной обработкой фильтрованием и предварительной обработкой фильтрованием, комбинированной с предварительной обработкой гидроксиапатитом. Результаты представлены для образцов слюны от трех испытуемых. Изменение оптического сигнала (%) относится к изменению сигнала после добавления суперпарамагнитных частиц.

На Фигуре 4 показана функциональность анализа после фильтрования через гидроксиапатит в области предварительной обработки. Целевым аналитом является опиат. В данном эксперименте поверхность биосенсора была покрыта BSA-опиатом, а детектирование выполняли с использованием суперпарамагнитных частиц, покрытых моноклональными антителами против опиата. Конкурентный анализ выполняли с целью определения возможности детектирования опиата в образцах, которые были предварительно обработаны фильтрованием или предварительно обработаны посредством предварительной обработки гидроксиапатитом в комбинации с фильтрованием. Результаты представлены для образцов слюны от пяти испытуемых. Изменение оптического сигнала (%) относится к изменению сигнала после добавления суперпарамагнитных частиц.

Подробное описание вариантов осуществления

Далее настоящее изобретение описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на определенные фигуры, однако ими изобретение не ограничивается, а ограничивается только формулой. Любые условные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема. Описанные фигуры являются исключительно схематическими и неограничивающими. На фигурах размер некоторых элементов может быть увеличен и не показан в масштабе в иллюстративных целях.

В тех случаях, когда в настоящем описании и формуле используется термин "включающий", он не исключает другие элементы или этапы. Когда в оригинальном тексте используется существительное в единственном числе, оно включает множественное число соответствующего существительного, если прямо не указано что-либо иное.

Кроме того, термины первый, второй, третий и т.п. в описании и в формуле используются для различения аналогичных элементов и не обязательно для описания последовательного или хронологического порядок. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описанные в настоящей заявке, могут функционировать в последовательностях, отличающихся от описанных или показанных в настоящем описании.

Термины или определения, используемые в настоящей заявке, представлены исключительно для того, чтобы поспособствовать в понимании изобретения.

Определения

Термин "аналит", используемый в настоящей заявке, относится к соединению, присутствующему в образце, присутствие и/или концентрацию которого требуется детектировать.

Термин "аналит-аналог", используемый в настоящей заявке, относится к молекуле, которая аналогична аналиту в том, что она связывается с аналит-специфичным зондом. Однако аналит-аналоги связываются с аналит-специфичными зондами слабее, чем аналит, в результате чего связывание аналит-аналога с зондом может быть вытеснено присутствием аналита. Аналог аналита, используемый в настоящей заявке, например, относится к молекуле, используемой, например, в конкуретном анализе. В данном типе анализа используется только одна аналит-связывающая молекула (обычно антитело). Аналог аналита является соединением, которое обладает другой, но, тем не менее, сходной структурой с аналитом и также связывается аналит-связывающей молекулой.

В таком конкуретном анализе и аналит, и аналог аналита конкурируют за связывание с одной и той же аналит-связывающей молекулой. В данном случае молекула, связывающая аналог аналита, связывается с аналитом с той же или более низкой аффинностью, чем аналит-связывающая молекула непосредственно, при этом аналит-аналог, связанный с аналит-связывающей молекулой, может быть вытеснен аналитом. Обычно аналог аналита имеет с аналитом общий эпитоп для аналит-связывающего антитела. Причинами использования аналога аналита вместо самого аналита в таком конкуретном анализе являются, например, легкость его синтеза, легкость пришивания к подложке, увеличенная стабильность и/или срок хранения или сниженный риск при производстве тестирующего устройства, например сниженная токсичность или сниженная фармацевтическая активность по сравнению с аналитом непосредственно (например, бактериальными токсинами, наркотическими средствами).

Фраза "детектирование присутствия", используемая в настоящей заявке, относится к качественному и/или количественному детектированию присутствия аналита. Детектирование присутствия также охватывает детектирование отсутствия аналита, то есть обнаружение того, что детектируемый аналит не присутствует. Аналогичным образом, количественное детектирование аналита охватывает детектирование отсутствия аналита, соответствующее нулевому уровню, а также детектирование поддающихся количественному измерению уровней аналита.

Термин "предварительная обработка", используемый в настоящей заявке, относится к манипуляции (обычно очистке), выполняемой на образце перед детектированием с целью оптимизации детектирования. Такая предварительная обработка может включать удаление молекул из образца, основанное на каких-либо физических (например, размере, вязкости) или биохимических свойствах данных молекул (например, специфичном или неспецифичном связывании молекул с матрицей). Дополнительно или альтернативно "предварительная обработка" может включать изменение физических и/или биохимических свойств молекул в образце. "Область предварительной обработки", применительно к устройству представляет собой область в устройстве, предназначенную для обеспечения предварительной обработки образца.

"Фактор агрегации", используемый в настоящей заявке, относится к одному или нескольким веществам, которые вызывают агрегацию молекул. Агрегация может являться агрегацией самого фактора агрегации, агрегацией детектируемого аналита, агрегацией аналитических молекул (например, антител или частиц, например, намагничиваемых частиц), используемых в процессе детектирования, или агрегацией любого другого вещества, присутствующего в образце или используемого в течение детектирования аналита. Как правило, агрегация, вызванная фактором агрегации, приводит к уменьшению эффективности или точности детектирования аналита. Слюна, как известно, содержит различные факторы агрегации (см. например, Van Nieuw Amerongen et al., Bohn Stafleu Van Loghum (Houten, The Netherlands), 2004), причем данные факторы агрегации являются частью фракции образца слюны, которая может препятствовать детектированию одного или нескольких аналитов. Типичные примеры факторов агрегации в слюне включают S-IgA, муцины, высокомолекулярные гликопротеины, такие как агглютинин, пролин-богатый гликопротеин (PRG) и лизоцим.

Термин "область детектирования" применительно к устройству в настоящей заявке относится к области в устройстве, в которой детектирование присутствия аналита в образце происходит с помощью детектора, способного регистрировать сигнал, генерируемый в области детектирования.

Термин "поверхность биосенсора", используемый в настоящей заявке, относится к области внутри области детектирования устройства или картриджа, в которой с помощью средств детектирования обеспечивается детектирование. Поверхность биосенсора включает биологический компонент и детекторный компонент.

Термин "намагничиваемые частицы", используемый в настоящей заявке, относится к частицам или гранулам, которые являются магнитными в присутствии (приложенного извне) магнитного поля и могут управляться приложенным извне магнитным полем, но не сохраняют намагничивание в отсутствие такого магнитного поля. Он включает парамагнитные частицы или суперпарамагнитные частицы. Очень мелкие магнитные частицы (например, диаметром порядка 1-20 нм) очень быстро теряют намагничивание вследствие тепловых эффектов. В рамках изобретения указанные частицы также можно считать намагничиваемыми частицами, эквивалентными парамагнитным частицам.

Настоящее изобретение обеспечивает устройства и способы детектирования присутствия одного или нескольких аналитов в образце, в особенности в образце слюны. Согласно конкретному аспекту устройства включают одну или более областей предварительной обработки для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции образца слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов, а также соединенную с ними область детектирования.

