[RU]

Устройство (200) для обнаружения аналита (132) содержит термопару (210), покрытую аналитическим полимером (214). Аналитический полимер составлен так, чтобы связываться с аналитом, а теплофизическое свойство аналитического полимера варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним. Способ получения сенсора включает нанесение на термопару аналитического полимера в форме покрытия. Способ обнаружения аналита включает пропускание жидкости, содержащей аналит, вблизи термопары, покрытой аналитическим полимером, связывание аналита с аналитическим полимером, определение температуры термопары и расчет концентрации аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера.

(57) Реферат / Формула:

Устройство (200) для обнаружения аналита (132) содержит термопару (210), покрытую аналитическим полимером (214). Аналитический полимер составлен так, чтобы связываться с аналитом, а теплофизическое свойство аналитического полимера варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним. Способ получения сенсора включает нанесение на термопару аналитического полимера в форме покрытия. Способ обнаружения аналита включает пропускание жидкости, содержащей аналит, вблизи термопары, покрытой аналитическим полимером, связывание аналита с аналитическим полимером, определение температуры термопары и расчет концентрации аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера.

---

Евразийское (21) 201892046 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C12Q1/68 (2006.01)
201905 31 B01J 20/26 (2006.01)
G01N 25/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2016.11.03
(54) ТЕРМОПАРЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРНОЕ ПОКРЫТИЕ, ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНАЛИТОВ И СВЯЗАННЫЕ СПОСОБЫ
(31) 16164646.8; 15/095,653
(32) 2016.04.11
(33) EP; US
(86) PCT/EP2016/076572
(87) WO 2017/178081 2017.10.19
(71) Заявитель: УНИВЕРСИТЕЙТ МААСТРИХТ; АКАДЕМИШ ЗИКЕНХЁЙС МААСТРИХТ (NL)
(72) Изобретатель:
Гринсвен, Ван Барт Роберт Николас, Клей Томас Ян (NL)
(74) Представитель:
Нилова М.И. (RU) (57) Устройство (200) для обнаружения аналита (132) содержит термопару (210), покрытую аналитическим полимером (214). Аналитический полимер составлен так, чтобы связываться с аналитом, а теплофизическое свойство аналитического полимера варьируется в зависимости от количества ана-лита, связанного с ним. Способ получения сенсора включает нанесение на термопару аналитического полимера в форме покрытия. Способ обнаружения аналита включает пропускание жидкости, содержащей аналит, вблизи термопары, покрытой аналитическим полимером, связывание аналита с аналитическим полимером, определение температуры термопары и расчет концентрации аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера.
ТЕРМОПАРЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРНОЕ ПОКРЫТИЕ, ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНАЛИТОВ И СВЯЗАННЫЕ СПОСОБЫ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
5 Варианты реализации настоящего описания относятся, в целом, к
устройствам и способам обнаружения аналитов с помощью термопары, на которой присутствует полимерный материал.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
10 Полимеры с молекулярными отпечатками (MIP) можно использовать для
обнаружения химических веществ в сложных смесях. В современных исследованиях указанные полимеры вызывают все больший интерес для применения в биоаналитике. Преимущества применения таких MIP включают простоту и дешевизну получения; механическую, химическую и термическую
15 стабильность; возможность повторного использования; и продолжительный срок годности. За последние годы концепция молекулярного импринтинга была расширена до поверхностного импринтинга тонких полимерных пленок с клетками микрометрового размера с получением так называемых "полимеров с отпечатками на поверхности" (SIP) для обнаружения белков, гликопротеинов,
20 вирусов растений, вирусов человека, бактерий, пыльцы, дрожжевых клеток и даже красных кровяных клеток млекопитающих. SIP представляют собой полимерные материалы с отпечатками на поверхности, форма и функция которых соответствуют части требуемой мишени. SIP подходят для связывания с более крупными объектами (например, клетками, бактериями и т.д.), которые не могут быстро диффундировать
25 через поры Ml Р. Импринтинг можно осуществлять после полимеризации посредством размягчения полимера. Обнаружение клеток с применением биосенсоров, описанных в литературе, обычно осуществляют гравиметрическим определением, на электронных считывающих платформах или микрожидкостными технологиями. Однако указанные технологии зачастую являются затратными по
30 времени, трудными для анализа или требуют дорогостоящего оборудования.
Например, сопротивление теплопередаче субстратов с присоединенными к ним MIP в зависимости от концентрации аналитов описана в публикации заявки на патент США 2014/0011198 А1 "Heat-Transfer Resistance Based Analysis Bioparticles", опубликованной 9 января 2014 года, полное описание которой включено в
35 настоящий документ посредством ссылки.
Недорогая сенсорная платформа, позволяющая различать клетки с небольшими различиями по форме, размеру и функциям функциональных групп на их поверхности, была бы ценным инструментом для современной науки и промышленности.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых вариантах реализации устройство для обнаружения аналита содержит термопару, покрытую аналитическим полимером. Аналитический полимер составлен так, чтобы связываться с аналитом, а теплофизическое
10 свойство аналитического полимера варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним.
Способ получения сенсора включает нанесение на термопару аналитического полимера в форме покрытия. Аналитический полимер составлен так, чтобы связываться с аналитом, и аналитический полимер составлен так, что
15 теплофизическое свойство аналитического полимера варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним.
В некоторых вариантах реализации способ обнаружения аналита включает пропускание жидкости, содержащей аналит, вблизи и в непосредственном контакте с термопарой, покрытой аналитическим полимером, связывание аналита
20 с аналитическим полимером, определение температуры термопары и расчет концентрации аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера. Теплофизическое свойство аналитического полимера проектируют так, что оно варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 представлена упрощенная схема, демонстрирующая устройство для обнаружения аналита;
На фиг. 2А - 2С представлены упрощенные схемы, демонстрирующие 30 возможный способ применения устройства, изображенного на фиг. 1, для обнаружения аналита;
На фиг. ЗА - ЗС представлены упрощенные схемы, демонстрирующие сравнение отклика других устройств при воздействии аналита в условиях, представленных на фиг. 2А - 2С;
На фиг. 4 представлен упрощенный увеличенный вид, демонстрирующий возможное движение тепловой волны в устройстве, изображенном на фиг. 1 -2С;
На фиг. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая изотермы связывания дофамина, измеренные в соответствии с одним вариантом 5 реализации настоящего описания;
На фиг. 6А представлена диаграмма, демонстрирующая требования к источнику питания для различных концентраций дофамина, пропускаемого через устройства, изображенные на фиг. 1 - ЗС;
На фиг. 6В представлена диаграмма, демонстрирующая температуры для 10 различных концентраций дофамина, пропускаемого через устройства, изображенные на фиг. 1 - ЗС; и
На фиг. 7 представлена диаграмма, демонстрирующая кривые зависимости ответа от дозы, сравнивающие отклик устройств в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего описания.
