JP7785691B2 - 試料分析のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０２０年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６３／０１７，５６４号の利益を主張し、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の主題の分野
本開示の主題は、感度が向上し、かつ処理時間が短縮された、試料中の関心の分析物の調製、検出、及び分析のためのデバイス、システム、及び方法に関する。

関連技術の説明
試料中の関心の１つ以上の分析物を正確に分析することができる方法及びデバイスは、診断、予後、環境アセスメント、食品安全性、化学剤または生物剤の検出を伴う用途などに有益であり得る。そのような方法及びデバイスは、正確さ、精度、及び／または感度のために、ならびに個々の試料を、より短い時間で、かつ計装フットプリントを低減して分析することを可能にするように、構成できる。

試料分析のためのシステムにおける試料調製の技術は、例えば、限定されないが、試料を反応容器中の試薬及び／または酵素と組み合わせることによって、試料を調製することを含むことができる。試料分析のための知られている商用実験室システムでは、試料処理時間は、検出及び分析のための試料を調製するのに最大２０分以上を要し得る。試料調製時間の持続時間は、多種多様なアッセイを実行するために種々の試料を調製する好適な自動化システムの欠如に少なくとも部分的に起因し得る。検出に好適なシグナルを取得するために使用される試料の体積及び／または試薬の量もまた、試料調製時間に影響を及ぼし得る。加えて、従来の検出システム及び方法の感度及び検出範囲内で好適な濃度の分析物を達成することは、インキュベーションまたは増幅時間の増加を伴い得、関心の分析物を検出するための時間を更に増加させる。

試料分析のためのシステムにおける試料検出のための技法は、アナログ検出システム及び方法を使用するか、または組み込むことを含むことができる。そのようなアナログシステム及び方法の感度及び検出範囲は、試料検出装置の感度及び検出範囲内の好適な濃度の分析物を達成するために使用される試料サイズ及び／または処理時間を決定する要因となり得る。したがって、処理時間を短縮し、かつ検出感度を高めるための試料検出のための方法及びデバイスへの関心がある。

試料検出のための方法及びデバイスが、より小さな容積で、及び／または試料処理時間を短縮して試料を調製することができることもまた有益であり得る。更に、試料の処理及び検出プロセスを自動化し、例えば、限定されないが、臨床またはポイントオブケアの実験室環境などの実験室環境での使用において、試料中の関心の分析物の高感度検出を提供することは、試料検出のための方法及びデバイスにとって有益であり得る。

したがって、試料調製時間の減少ならびに／または試料処理及び検出システムの感度の増加に起因して、少なくとも部分的にスループットの増加を達成することができる、試料検出のための方法及びデバイスの機会が残っている。

試料中の関心の分析物の分析のためのシステム、デバイス、及び方法が、本明細書に開示される。本開示の一態様によれば、試料中の関心の分析物の分析のためのアッセイ表面（ＡＳ）と、ＡＳを使用して関心の分析物を分析する方法と、が本明細書に開示される。本開示の別の態様によれば、アッセイ表面上で試料処理及び分析物検出を実行するためのアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）と、ＡＰＵを使用して関心の分析物を分析する方法と、が本明細書に開示される。本開示の別の態様によれば、試料中の関心の分析物を分析するためのアッセイ処理システム（ＡＰＳ）と、ＡＰＳを使用して関心の分析物を分析する方法と、が本明細書に開示される。本開示の別の態様によれば、複数の試料中の１つ以上の関心の分析物を分析するための実験室システムと、実験室システムを使用する方法と、が本明細書に開示される。本開示の別の態様によれば、より短い処理時間及び／またはより高いスループットを有する実験室システムと、そのような実験室システムを使用するための方法と、が開示される。

本開示の一態様によれば、アッセイ表面（ＡＳ）は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を含むことができる。

追加的または代替的に、複数の固体支持体は、磁性微粒子もしくはビーズまたは常磁性微粒子もしくはビーズであることができ、関心の分析物または少なくとも１つの試薬もしくはコンジュゲートに特異的に結合することができる。追加的または代替的に、試料処理コンポーネントは、少なくとも１つの格納領域に複数の固体支持体を更に含むことができる。追加的または代替的に、試料処理コンポーネントは、複数の固体支持体、関心の分析物、及び少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを混合するように構成された少なくとも１つの混合領域を更に含むことができる。追加的または代替的に、試料処理コンポーネントは、少なくとも１つの混合領域に少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを更に含むことができる。更に、少なくとも１つの混合領域は、約２５μＬ以下の容量を有することができる。

追加的または代替的に、少なくとも１つの試薬を、検出可能な標識、結合メンバー、色素、界面活性剤、希釈剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。更に、結合メンバーは、受容体または抗体を含むことができる。

追加的または代替的に、少なくとも１つの洗浄領域を、任意の固体支持体に結合していない任意の分子を洗い流すように構成することができる。更に、少なくとも１つの洗浄領域は、約１０μＬ以下の容量を有する。

追加的または代替的に、アッセイ表面は、複数のチャネルを含むことができ、複数のチャネルの各々は、第１の試料調製領域と第２の試料調製領域との間にある。追加的または代替的に、アッセイ表面は、複数の停止要素を含むことができ、アッセイ表面は、複数の停止要素を含み、複数の停止要素のうちの少なくとも１つは、第１の試料調製領域と第２の試料調製領域との間にある。追加的または代替的に、少なくとも１つの停止要素が除去されると、第１の領域の一定体積の液体は、第２の領域の一定体積の液体に流体接続される。更に、少なくとも１つの洗浄領域を通過した後、複数の固体支持体は、磁力下で検出コンポーネント中に移動される。

追加的または代替的に、検出コンポーネントを、光学検出、アナログ検出、またはデジタル検出のために構成することができる。更に、検出コンポーネントは、要素のアレイを含むことができ、要素のアレイの各々は、複数の固体支持体のうちの少なくとも１つを保持するように寸法設定されている。追加的または代替的に、要素のアレイは、ナノウェルのアレイを含むことができる。追加的または代替的に、検出コンポーネントは、一定体積の不活性液体、例えば油、を含む領域を含むことができ、不活性液体は、ナノウェルのアレイを封止するように構成されている。更に、検出コンポーネントを、複数の固体支持体が検出コンポーネント中に移動された後、要素のアレイの画像を取得するように構成することができる。追加的または代替的に、検出コンポーネントを、単一分子カウントのために構成することができる。

追加的または代替的に、アッセイ表面は、疎水性材料を含む。追加的または代替的に、アッセイ表面は、複数の試料調製領域に、複数の体積の液体、複数の固体支持体、及び少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを更に含むことができる。

本開示の態様によれば、アッセイ表面を使用して、試料中の関心の分析物の分析のための方法は、アッセイ表面の少なくとも１つの洗浄領域中に少なくとも１つの体積の液体を装填することであって、アッセイ表面は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を含む、装填することと、検出コンポーネント中に、少なくとも１つの体積の液体を装填することと、試料処理コンポーネント中に、分析物を含む一定体積の液体を装填することと、検出コンポーネント中の関心の分析物を検出することと、を含むことができる。使用されるアッセイ表面は、本明細書に開示される任意のアッセイ表面を含むことができる。

追加的または代替的に、試料処理コンポーネントが複数の固体支持体を含む場合、本方法は、検出コンポーネント中の関心の分析物を検出する前に、複数の固体支持体を、磁力下で複数の試料調製領域を通して検出コンポーネント中に移動させることを更に含むことができる。

追加的または代替的に、本方法は、試料処理コンポーネント上に複数の固体支持体を装填することと、検出コンポーネント中の関心の分析物を検出する前に、複数の固体支持体を、磁力下で複数の試料調製領域を通して検出コンポーネント中に移動させることと、を更に含む。

本開示の別の態様によれば、試料処理コンポーネント及び検出コンポーネントを備えるアッセイ表面上で試料処理及び分析物検出を実行するためのアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）が本明細書に開示される。ＡＰＵは、アッセイ表面を受容及び保持するように構成されたアッセイ表面受容コンポーネントと、磁場を生成するように構成された磁気要素であって、磁場は、受容コンポーネントによって受容されているときのアッセイ表面に沿って可動である、磁気要素と、磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通して、アッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすように構成された１つ以上のプロセッサと、を含むことができる。

追加的または代替的に、磁気要素は、磁石であり得る。追加的または代替的に、ＡＰＵは、１つ以上のプロセッサの制御下で磁気要素を、受容コンポーネントによって受容されているときのアッセイ表面の上面によって画定される平面の水平方向に沿って移動させるように構成された摺動要素、例えばモータ、を含むことができる。追加的または代替的に、ＡＰＵは、プロセッサの制御下で磁気要素を、受容コンポーネントによって受容されているときのアッセイ表面の上面によって画定される平面に対して垂直な方向に移動させるように構成された駆動要素、例えばモータまたはストリング、を含むことができる。追加的または代替的に、磁気要素は、可動磁場を生成するように構成された電磁石を含むことができる。追加的または代替的に、ＡＰＵは、受容コンポーネントによって受容されているときのアッセイ表面の少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を所定の周波数で混合させるように構成された１つ以上のプロセッサによって制御される混合ダイナミクス要素、例えば振動モータまたは電磁石、を含むことができる。追加的または代替的に、１つ以上のプロセッサは、受容コンポーネントによって受容されているときのアッセイ表面の検出コンポーネントに、検出コンポーネントの画像を取得させることができる。

本開示の態様によれば、ＡＰＵを使用して、試料処理コンポーネント及び検出コンポーネントを備えるアッセイ表面上で試料処理及び分析物検出を実行するための方法は、ＡＰＵのアッセイ表面受容コンポーネント中にアッセイ表面を受容することと、ＡＰＵの磁気要素によって磁場を生成することであって、磁場は、アッセイ表面に沿って可動である、磁場を生成することと、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される検出コンポーネント中の関心の分析物を検出することと、を含むことができる。

追加的または代替的に、アッセイ表面が複数の固体支持体を含む場合、本方法は、検出コンポーネント中の関心の分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことを更に含むことができる。

追加的または代替的に、本方法は、試料処理コンポーネント上に複数の固体支持体を装填することと、検出コンポーネント中の関心の分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことと、を更に含むことができる。本方法を、本明細書に開示される任意のアッセイ表面またはＡＰＵとともに使用することができる。

本開示の別の態様によれば、試料中の関心の分析物の分析のためのアッセイ処理システム（ＡＰＳ）が開示される。ＡＰＳは、１つ以上のアッセイ表面であって、少なくとも１つのアッセイ表面は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を含む、１つ以上のアッセイ表面と、アッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）であって、１つ以上のアッセイ表面を受容及び保持するように構成されたアッセイ表面受容コンポーネントと、磁場を生成するように構成された磁気要素であって、磁場は、受容コンポーネントによって受容されているときの少なくとも１つのアッセイ表面に沿って可動である、磁気要素と、磁場を移動させて、少なくとも１つのアッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすように構成された１つ以上のプロセッサと、を備える、ＡＰＵと、を含むことができる。

追加的または代替的に、ＡＰＳは、本開示の主題に従う任意の好適なアッセイ表面を含むことができる。追加的または代替的に、ＡＰＳは、本開示の主題に従う任意の好適なＡＰＵを含むことができる。

本開示の態様によれば、アッセイ表面及びアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）を備えるアッセイ処理システム（ＡＰＳ）を使用して、試料中の関心の分析物を分析する方法は、アッセイ表面の少なくとも１つの洗浄領域中に少なくとも１つの体積の液体を装填することであって、アッセイ表面は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を備える、装填することと、検出コンポーネント中に、少なくとも１つの体積の液体を装填することと、試料処理コンポーネント中に、分析物を含む一定体積の液体を装填することと、ＡＰＵのアッセイ表面受容コンポーネント中にアッセイ表面を受容することと、ＡＰＵの磁気要素によって磁場を生成することであって、磁場は、アッセイ表面に沿って可動である、生成することと、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される検出コンポーネント中の関心の分析物を検出することと、を含む。追加的または代替的に、本方法で使用される１つ以上のアッセイ表面は、本開示の主題に従うアッセイ表面を含むことができる。追加的または代替的に、本開示の方法で使用されるＡＰＵは、本開示の主題に従うＡＰＵを含むことができる。

追加的または代替的に、少なくとも１つのアッセイ表面が複数の固体支持体を含む場合、本方法は、分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことを更に含む。

追加的または代替的に、本方法は、アッセイ表面上に複数の固体支持体を装填することと、分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことと、を更に含むことができる。

本開示の別の態様によれば、複数の試料中の１つ以上の関心の分析物の分析のための実験室システムが開示される。実験室システムは、１つ以上のアッセイ処理システム（ＡＰＳ）を含むことができ、少なくとも１つのＡＰＳは、１つ以上のアッセイ表面であって、少なくとも１つのアッセイ表面は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を含む、１つ以上のアッセイ表面と、アッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）であって、１つ以上のアッセイ表面を受容及び保持するように構成されたアッセイ表面受容コンポーネントと、磁場を生成するように構成された磁気要素であって、磁場は、受容コンポーネントによって受容されているときの少なくとも１つのアッセイ表面に沿って可動である、磁気要素と、磁場を移動させて、少なくとも１つのアッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすように構成された１つ以上のプロセッサと、を備える、ＡＰＵと、実質的に並行して対応する試料を処理するように、かつ少なくとも１つの対応する分析物の存在を検出するか、または少なくとも１つの対応する分析物のレベルもしくは濃度を判定するように、１つ以上のＡＰＳのうちの複数を制御するように構成されたコントローラと、を備える。

追加的または代替的に、１つ以上のＡＰＳは、本開示の主題に従うＡＰＳを含むことができる。１つ以上のアッセイ表面は、本明細書に開示される任意のアッセイ表面を含むことができる。追加的または代替的に、ＡＰＵは、本明細書に開示される任意のＡＰＵを含むことができる。

追加的または代替的に、実験室システムは、ＨＩＶ ｐ２４アッセイ、ＨＢｓＡｇアッセイ、トロポニンＩアッセイ、ＴＳＨアッセイ、ミオグロボビンアッセイ、ＰＳＡアッセイ、ＢＮＰアッセイ、ＰＩＶＫＡ－ＩＩアッセイ、ＨＩＶ Ａｂアッセイ、エストラジオールアッセイ、及びＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイのうちの１つ以上を実行するように構成されている。追加的または代替的に、実験室システムは、１時間当たり少なくとも３６０個の試料のスループットを有する。追加的または代替的に、実験室システムは、実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり試料のうちの少なくとも３７５個のスループットを有する。

本開示の態様によれば、実験室システムを使用するための方法は、アッセイ表面の少なくとも１つの洗浄領域中に少なくとも１つの体積の液体を装填することであって、アッセイ表面は、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を含み、複数の固体支持体は、磁力下で複数の試料調製領域を通して可動である、試料処理コンポーネントと、磁力によって複数の固体支持体を受容するように、かつ分析物の存在を検出するか、または分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を備える、装填することと、検出コンポーネント中に、少なくとも１つの体積の液体を装填することと、試料処理コンポーネント中に、分析物を含む一定体積の液体を装填することと、ＡＰＵのアッセイ表面受容コンポーネント中にアッセイ表面を受容することと、ＡＰＵの磁気要素によって磁場を生成することであって、磁場は、少なくとも１つのアッセイ表面に沿って可動である、生成することと、対応するＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される検出コンポーネント中の関心の分析物を検出することと、を含むことができ、コントローラは、実質的に並行して対応する試料に対して対応するステップを実行するように、かつ少なくとも１つの対応する分析物の存在を検出するか、または少なくとも１つの対応する分析物のレベルもしくは濃度を判定するように、１つ以上のＡＰＳのうちの複数を制御するように構成されている。