Одна или более областей предварительной обработки в устройстве и способах настоящего изобретения, в частности, направлены на увеличение чувствительности детектирования потенциальных аналитов, присутствующих в слюне, в области детектирования. Множество веществ, присутствующих в слюне, может препятствовать детектированию аналитов. Устройства и способы изобретения обеспечивают предварительную обработку образца с целью удаления, по меньшей мере, части веществ, которые могут препятствовать детектированию аналита. Согласно конкретным вариантам осуществления предварительная обработка образца слюны включает в себя удаление факторов агрегации. Факторы агрегации фактически являются частью фракции образца слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов. Согласно конкретным вариантам осуществления фактор агрегации выбран из группы, состоящей из S-IgA, муцинов, высокомолекулярных гликопротеинов, таких как агглютинин, пролин-богатый гликопротеин (PRG) и лизоцим. Согласно другим конкретным вариантам осуществления фактор агрегации (или факторы агрегации) является мукополисахаридом, гликопротеином или их комбинацией. Согласно другим конкретным вариантам осуществления фактор агрегации является муцином или комбинацией муцинов.

Способы и устройства настоящего изобретения представляют наибольший интерес для детектирования аналитов в муцин-содержащих образцах, таких как образцы слюны.

Одна или более областей предварительной обработки, предусматриваемых в рамках настоящего изобретения, предусмотрены для обеспечения предварительной обработки образца одним или более различными путями. В конкретных вариантах осуществления одна или более предварительных обработок обеспечивают удаление, по меньшей мере, части фракции образца слюны, которая препятствует детектированию.

В конкретных вариантах осуществления удаление молекул, которые препятствуют детектированию, обеспечивается посредством специфичной или неспецифичной иммобилизации данных молекул, при этом остальная часть образца (включая аналит) остается в мобильной фазе. Таким образом, одна или более областей предварительной обработки включают молекулу, которая связывается с нежелательной фракцией, присутствующей в слюне, но при этом не обладает или обладает незначительной аффинностью к детектируемому аналиту.

В конкретных вариантах осуществления используются области предварительной обработки, которые включают материалы и/или молекулы, которые связывают, по меньшей мере, часть фракции образца слюны, или одну или более молекул в ней, которые препятствуют детектированию. В других конкретных вариантах осуществления используются молекулы, которые связывают факторы агрегации, присутствующие в слюне.

Примеры материалов, предусмотренных в рамках настоящего изобретения для применения в предварительной обработке, включают, помимо прочих, гидроксиапатит, оксиды металлов, гидроксиды металлов (в частности отрицательно заряженные гидроксиды металлов), гидроксид алюминия, металлы (такие как титан, железо), полимеры (такие как, помимо прочих, производные полиэтилена, такие как полиэтиленоксид; полиметилметакрилат и т.п.). Гидроксиапатит (HAP) является главным компонентом зубной эмали. Указанный нетоксичный материал, как известно, обладает некоторой аффинностью к различным элементам слюны. В частности муцины слюны адсорбируются на гидроксиапатите. Кроме того, известно, что на гидроксиапатите адсорбируются бактерии (например, Streptococcus sp.). Согласно определенным вариантам осуществления одна или более областей предварительной обработки, предусмотренных в способах и устройствах изобретения, включают гидроксиапатит. В других конкретных вариантах осуществления область(и) предварительной обработки включают гидроксиапатитовый фильтр. В альтернативных конкретных вариантах осуществления область(и) предварительной обработки включает(ют) и фильтр (в особенности фильтр без гидроксиапатита), и гидроксиапатит для последующего фильтрования и обработки образца гидроксиапатитом.

В конкретных вариантах осуществления способов и устройств изобретения предусмотрено специфичное удаление, по меньшей мере, части фракции образца слюны, препятствующей детектированию аналита. В конкретных вариантах осуществления используются молекулы, которые обладают специфической аффинностью к нежелательному веществу в слюне. В других конкретных вариантах осуществления молекулы, присутствующие в одной или нескольких областях предварительной обработки, способные специфично связывать одно или более соединений, препятствующих детектированию аналитов в слюне, представляют собой молекулы, которые могут захватывать соединения на основе специфичного биохимического взаимодействия. Типичные специфичные взаимодействия включают, помимо прочих, ДНК/ДНК или ДНК/РНК связывание, белок/белковые, белок/ДНК и белок/углеводные взаимодействия, взаимодействия антитела/антигена и связывание рецептора/лиганда.

Также синтетические молекулы могут использоваться для связывания нежелательных соединений (например, модифицированные ингибиторы ферментов, небольшие молекулы).

Согласно конкретным вариантам осуществления молекулы, используемые в одной или более областях предварительной обработки, которые обладают специфической аффинностью к одному или более нежелательным веществам в слюне, являются антителами. Подходящие антитела включают поликлональные и моноклональные антитела, нанотела, а также фрагменты или производные таких антител, способные связываться с антигеном, против которого было индуцировано соответствующее антитело. Фрагменты антитела включают, помимо прочего, одноцепочечные вариабельные фрагменты (scFvs), Fab, Fab', F(ab') ₂, Fv-фрагменты или меньшие фрагменты, такие как гипервариабельные области (CDR, например, CDR1, CDR2 и CDR3) тяжелой или легкой цепи и/или комбинации двух или более из перечисленного, а также их другие производные. Согласно другим конкретным вариантам осуществления антитела являются антителами против муцина.

Дополнительно или альтернативно молекулы, препятствующие детектированию аналита, удаляются на основе физических свойств. Например, если аналит является низкомолекулярным соединением, физическое удаление более крупных молекул или компонентов (например, клеток), препятствующих детектированию, обеспечивается с помощью фильтрования. Различные биохимические и физические методы могут быть объединены в одной или нескольких областях предварительной обработки устройств и способов изобретения. В конкретном варианте осуществления образец, например, сначала фильтруют неспецифичным способом, а впоследствии компоненты удаляются специфично (например, с использованием антител). Таким образом, в конкретных вариантах осуществления предварительная обработка образца может включать больше одной стадии предварительной обработки и/или перемещение образца через более чем одну область предварительной обработки. В случаях когда представлены отдельные последовательные области предварительной обработки, можно обеспечить более полное удаление нежелательной фракции.

В других конкретных вариантах осуществления одна или более областей предварительной обработки представляют собой области, в которых образец контактирует с одним или более соединениями или условиями, способными изменять физические и/или биохимические свойства нежелательных молекул, такими как соединения, которые нейтрализуют некоторые компоненты слюны, либо соединения или условия, которые уменьшают вязкость (например, термическая обработка, ферментативная обработка).

Одна или более областей предварительной обработки, предусматриваемые в способах и устройствах изобретения, могут иметь несколько форм в зависимости от того, какой этап(ы) предварительной обработки требуется выполнить. Согласно конкретным вариантам осуществления одна или более областей предварительной обработки расположены внутри одной или более камер устройства, которые необязательно физически отделены от области детектирования. В других конкретных вариантах осуществления одна или более областей предварительной обработки присутствуют в камере, содержащей намагничиваемые частицы, покрытые одной или более молекулами, способными специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию. Когда образец слюны поступает в такую одну или более камер предварительной обработки, нежелательные компоненты, присутствующие в образце слюны, связываются с молекулами на намагничиваемых частицах. Приложение магнитного поля может обеспечить удаление (по меньшей мере, части) фракции, препятствующей детектированию, связываемой на поверхности намагничиваемых частиц. В случаях когда используется несколько камер, предварительно обработанный образец перемещается из одной камеры предварительной обработки в следующую, что обеспечивает оптимальное удаление нежелательных факторов. Намагничиваемые частицы, используемые для удаления нежелательных компонентов, не будут использоваться при детектировании аналита(ов).