СПОСОБ(Ы) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Иллюстрации, представленные в настоящем документе, не являются реальными изображениями какого-либо конкретного устройства или способа, и они являются лишь идеализированными изображениями, используемыми для 20 описания иллюстративных вариантов реализации настоящего описания. Элементы, одинаковые на разных фигур, могут сохранять одинаковое числовое обозначение.
В данном контексте термин "молекулярный шаблон" относится к молекуле, используемой для получения полимера с молекулярными отпечатками (MIP) или 25 полимера с отпечатками на поверхности (SIP). Такие MIP или SIP могут впоследствии определять "целевые молекулы" или "партнеры по связыванию", которые имеют геометрическую форму, по меньшей мере частично соответствующую молекулярным шаблонам, использованным для получения MIP или SIP.
30 В данном контексте термин "может" включает термин "бывает", и термин
"может быть" включает термины "представляет собой" или "являются", в зависимости от контекста. Кроме того, наличие слова "может" предназначено для объяснения вариантов практического осуществления или воплощения настоящего описания, без ограничения.
На фиг. 1 представлена упрощенная схема, демонстрирующая устройство 200 для обнаружения аналита. В некоторых вариантах реализации устройство 200 может быть выполнено с возможностью обнаружения требуемой молекулы, нуклеиновой кислоты, такой как ДНК и/или РНК, однонуклеотидных 5 полиморфизмов (SNP) в ДНК и/или РНК, низкомолекулярных соединений, белков и т.д.
Устройство 200 может содержать термопару 210, поверхность которой покрыта необязательным материалом 212 основы и аналитическим полимером 214 (например, сформированным непосредственно на поверхности термопары 210
10 или на другом материале, находящемся на поверхности термопары 210). Например, материал 212 основы может быть сформирован вокруг по существу цилиндрической поверхности термопары 210, так что закрыт весь конец термопары 210. В некоторых вариантах реализации внешняя поверхность термопары 210 может иметь любую подходящую форму поперечного сечения,
15 такую как круг, квадрат, прямоугольник и т.д. То есть термопара 210 не обязательно должна быть цилиндрической и может иметь форму "ленты" и т.д. Термопара 210 может содержать соединение между двумя материалами, подобранными для обеспечения зависящего от температуры напряжения между электрическими контактами 216, 218. В некоторых вариантах реализации
20 термопара 210 может содержать один или более из металла (например, платины, золота, иридия, палладия и т.д.) или сплава (например, никелевого сплава, медного сплава, родиевого сплава, рениевого сплава, железного сплава, молибденового сплава и т.д.). Термопара 210 может быть, например, любой доступной в продаже стандартной термопарой, такой как термопара типа Е (т.е.
25 хромель и константан); термопара типа J (т.е. железо и константан); термопара типа К (т.е. хромель и алюминий); термопара типа М (т.е. нихросил и нисил); термопара типа Т (т.е. медь и константан); термопара типа В, R или S (т.е. платиново-родиевые сплавы); термопара типа С, D или G (т.е. вольфрамово-рениевые сплавы); термопара типа Р (т.е. сплавы палладия-золота-платины); и
30 т.д.
Материал 212 основы может представлять собой полимерный материал, такой как поли-(1_)-молочная кислота, которая может упоминаться в данной области техники как PLLA. PLLA представляет собой прозрачный, недорогой в производстве полимер, получаемый из возобновляемых природных источников 35 (например, крахмал- или сахаросодержащих сельскохозяйственных продуктов),
который является биоразлагаемым и биосовместимым. Кроме того, PLLA можно солюбилизировать в хлороформе для обеспечения возможности ее нанесения на термопару 210. Можно выбрать другой материал 212 основы вместо PLLA, в зависимости от требуемых свойств. В некоторых вариантах реализации материал 5 212 основы может содержать полиуретан, полимолочную кислоту, поликапролактон, поли(молочную-со-гликолевую кислоту), поли(0^-лактид-со-гликолид) или другой выбранный полимер. Материал 212 основы может быть в форме тонкого, гладкого и однородного покрытия поверх термопары 210. Однородность материала 212 основы может обеспечивать получение
10 воспроизводимых результатов в устройстве 200. Толщина материала 212 основы может варьироваться пропорционально сопротивлению теплопередаче материала 212 для движения теплового потока в сторону к или от термопары 210. Таким образом, более тонкий материал 212 основы может быть преимущественным для применений, в которых необходим быстрый отклик, или в
15 случае небольших температурных дифференциалов.
Можно выбрать эластичный материал 212 основы, так чтобы устройство 200 могло быть гибким для обеспечения возможности сгибания термопары 210 без разрушения материала 212 основы. Это может обеспечивать возможность использования устройства 200 для тех применений, где необходима работа в узких
20 просветах или изгибах (например, in vivo применение в катетерах).
Аналитический полимер 214 может находиться на поверхности материала 212 основы. В некоторых вариантах реализации аналитический полимер 214 может быть напрямую связан с поверхностью термопары 210, и материал 212 основы может отсутствовать. То есть аналитический полимер 214 может находиться поверх и в
25 непосредственном контакте с термопарой 210. Как правило, аналитический полимер 214 может окружать термопару 210. Аналитический полимер 214 может содержать материал, теплофизическое свойство которого варьируется в зависимости от количества аналита, связанного с ним. Например, теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость или другое свойство аналитического
30 полимера 214 может варьироваться в зависимости от концентрации аналита на его поверхности.
В некоторых вариантах реализации аналитический полимер 214 может содержать импринтированный полимер, такой как полимер с молекулярными отпечатками (MIP) или полимер с отпечатками на поверхности (SIP). MIP и SIP также 35 могут упоминаться в данной области техники как "пластиковые" антитела. MIP
обычно обладают высокой аффинностью к специфическому партнеру по связыванию, так что при приведении MIP в контакт с такими партнерами по связыванию указанные молекулы связываются с Ml P. MIP представляют собой синтетические рецепторы, которые содержат нанополости с высокой 5 аффинностью к их соответствующим молекулам-мишеням. Импринтинг (т.е. формирование нанополостей) зачастую является частью процесса полимеризации. MIP могут специфически связывать мишени, варьирующиеся от небольших ионов до крупных клеток в комплексных матрицах. Связывание молекул с MIP может изменять некоторые свойства MIP, такие как термические
10 свойства, механические свойства, электрические свойства и т.д. Таким образом, MIP можно использовать для обнаружения таких молекул в относительно низких концентрациях. Например, MIP описаны в публикации заявки на патент США 2009/0281272 А1 "Monodisperse Molecularly Imprinted Polymer Beads", опубликоанной 12 ноября 2009 года, полное описание которой включено в
15 настоящий документ посредством ссылки.
Таким же образом, SIP обычно обладают высокой аффинностью к специфическим партнерам по связыванию, но обычно могут связываться с относительно более крупными объектами (например, клетками, бактериями и т.д.), которые не могут быстро диффундировать через поры MIP. SIP могут представлять
20 собой полимерные материалы, сформированные на поверхности, а затем, после полимеризации, подверженные импринтингу посредством размягчения полимера.
При приведении устройства 200 в контакт с жидкостью, содержащей аналит, часть аналита может связываться с аналитическим полимером 214, изменяя его теплофизическое свойство.