追加的または代替的に、少なくとも１つのアッセイ表面が複数の固体支持体を含む場合、本方法は、分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことを更に含むことができる。

追加的または代替的に、本方法は、少なくとも１つのアッセイ表面上に複数の固体支持体を装填することと、分析物を検出する前に、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される磁場を移動させて、アッセイ表面上に配設された少なくとも１つの固体支持体を、磁場を使用して、試料処理コンポーネントの少なくとも１つの領域の少なくとも１つの体積の液体を通してアッセイ表面の検出コンポーネントまで推し動かすことと、を更に含むことができる。

追加的または代替的に、本方法は、本開示の主題に従うアッセイ表面またはＡＰＵを使用することができる。追加的または代替的に、本方法は、ＨＩＶ ｐ２４アッセイ、ＨＢｓＡｇアッセイ、トロポニンＩアッセイ、ＴＳＨアッセイ、ミオグロボビンアッセイ、ＰＳＡアッセイ、ＢＮＰアッセイ、ＰＩＶＫＡ－ＩＩアッセイ、ＨＩＶ Ａｂアッセイ、エストラジオールアッセイ、及びＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイのうちの１つ以上を実行することができる。追加的または代替的に、本方法を、１時間当たり少なくとも３６０個の試料のスループットを有する実験室システムで使用することができる。追加的または代替的に、本方法を、実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり試料のうちの少なくとも３７５個のスループットを有する実験室システムで使用することができる。

本開示の別の態様によれば、試料中の関心の分析物の高スループット分析のための実験室システムは、検出のために試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、試料処理コンポーネントは、検出に好適な、試料中の分析物のレベルもしくは濃度、または試料中の分析物を示すコンジュゲートのレベルもしくは濃度を得るように構成された、試料処理コンポーネントと、試料中の分析物の存在を検出するように構成された検出コンポーネントと、を含むことができる。実験室システムは、６分未満の結果までの時間、または３～５分の範囲内の結果までの時間、または３～７分の範囲内の結果までの時間を有することができる。追加的または代替的に、実験室システムは、１時間当たり少なくとも約３６０個の試料のスループットを有することができる。加えて、または更なる代替として、実験室システムは、実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり少なくとも約３７５個の試料のスループット、または実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり３７５～６００個の試料の範囲内のスループットを有することができる。

試料中の関心の分析物の高スループット分析のための方法もまた、提供される。そのような方法は、検出に好適な、試料中の分析物のレベルもしくは濃度、または試料中の分析物を示すコンジュゲートのレベルもしくは濃度を得ることを含む、検出のために試料を処理することと、試料中の分析物の存在を検出することと、を含む。試料を処理すること、及び試料中の分析物の存在を検出することは、試料について、６分未満で、または３～５分の範囲内で、または３～７分の範囲内で完了する。追加的または代替的に、試料を処理すること、及び試料中の分析物の存在を検出することは、１時間当たり少なくとも約３６０個の試料について完了する。加えて、または更なる代替として、試料を処理すること、及び試料中の分析物の存在を検出することは、実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり試料のうちの少なくとも約３７５個について、または実験室システムの１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり３７５～６００個の試料の範囲内で完了する。

本開示の主題に従う、試料処理コンポーネント及び検出コンポーネントを含む、試料分析のための例示的なアッセイ表面を例示する図である。 本開示の主題に従う、検出コンポーネントの例示的な実施形態を例示する図である。 本開示の主題との比較及び本開示の主題の確認の目的のための、アナログ検出システム及びデジタル検出システムの例示的なノイズレベル性能を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従う試料分析のためのデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面を使用して、ＨＩＶ ｐ２４アッセイを実行する、例示的な感度性能に関する追加のデータを例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、エストラジオールアッセイを実行するための、本開示の主題に従う試料分析のためのデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度及びダイナミックレンジ特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、エストラジオールアッセイを実行するための、本開示の主題に従う試料分析のためのデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度及びダイナミックレンジ特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、エストラジオールアッセイを実行するための、本開示の主題に従う試料分析のためのデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度及びダイナミックレンジ特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出コンポーネントを有する例示的なアッセイ表面の例示的な感度及び処理時間特性を例示するチャートである。 本開示の主題による試料分析のための例示的なアッセイ表面を使用する酵素反応中の強度特性を例示するチャートである。 本開示の主題に従う試料分析のためのアッセイ表面の例示的な検出技法を例示する図である。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出を用いた試料分析のための例示的なアッセイ表面の例示的なダイナミックレンジ特性を例示するチャートである。 アナログ検出を使用するシステムと比較した、本開示の主題に従うデジタル検出を用いた試料分析のための例示的なアッセイ表面の例示的なダイナミックレンジ特性を例示するチャートである。 本開示の主題に従う試料分析のためのアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）とともに使用するための平面図の例示的なアッセイ表面を例示する図である。 本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面における移動磁場を使用する、一定体積の液体を通した微粒子またはビーズの移動を例示する図である。 本開示の主題に従う試料分析のためのアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）、アッセイ処理システム（ＡＰＳ）、または実験室システムとともに使用するためのアッセイ表面の代替の実施形態を示す画像である。 本開示の主題に従う試料分析のためのＡＰＵ、ＡＰＳ、または実験室システムとともに使用するためのアッセイ表面の代替実施形態を例示する図である。 従来の試料調製コンポーネントを使用するシステムとの比較の目的のための、アッセイ表面における例示的な洗浄プロセスの詳細を例示するチャートである。 従来の試料調製コンポーネントを使用するシステムとの比較の目的のための、アッセイ表面における例示的な洗浄プロセスの詳細を例示するチャートである。 試料分析のための従来のシステムと比較した、本開示の主題に従う試料分析のための例示的なアッセイ表面の特徴を例示するチャートである。 試料分析のための従来のシステムと比較した、本開示の主題に従う試料分析のための１つ以上のアッセイ表面を使用する例示的な実験室システムの詳細を例示するチャートである。 開示の主題に従う試料分析のための例示的な実験室システムの例示的なＡＰＵの追加の詳細を例示する図である。 本開示の主題に従う試料分析のためのアッセイ表面の代替実施形態を例示する図である。 試料の調製及び検出のためのＡＰＵ及び例示的なアッセイ表面を有する例示的なアッセイ処理システム（ＡＰＳ）の分解図を例示する図である。 図２１の試料調製及び検出のための例示的なＡＰＳの側面図を例示する図である。 図２１の例示的なＡＰＳを使用する、例示的なアッセイ表面の洗浄領域における例示的な洗浄技法を例示する図である。 複数の停止要素を含むアッセイ表面の代替実施形態のアセンブリを例示する図である。 複数の停止要素を含むアッセイ表面の代替実施形態のアセンブリを例示する図である。 複数の停止要素を含むアッセイ表面の代替実施形態のアセンブリを例示する図である。 複数の停止要素を含むアッセイ表面の代替実施形態のアセンブリを例示する図である。 複数の停止要素を含むアッセイ表面の代替実施形態を例示する図である。 Ｋｉｎｇ－Ｆｉｓｈｅｒ洗浄技法と比較した、本開示の主題に従う、図２１の例示的なＡＰＳにおける例示的な洗浄技法を使用するＨＩＶ Ａｇ ｐ２４アッセイの洗浄効率を例示するチャートである。

ここで、本開示の主題の様々な例示的な実施形態を詳細に参照し、その例示的な実施形態は、添付の図面に例示されている。本開示の主題の構造及び対応する動作方法については、システムの詳細な説明と併せて記載する。

本明細書に提示されるシステム及び方法は、実験室環境での分析のための試料を含むが、これに限定されない、試料中の関心の分析物の検出に使用され得る。例示の目的のためであり、限定されないが、試料は、例えば、本明細書に具現化されるように、血液、血漿、血清、唾液、汗、尿の試料、または本明細書に記載されるシステム及び技法を使用する分析に好適な任意の他の試料を含むことができる。本明細書に具現化されるように、本明細書に記載される試料分析のためのシステム及び技法は、約５分以下で単一の試料を分析することができる。追加的または代替的に、本明細書に具現化されるように、本明細書に記載される試料分析のためのシステム及び技法は、１時間当たり少なくとも約３６０個の試料、より好ましくは、１平方メートル当たり１時間当たり少なくとも約３７５個の試料、または１平方メートル当たり１時間当たり約３７５～６００個の範囲内の試料を分析するスループットを有することができる。

本開示の主題の態様によれば、例示的な試料分析システムが、試料分析のための例示的な方法と併せて提供される。例示的な試料分析システム及び方法は、試料処理及び検出のために、例示的なアッセイ表面、アッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）、アッセイ処理システム（ＡＰＳ）、及び実験室システムを使用することができる。例えば、本明細書において具現化されるように、例示的な試料分析システム及び方法を使用して、限定されないが、酵素検出（例えば、酵素イムノアッセイ（ＥＩＡ）または酵素結合イムノソルベントアッセイ（ＥＬＩＳＡ））、競合阻害イムノアッセイ（例えば、順及び逆）、酵素増倍イムノアッセイ法（ＥＭＩＴ）、競合結合アッセイ、生物発光共鳴エネルギー伝達（ＢＲＥＴ）、ワンステップ抗体検出アッセイ、ホモジニアスアッセイ、ヘテロジニアスアッセイ、キャプチャオンザフライアッセイ、または任意の他のイムノアッセイを含む、サンドイッチイムノアッセイ（例えば、モノクローナル－ポリクローナルサンドイッチイムノアッセイ）などのイムノアッセイを含む任意のタイプのアッセイを実行することができる。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書において具現化されるように、１つ以上の蛍光標識またはタグなどの検出可能な標識を、検出のために分析物に結合させることができる。追加的または代替的に、例えば化学的に、または光切断によって切断され得る、切断可能なリンカーによって結合された１つ以上の標識またはタグなどの、他の検出可能な標識が、検出抗体に結合されてもよい。

例示の目的のためであり、限定されないが、「ビーズ」、「粒子」、及び「微粒子」は、本明細書において互換的に使用され、実質的に球状の固体支持体を指す。「磁性ビーズ」及び「常磁性ビーズ」は、磁力下で促進され得る実質的に球状の固体支持体を指す。例示の目的のためであり、限定されないが、「チップ」、「反応チップ」、及び「試料チップ」は、本明細書において互換的に使用され、本開示の主題に従って試料中の関心の分析物の分析のためのアッセイ表面を指す。

図１は、本開示の主題に従う例示的な試料アッセイ表面（１００）を例示するものである。本明細書に開示されるように、試料分析のための例示的なシステムは、一般的には以下の２つのコンポーネントを含む：試料処理コンポーネント（１１０）及び検出コンポーネント（１２０）。試料処理コンポーネント（１１０）は、分析及び／または検出のために試料を調製するように構成され得、これは、例えば、限定されないが、関心の試料を精製すること、試料中の関心の分析物を単離すること、ならびに／または試料を、コンジュゲート、酵素、試薬、希釈剤、微粒子、もしくは関心の分析及び／もしくは検出を実行するために使用される他の要素などの、反応性要素と組み合わせることを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、試料処理コンポーネント（１１０）は、コンジュゲートなどの、試料中の関心の分析物、または試料の検出可能なコンポーネントを処理して、アッセイ表面（１００）による検出に好適なレベルまたは濃度を有するように構成され得る。検出コンポーネント（１２０）は、試料中の関心の分析物を検出または分析するように構成されている。例示的な試料分析システムは、光学ベースの検出コンポーネントを使用して本明細書に記載されるが、任意の好適な検出コンポーネント、例えば、限定されないが、電気的検出、電気化学的検出、粘弾性検出、または任意の他の好適な検出技法が使用され得る。光学検出が使用される場合、そのような光学検出は、例示の目的のためであり、限定されないが、デジタル検出技法、アナログ検出技法、またはデジタル検出技法及びアナログ検出技法の組み合わせを使用することができる。

本明細書に具現化されるように、試料処理コンポーネント（１１０）は、任意の好適な試料調製技法を使用して試料を調製するように構成され得る。例示の目的のためであり、限定されないが、試料調製コンポーネントは、試料中の関心の分析物を単離及び／または精製するように構成され得る。例えば、限定されないが、試料調製コンポーネントは、１つ以上のピペットを使用して、試料を反応場所に移動させ、１つ以上の反応性要素を試料と組み合わせ、及び／または試料を洗浄することを含むが、これらに限定されない、手動ピペッティングを含むことができる。追加的または代替的に、自動ピペッティングシステムを使用して、試料調製コンポーネントによる任意のまたは全ての試料調製を実行することができる。加えて、または更なる代替として、かつ本明細書に具現化されるように、試料調製コンポーネントを、試料調製プロセスステップを実行するように構成することができ、例示の目的のためであり、限定されないが、粒子またはビーズが、液体の表面を通過し、及び／または空気－水境界もしくは油－水境界を通過する。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、ヘテロジニアスな形式を使用することができる。例えば、試験試料が対象から取得された後、第１の混合物を調製することができる。本明細書に具現化されるように、混合物は、関心の分析物について評価される試験試料と、第１の特異的結合パートナーと、を含むことができる。第１の特異的結合パートナーと試験試料中の任意の関心の分析物とを組み合わせて、第１の特異的結合パートナー－関心の分析物複合体を形成することができる。本明細書に具現化されるように、第１の特異的結合パートナーは、関心の抗分析物抗体またはその断片であり得る。試験試料及び第１の特異的結合パートナーを添加して混合物を形成する順序を、逆転させることができる。本明細書に具現化するように、第１の特異的結合パートナーを、固相に固定化することができる。イムノアッセイで使用される固相（例えば、第１の特異的結合パートナー、及び任意選択で、第２の特異的結合パートナーについて）は、磁性粒子、ビーズ、ナノビーズ、マイクロビーズ、ナノ粒子、微粒子、膜、足場分子、フィルム、濾紙、ディスク、またはチップ（例えば、マイクロ流体チップ）などであるがこれらに限定されない、任意の固相であり得る。

例示の目的のためであり、限定ではないが、本明細書に具現化されるように、試料処理は、例えば、混合後、結合メンバーと分析物との間の結合相互作用が生じることを可能にするのに好適な期間わたって、試料及び第１の結合メンバーをインキュベートすることを含むことができる。本明細書に具現化されるように、インキュベートすることは、特異的結合相互作用を促進する結合緩衝液中であり得る。第１の結合メンバー及び／または第２の結合メンバーの結合親和性及び／または特異性は、アッセイにおいて、例えば、限定されないが、結合緩衝液を変動させることによって操作または改変され得る。例えば、本明細書に具現化されるように、結合親和性及び／または特異性は、結合緩衝液を変動させることによって増加または減少され得る。

