用于提供靶标定量信息的方法和使用该方法的装置制造方法及图纸

提供了一种用于提供靶标定量信息的方法和根据本公开的示例性实施方案使用该方法的装置。根据本公开示例性实施方案的用于提供靶标定量信息的方法包括使多个微滴流动进入包括检测区域的腔室或通道，使得包含靶标的多个微滴作为单层存在；获取微滴的单个层，其中多个微滴作为单层存在；以及基于微滴的单层图像提供靶标的定量数据；并且检测区域的高度为多个微滴的直径的一倍至约两倍并且被定义为多个微滴分散成多个列以填充检测区域的区域。个微滴分散成多个列以填充检测区域的区域。个微滴分散成多个列以填充检测区域的区域。

【技术实现步骤摘要】
用于提供靶标定量信息的方法和使用该方法的装置
相关申请的交叉引用本申请要求于2021年11月18日向韩国知识产权局提交的韩国专 利申请号10
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2021
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0159529的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过 引用并入本文。


[0001]本公开涉及一种用于提供靶标定量信息的方法和使用该方法的 装置。

技术介绍

[0002]数字测定是指将靶标分割成数千个微结构，根据靶标的存在/ 不存在检查信号，然后使用泊松过程量化信号的方法。这种数字测定 具有比其他分析方法更高的准确度和灵敏度并且无需标准样本即可实 现绝对定量的优点。
[0003]数字测定方法的示例包括数字聚合酶链反应(数字PCR)、数字 酶联免疫吸附测定(数字ELISA)、数字邻位连接测定(数字PLA)和数字 环介导的等温扩增测定(数字LAMP)，并且这些数字测定方法已应用于 各种诊断。
[0004]例如，数字PCR被广泛用于生命科学、基因工程和医学领域 中的研究开发或诊断的目的。
[0005]具体地，PCR是一种从分离的生物样本中复制DNA的分子生 物学技术，通常可用于各种任务，如传染病的诊断、遗传性疾病的检 测、基因指纹的识别、基因克隆、亲子鉴定、基因分型鉴定、基因测 序测试和DNA计算。
[0006]具体地，数字聚合酶链反应(dPCR)技术是一种将现有样本分 割成具有纳升体积的微滴并观察其中靶标的荧光变化的基因检测方 法。这种数字PCR具有非常高的灵敏度并且实现绝对定量分析，从而 其在基因分析、生物标志物开发和基因测序中具有很高的适用性。
[0007]同时，在包括数字PCR的一些数字测定技术中，通过读取器 的微滴之间的间隔的配置和程序对于避免诸如光检测中的光学相干性 之类的问题是必不可少的。也就是说，根据该方法，测量通过读取器 的每个微滴的光学峰并由此确定靶标定量信息，从而需要很长时间来 分析。
[0008]因此，一直需要开发一种能够克服相关技术的数字测定的限制 并且以高精度分析样本中的靶标的用于提供新靶标定量信息的系统。
[0009]描述本公开的背景是为了更容易理解本公开。不应理解为承认 本公开背景中描述的事项为现有技术。
[0010]相关技术文献：US 20140221239 A1

