强其中模型分析物_人IgE抗体的检测的图片。在分析中使用的灵敏性增强剂为磷酸盐缓冲盐水(PBS)中10% w/V BSA和0.5% w/v Tween 20的混合物(中空菱形)；和tris缓冲盐水中10% w/v BSA和0.5% w/v Tween 20的混合物(闭合圆形)。在分析前，各个灵敏性增强剂用含模型分析物的LPM以1: 10比率稀释。作为对照，使用含模型分析物的LPM(中空方块)和一般使用的分析溶剂(实心方块)，所述分析溶剂包含tris缓冲盐水中1% w/v BSA和0.05% w/vTween 20的混合物。LPM由PBS中NLS和Brij 30的1% w/v混合物的溶液组成。误差条指不标准偏差。
[0074]图19(图片a-b)为说明施加超声(a)或用许多刚毛磨损(b)后跨过猪皮肤体外输送菊粉和体外输送阿昔洛韦进入猪皮肤的图形的集合。
[0075]发明详述
[0076]定义
[0077]本文所用“能量”是指可施加到组织以完成本文公开的方法的目的(例如，液化组织)的任何适合的能量。示例性的能量类型包括机械能(例如，磨损、剪切、真空、压力、抽吸)、超声、光(例如，激光)、磁、热和电能。
[0078]本文所用“分析物”是指存在于组织中或组织上并且可从关注的组织(例如，皮肤、粘膜等)提取并检测、分析和/或定量的任何生物分子(例如多肽、核酸、脂类等)、药物(例如，治疗药物、滥用药物等)、小分子(例如，天然保湿因子、尼古丁等，同时应了解，小分子也可以为药物)、战剂、环境污染物(例如，杀虫剂等)、微生物(例如，细菌、病毒、霉菌、酵母等)等。
[0079]术语“液化”用于描述一种过程，通过此过程，组织和/或组织成分通过暴露于足够能量和任选的液化促进介质转化成充分可溶状态，并且可包括至少一部分关注的组织结构转化成液体形态。已经过液化的组织样品在本文中有时被称为“液化”样品。
[0080]术语“液化促进介质”(LPM)用于描述一种物质，所述物质促进一种或多种组织成分的溶解、促进至少一部分组织结构在暴露于能量时转化成液体、和/或促进一种或多种溶解的组织成分的生物活性的保持。
[0081]术语“液化促进剂”(LPA)用于描述液化促进介质的组分，特别为促进一种或多种组织成分的至少溶解和/或生物活性保持，和/或随后诊断试验的分析的剂。
[0082]本文所用“校准分析物”是指以已知浓度天然存在于关注的组织的任何分子，所述分子可作为参比分析物(例如，作为正对照保证实现所需液化度)。
[0083]本文所用术语“生物分子”是指具有生物起源或功能的任何分子或离子。生物分子的非限制性实例包括蛋白(例如，疾病生物标志，如癌症生物标志、抗体:IgE、IgG、IgA、IgD或IgM等)、肽、脂类(例如，胆固醇、神经酰胺或脂肪酸)、核酸(RNA和DNA)、小分子(例如，葡萄糖、尿素、肌酸)、小分子药物或其代谢物、微生物、无机分子、元素或离子(例如，铁、Ca2+、K+、Na+等)。在一些实施方案中，生物分子为葡萄糖以外的和/或为癌症标志以外的。
[0084]术语“滥用的药物”或“滥用药物”或“违禁药物”在本文中可互换地用于指受政府管制(例如，受联邦或州管制)的任何物质，其在人组织中存在和/或在人组织中高于特定水平存在不合法或者可对人类有害。滥用药物的实例包括可卡因、海洛因、甲基苯丙胺和超剂量服用或无处方服用的处方药(例如，止痛药，如鸦片样物质(op1id))。
[0085]本文所用术语“战剂”是指可用作武器的生物或化学起源的任何分子、化合物或组合物。战剂的实例包括神经性毒气(例如，vx、沙林)、光气、毒素、孢子(例如，炭疽)等。
[0086]本文所用“环境污染物”包括例如在提高到高于风险阈值的浓度时可对个体有害的任何分子、化合物或组合物。实例包括水污染物(例如，肥料、杀虫剂、杀真菌剂、农药、除草剂、重金属、卤化物)、土壤污染物(例如，肥料、杀虫剂、杀真菌剂、农药、除草剂、重金属、卤化物)、空气污染物(例如，NOx, SOx、温室气体、持续性有机污染物(POP)、颗粒物质、烟雾)。