任意のインキュベーションの前または後（実行する場合）を含む、第１の特異的結合パートナー－関心の分析物複合体を含む混合物が形成された後、任意の好適な技法を使用して、任意の関心の非結合分析物を複合体から除去することができる。例えば、限定されないが、関心の非結合分析物を、洗浄によって除去することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、本開示のシステム及び方法は、ワンステップまたはツーステップのアッセイ調製を実行することができる。本明細書に具現化されるように、第１の特異的結合パートナーは、試験試料中に存在する全ての関心の分析物が第１の特異的結合パートナーによって結合され得るように、試験試料中に存在する任意の関心の分析物を超過して存在することができる。

関心の任意の非結合分析物を除去した後、例示の目的のためであり、本明細書に具現化されるように、第２の特異的結合パートナーを混合物に添加して、第１の特異的結合パートナー－関心の分析物－第２の特異的結合パートナー複合体を形成することができる。第２の特異的結合パートナーは、第１の特異的結合パートナーによって結合された関心の分析物上のエピトープとは異なる、関心の分析物上のエピトープに結合する関心の抗分析物（抗体など）であり得る。追加的または代替的に、第２の特異的結合パートナーは、検出可能な標識（例えば、蛍光標識、切断可能なリンカーによって結合されたタグ、または任意の他の好適な標識）で標識することもでき、またはこれを含有することもできる。

追加的または代替的に、本明細書に具現化されるように、固定化抗体またはその断片をイムノアッセイに組み込むことができる。抗体は、磁性もしくはクロマトグラフィーのマトリックス粒子、ラテックス粒子もしくは修飾表面ラテックス粒子、ポリマーもしくはポリマーフィルム、プラスチックもしくはプラスチックフィルム、平面基質、マイクロ流体表面、または固体基質物質の片などであるがこれらに限定されない、任意の好適な支持体上に固定され得る。

試料処理は、検出に好適な分析物またはコンジュゲート、例えば、増幅コンポーネントのレベルまたは濃度を得るための追加または代替のステップを含むことができる。例えば、アッセイが分子プロセスを伴う場合などであるがこれに限定されない、増幅または溶解を実行することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、増幅は、等温増幅及びポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）増幅を含む、任意の好適な増幅技法を使用して実行され得る。例のためのみであり、限定されないが、増幅は、転写媒介増幅（ＴＭＡ）、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅（ＲＰＡ）、または任意の好適な等温増幅技法を使用して実行され得る。

追加的または更なる代替として、本明細書に具現化されるように、検出コンポーネント（１２０）は、分析物の存在もしくは不在の検出、及び／または試料中の分析物の濃度の判定を含むがこれらに限定されない、試料中の関心の分析物を検出または分析するように構成され得る。例示の目的のためであり、限定されないが、検出コンポーネントは、アナログ検出、デジタル検出、発光検出、蛍光検出、またはこれらの技法の任意の組み合わせを含むことができる光学検出を使用して、検出を実行することができる。追加的または代替的に、検出コンポーネントを、単一分子カウントを実行するように構成することができる。

検出コンポーネントの感度は、本明細書で更に説明されるように、システムの全体的な性能に影響を与える試料分析システムの他の特性に影響を与える可能性がある。本明細書で使用される場合、検出コンポーネントの「感度」は、検出コンポーネント（１２０）によって検出され得る試料（または使用される場合、コンジュゲート）中の関心の分析物のレベルまたは濃度を指し、この場合に、検出され得るより低いレベルまたは濃度は、より高い感度を示す。例えば、限定されないが、検出コンポーネント（１２０）の感度を増加させることは、試料中のより低い濃度の分析物の検出を可能にすることができ、このことは、従来のシステムと比較して、関心の分析物を処理して検出に好適な分析物（または使用される場合、コンジュゲート）の濃度を得ることに関与する時間を短縮することができる。

追加的または代替的に、検出コンポーネントの感度を増加させることは、検出が、より少ない試料体積、より少ない試薬もしくはコンジュゲート材料、より少ない粒子もしくはビーズ、またはこれらの任意の組み合わせを使用して検出を行うこと、従来のシステムと比較して、同様のまたはより速い時間で検出に好適な分析物濃度を得ることを可能にすることができる。例示の目的のためであり、限定されないが、試薬は、検出可能な標識、結合メンバー、色素、界面活性剤、希釈剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。結合メンバーは、使用される場合、受容体または抗体であり得る。このようにして、より低い試料体積、より少ない試薬もしくはコンジュゲート材料、及び／またはより少ない粒子もしくはビーズを使用して、検出に好適な分析物濃度を得るように達成される、関与するより少ない試料操作及び／または改善された反応速度に少なくとも部分的に起因して、試料調製時間を改善することができる。したがって、アッセイを実行する時間、アッセイに使用される材料のコスト、及び／またはアッセイを実行するために収集される試料材料（例えば、体液もしくは有機物）の量を、感度が増加した検出コンポーネントを使用して低減することができる。

例示の目的のためのみであり、限定されないが、例示的な試料処理及び検出コンポーネントを含む、本開示の主題に従う試料分析のためのシステム及び方法の追加の詳細は、米国特許出願公開第２０１８／００９５０６７号、第２０１８／０１０４６９４号、及び第２０１８／０１８８２３０号に記載されており、これらの各々は、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。

図２は、本開示の主題に従う例示的な検出コンポーネント１２０を例示するものである。図２を参照すると、例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なデジタル検出コンポーネント（２００）が示されている。本明細書に具現化されるように、デジタル検出コンポーネント（２００）に入る前に、（２０１）において、試料処理を実行して、検出に好適な分析物（または使用される場合、コンジュゲート）の濃度を得る。試料処理は、本明細書に記載されるステップの任意の組み合わせを含むことができる。例えば、微粒子、ビーズ、または他の標識を含むがこれらに限定されない、支持媒体を、試料と混合することができる。本明細書に具現化されるように、抗体及びコーティングされた微粒子を含む試薬を組み合わせることができる。溶液を洗浄して、例えば、過剰な試薬及び／または非結合微粒子を除去することができる。任意の好適な数の洗浄を、１回、２回、または３回以上の洗浄を含む各洗浄ステップに対して実行することができ、各洗浄を、単一のチャンバもしくは場所で、または異なるチャンバもしくは場所の間で実行することができる。例えば、限定されないが、本明細書に具現化されるように、３回の洗浄を実行することができる。コンジュゲートを添加して、試料中の関心の分析物と結合させることができる。例えば、限定されないが、コンジュゲートは、関心の分析物と反応して、検出コンポーネントによる検出のためのシグナルを生成するように選択または構成された１つ以上の試薬または酵素を含むことができる。コンジュゲートを添加した溶液を洗浄して、例えば、関心の分析物に非結合な過剰なコンジュゲートを除去することができる。任意の好適な数の洗浄を、１回、２回、または３回以上の洗浄を含む各洗浄ステップに対して実行することができ、各洗浄を、単一のチャンバもしくは場所で、または異なるチャンバもしくは場所の間で実行することができる。例えば、限定されないが、本明細書に具現化されるように、３回の洗浄を実行することができる。分析物及びコンジュゲートと結合した微粒子を、検出のために基質に添加することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、基質は、検出領域を含むことができる。ピペッティング、磁力、または誘電泳動を含むがこれらに限定されない、任意の好適な技法を使用して、微粒子を基質に添加することができる。本明細書に具現化されるように、検出領域は、１つ以上のナノウェルを含むことができる。

（２００）において、デジタル検出が実行される。例えば、本明細書に具現化されるように、（２０２）において、微粒子を、検出領域、例えば、本明細書に具現化されるように、ナノウェルのアレイに移動させることができる。ピペッティング、磁力、または誘電泳動を含むがこれらに限定されない、任意の好適な技法を使用して、微粒子をナノウェルに移動させることができる。（２０３）において、疎水性液体、例えば油、を添加してナノウェルを封止して、とりわけ、ビーズの移動またはナノウェル中の水性流体の蒸発を防止することができる。例示の目的のためのみで、添加された油は、鉱油、または任意の他の種類の好適な油であり得る。追加的または代替的に、他の好適な疎水性液体を添加して、ナノウェルを封止することができる。追加的または代替的に、色素または造影剤を添加して、ナノウェル中の関心の分析物の検出のためのコントラストを増加させるか、または光学的条件を別様に改善することができる。シグナル生成デジタルアッセイにおいて色素を使用する方法が、例えば、限定されないが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、国際特許出願公開第ＷＯ２０１８／１４３４７８号に開示されている。（２０４）において、微粒子の１つ以上の画像を撮影し、分析して、関心の分析物の存在もしくは不在、及び／または試料中の関心の分析物の濃度を判定する。

デジタル検出コンポーネント及び方法は、アナログ検出を使用するシステムと比較して、試料分析のためのシステムにおける検出感度を大幅に増加させることができる。したがって、より低い濃度の分析物を使用して、検出を実行することができ、このことは、検出のために試料を処理する時間の減少を可能にすることができる。追加的または代替的に、より小さい試料体積、より少ない試薬材料、より少ないコンジュゲート材料、より少ない微粒子、またはこれらの任意の組み合わせを使用して、検出を実行することができ、このことは、各アッセイを実行するためのコストを低減することができる。したがって、本明細書に記載されるように、より低い試料体積、より少ない試薬もしくはコンジュゲート材料、及び／またはより少ない粒子もしくはビーズを使用して、検出に好適な分析物濃度を得るように達成される、関与するより少ない試料操作（例えば、より速い洗浄時間）及び／または改善された反応の動態に少なくとも部分的に起因して、試料調製時間を改善することができる。より少ない試料体積及び／または試薬材料を使用するアッセイを、より小さい機器を使用して実行することができ、このことは、本明細書で更に説明されるように、アッセイを実行するための実験室システムのフットプリントを低減することができる。加えて、または更なる代替として、検出感度の増加は、多重化とともに使用される場合、追加の利点を提供し得る。例えば、限定されないが、複数の分析物及び対応するシグナルが単一の多重化アッセイに組み合わされる場合、各分析物シグナルの検出に関連付けられたノイズレベルを乗算して、多重化システムの総ノイズレベルを得ることができる。検出される各シグナルの検出感度を増加させることによって、改善された感度を乗算して、多重化システムの総ノイズレベルを更に低減することができる。

デジタル検出は、例えば、より高いシグナル対ノイズ比を生成することによって、測定されるシグナルに対する検出中のノイズの低減に少なくとも部分的に起因して、増加した感度を提供することができる。図３は、本開示の主題の例示及び確認の目的のためのアナログ検出（例えば、Ａｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ファミリーのシステム）を使用する試料分析システムと比較した、本開示の主題の例示的なデジタル検出システムの検出ノイズレベルを例示するチャートである。例のためのみであって、限定されないが、図３に例示されるアッセイを以下のように実行した。ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）上のＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＨＩＶ Ａｇ／Ａｂコンボアッセイ（ｐ２４アッセイ）について、１００μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、１回目の１８分の免疫反応及び２回目の４分の免疫反応に適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。例えば、本明細書に具現化されるように、１回目の免疫反応を、微粒子を使用する分子の分析に使用することができ、２回目の免疫反応を、第２の抗体を使用して抗原を検出するために使用することができる。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルＨＩＶ ｐ２４アッセイについて、１００μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を合計１８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＨＢｓＡｇアッセイについて、７５μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計２２分（１８分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルＨＢｓＡｇアッセイについて、７５μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を合計１８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）トロポニンＩアッセイについて、１５０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計８分（４分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルトロポニンＩアッセイについて、１００μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＴＳＨアッセイについて、１５０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計２２分（１８分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルＴＳＨアッセイについて、１１０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計１８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ミオグロビンアッセイについて、２０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計８分（４分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルミオグロビンアッセイについて、２０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＰＳＡアッセイについて、５０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計２２分（１８分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルＰＳＡアッセイについて、５０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計１８分の免疫反応時間アッセイに適用した。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＰＩＶＫＡ－ＩＩアッセイについて、３０μＬの陰性試料（「０」濃度試料）を、合計２２分（１８分の免疫反応及び４分の酵素反応）の免疫反応時間アッセイに適用した。例示の目的のためであり、限定されないが、洗浄プロセスは、追加の時間を要する可能性がある。コンジュゲート分子の数を、化学発光の相対光単位（ＲＬＵ）値から計算した。デジタルＰＩＶＫＡ－ＩＩアッセイについて、３０μＬの陰性試料（「０」濃度試料として）を、合計２６分の免疫反応時間アッセイに適用した。例えば、本明細書に具現化されるように、２６分の免疫反応時間の間、１８分は、第１の反応を伴うことができ、８分は、第２の反応を伴うことができ、アッセイプロセスの変動を低減する。コンジュゲート分子の数を、デジタルシグナルをカウントすることによって計算した。

更に図３を参照すると、検出のノイズレベルは、コンジュゲート分子数と相関する。チャートの左側では、ＨＩＶ ｐ２４、ＨＢｓＡｇ、トロポニンＩ、ＴＳＨ、ミオグロビン、ＰＳＡ、ＢＮＰ、及びＰＩＶＫＡ－ＩＩを含むアナログ検出を使用する試料分析システムによって実行されるアッセイについて、ノイズレベルは、約７９，０００個のコンジュゲート分子のノイズよりも大きく、約７９，０００～５６０，０００個のコンジュゲート分子のノイズである。チャートの右側では、デジタル検出を使用する試料分析システムによって実行されるアッセイについて、ノイズレベルは、約１８００個のコンジュゲート分子のノイズよりも小さく、約３００～１８００個のコンジュゲート分子のノイズである。したがって、デジタル検出を使用する試料分析システムは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、９９％を超えるノイズ低減を有することができる。

図４は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用する試料分析システムの感度向上を示す図である。例示目的のためであり、限定されないが、ＨＢｓＡｇ、ＨＩＶ ｐ２４、ミオグロビン、ＰＳＡ、及びＨＩＶ Ａｂのアッセイについて、デジタル検出を使用する試料分析システムは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、感度向上が１００倍を超える。トロポニンＩ及びＴＳＨのアッセイについて、デジタル検出を使用する試料分析システムは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、感度向上が１０倍を超える。ＰＩＶＫＡ－ＩＩのアッセイについて、デジタル検出を使用する試料分析システムは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、感度向上が約５倍である。

上記のデータは、デジタル検出の特徴を活用して、全体的な試験処理を改善することができることを明らかにしている。本明細書に記載されるように、デジタル検出を、アナログ検出と比較してより低い濃度の分析物を使用して実行することができ、このことは、試料を処理して検出に好適なシグナルレベルまたは濃度を得る時間を減少させることを可能にすることができる。本明細書に具現化されるように、試料処理は、低減された総インキュベーション時間を伴うことができ、例示の目的のためであり、限定されないが、試料処理を、１つのステップとして実行することもできるし、代替的に、総インキュベーション時間を得るための免疫反応時間及び酵素反応時間を含む２つのステップを伴うこともできる。図５Ａは、ＨＢｓＡｇアッセイを実行するためのアナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用する例示的なアッセイ表面によって様々なシグナル対ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を達成するインキュベーション時間を示す図である。例のためのみであり、限定されないが、インキュベーションを以下のように行った。デジタルＨＢｓＡｇアッセイに約１０μＬの試料を適用した。Ｘ軸は、免疫反応時間及び酵素反応時間を示す。感度（Ｓ／Ｎ）を、陽性試料からのシグナルを陰性試料からのシグナルで除算したものから計算した。ＨＢｓＡｇアッセイの同等のアナログ検出の試料体積は、７５μＬであった。図５Ａに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、３分のインキュベーション時間を有するワンステップインキュベーションを使用してＨＢｓＡｇアッセイを実行して、３．２のＳ／Ｎ比を達成することができる。比較として、アナログ検出を使用する試料分析システムは、２２分の総インキュベーション時間のための１８分の免疫反応時間及び４分の酵素反応時間を有するツーステップインキュベーションを使用して、ＨＢｓＡｇアッセイを実行して、１．８のＳ／Ｎ比を達成することができる。したがって、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、ＨＢｓＡｇアッセイのインキュベーション時間の約８分の１（１／８）で約７５％の感度の増加を達成することができる。

