[go: up one dir, main page]

RU2834325C2 - Detection of biologically active substances in environment - Google Patents

Detection of biologically active substances in environment Download PDF

Info

Publication number
RU2834325C2
RU2834325C2 RU2024112337A RU2024112337A RU2834325C2 RU 2834325 C2 RU2834325 C2 RU 2834325C2 RU 2024112337 A RU2024112337 A RU 2024112337A RU 2024112337 A RU2024112337 A RU 2024112337A RU 2834325 C2 RU2834325 C2 RU 2834325C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor chip
receptor protein
reaction cell
sensor
protein complexes
Prior art date
Application number
RU2024112337A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2024112337A (en
Inventor
Сандро ШТАЙНЕР
Original Assignee
Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Филип Моррис Продактс С.А. filed Critical Филип Моррис Продактс С.А.
Publication of RU2024112337A publication Critical patent/RU2024112337A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2834325C2 publication Critical patent/RU2834325C2/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a sensor chip, a device and a system for detecting one or more biologically active substances in an environment, including ambient air. Sensor chip comprises a reaction cell containing a plurality of receptor protein complexes; and a membrane separating the reaction cell from the environment and permeable to one or more biologically active substances. Receptor protein complexes are configured to bind to one or more biologically active substances in the reaction cell, causing a detectable change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes. Sensor chip has a shape and size for at least partial insertion into the socket of the sensor device for detecting one or more biologically active substances. Sensor device comprises: at least one socket for at least partially accommodating at least one sensor chip; at least one sensor configured to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of the at least one sensor chip; and a processing circuit connected to at least one sensor. Sensor system comprises at least one sensor chip and a sensor device.
EFFECT: group of inventions provides a significant reduction in the number of false positive and false negative responses detected or recorded by the sensor chip, sensor device and/or sensor system according to the present invention.
15 cl, 16 dwg, 183 ex

Description

Настоящее изобретение в целом относится к обнаружению биологически активных веществ. В частности, настоящее изобретение относится к сенсорному чипу, способному соединяться с сенсорным устройством, и к сенсорному устройству для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Дополнительно настоящее изобретение относится к сенсорной системе, содержащей такие сенсорный чип и сенсорное устройство. Более того, настоящее изобретение относится к применению таких сенсорного чипа, сенсорного устройства или сенсорной системы и к способу обнаружения одного или более биологически активных веществ таким сенсорным чипом, сенсорным устройством или сенсорной системой.The present invention generally relates to the detection of biologically active substances. In particular, the present invention relates to a sensor chip capable of being connected to a sensor device and to a sensor device for detecting one or more biologically active substances in an environment. In addition, the present invention relates to a sensor system comprising such a sensor chip and a sensor device. Moreover, the present invention relates to the use of such a sensor chip, sensor device or sensor system and to a method for detecting one or more biologically active substances by such a sensor chip, sensor device or sensor system.

Люди, животные или живые организмы в общем непрерывно взаимодействуют со своей химической внешней средой. Например, живые организмы обычно подвергаются воздействию окружающей среды, такой как окружающий воздух или вода, или находятся в контакте с ней и могут принимать, поглощать, абсорбировать или иным образом впитывать молекулы, вещества или соединения из окружающей среды, тем самым взаимодействуя со своей химической внешней средой. Взаимодействия, относящиеся к определенным молекулам, веществам или соединениям из окружающей среды, могут быть желательными или даже необходимыми для выживания организмов. Примерами таких взаимодействий являются кислород, который вдыхают люди и животные и который связывается с гемоглобином в красных кровяных клетках при прохождении по легочным капиллярам, или молекулы сахара, которые выборочно транспортируются через кишечный эпителий. Однако химические взаимодействия с окружающей средой, связанные с другими молекулами, веществами или соединениями, могут не являться частью нормальных процессов жизнедеятельности и могут иметь нежелательные эффекты, потенциально даже причиняя вред организму. Такие нежелательные эффекты могут быть вызваны молекулами, веществами или соединениями, полученными организмом из окружающей среды, которые неспецифически повреждают молекулярные строительные блоки клеток или клетки в целом. Например, окислители, такие как озон, могут поглощаться организмом и окислять биомолекулы организма, такие как белки, липиды или нуклеиновые кислоты, и могут снижать или даже разрушать их биохимическую и/или структурную функциональность. Альтернативно химические соединения, вещества или молекулы, поглощенные организмом, могут активировать, подавлять или даже устранять конкретный биохимический процесс организма, часто без химического изменения биомолекул организма. Примерами таких процессов или взаимодействий являются подавление ферментов циклооксигеназы ибупрофеном или активация никотинового ацетилхолинового рецептора никотином. Как правило, такие взаимодействия зависят от структурного соответствия между пораженной биомолекулой и воздействующей молекулой, веществом или соединением. Ибупрофен, например, связывается с активным участком циклооксигеназы, тем самым предотвращая связывание арахидоновой кислоты, что при обычных обстоятельствах преобразуется циклооксигеназой в сигнальные молекулы, участвующие в возникновении воспаления и боли.Humans, animals, and living organisms in general interact with their chemical environment continuously. For example, living organisms are typically exposed to or in contact with the environment, such as ambient air or water, and may take in, absorb, or otherwise take in molecules, substances, or compounds from the environment, thereby interacting with their chemical environment. Interactions involving certain molecules, substances, or compounds from the environment may be desirable or even necessary for the survival of the organism. Examples of such interactions include oxygen, which humans and animals inhale and which binds to hemoglobin in red blood cells as it passes through the pulmonary capillaries, or sugar molecules, which are selectively transported across the intestinal epithelium. However, chemical interactions with the environment involving other molecules, substances, or compounds may not be part of normal life processes and may have undesirable effects, potentially even causing harm to the organism. Such adverse effects may be caused by molecules, substances, or compounds taken up by the body from the environment that non-specifically damage the molecular building blocks of cells or the cell as a whole. For example, oxidants such as ozone can be absorbed by the body and oxidize biomolecules of the body such as proteins, lipids, or nucleic acids and may reduce or even destroy their biochemical and/or structural functionality. Alternatively, chemical compounds, substances, or molecules taken up by the body can activate, inhibit, or even eliminate a specific biochemical process of the body, often without chemically altering the body's biomolecules. Examples of such processes or interactions include the inhibition of cyclooxygenase enzymes by ibuprofen or the activation of the nicotinic acetylcholine receptor by nicotine. Typically, such interactions depend on a structural match between the affected biomolecule and the offending molecule, substance, or compound. Ibuprofen, for example, binds to the active site of cyclooxygenase, thereby preventing the binding of arachidonic acid, which is normally converted by cyclooxygenase into signaling molecules involved in inflammation and pain.