技术实现思路

[0011]同时，本公开的专利技术人已经注意到相关技术的数字测定技术的 局限性在于，在使其上完成特定步骤(例如PCR)的微滴流到通道类型 检测单元的同时，基于几何光学读取器
进行靶标的定量分析。
[0012]更具体地，本公开的专利技术人已经认识到，根据相关技术的数字 测定技术，当分析流到检测单元的每个微滴的荧光材料的强度时，需 要很长时间进行分析，需要昂贵的光电倍增管(PMT)，可能需要液滴的 再现，并且由于光学相干性，定量分析中可能出现错误。
[0013]本公开的专利技术人已经注意到对微滴的基于图像的定量分析可以 解决上述问题。
[0014]具体地，本公开的专利技术人已经注意到获取包含靶标的微滴的图 像以进行定量分析，从而可以克服相关技术的数字测定在特定波长范 围内检测峰值以进行定量分析的局限性。
[0015]结果，本公开的专利技术人已经开发出一种新的基于微滴图像的定 量信息提供系统。
[0016]更具体地，本专利技术的专利技术人可以设计定量信息提供系统以将微 滴流到结构设计为使得微滴作为单层存在的腔室或通道，然后进行特 定的反应或分析(例如PCR、ELISA、PLA、LAMP等)并获取单层图像 以检测包括靶标的阳性微滴。
[0017]此外，本公开的专利技术人可以设计定量信息提供系统以将在其上 完成特定反应或分析的微滴流到被设计为使得微滴作为单层存在的腔 室或通道，然后获取单层图像以检测包括靶标的阳性微滴。
[0018]也就是说，本公开的专利技术人可认识到，新的定量信息提供系统 可以定量分析靶标，而无需间隔包括在其上完成反应或分析的靶标的 微滴。
[0019]具体地，本公开的专利技术人已经尝试应用能够使用微滴图像进行 分割的深度学习来分割图像中的阳性微滴和阴性微滴的模型。
[0020]结果，本专利技术的专利技术人可以设计一种新的定量信息提供系统， 该定量信息提供系统通过应用预测模型不仅能够区分和计数阳性微 滴，而且能够区分和计数在微滴图像(例如，荧光图像)中不包括靶标基 因的阴性微滴。
[0021]本公开的专利技术人期望使用新的定量信息提供系统可以精确地定 量分析微滴以及微滴中的靶标。
[0022]具体地，本公开的专利技术人期望允许以微滴为单位的分析检测极 少量的病毒并且容易区分无症状病毒感染的患者。
[0023]因此，本公开要实现的一个目的是提供一种用于提供靶标定量 信息的方法和一种用于提供靶标定量信息的装置，该装置被配置为使 多个微滴流到腔室或通道，接收微滴的单层图像，并使用该单层图像 对靶标进行定量分析。
[0024]本公开的目的不限于上述目的，本领域技术人员通过以下描述 可以清楚地理解以上未提及的其他目的。
[0025]为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种用于 提供靶标定量信息的方法。
[0026]该方法包括使多个微滴流入腔室或通道，该腔室或通道包括检 测区域，使得包括靶标的多个微滴作为单层存在；获取微滴的单层图 像，其中多个微滴作为单层存在；以及基于微滴的单层图像提供靶标 的定量数据。此时，检测区域的高度为多个微滴的直径的一倍至约两 倍，并且被定义为这样的区域，其中多个微滴分散成多个列以填充检 测区域。
[0027]根据本公开的特征，腔室或通道进一步包括控制多个微滴的移 动的阀，并且获取微滴的单层图像进一步包括：调节该阀以阻止腔室 或通道中的多个微滴；以及获取其中存
在被阻止的多个微滴的腔室或 通道图像。
[0028]根据本公开的另一特征，腔室或通道进一步包括多个微滴流动 进入腔室或通道的入口，以及将多个微滴排放到腔室或通道外部的出 口。此时，该流动包括使多个微滴从入口流向出口，获取微滴的单层 图像进一步包括：获取其中多个微滴从入口移动到出口的腔室或通道 图像。
[0029]根据本公开的又一个特征，腔室具有其宽度朝向入口或出口减 小的锥形结构。
[0030]根据本公开的又一个特征，该方法进一步包括，在流动之前， 诱导包括靶标的样本与具有和样本不混溶性质的荧光材料和油的接触 以产生多个微滴。进一步地，该方法可以进一步包括，在流动之后， 控制温度以对腔室或通道中的多个微滴中的靶标进行聚合酶链反应(PCR)。此外，获取微滴的单层图像进一步包括：获取包含扩增靶标的 多个微滴的单层图像。
