Устройство и система для сбора и анализа конденсата пара, в частности конденсата выдыхаемого воздуха, а также способ их применения - RU2018113369A
Код документа: RU2018113369A
Формула
1. Устройство для сбора и анализа образца конденсата пара (VC), содержащее:
собирающую пластину и покровную пластину, где
v. пластины являются перемещаемыми относительно друг друга в разные конфигурации;
vi. одна или обе пластины являются гибкими;
vii. каждая из пластин имеет на своей соответствующей поверхности область контакта с образцом для осуществления контакта с образцом конденсата пара (VC), который содержит аналит;
viii. одна или обе пластины содержат разделители, которые закреплены на соответствующей пластине, где разделители характеризуются предварительно заданной практически однородной высотой и предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, и где по меньшей мере один из разделителей расположен внутри области контакта с образцом;
одна из конфигураций представляет собой открытую конфигурацию, при которой две пластины либо полностью, либо частично отделены друг от друга, при этом пространство между пластинами не регулируется разделителями, а образец VC размещен на одной или обеих пластинах, и
другая из конфигураций представляет собой закрытую конфигурацию, в которую приводят после размещения образца VC в открытой конфигурации; и в закрытой конфигурации по меньшей мере часть образца VC находится между двумя пластинами и контактирует с ними, а также характеризуется в высокой степени однородной толщиной, которая регулируется разделителями и двумя поверхностями для образца у пластин и равна 30 мкм или меньше с незначительной вариацией.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее сухой реагент, нанесенный на одну или обе пластины.
3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее на одной или обеих пластинах сухой участок связывания, который характеризуется предварительно заданной площадью, сухой участок связывания связывает и иммобилизирует аналит в образце.
4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее на одной или обеих пластинах высвобождаемый сухой реагент и материал для регуляции времени высвобождения, который задерживает время, за которое высвобождаемый сухой реагент высвобождается в образец.
5. Устройство по п. 4, в котором материал для регуляции времени высвобождения задерживает время, за которое сухой реагент начинает высвобождаться в образец, по меньшей мере на 3 секунды.
6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее на одной или обеих пластинах один или множество сухих участков связывания и/или один или множество участков реагента.
7. Устройство по п.1, в котором образец представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха.
8. Устройство по п.1, в котором образец представляет собой пар из биологического образца, образца из окружающей среды, химического образца или клинического образца.
9. Устройство по п.1, в котором аналит содержит молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другие молекулы), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различной формы.
10. Устройство по п.1, в котором аналит содержит летучие органические соединения (VOC).
11. Устройство по п.1, в котором аналит содержит азот, кислород, CO2, H2O и инертные газы.
12. Устройство по п.1, относящееся к устройству, где аналит является окрашенным.
13. Устройство по п.1, дополнительно содержащее на одной поверхности для образца разделитель ограждающего типа, который заключает часть образца или весь образец VC, размещенные на собирающей пластине.
14. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением, равным 0,5 мкм или меньше.
15. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 0,5 мкм до 1 мкм.
16. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 1 мкм до 2 мкм.
17. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 2 мкм до 10 мкм.
18. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 10 мкм до 20 мкм.
19. Устройство по п.1, в котором указанная однородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 20 мкм до 30 мкм.
20. Устройство по п.1, в котором толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации больше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
21. Устройство по п.1, в котором толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации меньше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
22. Устройство по п.1, в котором указанное пространство зафиксировано на пластине за счет прямого тиснения пластины или литьевого формования пластины.
23. Устройство по п.1, в котором материалы для пластины и разделителей выбраны из полистирола, PMMA, PC, COC, COP или другого пластика.
24. Устройство по п.1, в котором пространство между разделителями находится в диапазоне от 1 мкм до 200 мкм.
25. Устройство по п.1, в котором пространство между разделителями находится в диапазоне от 200 мкм до 1000 мкм.
26. Устройство по п.1, в котором образец VC представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха от человека или животного.
27. Устройство по п.1, в котором разделители, регулирующие слой однородной толщины, характеризуются коэффициентом заполнения, составляющим по меньшей мере 1%, коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящегося в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины.
28. Устройство по п.1, в котором для разделителей, регулирующих слой однородной толщины, произведение модуля Юнга разделителей и коэффициента заполнения разделителей равно 10 Па или более, коэффициент заполнения представляет собой отношение площади разделителя, находящегося в контакте со слоем однородной толщины, к общей площади пластины, находящейся в контакте со слоем однородной толщины.