В альтернативных вариантах осуществления один или более областей предварительной обработки включают поверхность с молекулой, способной специфично или неспецифично связываться с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию одного или более детектируемых аналитов.

Согласно другому конкретному варианту осуществления одна или более из одной или более областей предварительной обработки имеет поверхность, например, впитывающий наполнитель для пробы, покрытый молекулами, специфично связывающимися с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию аналита. Согласно определенному варианту осуществления указанные молекулы, специфично связывающие нежелательные компоненты, являются антителами или их фрагментами или производными. Согласно другому определенному варианту осуществления антитела (или их фрагменты или производные) являются антителами против муцина.

Согласно конкретным вариантам осуществления одна или более из одной или более областей предварительной обработки включают поверхность, с которой связаны молекулы, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию аналита. Согласно другим определенным вариантам осуществления одна или более областей предварительной обработки включают поверхность, с которой связан гидроксиапатит. Дополнительно или альтернативно, одна или более областей предварительной обработки включают поверхность, с которой связан оксид или гидроксид металла, например гидроксид алюминия.

Термин "связанный", используемый в данном контексте, не следует интерпретировать ограничивающим образом. Фактически формат материалов, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию аналита (например, гидроксиапатит), могут значительно различаться. Например, они могут находиться в форме порошка, введенного в или абсорбированного на подходящем носителе, или они даже могут быть пористой структурой, полученной путем спекания. Таким образом, поверхность в одной или более областей предварительной обработки, с которой связаны молекулы, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, препятствующими детектированию аналита, может также быть изготовлена в значительной степени, практически полностью или полностью из молекул, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны. Согласно конкретному варианту осуществления, по меньшей мере, часть поверхности в области предварительной обработки является пористой структурой, полученной спеканием, состоящей из молекул, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, которые препятствуют детектированию аналит. В альтернативе молекулы, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, находятся в форме порошка, через который образец может протекать, при этом порошок формирует поверхность области предварительной обработки. Таким образом, молекулы, которые неспецифично связываются с компонентами в образце слюны, могут быть связаны с поверхностью, а также могут являться частью поверхности.

Поверхность, присутствующая в одной или более областях предварительной обработки, может быть пористой, при этом образец может течь через нее или может не иметь пор, позволяя образцу перемещаться по ней. Согласно конкретному варианту осуществления пористая поверхность имеет поры, достаточно большие для снижения возможного давления, требуемого для ускорения потока образца, проходящего через пористую поверхность. Согласно другому конкретному варианту осуществления размер пор пористой поверхности составляет, по меньшей мере, 200 нм, более конкретно, по меньшей мере, 500 нм. Согласно другому варианту осуществления размер пор находится в микрометрической шкале (то есть между 1-1000 мкм). Таким образом, при предварительной обработке образца слюны адсорбция нежелательных компонентов (таких как факторы агрегации) на поверхности предварительной обработки может быть скомбинирована с эксклюзией на основе размера пор. Фактически факторы агрегации, такие как муцины, часто формируют крупные агрегаты, которые не могут пройти через поры.

Как указано выше, устройства и способы изобретения наиболее подходят для детектирования аналитов в слюне или других образцах, содержащих нежелательные фракции.

В способах и устройствах настоящего изобретения образец слюны обычно наносят на область предварительной обработки устройства или область, непосредственно соединенную с ней. Он может быть нанесен либо в чистой форме, либо после прохождения одного или более этапов обработки. Согласно конкретным вариантам осуществления способы и устройства изобретения включают дополнительный этап обработки и/или область обработки образца. Обработка, выполняемая на образце перед его нанесением на (первую или единственную) область предварительной обработки, включает, помимо прочего, разведение образца слюны (водой или специальным буфером), фильтрование образца слюны (в особенности неспецифичное фильтрование образца, или неспецифичное или специфичное фильтрование образца способом, не идентичным предварительной обработке, предусмотренной в области предварительной обработки). Впрочем, согласно определенным вариантам осуществления предусматривается обеспечение быстрых и простых способов, при этом образец слюны наносится на область, которая соответствует области предварительной обработки, описанной в настоящей заявке, или направляется в такую область, не подвергаясь предварительной обработке.

Образец, который наносится в устройство, может быть нанесен непосредственно в жидкой форме (например, в виде пробы слюны, взятой изо рта или посредством пипетирования слюны) или может быть нанесен непрямым путем из адсорбирующей твердой среды (например, ватного валика). Адсорбирующие среды, подходящие для адсорбции слюны, известны в уровне техники. Примеры сред, которые могут использоваться, включают, помимо прочих, гель, пену, стекловолокно, хлопок, целлюлозу, вискозное волокно и другие синтетические материалы. Согласно конкретным вариантам осуществления способы и устройства изобретения охватывают средства для нанесения образца слюны непосредственно на область предварительной обработки.

В способах и устройствах изобретения также применяется область детектирования, в которой обеспечивается детектирование одного или более целевых аналитов.

В конкретных вариантах осуществления в способах и устройствах в области детектирования применяется поверхность биосенсора. Поверхность биосенсора включает молекулы, которые обеспечивают детектирование одного или более аналитов. Свойства указанных молекул определяются принципом, на котором основано детектирование. Способы анализа одного или более аналитов в области детектирования согласно настоящему изобретению включают прямой (неконкурентный) и конкурентный анализы. Согласно конкретным вариантам осуществления аналит детектируется напрямую. Согласно альтернативным конкретным вариантам осуществления аналит детектируется опосредовано. В обоих типах анализов детектирование позволяет измерять либо связанный, либо несвязанный аналит или антиген-специфичные молекулы.

Когда предусмотрено прямое детектирование, поверхность биосенсора включает аналит-специфичные молекулы, то есть молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов. Когда предусмотрено конкурентное, то есть непрямое детектирование, поверхность биосенсора включает аналит или аналог аналита.

Молекулы, способные специфично связывать один или более аналитов, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, обладают по существу теми же свойствами, что и молекулы, которые могут применяться для специфичного удаления компонентов, препятствующих детектированию, хотя аналит-специфичные молекулы специфично взаимодействуют с аналитом. Типичные специфичные взаимодействия включают ДНК/ДНК или ДНК/РНК связывание, белок/белковые, белок/ДНК и белок/углеводные взаимодействия, взаимодействия антитела/антигена и связывание рецептора/лиганда. Также синтетические молекулы могут применяться для детектирования аналита (например, ингибиторов ферментов, фармацевтических соединений, соединений-прототипов, выделенных при скрининге библиотеки). Таким образом, примеры аналит-специфичных зондов включают, помимо прочего, олигонуклеотиды, антитела, субстраты ферментов, лиганды рецепторов, лектины и т.д.

Согласно конкретным вариантам осуществления аналит-специфичные молекулы являются моноклональными или поликлональными антителами, нанотелами или их фрагментами или производными (как описано выше).

Как правило, аналит-специфичные молекулы расположены на поверхности (поверхности биосенсора), при этом связывание аналита с аналит-специфичной молекулой может детектироваться прямо или опосредованно с помощью детектора. В альтернативе, области детектирования снабжены средством, обеспечивающим контакт образца с аналит-специфичной молекулой. Связывание аналита с аналит-специфичной молекулой может детектироваться при захвате комплекса на поверхности (например, с использованием молекулы, способной связывать аналит-специфичные молекулы). Дополнительно или альтернативно, комплекс детектируется в области детектирования с помощью метки, присутствующей на аналит-специфичной молекуле.

