微粒子ベースの方法およびシステムならびにその用途
微粒子ベースの分析方法、システムおよび用途を提供する。具体的には、粒子のアイデンティティと存在の一方または両方を測定し、場合により、1つもしくはそれ以上の特定の標的分析物の濃度を測定するための分析方法として、共鳴光散乱を利用することについて説明する。生物学的アッセイおよび化学的アッセイにおける、これらの微粒子ベースの方法の用途についても開示する。
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【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)第1の分析波長範囲で(c)の粒子各々を1回もしくはそれ以上走査して、各粒子を一意に識別する第1の基準共鳴光散乱信号を、(c)の粒子各々について少なくとも1つ生成し、
(e)少なくとも1つの捕捉プローブと識別された(d)の粒子各々とを相関させ、
(f)(e)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、前記試料中に分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(g)第2の分析波長範囲で(f)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(f)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、ここで、
1)少なくとも1つの第1の基準共鳴光散乱信号と少なくとも1つの第2の結合共鳴光散乱信号とは、同一であっても異なっていてもよく、
2)少なくとも第1の分析波長範囲と第2の分析波長範囲とは、同一であっても異なっていてもよく、
(h)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出し、そして
(i)ステップ(e)で得た相関と少なくとも1つの第2の結合共鳴光散乱信号とに基づいて、1種もしくはそれ以上の結合された分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項2】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)各々が定義されたローカスを有する(c)の粒子を定義済みの空間配列に付加し、
(e)場合により、分析波長範囲で(d)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(d)の粒子各々について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(f)(e)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(g)分析波長範囲で(f)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(f)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(h)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出し、そして
(i)付加された粒子ローカスに基づいて、1種もしくはそれ以上の結合された分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項3】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)分析波長範囲で(c)の粒子各々を1回もしくはそれ以上走査して、各粒子を一意に識別する第1の基準共鳴光散乱信号を、(c)の粒子各々について少なくとも1つ生成し、
(e)少なくとも1つの捕捉プローブと識別された(d)の粒子各々とを相関させ、
(f)(e)の粒子と、検出可能な標識を含んでなる分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料と、を接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、そして
(g)ステップ(e)の相関と分析物の検出可能な標識とに基づいて、1種もしくはそれ以上の分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項4】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも1つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)場合により、分析波長範囲で(c)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(c)の粒子各々について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(e)(d)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(f)分析波長範囲で(e)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(e)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、そして
(g)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出する
ことを含んでなる、捕捉プローブに対する分析物の結合を検出するための方法。
【請求項5】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)1)粒子に付加される少なくとも1つの捕捉プローブと、
2)少なくとも1つの捕捉プローブに結合された少なくとも1種の分析物と、を含んでなる、実質的に球形の識別可能な粒子を少なくとも1つ準備し、
(c)分析波長範囲で(b)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、前記粒子について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(d)ステップ(c)の粒子の少なくとも1つの捕捉プローブから少なくとも1種の分析物を解離させ、
(e)分析波長範囲で(d)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、粒子各々について第2の解離共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、そして
(f)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブからの少なくとも1種の分析物の解離を検出する