Живые организмы разработали и развили механизмы для обнаружения вредных химических соединений, веществ или молекул, воздействующих на них, и для инициирования соответствующих физиологических ответных реакций. Химические соединения, вещества и молекулы, инициирующие физиологическую ответную реакцию в живом организме, могут в общем называться в настоящем документе биологически активными веществами. Для людей и других живых организмов были идентифицированы различные рецепторные белки, которые служат для обнаружения биологически активных веществ и инициирования физиологической ответной реакции. Известными примерами рецепторных белков являются рецептор арильных углеводородов (AHR), прегнан-Х-рецептор (PXR) и конститутивный рецептор андростанов (CAR). Эти рецепторные белки демонстрируют определенную специфичность связывания с биологически активными веществами, в частности, с так называемыми ксенобиотиками, которые относятся к биологически активным веществам, соединениям или молекулам, которые являются чужеродными для биологических систем. С другой стороны, существуют различные рецепторные белки, которые развились не для обнаружения и защиты от потенциально вредных биологически активных веществ, таких как ксенобиотики, а как часть основных регуляторных систем. Например, эндокринная или гормональная система управляет различными функциями в состоянии развития и в устойчивом состоянии у животных или людей, включая рост, органогенез, фертильность, размножение и сон. Эти рецепторные белки, в частности, связываются с их родственными лигандами, то есть гормонами, и активируются ими. Однако биологически активные вещества, обладающие одинаковыми определенными структурными признаками с гормонами, могут связывать и также активировать рецепторы. Этот процесс может называться эндокринным нарушением и, учитывая ключевую роль эндокринной системы, может иметь вредные эффекты. Например, воздействие ксеноэстрогенов, которые являются биологически активными веществами или ксенобиотическими соединениями, активирующими рецепторы эстрогенов (ER), связывали с возникновением рака груди, легких, почек, поджелудочной железы и мозга, причем не путем прямого или непрямого повреждения генетического материала, а путем активации клеточных сигнальных каскадов в неподходящее время и/или неподходящей области тела.Living organisms have developed and evolved mechanisms to detect harmful chemical compounds, substances or molecules that act on them and to initiate corresponding physiological responses. Chemical compounds, substances and molecules that initiate a physiological response in a living organism may be generally referred to herein as biologically active substances. Various receptor proteins have been identified for humans and other living organisms that serve to detect biologically active substances and initiate a physiological response. Well-known examples of receptor proteins are the aryl hydrocarbon receptor (AHR), the pregnane X receptor (PXR) and the constitutive androstane receptor (CAR). These receptor proteins exhibit a certain binding specificity to biologically active substances, in particular to the so-called xenobiotics, which refer to biologically active substances, compounds or molecules that are foreign to biological systems. On the other hand, there are various receptor proteins that have evolved not to detect and protect against potentially harmful bioactive substances such as xenobiotics, but as part of major regulatory systems. For example, the endocrine or hormonal system controls a variety of developmental and steady-state functions in animals or humans, including growth, organogenesis, fertility, reproduction, and sleep. These receptor proteins specifically bind to and are activated by their cognate ligands, i.e. hormones. However, bioactive substances that share certain structural features with hormones can bind to and also activate the receptors. This process may be called endocrine disruption and, given the key role of the endocrine system, may have deleterious effects. For example, exposure to xenoestrogens, which are biologically active substances or xenobiotic compounds that activate estrogen receptors (ERs), has been linked to breast, lung, kidney, pancreatic, and brain cancers, not by directly or indirectly damaging genetic material, but by activating cellular signaling cascades at the wrong time and/or in the wrong area of the body.

За последние годы были разработаны различные устройства, системы и приборы, а также соответствующие датчики для обнаружения составляющих окружающей среды. Обнаружение составляющих в среде или окружающей среде также может называться отслеживанием внешней среды. В общем, отслеживание внешней среды относится к определению характеристик состояния или качества окружающей среды или внешней среды на протяжении некоторого времени и может, например, выполняться для того, чтобы удостовериться в том, что химический состав внешней среды или окружающей среды не представляет угрозы для здоровья людей или животных.In recent years, various devices, systems and instruments, as well as corresponding sensors, have been developed for detecting environmental constituents. Detecting constituents in an environment or surroundings may also be referred to as environmental monitoring. In general, environmental monitoring refers to determining the characteristics of the state or quality of an environment or surroundings over time and may, for example, be performed to ensure that the chemical composition of the environment or surroundings does not pose a threat to human or animal health.

Обнаружение составляющих в окружающей среде или отслеживание внешней среды может быть важным инструментом, используемым для идентификации и количественной оценки воздействий деятельности человека на природную внешнюю среду, обычно на почву, воду, воздух или экосистемы, например, для оценки риска, связанного с такими воздействиями, и для разработки стратегий для их уменьшения или устранения. Отслеживание внешней среды может осуществляться на глобальном уровне, например, путем отслеживания изменения климата или загрязнения морей микропластиком, на региональном уровне, например, путем отслеживания загрязнения конкретной реки, или на локальном уровне, например, путем отслеживания качества воздуха на промышленном производстве или качества воды в рыбоводческом хозяйстве. Локальное отслеживание внешней среды часто может проводиться для обеспечения соответствия промышленного или сельскохозяйственного предприятия нормативным рекомендациям. Его конечная цель заключается в поддержании безопасности работников, местного населения и внешней среды путем обнаружения и устранения выбросов, тем самым уменьшая воздействие и, следовательно, связанный с ним риск. Такое отслеживание может выполняться целенаправленно, так как обычно природа ожидаемых выбросов хорошо известна. Например, в непосредственной близости от рыбоводческих хозяйств можно отслеживать или обнаруживать остатки антибиотиков в воде на основании отслеживания внешней среды. В сельскохозяйственных зонах могут представлять интерес остатки пестицидов в грунтовой и/или речной воде, и возле нефтеперерабатывающих заводов можно отслеживать концентрацию летучих углеводородов в окружающем воздухе и использовать эти данные как признак утечки продуктов на любом этапе процесса переработки.Environmental detection or environmental tracking can be an important tool used to identify and quantify the impacts of human activities on the natural environment, typically soil, water, air or ecosystems, for example to assess the risk associated with such impacts and to develop strategies to reduce or eliminate them. Environmental tracking can be carried out at a global level, for example by tracking climate change or microplastic pollution in the sea, at a regional level, for example by tracking pollution in a particular river, or at a local level, for example by tracking the air quality in an industrial facility or the water quality in a fish farm. Local environmental tracking can often be carried out to ensure that an industrial or agricultural facility complies with regulatory guidelines. Its ultimate goal is to maintain the safety of workers, local communities and the environment by detecting and eliminating emissions, thereby reducing the impact and therefore the risk associated with them. Such tracking can be carried out in a targeted manner, as the nature of the expected emissions is usually well known. For example, in the immediate vicinity of fish farms, antibiotic residues in water can be monitored or detected based on environmental monitoring. In agricultural areas, pesticide residues in groundwater and/or river water may be of interest, and near oil refineries, the concentration of volatile hydrocarbons in the ambient air can be monitored and used as an indicator of product leakage at any stage of the processing process.

Однако отслеживание внешней среды или обнаружение составляющих окружающей среды в общем также могут использоваться в индивидуальных или персональных применениях, например, для отслеживания частной или персональной внешней среды человека. Например, концентрация пыли, пыльцы и/или грибных спор, летучего органического углерода (VOC), оксидов азота (NOx) или УФ-излучения может быть измерена в воздухе в непосредственной близости от человека или субъекта, который имеет соответствующее обнаруживающее устройство дома или носит его, например, оно находится в автомобиле или прикреплено к предмету багажа, такому как рюкзак или сумочка. Цель таких применений может заключаться в уменьшении воздействия на субъект, обычно путем избегания воздействия, а не устранения источника, так как последнее может быть тяжело осуществить, например, как в случае с воздействием УФ-излучения, пыльцы или озона. В частности, в таких индивидуальных или персональных применениях отслеживания внешней среды сложность может заключаться в необходимости обнаружения неизвестного или неопределенного источника загрязнения. Получение всесторонней оценки, например, текущего и локального качества внешней среды или окружающей среды может требовать одновременного отслеживания различных параметров внешней среды, например, твердых примесей, VOC, NOx, озона, УФ-излучения, электромагнитного загрязнения и ионизирующего излучения. However, environmental monitoring or environmental detection in general may also be used in individual or personal applications, such as monitoring a person's private or personal environmental environment. For example, the concentration of dust, pollen and/or fungal spores, volatile organic carbon (VOC), nitrogen oxides (NOx) or UV radiation may be measured in the air in the immediate vicinity of a person or subject who has a corresponding detection device at home or wears it, such as in a car or attached to an item of luggage such as a backpack or handbag. The purpose of such applications may be to reduce the subject's exposure, typically by avoiding exposure rather than by eliminating the source, since the latter may be difficult to achieve, such as in the case of UV radiation, pollen or ozone. In particular, in such individual or personal environmental monitoring applications, the difficulty may lie in the need to detect an unknown or unspecified source of pollution. Obtaining a comprehensive assessment of, for example, the current and local quality of the external or ambient environment may require the simultaneous monitoring of various environmental parameters, such as particulate matter, VOC, NOx, ozone, UV radiation, electromagnetic pollution and ionizing radiation.

