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原文传递用于样品分析的装置和方法

专利名称：	用于样品分析的装置和方法
摘要：	公开用于使用纳米孔进行分析物分析的方法、装置和系统。所述方法、装置和系统利用各自特异性结合到生物样品中的分析物的第一结合成员和第二结合成员。所述方法进一步包括检测和/或计数附着于所述第二结合成员的可裂解标签，并且使标签的存在和/或数量与所述分析物的存在和/或浓度相关联。所述检测和/或计数可通过使所述标签/第二结合成员移位通过纳米孔来进行。本文还提供经程序化以操作料筒的仪器，所述料筒包括用于致动液滴的电极阵列且进一步包括电化学物质感测区。所述仪器可以用于分析料筒中的样品，所述料筒包括用于致动液滴的电极阵列且进一步包括用于检测标签/第二结合成员通过纳米孔的纳米孔层的移位。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	雅培实验室
发明人：	J·B·赫夫;M·A·海登;G·戴维斯;S·格什坦
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201780061729.1
公开号：	CN109863391A
代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所
代理人：	李华英
分类号：	G01N27/327(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	美国伊利诺斯
主权项：	1.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：控制单元；检测单元；和料筒接口，其用于可操作地连接到包含所述样品的一个或多个料筒，其中所述控制单元配置成用于控制所述料筒中电极阵列的启用以移动所述料筒中存在的样品液滴，其中所述检测单元配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自以下的第二分析物相关信号： (a)移位通过料筒中纳米孔层的孔的标签；或 (b)移位通过料筒中纳米孔层的孔的分析物特异性结合成员。 2.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含电信号且所述第二分析物相关信号包含所述电信号。 3.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光信号且所述第二分析物相关信号包含所述电信号。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的仪器，其中所述仪器配置成检测来自相同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 5.根据权利要求1到3中任一项所述的仪器，其中所述仪器配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 6.根据权利要求1所述的仪器，其中所述标签与特异性结合到包含第一结合成员和所述分析物的复合物的第二结合成员裂解；且其中所述分析物特异性结合成员为适体。 7.根据权利要求1到6中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制所述电极阵列的启用时长及施用于所述电极阵列的电力。 8.根据权利要求1到6中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制电极阵列的启用和停用顺序以促进液滴在所述料筒中的移动。 9.根据权利要求8所述的仪器，其中所述移动包含将样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴。 10.根据权利要求9所述的仪器，其中所述移动包含将所述合并液滴或其部分移动到料筒的检测区以由所述检测单元探查。 11.根据权利要求1到10中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的电信号的电检测单元。 12.根据权利要求11所述的仪器，其中所述电检测单元包含连接到所述料筒接口的电路。 13.根据权利要求12所述的仪器，其中所述电路以可操作地方式连接到用于记录所述电信号的记录器，其中所述电信号由以下产生：由分析物特异性酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质；或由酶对底物分子的作用而产生的电化学物质，其中所述酶偶联到特异性结合到所述分析物的抗体。 14.根据权利要求1到13中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含光检测单元。 15.根据权利要求14所述的仪器，其中所述光检测单元包含用于色度信号、浊度信号或荧光信号中的一个或多个的检测器。 16.根据权利要求14到15中任一项所述的仪器，其中所述光检测单元包含用于使所述液滴成像的成像系统。 