Управление текучей средой - RU2019102399A
Код документа: RU2019102399A
Формула
1. Автономная микрожидкостная система для использования при проведении анализа в жидком образце, содержащая:
отверстие для введения образца для приема жидкого образца, соединенное с по меньшей мере одним микрожидкостным каналом, причем каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) содержит один или более осажденных в нем реактивов для использования при проведении анализа и зону обнаружения для использования при обнаружении любого аналита, который может присутствовать в образце, или продукта реакции этого аналита; и
каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) дополнительно проточно соединен со сдавливаемой газонаполненной камерой ниже по потоку от каждой/упомянутой зоны обнаружения, и
причем система сформирована из трех слоев, которые расположены стопкой вместе, образуя каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) и упомянутую газонаполненную камеру, и причем сдавливание или уменьшение сдавливания упомянутой камеры вызывает выталкивание газа из камеры или всасывание в нее, что, в свою очередь, вызывает движение жидкого образца в упомянутом/каждом микрожидкостном канале.
2. Микрожидкостная система по п. 1, причем после реакции жидкого образца с упомянутым одним или более реактивами, осажденными внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала, выталкиваемый из камеры газ служит для удаления жидкости из зоны обнаружения внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала, чтобы любой аналит или продукт реакции аналита внутри упомянутой/каждой зоны обнаружения мог обнаруживаться в практически безжидкостной среде.
3. Микрожидкостная система по п. 1 или 2, содержащая множество микрожидкостных каналов, причем каждый из упомянутого множества микрожидкостных каналов находится в проточном соединении с отверстием для введения образца, при этом, необязательно, один микрожидкостной канал разделяется на упомянутое множество каналов.
4. Микрожидкостная система по п. 3, причем каждый из упомянутого множества микрожидкостных каналов соединен с соответствующей газонаполненной камерой и/или два или более микрожидкостных каналов соединено с газонаполненной камерой.
5. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, причем отверстие для образца соединено с первым концом упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов), а второй конец упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов) соединен с одной или более из упомянутых газонаполненный камер.
6. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащая один или более сточных элементов, выполненных с возможностью приема отходов текучей среды и/или избытка жидкого образца.
7. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, причем верхний и нижний слои являются плоскими и необязательно равномерной толщины.
8. Микрожидкостная система по п. 7, причем верхний и нижний слои сформированы из одного и того же материала.
9. Микрожидкостная система по любому из пп. 7 или 8, причем система сформирована с помощью процесса обработки полотна или процесса обработки с рулона на рулон.
10. Микрожидкостная система по любому из пп. 7-9, причем плоские подложки скреплены вместе посредством подведения тепла и/или использования адгезива.
11. Микрожидкостная система по п. 10, причем плоские подложки скреплены вместе с использованием адгезива, который является упругим и способствует сдавливаемости каждой/упомянутой камеры.
12. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, причем упомянутый/каждый микрожидкостной канал(ы) в системе содержит один или более стопорных элементов текучей среды, которые выполнены с возможностью предотвращать прохождение образца и/или других текучих сред через упомянутый стопорный элемент(ы) посредством только капиллярного эффекта.
13. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, содержащая однонаправленный клапан, который выполнен с возможностью позволять только газу выходить из системы при введении жидкого образца в систему посредством капиллярного эффекта, при этом не позволяя введение текучей среды в систему через клапан.
14. Микрожидкостная система по п. 13, причем клапан расположен рядом со стопорным элементом, который выполнен с возможностью предотвращать дальнейшую транспортировку образца внутри микрожидкостного канала посредством только капиллярного эффекта.
15. Микрожидкостная система по п. 14, причем клапан расположен внутри микрожидкостного канала меньшего размера, чем упомянутый/каждый микрожидкостной канал, и который находится в проточном соединении с одним из упомянутых микрожидкостных каналов.
16. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, содержащая один или более электродных элементов в контакте с упомянутым/каждым каналом(ами) для использования в измерении или обнаружении жидкости, присутствующей в упомянутом/каждом канале(ах).
17. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащая связующее аналита, осажденное внутри упомянутого канала(ов), причем необязательно связующее аналита связано с поверхностью упомянутого канала(ов).