Различные устройства и соответствующие датчики были разработаны с этой целью в прошедшие годы. Некоторые из этих устройств и датчиков могут отслеживать множество параметров внешней среды одновременно и могут обеспечивать слежение в режиме реального времени за качеством воздуха, необязательно включая прогноз загрязнения воздуха с учетом местоположения и времени, например, для планирования оптимального маршрута. Однако эти известные или традиционные устройства для отслеживания внешней среды обычно ограничены тем, что используемые режимы обнаружения или датчики либо очень избирательные, либо в большой степени неизбирательные. Например, известные экзогенные токсичные вещества, такие как NOx, моноксид углерода или озон, могут быть выборочно обнаружены с использованием высокочувствительных и высокоизбирательных электрохимических и спектрометрических датчиков. Хотя такие высокоизбирательные датчики могут предоставлять ценную информацию о концентрации конкретной молекулы, вещества или соединения, обнаруживаемых в окружающей среде, другие молекулы, вещества или соединения, которые могут быть потенциально опасными, могут быть не обнаружены, в частности, если соответствующие молекулы, вещества или соединения являются неизвестными. С другой стороны, обычный тип неизбирательных датчиков, применяемых в отслеживании внешней среды, представляет собой датчики VOC, которые полагаются, например, на фотоионизацию и обнаруживают любую органическую молекулу, которая ионизирована светом с заданной частотой или энергией. Однако потенциал ионизации органической молекулы может быть не связан с ее токсичностью или биологической активностью. В качестве примера, пинен, который является терпеном растительного происхождения, ответственным за характерный запах хвойных деревьев, и 1,1-диметилгидразин, который является ракетным топливом, имеют по существу идентичные потенциалы ионизации величиной 8,07 эВ и 8,05 эВ соответственно, и оба ионизируются УФ-светом с достаточно высокой частотой или энергией величиной приблизительно 8 эВ. Однако их кратковременная токсичность или биологическая активность существенно различаются. С другой стороны, ацетальдегид, карбонильное соединение, часто используемое в синтетической химии, имеет потенциал ионизации величиной 10,2 эВ и, следовательно, не будет обнаружен датчиком VOC, работающим при приблизительно 8 эВ, но обладает значительной кратковременной токсичностью или биологической активностью.Various devices and corresponding sensors have been developed for this purpose in the past years. Some of these devices and sensors can monitor multiple environmental parameters simultaneously and can provide real-time monitoring of air quality, optionally including a location- and time-based air pollution forecast, for example for optimal route planning. However, these known or traditional environmental monitoring devices are usually limited by the fact that the detection modes or sensors used are either highly selective or largely non-selective. For example, known exogenous toxic substances such as NOx, carbon monoxide or ozone can be selectively detected using highly sensitive and highly selective electrochemical and spectrometric sensors. Although such highly selective sensors can provide valuable information on the concentration of a particular molecule, substance or compound found in the environment, other molecules, substances or compounds that may be potentially hazardous may not be detected, in particular if the relevant molecules, substances or compounds are unknown. On the other hand, a common type of non-selective sensors used in environmental monitoring are VOC sensors, which rely, for example, on photoionization and detect any organic molecule that is ionized by light of a given frequency or energy. However, the ionization potential of an organic molecule may not be related to its toxicity or biological activity. As an example, pinene, which is a plant-derived terpene responsible for the characteristic odor of pine trees, and 1,1-dimethylhydrazine, which is a rocket fuel, have essentially identical ionization potentials of 8.07 eV and 8.05 eV, respectively, and both are ionized by UV light of a sufficiently high frequency or energy of approximately 8 eV. However, their short-term toxicity or biological activity differ significantly. On the other hand, acetaldehyde, a carbonyl compound often used in synthetic chemistry, has an ionization potential of 10.2 eV and therefore will not be detected by a VOC sensor operating at approximately 8 eV, but has significant short-term toxicity or biological activity.

Как очевидно из вышеупомянутых примеров, устройства, применяющие высокоизбирательные датчики, могут оказаться неспособными обнаруживать различные соединения, вещества или молекулы, которые не являются обнаруживаемыми датчиками, но могут потенциально оказывать отрицательное воздействие на здоровье человека. Соответственно, количество ложноположительных результатов может быть довольно высоким при использовании высокоизбирательных датчиков. С другой стороны, устройства, применяющие неизбирательные датчики, могут обеспечивать показания, которые ограниченно релевантны здоровью, то есть количество ложноположительных результатов может быть высоким. Кроме того, устройства с неизбирательными датчиками также могут оказаться неспособными обнаруживать другие соединения, молекулы или вещества, которые могут оказывать отрицательные эффекты на здоровье человека, то есть количество ложноположительных результатов также может быть высоким. Другими словами, устройства с неизбирательными датчиками могут обнаруживать большие группы химических соединений, молекул или веществ, имеющих общие некоторые физико-химические свойства, но такие устройства могут быть не способны различать молекулы, соединения или вещества, которые потенциально вредны для здоровья, от тех, которые не вредны.As is evident from the above examples, devices using highly selective sensors may be unable to detect various compounds, substances or molecules that are not detectable by the sensors, but may potentially have a negative effect on human health. Accordingly, the number of false positive results may be quite high when using highly selective sensors. On the other hand, devices using non-selective sensors may provide readings that are of limited relevance to health, i.e., the number of false positive results may be high. In addition, devices with non-selective sensors may also be unable to detect other compounds, molecules or substances that may have negative effects on human health, i.e., the number of false positive results may also be high. In other words, devices with non-selective sensors may detect large groups of chemical compounds, molecules or substances that have some common physicochemical properties, but such devices may not be able to distinguish molecules, compounds or substances that are potentially harmful to health from those that are not.

Следовательно, может быть желательно предоставить усовершенствованные устройство, систему, прибор и способ для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, например, обеспечивающие меньше ложноположительных и/или ложноотрицательных результатов. It may therefore be desirable to provide an improved device, system, apparatus and method for detecting one or more biologically active substances in the environment, for example, providing fewer false positive and/or false negative results.

Это достигается за счет объекта настоящего изобретения согласно независимым пунктам формулы изобретения. Необязательные признаки предоставлены зависимыми пунктами формулы изобретения и следующим описанием.This is achieved by the subject matter of the present invention according to the independent claims. Optional features are provided by the dependent claims and the following description.