Аналиты или аналит-специфичные зонды могут быть нанесены на поверхность биосенсора напрямую или опосредованно. Способы нанесения биологической молекулы на поверхность известны в уровне техники, а соответствующие примеры описаны ниже.

Детектирование в рамках настоящего изобретения обычно обеспечивается присутствием метки. Обычные метки включают, помимо прочих, хромофорные группы, радиоактивные метки, электролюминесцентные, хемилюминесцентные, фосфоресцирующие, флуоресцентные или отражающие метки.

Согласно конкретному аспекту способов и устройств детектирование включает перемещение в магнитном поле (которое обычно включает применение намагничиваемых частиц). Указанное перемещение в магнитном поле может применяться для локального концентрирования детектируемых молекул, облегчая, таким образом, детектирование, и/или может применяться в процессе фактического детектирования посредством измерения изменений магнитного поля. Например, присутствие компонентов (таких как частицы) может регистрироваться, например, с помощью магнитного сенсорного элемента, расположенного близко к поверхности и встроенного в материал, поверхность которого является внешней частью. В альтернативе может быть предусмотрено оптическое детектирование частиц с применением FTIR (ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием), при этом материал, поверхность которого является внешней частью, проницаем для электромагнитного излучения (такого как свет). Как правило, подобные способы с применением магнитного детектирования или оптического детектирования намагничиваемых частиц могут регистрировать компоненты, находящиеся вблизи поверхности или связанные с поверхностью (обычно порядка 10-5000 нанометров).

Таким образом, в конкретных вариантах осуществления устройств и способов изобретения предусмотрено применение магнитных или намагничиваемых частиц. Наиболее предпочтительно детектирование включает определение присутствия и/или количества намагничиваемых частиц в области детектирования. Намагничиваемые частицы, применяемые в области детектирования, могут отличаться от намагничиваемых частиц, которые могут применяться в области предварительной обработки.

Свойства намагничиваемой частицы, применяемой в рамках настоящего изобретения, не столь важны. Подходящие намагничиваемые частицы включают полностью неорганические частицы и частицы, которые являются смесью неорганического и органического материала (например, полимером).

Намагничиваемые частицы, в частности парамагнитные и суперпарамагнитные частицы, широко применяются в биологическом анализе, например в высокопроизводительных приборах для клинического иммуноанализа, при очистке проб, экстракции клеток и т.д. Несколько компаний, производящих продукты для диагностики (Roche, Bayer, Johnson & Johnson, Abbott, BioMerieux и т.д.), изготавливают и продают реактивы с намагничиваемыми частицами, например, для иммуноанализов, экстракции нуклеиновых кислот и очистки проб.

Прикрепление аналит-специфичных молекул или аналитов к поверхности намагничиваемых частиц может быть выполнено способами, описанными в уровне техники. Например, частицы могут нести функциональные группы, такие как гидроксильные, карбоксильные, альдегидные или аминогруппы. В целом это можно обеспечить, например, путем обработки не имеющих покрытия монодисперсных суперпарамагнитных частиц с получением поверхностного покрытия из полимера, несущего одну из перечисленных функциональных групп, например полиуретана вместе с полигликолем, с получением гидроксильных групп, или производного целлюлозы с получением гидроксильных групп, полимера или сополимера акриловой кислоты или метакриловой кислоты с получением карбоксильных групп, или аминоалкилированного полимера с получением аминогрупп. В патенте США 4654267 описано введение многих подобных поверхностных покрытий. Другие частицы с покрытием могут быть получены путем модификации частиц согласно патентам США 4336173, 4459378 и 4654267. В случае конкретного типа частицы поверхность несет OH-группы, соединенные с полимерным скелетом через связи (CH₂CH₂O)_8-10 . Другие конкретные частицы несут COOH-группы, полученные в результате полимеризации метакриловой кислоты. Например, NH₂ группы, первоначально присутствующие в частицах, могут реагировать с диэпоксидом, как описано в патенте США 4654267, с последующим взаимодействием с метакриловой кислотой с получением концевой виниловой группы. Сополимеризация в растворе с метакриловой кислотой дает полимерное покрытие, несущее концевые карбоксильные группы. Аналогичным образом аминогруппы могут быть введены путем взаимодействия диамина с вышеуказанным продуктом реакции с диэпоксидом, тогда как реакция с гидроксиламином, таким как аминоглицерин, вводит гидроксильные группы. Пришивание биологически активной молекулы к частице может быть необратимым, но может быть также обратимым путем применения линкерной молекулы для сшивания частицы и биологически активной молекулы. Примеры таких линкеров включают пептиды с определенным протеолитическим сайтом узнавания, олигонуклеотидные последовательности с сайтом узнавания определенной рестриктазы или химические обратимые сшивающие группы, как, например, группы, которые включают восстанавливаемую дисульфидную группу. Различные обратимые сшивающие группы могут быть получены от Pierce Biotechnology Inc. (Rockford, IL, USA). В альтернативе иммобилизацию молекул выполняют не путем ковалентного сшивания, а посредством физической адсорбции, например, многие белки могут быть легко иммобилизованы на поверхности гидрофобной природы. Это относится как к поверхностям частицы, так и к иммобилизации молекул на макроскопической поверхности (например, поверхности биосенсора).

Намагничиваемые частицы коммерчески доступны с различными размерами в пределах от нанометров до микрометров. Предусматривается, что намагничиваемые частицы различных размеров (например, с размерами, помимо прочих, 10 нм - 5 мкм, обычно от 50 нм до 1 мкм) подходят для применения в рамках изобретения при условии, что они могут перемещаться под действием магнитного поля и (необязательно) позволить чувствительное детектирование. Аналогичным образом, форма частиц (сферы, сфероиды, цилиндры) не является важной. Предусматривается, что различные типы намагничиваемых частиц, например, с различными магнитными и/или оптическими свойствами могут одновременно применяться в одной реакционной камере (мультиплексирование магнитных частиц). Это может иметь место, когда требуется детектировать более одного аналита.

Определенные варианты осуществления способов, устройств и приспособлений, представленных в настоящем изобретении, предусматривают детектирование намагничиваемых частиц в области детектирования на основе их магнитных/намагничиваемых свойств или оптических свойств. Дополнительно или альтернативно предусматривается, что намагничиваемые частицы могут детектироваться с помощью метки, непосредственно присоединенной к намагничиваемой частице, либо опосредованно связанной с частицей через аналит. Метки, подходящие для связывания с намагничиваемой частицей, описаны выше. Таким образом, в конкретных вариантах осуществления намагничиваемая частица, применяемая в способах и устройствах, описанных в настоящей заявке, является меченой. Метки могут быть присоединены к намагничиваемым частицам через неорганический или через органический компонент снаружи или могут быть включены в частицу.

В других конкретных вариантах осуществления применяются молекулы (например, аналит-специфичные соединения или аналиты), которые включают и намагничиваемую частицу в качестве метки, и немагнитную метку.

Поскольку предусматриваются различные типы детектирования, область детектирования может иметь различные физические формы в зависимости от устройства и от того, каким образом выполняется детектирование, и может, например, быть двумерным или трехмерным. Поверхность биосенсора может быть пористой, чтобы образец мог проходить через нее, или может не иметь пор, позволяя образцу перемещаться по ней.