図５Ｂは、ＨＩＶ ｐ２４アッセイを実行するためのアナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用する例示的なアッセイ表面によって様々なＳ／Ｎ比を達成するインキュベーション時間を例示する図である。例のためのみであり、限定されないが、インキュベーションを以下のように行った。デジタルＨＩＶ ｐ２４アッセイに約１０μＬの試料を適用した。Ｘ軸は、免疫反応時間及び酵素反応時間を示す。感度（Ｓ／Ｎ）を、陽性試料からのシグナルを陰性試料からのシグナルで除算したものから計算した。ＨＩＶ Ａｇ／Ａｂコンボアッセイの同等のアナログ検出の試料体積は、１００μＬであった。図５Ｂに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、３分のインキュベーション時間を有するワンステップインキュベーションを使用してＨＩＶ ｐ２４アッセイを実行して、３．７のＳ／Ｎ比を達成することができる。比較として、アナログ検出を使用する試料分析システムは、２２分の総インキュベーション時間のための１８分の免疫反応時間及び４分の酵素反応時間を有するツーステップインキュベーションを使用して、ＨＩＶ ｐ２４アッセイを実行して、１．６のＳ／Ｎ比を達成することができる。したがって、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、ＨＩＶ ｐ２４アッセイのインキュベーション時間の約８分の１（１／８）で約１３０％の感度の増加を達成することができる。

図５Ｃは、ＰＳＡアッセイを実行するためのアナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用するアッセイ表面によって様々なＳ／Ｎ比を達成するインキュベーション時間を例示する図である。例のためのみであり、限定されないが、インキュベーションを以下のように行った。デジタル総ＰＳＡアッセイに約１０μＬの試料を適用した。Ｘ軸は、免疫反応時間及び酵素反応時間を示す。感度（Ｓ／Ｎ）を、陽性試料からのシグナルを陰性試料からのシグナルで除算したものから計算した。総ＰＳＡアッセイの同等のアナログ検出の試料体積は、５０μＬであった。図５Ｃに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、５分のインキュベーション時間を有するワンステップインキュベーションを使用してＰＳＡアッセイを実行して、２．５のＳ／Ｎ比を達成することができる。比較として、アナログ検出を使用する試料分析システムは、２２分の総インキュベーション時間のための１８分の免疫反応時間及び４分の酵素反応時間を有するツーステップインキュベーションを使用して、ＰＳＡアッセイを実行して、１．５のＳ／Ｎ比を達成することができる。したがって、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、ＰＳＡアッセイのインキュベーション時間の約４分の１（１／４）で約６７％の感度の増加を達成することができる。

図５Ｄは、ＨＩＶ Ａｂアッセイを実行するためのアナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用するアッセイ表面によって様々なＳ／Ｎ比を達成するインキュベーション時間を例示する図である。例のためのみであり、限定されないが、インキュベーションを以下のように行った。デジタルＨＩＶ Ａｂアッセイに約１０μＬの試料を適用した。Ｘ軸は、免疫反応時間及び酵素反応時間を示す。感度（Ｓ／Ｎ）を、陽性試料からのシグナルを陰性試料からのシグナルで除算したものから計算した。ＨＩＶ Ａｇ／Ａｂコンボアッセイの同等のアナログ検出の試料体積は、１００μＬであった。図５Ｄに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、５分のインキュベーション時間を有するワンステップインキュベーションを使用してＨＩＶ Ａｂアッセイを実行して、１０．４のＳ／Ｎ比を達成することができる。比較として、アナログ検出を使用する試料分析システムは、２２分の総インキュベーション時間のための１８分の免疫反応時間及び４分の酵素反応時間を有するツーステップインキュベーションを使用して、ＨＩＶ Ａｂアッセイを実行して、２．１のＳ／Ｎ比を達成することができる。したがって、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、ＨＩＶ Ａｂアッセイのインキュベーション時間の約４分の１（１／４）で約５００％の感度の増加を達成することができる。

図６は、アナログ検出を使用する試料分析システム（例えば、Ａｂｂｏｔｔ ｍ２０００ ＨＩＶ、Ｒｏｃｈｅ ＨＩＶ ＲＮＡ ＣＡＰ／ＣＴＭ ｖ．１．０、及びＡｂｂｏｔｔ ＨＩＶ Ａｇ／Ａｂ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム）と比較した、デジタル検出を使用するアッセイ表面によってＨＩＶ ｐ２４アッセイのセロコンバージョンパネル評価から取得された追加のデータに基づく、感度の改善を示すチャートである。図６に示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、改善された感度を有する。

デジタル検出は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、感度の増加に加えて、またはその代替として、検出のダイナミックレンジの増加を提供するように構成され得る。図７Ａ～７Ｂは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、高感度のために構成されたデジタル検出を使用する例示的なアッセイ表面と、高ダイナミックレンジのために構成されたデジタル検出を使用するアッセイ表面と、によるエストラジオールアッセイの例示の較正曲線を例示する図である。図７Ａに示されるように、「高感度」と標示された曲線は、エストラジオールのデジタル検出のために検出器によって測定された反応強度の１００単位の閾値を有する高感度のために構成された画像分析を例示するものである。図７Ａ～７Ｂに示されるように、「高ダイナミックレンジ」と標示された曲線は、エストラジオールのデジタル検出のために検出器によって測定された反応強度の２５単位の閾値を有する高ダイナミックレンジのために構成された画像分析を例示するものである。比較として、図７Ａ～７Ｂでは、「ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）」と標示された曲線は、アナログ検出（例えば、Ａｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標））を使用する試料分析システムによる画像分析を例示するものである。図７Ａに示されるように、ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）と比較して、高感度デジタル構成は、低濃度のエストラジオールでより大きな応答を有する。図７Ａ～７Ｂに示されるように、ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）と比較して、高ダイナミックレンジデジタル構成は、より高い濃度のエストラジオールでより大きな応答を有する。したがって、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、より高いダイナミックレンジを有する同様の感度、、もしくは同様のダイナミックレンジを有するより高い感度、またはより高い感度とより高いダイナミックレンジとの組み合わせを有するように構成され得る。

図７Ｃは、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較した、デジタル検出を使用するアッセイ表面による、エストラジオールの競合アッセイの例示的な較正曲線を例示する図である。縦軸は、ノイズ当たりの較正Ｃシグナル（Ｃ／Ａ比）を示し、これは、エストラジオールアッセイに対する感度を示し、ここで、より低いＣ／Ａ比は、より高い感度を示す。図７Ｃに示されるように、２分のインキュベーション時間の後、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、０．４５のＣ／Ａ比を有し、これは、０．６７のＣ／Ａ比を有するアナログ検出を使用する試料分析システムよりも低い。

図８は、本開示の主題の例示及び確認の目的のために、アナログ検出を使用する試料分析システム（例えば、Ａｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標））と比較して、デジタル検出を使用して例示的なアッセイ表面によって実行される様々なアッセイのデータを示す。例えば、限定されないが、ＴＳＨアッセイを実行した。図８に示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面のＳ／Ｎ比は、ＴＳＨアッセイのためのアナログ検出を使用する試料分析システムよりも２８倍高かった。デジタル検出を使用する試料分析システムの検出限界（ＬＯＤ）は、ＴＳＨアッセイのためのアナログ検出を使用する試料分析システムより少なくとも２２．９倍低かった。

同様のＳ／Ｎ比を有する同様の検出限界（ＬＯＤ）を得るために、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、２２分のインキュベーション時間を利用したアナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、４分のインキュベーション時間を利用した。したがって、本明細書に記載されるデジタル検出システムは、アナログ検出の好適な結果を達成するために必要とされるよりも著しく短い試料処理時間を可能にする。図８に示されるように、アナログ検出と比較して、他の同等のアッセイについて、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出を使用する試料分析システムと比較して、同等またはより高い感度及びより短い処理時間を有する。例えば、図８に示される試験及び測定されたそれらのアッセイについて、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、Ｓ／Ｎ比に基づいて検出感度を１１倍～１８９倍に向上させた。

本開示の主題の他の態様によれば、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、アナログ検出のみを使用する試料分析システムと比較して、より高い感度に加えて、またはその代替として、より高いダイナミックレンジの検出を有するように構成され得る。試料中の関心の分析物の濃度が閾値を超えると、検出コンポーネントは、濃度の更なる増加が検出コンポーネントによって検出可能なシグナルの測定可能な変化を生成しないように、飽和状態になり得る。

デジタル検出を使用するアッセイ表面によってダイナミックレンジを増加させる構成は、コスト及び時間の改善を含む、アッセイにおける様々な改善をもたらし得る。例えば、アッセイの様々な条件を修正して、ダイナミックレンジの増加を利用することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、アッセイ条件の修正は、試料の体積を低減すること、試料中の基質濃度を増加させること、試料中の微粒子濃度またはコンジュゲート濃度を減少させること、またはそのような修正もしくは同様の修正の任意の組み合わせを含むことができる。

追加的または代替的に、試料分析システムの構成を、ダイナミックレンジの増加を利用するように修正することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、試料分析システムを、検出または使用が酵素反応シグナルのより正確な制御に値するまで酵素反応時間を短縮するように修正することができるか、またはそのような修正もしくは同様の修正の任意の組み合わせが可能である。

図９は、例示的なアッセイのための酵素反応時間にわたる蛍光強度の変化を例示する図である。図９に示されるように、特定の高濃度アッセイの間、酵素反応が増加すると、検出シグナルにわずかな変化しかないか、または変化がない可能性があり、このことは、飽和に起因し得る。したがって、試料の検出が、特定の量のインキュベーションの後に行われる場合、その持続時間は、アッセイのタイプ及び条件に応じて変動する可能性があり、蛍光シグナルは、濃度が増加するにつれた測定可能な強度の差を提供せず、その時点で、検出システムは飽和したとみなされ得る。したがって、試料分析システムにおける観察時間を短縮することは、拡大されたダイナミックレンジにおけるより広い範囲の濃度について強度の差を測定することを可能にすることができ、酵素反応時間中の任意の１つ以上の点で画像を撮影して、試料中の関心の分析物の濃度に対応する１つ以上の強度を得ることができる。

図１０は、観察時間を短縮するためのデジタル検出を使用するアッセイ表面の例示的な修正を示す。例示の目的のためであり、限定されないが、図１０を参照すると、例示的な検出方法（１０００）が例示されている。（１００１）において、油を分析物溶液に添加して、検出のためのナノチャンバを形成する。（１００２）において、黒色色素を分析物溶液に添加して、背景を暗くし、光学検出のためのコントラストを増加させる。（１００３）において、光学検出デバイス（例えば、ＣＣＤカメラ）は、分析物溶液の画像を分解するように焦点を合わせられ、（１００４）において、光学検出デバイスは、検出のために分析物溶液の画像を取得する。油添加（１００１）から画像キャプチャ（１００４）まで、検出方法（１０００）を実行する時間は、約１０７秒である。

図１０を更に参照すると、例示の目的のためであり、限定されないが、本開示の主題に従う例示的な検出方法（１０１０）が例示されている。（１０１１）において、光学検出デバイス（例えば、ＣＣＤカメラ）は、分析物溶液の画像を分解するように焦点を合わせられる。（１０１２）において、油及び黒色溶液の両方を一度に分析物溶液に添加する。（１０１３）において、光学検出デバイスは、検出のための分析物溶液の画像を取得する。検出方法（１０１０）を実行する時間は、約１７秒であり、これは、検出方法（１０００）の約６倍短い。本明細書に記載されるように、観察時間窓を短縮することによって、ダイナミックレンジを増加させることができる。

図１１Ａは、ＨＩＶ ｐ２４アッセイのための本開示の主題に従うデジタル検出を使用するアッセイ表面の拡大されたダイナミックレンジの追加の詳細を図示するものである。図１１Ａに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、例えば、約２６６，６６７倍（例えば、２０００ｐｇ／ｍＬを７．５ｆｇ／ｍＬで除算したもの）のダイナミックレンジについて、約７．５ｆｇ／ｍＬ～最大２０００ｐｇ／ｍＬまで示されるように、ＨＩＶ ｐ２４アッセイにおいて、低濃度及び高濃度の分析物の両方に応答する。例示及び本開示の主題との比較の目的のためであり、限定されないが、ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＨＩＶ ｐ２４アッセイのアッセイ範囲は、約５，０００～１０，０００倍のダイナミックレンジである。従来のシステムでは、例えば、限定されないが、より高い濃度で第１の画像を撮影し、試料を希釈し、かつより低い濃度で第２の画像を撮影することによって、ダイナミックレンジを拡大することができる。ただし、そのような希釈プロセスは、ダイナミックレンジを拡張するための追加の処理時間及びステップを伴い得る。

図１１Ｂは、ＴＳＨアッセイのための本開示の主題に従うデジタル検出を使用するアッセイ表面の拡大されたダイナミックレンジの追加の詳細を例示するものである。図１１Ｂに示されるように、デジタル検出を使用するアッセイ表面は、例えば、約１６３，９３４倍（例えば、５０μＩＵ／ｍＬを０．０００３０５μＩＵ／ｍＬで除算したもの）のダイナミックレンジについて、約０．０００３０５μＩＵ／ｍＬ～最大５０μＩＵ／ｍＬまで示されるように、ＴＳＨアッセイにおける低濃度及び高濃度の分析物の両方に応答する。例示及び本開示の主題との比較の目的のためであり、限定されないが、ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ＴＳＨアッセイのアッセイ範囲は、０．０１μＩＵ／ｍＬ～１００μＩＵ／ｍＬ（例えば、約１０，０００倍のダイナミックレンジ）であり、これを、例えば、限定されないが、希釈プロセスによって約５００μＩＵ／ｍＬまで拡張することができる。

開示の主題の他の態様によれば、例示的なアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）、アッセイ処理システム（ＡＰＳ）、及び実験室システムとともに使用するための例示的なアッセイ表面が提供される。試料分析のためのシステム及び方法は、試料処理及び検出のための任意の好適なコンポーネント及び技法を使用することができる。例えば、限定されないが、試料処理及び検出の全てまたは一部について、ピペットまたはピペットのシステムを使用して、洗浄、混合、または分析物溶液を形成、単離、精製、または別様に操作するための任意の他のステップを実行し、分析物溶液を反応コンポーネントとインキュベートもしくは組み合わせ、及び／または分析物溶液を検出場所に移動させることができる。

追加的または代替的に、試料処理及び／または検出の全てまたは一部を、様々な反応容器及び自動処理を使用して実行することができ、これには、分析物溶液を操作するために吸引力もしくは真空力を使用する自動ピペットシステム、または分析物溶液を操作するために磁力もしくは電気泳動などの他の力を使用する他の自動化システムが含まれる。