25 В некоторых вариантах реализации аналитический полимер 214 может
включать ДНК, РНК, белки или их части, или аналоги (например, антитела). Например, устройство 200 может содержать материал 212 основы (например, алмазную поверхность), функционализированную аналитическим полимером 214, таким как ДНК, РНК, белок, полипептид, полимер нуклеиновой кислоты, зонд или их
30 часть, или аналог (например, комплементарная ДНК). Аналитический полимер 214 может быть выполнен с возможностью наличия высокой аффинности к специфическому партнеру по связыванию, так что при приведении в контакт таких партнеров по связыванию с поверхностью термопары 210 указанные молекулы связываются с аналитическим полимером 214. В некоторых вариантах реализации
аналитический полимер 214 может содержать по меньшей мере примерно семь (7) повторяющихся звеньев, например, десять (10) повторяющихся звеньев или более.
В некоторых вариантах реализации устройство 200 может содержать процессор 223, приведенный в электрический контакт с термопарой 210 и 5 запрограммированный на расчет количества аналита, связанного с аналитическим полимером 214. Процессор 223 может рассчитывать концентрацию аналита в жидкости, приведенной в контакт с устройством 200, по меньшей мере отчасти на основании количества аналита, связанного с аналитическим полимером 214. Например, процессор 223 может рассчитывать количество аналита способом,
10 описанным в публикации заявки на патент США 2014/0011198 А1 "Heat-Transfer Resistance Based Analysis Bioparticles", опубликованной 9 января 2014 года; или в публикации заявки на патент США 2014/0242605 А1 "Heat-Transfer Resistance Based Analysis of Bioparticles", опубликованной 28 августа 2014 года, полное содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством
15 ссылки. В некоторых вариантах реализации процессор 223 можно использовать для обнаружения сдвига по фазе между тепловой волной у радиатора процессора или исходящей из него и ослабленной тепловой волной у термопары 210. Затем процессор 223 может рассчитывать концентрацию аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании разницы амплитуды между тепловой волной у радиатора
20 процессора и ослабленной тепловой волной у термопары 210.
На фиг. 2А - 2С показано, как можно использовать устройство 200, представленное на фиг. 1, для обнаружения аналита 132 в жидкости 124. Жидкость 124 можно пропускать вблизи с термопарой 210. Жидкость 124 может содержать аналит 132, который специфически связывается с аналитическим полимером 214 и
25 изменяет его термические свойства, как описано выше. Радиатор 230 процессора может обеспечивать подачу тепла в жидкость 124. Несмотря на то, что радиатор 230 для простоты упомянут как "радиатор", он может быть выполнен с возможностью подвода тепла или отвода тепла из жидкости 124 и, следовательно, также может быть описан как теплопередающий элемент 230. Радиатор или
30 теплопередающий элемент 230 может представлять собой материал, обладающий высокой теплопроводностью, такой как переходный металл (например, медь, серебро и т.д.) или их сплав, или смесь. Радиатор 230 может быть термически связан с температурным датчиком 232 (например, термопарой или другим устройством), выполненным с возможностью определения температуры
35 радиатора 230, и с устройством 234 модификации температуры, выполненным с
возможностью поддержания температуры радиатора 230. Если известны свойства радиатора 230 (например, если хорошо описана взаимосвязь между контрольным сигналом, подаваемым в указанное устройство 234 модификации, и температурой радиатора 230), то температурный датчик 232 может отсутствовать. В некоторых 5 вариантах реализации температурный датчик 232 может быть интегральным с устройством 234 модификации температуры. Например, можно измерять сопротивление самого устройства 234 модификации температуры для определения его температуры. Устройство 234 модификации температуры может содержать, например, термоэлектрическое устройство, теплообменник, вентилятор,
10 резистивный нагреватель и т.д. Температурный датчик 232 может представлять собой резистор, имеющий сопротивление, изменяющееся в зависимости от температуры. Температура жидкости 124 может отличаться от температуры радиатора 230 и по меньшей мере отчасти может варьироваться в зависимости от наличия или отсутствия аналита 132 и его концентрации в жидкости.
15 Температурный датчик 232 и устройство 234 модификации температуры
могут быть подключены к процессору 236, запрограммированному на управление устройством 234 модификации температуры так, чтобы радиатор 230 вырабатывал тепловую волну, исходящую из радиатора 230 и проходящую через жидкость 124 к термопаре 210. Например, процессор 236 может представлять собой компьютер,
20 содержащий плату ввода-вывода, выполненную с возможностью приема и выдачи электрических сигналов, или любой другой подходящий контроллер. Процессор 236 может представлять собой пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) контроллер, который может изменять температуру контроллера 230 на небольшое значение в относительно небольшом временном масштабе. Например,
25 процессор 236 может быть запрограммирован на изменение температуры радиатора 230 на примерно 0,5 °С или менее, примерно 0,2 °С или менее или даже примерно 0,05 °С или менее. Таким образом, тепловая волна может иметь амплитуду примерно 1,0 °С или менее, примерно 0,04 °С или менее или даже примерно 0,10 °С или менее. Процессор 236 может быть пригодным для изменения
30 температуры радиатора 230 с помощью устройства 234 модификации температуры с одного заданного значения на другое и обратно, с образованием тепловой волны, имеющей частоту от примерно 0,001 до примерно 0,5 Гц, например, от примерно 0,005 до примерно 0,1 Гц или от примерно 0,01 до примерно 0,05 Гц. В некоторых вариантах реализации процессор 236, устройство
35 234 модификации температуры и радиатор 230 вместе могут вырабатывать
тепловую волну с переменной частотой. На основании данных, получаемых от температурного датчика 232 (при его наличии), известных параметров, введенных в устройство 234 модификации температуры, или иным путем можно определить свойства тепловой волны (например, фазу, амплитуду, частоту в определенный 5 момент времени, скорость изменения частоты и т.д.).
Как показано на фиг. 2А, жидкость 124 может по существу не содержать рассматриваемый аналит 132 в один момент времени, и аналитический полимер 214 также может по существу не содержать указанный аналит 132 в данный момент времени. Таким образом, передача теплоты (показанной стрелками на фиг. 2А)
10 может происходить от радиатора 230 через жидкость 124 к термопаре 210 и вдоль термопары 210 со скоростью, связанной с теплофизическими свойствами аналитического полимера 214, не связанного с аналитом 132 (поскольку сама термопара 210 может обеспечивать минимальное сопротивление теплопередаче).
В другой момент времени, изображенный на фиг. 2В, жидкость 124 может
15 иметь ненулевую концентрацию аналита 132, и часть аналита 132 может связываться с аналитическим полимером 214. Таким образом, может происходить передача теплоты от радиатора 230 через жидкость 124 к термопаре 210 со скоростью, отличной от скорости, представленной на фиг. 2А (как показано стрелками на фиг. 2В). В еще один момент времени, изображенный на фиг. 2С,
20 жидкость 124 может иметь более высокую концентрацию аналита 132, чем показано на фиг. 2В, и большее количество аналита 132 может связываться с аналитическим полимером 214. Таким образом, может происходить передача теплоты от радиатора 230 через жидкость 124 к термопаре 210 со скоростью, отличной от скорости, представленной на фиг. 2А и 2В. Например, увеличение количества аналита 132,
25 связанного с аналитическим полимером 214, может снижать скорость теплопередачи через аналитический полимер 214 к термопаре 210.