Аспекты настоящего изобретения относятся к сенсорному чипу, сенсорному устройству, сенсорной системе, применению одного или более из вышеупомянутого и к способу обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Любое раскрытие, представленное выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе со ссылкой на один аспект настоящего раскрытия, в равной степени применимо к любому другому аспекту настоящего изобретения.Aspects of the present invention relate to a sensor chip, a sensor device, a sensor system, the use of one or more of the above, and a method for detecting one or more biologically active substances in the environment. Any disclosure provided above in this document and below in this document with reference to one aspect of the present disclosure is equally applicable to any other aspect of the present invention.

Согласно аспекту настоящего изобретения предоставлен сенсорный чип, выполненный с возможностью функционального соединения с сенсорным устройством, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде и/или среде, окружающей сенсорный чип. Сенсорный чип содержит реакционную ячейку, содержащую множество рецепторных белковых комплексов, и мембрану, отделяющую реакционную ячейку от окружающей среды и проницаемую для одного или более биологически активных веществ. При этом рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами в реакционной ячейке, что таким образом вызывает обнаруживаемое изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.According to an aspect of the present invention, a sensor chip is provided, which is capable of being functionally connected to a sensor device, for detecting one or more biologically active substances in the environment and/or the medium surrounding the sensor chip. The sensor chip comprises a reaction cell, which contains a plurality of receptor protein complexes, and a membrane, which separates the reaction cell from the environment and is permeable for one or more biologically active substances. In this case, the receptor protein complexes are capable of binding to one or more biologically active substances in the reaction cell, which thus causes a detectable change in the state of at least a part of the receptor protein complexes.

Как также будет дополнительно описано ниже в настоящем документе, применение рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, которые могут связываться с биологически активными веществами, поступающими в реакционную ячейку из окружающей среды, может позволить использовать прогрессивную и развитую способность живых организмов обнаруживать биологически активные вещества в среде, окружающей их. Как следствие, количество ложноположительных срабатываний и ложноотрицательных срабатываний, обнаруживаемых или регистрируемых сенсорным чипом, сенсорным устройством и/или сенсорной системой согласно настоящему изобретению может быть существенно уменьшено, тем самым обеспечивая всестороннее, надежное и точное обнаружение биологически активных веществ в окружающей среде.As will also be further described below in this document, the use of receptor protein complexes in the reaction cell, which can bind to biologically active substances entering the reaction cell from the environment, can make it possible to use the progressive and developed ability of living organisms to detect biologically active substances in the environment surrounding them. As a consequence, the number of false positives and false negatives detected or registered by the sensor chip, sensor device and/or sensor system according to the present invention can be significantly reduced, thereby ensuring a comprehensive, reliable and accurate detection of biologically active substances in the environment.

Реакционная ячейка сенсорного чипа может относиться или обозначать отсек или камеру, вмещающие или содержащие рецепторные белковые комплексы, при этом по меньшей мере часть, участок или область реакционной ячейки могут быть отделены от окружающей среды мембраной. Реакционная ячейка может иметь любой подходящий размер, форму, геометрию, очертание или объем.The reaction cell of the sensor chip may refer to or designate a compartment or chamber that accommodates or contains receptor protein complexes, wherein at least a portion, section or region of the reaction cell may be separated from the surrounding medium by a membrane. The reaction cell may have any suitable size, shape, geometry, outline or volume.

Мембрана в общем может быть проницаемой для одного или более биологически активных веществ, которые должны быть обнаружены посредством сенсорного чипа. Например, мембрана может обеспечивать массообмен между реакционной ячейкой и окружающей средой. В частности, мембрана может быть расположена и выполнена таким образом, что одно или более биологически активных веществ могут поступать в реакционную ячейку из окружающей среды через мембрану, например, посредством диффузии.The membrane can generally be permeable to one or more biologically active substances that are to be detected by the sensor chip. For example, the membrane can provide mass exchange between the reaction cell and the surrounding medium. In particular, the membrane can be arranged and designed in such a way that one or more biologically active substances can enter the reaction cell from the surrounding medium through the membrane, for example, by diffusion.

В контексте настоящего документа биологически активное вещество может относиться к молекуле, веществу или соединению, способным инициировать физиологическую ответную реакцию в живом организме, таком как человек или животное, например, при связывании с рецепторным белком живого организма, эквивалентным или соответствующим рецепторным белковым комплексам сенсорного чипа. При этом инициирование физиологической ответной реакции может включать инициирование клеточного защитного механизма или клеточной ответной реакции в живом организме. Альтернативно или дополнительно инициирование физиологической ответной реакции может включать одно или более из активации, подавления и устранения биохимического процесса в живом организме.In the context of this document, a biologically active substance may refer to a molecule, substance or compound capable of initiating a physiological response in a living organism, such as a human or an animal, for example, by binding to a receptor protein of a living organism equivalent to or corresponding to the receptor protein complexes of a sensor chip. In this case, initiating a physiological response may include initiating a cellular defense mechanism or a cellular response in a living organism. Alternatively or additionally, initiating a physiological response may include one or more of activating, suppressing and eliminating a biochemical process in a living organism.

Например, биологически активное вещество, поглощенное живым организмом и связанное с гормон-рецепторным белком живого организма, может активировать клеточные ответные реакции при отсутствии активности эндогенной передачи сигналов, как обсуждено выше в настоящем документе. Так как биологически активные вещества инициируют физиологические ответные реакции в живых организмах, они обычно также связаны или ассоциируются с определенной токсичностью или риском для здоровья живого организма. Соответственно, путем обнаружения одного или более биологически активных веществ сенсорным чипом согласно настоящему изобретению можно надежно определять или оценивать токсичность или загрязнение окружающей среды.For example, a biologically active substance absorbed by a living organism and bound to a hormone receptor protein of the living organism can activate cellular responses in the absence of endogenous signaling activity, as discussed above in this document. Since biologically active substances initiate physiological responses in living organisms, they are also usually associated with or associated with a certain toxicity or health risk to the living organism. Accordingly, by detecting one or more biologically active substances with the sensor chip according to the present invention, toxicity or pollution of the environment can be reliably determined or assessed.

Рецепторные белковые комплексы в контексте настоящего документа в общем могут относиться или обозначать функциональные комплексы, выполненные с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами и изменения их состояния при связывании, что можно обнаружить или измерить посредством сенсорного чипа. При этом каждый рецепторный белковый комплекс может содержать по меньшей мере один лигандсвязывающий домен, выполненный с возможностью связывания с по меньшей мере одним биологически активным веществом, который также может называться лигандом в этом контексте. Например, каждый рецепторный белковый комплекс может содержать по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, который может быть обнаружен в живом организме в подобной, идентичной или эквивалентной структуре, последовательности или форме.Receptor protein complexes in the context of the present document may generally relate to or designate functional complexes configured to bind to one or more biologically active substances and change their state upon binding, which can be detected or measured by a sensor chip. In this case, each receptor protein complex may comprise at least one ligand-binding domain configured to bind to at least one biologically active substance, which may also be referred to as a ligand in this context. For example, each receptor protein complex may comprise at least one ligand-binding domain of a receptor protein that can be found in a living organism in a similar, identical or equivalent structure, sequence or form.