例示の目的のためであり、限定されないが、ここで図１２を参照すると、本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面（１２００）を、本開示の主題に従う試料分析システムにおいて使用して、試料処理の全てもしくは一部を実行し、及び／または追加された磁場内で分析物を検出のための領域に移動させることができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、本明細書に記載される磁力を使用するアッセイ表面（１２００）は、疎水性材料で作製された反応チップを含むことができる。代替的に、本開示の主題に従うアッセイ表面は、試料調製及び検出のための他の好適な表面とすることができる。アッセイ表面（１２００）は、本明細書に記載される様々な動作を実行するために、微粒子を、微粒子と平行な移動磁場、例えば移動する磁石または電磁石、の並進によって移動させることができる一連の領域として構成され得る。各領域を、空気－液体界面、液体－非混和性液体界面（例えば、油領域を別の液体領域から分離する）、弁、複数の停止要素、または任意の他の好適な分離機構である、バリアまたは他の分離機構によって分離することができる。

例えば、限定されないが、アッセイ表面（１２００）は、１つ以上の微粒子（またはビーズ）を保持するように構成された微粒子（ｍＰまたはμＰ）格納領域（１２１０）を含む。本明細書に具現化されるように、微粒子（またはビーズ）は、格納領域（１２１０）に格納済みであり得る。代替的に、微粒子（またはビーズ）を、微粒子のより大きなリザーバから、手動で、または自動ピペッティングシステムによって、アッセイ表面に添加することができる。本明細書に記載されるように、微粒子（またはビーズ）は、試料分析を実行するための磁力の使用を容易にするために磁性または常磁性であり得る。微粒子格納領域（１２１０）は、平坦な表面として構成され得るか、または試料分析を実行するために好適な数の微粒子を保持するようにサイズ決めされた容積を有することができる。

アッセイ表面（１２００）は、微粒子格納領域（１２１０）から延在する試料／コンジュゲート混合領域（１２２０）を含むことができる。本明細書に具現化されるように、試料／コンジュゲート混合領域（１２１０）は、事前に装填された試薬またはコンジュゲートを含むことができる。追加的または代替的に、試薬またはコンジュゲートを、手動で、またはより大きなリザーバから自動ピペッティングシステムによって、アッセイ表面に添加することができる。試料／コンジュゲート混合領域（１２２０）は、試料／コンジュゲート混合領域（１２２０）中に移動させた１つ以上の微粒子に結合する関心の１つ以上の分析物を含むか、または受容するように構成され得る。例えば、限定されないが、試料を、アッセイ表面上に格納することもできるし、手動もしくは自動ピペッティングまたは任意の他の好適な技法によって、試料／コンジュゲート混合領域に移動させることもできる。試料／コンジュゲート混合領域（１２２０）は、平坦な表面として構成され得るか、または試料中の関心の分析物を検出するためにアッセイ表面によって使用するための好適な数の試料、コンジュゲート、酵素、または他の試薬を保持するようにサイズ決めされた容積を有することができる。

アッセイ表面（１２００）は、１つ以上の液体容積を含むことができる。例えば、限定されないが、アッセイ表面（１２００）は、試料／コンジュゲート混合領域（１２２０）から延在する不活性流体領域（１２３０）を含むことができる。本明細書に具現化されるように、不活性流体領域（１２３０）は、例えば、試料液滴の形成を促進するとともに、試料液滴の形状の安定性を増加させることができ、かつ試料液滴及び微粒子を互いに空間的に分離されたままにするのに更に有用であり得る、鉱油、または試料と混和しない他の不活性流体を含むことができる。追加的または代替的に、本明細書に具現化されるように、不活性流体領域（１２３０）を、例えば、限定されないが、洗浄機能を実行して、鉱油を通過したときに微粒子から過剰な水溶液を除去するように構成することができる。本明細書に記載される他の汚染物質を除去するために、追加的または代替的な洗浄ステップを実行することができる。本明細書に具現化されるように、不活性流体領域（１２３０）の鉱物油は、好適な任意の鉱物油であり得る（例えば、Ｎａｃａｌａｉ Ｔｅｓｑｕｅコード２３３０６～８４）。鉱油は、液体炭化水素の混合物を含むことができ、蒸留及び精製によって原油から誘導され得る。不活性流体領域（１２３０）で使用するための他の好適な油は、フッ素油（例えば、ＦＣ－４０）及び有機油（例えば、ブドウ種子油、ココナッツ油、またはテオブロマ油）を含むことができる。

アッセイ表面（１２００）はまた、例えば、限定されないが、不活性流体領域（１２３０）から延在するか、または不活性流体領域（１２３０）の代わりの、１つ以上の追加の洗浄領域（１２４０、１２５０）を含むことができる。洗浄領域（１２４０、１２５０）は各々、その各端部に空気－水界面を有する液体容積を画定することができる。洗浄領域は、関心の分析物または任意の微粒子もしくはビーズに結合していない過剰な試薬またはコンジュゲートなどの、不要な汚染物質または過剰な材料を除去するための緩衝液または任意の好適な溶液などの、溶液を含むことができる。微粒子が洗浄領域（１２４０、１２５０）の空気－水界面を通って移動する際に表面張力を微粒子に作用させて、不要な汚染物質または過剰な材料を除去することができる。

アッセイ表面（１２００）は、洗浄領域（１２４０、１２５０）から延在する検出領域（１２６０）を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、検出領域（１２６０）は、各々が微粒子またはビーズのうちの少なくとも１つを保持するように寸法設定された、要素のアレイを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、要素のアレイは、ナノウェルのアレイを含むことができる。各ナノウェルを、単一分子検出のために単一の微粒子を受容するようにサイズ決めすることができる。代替的に、検出領域（１２６０）を平坦な表面として構成することができる。

アッセイ表面（１２００）は、検出領域（１２６０）から延在する１つ以上の追加の領域を含むことができる。例えば、本明細書に具現化されるように、端部領域（１２７０）が、検出領域（１２６０）をカプセル化するために使用するために、カプセル化不活性液体、例えば油、を格納するためのカプセル化不活性液体領域を含むことができる。端部領域（１２７０）はまた、背景を暗くし、かつ検出のためのコントラストを増加させる色素を格納するための色素領域を含むことができ、一実施形態では、油と予め混合され得る。端部領域（１２７０）は、廃棄のためにアッセイ表面（１２００）から微粒子または任意の他の使用済みコンポーネントを移動させるための廃棄領域を更に含むことができる。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、アッセイ表面（１２００）は、約１０ｍｍの幅で約５０ｍｍの長さを有することができる。各領域は、例えば、本明細書に具現化されるように、約６ｍｍまでの幅を有することができる。例示的なアッセイ表面（１２００）を、本開示の主題に従う実験室システム内のアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）を有するアッセイ処理システム（ＡＰＳ）の一部として使用することができる。

図１３は、領域に対応する液体体積を通した、アッセイ表面（１２００）に沿った微粒子の例示的な移動を例示するものである。本明細書に開示される方法及びシステムにおいて、様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者に明らかであろう。本明細書に記載されるように、少なくとも１つの移動磁場（１３０１）を提供して、微粒子（１３０５）を、アッセイ表面に沿って種々の領域の一定体積の液体を通して、アッセイ表面の検出コンポーネント中に推し動かすことができる。移動磁場（１３０１）は、アッセイ表面に対して任意の好適な位置に配設された磁気要素によって生成され得る。例示の目的のためであるが、磁気要素を、アッセイ表面の上、アッセイ表面の下、アッセイ表面の側面、または他の好適な場所に配設することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、少なくとも１つの移動磁場（１３０１）は、移動する磁石であり得る。代替的に、移動磁場（１３０１）を、例えば、電磁石によって生成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、移動磁場（１３０１）は、アッセイ表面の下に配設される。代替的に、移動磁場（１３０１）を、他の好適な位置に配設することができる。本明細書に具現化されるように、アッセイ表面（１２００）の表面の一部または全てを、疎水性材料で作製することができ、領域間の液体の望ましくない移動を防止または禁止することができる。微粒子が、例えば、限定されないが、試料処理から検出までの様々な領域の空気－液体界面または空気－油界面を通って移動する際に、微粒子に表面張力を作用させることができる。

図１４～１５は、本開示の主題に従う種々の構成を有するアッセイ表面の代替実施形態を例示するものである。図１５を参照すると、アッセイ表面（１５００）は、５つの領域を含むことができる。微粒子またはビーズは、磁力によってアッセイ表面（１５００）の長さに沿って、アッセイ表面（１５００）の各領域を通り、検出領域（１５５０）内に移動する。例示の目的のみであるが、図１５のアッセイ表面（１５００）の下に、磁軸を描示する。代替的に、磁力を、他の好適な場所における、例えばアッセイ表面（１５００）の上の、磁気要素によって、またはアッセイ表面（１５００）の側面によって生成することができる。

図１５に示されるように、本明細書に具現化されるように、アッセイ表面（１５００）は、試料領域（１５１０）を含むことができる。試料領域（１５１０）は、例えば、ピペッティングまたは任意の他の好適な技法によって、関心の分析物（抗原）を有する試料と組み合わせられる微粒子を含む。代替的に、試料領域（１５１０）に、微粒子を事前に装填することができる。試料領域（１５１０）では、例えば、微粒子を、第１の結合パートナーとしての試料中の単一の抗原に結合させることができる。

アッセイ表面（１５００）は、試料領域（１５１０）から延在する洗浄領域（１５２０）を含むことができる。本明細書に記載されるように、単一の洗浄領域（１５２０）が具現化されるが、また、追加の洗浄領域を含めることもできる。本明細書に記載されるように、洗浄領域（１５２０）を、微粒子から不要な汚染物質及び／または非結合分析物を除去するように構成することができる。

アッセイ表面（１５００）は、洗浄領域（１５２０）から延在するコンジュゲート／酵素領域（１５３０）を含むことができる。例示の目的のためであるが、領域（１５３０）は、試薬またはコンジュゲートを含むこともできるし、代替的に、例えばピペッタを使用して、試薬またはコンジュゲートを手動または自動で領域に添加することもできる。コンジュゲート／酵素領域（１５３０）において、微粒子に結合した分析物（抗原）は、検出のためのシグナルを生成するように標識された、第２の結合パートナーとしての別の分析物特異的結合パートナーと結合することができる。

アッセイ表面（１５００）は、コンジュゲート／酵素領域（１５３０）から延在する洗浄領域（１５４０）を含むことができる。本明細書に記載されるように、単一の洗浄領域（１５４０）が具現化されるが、また、追加の洗浄領域を含めることもできる。本明細書に記載されるように、洗浄領域（１５４０）を、非結合コンジュゲート／試薬を除去するように構成することができる。

アッセイ表面（１５００）は、洗浄領域（１５４０）から延在する検出領域（１５５０）を含むことができる。本明細書に具現化されるように、検出領域（１５５０）を、デジタル検出領域として構成することができる。代替的に、検出領域（１５５０）を、他の好適な検出、例えばアナログ検出、を実行するように構成することができる。検出領域（１５５０）は、検出のために構成された１つ以上のナノウェルを含むことができる。代替的に、デジタル検出領域を平坦な表面として構成することができる。追加的または代替的に、例示の目的のためであり、限定されないが、検出領域（１５５０）は、ナノウェル、ナノポア、蛍光検出領域、またはアッセイでの分析物の検出のための任意の他の好適な領域を使用することを含む、微粒子が検出及び／または撮像される他の領域を含むことができる。本明細書に記載される例示的なアッセイ表面は、任意の好適な材料、例えば、限定されないが、ＰＴＦＥシートまたは任意の他の好適な材料（例えば、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ＰＭＭＡ、または他の疎水性材料）から形成され得る。

本明細書に記載される例示的なアッセイ表面を使用して、例えば、限定されないが、本明細書に記載される任意の試料処理ステップを含む、試料処理を実行することができる。図１６Ａは、本開示の主題に従うアッセイ表面を使用して実行されるＨＢｓＡｇアッセイの例示的な洗浄効率を例示するものである。例えば、限定されないが、７５μＬの陰性試料（再石灰化血漿）及びＨＢｓＡｇアッセイビーズを１８分インキュベートした。インキュベーション後、移動磁場によって、ビーズを疎水性表面上で誘引し、移動させた。収集されたビーズを、磁場を使用して１０μＬの緩衝液滴を通過させることによって、洗浄プロセスを実施した。アッセイ中に最大４回の洗浄を実行した。図１６Ａに示されるように、１回目の洗浄の後、０．０８のシグナルパーセンテージが得られた。２回目の洗浄の後、０．０３のシグナルパーセンテージが得られ、これは、本明細書に記載されるデジタル検出に好適であり得る。シグナルパーセントを、収集されたビーズの総数からカウントされた明るい液滴を有するビーズのパーセントとみなすことができ、例えば、限定されないが、以下の式によって判定することができ：ＮｂＤ／ＮｔＢ×１００％、式中、ＮｂＤ及びＮｔＢは、それぞれ、明るい液滴を有するビーズの数、及び収集されたビーズの総数を指す。追加の洗浄により、得られたシグナルパーセンテージの変化が小さくなった。したがって、２回の洗浄は、本開示の主題に従うアッセイ表面を使用してアッセイを実行するのに好適であり得、総洗浄時間は、約３０秒であり得る。

図１６Ｂは、本開示の主題に従うアッセイ表面を使用する例示的な収集効率を例示するものである。図１６Ｂに示されるように、本開示の主題に従うアッセイ表面は、９０％よりも大きい収集効率比率（例えば、アッセイ後に残る微粒子の数）を有することができ、本明細書に開示されるアッセイ表面を使用する微粒子の好適な収集を例示している。図１６Ｂを参照すると、「－／－／－／－／－」と標示されたカラムは、初期未処理のビーズ（例えば、１００％収集比率）を示す。「１０ｆＭ／＋／－／－」と標示されたカラムは、本開示の主題に従う７５μＬの試料アッセイ表面を有するビーズの収集比率（例えば、９０％よりも大きい収集比率）を示す。「１０ｆＭ／－／＋／－」と標示されたカラムは、本開示の主題に従うアッセイ表面なし、かつコンジュゲートなしの７５μＬの試料を有するビーズの収集比率（例えば、約９０％の収集比率）を示す。「１０ｆＭ／＋／＋／＋」と標示されたカラムは、本開示の主題に従って、アッセイ表面を使用し、かつインキュベーションありでコンジュゲートが添加された、７５μＬの試料を有するＨＢｓＡｇアッセイによるビーズの収集比率（例えば、約９０％の収集比率）を示す。したがって、微粒子の高パーセンテージが、微粒子がアッセイ表面の様々な領域に沿って移動する際に、本開示の主題に従ってアッセイ表面によって保持される。

本明細書で説明されるように、本開示の主題に従う検出を、より小さい試料体積、より少ない試薬材料及び体積、より少ないコンジュゲート材料、より少ないナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを使用して実行することができ、各アッセイを実行するためのコストを低減することができる。したがって、試料調製時間を、関与するより少ない試料操作に少なくとも部分的に起因して、改善することができる。より小さな試料体積はまた、例えば、インキュベーション反応もしくは増幅反応、またはそのような試料体積を使用して実行される他の反応の間に、試料処理速度を改善するための特定の動態改善を提供することができる。本明細書に具現化されるように、本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面を使用する試料分析システムを、より小さい体積の試料、コンジュゲート及び／または微粒子の処理時間を改善するように構成することができる。