Концентрацию аналита 132 в жидкости 124 можно рассчитать по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера 214 (которое может быть определено на основании, например, количества теплоты,
30 переданной к термопаре 210, в зависимости от времени).
Для сравнения, на фиг. ЗА - ЗС показано, как термопара 210', содержащая полимер 214', который не имеет сродства к аналиту 132 (например, не является полимером с молекулярными отпечатками), может работать в таких же условиях, как показано на фиг. 2А - 2С. На фиг. ЗА показано, что жидкость 124 может по существу
35 не содержать рассматриваемый аналит 132 в один момент времени, и полимер 214'
также может по существу не содержать указанный аналит 132 в данный момент времени. В другой момент времени, представленный на фиг. ЗВ, жидкость 124 может иметь ненулевую концентрацию аналита 132, но аналит 132 не может связываться с полимером 214' в заметном количестве. Таким образом, передача теплоты 5 (показанной стрелками на фиг. ЗА) может происходить от радиатора 230 через жидкость 124 к термопаре 210 с такой же скоростью, как показано на фиг. ЗА. В еще один момент времени, представленный на фиг. ЗС, жидкость 124 может иметь более высокую концентрацию аналита 132, чем показано на фиг. ЗВ, но аналит 132 все еще не может связываться с полимером 214' в заметном количестве. Некоторая
10 часть аналита 132 может связываться с полимером 214', в частности, в случае высоких концентраций аналита 132 в жидкости 124, но количество связанного аналита 132 может быть гораздо меньше, чем количество, связанное с аналитическим полимером 214 (фиг. 2С) при равных концентрациях. Передача теплоты может происходить от радиатора 230 через жидкость 124 к термопаре 210'
15 с по существу одинаковой скоростью, независимо от концентрации аналита 132 в жидкости 124.
Как показано на фиг. 2А - 2С, процессор 236 (который может представлять собой или содержать процессор 223, представленный на фиг. 1, или который может сообщаться по электронной связи с процессором 223) может быть запрограммирован
20 на расчет концентрации аналита 132 в жидкости 124 по меньшей мере отчасти на основании тепловой волны, проходящей через жидкость 124. Например, радиатор 230 может вызывать изменение температуры жидкости 124 и может генерировать тепловую волну через жидкость 124. Процессор 236 может определять разность амплитуды и/или фазы между тепловой волной, создаваемой радиатором 230, и
25 ослабленной тепловой волной у термопары 210. Разность амплитуды и/или фазы можно использовать для определения количества аналита 132, связанного с аналитическим полимером 214, которое, в свою очередь, можно использовать для определения концентрации аналита 132 в жидкости 124.
В некоторых вариантах реализации процессор 236 может осуществлять
30 изменение частоты тепловой волны, создаваемой радиатором 230. Затем процессор 236 может определять сдвиг по фазе между тепловой волной, созданной радиатором 230, и ослабленной тепловой волной в жидкости 124 после прохождения тепловой волны через аналитический полимер 214 и материал 212 основы к термопаре 210. На фиг. 4 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая то, как
35 тепловая волна может проходить внутрь и внутри устройства 200,
представленного на фиг. 1. На фиг. 4 представлены некоторые компоненты, изображенные на фиг. 1 и 2А - 2С, но они изображены отдельно, чтобы показать тепловые волны, проходящие через указанные компоненты и между ними. В частности, на фиг. 4 показан радиатор 230, термически соединенный с 5 устройством 234 модификации температуры и температурным датчиком 232, которые подключены к процессору 236.
Радиатор 230 может создавать тепловую волну 202 и передавать тепловую волну 202 в жидкость 124 в сторону аналитического полимера 214 на термопаре 210. Например, если радиатор 230 изначально поддерживают при постоянной
10 температуре 37 °С, то тепловая волна 202 может быть получена нагреванием радиатора 230 до температуры 37,1 °С с последующим охлаждением радиатора 230 до температуры 36,9 °С. Нагревание и охлаждение радиатора 230, управляемое устройством 234 модификации температуры, может вызывать соответствующее нагревание и охлаждение аналитического полимера 214 и термопары 210. Тепловая
15 волна 202 может иметь амплитуду си и частоту q> i. Амплитуда си и/или частота ф1 могут варьироваться в зависимости от времени. Например, тепловая волна 202 может иметь непрерывно изменяющуюся частоту q> i.
Как описано выше, наличие или отсутствие аналита 132 на аналитическом полимере 214 может приводить к изменению теплопроводности,
20 температуропроводности, теплоемкости или другого аналитического свойства полимера 214. Аналитический полимер 214 может содержать полости, специально подобранные для взаимодействия с по меньшей мере частью аналита 132. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, указанные полости могут быть выполнены с возможностью специфического связывания аналита 132. Таким
25 образом, аналитический полимер 214 может принимать частицы или молекулы аналита 132 из жидкости 124 в некоторых таких полостях, в зависимости от концентрации аналита 132 в жидкости 124. Жидкость 124 и аналитический полимер 214 могут достигать равновесия при данной температуре, так что аналит 132 связывается и отделяется от аналитического полимера 214 с равными скоростями.
30 Тепловые свойства аналитического полимера 214 могут отчасти зависеть от доли полостей, связанных с частицами или молекулами аналита 132.
Аналитический полимер 214 и/или аналит 132 на нем могут изменять тепловую волну 202, проходящую через них, с образованием ослабленной тепловой волны 204. Ослабленную тепловую волну 204 можно обнаруживать с
35 помощью термопары 210 и записывать с помощью процессора 236. Ослабленная
тепловая волна 204 может иметь амплитуду аг и частоту фг, которые могут отличаться от амплитуды си и частоты ф1 тепловой волны 202. Разность амплитуд си, аг и/или частот q> i, фг может коррелировать с количеством аналита 132, связанного с аналитическим полимером 214, и, следовательно, с концентрацией 5 аналита 132 в жидкости 124. Измерение разности амплитуд си, аг и/или частот ф1, фг может обеспечивать возможность обнаружения устройством 200 относительно меньших количеств аналита 132, связанного с аналитическим полимером 210 (что соответствует более низким концентрациям аналита 132 в жидкости 124), по сравнению со способами измерения температуры термопары 210 в равновесном 10 состоянии.