[0087]本文所用术语“去污”包括从组织去除可对个体有害的任何不需要或不期望的分子、化合物或组合物。实例包括环境污染物(如上限定)、毒性化学物质和生物毒素。
[0088]本文所用术语“天然保湿因子”(NMF)是指数种小分子(包括但不限于游离氨基酸、乳酸盐和尿素，它们是抗角蛋白微丝聚集蛋白的衍生物)的任何一种，。NMF可作为分析物用于促进评价一般皮肤健康(例如，干性皮肤、片状皮肤、正常皮肤等)。本文所用术语“机械指数”是指超声场中峰负压的振幅和超声频率平方根的比率(机械指数=(压力(MPa))/(频率(MHz))~0.5。
[0089]本文所用术语“药物输送”是指将一种或多种药物输入血液、淋巴、间质液、细胞或组织。
[0090]本文所用术语“灵敏性增强剂”是指与LPM混合以稳定液化组织分析物并且就提高诊断分析试验的灵敏性和特异性而言促进其分析的物质或物质混合物。
[0091]术语“阻断试剂”用于描述用于防止分析物和诊断试验中使用的基质非特异性结合的组分。
[0092]在描述本发明和本发明的特定示例性实施方案之前，应了解，本发明不限于所述的特定实施方案，因为这些当然可以变化。还应了解，本文所用术语只用于描述特定实施方案的目的，且不旨在限制，因为本发明的范围只受权利要求的限制。
[0093]在提供数值范围时，应了解，除非上下文清楚地指明，也明确公开了该范围的上限和下限之间到下限单位的十分之一的各个中间值。在指定范围内的任何指定值或中间值和该指定范围内的任何其它指定或中间值之间的各个较小范围包括在本发明之内。这些较小范围的上限和下限可独立地在该范围中被包含或排除，并且较小范围包括任一、不包括或包括两个该限值的各个范围也包括在本发明之内(适用于(subject to)在指定范围内任何明确排除的限值)。在指定的范围包括一个或两个该限值时，排除一个或两个这些被包括的限值的范围也包括在本发明之内。
[0094]除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域的普通技术人员一般了解的相同含义。尽管在本发明的实施或试验中可使用和本文所述的那些相似或相当的任何方法和材料，现在描述一些潜在和优选的方法和材料。本文提到的所有出版物通过引用并入本文，以公开和描述方法和/或材料，引用所述出版物和这些方法和/或材料有关。应了解，本公开在有抵触的范围内代替并入本文的出版物的任何公开内容。
[0095]应注意到，本文和权利要求中所用的单数形式“一”和“该”包括复数个讨论对象，除非上下文另外清楚地规定。因此，例如引用“一个组织”包括复数个这样的组织，引用“该液体”包括引用一种或多种液体等。还应注意到，权利要求可撰写成排除任何任选元素。因此，此说明旨在作为前置基础，用于使用和权利要求元素的复述有关的诸如“唯一”、“仅”等专有术语，或使用“负”限制。
[0096]本文讨论的出版物只提供本申请提交日之前的公开内容。在本文中，不理解为承认本发明由于在先发明而无权在日期上先于这样的出版物。另外，提供的出版日期可能不同于实际出版日期，实际出版日期可能需要单独确认。
[0097]本发明提供系统、方法和装置以及可用于这些系统、方法和装置的组合物，包括对关注的组织施加能量以产生包含组织成分的液化样品，从而提供快速组织取样以及分析物的定性和/或定量检测，所述分析物可能为组织成分(例如，数种生物分子、药物和微生物-可能需要一个段落来正式定义组织成分的含义)的部分。组织组成或成分的测定可用于多种应用，包括诊断或预测局部以及全身疾病、评价药物给药后不同组织中治疗剂的生物利用率、法医学检测滥用药物、评价暴露于有害剂后组织微环境的变化、去污和各种其它应用。