本明細書に記載される試料処理システム及び技法を使用して、例えば、限定されないが、約１０μＬ以下の、小さい試料体積の試料処理を実行することができる。代替的に、例示的なアッセイ表面の試料体積は、約１０μＬ～約５０μＬであり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試料体積は、５０μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試料体積は、７５μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試料体積は、１００μＬ未満であり得る。追加的または代替的に、本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面は、小さい試料体積で使用される場合を含む、より速い洗浄時間を提供することができる。比較として、いくつかの従来の試料分析システムは、１００μＬ未満の試料体積での使用に不適であり得る。

追加的または代替的に、本明細書に記載される試料処理システム及び技法を使用して、例えば、限定されないが、約１０μＬ以下の小さい洗浄緩衝液体積を使用して試料処理を実行することができる。代替的に、例示的なアッセイ表面の洗浄緩衝液体積は、約１０μＬ～約５０μＬであり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の洗浄緩衝液体積は、５０μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の洗浄緩衝液体積は、７５μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の洗浄緩衝液体積は、１００μＬ未満であり得る。追加的または代替的に、本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面は、小さい試料体積で使用される場合を含む、より速い洗浄時間を提供することができる。比較として、いくつかの従来の試料分析システムは、１００μＬ未満の洗浄緩衝液体積での使用に不適であり得る。

追加的または代替的に、本明細書に記載される試料処理システム及び技法を使用して、例えば、限定されないが、約１０μＬ以下の、小さい試薬体積を使用して試料処理を実行することができる。代替的に、例示的なアッセイ表面の試薬体積は、約１０μＬ～約５０μＬであり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試薬体積は、５０μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試薬体積は、７５μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なアッセイ表面の試薬体積は、１００μＬ未満であり得る。追加的または代替的に、本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面は、小さい試料体積で使用される場合を含む、より速い洗浄時間を提供することができる。比較として、いくつかの従来の試料分析システムは、１００μＬ未満の試薬体積での使用に不適であり得る。

例示の目的のためであり、限定されないが、図１７は、本開示の主題の例示及び確認の目的のために、１００μＬの試料体積を有する従来の試料分析システム（例えば、Ａｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標））によって（使用説明書に従って）実行されるアッセイと比較した、１０μＬの試料体積を有する本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面を使用する試料分析システムによって実行されるアッセイの例示的な結果を示す。代替的に、例示的なアッセイ表面は、１００μＬ未満の試料体積を有することができる。例えば、限定されないが、従来のＨＩＶ ｐ２４アッセイを、２５μＬの９．６ｕｇ／ｍＬコンジュゲート及び２５μＬの８００ｋ個のアッセイビーズを用いて、１８分の免疫反応時間内に１００μＬの試料体積で行った。本開示の主題の例示の目的のためであり、限定されないが、ＨＩＶ ｐ２４アッセイを、３．１２５μＬの７５ｕｇ／ｍＬコンジュゲート及び３．１２５μＬの２００ｋ個のアッセイビーズを用いて、４分の免疫反応時間内に本開示の主題に従うアッセイ表面を使用して、１０μＬの試料体積で実施した。

従来のシステムとともに使用される試料体積を１００μＬから１０μＬ（例えば、約１０倍）に低減すれば、約１０倍（例えば、３３のＳ／Ｎから４未満のＳ／Ｎ）の対応する感度の低減をもたらすことが期待される。ただし、図１７に示されるように、本開示の主題に従うアッセイ表面を有する１０μＬの試料体積を使用する構成は、１００μＬの試料を使用する従来のシステムの約３３のＳ／Ｎ比に匹敵し、かつ本明細書に記載されるアナログまたはデジタル検出技法を含むが、これらに限定されない、光学検出に好適であり得る、約１５のＳ／Ｎ比を達成した。本開示の主題に従うアッセイ表面を用いて１０μＬの試料体積を使用して達成されるＳ／Ｎ比は、少なくとも部分的に、より小さい試料体積で生じる免疫反応の間に得られる動態の改善に起因し得る。より少ない試薬体積を使用して調製された低減された試料体積を、デジタル検出に好適な濃度に提供することは、本開示の主題に従う試料分析のためのシステムを使用して実行される各アッセイのコスト節減を可能にすることができる。

本開示の主題の別の態様によれば、例示的な実験室システム、アッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）、またはアッセイ処理システム（ＡＰＳ）を構築することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、例示的な試料分析システム及び方法は、本明細書に記載される例示的なアッセイ表面を利用して、高スループットを達成することができ、これには、試料当たりの時間、経時的な試料、及びシステムの面積（フットプリント）当たりの経時的な試料が含まれるが、これらに限定されない。

図１８は、本開示の主題の例示及び確認の目的のために、従来の試料検出システム（例えば、Ａｂｂｏｔｔ Ａｌｉｎｉｔｙ ｉ及びＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ｉ２０００ＳＲ）と比較した、本明細書に開示される複数のＡＰＳを含む例示的な実験室システムの追加の詳細を例示するものである。図１８に示されるように、例示の目的のためであり、限定されないが、例示的な実験室システムは、コア試料調製及び検出コンポーネントのための０．９６平方メートルのはるかに小さいフットプリントで、１平方メートル当たり１時間当たり約５６０回の試験の面積当たりのスループットを達成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、例示的な実験室システムは、１つ以上の例示的なＡＰＳと、実質的に並行して対応する試料を処理するように、かつ少なくとも１つの対応する分析物の存在を検出するか、または少なくとも１つの対応する分析物のレベルもしくは濃度を判定するように、１つ以上のＡＰＳのうちの複数を制御するように構成されたコントローラと、を含むことができる。例示的な実験室システムは、充填されたフットプリントにおいて複数のアッセイ表面を処理することができる。比較として、Ａｂｂｏｔｔ Ａｌｉｎｉｔｙ（商標）ｉシステム及びＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ（商標）ｉ２０００ＳＲシステムは、それぞれ、１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり約１４０回の試験と、１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり１００回の試験と、の面積当たりのスループットを有する。

図１９は、図１８に示される、及び本明細書に記載のアッセイ表面を使用する本開示の主題に従う、１平方メートルのフットプリント当たり１時間当たり約５６０回の試験の面積当たりのスループットを有する試料分析のための、例示的な実験室システム及び方法のために使用する例示的なＡＰＳの実施形態の追加の詳細を例示するものである。例示の目的のためであり、限定されないが、例示的な実験室システムは、１つ以上の例示的なＡＰＳと、実質的に並行して対応する試料を処理するように、かつ少なくとも１つの対応する分析物の存在を検出するか、または少なくとも１つの対応する分析物のレベルもしくは濃度を判定するように、１つ以上のＡＰＳのうちの複数を制御するように構成されたコントローラと、を含むことができる。例示的な実験室システムは、充填されたフットプリントにおいて複数のアッセイ表面を処理することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、例えば図１９に示されるように、本明細書に具現化されるように、例示的なＡＰＳは、１つ以上の例示的なアッセイ表面及び例示的なアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なＡＰＵは、動作を制御するように構成された１つ以上のプロセッサと、ＬＥＤライトと、光学ユニットと、検出のためのＣＭＯＳイメージセンサと、アッセイ表面受容コンポーネントと、磁場を生成するための磁気要素と、を備える制御ボードを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に列挙される例示的なプロセッサを、ハードウェア論理、ファームウェア命令またはソフトウェア命令を使用して動作を実行するように構成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、磁気要素は、移動磁場を生成するための電磁石、または摺動要素と動作可能に接続された磁石であり得る。例示の目的のためであり、限定されないが、摺動要素は、モータであり得る。追加的または代替的に、磁気要素を、受信されたアッセイ表面に対して任意の好適な位置に配設することができる。本明細書に具現化されるように、図１９の例示的なＡＰＳは、比較的コンパクトであるが、所望の感度を有する試験を、短期間、例えば、限定されないが、５．５分ほどで実行する。本明細書に具現化されるような、１つの機器内で複数個、例えば、限定されないが、約５２個、を合わせて約０．００５平方メートルのフットプリントを有する、図１９のＡＰＳをパッケージ化することにより、本明細書に具現化されるような、約０．２６平方メートルの従来のフットプリントの例示的な実験室システムとしての高スループット機器が可能になる。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ処理システム（ＡＰＳ）は、１つ以上のアッセイ表面を受容してアッセイ表面を処理して試料の結果までの総時間を６分未満に短縮するためのプロセス経路としての受容コンポーネントを含むこともできるし、代替的に、結果までの時間を、ワンステップアッセイでは３～５分とすることもでき、ツーステップアッセイでは３～７分とすることもできる。代替的に、結果までの時間は、２～５分であり得る。代替的に、結果までの時間は、５～１０分であり得る。代替的に、結果までの時間は、５分未満であり得る。代替的に、結果までの時間は、１０分未満であり得る。本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面は、ＡＰＳのワンステップアッセイ受容コンポーネントに入ることができる。例示の目的のためであり、限定されないが、種々のアッセイプロトコルに適合するために、種々の受容コンポーネント（プロセス経路）があり得る。例えば、限定されないが、例示的なアッセイ表面（１２００）または（１５００）に、例示的なＡＰＳの格納ユニットから装填することができる。試料を、例えば、自動ピペッティングもしくは手動ピペッティング、または任意の他の好適な技法によって、約１０秒間、アッセイ表面に添加することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、試料、微粒子、または試薬／コンジュゲートを、使用のためにアッセイ表面上に格納することもできるし、例えば、ピペッティングまたは他の好適な技法を使用して、リザーバから手動または自動で添加することもできる。分析物を含む一定体積の液体を、アッセイ表面上で調製することができ、様々な試料処理ステップを実行することができ、例えば、限定されないが、試料－微粒子複合体を洗浄すること、試料にコンジュゲートを添加すること、及び試料に基質を添加することを含む、混合、洗浄、及び／またはインキュベーションステップが実行される。１つのステーションにおいて試料に油を添加することができ、１回目の画像を、ＡＰＵのプロセッサの制御下でキャプチャすることができ、これを使用して、より高い濃度での検出のダイナミックレンジを拡張することができる。上記のプロセスの総試料処理時間は、約３．５分であり得る。１回目の画像の後に、撮像された試料に酵素を付与することができ、試料を酵素反応時間インキュベートして、デジタル検出に好適な濃度を得ることができる。インキュベートされた試料の複数の画像をプロセッサの制御下で取得することができ、これを使用して、より低い濃度での分析物の存在、不在、または濃度を判定することができる。試料中の分析物の存在の検出を通した総試料処理時間は、６分未満であり、いくつかの実施形態では、結果までの時間は、３～５分であり得る。例示の目的のためであり、限定されないが、以下の表は、約５．５分の試験時間をもたらすワンステップアッセイプロセスの一例をまとめたものである。図１９の構成では、関連付けられた試料、試薬及び使い捨てハンドリングシステムとともに、並列処理のための実験室システムのために単一の機器内に５２の倍数でパッケージ化され、本明細書に具現化されるように、ワンステップアッセイプロセスの１時間当たりの総スループットは、１時間当たり約５７２回の試験であり、単一の機器は、約１平方メートルのフットプリントを有する。追加のユニットを、同じ単一の機器フットプリント内にパッケージ化して、１時間当たり４００、５００、または６００回の試験を含む、１時間当たりより多くの試験を達成することもできるし、１時間当たり３７５～６００回の試験の範囲内のスループットを達成するように構成することもできる。

例示の目的のためであり、限定されないが、代替的または追加的に、ツーステップアッセイをプロセス経路上で実行することができる。結果までの時間は、３～７分であり得る。代替的に、結果までの時間は、５分未満であり得る。代替的に、結果までの時間は、１０分未満であり得る。以下の表は、約７分の試験時間をもたらすツーステップアッセイプロセスの一例をまとめたものである。例示の目的のためであり、限定されないが、試料、微粒子、または試薬／コンジュゲートを、使用のためにアッセイ表面上に格納することもできるし、例えば、ピペッティングまたは他の好適な技法を使用して、リザーバから手動または自動で添加することもできる。図１９の構成では、例示的なＡＰＳは、例示的な実験室システム内の単一の機器内で、関連付けられた試料、試薬、及び使い捨てハンドリングシステムとともに、６７の倍数でパッケージ化され、ツーステップアッセイプロセスの１時間当たりの総スループットは、本明細書に具現化されるように、約１平方メートルのフットプリントを有する単一の機器で、１時間当たり約５７０個の試験である。追加のユニットを、実験室システム内の同じフットプリント内にパッケージ化して、１時間当たり４００、５００、または６００回の試験を含む、１時間当たりより多くの試験を達成することもできるし、１時間当たり３７５～６００回の試験の範囲内のスループットを達成するように構成することもできる。

例示の目的のためであり、限定されないが、例示的な実験室システムは、ＨＩＶ ｐ２４アッセイ、ＨＢｓＡｇアッセイ、トロポニンＩアッセイ、ＴＳＨアッセイ、ミオグロボビンアッセイ、ＰＳＡアッセイ、ＢＮＰアッセイ、ＰＩＶＫＡ－ＩＩアッセイ、ＨＩＶ Ａｂアッセイ、エストラジオールアッセイ、ＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイ、及び他のアッセイのうちの１つ以上を実施するように構成され得る。

図２０は、試料中の関心の分析物を調製及び検出するための、本開示のシステム及び方法の例示的なアッセイ表面（２０００）を例示するものである。例示されるように、例示的なアッセイ表面（２０００）は、上部（２０１０）及び下部（２０２０）を含むことができる。上部（２０１０）は、関心の分析物を調製及び検出するときに、下部（２０２０）を覆い、封止することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なアッセイ表面は、下部（２０２０）に複数の領域及び複数のチャネルを含むことができ、それらの各々を、試料調製及び検出エリア（２０４０）を画定するように一続きに配置することができる。本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面（２０００）は、微粒子格納領域（２０２２）、試料格納領域（２０２４）、試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）、１つ以上の洗浄領域（２０２８）、及び検出領域（２０３２）を有する試料調製及び検出領域（２０４０）を含むことができる。本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面（２０００）は、３つの洗浄領域（２０２８）を有する。本明細書に具現化されるように、下部（２０２０）の表面は、疎水性材料、例えばＣＯＰ、で作製され得る。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、微粒子格納領域（２０２２）は、複数の微粒子を含むことができる。代替的に、微粒子を、微粒子リザーバから、例えばピペッタを使用して、手動または自動で領域中に装填することができる。本明細書に記載されるように、微粒子は、試料分析及び検出を実行するための磁力の使用を容易にするために磁性または常磁性であり得る。追加的または代替的に、磁性ビーズもしくは粒子または常磁性ビーズもしくは粒子は、関心の分析物または試薬／コンジュゲートに特異的に結合することができる。微粒子は、磁力下で例示的なアッセイ表面の領域を通って移動することができる。例示の目的のためであるが、磁力は、本明細書に開示される例示的なアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）によって生成される磁場であり得る。

追加的または代替的に、試料格納領域（２０２４）は、好適な溶液中での調製及び検出のための関心の分析物を含むことができる。本明細書に具現化されるように、関心の分析物は、例えば、ＨＩＶ Ａｂ ｐ２４アッセイ、ＨＩＶ１－Ａｂアッセイ、ＨＢｓＡｇアッセイ、またはＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイであり得る。代替的に、関心の分析物は、他の分析物を含むことができる。