ことを含んでなる、捕捉プローブからの分析物の解離を検出するための方法。
【請求項6】
捕捉プローブを被着する前に分析波長範囲で粒子を走査して、識別用共鳴光散乱信号を生成する請求項1または3のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
分析波長範囲が、約275から約1900ナノメートルの範囲の光学波長内で約1から約20ナノメートルにわたるウィンドウである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
分析物が、場合により分析方法によって識別される請求項4に記載の方法。
【請求項9】
分析方法が、質量分析法と、蛍光と、吸光度放射活性と、表面プラズモン共鳴と、よりなる群から選択される請求項8に記載の方法。
【請求項10】
分析方法が、蛍光部分、化学発光部分、粒子、酵素、放射活性タグ、量子ドット、発光部分、吸光部分、インターカレート色素および結合対のメンバよりなる群から選択される検出可能な標識を含んでなる請求項8に記載の方法。
【請求項11】
結合された分析物の量が、第1の基準光散乱信号と少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかよりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで測定される請求項1、2または4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
解離した分析物の量が、第1の基準光散乱信号と少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかよりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで測定される請求項5に記載の方法。
【請求項13】
検出可能な標識が、蛍光部分、化学発光部分、粒子、酵素、放射活性タグ、発光部分、吸光部分、インターカレート色素および結合対のメンバよりなる群から選択される請求項3に記載の方法。
【請求項14】
光学波長が約600から約1650ナノメートルの範囲である請求項7に記載の方法。
【請求項15】
光学波長が約770から約780ナノメートルの範囲である請求項7に記載の方法。
【請求項16】
粒子の直径が約100マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項17】
粒子の直径が約75マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項18】
粒子の直径が約50マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
粒子が分析波長範囲で光に対して実質的に透過性である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項20】
粒子が、
a)実質的に球形の芯と、
b)芯に重なる1つもしくはそれ以上の層と、を含んでなり、
1つもしくはそれ以上の層が、分析波長範囲で光に対して実質的に透過性である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項21】
1つもしくはそれ以上の層が光学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項22】
1つもしくはそれ以上の層が生物学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項23】
1つもしくはそれ以上の層が化学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項24】
層の厚さが約1ナノメートルから約10マイクロメートルの範囲である請求項22または23のいずれかに記載の方法。
【請求項25】
芯が吸光性である請求項21に記載の方法。
【請求項26】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約1ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項20に記載の方法。
【請求項27】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項21に記載の方法。
【請求項28】
芯が、ガラス、シリカ、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリルポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、フルオロポリマー、シリコーン、セルロース、半導体材料、吸光性材料、金属、磁性材料、鉱物、ナノ粒子、コロイド粒子、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物およびこれらの複合体よりなる群から選択される材料で構成されるものである請求項20に記載の方法。
【請求項29】
磁性材料が酸化鉄である請求項28に記載の方法。
【請求項30】
芯が中空である請求項20に記載の方法。
【請求項31】
層が、ガラス、シリカ、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリルポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、フルオロポリマー、シリコーン、セルロース、高分子電解質、鉱物、ナノ粒子、コロイド粒子、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物およびこれらの複合体よりなる群から独立して選択される材料で構成されるものである請求項20に記載の方法。
【請求項32】
粒子が、分析波長範囲での屈折率が約1.45から約2.1のガラスで構成されるものである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項33】
少なくとも1つの捕捉プローブが、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、結合対の一メンバ、抗体、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片、有機配位子および有機金属配位子よりなる群から選択される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項34】
少なくとも1種の分析物が、試料マトリクス成分を含んでなる試料中に存在する請求項33に記載の方法。
【請求項35】