Обычно природа области детектирования зависит от детектора, то есть средства детектирования, которое может детектировать присутствие аналита в области детектирования, например на поверхности биосенсора. В конкретных вариантах осуществления детектирование основано на сигнале, таком как, помимо прочих, магнитный сигнал, магнитосопротивление, эффект Холла, оптический сигнал (отражение, поглощение, рассеивание, флуоресценция, хемилюминесценция, RAMAN, FTIR и т.д.), акустический сигнал (кварцевые микровесы (QCM), поверхностные акустические волны (SAW), объемная акустическая волна (BAW) и т.д.). В наиболее предпочтительных вариантах осуществления сигнал является оптическим сигналом, таким как изменение цвета, которое может быть детектировано без специализированного оборудования. Генерация сигнала может быть прямой, то есть прямым эффектом метки, которая связана с поверхностью, или может быть результатом добавления реагента, например субстрата фермента, который обеспечивает изменение цвета.

Конкретный аспект настоящего изобретения относится к устройствам, включающим одну или более областей предварительной обработки для специфичного или неспецифичного удаления, по меньшей мере, части фракции образца слюны, препятствующей детектированию одного или более аналитов, и область детектирования, которая обеспечивает детектирование одного или более аналитов.

Согласно конкретным вариантам осуществления (последняя или единственная) область предварительной обработки и область детектирования непосредственно соединены друг с другом. В альтернативе область предварительной обработки и область детектирования отделены инертной областью, каналом или камерой. Типичные примеры таких инертных областей включают, помимо прочих, микрожидкостные каналы в микрожидкостном устройстве (см. Фигуру 1), твердые подложки (возможно с капиллярным действием) в устройстве латерального потока и так далее.

Перемещение из одной области предварительной обработки в другую и/или из области предварительной обработки, необязательно через инертную область, в область детектирования может быть обеспечено разными способами. В конкретных вариантах осуществления образец проходит вертикально через устройство, включающее одну или более областей предварительной обработки и область детектирования. Это может быть основано либо на силе тяжести или на капиллярном притяжении. Дополнительно или альтернативно, устройство разработано для обеспечения латерального потока, например, под действием капиллярных сил или силы, создающей поток жидкости в устройстве (например, механический ток жидкости либо акустическое или ультразвуковое возбуждение жидкости). В конкретных вариантах осуществления физические признаки устройства обеспечивают движение частиц в область предварительной обработки и/или детектирования, например воронкообразное в направлении связывающей поверхности.

В конкретных вариантах осуществления предложены устройства, в которых применяются магнитные частицы, которые перемещаются в магнитном поле. Наиболее предпочтительно применение магнитных/намагничиваемых частиц предусматривается в области детектирования. Дополнительно или альтернативно, применение намагничиваемых частиц предусматривается в одной или нескольких областях предварительной обработки. Сила, приложенная к магнитной (или намагничиваемой) частице магнитным полем, имеет вид градиента данного поля и магнитной восприимчивости частицы. Магнитная сила может быть вычислена (см. например, J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, John Wiley & Sons, Inc., 1999). В результате сила, приложенная к магнитной частице, относится к градиенту магнитного поля. Другими словами, магнитная частица стремится переместиться из области с меньшей в область с большей величиной магнитного поля.

В случае когда предусматривается перемещение в магнитном поле и в области предварительной обработки, и в области детектирования, перемещение в магнитном поле не выполняется одновременно в различных областях, а последовательно друг за другом по мере перемещения образца из одной области в следующую.

Таким образом, предложены системы, где одно или несколько магнитных полей могут быть созданы одним или несколькими средствами, генерирующими магнитное поле. В рамках настоящего изобретения предусматриваются различные типы средств, генерирующих магнитное поле, такие как постоянные магниты, электромагниты, катушки и/или провода. Величина магнитной силы, действующей на частицы, является такой, что расстояние индуцированного перемещения превышает расстояние, преодолеваемое без магнитных полей, то есть магнитные силы должны преобладать перед поступательным броуновским движением.

Согласно настоящему изобретению магнитное поле (поля), создаваемые одним или несколькими средствами, генерирующими магнитное поле, может быть постоянным, пульсирующим или может варьировать по силе. Кроме того, в случае если создается более одного магнитного поля, их точная ориентация может быть фиксированной или может изменяться.

Согласно конкретным вариантам осуществления средство, генерирующее магнитное поле, включает электромагнит или один или несколько электрических проводов. Это позволяет избежать механического перемещения деталей в устройстве. Согласно конкретным вариантам осуществления средства, генерирующие магнитное поле, помещены под областью (областями) предварительной обработки и/или под областью детектирования.

В конкретных вариантах осуществления способов и устройств, описанных в настоящей заявке, по меньшей мере, одно магнитное поле обеспечивает перемещение в область в пределах области детектирования, которая является поверхностью биосенсора, на которой происходит детектирование. Предусматриваются устройства, которые являются картриджами, которые могут применяться в комбинации со средством, генерирующим магнитное поле. Дополнительно или альтернативно, средство, генерирующее магнитное поле, вмонтировано в устройство.

Согласно конкретным вариантам осуществления, предложены устройства, которые не основаны на приложении внешней физической силы (например, приложении давления плунжером).

В конкретных вариантах осуществления устройства согласно настоящему изобретению являются устройствами латерального потока. В других конкретных вариантах осуществления устройства являются микрожидкостными устройствами или (одноразовыми) картриджами, предназначенными для применения в микрожидкостном устройстве. Микрожидкостное устройство, используемое в настоящей заявке, относится к устройству, которое имеет признаки (такие как каналы), размер которых, по меньшей мере, по одному измерению, находится в диапазоне 0,05-5000 микрометров, более предпочтительно 10-500 микрометров.

Согласно конкретным вариантам осуществления устройства настоящего изобретения включают одну или несколько областей предварительной обработки, включающих гидроксиапатит.

Устройства настоящего изобретения дополнительно включают область детектирования. В конкретных вариантах осуществления область детектирования включает поверхность биосенсора. Обычно она представляет собой особым образом дериватизированную поверхность, с которой могут связываться молекулы, более конкретно зонды. Примеры подходящих поверхностей включают стекло, металл, пластмассу, органический кристалл или неорганический кристалл (например, кремний), аморфный органический или аморфный неорганический материал (например, нитрид кремния, оксид кремния, оксинитрид кремния, оксид алюминия). Подходящие материалы поверхности и химические методы сшивания известны специалисту, квалифицированному в данной области, и описаны, например, A. M. Usmani и N. Akmal в "Diagnostic Biosensor Polymers", American Chemical Society, 1994 Symposium Book Series 556, Washington DC, USA, 1994, в "Protein Architecture, Interfacing Molecular Assemblies and Immobilization Biotechnology", под редакцией Y. Lvov и H.Mhwald (Marcel Dekker, New York, 2000), David Wild в "The Immunoassay Handbook" (Nature Publishing Group, London, 2001, ISBN 1 -56159-270-6) или "Handbook of Biosensors and Electronic Noses. Medicine, Food and the Environment" by Kress-Rogers (ISBN 0-8493-8905-4). Основы присоединения белков к пластмассовым и стеклянным подложкам с покрытием и без покрытия описаны в Angenendt et al. (2002; Anal Biochem. 309, 253- 260). Dufva (2005; Biomol Eng 22, 173-184) рассматривает методологию присоединения олигонуклеотидов, а также факторы, влияющие на данный процесс.