Следовательно, изменение состояния, вызванное связыванием одного из рецепторных белковых комплексов сенсорного чипа с по меньшей мере одним биологически активным веществом, может напоминать или указывать на клеточную или физиологическую ответную реакцию, инициированную при связывании биологически активного вещества с эквивалентным или подобным рецепторным белком в живом организме. Соответственно, когда изменение состояния обнаружено или определено посредством сенсорного чипа, можно предположить, что биологически активное вещество будет инициировать физиологическую ответную реакцию в живом организме. Следовательно, сенсорный чип согласно настоящему изобретению может обеспечить значительное преимущество по сравнению с датчиками, которые неизбирательно реагируют на широкий диапазон химических соединений на основании определенных структурных свойств, которые могут быть не связаны с биологической активностью соединений, например, как в случае с датчиками VOC. Дополнительно следует отметить, что химическая структура биологически активного вещества, которое связывается с одним из рецепторных белковых комплексов, а также его источник могут быть неизвестны. Следовательно, сенсорный чип согласно настоящему изобретению также может обеспечивать значительное преимущество по сравнению с датчиками, которые избирательно и исключительно обнаруживают известные биологически активные вещества, например, токсичные вещества.Therefore, the change in state caused by the binding of one of the receptor protein complexes of the sensor chip to at least one biologically active substance may resemble or indicate a cellular or physiological response initiated by the binding of the biologically active substance to an equivalent or similar receptor protein in a living organism. Accordingly, when the change in state is detected or determined by means of the sensor chip, it can be assumed that the biologically active substance will initiate a physiological response in a living organism. Therefore, the sensor chip according to the present invention can provide a significant advantage compared to sensors that non-selectively respond to a wide range of chemical compounds based on certain structural properties that may not be associated with the biological activity of the compounds, for example, as in the case of VOC sensors. It should be further noted that the chemical structure of the biologically active substance that binds to one of the receptor protein complexes, as well as its source, may be unknown. Therefore, the sensor chip according to the present invention can also provide a significant advantage over sensors that selectively and exclusively detect known biologically active substances, such as toxic substances.

Связывание рецепторного белкового комплекса может приводить, ассоциироваться или сопровождаться разными типами изменений состояния рецепторных белковых комплексов, включая изменения конформации, структуры, формы, положения, локализации, состава, химической реакционной способности, химической активности и др. Альтернативно или дополнительно изменение состояния, вызванное в рецепторном белковом комплексе, может приводить к модификации или изменению по меньшей мере части реакционной ячейки и/или мембраны. Такие разные изменения состояния рецепторных белковых комплексов и/или модификации или изменения по меньшей мере компонента сенсорного чипа, связанного с ними, могут быть обнаружены с помощью разных подходов, например, с использованием принципов или режимов обнаружения. Как будет подробно обсуждено ниже в настоящем документе, все эти разные принципы обнаружения предусмотрены в контексте настоящего изобретения.The binding of the receptor protein complex may result in, be associated with or be accompanied by various types of changes in the state of the receptor protein complexes, including changes in conformation, structure, shape, position, localization, composition, chemical reactivity, chemical activity, etc. Alternatively or additionally, the change in state caused in the receptor protein complex may result in a modification or change in at least a portion of the reaction cell and/or membrane. Such various changes in the state of the receptor protein complexes and/or modifications or changes in at least a component of the sensor chip associated therewith may be detected using various approaches, such as using detection principles or modes. As will be discussed in detail below in this document, all of these various detection principles are provided in the context of the present invention.

В примере изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов может быть связано с изменением конформационного состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов. Например, рецепторные белковые комплексы могут находиться в своем нативном состоянии в реакционной ячейке и могут быть выполнены с возможностью изменения своей конформации при связывании с одним из биологически активных веществ.In an example, a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes may be associated with a change in the conformational state of at least a portion of the receptor protein complexes. For example, the receptor protein complexes may be in their native state in the reaction cell and may be designed with the ability to change their conformation upon binding to one of the biologically active substances.

Альтернативно или дополнительно изменение состояния рецепторных комплексов может быть связано с изменением локализации и/или положения по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке. Соответственно, рецепторные белковые комплексы могут быть выполнены с возможностью изменения положения и/или локализации в реакционной ячейке при связывании с одним или более биологически активными веществами. Изменение положения может быть связано или может включать перемещение соответствующего белкового комплекса или по меньшей мере его части в реакционной ячейке. Такое изменение положения и/или локализации может быть вызвано, например, изменением конформации рецепторного белкового комплекса или связыванием другого лиганда с рецепторным белковым комплексом.Alternatively or additionally, the change in the state of the receptor complexes may be associated with a change in the localization and/or position of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction unit. Accordingly, the receptor protein complexes may be designed to change position and/or localization in the reaction unit upon binding to one or more biologically active substances. The change in position may be associated with or may include movement of the corresponding protein complex or at least a portion thereof in the reaction unit. Such a change in position and/or localization may be caused, for example, by a change in the conformation of the receptor protein complex or by binding another ligand to the receptor protein complex.

Альтернативно или дополнительно изменение состояния может быть связано с изменением состава по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов. Например, состав рецепторного белкового комплекса может изменяться при связывании с биологически активным веществом на основании диссоциации или обмена компонентов или фрагментов рецепторного белкового комплекса или путем связывания рецепторного белкового комплекса с другим компонентом или фрагментом. Соответственно, рецепторные белковые комплексы могут быть выполнены с возможностью диссоциации в один или более компонентов при связывании с одним или более биологически активными веществами, могут быть выполнены с возможностью обмена одного или более компонентов при связывании с одним или более биологически активными веществами и/или могут быть выполнены с возможностью связывания с одним или более фрагментами при связывании с одним или более биологически активными веществами.Alternatively or additionally, the change in state may be associated with a change in the composition of at least a portion of the receptor protein complexes. For example, the composition of the receptor protein complex may change upon binding to a biologically active substance based on dissociation or exchange of components or fragments of the receptor protein complex or by binding of the receptor protein complex to another component or fragment. Accordingly, the receptor protein complexes may be configured to dissociate into one or more components upon binding to one or more biologically active substances, may be configured to exchange one or more components upon binding to one or more biologically active substances, and/or may be configured to bind to one or more fragments upon binding to one or more biologically active substances.

Необязательно изменение состава по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов может быть связано с изменением массы по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, например, если один или более фрагментов высвобождаются при связывании с биологически активным веществом. Альтернативно или дополнительно изменение массы по меньшей мере части реакционной ячейки и/или мембраны может быть связано с вызванным изменением состояния и может быть обнаружено посредством сенсорного чипа.Optionally, the change in the composition of at least a portion of the receptor protein complexes may be associated with a change in the mass of at least a portion of the receptor protein complexes, for example, if one or more fragments are released upon binding to a biologically active substance. Alternatively or additionally, the change in the mass of at least a portion of the reaction cell and/or membrane may be associated with an induced change in state and may be detected by a sensor chip.

Дополнительно вызванное изменение состояния может быть связано с одним или более из изменения физического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения физического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки и/или мембраны, изменения оптического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки и/или мембраны, изменения химического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения химического свойства субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, изменения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, и изменения концентрации свободных флуоресцентных или светопоглощающих молекул в по меньшей мере части реакционной ячейки.Additionally, the induced change in state may be associated with one or more of a change in a physical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a physical property of at least a portion of the reaction cell and/or membrane, a change in an optical property of at least a portion of the reaction cell and/or membrane, a change in a chemical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a chemical property of the substrate contained in the reaction cell, a change in the conductivity of the substrate contained in the reaction cell, and a change in the concentration of free fluorescent or light-absorbing molecules in at least a portion of the reaction cell.