Как показано на фиг. 1, для получения устройства 200, на термопару 210 можно наносить материал 212 основы в виде покрытия. Например, на термопару 210 можно наносить материал 212 основы в виде покрытия посредством погружения части термопары 210 в жидкость, содержащую материал 212 основы
15 или его предшественник. Нанесение покрытия погружением можно эффективно осуществлять и масштабировать с получением промышленных количеств, с относительно высокой однородностью по сравнению с другими способами. Покрытие проводов погружением описано, например, в патенте США 4924037 "Electrical Cable", выданном 8 мая 1990 года, полное описание которого включено
20 в настоящий документ посредством ссылки. При нанесении покрытия погружением можно получать относительно тонкий слой материала 212 основы, так что материал 212 основы имеет относительно низкое собственное термическое сопротивление, чем более толстые слои полимера. Например, материал 212 основы может иметь толщину от примерно 0,01 мм до примерно 1 мм, например,
25 от примерно 0,05 мм до примерно 0,5 мм.
Термопару можно покрывать аналитическим полимером 214, как поверх и в сцеплении с материалом 212 основы (например, наносить непосредственно на поверхность материала 212 основы или другой материал, находящийся на поверхности материала 212 основы), так и непосредственно на поверхность
30 термопары 210. В некоторых вариантах реализации термопару 210 вместе с материалом 212 основы, нанесенным на нее, можно нагревать для размягчения материала 212 основы. Например, материал 212 основы можно нагревать до температуры выше температуры его стеклования (Тд). Затем термопару 210 и покрытие из материала 212 основы можно обкатывать в порошке аналитического
35 буфера 214 для прикрепления аналитического полимера 214 к материалу 212
основы. Затем материал 212 основы можно охлаждать для удерживания частиц аналитического буфера 214, например, посредством охлаждения материала 212 основы до температуры ниже Тд. Можно выдерживать относительно небольшой интервал времени между прикреплением частиц аналитического полимера 214 и 5 охлаждением материала 212 основы, чтобы частицы аналитического полимера 214 могли стать надежно внедренными в материал 212 основы, не покрываясь полимером 212. Например, термопару 210 можно поместить в холодильник для охлаждения материала 212 основы в течение периода времени от примерно 1 секунды до примерно 60 секунд после нанесения покрытия из аналитического
10 полимера 214. Термопару 210 можно оставлять в холодильнике до перехода материала 212 основы в твердую фазу (например, кристаллическую фазу). Например, термопару 210 можно оставлять в холодильнике в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 20 минут. После охлаждения термопару 210 можно промывать в жидкости (например, в воде, спирте и т.д.) для
15 удаления слабо прикрепленных или отделившихся частиц аналитического полимера 214 от поверхности материала 212 основы.
Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, понятно, что при температуре выше Тд полимеры размягчаются и пластифицируются, что означает, что время, в течение которого термопара 210 находилась при температуре выше Тд,
20 может обеспечивать возможность погружения или иного связывания частиц аналитического полимера 214 с материалом 212 основы.
Процессор 236 (например, PID контроллер) может быть электрически подключен к устройству 234 модификации температуры для подачи энергии, достаточной для управления температурой радиатора 230 и для того, чтобы
25 устройство 234 модификации температуры изменяло температуру радиатора 230 с образованием тепловой волны 202 (фиг. 4).
Термопара 210 может быть расположена в потоке жидкости 124, подлежащей измерению. Радиатор 230 может быть закреплен на патрубке, через который проходит жидкость 124, или может быть расположен в потоке жидкости
30 124. Процессор 236 может быть выполнен с возможностью непрерывного определения температуры термопары 210 и температурного датчика 232, а также расчета концентрации аналита 132 в жидкости 124 по меньшей мере отчасти на основании сдвига по фазе между тепловой волной 202 (фиг. 4), созданной радиатором 230, и ослабленной тепловой волной 204 (фиг. 4) у термопары 210.
Изображенное и описанное устройство 200 может быть выполнено с возможностью обнаружения любого из широкого спектра выбранных аналитов 132. Например, устройство 200 можно использовать для обнаружения, определения или количественного определения биологических аналитов или других химических 5 веществ в жидкости 124. Аналит 132 может представлять собой газ, жидкость или твердое вещество, растворенное или иным образом смешанное с жидкостью 124. Например, устройство 200 можно использовать для обнаружения, определения, количественного анализа аналитов, антител, антигенов, нуклеиновых кислот (например, ДНК, РНК и т.д.), включая нуклеиновые кислоты с определенной
10 последовательностью (например, SNP), белков, низкомолекулярных соединений (например, дофамина, гистамина и т.д.) или других веществ. В некоторых вариантах реализации устройство 200 можно использовать для обнаружения гистамина, дофамина, серотонина, адреналина, метилфенидата и т.д.
Один из многих преимущественных признаков способов молекулярного
15 импринтинга, описанных в настоящем документе, заключается в том, что указанные способы можно применять в отношении широкого ряда аналитов. Импринтинг низкомолекулярных органических соединений (например, фармацевтических препаратов, пестицидов, аминокислот и пептидов, нуклеотидных оснований, стероидов, Сахаров и т.д.) описан, например, в
20 публикациях К. Haupt and К. Mosbach, "Molecularly Imprinted Polymers and Their Use in Biomimetic Sensors", Chem. Rev. 100, 2495-2504 (2000); и G. Mustafa and P. Lieberzeit, "MIP Sensors on the Way to Real-World Applications", в Springer Series on Chemical Sensors and Biosensors, том 12, cc. 167-187 (Springer, 2012). Немного более крупные органические соединения (например, пептиды) также можно
25 подвергать импринтингу с применением аналогичных подходов. Протоколы импринтинга более крупных структур, таких как белки, клетки и минеральные кристаллы, предложены, например, в публикациях М. Kempe, М. Glad, and К. Mosbach, "An Approach Towards Surface Imprinting Using the Enzyme Ribonuclease A", J. Molecular Recognition, 8, 35-39 (1995); S. Hjerten et al., "Gels Mimicking
30 Antibodies in Their Selective Recognition of Proteins", Chromatographia 44, 227-234 (1997); H. Shi et al., "Template-Imprinted Nanostructured Surfaces for Protein Recognition", Nature 398, 593-597 (1999); A. Aherne et al. "Bacteria-Mediated Lithography of Polymer Surfaces", J. Am. Chem. Soc. 118, 8771-8772 (1996); и S. M. D'Souza, etai, "Directed Nucleation of Calcite at a Crystal-Imprinted Polymer Surface",
35 Nature 398, 312-316 (1999). Молекулярный импринтинг как мостик для
усовершенствованной доставки лекарств описан в публикации В. Sellergren and С. Allender, "Molecularly Imprinted Polymers: A Bridge to Advanced Drug Delivery", Advanced Drug Delivery Reviews 57, 1733-1741 (2005). Полное описание каждого документа, цитированного в данном абзаце, включено в настоящий документ 5 посредством ссылки.
Для обнаружения аналита 132 жидкость 124, содержащую аналит 132, можно пропускать через патрубок, расположенный вблизи аналитического полимера 214 на термопаре 210. Частицы или молекулы аналита 132 связываются с аналитическим полимером 214, изменяя одно или более термических свойств аналитического
10 полимера 214. В ходе определения жидкость 124 может непрерывно течь вблизи аналитического полимера 214, или ее поток может прекращаться до начала обнаружения. Тепловая волна 202 (фиг. 4) и ослабленная тепловая волна 204 могут проходить через жидкость 124, независимо от того, является ли жидкость 124 движущейся или неподвижной. Термические свойства жидкости 124 могут
15 отличаться для движущейся и неподвижной жидкости 124, но могут быть определены на основании свойств потока. В некоторых вариантах реализации жидкость 124 можно доводить до экспериментальной температуры до обнаружения аналита 132. Как описано выше, аналитический полимер 214 может представлять собой полимер с молекулярными отпечатками, составленный для связывания
20 конкретного рассматриваемого аналита 132.