例示の目的のためであり、限定されないが、試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）を、関心の分析物を微粒子及び／または試薬／コンジュゲートと混合するように構成することができる。本明細書に具現化されるように、試薬またはコンジュゲートを、混合領域（２０２６）に格納することができる。代替的に、試薬またはコンジュゲートを、より大きなリザーバから、例えばピペッタを使用して、手動または自動で領域に装填することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、ＨＩＶ Ａｂ ｐ２４アッセイの関心の分析物を、常磁性ビーズ（８００ｋ個のビーズ）及び酵素ｎＣＩＡＰ－抗ｐ２４コンジュゲートと混合することができる。

更に、提供される場合、１つ以上の洗浄領域（２０２８）を、任意の非結合の関心の分析物を除去するための１つ以上の洗浄緩衝液を収容するようにサイズ決めすることができる。本明細書に具現化されるように、洗浄領域を使用して、微粒子と結合していない任意の分子を除去することができる。例示的なアッセイ表面（２０００）は、任意の数の洗浄領域を含むことができ、これは、本明細書に具現化されるように、３つの洗浄領域を含むことができる。本明細書に記載される例示的なアッセイでは、各洗浄領域の洗浄期間は、およそ９０秒であり得る。

例示の目的のためであり、限定されないが、検出領域（２０３２）を、関心の分析物を検出するように構成することができる。検出領域（２０３２）を、本明細書に記載される任意の分析物検出技法を使用して、分析物検出のために構成することができる。例えば、限定されないが、例示的な分析物検出技法は、光学検出、アナログシグナル検出、デジタルシグナル検出、照明検出、蛍光検出、またはこれらの技法の任意の組み合わせのうちの１つ以上を含むことができる。追加的または代替的に、検出領域（２０３２）を、単一分子カウントを実行するように構成することができる。更に、例示の目的のためであり、限定されないが、検出領域は、各々が少なくとも１つの単一ビーズまたは粒子を保持するように寸法設定された複数の要素を含むことができる。本明細書に具現化されるように、要素のアレイは、関心の分析物と結合した微粒子を複数のナノウェルに分離することによって、検出のために構成されたナノウェルのアレイを含むことができる。例示の目的のためであるが、本明細書に具現化されるように、微粒子またはビーズを、磁力を使用して複数のナノウェル中に装填することができる。磁力を使用して複数のナノウェル中に微粒子を装填することにより、装填効率及び精度を改善することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、ナノウェルのアレイの大部分に、少なくとも１つの微粒子を装填することができ、このことはまた、単一分子検出の効率を改善し得る。

図２１は、本開示の主題に従うアッセイ処理システム（ＡＰＳ）における例示的なアッセイ表面を使用して試料中の関心の分析物を調製及び検出するための例示的なアッセイ処理ユニット（ＡＰＵ）（２１００）の正面斜視図を例示するものである。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、例示的なＡＰＵ（２１００）は、プロセッサ（２１１０）、磁気要素（２１１５）、検出領域（２１２０）、アッセイ表面受容コンポーネント（２１５０）、及び検出コンポーネント（２１２５）を含むことができる。例示的なＡＰＳは、例示的なＡＰＵの１つ以上の例示的なアッセイ表面を含むことができる。

更に図２１を参照すると、プロセッサ（２１１０）は、アッセイ表面上で実行される動作、検出コンポーネント（２１２５）、及び例示的なＡＰＵ（２１００）の他のコンポーネントの移動を制御するように構成された制御基板を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、プロセッサ（２２１０）は、Ａｒｄｕｉｎｏ Ｍｉｃｒｏコンピュータシステムを含むことができる。本明細書で具現化されるように、検出コンポーネント（２１２５）は、カメラと、関心の分析物の光学検出を行うように配置された、ＬＥＤなどの光源と、を含むことができる。代替的に、検出コンポーネントは、他のタイプの検出のための他の好適な機器を含むことができる。本明細書に具現化されるように、アッセイ表面受容コンポーネント（２１５０）に受容されたアッセイ表面（２１３０）は、上記に開示される例示的なアッセイ表面（２０００）であり得る。代替的に、受容されたアッセイ表面（２１３０）は、他のアッセイ表面であり得る。

例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なＡＰＵの磁気要素（２１１５）は、移動磁場を生成する電磁石を含むことができる。代替的に、本明細書に具現化されるように、磁気要素（２１１５）は、摺動機構（２１４０）と動作可能に接続された磁石を含むことができる。摺動機構（２１４０）は、プロセッサ（２１１０）によって制御され得、例えばモータで、磁石を水平方向に移動させることができる。追加的または代替的に、磁気要素（２１１５）を、受容されたアッセイ表面（２１３０）に対して、任意の好適な場所に配設することができる。例えば、磁気要素（２１１５）は、アッセイ表面（２１３０）の下もしくは上、またはアッセイ表面（２１３０）の側面の近くにあり得る。例示の目的のためのみであるが、図２１は、アッセイ表面（２１３０）の下の磁気要素（２１１５）を描示するものである。

図２２は、図２１の例示的なＡＰＵ（２１００）の側面図を例示するものである。本明細書に具現化されるように、ＡＰＵ（２１００）は、検出コンポーネント（２１２５）、駆動要素（２２１０）、及び摺動機構（２１４０）のためのステッピングモータ（２２２０）を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、磁気要素（２１１５）は、受容されたアッセイ表面の上面によって画定される水平方向または垂直方向に移動磁場を生成する電磁石であり得る。代替的に、本明細書に具現化されるように、磁気要素（２１１５）は、磁石であり得る。駆動要素（２２１０）は、磁石に動作可能に接続されて、磁石を、受容されたアッセイ表面の上面によって画定される垂直方向に移動させることができる。例示の目的のためであるが、駆動要素（２１１５）は、モータまたはストリングであり得る。追加的または代替的に、ＡＰＵはまた、電磁石、超音波混合要素、ピペッタとの弾道混合要素、または混合周波数を改善するための他の好適な要素を含むことができる混合ダイナミクスコンポーネントを含むことができる。混合ダイナミクスコンポーネントは、ＡＰＵ及びＡＰＳに受容されたアッセイ表面上に配設された少なくとも１つの体積の液体を、所定の周波数で混合させることができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、混合ダイナミクス要素は、振動モータであり得る。

例示の目的のためであり、限定されないが、検出コンポーネント（２１２５）は、光学検出を使用して関心の分析物の検出のために構成され得、例えば、カメラ、及びＬＥＤなどの光源を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、磁気要素（２１１５）が磁石である場合、駆動要素（２２１０）は、ナットボルト接続によって磁石に接続され得、磁石を、受容されたアッセイ表面の上面を画定する平面に垂直な垂直方向に、アッセイ表面に対して近付け及び遠ざけることができる。代替的に、磁気要素（２１１５）は、垂直方向に移動磁場を生成する電磁石であり得る。本明細書に具現化されるように、磁石の移動方向は、受容されたアッセイ表面（２１３０）の上面によって画定される平面に対して垂直である。

図２３Ａ及び２３Ｂは、磁気要素の磁力下での例示的なアッセイ表面の洗浄領域における液滴中の複数の微粒子の移動を例示しており、例示の目的のみであるが、本明細書に記載されるアッセイ表面の他の領域及び特徴は、この概略図においては省略されている。本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面（２３０１）は、３つの洗浄領域（２３１０）を含むことができる。磁気要素（２３１５）は、アッセイ表面（２３０１）の上面によって画定される平面から垂直方向に移動磁場を生成することができる。追加的または代替的に、磁気要素（２３１５）を、任意の好適な場所、例えば、アッセイ表面（２３０１）の上もしくは下に、またはアッセイ表面（２３０１）の側面によって配設することができる。本明細書に具現化されるように、例示の目的のためであるが、磁気要素（２３１５）は、アッセイ表面（２３０１）の下に配設された磁石であり得る。磁石を、駆動要素（図には描示されていない）、例えばモータ、に接続することができる。駆動要素は、磁石を垂直方向にアッセイ表面に対して近付け及び遠ざけることができる。代替的に、磁気要素（２３１５）は、垂直方向に移動磁場を生成する１つ以上の電磁石であり得る。更に、本明細書に具現化されるように、微粒子を有する液滴（２３０５）が、洗浄領域のうちの１つにある。液滴は、磁気要素（２３１５）の磁力下で移動させる微粒子を含むことができる。

図２３Ｂに例示されるように、本明細書に具現化されるように、磁石がアッセイ表面（２３０１）側に移動すると、微粒子を有する液滴（２３０５）は、磁石の方に引き寄せられ、相対的に磁石側に蓄積し得る。磁石がアッセイ表面（２３０１）から遠ざかると、微粒子を有する液滴（２３０５）は、磁石からのより少ない力の下で互いに相対的に離れて広がり得る。例示の目的のためであり、限定されないが、磁石を、アッセイ表面（２３０１）の下表面からおよそ５ｍｍ遠ざけることができる。代替的に、電磁石の位置を変更することなく、移動磁場を電磁石によって生成することができる。例示の目的のためであるが、本明細書に具現化されるように、磁石がアッセイ表面（２３０１）に最も近いとき、アッセイ表面（２３０１）と磁石Ｚ１との間の距離は、約０ｍｍであり得る。例示の目的のためであるが、本明細書に具現化されるように、磁石がアッセイ表面（２３０１）から最も遠いとき、アッセイ表面（２３０１）と磁石Ｚ２との間の距離は、約５ｍｍであり得る。更に、本明細書に具現化されるように、各洗浄領域について、磁石を、洗浄効率を改善するためにおよそ４回上下に移動させることができる。代替的に、磁気要素（２３１５）による移動磁場は、ＡＰＵの１つ以上のプロセッサによって制御される電磁石によって生成され得る。

図２４Ａ～２４Ｄは、複数の停止要素を有する代替の例示的なアッセイ表面を例示するものである。本明細書に具現化されるように、例示的なアッセイ表面は、上部（２４０１）、下部（２４１０）、及び複数の停止要素（２４０５）を含むことができる。図２４Ａに例示され、及び本明細書に具現化されるように、例示の目的のためであり、限定されないが、下部（２４１０）は、主題に従って開示されるように、試料調製及び検出領域（２４４０）を画定する複数の領域及び複数のチャネルを含むことができる。例えば、チャネル（２４２０）は、第１の領域（２４２２）と第２の領域（２４２４）との間にある。例示の目的のためであり、限定されないが、第１の領域を、微粒子を格納するように構成することができ、第２の領域を、好適な溶液中の関心の分析物を格納するように構成することができる。代替的に、微粒子または分析物を、リザーバから手動または自動で装填することができる。本明細書に具現化されるように、下部（２４１０）の表面は、本明細書に記載される疎水性材料、例えばＣＯＰ、を含むことができる。

図２４Ｂに例示されるように、例示の目的のためであり、限定されないが、複数の停止要素（２４０５）を、下部（２４１０）の複数のチャネルに挿入することができる。図２４Ｃに例示されるように、本明細書で具現化されるように、下部（２４１０）の複数の領域は、関心の分析物の調製及び検出のための溶液及び液滴を含むことができる。追加的または代替的に、領域（２４１５）は、関心の分析物と結合する複数の微粒子を含むことができる。図２４Ｄに例示されるように、上部（２４０１）は、下部（２４１０）及び複数の停止要素（２４０５）を覆って反応領域を画定することができ、接合されて、反応領域を封止し、反応領域内外への物質の不要な出入りから保護することができる。

例示の目的のためであり、限定されないが、複数の停止要素（２４０５）は、疎水性材料、例えばゴム、で作製され得る。種々の組成物または溶液をアッセイ表面の複数の領域に格納することができ、複数の停止要素（２４０５）が複数のチャネルに配設されると、複数の停止要素は、例えば限定されないが、アッセイ表面の出荷、格納、及び取り扱いの間に、領域の内容物の種々の領域への不要な移動を防止または禁止することができる。

ここで図２０～２２を参照すると、例示的な試料調製及び検出システム（アッセイ処理システム（ＡＰＳ））ならびに方法が、例示的なアッセイ表面（２０００）及び例示的なＡＰＵ（２１００）を参照及び使用して開示されている。代替的に、ＡＰＳは、代替のアッセイ表面及び代替のＡＰＵを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、関心の分析物は、ＨＩＶ Ａｇ ｐ２４アッセイであり得る。まず、好適な溶液が、アッセイ表面（２０００）の下部（２０２０）に装填される。本明細書に具現化されるように、例示の目的のためであり、限定されないが、好適な溶液は、血清標本であり得る。

本明細書に具現化されるように、微粒子格納領域（２０２２）は、ＨＩＶ Ａｇアッセイ、例えばＭＳ ３００ビーズと結合することができる常磁性ビーズを含むことができる。代替的に、微粒子を、リザーバから手動でまたは自動で装填することができる。試料格納領域（２０２４）は、好適な溶液中のＨＩＶ Ａｇ ｐ２４のアッセイを含むことができる。試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）は、免疫反応及び／または酵素反応の好適なコンジュゲート及び試薬、例えば、酵素ｎＣＩＡＰ－抗ｐ２４コンジュゲート（１ＡＰ／コンジュゲート）を含むことができる。代替的に、試薬／コンジュゲートを、より大きなリザーバから手動または自動で装填することができる。微粒子格納領域（２０２２）、試料格納領域（２０２４）、及び試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）の総溶液体積は、約１５μＬであり得る。微粒子格納領域（２０２２）、試料格納領域（２０２４）、及び試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）の総容量は、約２５μＬ以下であり得る。複数の洗浄領域（２０２８）は各々、約１０μＬの洗浄緩衝液を含むことができる。検出領域（２０３２）は、各々が微粒子のうちの少なくとも１つを保持するように寸法設定された複数の要素を含むことができる。本明細書に具現化されるように、検出領域（２０３２）は、分析物検出のために構成されたナノウェルのアレイを含むことができる。検出領域（２０３２）は、５０μＬのＡＰの基質緩衝液を含むことができる。アッセイ表面（２０００）が装填された後、複数のチャネル（２０３６）に複数の停止要素を挿入することができ、上部（２０１０）は、複数の停止要素で下部を覆うことができる。

アッセイ表面（２０００）は、例示的なＡＰＵ（２１００）のアッセイ表面受容コンポーネント上に配設され得る。磁気要素（２１１５）は、移動磁場を生成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、磁気要素（２１１５）は、磁石を含むことができ、摺動機構（２１４０）は、磁石を水平方向に移動させることができる。

微粒子格納領域（２０２２）と試料格納領域（２０２４）との間のチャネル、及び試料格納領域（２０２４）と試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）との間のチャネルから、複数の停止要素のうちの２つを取り外すことができる。例えば、ＡＰＵに含まれる場合、混合ダイナミクス要素、例えば振動モータは、微粒子格納領域（２０２２）、試料格納領域（２０２４）、及び試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）の溶液及び液滴を所定の周波数で振動させることができ、これにより、常磁性ビーズが関心の分析物であるＨＩＶ Ａｇ ｐ２４と結合することが促進され得る。本明細書に具現化されるように、振動モータは、免疫反応を十分に実行するために、領域の溶液をおよそ１１０秒振動させることができる。代替的に、混合ダイナミクス要素は、磁場下での混合を促進するための電磁石を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、関心の分析物であるＨＩＶ Ａｇ ｐ２４について、混合及び酵素反応後、例示的なアッセイ表面の検出領域において受信された陽性シグナル及び陰性シグナルは、手動アッセイに基づいて受信されたものと同等である。