[0098]本发明的另一个目的是提供用于液化受试者的组织，用于促进药物通过或通入组织的方法和装置。上面公开的方法和装置不仅适用于收集组织成分，而且适用于药物输送。该装置和方法包括对受试者的关注的组织施加能量和液化介质，并将药物送经或送入要液化的组织的部位。使用本发明的优点是I)提供较高通量的药物进入组织，和2)允许进入组织的通量的较大控制。在应用此方法时，迫使简单不通过组织(如，皮肤)和进入循环系统的药物通过组织。
[0099]虽然可结合人用来描述本发明，但兽医应用也在本发明的预期和范围内。
[0100]组织诊断
[0101]能量施加装置
[0102]本文公开的组织液化装置一般可描述为具有可操作地偶合到储存器部件/壳的能源/发生器，其中储存器容纳其中收集分析物的介质，并且在大多数实施方案中，介质促进能量转移到关注的组织，并因此在需要时可促进组织样品的液化。在使用中，储存器壳放置成与受试者的组织接触，以在介质和组织之间产生接触，并启动能源。装置可以可操作地偶合到另外的能源(例如，磨料致动器、压电换能器、抽吸或压力)，此能源也可施加到组织以促进能量转移到组织。在能量施加到组织时，组织的成分由能量溶解，并收集在介质中。介质可保持在储存器壳中，或者转移到单独的容器。储存器壳或容器可以可操作地偶合到检测装置，检测装置可定量测量介质中存在的组织成分。
[0103]能量可从单一能源或者作为源的组合施加到组织。示例性能源包括机械(例如，磨损、剪切、真空、压力等)、压电换能器、超声、光(例如，激光)、热和电能。能量施加强度以及能量施加时间可关于关注的特定组织和特定施加方法适当调节。施加的能量强度和时间可基于与能量相关使用的特定液化促进介质(LPM)适当调节。在一些实施方案中，为了产生适合的液化组织样品，提供大于I分钟、大于90秒或大于2分钟的能量暴露时间。能量的大小取决于关注的分析物和LPM的选择。在LPM中不存在表面活性剂或颗粒时，需要较高能量以液化组织。使用高能量受对组织或其成分的不利影响的限制。显著的不利影响是有害的组织损伤。因此，在一些实施方案中，可能有必要结合某些装置组件，这些组件提供组织性质变化或组织液化程度的临时监测(理想地，实时监测)，以便一旦达到能量暴露的安全限度，可使装置停止。临时评价可在液化过程之前、期间和之后进行。在某些实施方案中，通过电化学(例如，组织的电导率、通过离子选择性电极测量某些离子等)、生物化学(例如，通过酶试验(如ELISA)测量LPM中的某些组织组分等)或光学(例如，通过分光光度计测量LPM浊度等)方法，进行临时评价。在一个示例性实施方案中，通过用信号发生器跨过组织施加预定的AC电压，并通过万用表分析产生的电流，测量组织的临时电导率。高能量暴露的另一个显著不利影响归因于组织的温度提高，也被称为热效应。因此，在一些实施方案中，可能有必要结合温度感应元件(例如，热电偶)，此元件允许监测组织和/或LPM的温度，促进判断暴露于组织的能量的安全量。
[0104]通过适当选择LPM，显著降低所需的能量水平。例如，单独使用盐水连同超声导致小于0.1mg蛋白/cm2皮肤的回收。另一方面,在LPM中加入1% w/v浓度的表面活性剂(如DPS、NLS和Brij-30)使蛋白回收增加到大于0.6mg/cm2皮肤。
[0105]在某些实施方案中，用能量使组织液化可导致溶解的组织成分的生物活性降低，使得需要选择充分保持组织分子的生物活性以及帮助组织溶解的LPM。例如，在LPM中加入1% w/v浓度的一种或多种表面活性剂(如DPS、NLS和Brij-30)促进在超声能量暴露下完全保持溶解的蛋白和核酸的生物活性。
[0106]在某些实施方案中，能量可以用包括能量产生元件的能量输送室施加到组织。当放在组织上时，该室使组织暴露于能量产生元件，并使能量以最小干扰施加到组织。此室可含有LPM，并提供LPM与组织的接触，使得在施加能量时，组织成分可直接被收集进入溶液。