少なくとも1種の分析物が、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、抗体、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片および結合対の一メンバよりなる群から選択される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項36】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質と、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項10に記載の方法。
【請求項37】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質と、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項33に記載の方法。
【請求項38】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項35に記載の方法。
【請求項39】
捕捉プローブが粒子の表面で合成される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項40】
捕捉プローブが、天然の基原から単離されたものであるか、粒子の表面に付加される前に別途合成されたものである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項41】
捕捉プローブを粒子に被着した後に、この粒子を処理して試料マトリクス成分の非特異的結合を防止する請求項34に記載の方法。
【請求項42】
粒子を薄膜で被覆して試料マトリクスの成分の非特異的結合を防止した後、薄膜コーティングを活性化して捕捉プローブを付着させる請求項34に記載の方法。
【請求項43】
第1の基準共鳴光散乱信号または第2の結合共鳴光散乱信号のいずれかが、ピーク波長位置、ピーク幅、ピーク間の波長間隔、ピーク振幅および偏光依存性特性よりなる群から選択されるスペクトルの特徴を含んでなる請求項1および3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項44】
基準共鳴光散乱信号および結合共鳴光散乱信号が、ピーク波長位置、ピーク幅、ピーク間の波長間隔、ピーク振幅および偏光依存性特性よりなる群から選択されるスペクトルの特徴に基づいて比較される請求項1、2、4および5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項45】
粒子が、光学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項46】
粒子が、生物学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項47】
粒子が、化学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項48】
(a)実質的に球形の芯と、
(b)粒子の外面に付加される捕捉プローブと、を含んでなり、
1)約275ナノメートルから約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルの分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)直径約100マイクロメートル以下であり、
3)分析波長範囲で屈折率約1.6から約2.1の間であり、そして
4)分析波長範囲で実質的に非蛍光発光性である、識別可能な粒子。
【請求項49】
場合により、芯に重なる1つもしくはそれ以上の層を有する請求項48に記載の粒子。
【請求項50】
1つもしくはそれ以上の層が光学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項51】
1つもしくはそれ以上の層が生物学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項52】
1つもしくはそれ以上の層が化学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項53】
層の厚さが約1ナノメートルから約10マイクロメートルの範囲である請求項51または52のいずれかに記載の粒子。
【請求項54】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項49に記載の粒子。
【請求項55】
(a)実質的に球形の芯と、
(b)粒子の外面に付加される捕捉プローブと、を含んでなり、
1)約275ナノメートルから約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルの分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)直径約100マイクロメートル以下であり、
3)分析波長範囲で屈折率約1.6から約2.1の間であり、そして
4)分析波長範囲で実質的に非蛍光発光性である識別可能な粒子であって、
i)厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルの間である光学的に活性な層1つもしくはそれ以上と、
ii)厚さが約1ナノメートルから10マイクロメートルの生物学的に活性または化学的に活性な実質的に透明な外側の層1つもしくはそれ以上と、を含んでなり、前記層が(i)の層と重なる、識別可能な粒子。
【請求項56】
芯が、ガラス、半導体材料、吸光性材料、金属、磁性材料およびこれらの複合体よりなる群から選択される材料で構成されるものである請求項48に記載の粒子。
【請求項57】
捕捉プローブが、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、結合対の一メンバ、抗体、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片、有機配位子および有機金属配位子よりなる群から選択される請求項48に記載の粒子。
【請求項58】
結合対の一メンバが、抗原/抗体;プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項57に記載の粒子。
【請求項59】
請求項48に記載の識別可能な粒子の集団。
【請求項60】
(a)溶液中に少なくとも1つの実質的に球形の識別可能な粒子を含んでなる微粒子ベースの測定システムであって、これらの粒子は各々、
(a)粒子の外面に付加される捕捉プローブを含んでなり、
1)粒子は、約275から約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルにわたるウィンドウのある分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)粒子の直径は約75マイクロメートル以下であり、