29. Устройство по п.1, в котором в случае гибкой пластины произведение толщины гибкой пластины и модуля Юнга гибкой пластины находится в диапазоне 60–750 ГПа-мкм.
30. Устройство по п.1, в котором в случае гибкой пластины четвертая степень расстояния между разделителями (ISD), деленная на толщину (h) гибкой пластины и модуль Юнга (E) гибкой пластины, ISD4/(hE), равна 106 мкм3/ГПа или меньше.
31. Устройство по п.1, в котором одна или обе пластины содержат метку местоположения либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о местоположении на пластине.
32. Устройство по п.1, в котором одна или обе пластины содержат масштабную метку либо на поверхности, либо внутри пластины, которая предоставляет информацию о размере структуры образца и/или пластины в горизонтальной проекции.
33. Устройство по п.1, в котором одна или обе пластины содержат метку для визуализации либо на поверхности, либо внутри пластины, что облегчает визуализацию образца.
34. Устройство по п.1, в котором разделители функционируют в качестве метки местоположения, масштабной метки, метки для визуализации или любой их комбинации.
35. Устройство по п.1, в котором средняя толщина слоя однородной толщины приблизительно равна минимальному размеру аналита в образце.
36. Устройство по п.1, в котором расстояние между разделителями находится в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм.
37. Устройство по п.1, в котором расстояние между разделителями находится в диапазоне от 50 мкм до 120 мкм.
38. Устройство по п.1, в котором расстояние между разделителями находится в диапазоне от 120 мкм до 200 мкм.
39. Устройство по п.1, в котором расстояние между разделителями является практически регулярным.
40. Устройство по п.1, в котором разделители представляют собой столбики с формой поперечного сечения, выбранной из округлой, многоугольной, круговой, квадратной, прямоугольной, овальной, эллиптической или любой их комбинации.
41. Устройство по п.1, в котором разделители имеют форму столбика и имеют практически ровную верхнюю поверхность, где для каждого разделителя отношение размера разделителя в горизонтальной проекции к его высоте составляет по меньшей мере 1.
42. Устройство по п.1, в котором каждый разделитель характеризуется отношением размера разделителя в горизонтальной проекции к его высоте, составляющим по меньшей мере 1.
43. Устройство по п.1, в котором минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции меньше, чем минимальный размер аналита в образце, или практически равен ему.
44. Устройство по п.1, в котором минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции находится в диапазоне от 0,5 до 100 мкм.
45. Устройство по п.1, в котором минимальный размер разделителя в горизонтальной проекции находится в диапазоне от 0,5 до 10 мкм.
46. Устройство по п.1, в котором разделители характеризуются плотностью, составляющей по меньшей мере 100/мм2.
47. Устройство по п.1, в котором разделители характеризуются плотностью, составляющей по меньшей мере 1000/мм2.
48. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере одна из пластин является прозрачной.
49. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере одна из пластин изготовлена из гибкого полимера.
50. Устройство по п.1, в котором в отношении давления, которое сжимает пластины, разделители являются несжимаемыми и/или, независимо, только одна из пластин является гибкой.
51. Устройство по п.1, в котором гибкая пластина характеризуется толщиной в диапазоне от 10 мкм до 200 мкм.
52. Устройство по п.1, в котором указанная вариация составляет меньше 30%.
53. Устройство по п.1, в котором вариация составляет меньше 10%.
54. Устройство по п.1, в котором вариация составляет меньше 5%.
55. Устройство по п.1, в котором первая и вторая пластины соединены и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию путем складывания пластин.
56. Устройство по п.1, в котором первая и вторая пластины соединены шарниром и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую путем складывания пластин вдоль шарнира.
57. Устройство по п.1, в котором первая и вторая пластины соединены шарниром, то есть материалом, отличающимся от пластин, и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую путем складывания пластин вдоль шарнира.
58. Устройство по п.1, в котором первая и вторая пластины изготовлены из одной части материала и выполнены с возможностью изменения из открытой конфигурации в закрытую конфигурацию путем складывания пластин.
59. Устройство по п.1, в котором слой образца однородной толщины является однородным на протяжении площади в горизонтальной проекции, которая составляет по меньшей мере 100 мкм2.