Любое одно или более из вышеупомянутых изменений состояния и/или модификаций или изменений по меньшей мере части или компонента сенсорного чипа, связанного с ними, может использоваться для надежного обнаружения наличия одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Соответственно, обнаруживаемое одно или более изменений состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов могут указывать на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Any one or more of the above-mentioned changes in state and/or modifications or changes of at least a part or component of the sensor chip associated therewith can be used to reliably detect the presence of one or more biologically active substances in the environment. Accordingly, the detectable one or more changes in state of at least a part of the receptor protein complexes can indicate the presence of one or more biologically active substances in the environment.

В примере по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может быть ограничена по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвижена на ней, при этом по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может быть выполнена с возможностью диссоциации от по меньшей мере одной функциональной поверхности при связывании с одним или более биологически активными веществами. Другими словами, по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов, ограниченных по меньшей мере одной функциональной поверхностью или обездвиженных на ней, может быть выпущена или высвобождена из по меньшей мере одной функциональной поверхности при связывании с одним или более биологически активными веществами. Диссоциация от по меньшей мере одной функциональной поверхности может приводить или может быть связана, например, с одним или более из изменения массы по меньшей мере одной функциональной поверхности, мембраны или другой внутренней поверхности реакционной ячейки, изменения оптического свойства по меньшей мере одной функциональной поверхности, мембраны или другой внутренней поверхности или субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, и изменения другого свойства или характеристики одного или более из функциональной поверхности, мембраны и реакционной ячейки. Любое одно или более из таких изменений может быть обнаружено посредством сенсорного чипа и обеспечивать точное обнаружение одного или более биологически активных веществ.In an example, at least a portion of the receptor protein complexes can be limited by at least one functional surface of the reaction cell or immobilized thereon, wherein at least a portion of the receptor protein complexes can be configured to dissociate from the at least one functional surface upon binding with one or more biologically active substances. In other words, at least a portion of the receptor protein complexes limited by at least one functional surface or immobilized thereon can be released or liberated from the at least one functional surface upon binding with one or more biologically active substances. Dissociation from at least one functional surface can result in or be associated with, for example, one or more of a change in the mass of at least one functional surface, membrane or other internal surface of the reaction cell, a change in an optical property of at least one functional surface, membrane or other internal surface or a substrate contained in the reaction cell, and a change in another property or characteristic of one or more of the functional surface, membrane and reaction cell. Any one or more of such changes can be detected by the sensor chip and provide accurate detection of one or more biologically active substances.

В качестве примера, по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может быть ковалентно связана с по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки. Соответственно, по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может быть ограничена по меньшей мере одной функциональной поверхностью или обездвижена на ней на основании ковалентной связи рецепторных белковых комплексов с по меньшей мере одной функциональной поверхностью. Например, по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может быть ограничена по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвижена на ней с помощью лиганда, например, низкоаффинного лиганда или высокоаффинного лиганда, ковалентно связанного с по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки. При этом по меньшей мере часть по меньшей мере одной функциональной поверхности может содержать указанные лиганды или может быть покрыта ими. Хотя могут использоваться как низкоаффинные, так и высокоаффинные лиганды, низкоаффинные лиганды могут обеспечивать более сильный сигнал по сравнению с высокоаффинными лигандами.As an example, at least a portion of the receptor protein complexes can be covalently linked to at least one functional surface of the reaction unit. Accordingly, at least a portion of the receptor protein complexes can be limited to at least one functional surface or immobilized thereon based on a covalent bond of the receptor protein complexes with at least one functional surface. For example, at least a portion of the receptor protein complexes can be limited to at least one functional surface of the reaction unit or immobilized thereon using a ligand, such as a low-affinity ligand or a high-affinity ligand, covalently linked to at least one functional surface of the reaction unit. In this case, at least a portion of the at least one functional surface can comprise or be coated with said ligands. Although both low-affinity and high-affinity ligands can be used, low-affinity ligands can provide a stronger signal compared to high-affinity ligands.

Альтернативно или дополнительно рецепторные белковые комплексы могут быть электростатически ограничены по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки. Это может включать, например, ионную связь или связь с помощью слабых взаимодействий, таких как силы Ван-дер-Ваальса. Электростатическое ограничение может быть обеспечено пассивно, например, на основании заряда, переносимого по меньшей мере одной функциональной поверхностью, или активно, например, на основании заряжания одного или более электродов сенсорного чипа на по меньшей мере одной функциональной поверхности или вблизи нее.Alternatively or additionally, the receptor protein complexes can be electrostatically confined to at least one functional surface of the reaction cell. This can include, for example, ionic bonding or bonding via weak interactions such as van der Waals forces. Electrostatic confinement can be provided passively, for example based on a charge carried by at least one functional surface, or actively, for example based on charging one or more electrodes of the sensor chip on or near at least one functional surface.

По меньшей мере одна функциональная поверхность реакционной ячейки может быть определена внутренней поверхностью мембраны, обращенной к реакционной ячейке. Другими словами, внутренняя поверхность мембраны, которая обращена или направлена внутрь реакционной ячейки, может составлять по меньшей мере одну функциональную поверхность.At least one functional surface of the reaction cell can be defined by the inner surface of the membrane facing the reaction cell. In other words, the inner surface of the membrane that faces or is directed toward the inside of the reaction cell can constitute at least one functional surface.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере одна функциональная поверхность может содержать внутреннюю поверхность реакционной ячейки, причем эта внутренняя поверхность направлена к мембране. Внутренняя поверхность, направленная к мембране, может означать, что вектор нормали к поверхности внутренней поверхности и вектор нормали к поверхности мембраны направлены поперечно друг другу. Например, по меньшей мере одна функциональная поверхность может содержать внутреннюю поверхность реакционной ячейки, расположенную напротив мембраны или рядом с мембраной.Alternatively or additionally, at least one functional surface may comprise an inner surface of the reaction cell, wherein this inner surface is directed toward the membrane. An inner surface directed toward the membrane may mean that the normal vector to the surface of the inner surface and the normal vector to the surface of the membrane are directed transversely to each other. For example, at least one functional surface may comprise an inner surface of the reaction cell located opposite the membrane or near the membrane.

В примере окружающая среда может включать окружающий воздух, атмосферный воздух или воздух во внешней среде или вокруг сенсорного чипа. Соответственно, сенсорный чип согласно настоящему изобретению может быть выполнен с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающем воздухе. Следовательно, сенсорный чип может применяться, например, для отслеживания внешней среды и/или отслеживания качества окружающего воздуха.In an example, the environment may include ambient air, atmospheric air, or air in the external environment or around the sensor chip. Accordingly, the sensor chip according to the present invention may be configured to detect one or more biologically active substances in the ambient air. Therefore, the sensor chip may be used, for example, to monitor the external environment and/or monitor the quality of the ambient air.

Альтернативно окружающая среда может включать воду. Соответственно, сенсорный чип согласно настоящему изобретению может быть выполнен с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ в воде. Следовательно, сенсорный чип может применяться, например, для отслеживания внешней среды и/или отслеживания качества воды, например, поверхностных вод, грунтовых вод, морской воды, речной воды, воды в рыбоводческом хозяйстве, воды в бассейне или т. п. Следует отметить, что сенсорный чип согласно настоящему изобретению также может преимущественно применяться для обнаружения одного или более биологически активных веществ в других средах или веществах, например, в почве.Alternatively, the environment may include water. Accordingly, the sensor chip according to the present invention may be configured to detect one or more biologically active substances in water. Therefore, the sensor chip may be used, for example, to monitor the external environment and/or monitor the quality of water, such as surface water, ground water, sea water, river water, water in a fish farm, water in a swimming pool, or the like. It should be noted that the sensor chip according to the present invention may also be advantageously used to detect one or more biologically active substances in other environments or substances, such as in soil.