3)粒子の屈折率は分析波長範囲で約1.45および約2.1であり、
前記システムはまた、
(b)分析波長範囲で粒子を走査するための走査光源と、
(c)散乱光を検出するのに適した位置と適した環境に粒子を提示するための光学セルと、
(d)粒子を光学セルに配置するための粒子ハンドリング手段と、
(e)走査された粒子からの光を検出して前記光を電気信号に変換するための検出手段と、を含んでなる、微粒子ベースの測定システム。
【請求項61】
場合により、粒子を試薬および分析物と接触させるための手段を含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項62】
場合により、前記検出手段によって生成される前記電気信号の取得と分析のために走査光源および検出手段に作動的に接続されたコンピュータを含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項63】
場合により、前記電気信号を粒子のアイデンティティに変換し、場合により、粒子に対する分析物または分析物群の結合の存在または度合いに変換する、データ分析手段を含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項64】
場合により、前記分析物または分析物群の結合を検出または識別するためのデータ分析手段を有する請求項60に記載のシステム。
【請求項65】
走査光が、走査用ダイオードレーザ、チューナブルダイオードレーザおよび多色光源よりなる群から選択される光源によって生成される請求項60に記載のシステム。
【請求項66】
走査光源が波長選択装置と併用される請求項65に記載のシステム。
【請求項67】
走査光源が、ファイバオプティクス光カップリング手段を用いて改質したものである請求項60に記載のシステム。
【請求項68】
前記波長選択装置は、場合により、分散型要素、非分散型要素、モノクロメータ、チューナブルフィルタ、プリズム、格子および固定フィルタよりなる群から選択される構成要素を含んでなる請求項66に記載のシステム。
【請求項69】
1つもしくはそれ以上の粒子からの散乱光が画像形成手段で検出される請求項60に記載のシステム。
【請求項70】
画像形成手段が、
(a)走査用ダイオードレーザ光源と、
(b)分光散乱光画像形成および迷光除去に適した光学セルと、
(c)微粒子を分析物および試薬と接触させるための手段と、
(d)顕微鏡と、
(e)デジタルカメラおよびモニタと、
(f)デジタル画像取得ハードウェアと、
(g)必要に応じて(a)〜(f)の要素に作動的に接続されたコンピュータと、
(h)(a)〜(f)の要素を制御し、データを捕捉し、データを処理するのに適したソフトウェアと、を含んでなる請求項66に記載の微粒子ベースの測定システム。
【請求項1】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)第1の分析波長範囲で(c)の粒子各々を1回もしくはそれ以上走査して、各粒子を一意に識別する第1の基準共鳴光散乱信号を、(c)の粒子各々について少なくとも1つ生成し、
(e)少なくとも1つの捕捉プローブと識別された(d)の粒子各々とを相関させ、
(f)(e)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、前記試料中に分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(g)第2の分析波長範囲で(f)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(f)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、ここで、
1)少なくとも1つの第1の基準共鳴光散乱信号と少なくとも1つの第2の結合共鳴光散乱信号とは、同一であっても異なっていてもよく、
2)少なくとも第1の分析波長範囲と第2の分析波長範囲とは、同一であっても異なっていてもよく、
(h)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出し、そして
(i)ステップ(e)で得た相関と少なくとも1つの第2の結合共鳴光散乱信号とに基づいて、1種もしくはそれ以上の結合された分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項2】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)各々が定義されたローカスを有する(c)の粒子を定義済みの空間配列に付加し、
(e)場合により、分析波長範囲で(d)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(d)の粒子各々について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(f)(e)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(g)分析波長範囲で(f)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(f)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(h)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出し、そして
(i)付加された粒子ローカスに基づいて、1種もしくはそれ以上の結合された分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項3】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも2つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)分析波長範囲で(c)の粒子各々を1回もしくはそれ以上走査して、各粒子を一意に識別する第1の基準共鳴光散乱信号を、(c)の粒子各々について少なくとも1つ生成し、
(e)少なくとも1つの捕捉プローブと識別された(d)の粒子各々とを相関させ、
(f)(e)の粒子と、検出可能な標識を含んでなる分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料と、を接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、そして
(g)ステップ(e)の相関と分析物の検出可能な標識とに基づいて、1種もしくはそれ以上の分析物を識別する
ことを含んでなる、分析物を識別するための方法。