17.根据权利要求1到16中任一项所述的仪器，其中所述仪器包含处理器，所述处理器执行程序，向所述控制单元发出指令，以启用和停用所述电极阵列和操作所述检测单元。 18.根据权利要求1到17中任一项所述的仪器，其中所述仪器配置成进行以下中的两个或更多个：临床化学法、免疫测定、标签裂解以用于移位通过纳米孔层、分析物特异性结合成员自所述分析物的分解、标签/分析物-特异性结合成员移位通过纳米孔层的孔隙、成像、凝集测定和血液学。 19.根据权利要求1到18中任一项所述的仪器，其包含电检测单元，所述电检测单元包含：配置成用于检测来自包含电化学检测区的料筒的所述工作电极的电信号的电路；和用于检测包含电检测区的料筒中存在的纳米孔层中纳米孔处的电信号变化的电路。 20.根据权利要求1到18中任一项所述的仪器，其包含光检测单元，所述光检测单元包含以下中的一个或多个：摄像机、显微镜、电荷耦合器(CCD)、光谱仪、互补型金属氧化物半导体(CMOS)检测器、荧光计、色度计和浊度计。 21.一种料筒，其包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第一衬底分离；电极阵列，其在液体液滴上产生电致动力；和电化学物质感测区，其包含工作电极和参考电极。 22.根据权利要求21所述的料筒，其中所述工作电极和所述参考电极均安置于所述第一衬底或所述第二衬底的表面上，且其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分与安置于所述料筒中的所述间隙中的液滴电接触。 23.根据权利要求22所述的料筒，其中所述工作电极或所述参考电极中的一个安置于所述第一衬底的所述表面上，且所述另一电极以面对配置安置于所述第二衬底的所述表面上，且其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分与安置于所述料筒中的所述间隙中的液滴电接触。 24.根据权利要求21到22中任一项所述的料筒，其中在液体液滴上产生电致动力的所述多个电极定位于所述第一衬底或所述第二衬底的表面上。 25.根据权利要求21到24中任一项所述的料筒，其进一步包含覆盖所述多个电极的第一层。 26.根据权利要求25所述的料筒，其中所述第一层包含介电层和/或疏水层。 27.根据权利要求25或26所述的料筒，其中所述工作电极和所述参考电极的至少一部分不被所述第一层覆盖。 28.根据权利要求25到27中任一项所述的料筒，其中所述第一层包含可光降解的材料，且其中所述第一层不覆盖所述工作电极和所述参考电极的一部分，这是由于所述第一层通过暴露于光而从所述工作电极和所述参考电极的所述部分去除。 29.根据权利要求23到28中任一项所述的料筒，其中所述工作电极和所述参考电极安置于毛细管通道中，所述毛细管通道配置成在液滴上施加毛细管力，进而使所述液滴移动到所述毛细管通道。 30.一种多功能料筒，其包含：第一衬底；第二衬底；间隙，其将所述第一衬底与所述第一衬底分离；多个电极，其在液体液滴上产生电致动力；和以下中的两个或更多个：电化学物质感测区，其包含工作电极和参考电极；电检测区，其包含含有纳米孔的纳米孔层；和光检测区，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并配置成用于光探查所述液滴。 31.根据权利要求30所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区，其包含工作电极和参考电极；和电学检测区，其包含含有纳米孔的纳米孔层。 32.根据权利要求30所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区，其包含工作电极和参考电极。 33.根据权利要求30所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电化学物质感测区，其包含工作电极和参考电极；和光检测区，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并配置成用于光探查所述液滴。 34.根据权利要求30所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：电检测区，其包含含有纳米孔的纳米孔层。 35.根据权利要求30所述的多功能料筒，其中所述料筒包含：光检测区，其为光学透明的且包含用于致动液滴的电极并配置成用于光探查所述液滴。 36.根据权利要求30到35中任一项所述的料筒，其进一步包含覆盖所述多个电极的第一层。 37.根据权利要求36所述的料筒，其中所述第一层包含介电层和/或疏水层。 38.