本明細書に具現化されるように、ステッピングモータ（２２２０）は、磁石を試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）から第１の洗浄領域（２０２８）に移動させることができる。代替的に、磁気要素（２１１５）は、アッセイ表面の長さに沿った移動磁場を生成する１つ以上の電磁石であり得る。試料／コンジュゲート混合領域（２０２６）と複数の洗浄領域（２０２８）のうちの第１の領域との間のチャネルから、複数の停止要素のうちの１つ（図に描示されていない）が、取り外され得る。本明細書に具現化されるように、磁石に接続された駆動要素（２２１０）は、磁石を第１の洗浄領域側に移動させ、及び第１の洗浄領域から遠ざけることができる。本明細書に具現化されるように、磁石は、上下に４回移動することができる。代替的に、このことを、垂直方向に移動磁場を生成する１つ以上の電磁石によって達成することができる。例えば、検出のために試料を調製するための第２及び第３ならびに任意の追加の洗浄領域に関して、同様の技法をここでも本明細書に記載されるように実行することができる。洗浄後、ＨＩＶ Ａｇ ｐ２４と結合した常磁性ビーズを、検出領域（２０３２）中に移動させることができる。本明細書に具現化されるように、検出領域（２０３２）は、ナノウェルのアレイを含むことができる。例示の目的のためであるが、微粒子またはビーズをナノウェル中に装填することは、磁力下であり得る。磁力は、例示的なＡＰＵの磁気要素（２１１５）によって生成され得る。磁気要素は、磁石または電磁石であり得る。例示の目的のためであるが、磁力下でビーズまたは微粒子を装填することは、効率及び精度を改善することができる。追加的に、検出領域（２０３２）上の微粒子の複数の通過または移動は、複数のナノウェルにおける装填パーセンテージを増加させることができる。追加的または代替的に、検出のために複数のナノウェルを封止するために、不活性液体、例えば油、を分注することができる。本明細書に具現化されるように、複数のナノウェルを、油格納場所（図に描示されていない）、例えばシリンジオイルポンプ、から分注される約１５０μＬの油によって封止することができる。

更に図２０～２２を参照すると、本明細書に具現化されるように、アッセイ表面（２０００）の検出領域（２０３２）を、ＡＰＵの検出コンポーネント（２１２５）によって、ＡＰＵの検出領域（２１２０）において撮像することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、検出コンポーネント（２１２５）は、内部に関心の分析物及び微粒子を有する複数のナノウェルからの光シグナルを記録または測定するように構成されたカメラを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なＡＰＵの１つ以上のプロセッサは、検出コンポーネント（２１２５）に、例示的なアッセイ表面の検出領域（２０３２）の一連の画像を取得させることができる。本明細書に具現化されるように、検出コンポーネント（２１２５）は、複数のナノウェルの各々、または複数のナノウェルの各々におけるビーズの表面からの個々のシグナルをカウントして、３０秒毎に単一分子カウントを実行することができる。代替的または追加的に、検出コンポーネント（２１２５）は、ナノウェル中の分析物の存在または濃度を表す光シグナルの強度を測定することができる。

例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、ＨＩＶ Ａｇ ｐ２４アッセイ（６００ｆｇ／ｍｌ）について、３７℃下での２分の免疫反応及び１．５分の酵素反応の後、上記に開示される例示的なシステムは、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、ＨＩＶ Ａｇ ｐ２４アッセイの総アッセイ調製時間は、およそ５．５分であり得る。ＨＩＶ１－Ａｂアッセイ（０．０２ｄｉｌ．）について、３７℃下での２分の免疫反応及び３分の酵素反応の後、上記に開示される例示的なシステムは、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、ＨＩＶ１－Ａｂアッセイの総アッセイ調製時間は、およそ７分であり得る。ＨＢｓＡｇアッセイ（１ｆＭ）について、３７℃下での２分の免疫反応及び２分の酵素反応の後、上記に開示される例示的なシステムは、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。ＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイ（１０，０００ｃｐ／ｍｌ）について、３７℃下での２分の免疫反応及び１．５分の酵素反応の後、上記に開示される例示的なシステムは、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。例示の目的のためであり、限定されないが、ＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイの総アッセイ調製時間は、およそ５．５分であり得る。本明細書に具現化されるように、例示の目的のためであり、限定されないが、例示的なシステムの試料体積は、１０μＬであり得、例示的なシステムの試薬アッセイ体積は、１５μＬであり得る。代替的に、例示的なシステムの試料体積は、約１０μＬ～約５０μＬであり得る。代替的に、例示的なシステムの試料体積は、５０μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なシステムの試料体積は、７５μＬ未満であり得る。代替的に、例示的なシステムの試料体積は、１００μＬ未満であり得る。

代替的に、本明細書に具現化されるように、ＨＩＶ Ａｇ ｐ２４アッセイ（６００ｆｇ／ｍｌ）について、例示的なシステムは、２分の免疫反応及び１．５分の酵素反応を含む、合計５．５分のアッセイ調製時間で、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。本明細書に具現化されるように、ＣＯＶＩＤ－Ａｇアッセイ（１０，０００ｃｐ／ｍｌ）について、例示的なシステムは、２分の免疫反応及び１．５分の酵素反応を含む、合計５．５分のアッセイ調製時間で、従来の試料調製及び検出デバイス、例えばＡｂｂｏｔｔ ＡＲＣＨＩＴＥＣＨ（商標）システム、と比較して、同等の検出感度を達成することができる。

図２５は、本開示の主題に従う例示的なアッセイ表面（２５００）を例示するものである。本明細書に具現化されるように、アッセイ表面（２５００）の上部（２５６０）は、アッセイ表面（２５００）の複数の停止要素（２５０５）及び下部（２５７０）を覆う。本明細書に具現化されるように、下部（２５７０）は、試料調製及び検出エリア（２５８０）を画定する複数の領域及び複数のチャネルを含むことができる。例えば、複数の停止要素（２５０５）は、１つのチャネル（２５１５）に配設される。

本明細書に具現化されるように、下部（２５７０）の微粒子格納領域（２５２３）が、複数の微粒子を格納するように構成され得る。代替的に、微粒子を、領域（２５２３）に装填することができる。下部（２５７０）の試料格納領域（２５２５）が、好適な溶液中の関心の分析物を格納するように構成され得る。下部（２５７０）の試料／コンジュゲート混合領域（２５２７）が、試料を微粒子ならびに試薬及び／またはコンジュゲートと混合するように構成され得る。代替的に、試薬／コンジュゲートを領域（２５２７）に添加することができる。本明細書に具現化されるように、下部（２５７０）は、１つ以上の洗浄領域（２５３０）を含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、下部（２５７０）は、３つの洗浄領域を含む。本明細書に具現化されるように、下部は、関心の分析物を検出するように構成された検出領域（２５３５）を含むことができる。追加的または代替的に、検出領域は、光学検出コンポーネント、分析物デジタル検出のために構成された複数のナノウェル、または任意の他の好適な検出コンポーネントを含むことができる。例示の目的のためであり、限定されないが、試料分析を実施する場合、微粒子を、領域を通して検出領域（２５３５）中に磁力下で移動させることができる。

本明細書に具現化されるように、アッセイ表面は、不活性液体格納領域（２５４０）を更に含むことができる。不活性液体格納領域は、不活性液体、例えば油、を分散させて、複数の領域のうちの少なくとも１つを封止するように構成され得る。追加的または代替的に、不活性液体格納領域（２５４０）は、液体を分注するための液体入口（２５４５）を含むことができる。

図２６は、本開示の主題の確認、及びＫｉｎｇ－Ｆｉｓｈｅｒ洗浄技法との比較の目的のために、本明細書に記載される移動磁場を用いる洗浄技法を使用する洗浄効率を例示するチャートである。例示の目的のためであり、限定されないが、本明細書に具現化されるように、ＨＩＶ Ａｂ ｐ２４アッセイの関心の分析物が分析される。試料液滴を、常磁性ビーズ、例えばＭＳ ３００ビーズ、と混合することができる。洗浄効率の各評価は、チャートに２つのバーを含むことができる。例えば、バー１及びバー２は、検出中に受信された陰性シグナル及び陽性シグナルを表す。例示の目的のためであり、限定されないが、奇数（１、３、５、及び７）のバーは、各評価中に受信された陰性シグナルを表す。受信された陰性シグナルが低い場合ほど、洗浄効率が高くなる。例示の目的のためであるが、評価２６０１は、磁場の移動なしに受信されたシグナルを表し、評価２６０２は、垂直方向への磁場の移動の後に受信されたシグナルを表す。例示の目的のためであるが、シグナルのパーセンテージは、デジタル検出が実行されるときの測定の単位であり、これは、検出領域の陽性のナノウェルの数を微粒子の数で除算することによって計算され得る。評価２６０１は、０．１４％のシグナルを受信し、評価２６０２は、０．０８％のシグナルを受信した。例示の目的のためであるが、評価２６０３及び２６０４は、それぞれ、Ｋｉｎｇ－Ｆｉｓｈｅｒ法を１回及び３回使用する洗浄についてである。それらの各々は、０．０８％のシグナルを受信した。例示の目的のためであり、限定されないが、垂直方向への磁場の移動を使用して、混合された試料液滴を洗浄することは、洗浄効率をＫｉｎｇ－Ｆｉｓｈｅｒ洗浄法と同等レベルに改善する。

本開示の主題は、特定の好ましい実施形態の観点で本明細書に記載されているが、当業者は、本開示の主題に対して、その範囲から逸脱することなく、様々な修正及び改善を行うことができることを認識するであろう。更に、本開示の主題の１つの実施形態の個々の特徴は、本明細書で論じられ得るか、または他の実施形態ではなく１つの実施形態の図面に示され得るが、１つの実施形態の個々の特徴を、別の実施形態の１つ以上の特徴、または複数の実施形態からの特徴と組み合わせることができることは、明らかであるはずである。

以下に特許請求される特定の実施形態に加えて、本開示の主題は、以下に特許請求される従属特徴と上記に開示されたものとの任意の他の可能な組み合わせを有する他の実施形態も対象とする。したがって、従属する特許請求の範囲に提示され、かつ上記に開示された特定の特徴を、本開示の主題の範囲内で他の様式で互いに組み合わせることができ、これにより、本開示の主題が、任意の他の可能な組み合わせを有する他の実施形態も具体的に対象とすると認識されるはずである。したがって、本開示の主題の特定の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。包括的であること、または本開示の主題を開示されたそれらの実施形態に限定することは、意図されていない。

当業者には、本開示の主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、本開示の主題の方法及びシステムにおいて様々な修正及び変形を行うことができることが明らかであろう。したがって、本開示の主題は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内である修正及び変形を含むことが意図されている。

Claims (24)

1. 試料中の関心の分析物の分析のためのアッセイ表面（ＡＳ）であって、
   検出のために前記試料を処理するように構成された試料処理コンポーネントであって、前記試料処理コンポーネントは、一定体積の液体を保持するように構成された少なくとも１つの洗浄領域と、複数の固体支持体を保持するように構成された少なくとも１つの格納領域と、を含む複数の試料調製領域を備え、前記複数の固体支持体は、前記複数の試料調製領域を通して可動であり、磁力下で、前記液体の少なくとも１つの表面、及び／又は、その間の空気－水境界若しくは油－水境界を通過する、前記試料処理コンポーネントと、
   前記磁力によって前記複数の固体支持体を受容するように、かつ前記分析物の存在を検出するか、または前記分析物のレベルもしくは濃度を判定するように構成された検出コンポーネントと、を備える、前記ＡＳ。
2. 前記複数の固体支持体は、磁性微粒子もしくはビーズ、または常磁性微粒子もしくはビーズを含む、請求項１に記載のＡＳ。
3. 前記複数の固体支持体のうちの少なくとも１つは、前記関心の分析物、または少なくとも１つの試薬もしくはコンジュゲートに、特異的に結合する、請求項１に記載のＡＳ。
4. 前記試料処理コンポーネントは、前記少なくとも１つの格納領域に前記複数の固体支持体を更に含む、請求項１に記載のＡＳ。
5. 前記試料処理コンポーネントは、前記複数の固体支持体、前記関心の分析物、及び少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを混合するように構成された少なくとも１つの混合領域を更に備える、請求項１に記載のＡＳ。
6. 前記試料処理コンポーネントは、前記少なくとも１つの混合領域に前記少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを更に含む、請求項５に記載のＡＳ。
7. 前記少なくとも１つの混合領域は、約２５μＬ以下の容量を有する、請求項５に記載のＡＳ。
8. 少なくとも１つの試薬は、検出可能な標識、結合メンバー、色素、界面活性剤、希釈剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載のＡＳ。
9. 前記結合メンバーは、受容体または抗体を含む、請求項８に記載のＡＳ。
10. 前記少なくとも１つの洗浄領域は、任意の固体支持体に結合していない任意の分子を洗い流すように構成されている、請求項５に記載のＡＳ。
11. 前記少なくとも１つの洗浄領域は、約１０μＬ以下の容量を有する、請求項１０に記載のＡＳ。
12. 前記アッセイ表面は複数のチャネルを備え、前記複数のチャネルの各々は、第１の試料調製領域と第２の試料調製領域との間にある、請求項１に記載のＡＳ。
13. 前記アッセイ表面は、複数の停止要素を備え、前記複数の停止要素のうちの少なくとも１つは、前記第１の試料調製領域と前記第２の試料調製領域との間にある、請求項１２に記載のＡＳ。
14. 前記少なくとも１つの停止要素が除去されると、前記第１の試料調製領域の一定の体積の液体が、前記第２の試料調製領域の一定の体積の液体に流体接続される、請求項１３に記載のＡＳ。
15. 前記少なくとも１つの洗浄領域を通過した後、前記複数の固体支持体は、前記磁力下で前記検出コンポーネント内に移動される、請求項１０に記載のＡＳ。
16. 前記検出コンポーネントは、光学検出、アナログ検出、またはデジタル検出のために構成されている、請求項１に記載のＡＳ。
17. 前記検出コンポーネントは、要素のアレイを備え、前記要素のアレイの各々は、前記複数の固体支持体のうちの少なくとも１つを保持するように寸法設定されている、請求項１に記載のＡＳ。
18. 前記要素のアレイは、ナノウェルのアレイを含む、請求項１７に記載のＡＳ。
19. 前記検出コンポーネントは、一定体積の不活性液体を含む領域を更に含み、前記不活性液体は、前記ナノウェルのアレイを封止するように構成されている、請求項１８に記載のＡＳ。
20. 前記不活性液体は、油を含む、請求項１９に記載のＡＳ。
21. 前記検出コンポーネントは、前記複数の固体支持体が前記検出コンポーネント中に移動された後、前記要素のアレイの画像を取得するように構成されている、請求項１７に記載のＡＳ。
22. 前記検出コンポーネントは、単一分子カウントのために構成されている、請求項１に記載のＡＳ。
23. 前記アッセイ表面は、疎水性材料を含む、請求項１に記載のＡＳ。
24. 前記アッセイ表面は、前記複数の試料調製領域に、複数の体積の液体、複数の固体支持体、及び少なくとも１つの試薬またはコンジュゲートを更に含む、請求項１に記載のＡＳ。