18. Микрожидкостная система по п. 17, причем связующее прикреплено к магнитной или парамагнитной частице.
19. Микрожидкостная система по п. 17 или 18, причем связующее или магнитная/парамагнитная частица осаждены внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов) системы так, что при внесении образца в систему и всасывании в упомянутый/каждый канал(ы), связующее или магнитные/парамагнитные частицы суспендируются жидким образцом.
20. Микрожидкостная система по любому из пп. 17-19, причем связующее или магнитные/парамагнитные частицы осаждены внутри области упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов), образованной элементами на любом конце области осаждения, выполненными с возможностью ограничения движения магнитных/парамагнитных частиц при изначальном осаждении в упомянутом/каждом канале.
21. Микрожидкостная система по любому из пп. 19 или 20, причем магнитные/парамагнитные частицы осаждены на внутренней поверхности упомянутого/каждого канала, которая противоположна внешней поверхности системы, с которой приводят в непосредственную близость магнит или магнитное усилие.
22. Микрожидкостная система по любому из предшествующих пунктов, причем система дополнительно содержит один или более дополнительных реактивов, осажденных внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов), при этом дополнительные реактивы облегчают обнаружение аналита, присутствующего в образце.
23. Микрожидкостная система по п. 22, причем упомянутые один или более дополнительных реактивов включают метку, которая выполнена с возможностью специфического связывания с подлежащим обнаружению аналитом для облегчения обнаружения аналита.
24. Микрожидкостная система по п. 22 или 23, причем аналит связывается со связующим аналита в первой области упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов) перед транспортировкой в дополнительную область или области упомянутого/каждого микрожидкостного канала(ов), где осаждены упомянутые один или более дополнительных реактивов и/или метка, посредством газа, всасываемого обратно в упомянутую/каждую газонаполненную камеру.
25. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, способная осуществлять множество (например, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более) одинаковых и/или различных анализов на одном образце.
26. Микрожидкостная система по любому предшествующему пункту, причем объем образца, вносимого в систему, меньше 100 мкл, 50 мкл, например, меньше 40 мкл, 30 мкл или 20 мкл.
27. Набор, содержащий микрожидкостную систему по любому предшествующему пункту вместе с устройством отбора образца.
28. Набор по п. 27, причем устройство отбора образца выполнено вставляемым в отверстие для введения образца системы и после этого обеспечивает уплотнение в отверстии для введения.
29. Набор по п. 28 для использования при проведении анализа обнаружения нуклеиновой кислоты.
30. Устройство считывателя для использования с микрожидкостной системой по любому из пп. 1-26 или набором по пп. 27-29, содержащее:
средство управления усилием для управления сдавливанием или уменьшением сдавливания газонаполненной камеры микрожидкостной системы; и средство обнаружения для обеспечения возможности обнаружения требуемого аналита в жидком образце, введенном в микрожидкостной картридж, или продукта реакции этого аналита;
причем средство управления усилием содержит пьезоэлектрический изгибаемый исполнительный механизм, который выполнен с возможностью непосредственного или опосредованного сдавливания или уменьшения сдавливания газонаполненной камеры через смещение исполнительного механизма.
31. Устройство считывателя по п. 30, причем пьезоэлектрический изгибаемый элемент имеет форму полоски, бруска, стержня или тому подобного, содержащего первый иммобилизованный конец и второй неиммобилизованный конец, причем второй неиммобилизованный конец свободно отгибается от газонаполненной камеры при подходящем электрическом сигнале.
32. Устройство считывателя по п. 31, дополнительно содержащее ножку, которая способна входить в зацепление с внешней поверхностью газонаполненной камеры, причем верхняя поверхность ножки находится в контакте с изгибаемым пьезоэлементом, и причем ножка способна через действие изгибаемого элемента осуществлять сдавливание или уменьшение сдавливания газонаполненной камеры.
33. Устройство считывателя по любому из пп. 30-32, причем изгибаемый пьезоэлемент изначально смещен или заставляет связанную ножку входить в контакт с внешней поверхностью газонаполненной камеры.