В конкретных вариантах осуществления предложены системы и устройства, где поверхность биосенсора покрыта аналитом, аналитом-аналогом или аналит-специфичным зондом.

Устройства согласно изобретению могут быть представлены в виде картриджей, предназначенных для применения в комбинации со средством детектирования, которое обеспечивает детектирование аналита в области детектирования. Дополнительно или альтернативно, подходящие средства детектирования могут быть включены в системы и устройства для осуществления способов, описанных в настоящей заявке. Подходящие средства детектирования включают средства, способные детектировать соответствующий сигнал, например, помимо прочих, магнитный сигнал, магнитосопротивление, эффект Холла, оптический сигнал (отражение, поглощение, рассеивание, флуоресценцию, хемилюминесценцию, RAMAN, FTIR и т.д.), акустический сигнал (кварцевые микровесы (QCM), поверхностные акустические волны (SAW), объемную акустическую волну (BAW) и т.д.). В конкретных вариантах осуществления предложено средство детектирования, которое является магниторезистивным элементом.

Таким образом, согласно конкретным вариантам осуществления сенсор для детектирования магнитных частиц в или на поверхности биосенсора интегрирован в область детектирования (например, интегрирован магниторезистивный сенсор). В альтернативе, средства детектирования или сенсор (например, оптический элемент) не является интегрированной частью устройства. В данных вариантах осуществления область детектирования необязательно включает окно детектирования, которое обеспечивает детектирование метки в области детектирования, более конкретно на поверхности биосенсора. Местоположение окна детектирования определяется местоположением поверхности биосенсора в области детектирования. Наиболее предпочтительно окно детектирования расположено в центре в виде зоны или продольной области, над или под поверхностью биосенсора в соответствии с поверхностью биосенсора.

В конкретных вариантах осуществления детектирование обеспечивает сенсор под поверхностью биосенсора в области детектирования. Необязательно окно детектирования расположено в материале, поддерживающем поверхность биосенсора.

В случаях когда детектирование основано на воздействии магнитного поля или оптических методах, наличие специального окна детектирования может быть лишним, например, когда вся или часть области детектирования и/или материал поверхности биосенсора проницаемы для детектируемого сигнала.

Другие конкретные варианты осуществления систем и устройств, описанных в настоящей заявке, в дополнение к компонентам, описанным выше, включают один или более следующих компонентов. Система изобретения обычно включает одно или более приемных средств, служащих для ввода образца, намагничиваемых частиц и/или реактивов в реакционную камеру. Необязательно они могут быть соединены с источниками, включающими каждый реактив. Необязательно устройства согласно изобретению включают выпускное средство, предназначенное для удаления реактивов, отходов реакции и/или, необязательно, намагничиваемых частиц с поверхности биосенсора и/или из области детектирования.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают (необязательно одноразовые) картриджи, объединяющие области предварительной обработки и области детектирования, описанные в настоящей заявке. Одноразовые картриджи могут дополнительно включать намагничиваемые частицы, интегрированные в них, или они могут предоставляться отдельно. В конкретных вариантах осуществления материал картриджа является таким, что в нем могут генерироваться магнитные поля. Например, картридж изготовлен из стекла или синтетического материала, такого как плексиглас [поли(метил)метакрилат], или прозрачный ПВХ (поливинилхлорид), или ПК (поликарбонат), или COP (например, Zeonex), или ПС (полистирол).

Картриджи, предусматриваемые в рамках настоящего изобретения, необязательно дополнительно включают, по меньшей мере, один физический носитель для создания градиента магнитного поля.

Устройства, описанные в настоящем изобретении, могут применяться в качестве быстрых, надежных и удобных биосенсоров, используемых для анализа проб небольшого объема непосредственно на месте их забора. Как подробно описано выше, устройство или картридж могут представлять собой одноразовый элемент, который применяется вместе с компактным ридером, необязательно содержащим одно или несколько средств, генерирующих магнитное поле, и/или одно или несколько средств детектирования. Необязательно, только одна или несколько частей устройства являются одноразовыми (например, область(и) предварительной обработки, область детектирования или только поверхность биосенсора).

Согласно другому аспекту изобретение обеспечивает способы, посредством которых устройства и/или картриджи настоящего изобретения применяются для детектирования и/или определения количества аналитов в образце слюны.

Свойства детектируемого аналита не являются существенными для изобретения. Способы, предусматриваемые в рамках настоящего изобретения, включают детектирование аналитов, которые являются молекулами различных типов, более конкретно биомолекулами, такими как ДНК, РНК, белки, углеводы, липиды и органические анаболиты или метаболиты. Впрочем, согласно конкретному варианту осуществления предоставлены способы детектирования присутствия лекарственных средств в образце слюны.

Способы детектирования лекарственных средств в жидких образцах известны из уровня техники и, например, описаны в WO 02/082040. Лекарственные средства, анализ на которые может быть выполнен с применением способов изобретения, включают, помимо прочих, психодислептические средства, психостимуляторы, седативные средства, успокоительные средства, наркотические ингаляционные средства, вызывающие зависимость, снотворные средства и этанол. Согласно конкретному варианту осуществления один или более детектируемых аналитов являются одним или более лекарственными средствам, выбранными из группы, включающей этанол, опиаты (OPI), кокаин (COC), каннабиноиды, такие как каннабис или, в частности, тетрагидроканнабинол (ТГК), амфетамины/метамфетамины (AMP), морфин (MOR), бензодиазепины (BZO), 1-(1'-фенилциклогексил)пиперидин (PCP), барбитураты (BAR), метадон (MET), а также героин или другие опиаты с морфиноподобным действием, такие как, помимо прочих, кодеин, папаверин, носкапин, гидрокодон или фентанил. Также могут детектироваться производные или метаболиты указанных лекарственных средств. Согласно конкретным вариантам осуществления способы наиболее подходят для анализа наркотических средств, вызывающих зависимость.

Различные принципы анализа предусматриваются в способах детектирования согласно изобретению.

В конкретных вариантах осуществления детектирование основано на прямом детектировании аналита при связывании с аналит-специфичным зондом.

Это продемонстрировано в конкретном варианте осуществления на Фигурах 2 A и 2B. В данном случае представлено устройство, включающее область детектирования (4), которая включает аналит-специфичный зонд (6), связанный с поверхностью (5) биосенсора. В области детектирования образец контактирует с намагничиваемыми частицами (7), покрытыми молекулой, способной специфично связываться с детектируемым аналитом (аналитами) в образце слюны. Согласно конкретным вариантам осуществления указанные молекулы не идентичны молекулам на поверхности биосенсора, что обеспечивает то, что обе молекулы могут одновременно связывать целевой аналит. В процессе применения устройства, показанного на Фигуре 2B, аналиты (8) в образце слюны связываются с аналит-специфичными молекулами на намагничиваемых частицах (7). После удаления с помощью магнитного поля несвязанных магнитных частиц с поверхности (5) биосенсора связанные магнитные частицы могут быть детектированы.

В конкретных вариантах осуществления детектирование основано на конкурентном связывании аналита с аналит-специфичным зондом. Например, предусматриваются способы, посредством которых поверхность биосенсора покрывают аналит-подобным соединением или аналогом аналита. Аналит-специфичные зонды, меченные намагничиваемыми частицами, контактируют с поверхностью биосенсора и слабо связываются с аналит-подобным соединением. После контакта с образцом, включающим аналит, аналит сильно связывается с аналит-специфичным зондом, который вытесняется с поверхности биосенсора. Остальные намагничиваемые частицы (связанные с аналит-специфичным зондом) в области детектирования обратно пропорциональны концентрации аналита в образце.