60. Устройство по п.1, в котором слой образца однородной толщины является однородным на протяжении площади в горизонтальной проекции, которая составляет по меньшей мере 1 мм2.
61. Устройство по п.1, которое устройство выполнено с возможностью проведения анализа образца за 60 секунд или меньше.
62. Устройство по п.1, в котором при закрытой конфигурации устройство с конечной толщиной образца выполнено с возможностью проведения анализа образца за 60 секунд или меньше.
63. Устройство по п.1, дополнительно содержащее на одной или обеих пластинах один или множество участков усиления, каждый из которых способен усиливать сигнал от аналита или метки аналита, если аналит или метка находятся в пределах 500 нм от участка усиления.
64. Устройство по п.1, в котором при закрытой конфигурации устройство с конечной толщиной образца выполнено с возможностью проведения анализа образца за 10 секунд или меньше.
65. Устройство по п.2, в котором сухой участок связывания содержит средство для захвата.
66. Устройство по п.2, в котором сухой участок связывания содержит антитело или нуклеиновую кислоту.
67. Устройство по п.4, в котором высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченый реагент.
68. Устройство по п.4, в котором высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченый флуоресцентной меткой реагент.
69. Устройство по п.4, в котором высвобождаемый сухой реагент представляет собой меченое флуоресцентной меткой антитело.
70. Устройство по п.1, в котором первая пластина дополнительно содержит на своей поверхности первый предварительно заданный участок для анализа и второй предварительно заданный участок для анализа, расстояние между краями участка для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, причем по меньшей мере часть слоя однородной толщины образца расположена над предварительно заданными участками для анализа, и образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
71. Устройство по п.1, в котором первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере три участка для анализа аналита, при этом расстояние между краями любых двух соседних участков для анализа значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, причем по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
72. Устройство по п.1, в котором первая пластина имеет на своей поверхности по меньшей мере два соседних участка для анализа аналита, которые не разделены расстоянием, которое значительно больше, чем толщина слоя однородной толщины, когда пластины приведены в закрытое положение, причем по меньшей мере часть слоя однородной толщины расположена над участками для анализа, и образец содержит один или множество аналитов, которые способны к диффузии в образце.
73. Устройство по п.2, в котором высвобождаемый сухой реагент представляет собой краситель для клеток.
74. Устройство по п.1, дополнительно содержащее детектор, который представляет собой оптический детектор для выявления оптического сигнала.
75. Устройство по п.1, дополнительно содержащее детектор, который представляет собой электрический детектор для выявления электрического сигнала.
76. Система для ускоренного анализа образца конденсата пара с применением мобильного телефона, содержащая:
(a) устройство по п.1;
(b) устройство мобильной связи, содержащее:
i. одну или множество камер для выявления и/или визуализации образца конденсата пара; и
ii. интегральные схемы, процессоры обработки сигналов, аппаратные средства и программное обеспечение для получения и/или обработки выявляемого сигнала и/или изображения образца конденсата пара и для удаленной передачи данных.
77. Система по п.76, относящаяся к системе, дополнительно содержащая источник света либо в устройстве мобильной связи, либо внешний источник.
78. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой одна из пластин имеет участок связывания, который связывает аналит, по меньшей мере часть слоя однородной толщины образца расположена над участком связывания, при этом она является значительно меньшей, чем средний линейный размер участка связывания в горизонтальной проекции.
79. Система по п.76, относящаяся к системе, дополнительно содержащая:
(d) корпус, выполненный с возможностью удерживания образца и закрепления на устройстве мобильной связи.
80. Система по п.79, относящаяся к системе, в которой корпус содержит оптические средства, способствующие визуализации и/или обработке сигнала от образца с помощью устройства мобильной связи, и монтажную систему, выполненную с возможностью удерживания оптических средств на устройстве мобильной связи.
81. Система по п.79, относящаяся к системе, в которой элемент оптических средств в корпусе является перемещаемым относительно корпуса.
82. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи выполнено с возможностью передачи результатов теста медицинскому специалисту, в медицинское учреждение или в страховую компанию.
83. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста и субъекта медицинскому специалисту, в медицинское учреждение или в страховую компанию.
84. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста в облачную сеть, и в облачной сети происходит обработка информации для уточнения результатов теста.
85. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи дополнительно выполнено с возможностью передачи информации относительно теста и субъекта в облачную сеть, при этом в облачной сети происходит обработка информации для уточнения результатов теста, а уточненные результаты теста будут отправлены субъекту обратно.
86. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи выполнено с возможностью получения назначения, диагноза или рекомендации от медицинского специалиста.
87. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи выполнено с возможностью применения аппаратных средств и программного обеспечения для:
(a) съемки изображения образца;
(b) проведения анализа тестируемого местоположения и контрольного местоположения на изображении и
(c) сравнения значения, полученного в результате анализа тестируемого местоположения, с пороговым значением, которое характеризует ускоренный диагностический тест.
88. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой по меньшей мере одна из пластин содержит участок хранения, в котором хранятся реагенты для анализа.
89. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой по меньшей мере одна из камер считывает сигнал от указанного устройства.
90. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи осуществляет обмен данными с удаленным местоположением посредством технологии wi-fi или сети мобильной сотовой связи.
91. Система по п.76, относящаяся к системе, в которой устройство мобильной связи представляет собой мобильный телефон.
92. Способ ускоренного анализа аналита в образце с применением мобильного телефона, включающий:
(a) размещение образца на устройстве в системе по п.76;
(b) проведение анализа аналита в образце, размещенном на устройстве, с получением результата и
(c) передачу результата от устройства мобильной связи в местоположение, удаленное от устройства мобильной связи.
93. Способ по п.92, в котором аналит содержит молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другую молекулу), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различной формы.
94. Способ по п.92, относящийся к способу, в котором аналит содержит лейкоцит, эритроцит и тромбоциты.
95. Способ по п.92, в котором:
проводят анализ результатов в удаленном местоположении с получением проанализированного результата и
передают проанализированный результат от удаленного местоположения в устройство мобильной связи.
96. Способ по п.92, в котором анализ проводит медицинский специалист в удаленном местоположении.
97. Способ по п.92, в котором устройство мобильной связи получает назначение, диагноз или рекомендацию от медицинского специалиста, находящегося в удаленном местоположении.
98. Способ по п.92, в котором толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации больше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
99. Устройство по п.1, в котором толщина по меньшей мере части образца VC при закрытой конфигурации меньше, чем толщина образца VC, размещенного на собирающей пластине при открытой конфигурации.
100. Способ по п.92, в котором стадия проведения анализа включает выявление аналита в образце.
101. Способ по п.92, относящийся к способу, в котором аналит представляет собой биомаркер.
102. Способ по п.92, в котором аналит представляет собой белок, нуклеиновую кислоту, клетку или метаболит.
103. Способ по п.92, в котором анализ, проводимый на стадии (b), представляет собой анализ связывания или биохимический анализ.
104. Способ анализа аналита в образце конденсата пара, включающий:
получение устройства по п.1;
размещение образца конденсата пара на одной или обеих пластинах устройства;
помещение пластин в закрытую конфигурацию и приложение внешней силы по меньшей мере на части пластин; и
проведение анализа аналитов в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации.
105. Способ анализа аналита в образце конденсата пара, включающий:
(a) получение образца;
(b) получение устройства по п.1, в котором разделители характеризуются:
i. формой столбика с практически однородным поперечным сечением и ровной верхней поверхностью;
ii. отношением ширины к высоте, равным единице или больше;
ii. предварительно заданным постоянным расстоянием между разделителями, которое находится в диапазоне от 10 до 200мкм;
iv. коэффициентом заполнения, равным 1% или больше; и
(c) размещение образца на одной или обеих пластинах, когда пластины приведены в открытую конфигурацию;
(d) после этапа (c) применение двух пластин для сжатия по меньшей мере части образца в слой практически однородной толщины, который ограничен поверхностями контакта с образцом у пластин, однородная толщина слоя регулируется разделителями и пластинами и характеризуется средним значением, равным 30 мкм или меньше с вариацией меньше 10%, при этом сжатие включает в себя:
сведение двух пластин вместе и
конформное сдавливание либо одновременно, либо последовательно области по меньшей мере одной из пластин со сдавливанием пластин вместе в закрытую конфигурацию, конформное сдавливание создает практически однородное давление на пластины по меньшей мере на части образца, и сдавливание распространяется по меньшей мере на части образца, расположенные в горизонтальной проекции между поверхностями контакта с образцом у пластин, закрытая конфигурация представляет собой конфигурацию, при которой пространство между пластинами в слое участка однородной толщины регулируется разделителями; и
(e) проведение анализа в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации;
коэффициент заполнения представляет собой отношение площади контакта разделителя к общей площади пластины;
конформное сдавливание представляет собой способ, который обеспечивает давление, действующее на область, практически постоянным, независимо от вариации формы внешних поверхностей пластин; и
при одновременном сдавливании давление воздействует на заданную область одномоментно, а при последовательном сдавливании давление действует на часть заданной области и постепенно перемещается к другой области.