34. Устройство считывателя по пп. 30-33, дополнительно содержащее средство обнаружения для обеспечения возможности обнаружения требуемого аналита или продукта реакции аналита, присутствующего в жидком образце, введенном в микрожидкостную систему.
35. Устройство считывателя по пп. 30-33, дополнительно содержащее принимающее отверстие, необязательно выполненное с возможностью приема систем различных размеров, при этом каждая система отличающегося размера выполнена с возможностью осуществления определенного числа анализов.
36. Устройство считывателя по п. 35, причем принимающее отверстие выполнено с обеспечением правильной установки и идентификации каждой системы отличающегося размера.
37. Устройство считывателя по пп. 30-36, дополнительно содержащая постоянный магнит, приводимый в непосредственную близость с, или электромагнит, выполненный с возможностью наложения магнитного поля на систему по пп. 18-26, которая введена в считыватель, чтобы концентрировать и удерживать магнитные/парамагнитные частицы в зоне обнаружения упомянутого/каждого микрожидкостного канала в системе.
38. Устройство считывателя по любому из пп. 30-37, причем упомянутый изгибаемый пьезоэлемент или ножка выполнен с возможностью контакта только с частью всей внешней поверхности газонаполненной камеры.
39. Устройство считывателя по п. 38, причем каждый изгибаемый пьезоэлемент или ножка имеет размеры для контакта с 10-50% внешней поверхности каждой камеры.
40. Устройство считывателя по любому из пп. 30-39, причем изгибаемый пьезоэлемент выполнен изгибаемым и возвращаемым в исходное состояние с использованием электрической схемы, присутствующей в считывателе и соединенной с изгибаемым пьезоэлементом.
41. Устройство считывателя по п. 40, причем электрическая схема способна вызывать изгибание изгибаемого пьезоэлемента с переменной скоростью так, что газ внутри системы может всасываться в и/или выталкиваться из упомянутой/каждой газонаполненной камеры с различными скоростями.
42. Устройство считывателя по пп. 30-41, причем средство обнаружения представляет собой устройство оптического обнаружения, такое как флюориметр или спектрофотометр.
43. Устройство считывателя по любому из пп. 30-43, дополнительно содержащее нагревающее и/или охлаждающее средство для обеспечения проведения анализов при конкретной температуре или множестве температур.
44. Система анализа, содержащая автономную микрожидкостную систему и связанное устройство считывателя, причем:
автономная микрожидкостная система содержит:
отверстие для введения образца для приема подлежащего анализу жидкого образца, соединенное с по меньшей мере одним микрожидкостным каналом, причем каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) содержит один или более реактивов, осажденных в нем для использования при проведении анализа, и зону обнаружения для использования при обнаружении любого аналита, который может присутствовать в образце, или продукта реакции аналита; и
каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) находится в проточном соединении со сдавливаемой газонаполненной камерой ниже по потоку от каждой/упомянутой зоны обнаружения,
причем микрожидкостная система сформирована из трех слоев, которые расположены стопкой вместе, образуя каждый/упомянутый микрожидкостной канал(ы) и упомянутую газонаполненную камеру, и причем сдавливание или уменьшение сдавливания упомянутой камеры вызывает выталкивание газа из камеры или всасывание в нее, что, в свою очередь, вызывает движение жидкого образца внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала; и
устройство считывателя для использования с микрожидкостной системой, содержащее:
средство управления усилием для управления сдавливанием или уменьшением сдавливания газонаполненной камеры микрожидкостной системы; и средство обнаружения для обеспечения возможности обнаружения требуемого аналита в жидком образце, введенном в микрожидкостной картридж, или продукта реакции этого аналита;
причем средство управления усилием содержит пьезоэлектрический изгибаемый исполнительный механизм, который выполнен с возможностью непосредственного или опосредованного сдавливания или уменьшения сдавливания газонаполненной камеры посредством смещения исполнительного механизма.