【請求項4】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)少なくとも1つの実質的に球形の識別可能な粒子を準備し、
(c)粒子の表面に結合する少なくとも1つの捕捉プローブであって、少なくとも1種の分析物に対して親和性のある少なくとも1つの捕捉プローブを、(b)の粒子に被着し、
(d)場合により、分析波長範囲で(c)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(c)の粒子各々について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(e)(d)の粒子と分析物を少なくとも1種含有する可能性のある試料とを接触させ、ここで、分析物が存在する場合、少なくとも1つの捕捉プローブと少なくとも1種の分析物との間で結合が生じ、
(f)分析波長範囲で(e)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、(e)の粒子各々について第2の結合共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、そして
(g)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブに対する少なくとも1種の分析物の結合を検出する
ことを含んでなる、捕捉プローブに対する分析物の結合を検出するための方法。
【請求項5】
(a)分析波長範囲全体にわたり光を生成する走査光源を準備し、
(b)1)粒子に付加される少なくとも1つの捕捉プローブと、
2)少なくとも1つの捕捉プローブに結合された少なくとも1種の分析物と、を含んでなる、実質的に球形の識別可能な粒子を少なくとも1つ準備し、
(c)分析波長範囲で(b)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、前記粒子について第1の基準共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、
(d)ステップ(c)の粒子の少なくとも1つの捕捉プローブから少なくとも1種の分析物を解離させ、
(e)分析波長範囲で(d)の粒子を1回もしくはそれ以上走査して、粒子各々について第2の解離共鳴光散乱信号を少なくとも1つ生成し、そして
(f)少なくとも1つの第1の基準光散乱信号のうちのいずれかと、少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかと、よりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで、少なくとも1つの捕捉プローブからの少なくとも1種の分析物の解離を検出する
ことを含んでなる、捕捉プローブからの分析物の解離を検出するための方法。
【請求項6】
捕捉プローブを被着する前に分析波長範囲で粒子を走査して、識別用共鳴光散乱信号を生成する請求項1または3のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
分析波長範囲が、約275から約1900ナノメートルの範囲の光学波長内で約1から約20ナノメートルにわたるウィンドウである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
分析物が、場合により分析方法によって識別される請求項4に記載の方法。
【請求項9】
分析方法が、質量分析法と、蛍光と、吸光度放射活性と、表面プラズモン共鳴と、よりなる群から選択される請求項8に記載の方法。
【請求項10】
分析方法が、蛍光部分、化学発光部分、粒子、酵素、放射活性タグ、量子ドット、発光部分、吸光部分、インターカレート色素および結合対のメンバよりなる群から選択される検出可能な標識を含んでなる請求項8に記載の方法。
【請求項11】
結合された分析物の量が、第1の基準光散乱信号と少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかよりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで測定される請求項1、2または4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
解離した分析物の量が、第1の基準光散乱信号と少なくとも1つの第2の光散乱信号のうちのいずれかよりなる群から選択される共鳴光散乱信号間の差を比較することで測定される請求項5に記載の方法。
【請求項13】
検出可能な標識が、蛍光部分、化学発光部分、粒子、酵素、放射活性タグ、発光部分、吸光部分、インターカレート色素および結合対のメンバよりなる群から選択される請求項3に記載の方法。
【請求項14】
光学波長が約600から約1650ナノメートルの範囲である請求項7に記載の方法。
【請求項15】
光学波長が約770から約780ナノメートルの範囲である請求項7に記載の方法。
【請求項16】
粒子の直径が約100マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項17】
粒子の直径が約75マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項18】
粒子の直径が約50マイクロメートル以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
粒子が分析波長範囲で光に対して実質的に透過性である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項20】
粒子が、
a)実質的に球形の芯と、
b)芯に重なる1つもしくはそれ以上の層と、を含んでなり、
1つもしくはそれ以上の層が、分析波長範囲で光に対して実質的に透過性である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項21】
1つもしくはそれ以上の層が光学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項22】
1つもしくはそれ以上の層が生物学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項23】
1つもしくはそれ以上の層が化学的に活性である請求項20に記載の方法。
【請求項24】
層の厚さが約1ナノメートルから約10マイクロメートルの範囲である請求項22または23のいずれかに記載の方法。
【請求項25】
芯が吸光性である請求項21に記載の方法。
【請求項26】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約1ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項20に記載の方法。