Тепловая волна 202 (фиг. 4), обеспечиваемая регулируемым радиатором 230, проходит к термопаре 210 через аналитический полимер 214. Процессор 236 (например, PID контроллер) может изменять температуру радиатора 230 через устройство 234 модификации температуры, например, посредством повышения
25 температуры и понижения температуры радиатора 230 на заранее выбранное значение и с заранее выбранной частотой. Изменение температуры радиатора 230 может быть достаточно небольшим, чтобы такое изменение не оказывало существенного влияния на другие измерения, которые можно проводить одновременно. Например, можно измерять среднюю температуру жидкости 124,
30 несмотря даже на то, что температура радиатора 230 варьируется, при условии, что временной интервал измерения средней температуры больше, чем частота изменения, и/или степень изменения температуры является небольшой по сравнению с изменением температуры, вызванным взаимодействием аналита 132 с аналитическим полимером 214. В некоторых вариантах реализации радиатор 230
35 может генерировать тепловую волну 202, имеющую частоту от примерно 0,001 до
примерно 0,5 Гц, например, от примерно 0,005 до примерно 0,1 Гц, или от примерно 0,01 до примерно 0,05 Гц. Кроме того, частоту тепловой волны 202 можно изменять в ходе испытания (например, частоту можно непрерывно изменять от низкой частоты до высокой частоты или наоборот). Тепловая волна 202 может иметь 5 амплитуду примерно 1,0 °С или менее, примерно 0,04 °С или менее или даже примерно 0,10 °С или менее.
Можно проверять температуру термопары 210 и сравнивать результат с температурой радиатора 230 (измеренной у термопары 232).
Концентрацию аналита 132 в жидкости 124 можно рассчитывать по
10 меньшей мере отчасти на основании сдвига по фазе между тепловой волной 202, созданной радиатором 230, и ослабленной тепловой волной 204 у термопары 210. Сравнение тепловой волны 202 и ослабленной тепловой волны 204 можно осуществлять с помощью процессора 236 на основании откликов жидкостей с известной концентрацией. В некоторых вариантах реализации сравнение тепловой
15 волны 202 с ослабленной тепловой волной 204 может быть по меньшей мере отчасти основано на амплитудах, сдвиге по фазе или другом свойстве.
Измерение тепловой волны обеспечивает возможность измерения сопротивления теплопередаче без существенного изменения общей температуры аналитического полимера 214. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией,
20 такое измерение, по всей видимости, является термическим аналогом измерению емкости или индуктивности, используемому в области электроники. Например, измерение сопротивления раскрывает некоторую информацию об электронном устройстве или материале, а измерение емкости или импенданса выявляет дополнительную информацию, например, о том, как устройство или материал
25 реагирует на нагрузку. Таким же образом, измерение сопротивления теплопередаче способами, описанными в настоящем документе, может раскрывать дополнительную информацию, которую нельзя получить измерением равновесной разницы температур.
Например, при использовании тепловой волны доступна информация
30 различных типов в форме изменения амплитуды, частоты и/или фазы ослабленной тепловой волны при связывании мишени с рецептором. Сдвиг по фазе может варьироваться в зависимости от частоты на входе. Количество информации, обеспечиваемой тепловой волной, больше, чем в случае равновесного анализа, и такая информация обеспечивает возможность
35 обнаружения или дифференцирования более широкого ряда материалов.
Кроме того, и снова не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, увеличение тепловой массы аналитического полимера 214 может происходить при связывании аналита 132 на его рецепторе (т.е. в полостях, находящихся в нем). До связывания аналита 132 указанные полости могут быть заполнены жидкостью. При 5 связывании аналита 132 в его рецепторе аналит 132 может вытеснять жидкость, что приводит к увеличению тепловой массы всей термопары 210 с покрытием.
ПРИМЕРЫ
Пример 1: Получение MIP, содержащего шаблон для обнаружения дофамина.
10 Диметакрилат этиленгликоля (EGDM), метакриловую кислоту (МАА),
гидрохлоридную соль дофамина (99%) и метанол приобретали у компании Acros Organics (Лафборо, Великобритания). Перед полимеризацией удаляли стабилизаторы в МАА и EGDM посредством фильтрования через оксид алюминия. 4,4'-Азобис(4-циановалериановую кислоту) и моногидрат креатинин-сульфата
15 серотонина (98%) приобретали у компании Sigma-Aldrich (Джиллингем, Великобритания).
Смесь МАА (0,54 г, 6,6 ммоль), EGDM (2,96 г, 14,9 ммоль) и 4,4'-азобис(4-циановалериановой кислоты) (65 мг) растворяли в метаноле (3,67 мл) и воде (0,57 мл) вместе с дофамином (0,063 г, 0,33 ммоль), молекулярным шаблоном.
20 Полученную смесь дегазировали с помощью N2 и нагревали для инициации полимеризации. Для полного завершения реакции смесь выдерживали при 65 °С в течение 12 часов. После полимеризации полимерную массу измельчали и просеивали с получением микрочастиц с диаметром менее 10 мкм. Дофамин удаляли из порошка MIP посредством непрерывной экстракции с 50/50 смесью
25 метанола и воды. Через 6 часов MIP был достаточно чистым от дофамина, по данным Фурье-ИК спектроскопии на ИК-ФП приборе NICOLET(tm) 380 производства компании Thermo Scientific (Лафборо, Великобритания). Затем порошок MIP сушили в печи в течение 12 часов при 100 °С. В качестве контрольного образца синтезировали полимер без молекулярных отпечатков (NIP) таким же способом,
30 но без дофамина.
Пример 2: Испытание MIP для обнаружения дофамина
Специфичность и изотермы связывания частиц MIP и NIP определяли в оптических экспериментах повторного связывания, проводимых с помощью 35 параллельных измерений на спектрофотометре Agilent 8453, работающем в УФ
видимом диапазоне (Санта-Клара, штат Калифорния). Для экспериментов повторного связывания 20 мг порошка MIP или NIP добавляли к 5 мл водных растворов дофамина в концентрациях от 0,3 до 1,0 мМ. Полученные суспензии встряхивали в течение 12 часов на качающемся столе при комнатной температуре. 5 Затем суспензии фильтровали и определяли концентрацию свободного дофамина (Cf) с помощью УФ-видимой спектроскопии. Концентрации связанного (Sb) дофамина рассчитывали на грамм MIP и NIP и строили изотермы связывания, представленные на фиг. 5. Сглаживая изотермы связывания, определяли специфичность MIP в отношении дофаминового шаблона. Для испытания
10 селективности использовали молекулу-конкурент серотонин, поскольку ее структура очень схожа с дофамином. Для указанных экспериментов добавляли 20 мг порошка MIP к 5 мл водных растворов серотонина, и после фильтрования суспензий определяли изотермы связывания.