Мембрана может содержать наружную поверхность, выполненную с возможностью контакта с окружающей средой, и может содержать внутреннюю поверхность, обращенную к реакционной ячейке. Соответственно, наружная поверхность мембраны может быть направлена к окружающей среде, и внутренняя поверхность мембраны может быть направлена внутрь реакционной ячейки. По меньшей мере во время использования сенсорного чипа наружная поверхность мембраны может быть выполнена с возможностью непрерывного контакта с окружающей средой, что может позволить непрерывно отслеживать окружающую среду на предмет наличия одного или более биологически активных веществ.The membrane may comprise an outer surface capable of contact with the environment, and may comprise an inner surface facing the reaction cell. Accordingly, the outer surface of the membrane may be directed toward the environment, and the inner surface of the membrane may be directed toward the inside of the reaction cell. At least during use of the sensor chip, the outer surface of the membrane may be capable of continuous contact with the environment, which may allow continuous monitoring of the environment for the presence of one or more biologically active substances.

В примере реакционная ячейка может содержать одно или более из жидкого, гелеобразного и полутвердого субстрата. При этом реакционная ячейка может быть частично или полностью заполнена субстратом. Например, субстрат может иметь такой состав, что рецепторные белковые комплексы сохраняют нативное состояние, в частности, когда они не связаны с одним или более биологически активными веществами. Предоставление такого жидкого, полутвердого и/или гелеобразного субстрата в реакционной ячейке может существенно увеличить срок службы рецепторных белковых комплексов и, следовательно, срок службы сенсорного чипа.In an example, the reaction cell may contain one or more of a liquid, a gel, and a semi-solid substrate. In this case, the reaction cell may be partially or completely filled with the substrate. For example, the substrate may have such a composition that the receptor protein complexes retain a native state, in particular when they are not associated with one or more biologically active substances. Providing such a liquid, semi-solid, and/or gel substrate in the reaction cell may significantly increase the service life of the receptor protein complexes and, therefore, the service life of the sensor chip.

В качестве примера, субстрат может содержать по меньшей мере одно из водного раствора, изотонического раствора и буферного раствора. Соответственно, реакционная ячейка может содержать водный, изотонический, буферный жидкий, гелеобразный и/или полутвердый субстрат, например, гелеобразную матрицу, в которой рецепторные белковые комплексы и необязательные дополнительные белки, которые могут присутствовать в реакционной ячейке, сохраняют свое нативное состояние.As an example, the substrate may comprise at least one of an aqueous solution, an isotonic solution, and a buffer solution. Accordingly, the reaction unit may comprise an aqueous, isotonic, buffered liquid, gel, and/or semi-solid substrate, such as a gel matrix, in which the receptor protein complexes and optional additional proteins that may be present in the reaction unit retain their native state.

Необязательно субстрат может содержать стабилизирующий белок для стабилизации рецепторных белковых комплексов, например, в их нативном состоянии. Альтернативно или дополнительно субстрат может содержать поверхностно-активную молекулу или комплекс поверхностно-активных молекул, например, одно или более из полисорбата 20 или тритона Х-100.Optionally, the substrate may comprise a stabilizing protein to stabilize the receptor protein complexes, for example, in their native state. Alternatively or additionally, the substrate may comprise a surface-active molecule or complex of surface-active molecules, for example, one or more of polysorbate 20 or triton X-100.

Мембрана сенсорного чипа может быть проницаемой для газов. Проницаемость мембраны для газов может быть особенно преимущественной, если окружающая среда включает или содержит воздух, который может проходить сквозь мембрану и поступать в реакционную ячейку через мембрану. Альтернативно или дополнительно мембрана может быть непроницаемой для воды или водосодержащей жидкости. Непроницаемость мембраны для воды или водосодержащей жидкости может предотвратить утечку субстрата или другой жидкости из реакционной ячейки, тем самым обеспечивая функциональность сенсорного чипа и увеличивая его срок службы.The membrane of the sensor chip may be permeable to gases. The permeability of the membrane to gases may be particularly advantageous if the environment includes or contains air, which can pass through the membrane and enter the reaction cell through the membrane. Alternatively or additionally, the membrane may be impermeable to water or an aqueous liquid. The impermeability of the membrane to water or an aqueous liquid may prevent the leakage of the substrate or other liquid from the reaction cell, thereby ensuring the functionality of the sensor chip and increasing its service life.

В примере мембрана может содержать множество пор, предпочтительно заполненных газом для исключения воды. Такая конфигурация мембраны может эффективно обеспечивать проницаемость для газов, а также непроницаемость для воды или водосодержащей жидкости на протяжении длительного срока службы сенсорного чипа.In an example, the membrane may comprise a plurality of pores, preferably filled with gas to exclude water. Such a membrane configuration may effectively provide gas permeability and water or aqueous liquid impermeability over a long service life of the sensor chip.

Например, мембрана может содержать по меньшей мере одно из пористого углеродного бумажного материала и перфорированного фторполимера. Хотя следует отметить, что мембрана также может содержать другие материалы или полимеры, включая липиды.For example, the membrane may comprise at least one of a porous carbon paper material and a perforated fluoropolymer. Although it should be noted that the membrane may also comprise other materials or polymers, including lipids.

В дополнительном примере сенсорный чип может дополнительно содержать сетку, покрывающую по меньшей мере часть наружной поверхности мембраны. Сетка может быть расположена и выполнена с возможностью защиты мембраны и/или реакционной ячейки от физического повреждения извне. Сетка может представлять собой жесткую решетку. Сетка может быть выполнена в виде единого целого с корпусом сенсорного чипа, или она может быть выполнена в виде отдельной детали или элемента, прикрепленного к корпусу сенсорного чипа.In an additional example, the sensor chip may further comprise a grid covering at least a portion of the outer surface of the membrane. The grid may be arranged and configured to protect the membrane and/or the reaction cell from physical damage from the outside. The grid may be a rigid grid. The grid may be made as a single unit with the sensor chip housing, or it may be made as a separate part or element attached to the sensor chip housing.

Альтернативно или дополнительно сенсорный чип может дополнительно содержать уплотнительную крышку, накрывающую по меньшей мере часть наружной поверхности мембраны и выполненную с возможностью предотвращения контакта мембраны с окружающей средой. Уплотнительная крышка может находиться в непосредственном контакте с мембраной или может находиться на расстоянии от мембраны. Например, уплотнительная крышка может быть расположена у наружной поверхности сетки, покрывающей по меньшей мере часть наружной поверхности мембраны. Уплотнительная крышка, в частности, может применяться для закрывания наружной поверхности мембраны и блокирования попадания биологически активных веществ в реакционную ячейку, когда сенсорный чип не используется. Это может увеличить срок службы или продолжительность эксплуатации сенсорного чипа, так как количество рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке может уменьшаться с течением времени, если она не закрыта уплотнительной крышкой. Alternatively or additionally, the sensor chip may further comprise a sealing cap covering at least a portion of the outer surface of the membrane and configured to prevent contact of the membrane with the environment. The sealing cap may be in direct contact with the membrane or may be at a distance from the membrane. For example, the sealing cap may be located at the outer surface of a mesh covering at least a portion of the outer surface of the membrane. The sealing cap may be used, in particular, to close the outer surface of the membrane and block the entry of biologically active substances into the reaction cell when the sensor chip is not in use. This may increase the service life or operating life of the sensor chip, since the amount of receptor protein complexes in the reaction cell may decrease over time if it is not closed with a sealing cap.