【請求項27】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項21に記載の方法。
【請求項28】
芯が、ガラス、シリカ、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリルポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、フルオロポリマー、シリコーン、セルロース、半導体材料、吸光性材料、金属、磁性材料、鉱物、ナノ粒子、コロイド粒子、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物およびこれらの複合体よりなる群から選択される材料で構成されるものである請求項20に記載の方法。
【請求項29】
磁性材料が酸化鉄である請求項28に記載の方法。
【請求項30】
芯が中空である請求項20に記載の方法。
【請求項31】
層が、ガラス、シリカ、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリルポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、フルオロポリマー、シリコーン、セルロース、高分子電解質、鉱物、ナノ粒子、コロイド粒子、金属酸化物、金属硫化物、金属セレン化物およびこれらの複合体よりなる群から独立して選択される材料で構成されるものである請求項20に記載の方法。
【請求項32】
粒子が、分析波長範囲での屈折率が約1.45から約2.1のガラスで構成されるものである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項33】
少なくとも1つの捕捉プローブが、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、結合対の一メンバ、抗体、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片、有機配位子および有機金属配位子よりなる群から選択される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項34】
少なくとも1種の分析物が、試料マトリクス成分を含んでなる試料中に存在する請求項33に記載の方法。
【請求項35】
少なくとも1種の分析物が、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、抗体、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片および結合対の一メンバよりなる群から選択される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項36】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質と、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項10に記載の方法。
【請求項37】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質と、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項33に記載の方法。
【請求項38】
結合対の一メンバが、抗原/抗体、抗原/抗体断片、プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項35に記載の方法。
【請求項39】
捕捉プローブが粒子の表面で合成される請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項40】
捕捉プローブが、天然の基原から単離されたものであるか、粒子の表面に付加される前に別途合成されたものである請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項41】
捕捉プローブを粒子に被着した後に、この粒子を処理して試料マトリクス成分の非特異的結合を防止する請求項34に記載の方法。
【請求項42】
粒子を薄膜で被覆して試料マトリクスの成分の非特異的結合を防止した後、薄膜コーティングを活性化して捕捉プローブを付着させる請求項34に記載の方法。
【請求項43】
第1の基準共鳴光散乱信号または第2の結合共鳴光散乱信号のいずれかが、ピーク波長位置、ピーク幅、ピーク間の波長間隔、ピーク振幅および偏光依存性特性よりなる群から選択されるスペクトルの特徴を含んでなる請求項1および3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項44】
基準共鳴光散乱信号および結合共鳴光散乱信号が、ピーク波長位置、ピーク幅、ピーク間の波長間隔、ピーク振幅および偏光依存性特性よりなる群から選択されるスペクトルの特徴に基づいて比較される請求項1、2、4および5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項45】
粒子が、光学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項46】
粒子が、生物学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項47】
粒子が、化学的活性度のさらに高い層のうちの1層を含んでなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項48】
(a)実質的に球形の芯と、
(b)粒子の外面に付加される捕捉プローブと、を含んでなり、
1)約275ナノメートルから約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルの分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)直径約100マイクロメートル以下であり、
3)分析波長範囲で屈折率約1.6から約2.1の間であり、そして
4)分析波長範囲で実質的に非蛍光発光性である、識別可能な粒子。
【請求項49】
場合により、芯に重なる1つもしくはそれ以上の層を有する請求項48に記載の粒子。
【請求項50】
1つもしくはそれ以上の層が光学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項51】
1つもしくはそれ以上の層が生物学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項52】
1つもしくはそれ以上の層が化学的に活性である請求項49に記載の粒子。
【請求項53】