106. Способ по п.105, в котором:
удаляют внешнюю силу после приведения пластин в закрытую конфигурацию; и
визуализируют аналиты в слое однородной толщины, пока пластины находятся в закрытой конфигурации; и
подсчитывают количество аналитов или меток в области на изображении.
107. Способ по п.105, в котором:
удаляют внешнюю силу после приведения пластин в закрытую конфигурацию и
измеряют оптический сигнал в слое однородной толщины, пока пластины приведены в закрытую конфигурацию.
108. Способ по п.105, в котором расстояние между разделителями находится в диапазоне от 20 до 200 мкм.
109. Способ по п.105, в котором расстояние между разделителями находится в диапазоне от 5 до 20 мкм.
110. Способ по п.105, в котором результат произведения коэффициента заполнения и модуля Юнга разделителя составляет 2 МПа или больше.
111. Способ по п.105, в котором вариация поверхности составляет меньше 50 нм.
112. Способ по п.105, дополнительно содержащий стадию расчета концентрации аналита в подходящем объеме образца, при этом расчет основан на подходящем объеме образца, определенном предварительно заданной площадью участка хранения, однородной толщиной образца при закрытой конфигурации и количеством выявленного целевого объекта.
113. Способ по п.105, в котором стадия проведения анализа включает подсчет аналита в образце.
114. Способ по п.113, в котором визуализацию и подсчет осуществляют путем:
i. освещения клеток в слое однородной толщины;
ii. получения одного или более изображений клеток с применением ПЗС- или КМОП-сенсора;
iii. идентификации клеток на изображении с применением компьютера и
iv. подсчета количества клеток в области на изображении.
115. Способ по п.105, в котором внешнюю силу обеспечивают с помощью руки человека.
116. Способ по п.105, который дополнительно предусматривает наличие сухого реагента, нанесенного на одну или обе пластины.
117. Способ по п.105, в котором слой образца однородной толщины характеризуется однородностью толщины, составляющей не более +/-5%.
118. Способ по п.105, в котором разделители представляют собой столбики с формой поперечного сечения, выбранной из округлой, многоугольной, круговой, квадратной, прямоугольной, овальной, эллиптической или любой их комбинации.
119. Способ по п.105, в котором пространство между разделителями составляет примерно минимальный размер аналита.
120. Способ по п.105, в котором поверхности контакта с образцом одной или обеих пластин содержат один или множество участков усиления, каждый из которых способен усиливать сигнал от аналита или метки аналита, если аналит или метка находятся в пределах 500 нм от участка усиления.
121. Способ по п.105, в котором образец представляет собой конденсат выдыхаемого воздуха.
122. Способ по п.105, в котором образец представляет собой пар из биологического образца, образца из окружающей среды, химического образца или клинического образца.
123. Способ по п.105, в котором аналит содержит молекулу (например, белок, пептиды, ДНК, РНК, нуклеиновую кислоту или другие молекулы), клетки, ткани, вирусы и наночастицы различной формы.
124. Способ по п.105, в котором аналит содержит летучие органические соединения (VOC).
125. Способ по п.105, в котором аналит содержит азот, кислород, CO2, H2O и инертные газы.
126. Способ по п.105, в котором аналит является окрашенным.
127. Способ по п.105, в котором одна поверхность для образца дополнительно содержит разделитель ограждающего типа, который заключает часть образца или весь образец VC, размещенные на собирающей пластине.
128. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением, равным 0,5 мкм или меньше.
129. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 0,5 до 1 мкм.
130. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 1 до 2 мкм.
131. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 2 до 10 мкм.
132. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 10 до 20 мкм.
133. Способ по п.105, в котором высокооднородная толщина характеризуется значением в диапазоне от 20 до 30 мкм.