В других альтернативных вариантах осуществления конкурентного анализа аналит-специфичные зонды связаны со связывающей поверхностью и магнитно-меченым аналитом-аналогом, или аналит добавляют к образцу перед контактом образца со связывающей поверхностью.

В конкретных вариантах осуществления способов, предусматриваемых в настоящей заявке, детектирование аналита требует добавления в область детектирования одного или более дополнительных реактивов, таких как вторичные антитела, метки, субстраты и т.д.

Квалифицированному специалисту будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления не ограничивают изобретение и что предусматриваются дополнительные изменения описанных выше анализов.

В конкретных вариантах осуществления способов, описанных в настоящей заявке, вместо промывки от несвязанных намагничиваемых частиц несвязанные намагничиваемые частицы применяются для определения присутствия (и количества) аналита.

Согласно конкретным вариантам осуществления способы настоящего изобретения включают контакт образца с намагничиваемыми частицами (например, магнитно-мечеными аналит-специфичными зондами или магнитно-меченым аналитом или аналитом-аналогом) и перемещение частиц в области предварительной обработки и/или в области детектирования. Намагничиваемые частицы могут являться частью жидкого реактива или сухого реактива. Помимо намагничиваемых частиц реактив может содержать, например, буферные соли, детергенты, биомолекулы, которые содействуют при биологических взаимодействиях и т.д. Указанные этапы могут быть выполнены в жидкости, которая представляет собой любую жидкость, совместимую с используемыми реактивами (то есть аналитом, аналит-специфичным зондом, меткой), такую как стандартные буферы или минимально обработанный или даже чистый образец (например, кровь или слюну). Жидкость может быть введена в области предварительной обработки и/или детектирования с целью промывки. В альтернативе, способы выполняют с минимальным количеством жидкости, в особенности на поверхности биосенсора.

Согласно конкретным вариантам осуществления способы настоящего изобретения дополнительно включают этап детектирования, который позволяет качественно или количественно определить количество метки, присутствующей в области детектирования, которое является (прямым или непрямым) показателем количества аналита в образце. Предложен этап детектирования с использованием одного или нескольких средств детектирования, как описано выше.

Другой аспект изобретения относится к применению гидроксиапатита для предварительной обработки образцов слюны при детектировании аналитов. Предварительная обработка образца слюны один или более раз гидроксиапатитом удаляет молекулы муцина из образца, предотвращая их влияние на подвижность образца и процесс детектирования аналита.

Таким образом, настоящее изобретение предоставляет способы детектирования аналита в слюне, включающие, по меньшей мере, однократный контакт образца слюны с гидроксиапатитом. В конкретных вариантах осуществления предварительная обработка гидроксиапатитом объединена с этапом фильтрования.

В конкретных вариантах осуществления указанного аспекта изобретения предварительная обработка гидроксиапатитом интегрирована в детектирующее устройство или картридж.

В конкретных вариантах осуществления указанного аспекта изобретения предложены устройства, которые включают, в дополнение к области детектирования, фильтр, наполненный гидроксиапатитом.

В конкретных вариантах осуществления намагничиваемые частицы используются при детектировании аналита. Более конкретно, магнитные свойства намагничиваемых частиц используются для детектирования присутствия и/или количества намагничиваемых частиц, накапливаемых в области детектирования. Дополнительно или альтернативно, детектирование намагничиваемых частиц выполняют визуально или оптически на основе оптических свойств частицы или меток, которые присоединены напрямую или опосредованно к намагничиваемым частицам (см. выше). Согласно конкретному варианту осуществления для детектирования аналита используется FTIR-спектроскопия с применением намагничиваемых частиц.

Другие схемы осуществления изобретения будут очевидны специалистам, квалифицированным в данной области техники. Следует понимать, что хотя в настоящей заявке для устройств и способов согласно настоящему изобретению были описаны предпочтительные варианты осуществления, специфические конструкции и конфигурации, а также материалы, в них могут быть внесены различные изменения или модификации формы и деталей без отступления от объема и сущности настоящего изобретения. Изобретение поясняется посредством Примеров, представленных ниже, которые следует рассматривать исключительно в иллюстративных целях, при этом изобретение не ограничивается конкретными вариантам осуществления, описанными в нем.

Устройство и способ согласно изобретению особенно подходят для выполнения иммуноанализов, более конкретно иммуноанализов, проводимых как конкурентные анализы.

ПРИМЕРЫ

Пример 1: Удаление нежелательного муцина путем повтора этапа предварительной обработки

Суперпарамагнитные гранулы покрывали молекулой, способной специфично связывать нежелательное соединение в слюне, в данном случае антителом против муцина. В первом этапе образец слюны подвергали контакту с первой областью предварительной обработки, включающей парамагнитную гранулу, покрытую антителом против муцина. С помощью приложения магнитного поля гранулы удаляли из жидкости. Затем образец перемещали во вторую область предварительной обработки. Эффект контакта образца с парамагнитными гранулами, например состояние кластеризации или агрегации суперпарамагнитных гранул, вызванных муцинами, можно отслеживать в ходе контакта с областью предварительной обработки. Это выполняли путем исследования образца или его аликвоты с помощью микроскопа или, например, при помощи прибора Nanosizer (Malvern instruments). Если наблюдали агрегацию или кластеризацию, этап предварительной обработки повторяли (либо путем нанесения образца в следующую область предварительной обработки, либо посредством повторного нанесения образца в первую область предварительной обработки, из которой удаляли суперпарамагнитные частицы и заменяли их суперпарамагнитными частицами со свеженанесенным покрытием). Необязательно, этап предварительной обработки повторяли до прекращения наблюдения кластеризации гранул.

Затем образец слюны переносили в область детектирования, в которой происходило детектирование аналита. В данном примере аналитом являлся морфин. Морфин представляет собой небольшую молекулу только с одним эпитопом, таким образом, чтобы определить количество морфина в образце, необходимо провести конкурентный анализ.

Конъюгатом морфина-BSA покрывали полистирольную поверхность области детектирования посредством гомогенного внесения 1 мкл морфина-BSA (1 мг/мл в фосфатно-соляном буфере (PBS)) в лунку с его последующей сушкой (морфин-3-глюкуронид сшивали с избытком BSA через его лизиновые остатки). После нанесения покрытия поверхность блокировали 10 мг/мл BSA+0,65% Tween-20 в PBS в течение 1 часа. Затем блокирующий раствор удаляли.

Образец слюны, полученный из области (одной или нескольких) предварительной обработки, подвергали контакту с покрытой морфином поверхностью в области детектирования. Одновременно добавляли парамагнитные частицы, покрытые антителами к морфину (при разведении 1:10 парамагнитных частиц, покрытых Ат к морфину (магнитных частиц, покрытых 200 нм G-белка), в растворе BSA 10 мг/мл +0,65% Tween-20 в PBS, общий объем раствора 50 мкл). При отсутствии морфина в слюне все намагничиваемые частицы с антителом связываются с морфином, нанесенным на поверхность лунки. Чтобы обеспечить эффективное связывание, прикладывали магнитное поле, притягивающее парамагнитные гранулы к поверхности сенсора. Если морфин присутствует в слюне (или в контрольном образце, в который вносили 1-40 нг/мл морфина), фракция антител насыщалась морфином слюны и не связывалась с аналитом, нанесенным на поверхность.