На фиг. 5 показано, что существует значительная разница связывания
15 между MIP и контрольным образцом, NIP. Для определения специфичности использовали коэффициент импринтинга (IF), который представляет собой количество, связанное с MIP, деленное на количество, связанное с контрольным NIP, при выбранной концентрации. Для анализа коэффициента импринтинга при определенной концентрации изотермы связывания аппроксимировали по двум
20 параметрам сглаживания следующего типа (Уравнение 1):
Уравнение 1: °Ь л W
Уравнение 1 соответствует изотерме Фрейндлиха, и его можно использовать для сглаживания изотерм связывания MIP, если принято, что распределение центров связывания и константы аффинности являются
25 гетерогенными. При Cf = 0,3 мМ значение IF составляло 3,1 ±0,1, тогда как при более высоких концентрациях получали несколько более низкие значения IF (~2,5) вследствие насыщения центров связывания. Полученные результаты были сопоставимы с другими дофаминовыми MIP, описанными в литературе. Отклик MIP на конкурирующий серотонин существенно не отличался от эталонного
30 образца, что свидетельствует о селективности системы.
Пример 3: Получение термопар, покрытых MlР
PLLA смешивали с хлороформом при 60 °С с водяным обратным холодильником в течение 120 минут для обеспечения растворения PLLA с
незначительной потерей хлороформа. Концентрация полученного раствора составляла 200 мкг/мл.
Термопары типа К с минеральной изоляцией, имеющие диаметр 0,5 мм и длину 30 см, приобретали у компании ТС Direct, Недерверт, Нидерланды. 5 Термопары погружали в раствор PLLA-хлорформа на 10 секунд и вынимали со скоростью 0,39 см/мин. Хлороформ испарялся, оставляя на термопарах покрытие из PLLA толщиной примерно 0,09 мм (90 мкм).
Термопары с PLLA покрытием нагревали до температуры стеклования полимера PLLA, от 65 °С до 75 °С. Термопары вручную обкатывали в порошке MIP 10 или NIP, полученным в примере 1. Затем термопары с покрытием помещали в холодильник при 4 °С примерно на 5 минут для обеспечения обратного перехода полимера PLLA в кристаллическое состояние. Затем термопары промывали изопропанолом, чтобы смыть слабо прикрепленные или избыточные частицы MIP или NIP и оставить прочно прикрепленные частицы MIP или NIP.
Пример 4: Способ на основе теплопередачи для обнаружения дофамина с помощью термопар, покрытых MIP
1х фосфатно-солевой буферный раствор (PBS) получали из таблеток Dulbecco, приобретенных у компании Oxoid Limited (Бейзингсток, Великобритания).
20 Термопары, покрытые MIP и покрытые NIP, последовательно помещали в проточную ячейку с фиксированными концентрациями дофамина в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS). В восходящей последовательности закачивали растворы дофамина в концентрациях 0,5 мкМ, 1 мкМ, 2 мкМ, 5 мкМ, 10 мкМ, 15 мкМ, 20 мкМ, 25 мкМ и 50 мкМ. Прежде всего, проточную ячейку промывали
25 PBS и оставляли по меньшей мере на 45 минут для стабилизации температуры. Затем за 12 минут добавляли 3 мл наименьшей концентрации (0,5 мкМ), с постоянной скоростью 0,25 мл/мин. Перед добавлением следующей концентрации проточную ячейку оставляли уравновешиваться на 30 минут. Таким образом, для каждого измерения сохраняли последовательность из 12 минут добавления с
30 постоянной скоростью закачивания и 30 минут стабилизации. Медный нагревательный элемент, расположенный в проточной ячейке и приведенный в контакт с указанным раствором, поддерживали при 37 °С посредством контролирования напряжения на резисторе, приведенном в термический контакт с медным нагревательным элементом. Изменение напряжения, необходимое для
35 поддержания температуры, записывали и отображали на фиг. 6А.
Как показано на фиг. 6В, увеличение концентраций дофамина соответствует увеличению температуры термопары с покрытием MIP (Тг MIP). Кроме того, напряжение, необходимое для поддержания медного элемента при 37 °С (В MIP), уменьшалось одновременно с увеличением концентрации дофамина. 5 При поддержании медного нагревательного элемента при температуре 37 °С, буферный раствор в проточной ячейке имел температуру примерно 32,5 °С, и рецепторные центры на MIP покрытии были не занятыми. На фиг. 6В показано также, что температуру термопары с покрытием NIP (Тг NIP) поддерживали постоянной в течение всего эксперимента. Кроме того, напряжение, необходимое
10 для поддержания медного элемента при 37 °С (В NIP), не уменьшалось при увеличении концентрации дофамина. Эксперимент с MIP повторяли еще два раза для изучения воспроизводимости использованного способа прикрепления частиц и получали аналогичные результаты.
На фиг. 6А и 6В показано, что не существует значимого отклика термопары
15 с NIP покрытием в ответ на любое добавление дофамина-PBS. Это свидетельствует о том, что покрытие MIP является источником температурных изменений, наблюдаемых между термопарой с покрытием MIP и термопарой с покрытием NIP.
Температура термопар, покрытых MIP (Тг MIP) была постоянной при
20 примерно 32,5 °С для первых четырех добавлений дофамина-PBS. При добавлении 10 мкМ дофамина наблюдали существенное увеличение Тг, которое продолжалось для следующих, более высоких концентраций. Это можно объяснить изменением сопротивления теплопередаче рецепторов Ml Р. Тепловые потери происходят через не занятые рецепторы, которые, очевидно,
25 присутствовали при первых четырех добавлениях дофамина-PBS к термопарам с покрытием MIP, а также при всех добавлениях к термопарам с покрытием NIP. Когда MIP занят дофамином, по всей-видимости, образуется изоляционный слой, уменьшающий тепловые потери через термопару; таким образом, общая температура проточной ячейки увеличивается до максимума 33,5 °С при
30 концентрациях более 20 мкМ дофамина (DA). Такое увеличение температуры, измеренное термопарой с покрытием MIP, можно объяснить удерживанием тепловой энергии указанным изоляционным слоем.
Увеличение измеренной температуры (Тг) сопровождается снижением напряжения на резисторе источника питания (В MIP), что означает, что необходимо
35 меньше энергии для поддержания медного элемента при постоянной температуре
37 °С, поскольку тепловые потери из проточной ячейки уменьшаются. В то же время В NIP остается неизменным в течение всего эксперимента. Было установлено, что температура окружающей среды постоянно равна комнатной температуре, что означает, что изменение Тг нельзя отнести к изменению 5 температуры окружающей среды. Таким образом, очевидно, что увеличение Тг соответствует занятию MIP дофамином.
Кроме того, поскольку В MIP связан с изменением Тг, то можно определить концентрацию дофамина в жидкости на основании измерения только В MIP, только Тг или В MIP и Тг в комбинации.