45. Способ проведения анализа в жидком образце, включающий:
a) обеспечение описанной здесь микрожидкостной системы в описанном здесь устройстве считывателя;
b) сдавливание упомянутой газонаполненной камеры(камер) микрожидкостной системы с тем, чтобы вытолкнуть газ из упомянутой/каждой газонаполненной камеры(камер);
c) введение жидкого образца в микрожидкостную систему и обеспечение всасывания образца в упомянутый/каждый микрожидкостной канал(ы) посредством капиллярного эффекта и/или частичного уменьшения сдавливания упомянутой/каждой газонаполненной камеры(камер) так, что газ всасывают в упомянутую/каждую камеру(ы), тем самым вызывая всасывание жидкого образца в упомянутый/каждый микрожидкостной канал(ы);
d) предоставление одному или более реактивам возможности реагировать с любым аналитом, присутствующим в жидком образце;
e) необязательно, частичное дополнительное частичное уменьшение сдавливания упомянутой/каждой газонаполненной камеры(камер) микрожидкостной системы так, что жидкий образец всасывают дальше по упомянутому/каждому микрожидкостному каналу(ам) к упомянутой/каждой газонаполненной камере(ам) и необязательно приведение жидкого образца в контакт со связующим аналита и/или одним или более дополнительными реактивами;
f) необязательно, захват любого аналита или продукта реакции аналита и сдавливание упомянутой/каждой газонаполненной камеры(камер) так, что газ, выталкиваемый из упомянутой/каждой камеры(камер), вызывает выталкивание жидкого образца и незахваченного материала от любого захваченного аналита или продукта реакции аналита; и
g) обнаружение любого аналита или продукта реакции аналита или захваченного аналита или продукта реакции аналита.
46. Способ по п. 45, причем этап e) осуществляют в виде одного или более этапов, посредством чего образец всасывают в дополнительные или некоторое число последовательных местоположений, соответственно, внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала, соответствующих числу раз осуществления снижения усилия.
47. Способ по п. 45 или 46, причем комплексы аналит/связующее аналита или комплексы продукт реакции аналита/связующее аналита, подлежащие формированию, содержат магнитные или парамагнитные частицы.
48. Способ по п. 47, причем магнитные частицы, которые используют для формирования комплексов, изначально осаждают на внутренней поверхности упомянутого микрожидкостного канала(ов), которая противоположна внешней поверхности системы, с которой магнит приводят в тесный контакт или прикладывают магнитное усилие, чтобы магнитные частицы перемещались латерально через упомянутый микрожидкостной канал(ы).
49. Способ по пп. 45-48, причем этап e) осуществляют в виде одного или более этапов, посредством чего образец всасывают в дополнительные или некоторое число последовательных местоположений, соответственно, внутри упомянутого/каждого микрожидкостного канала, соответствующих числу раз осуществления снижения усилия.
50. Способ по любому из пп. 45-49, причем объем газа, который выталкивают из упомянутой камеры(камер), вызывая выталкивание жидкости из по меньшей мере части упомянутого микрожидкостного канала(ов), где захватывают комплексы аналита/связующее аналита, является достаточным для того, чтобы вызывать удаление жидкости из зоны обнаружения или ее части, но не дальше по микрожидкостному каналу(ам).
51. Автономная одноразовая микрожидкостная система для использования при проведении множества различных анализов, причем микрожидкостной картридж содержит:
отверстие для введения образца для введения жидкого образца в микрожидкостный картридж;
множество микрожидкостных каналов; причем каждый из упомянутых микрожидкостных каналов выполнен с возможностью принимать часть жидкого образца и быть способным проводить один или более анализов в упомянутой части образца с использованием одного или более реактивов, которые присутствуют внутри каждого из упомянутых микрожидкостных каналов перед введением жидкого образца; и
причем движение текучего вещества внутри каждого микрожидкостного канала является независимо управляемым посредством сдавливания или уменьшения сдавливания двух или более газонаполненных камер микрожидкостной системы, причем каждая из этих камер находится в проточном соединении с одним или более из упомянутых микрожидкостных каналов.
52. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 51 для использования в способе в соответствии с любым из пп. 45-50.
53. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 51, дополнительно содержащая элементы, охарактеризованные в пп. 1-26.