[0107]在某些实施方案中，含有LPM的能量输送室也可包含诊断装置，例如分析物传感器，用于检测和任选定量可能存在于LPM的分析物。这些诊断装置可作为化学传感器、生物传感器，或者可提供其它测量，以形成完全取样和测量系统。具有用于流体转移的内部通道的元件可与传感器一起制造，以形成一次性部件。该装置也可改装成包括一次性部件或作为一次性部件提供，此部件提供在LPM中收集分析物用于分析。
[0108]或者，诊断元件可位于别处(例如，与能量装置分离)，并且可用机械力、毛细管力、超声、真空或电渗力将与组织接触的能量输送室的内容物泵送进入传感室并分析。
[0109]在某些实施方案中，例如，在评价局部制剂或测定药理学参数时，可将部件构造成为闭合回路药物输送部件，其包括药物输送装置、分析物回收装置、用于测量分析物的传感装置和向药物输送装置提供信号的控制装置。
[0110]在此描述能量辅助分析物装置的一般操作的实例。将便携式一次性部件插入便携式或台式能量发生器。能量发生器也可包括用于组织电阻测量、分析物浓度测量和分析物浓度测量显示的电路。将系统(例如，能量施放器和一次性部件)对着组织放置，并单独或作为与其它物理、机械、电和化学力的组合施加能量一段时间。使关注的组织液化，将来自液化组织的分析物收集在一次性部件中，并用适合的试验测量。
[0111]本发明的优选实施方案及其优点通过参考附图的图1至19最好地理解，类似的数字用于不同附图的类似和对应的部件。
[0112]参考图1a至lg，这些图显示基于磨料能量的组织液化装置的结构、组件和功能。图1的图片a-c显示装置的依次操作，该装置利用旋转磨料组件101作为向组织施加能量进行液化的装置。通过对着关注的组织107放置并设置磨料组件101为运动，可实现液化。磨料组件101连接到轴102，轴102进一步连接到装置中的旋转电动机103。在一些实施方案中，轴102设计成感应和控制磨料组件101对组织107施加的压力。在一个示例性实施方案中，轴102由通过压敏弹簧1023相互连接的轴1021和轴1022构成(图1d)。在另一个实施方案中，轴1021和轴1022在它们之间夹入压力感应压电晶体，用于监测和控制对组织107施加的压力。电池组104为电动机103提供动力，随后，在由装置操作者引导时电动机103可设置磨料组件101为旋转运动。在液化前，磨料组件101设计成用壳105 (具体地讲，用位于壳105基部上的薄片106)保持和组织107分离(FIG.la)。在开始液化过程时，在筒108中储存的LPM转移到壳105 (图1a)，在此，LPM接触片材106的表面，随后设置磨料组件101为对着片106运动。选择片106的材料，使得它能够被磨料组件101快速磨损，允许LPM和磨料组件101与组织107接触，导致组织液化(图1b)。片106的非限制性实例包括纸片、橡胶片、金属箔、塑料片或任何水溶性片。在液化过程完成时，电动机103停止，含组织成分的LPM转移到样品容器110 (图1c)[不是在110中未清楚显示的液化样品，因此需要修订的附图]，或者直接转移到预抽真空的容器(因此，避免需要抽吸泵109和容器110)。在没有预抽真空的容器时，通过抽吸泵109促进样品的收集。
[0113]在一些实施方案中，某些装置组件设计成为一次性部件，使得在装置每次使用后，可替换这些组件，以允许消毒使用。这些组件可包括壳105、磨料组件101、筒108、样品容器110和认为保持装置无菌必需的其它流体处理装置组件。或者，在一些实施方案中，可使整个装置为一次性。
[0114]在某些实施方案中，LPM储存筒108可用海绵-波纹管组合件代替，用于储存和释放LPM。图1的图片e-g显示此装置的顺序操作。柔性波纹管形状的壳112包含用LPM填充的海绵111 (图1e)。在对着组织107推动装置时，挤压海绵-波纹管壳，以释放LPM，并将磨料组件101设置为运动(图1f)。在完成液化过程时，电动机103停止，并使含有组织成分的LPM转移到样品容器110 (图1g)。通过抽吸泵109促进收集样品。或者，在一些实施方案中，通过将装置升高回到其初始位置而将样品收集进入海绵，可避免抽吸泵109和容器110。