一种用于检测样品中的分析物的系统，所述系统包含：分析物检测仪器；和一个或多个分析物检测料筒，其中所述分析物检测仪器包含：控制单元；检测单元；和料筒接口，其用于可操作地连接到所述一个或多个分析物检测料筒，其中所述控制单元配置成用于控制料筒中多个电极的启用以移动所述料筒中存在的液滴，其中所述检测单元配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自移位通过料筒中纳米孔层的孔的标签或分析物特异性结合成员的第二分析物相关信号，其中所述一个或多个分析物检测料筒各自包含：多个电极，其响应于所述控制单元在液体液滴上产生电致动力；和检测区，其用于从所述料筒中的液滴产生分析物相关信号；和/或检测区，其用于从移位通过所述料筒中纳米孔层的孔的标签或分析物特异性结合成员产生分析物相关信号。 39.根据权利要求38所述的系统，其进一步包含试剂储槽，其中所述试剂储槽与所述料筒接口邻接或定位于所述料筒上。 40.根据权利要求39所述的系统，其中所述仪器被程序化以从所述试剂储槽形成液滴和通过选择性地启用和停用所述多个电极来移动所述液滴。 41.根据权利要求38到40中任一项所述的系统，其中所述仪器被程序化以从引入到所述料筒中的样品形成至少一滴样品液滴和通过选择性地启用和停用所述多个电极来移动所述样品液滴。 42.根据权利要求38到41中任一项所述的系统，其中所述试剂储槽包含试剂，所述试剂包含对所述样品中的所述分析物具有特异性的酶，其中所述酶作用于所述分析物以产生反应产物，所述反应产物产生电或光信号。 43.根据权利要求38所述的系统，其中所述试剂进一步包含氧化还原介体。 44.根据权利要求40到43中任一项所述的系统，其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第一结合成员，其中所述第一结合成员附着于珠粒。 45.根据权利要求44所述的系统，其中所述第一结合成员为抗体。 46.根据权利要求44或45所述的系统，其中所述试剂储槽包含选择性结合到所述分析物的第二结合成员，其中所述第二结合成员附着于酶。 47.根据权利要求46所述的系统，其中所述第二结合成员为抗体。 48.根据权利要求46或47所述的系统，其中所述酶作用于底物以产生与电信号或光信号相关的反应产物。 49.根据权利要求38到42中任一项所述的系统，其中所述料筒接口包含用于容纳所述料筒的插入槽，其中所述料筒包含：电检测区，所述电检测区包含：工作电极和参考电极，其用于检测当分析物存在于样品中时产生的电化学物质的电信号；或纳米孔层，其安置在所述第一衬底与所述第二衬底之间，其中所述多个电极配置成使标签或分析物特异性结合成员移位跨过所述纳米孔层，且其中所述电检测单元检测所述移位。 50.根据权利要求49所述的系统，其中所述仪器包含多个插入槽。 51.根据权利要求50所述的系统，其中所述多个插入槽定位于转盘上。 52.根据权利要求38到45中任一项所述的系统，其中所述系统包含对于选择所述仪器的功能进行编程，其中所述功能是基于可操作地连接到所述仪器的所述料筒接口的料筒类型来选择的，其中所述功能选自用于处理所述样品的多个测定。 53.根据权利要求52所述的系统，其中当所述料筒包含电检测区时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生电信号并经由所述电检测单元检测所述电信号。 54.根据权利要求53所述的系统，其中仪器接收待检测的分析物的指示并基于待检测的分析物类型处理所述样品。 55.根据权利要求54所述的系统，其中所述指示由用户经由所述仪器的用户界面来提供或其中所述指示是经由所述料筒上存在的机器可读指示器来提供。 56.根据权利要求38到54中任一项所述的系统，其中当所述料筒包含光检测区时，响应于所述样品中分析物的存在，所述仪器受指示以处理所述样品而产生光信号并通过所述光检测单元检测所述光信号。 57.根据权利要求38到56中任一项所述的系统，其中所述系统配置成用于检测全血样品中的分析物和/或全血样品的血浆级分。 58.根据权利要求38到56中任一项所述的系统，其中所述系统配置成用于检测全血样品的血浆级分中的分析物，其中所述全血样品的所述血浆级分使用料筒来产生，所述料筒包含用于从所述全血样品分离所述血浆级分的过滤器。 59.一种用于电化学检测样品中的分析物的方法，所述方法包含： (a)将所述样品引入到料筒中，所述料筒包含：第一衬底；第二衬底；将所述第一衬底与所述第一衬底分离的间隙；在液体液滴上产生电致动力的多个电极；和包含工作电极和参考电极的电化学物质感测区； (b)致动所述多个电极以提供包含所述分析物的第一液体液滴； (c)致动所述多个电极以提供包含对所述分析物具有选择性的酶的第二液体液滴； (d)致动所述多个电极以合并所述第一液滴和所述第二液滴以产生混合物； (e)致动所述多个电极以将所述混合物的全部或一部分移动到所述电化学感测区； (f)经由所述工作和参考电极检测由所述酶对所述分析物的作用而产生的电化学物质的电信号。 60.根据权利要求59所述的方法，其中所述第二液体液滴包含氧化还原介体。 61.根据权利要求59所述的方法，其进一步包含基于所述电信号确定所述分析物的浓度。 62.根据权利要求59所述的方法，其中所述电化学感测区位于毛细管区域中。 63.