層の厚さが約1ナノメートルから約10マイクロメートルの範囲である請求項51または52のいずれかに記載の粒子。
【請求項54】
1つもしくはそれ以上の層の厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルである請求項49に記載の粒子。
【請求項55】
(a)実質的に球形の芯と、
(b)粒子の外面に付加される捕捉プローブと、を含んでなり、
1)約275ナノメートルから約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルの分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)直径約100マイクロメートル以下であり、
3)分析波長範囲で屈折率約1.6から約2.1の間であり、そして
4)分析波長範囲で実質的に非蛍光発光性である識別可能な粒子であって、
i)厚さが約50ナノメートルから約20マイクロメートルの間である光学的に活性な層1つもしくはそれ以上と、
ii)厚さが約1ナノメートルから10マイクロメートルの生物学的に活性または化学的に活性な実質的に透明な外側の層1つもしくはそれ以上と、を含んでなり、前記層が(i)の層と重なる、識別可能な粒子。
【請求項56】
芯が、ガラス、半導体材料、吸光性材料、金属、磁性材料およびこれらの複合体よりなる群から選択される材料で構成されるものである請求項48に記載の粒子。
【請求項57】
捕捉プローブが、タンパク質、核酸、ペプチド核酸、結合対の一メンバ、抗体、生物細胞、微生物、細胞膜断片、細胞小器官、受容体、ウイルス、ウイルス断片、バクテリオファージ、バクテリオファージ断片、有機配位子および有機金属配位子よりなる群から選択される請求項48に記載の粒子。
【請求項58】
結合対の一メンバが、抗原/抗体;プロテインA/抗体、プロテインG/抗体、ハプテン/抗ハプテン、ビオチン/アビジン、ビオチン/ストレプトアビジン、葉酸/葉酸塩結合タンパク質;ホルモン/ホルモン受容体、レクチン/炭水化物、酵素/酵素補助因子、酵素/基質、酵素/阻害剤、ペプチド核酸/相補的核酸、ポリヌクレオチド/ポリヌクレオチド結合タンパク質、ビタミンB12/内因子;相補的核酸セグメント;スルフヒドリル反応性基を含んでなる対、カルボジイミド反応性基を含んでなる対およびアミン反応性基を含んでなる対からなる結合対の組み合わせから選択される請求項57に記載の粒子。
【請求項59】
請求項48に記載の識別可能な粒子の集団。
【請求項60】
(a)溶液中に少なくとも1つの実質的に球形の識別可能な粒子を含んでなる微粒子ベースの測定システムであって、これらの粒子は各々、
(a)粒子の外面に付加される捕捉プローブを含んでなり、
1)粒子は、約275から約1900ナノメートルの光学波長範囲で約1から約20ナノメートルにわたるウィンドウのある分析波長範囲での走査時における一意な共鳴光散乱信号を特徴とし、
2)粒子の直径は約75マイクロメートル以下であり、
3)粒子の屈折率は分析波長範囲で約1.45および約2.1であり、
前記システムはまた、
(b)分析波長範囲で粒子を走査するための走査光源と、
(c)散乱光を検出するのに適した位置と適した環境に粒子を提示するための光学セルと、
(d)粒子を光学セルに配置するための粒子ハンドリング手段と、
(e)走査された粒子からの光を検出して前記光を電気信号に変換するための検出手段と、を含んでなる、微粒子ベースの測定システム。
【請求項61】
場合により、粒子を試薬および分析物と接触させるための手段を含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項62】
場合により、前記検出手段によって生成される前記電気信号の取得と分析のために走査光源および検出手段に作動的に接続されたコンピュータを含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項63】
場合により、前記電気信号を粒子のアイデンティティに変換し、場合により、粒子に対する分析物または分析物群の結合の存在または度合いに変換する、データ分析手段を含んでなる請求項60に記載のシステム。
【請求項64】
場合により、前記分析物または分析物群の結合を検出または識別するためのデータ分析手段を有する請求項60に記載のシステム。
【請求項65】
走査光が、走査用ダイオードレーザ、チューナブルダイオードレーザおよび多色光源よりなる群から選択される光源によって生成される請求項60に記載のシステム。
【請求項66】
走査光源が波長選択装置と併用される請求項65に記載のシステム。
【請求項67】
走査光源が、ファイバオプティクス光カップリング手段を用いて改質したものである請求項60に記載のシステム。
【請求項68】
前記波長選択装置は、場合により、分散型要素、非分散型要素、モノクロメータ、チューナブルフィルタ、プリズム、格子および固定フィルタよりなる群から選択される構成要素を含んでなる請求項66に記載のシステム。
【請求項69】
1つもしくはそれ以上の粒子からの散乱光が画像形成手段で検出される請求項60に記載のシステム。
【請求項70】
画像形成手段が、
(a)走査用ダイオードレーザ光源と、
(b)分光散乱光画像形成および迷光除去に適した光学セルと、
(c)微粒子を分析物および試薬と接触させるための手段と、
(d)顕微鏡と、
(e)デジタルカメラおよびモニタと、
(f)デジタル画像取得ハードウェアと、
(g)必要に応じて(a)〜(f)の要素に作動的に接続されたコンピュータと、
(h)(a)〜(f)の要素を制御し、データを捕捉し、データを処理するのに適したソフトウェアと、を含んでなる請求項66に記載の微粒子ベースの測定システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【公表番号】特表2006−515420(P2006−515420A)
【公表日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−552141(P2004−552141)
【出願日】平成15年11月6日(2003.11.6)
【国際出願番号】PCT/US2003/036092
【国際公開番号】WO2004/044232
【国際公開日】平成16年5月27日(2004.5.27)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成15年11月6日(2003.11.6)
【国際出願番号】PCT/US2003/036092
【国際公開番号】WO2004/044232
【国際公開日】平成16年5月27日(2004.5.27)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】
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