[0115]参考图2a和2b，图2a和2b显示设计用于大面积组织连续取样的可移动组织液化装置的结构和组件。图2的图片a显示利用旋转磨料组件201作为向组织施加能量进行液化的装置的装置。通过对着关注的组织207放置磨料组件101并设置为运动，可实现液化。磨料组件201连接到轴202，轴102进一步连接到装置中的旋转电动机203。在一些具体实施方案中，轴202设计成感应和控制磨料组件201对组织207施加的压力。在一个示例性实施方案中，轴202由两个不同的轴构成，它们通过用于监测和控制对组织207施加的压力的压敏弹簧或压力感应压电晶体相互连接。电池组204为电动机203提供动力，随后，在由装置操作者引导时电动机203可设置磨料组件201为旋转运动。一旦装置对着组织207放置，通过进行三个关键过程启动连续液化步骤:将筒208中储存的LPM连续输送到装置-组织界面的壳212 ;将磨料组件201设置为对着组织207运动；并且用抽吸泵209将液化组织样品连续收集于样品容器210中。装置可来回移动，使得另外的组织表面暴露于装置并被液化。在需要时，可通过关闭电动机103停止液化过程，并从容器210取得累积的组织样品。
[0116]在一些实施方案中，可用另外的装置组件防止由于装置在组织表面上运动造成的LPM从壳212渗漏。在一个示例性实施方案中，可用抽吸泵209在组织207和位于装置周围的凸缘壳205中的室206之间产生真空辅助的密封。
[0117]图2的图片b显示利用压电元件251作为向组织施加机械能量进行液化的装置的装置。压电元件251放在与关注的组织259交界的壳252中，并且通过启动压电元件251，同时LPM作为组织259和压电元件251之间的偶合流体存在，而实现液化。压电元件251为电能的换能器，电能通过在软管253中放置的电路向它提供。在液化期间，LPM用操作者控制的注射系统256通过软管254供给壳252。可用软管255将液化组织样品同时从壳252收集进入样品容器257。样品收集通过抽吸泵258促进，抽吸泵258串联到样品容器257。在一些实施方案中，通过抽吸泵258在壳252中产生的抽吸压力可在壳252和组织259之间提供有效密封，用于防止LPM在液化期间从壳252渗漏。在一些实施方案中，通过抽吸泵258在壳252中产生的抽吸压力可提供另外的能源用于液化。
[0118]在一些实施方案中，可移动壳252，以使另外的组织表面液化，并收集代表从不同组织表面累积的组织成分的样品。在此装置中，LPM通过管254连续供给壳252，并由管255连续收集样品。
[0119]在某些实施方案中，图2b中的装置可没有压电元件251而操作。在此实施方案中，从管254流入壳252的LPM与组织产生接触，并使组织液化。液化组织通过管255从壳收集。壳可连续或间歇移动，以从大组织面积收集样品。装置可具有允许装置在组织上移动、组织液化和收集液化组织实际所必需的另外装置。在某些实施方案中，可用压力或真空但非二者将LPM导向组织，并收集液化组织。
[0120]在某些实施方案中，液化装置可与诊断探测器(例如内窥镜、结肠镜、腹腔镜等)整合。
[0121]参考图3a至3c，图3a至3c显示利用摆动磨料组件作为向组织施加能量进行液化的装置的液化装置的结构和组件。参考图3a，通过对着关注的组织311放置磨料组件101并设置为运动，可实现液化。例如，通过支架和小齿轮排列，可实现线性运动(图3a)。具体地讲，使磨料组件301连接到支架302，支架302用圆形齿轮303 (小齿轮)以线性摆动运动滑动。齿轮303由电动机304以摆动圆形运动驱动。电池组305为电动机304提供动力。在一些实施方案中，电动机304为伺服电动机,其可能需要电子微芯片控制器306产生摆动圆形运动。在液化前，磨料组件301设计成用壳307 (具体地讲，位于壳307基部上的