[0031]根据本公开的又一特征，该方法进一步包括，在流动之前，诱 导包括靶标的样本与具有和样本不混溶性质的荧光材料和油的接触以 产生多个微滴，以及控制温度以对多个微滴中的靶标进行PCR。此 时，流动包括使包括扩增靶标的多个微滴流到腔室或通道而不间隔微 滴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提供靶标定量信息的方法，所述方法包括：使多个微滴流动进入包括检测区域的腔室或通道中，使得包括靶标的所述多个微滴作为单层存在；获取微滴的单层图像，其中所述多个微滴作为单层存在；以及基于所述微滴的所述单层图像提供靶标的定量数据，其中所述检测区域的高度为所述多个微滴的直径的一倍至约两倍，并且所述检测区域被定义为所述多个微滴分散成多个列以填充所述检测区域的区域。2.根据权利要求1所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述腔室或所述通道进一步包括控制所述多个微滴的移动的阀，其中微滴的单层图像的所述获取进一步包括：调节所述阀以阻止所述腔室或所述通道中的所述多个微滴；以及获取其中存在被阻止的所述多个微滴的腔室或通道图像。3.根据权利要求1所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述腔室或通道包括：所述多个微滴通过其流动进入所述腔室或所述通道的入口；以及所述多个微滴通过其被排放到所述腔室或所述通道的外部的出口，其中所述流动包括：使所述多个微滴从所述入口流向所述出口，以及其中微滴的单层图像的所述获取进一步包括：获取其中所述多个微滴从所述入口移动到所述出口的腔室或通道图像。4.根据权利要求3所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述腔室具有其宽度朝向所述入口或所述出口减小的锥形结构。5.根据权利要求1所述的用于提供靶标定量信息的方法，其进一步包括：在所述流动之前，诱导包括所述靶标和荧光材料的样本与具有与所述样本不混溶性质的油的接触以产生所述多个微滴，以及在所述流动之后，控制温度以对所述腔室或所述通道中的所述多个微滴中的所述靶标进行聚合酶链反应(PCR)，其中微滴的单层图像的所述获取进一步包括：获取包括扩增的靶标的所述多个微滴的单层图像。6.根据权利要求1所述的用于提供靶标定量信息的方法，其进一步包括：在所述流动之前，诱导包括所述靶标和荧光材料的样本与具有和样本不混溶性质的油的接触以产生所述多个微滴；以及控制温度以对所述多个微滴中的所述靶标进行PCR，其中所述流动包括：使包括扩增的靶标的所述多个微滴流到所述腔室或所述通道，而不间隔所述微滴。7.根据权利要求1所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述提供靶标的量化数据包括：
使用基于人工神经网络的预测模型，基于所述微滴的所述单层图像预测阳性微滴的区域和阴性微滴的区域，所述预测模型被配置为以所述微滴的所述单层图像作为输入分割所述阳性微滴的区域和所述阴性微滴的区域；基于所述阳性微滴的区域和所述阴性微滴的区域确定所述多个微滴的数量；以及基于所述多个微滴的数量提供靶标的定量数据。8.根据权利要求7所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述阳性微滴被定义为包括所述靶标和荧光材料的微滴，所述阴性微滴被定义为仅包含所述荧光材料的微滴或空滴，并且其中所述提供靶标的定量数据进一步包括：基于阳性微滴和阴性微滴的数量确定所述靶标的浓度。9.根据权利要求7所述的用于提供靶标定量信息的方法，其中所述预测模型被进一步配置为基于所述阳性微滴的区域和所述阴性微滴的区域对所述靶标进行定量分析，以及其中所述提供靶标的定量数据进一步包括：使用所述预测模型基于所述多个微滴的数量确定靶标的定量数据。10.一种用于提供靶标定量信息的装置，所述装置包括：腔室或通道，其接收包括靶标的多个微滴并且包括其中所述多个微滴作为单层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京均，李锡宰，裵南浩，卢东琪，李泰宰，李文根，朴柳敃，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：