10 На фиг. 7 представлено сравнение дозозависимых кривых для термопар,
покрытых MIP и NIP, при воздействии различных концентраций дофамина. Для MIP существует увеличение отклика при повышении концентраций дофамина. Полученные данные позволяют предположить, что предел обнаружения дофамина с помощью термопар с покрытием MIP, полученных в примере 3, может
15 составлять примерно 5 мкМ дофамина, и насыщение MIP может быть достигнуто при концентрации дофамина от примерно 20 мкМ до 25 мкМ. Термопары с покрытием NIP не демонстрируют никакого значимого отклика на увеличение концентраций дофамина.
Термопары и датчики, описанные в настоящем документе, могут
20 обеспечивать преимущества по сравнению с обычными датчиками. Например, термопары могут быть проще в изготовлении, поскольку такие способы, как нанесение покрытия погружением, можно расширять до промышленных масштабов при сохранении однородных (воспроизводимых) характеристик. Кроме того, несмотря на то, что термопара может иметь гораздо меньшую площадь
25 поверхности, чем плоская подложка, чувствительность обнаружения термопары на единицу площади поверхности может быть выше, чем чувствительность обнаружения плоских подложек. Таким образом, термопара может быть и меньшего размера, и более чувствительной. Таким образом, термопары и датчики можно использовать для микрожидкостных и in vivo испытаний, в которых
30 практически не могут быть использованы плоские подложки. Нанесение покрытия на термопары может быть относительно более простым, чем нанесение покрытия на плоские подложки благодаря необходимости использования меньшего объема жидкости.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описано в данном документе 35 со ссылкой на некоторые иллюстративные варианты реализации, специалистам в
данной области техники следует учитывать и понимать, что оно не ограничено ими. Напротив, многочисленные добавления, исключения и модификации приведенных вариантов реализации можно осуществлять без отступления от объема настоящего описания, заявленного в прилагаемой формуле изобретения, включая 5 ее законные эквиваленты. Кроме того, признаки из одного варианта реализации можно объединять с признаками другого варианта реализации без отступления от объема настоящего описания, что предусмотрено авторами данного изобретения. Кроме того, варианты реализации настоящего изобретения можно применять с другими и разнообразными устройствами и способами обнаружения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (200) для обнаружения аналита (132), содержащее:
термопару (210), покрытую аналитическим полимером (214), причем аналитический полимер составлен для связывания с аналитом, и теплофизические свойства аналитического полимера варьируются в зависимости от количества аналита, связанного с ним.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее процессор (223), электрически соединенный с термопарой, запрограммированный на расчет количества аналита, связанного с аналитическим полимером.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что процессор запрограммирован на расчет концентрации аналита в жидкости, приведенной в контакт с аналитическим полимером, по меньшей мере отчасти на основании количества аналита, связанного с аналитическим полимером.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что процессор запрограммирован на определение сдвига по фазе между тепловой волной у теплопередающего элемента и ослабленной тепловой волной у термопары.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что процессор запрограммирован на расчет концентрации аналита в жидкости, по меньшей мере отчасти на основании разности амплитуды между тепловой волной у теплопередающего элемента и ослабленной тепловой волной у термопары.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее материал (212) основы поверх термопары, причем к поверхности указанного материала основы прикреплен аналитический полимер.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналитический полимер содержит полимер с молекулярными отпечатками.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналитический полимер содержит материал, выбранный из группы, состоящей из ДНК, РНК, белков и их частей и аналогов.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналитический полимер составлен для связывания с аналитом в жидкости при приведении указанной жидкости в контакт с аналитическим полимером.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналитический полимер находится поверх термопары и приведен в контакт с ней.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аналитический полимер окружает термопару.
12. Способ получения датчика (200), включающий:
нанесение на термопару (210) покрытия из аналитического полимера (212), причем аналитический полимер составлен для связывания с аналитом (132), так что теплофизические свойства аналитического полимера варьируются в зависимости от количества аналита, связанного с ним.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что нанесение на термопару покрытия из аналитического полимера включает обеспечение полимера с молекулярными отпечатками поверх термопары и приведение его в контакт с ней.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что нанесение на термопару покрытия из аналитического полимера включает обеспечение полимера с молекулярными отпечатками, окружающего термопару.
15. Способ по п. 12, дополнительно включающий покрытие поверхности термопары материалом (212) основы, и при этом покрытие термопары аналитическим полимером включает скрепление аналитического полимера с материалом основы.
13.
16. Способ по п. 15, дополнительно включающий нагревание материала основы до температуры его стеклования перед скреплением аналитического полимера с материалом основы.
17. Способ по п. 16, дополнительно включающий охлаждение материала основы ниже температуры его стеклования для кристаллизации материала основы и удерживания на нем по меньшей мере части аналитического полимера.
18. Способ по п. 17, дополнительно включающий промывание термопары для удаления не удерживаемой части аналитического полимера с поверхности материала основы.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что скрепление аналитического полимера с материалом основы включает прокатывание термопары в порошке, содержащем аналитический полимер, после достижения температуры стеклования материала основы.
20. Способ обнаружения аналита, включающий:
пропускание жидкости (124), содержащей аналит (132), вблизи и в контакте с термопарой (210), покрытой аналитическим полимером (214), причем теплофизическое свойство аналитического полимера подобрано так, что оно изменяется в зависимости от количества аналита, связанного с ним;
связывание аналита с аналитическим полимером;
определение температуры термопары; и
расчет концентрации аналита в жидкости по меньшей мере отчасти на основании теплофизического свойства аналитического полимера.
21. Способ по п. 20, дополнительно включающий обеспечение тепловой волны, обеспечивающей изменение температуры жидкости.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что расчет концентрации аналита в жидкости включает определение разности амплитуды между тепловой волной на поверхности раздела между жидкостью и аналитическим полимером и ослабленной тепловой волной у термопары.
21.
Способ по п. 20, отличающийся тем, что расчет концентрации аналита в жидкости включает расчет концентрации биологического аналита в жидкости.
132
132
132
80 Ч ¦ MfP-дофамин: дофамин-мишень ? NIP-дофамин: дофамин-мишень 70Ч " ШР-дофамин: серотонин-мишень
60-
0.0
0.2 0.4 0.6
Концентрация (мМ)
Фиг. 5
0.8
В MIP
В NIP
fcq
PBS 0,5лжМ 7лжМ 2лжМ SMKM WMKM 15MKM 20MKM 25MKM SOMKMPBS
5000
10000 15000 20000 25000
Время (с)
Фиг. 6A
Т2М1Р
34-
T2NIP
PBS 0,5мкМ 1мкМ 2мкМ 5мнМ ЮмкМ 15мкМ 20мкМ 25мкМ 50мкМ PBS
5000
10000
15000
20000
л л
25000
Время (с)
ФИГ. 6В
(19)
(19)
(19)
1/7
1/7
2/7
2/7
Фиг. 2С
Фиг. 2С
3/7
3/7
Фиг. ЗС
Фиг. ЗС
Фиг. 4
Фиг. 4
5/7
6/7
5/7
6/7
5/7
6/7
5/7
6/7