一种用于电化学检测样品中的分析物的方法，所述方法包含： (a)将所述样品引入到料筒中，所述料筒包含：第一衬底；第二衬底；将所述第一衬底与所述第一衬分离的间隙；在液体液滴上产生电致动力的多个电极；和包含工作电极和参考电极的电化学物质感测区； (b)致动所述多个电极以提供包含所述分析物的第一液体液滴； (c)致动所述多个电极以提供包含固体衬底的第二液体液滴，所述固体底物包含特异性结合到所述分析物的第一结合成员； (d)致动所述多个电极以合并所述第一液滴和所述第二液滴以产生混合物； (e)致动所述多个电极以将所述混合物的全部或一部分与第三液体液滴合并，所述第三液滴包含特异性结合到所述分析物的第二结合成员； (f)将所述固体衬底保持在适当位置，同时致动所述多个电极以去除任何未结合分析物和/或第二结合成员； (g)致动所述多个电极以使所述固体底物与偶联到所述第二结合成员的所述酶的底物分子接触；和 (h)通过所述工作和参考电极检测由所述酶对所述底物分子的作用而产生的电化学物质的电信号。 64.根据权利要求63所述的方法，其中所述方法包含在步骤(g)和(h)之前将来自步骤(f)的包含所述固体第二底物的液体液滴移动到所述电化学感测区。 65.根据权利要求63所述的方法，其中所述方法包含将来自步骤(g)的包含所述固体第二底物和酶底物的液体液滴移动到所述电化学感测区。 66.根据权利要求63到65中任一项所述的方法，其进一步包含基于所述电信号确定所述分析物的浓度。 67.根据权利要求63到65中任一项所述的方法，其进一步包含使用单料筒或不同料筒对样品进行免疫测定。 68.根据权利要求63到67中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包含使用所述多个电极以产生包含指示所述样品中分析物的存在的标签或分析物特异性结合成员的液滴，和将所述液滴定位于所述纳米孔层以用于测定由所述标签或所述分析物特异性结合成员移位通过所述纳米孔层的纳米孔而产生的所述电信号。 69.一种使用仪器进行分析物检测的方法，其包含：提供包含用于可操作地连接到一个或多个分析物检测料筒的料筒接口的分析物检测仪器；提供多个具有在液体液滴上产生电致动力的多个电极的料筒；将第一料筒与所述仪器连接并检测来自料筒中液滴的分析物相关信号；和将第二料筒与所述仪器连接并检测来自移位通过所述料筒中纳米孔层的孔的标签/分析物特异性结合成员的分析物相关信号。 70.一种方法，其使用单一系统同时或依序地进行至少两个测定。 71.根据权利要求70所述的方法，其中所述至少两个测定选自由以下组成的组： (a)临床化学测定和免疫测定； (b)两个临床化学测定； (c)两个免疫测定； (d)临床化学测定和血液学测定； (e)免疫测定和血液学测定； (f)两个血液学测定； (g)临床化学测定、免疫测定和血液学测定； (h)三个临床化学测定； (i)三个免疫测定； (j)两个临床化学测定和血液学测定； (k)两个免疫测定和血液学测定； (l)两个血液学测定和临床化学测定； (m)两个血液学测定和免疫测定；和 (n)三个血液学测定。 72.根据权利要求70或71所述的方法，其中所述单一系统为根据权利要求1到22中任一项所述的仪器。 73.一种用于检测样品中的分析物的仪器，所述仪器包含：控制单元；检测单元；和料筒接口，其用于可操作地连接到包含所述样品的一个或多个料筒，其中所述控制单元配置成用于控制所述料筒中电极阵列的启用以移动所述料筒中存在的样品液滴，其中所述检测单元配置成检测： i)来自料筒中液滴的第一分析物相关信号；和 ii)来自料筒中单分子的第二分析物相关信号。 74.根据权利要求73所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光信号或电信号且所述第二分析物相关信号包含光信号。 75.根据权利要求73所述的仪器，其中所述第一分析物相关信号包含光信号或电信号且所述第二分析物相关信号包含电信号。 76.根据权利要求73到75中任一项所述的仪器，其中所述检测单元配置成检测来自相同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 77.根据权利要求73到75中任一项所述的仪器，其中所述仪器配置成检测来自不同料筒的所述第一分析物相关信号和所述第二分析物相关信号。 78.根据权利要求73所述的仪器，其中仪器进一步包含电源，且其中所述控制单元控制施用于所述一个或多个电极的电力。 79.根据权利要求73到78中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制所述一个或多个电极的启用时长。 80.根据权利要求75到79中任一项所述的仪器，其中所述控制单元控制一个或多个电极的启用和停用顺序以促进液滴在所述料筒中的移动。 81.根据权利要求80所述的仪器，其中所述移动包含将样品液滴与试剂液滴合并以产生合并液滴。 82.根据权利要求81所述的仪器，其中所述移动包含将所述合并液滴或其部分移动到所述检测单元。 83.根据权利要求73到82中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的电信号的电检测单元。 84.根据权利要求73到82中任一项所述的仪器，其中所述检测单元包含用于检测来自所述料筒的光信号的光检测单元。
所属类别：	发明专利