При приложении второго магнитного поля, направленного в сторону от поверхности, намагничиваемые частицы, не связанные с аналитом в покрытии, можно было удалить с поверхности биосенсора. Детектирование выполняли путем измерения количества парамагнитных частиц, связанных с поверхностью биосенсора.

Пример 2: Быстрое детектирование амфетаминов с помощью анализа латерального потока

Образец слюны вводили в область предварительной обработки, включающую абсорбирующий наполнитель (пористую структуру) с иммобилизованными на его поверхности антителами против муцина. При этом муцины, содержащиеся в слюне, связывались с иммобилизованными антителами против муцина. На время инкубирования может влиять размер абсорбирующего наполнителя и/или размер пор абсорбирующего наполнителя. Количество иммобилизованных антител и время инкубирования с абсорбирующим наполнителем регулируют так, чтобы нежелательные матриксные компоненты удалялись в достаточной мере, и поэтому неспецифичное связывание или агрегация/кластеризация подвижной твердой фазы больше не представляют проблемы.

После перемещения через зону предварительной обработки образец переходит в зону, в которой он контактирует с цветными частицами, меченными амфетамином или аналогом амфетамина. Затем образец движется дальше, в область детектирования, включающую область детектирования с антителами к амфетамину, которые расположены так, что они формируют "линию детектирования". (Немеченый) амфетамин, содержащийся в образце слюны, захватывается связывающими сайтами на меченых антителах против амфетамина, предотвращая, таким образом, закрепление и концентрацию амфетамина, меченного цветными частицами, на линии детектирования. В отсутствие амфетамина в образце весь меченый амфетамин связывается в зоне детектирования, что приводит к появлению цветной полоски. Ее можно детектировать визуально.

Пример 3: Детектирование опиата в анализе с применением HAP-фильтрации.

Суперпарамагнитные частицы (COOH-покрытые частицы Ademtech 500 нм) покрывали моноклональными антителами против опиатов. Область детектирования подготавливая, получив поверхность, покрытую BSA-опиатом. Верхнюю и нижнюю часть биосенсора собирали с использованием ленты, а сенсоры хранили в лабораторных условиях при комнатной температуре. Использовали четыре различных условия предварительной обработки: без предварительной обработки, фильтрующий материал Sponge Bob (Filtrona, плотность 0,29 г/см³) и контакт с 50 мг/мл HAP, а затем с фильтром. Затем частицы редиспергировали до концентрации 0,2% по весу в предварительно обработанном буфере или слюне.

Образцы, включающие аналитический буфер либо 70%-ную слюну (донор слюны 1-3) в аналитическом буфере, наносили в различные области предварительной обработки, после чего смешивали с намагничиваемыми частицами.

Детектирование опиатов в образцах, полученных при различных условиях предварительной обработки, выполняли с помощью конкурентного анализа в оптической биосенсорной системе. Лекарственные средства не применяли, чтобы получить максимальный сигнал в конкурентном анализе. Образцы вносили в область детектирования путем автономного заполнения через капиллярный канал. Прикладывали магнитное поле, притягивая магнитные гранулы к поверхности биосенсора. Притяжение/перемещение в магнитном поле выполняли при помощи системы с магнитной катушкой. Другое магнитное поле над картриджем создавали, чтобы оттягивать несвязанные гранулы от поверхности подложки. Общее время анализа (заполнение, редиспергирование и перемещение в магнитном поле) составляло 35 секунд (5 с - заполнение картриджа, 30 с - перемещение).

Результаты анализа представлены на Фигуре 3. Можно заметить, что результаты изменяются без применения этапа фильтрования на гидроксиапатите. Фактически в случае образца 2 простого разбавления образца было достаточно, чтобы получить аналогичные результаты, как в случае буфера без опиата. Однако в образцах 1 и 3, полученных от разных лиц, матрикс образца препятствовал детектированию. Поскольку фильтрование могло решить указанную проблему для некоторых образцов (см. например образец 3), можно наблюдать, что фильтрование в сочетании с контактом с гидроксиапатитом является наиболее подходящим для получения точных результатов для образца 1. Таким образом, гидроксиапатит повышает чувствительность анализа.

Аналогичные результаты могут быть получены при использовании гидроксиапатита (например, в виде нанопорошка), иммобилизованного на фильтре. Подобный фильтр может быть включен в картридж микрожидкостного устройства, чтобы образец проходил через указанный фильтр перед тем, как образец пройдет в микрожидкостный канал и по направлению к камере для анализа.

Подобные результаты могут быть также получены с намагничиваемыми гранулами, высушенными на верхней части картриджа. При этом слюну сначала вносят в область предварительной обработки, содержащую намагничиваемые частицы. Затем образцы подвергают контакту с областью детектирования посредством автономного заполнения через капиллярный канал. В области детектирования магнитные частицы редиспергируются, и анализ проводят с перемещением в магнитном поле, как описано выше (см. также Пример 4).

Пример 4: Конкурентный анализ опиата с применением HAP-фильтрации и высушенных гранул для детектирования.

Суперпарамагнитные частицы (COOH-покрытые частицы Ademtech 500 нм) покрывали моноклональными антителами против опиата. Область детектирования подготавливали, получив поверхность, покрытую BSA-опиатом (3 отпечатанные зоны). Магнитные частицы редиспергировали в буфере для сушки (10 мМ Трис-HCl, 1 вес.% BSA, 10 вес.% сахарозы, pH 7,5). Верхнюю и нижнюю часть биосенсора собирали с использованием ленты, а сенсоры хранили в лабораторных условиях при комнатной температуре. Использовали 2 различных условия предварительной обработки: фильтрующий материал BNW (Filtrona, плотность 0,3 г/см³) и контакт с 20 мг/мл HAP в 500 мкл слюны, а затем с фильтром BNW. Образцы, включающие 100% слюны (донор слюны 1-5), вносили в различные области предварительной обработки, а затем направляли в камеру детектирования.

Конкурентный анализ в образцах, полученных при различных условиях предварительной обработки, проводили с помощью оптической биосенсорной системы. Лекарственные средства не применяли, чтобы получить максимальный сигнал в конкурентном анализе. Образцы подвергали контакту с областью детектирования путем автономного заполнения через капиллярный канал. Прикладывали магнитное поле, притягивая магнитные гранулы к поверхности биосенсора. Притяжение/перемещение в магнитном поле выполняли при помощи системы с магнитной катушкой. Другое магнитное поле над картриджем создавали, чтобы оттягивать несвязанные гранулы от поверхности подложки. Общее время анализа (заполнение, редиспергирование и перемещение в магнитном поле) составляло 35 секунд (5 с - заполнение картриджа, 30 с -перемещение).

Результаты анализа представлены на Фигуре 4. Можно заметить, что результаты всегда ниже без использования этапа фильтрования на гидроксиапатите (что выражено как % изменения сигнала после добавления суперпарамагнитных гранул). Данные более низкие сигналы в детектировании с помощью конкурентного анализа могут быть неверно истолкованы как положительный сигнал. Можно наблюдать, что фильтрование в сочетании с контактом с гидроксиапатитом является наиболее подходящим для получения высоких сигналов для образцов слюны. Таким образом, гидроксиапатит повышает чувствительность анализа и уменьшает риск получения ложноположительных результатов.