54. Автономная одноразовая микрожидкостная система по любому из пп. 51-53, которая способна осуществлять по меньшей мере два, три, четыре, пять или более анализов следующих типов: иммунологический анализ, анализ нуклеиновой кислоты, анализ на основе рецептора, цитометрический анализ, колориметрический анализ, ферментативный анализ, электрофоретический анализ, электрохимический анализ, спектроскопический анализ, хроматографический анализ, микроскопический анализ, топографический анализ, калориметрический анализ, турбидиметрический анализ, анализ агглютинации, вискозиметрический анализ, анализ коагуляции, анализ времени свертывания, анализ синтеза белка, гистологический анализ, анализ культуры или анализ осмолярности.
55. Автономная одноразовая микрожидкостная система по любому из пп. 50-53, которая способна выполнять панель отдельных анализов, которая выполнена с возможностью проводить тесты на сердечное состояние, беременность, состояние почек, неврологическое состояние, состояние надпочечников, состояние печени, диабет, патогены или средства, вызывающие лекарственную зависимость.
56. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 55 для использования при обнаружении сердечного состояния, и причем панель отдельных анализов выполнена с возможностью обнаружения одного или более из следующего: уровней липидов, аполипопротеина; гомоцистеина; C-реактивного белка (CRP) тропонина, BNP; и/или сердечных ферментов.
57. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 55 для использования при обнаружении состояния надпочечников, и причем панель отдельных анализов выполнена с возможностью обнаружения одного или более из альдостерона, кортизола, 18-гидроксикортизола и/или DHEA-S.
58. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 55 для использования при обнаружении состояния печени, и причем панель отдельных анализов выполнена с возможностью обнаружения уровня одного или более ферментов печени, билирубина, альбумина, протромбина и/или присутствия вируса или вирусов.
59. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 55 для использования при обнаружении субъектов с риском развития диабета или подтверждения субъектов с диабетом, и причем панель отдельных анализов выполнена с возможностью обнаружения одного или более из: уровней липидов, клинического анализа крови, уровней глюкозы натощак, гемоглобина A1c и/или альбумина.
60. Автономная одноразовая микрожидкостная система по п. 55 для использования при обнаружении средств, вызывающих лекарственную зависимость, причем панель анализов выполнена с возможностью обнаружения одного или более из: амфетаминов; барбитуратов; бупренорфина; бензодиазепинов; кокаина; экстази; метамфетаминов; героина (опиатов/морфина); метадона; трициклических антидепрессантов; и/или марихуаны.
61. Мультиплексная платформа для анализа для использования при выполнении множества панелей анализов, содержащая множество микрожидкостных систем по любому из пп. 50-60, причем каждая система способна проводить заданную панель анализов на образце, а считыватель, выполнен способным принимать и верифицировать каждую из упомянутого множества микрожидкостных систем, посредством чего считыватель является выполненным с возможностью обнаружения и/или определения уровней для панели аналитов, которые могут присутствовать в образце.
62. Мультиплексная платформа для анализа для использования при выполнении множества панелей анализов по п. 61 для использования с устройством считывателя в соответствии с любым из пп. 30-43.
63. Клапанная система для использования в соответствии с системой анализа по любому из пп. 1-26, содержащая:
выпускное или щелевое отверстие на верхней или нижней поверхности системы анализа в соответствии с настоящим изобретением; и
микрожидкостной канал меньших размеров в упомянутом микрожидкостном канале системы анализа, при этом этот микрожидкостной канал меньших размеров находится в проточном соединении с выпускным или щелевым отверстием и этим/упомянутым микрожидкостным каналом системы анализа.
64. Клапанная система по п. 63, причем клапанная система расположена так, чтобы находиться рядом с капиллярным стопором этого/упомянутого микрожидкостного канала так, что при введении образца в систему анализа заполнение образцом происходит посредством капиллярного эффекта до капиллярного стопора, а часть образца также по меньшей мере частично заполняет микроканал меньшего размера.
65. Клапанная система по п. 64, причем упомянутая часть образца, по меньшей мере частично заполняющая микроканал меньшего размера, выполняет функцию барьера для дальнейшей транспортировки текучей среды по микроканалу меньшего размера и экспорта текучей среды через выпускное или щелевое отверстие.