В общем, уплотнительная крышка может быть предназначена только для однократного применения, или уплотнительная крышка может повторно использоваться для закрывания мембраны. Соответственно, реакционная ячейка может быть выполнена с возможностью уплотнения и/или повторного уплотнения путем накрытия по меньшей мере части наружной поверхности мембраны уплотнительной крышкой.In general, the sealing cap may be intended for single use only, or the sealing cap may be reused to close the membrane. Accordingly, the reaction cell may be configured to be sealed and/or resealed by covering at least a portion of the outer surface of the membrane with the sealing cap.

В примере уплотнительная крышка может содержать клейкую пленку, например, позволяющую разъемным образом прикреплять или присоединять уплотнительную крышку к сенсорному чипу. Например, клейкая пленка может быть расположена на по меньшей мере части поверхности уплотнительной крышки, например, по периметру поверхности, что может обеспечить надежное прикрепление уплотнительной крышки к сенсорному чипу и обеспечить тщательное уплотнение мембраны или реакционной ячейки уплотнительной крышкой от окружающей среды. Однако следует отметить, что также могут применяться другие средства прикрепления уплотнительной крышки к сенсорному чипу, включая соединение на защелках или другое механическое крепление, а также магнитное крепление.In an example, the sealing cap may comprise an adhesive film, for example, allowing the sealing cap to be releasably attached or attached to the sensor chip. For example, the adhesive film may be located on at least a portion of the surface of the sealing cap, such as along the perimeter of the surface, which may ensure reliable attachment of the sealing cap to the sensor chip and ensure thorough sealing of the membrane or reaction cell by the sealing cap from the environment. However, it should be noted that other means of attaching the sealing cap to the sensor chip may also be used, including a snap-on connection or other mechanical fastening, as well as a magnetic fastening.

Уплотнительная крышка может быть воздухонепроницаемой и/или может быть выполнена с возможностью блокирования прохождения воздуха сквозь уплотнительную крышку. Воздухонепроницаемая конфигурация и прикрепление уплотнительной крышки к сенсорному чипу могут предотвратить попадание окружающей среды или биологически активных веществ в реакционную ячейку, что может потенциально уменьшить количество рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке с течением времени. Как указано выше, это уплотнение реакционной ячейки может быть особенно преимущественным, когда сенсорный чип не используется, например, во время хранения сенсорного чипа.The sealing cap may be airtight and/or may be configured to block air from passing through the sealing cap. The airtight configuration and the attachment of the sealing cap to the sensor chip may prevent the environment or biologically active substances from entering the reaction cell, which may potentially reduce the amount of receptor protein complexes in the reaction cell over time. As noted above, this sealing of the reaction cell may be particularly advantageous when the sensor chip is not in use, such as during storage of the sensor chip.

Сенсорный чип может быть выполнен с формой и размером для по меньшей мере частичной вставки в сенсорное устройство. Соответственно, сенсорный чип может иметь форму и размер, позволяющие по меньшей мере частично вставлять его в сенсорное устройство. Такая частичная вставка может обеспечивать правильное позиционирование сенсорного чипа в сенсорном устройстве, может обеспечивать надлежащее соединение или крепление между сенсорным чипом и сенсорным устройством и может защищать сенсорный чип от повреждения.The sensor chip may be designed with a shape and size for at least partial insertion into the sensor device. Accordingly, the sensor chip may have a shape and size that allows it to be at least partially inserted into the sensor device. Such partial insertion may ensure correct positioning of the sensor chip in the sensor device, may ensure proper connection or fastening between the sensor chip and the sensor device, and may protect the sensor chip from damage.

Например, сенсорный чип может быть выполнен с формой и размером для по меньшей мере частичной вставки в гнездо сенсорного устройства. Другими словами, сенсорное устройство может содержать по меньшей мере одно гнездо для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа. Гнездо может быть выполнено, например, в форме посадочного места, и сенсорный чип может быть вставлен в гнездо путем проталкивания сенсорного чипа в гнездо.For example, the sensor chip can be made with a shape and size for at least partial insertion into a socket of the sensor device. In other words, the sensor device can contain at least one socket for at least partial placement of the sensor chip. The socket can be made, for example, in the form of a seat, and the sensor chip can be inserted into the socket by pushing the sensor chip into the socket.

Необязательно сенсорный чип может содержать по меньшей мере один элемент поверхности на наружной поверхности корпуса сенсорного чипа, при этом по меньшей мере один элемент поверхности сенсорного чипа образован как дополняющий по меньшей мере один элемент поверхности гнезда для обеспечения правильного позиционирования сенсорного чипа в гнезде. При этом по меньшей мере один элемент поверхности сенсорного чипа необязательно может быть выполнен с возможностью сцепления с по меньшей мере одним элементом поверхности гнезда для закрепления сенсорного чипа в гнезде. Соответственно, элемент поверхности гнезда и элемент поверхности на корпусе сенсорного чипа могут образовывать защелкивающийся или захватный механизм для закрепления сенсорного чипа в гнезде.Optionally, the sensor chip may comprise at least one surface element on the outer surface of the sensor chip housing, wherein at least one surface element of the sensor chip is formed as complementary to at least one surface element of the socket to ensure correct positioning of the sensor chip in the socket. In this case, at least one surface element of the sensor chip may optionally be designed with the possibility of engaging with at least one surface element of the socket to secure the sensor chip in the socket. Accordingly, the surface element of the socket and the surface element on the sensor chip housing may form a snap-on or gripping mechanism for securing the sensor chip in the socket.

Альтернативно или дополнительно сенсорный чип может содержать один или более магнитов или магнитных элементов для магнитного крепления сенсорного чипа к сенсорному устройству. Также могут применяться другие способы крепления сенсорного чипа к сенсорному устройству, такие как винтовое соединение или другое механическое соединение.Alternatively or additionally, the sensor chip may comprise one or more magnets or magnetic elements for magnetically attaching the sensor chip to the sensor device. Other methods for attaching the sensor chip to the sensor device may also be used, such as a screw connection or other mechanical connection.

Как указано выше, один или более разных принципов или режимов обнаружения могут применяться для обнаружения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, вызванного связыванием с одним или более биологически активными веществами. Например, изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов может являться обнаруживаемым на основании оптического измерения. Такое оптическое измерение может быть выполнено в по меньшей мере части реакционной ячейки, на по меньшей мере части мембраны или снаружи реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может являться обнаруживаемым на основании обнаружения флуоресцентного света и на основании возбуждения флуоресценции одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов. Например, рецепторные белковые комплексы могут содержать по меньшей мере одну флуоресцентную метку и могут быть выполнены с возможностью диссоциации при связывании с одним или более биологически активными веществами, тем самым высвобождая по меньшей мере одну флуоресцентную метку в реакционную ячейку. Флуоресцентный свет, излучаемый флуоресцентными метками, высвобожденными из рецепторных белковых комплексов при связывании, можно обнаруживать для обнаружения изменения состояния. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может являться обнаруживаемым на основании рассеивания света, например, путем пропускания света через по меньшей мере часть реакционной ячейки и путем измерения изменения интенсивности света, проходящего через реакционную ячейку. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может являться обнаруживаемым на основании определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно поглощение электромагнитного излучения в реакционной ячейке или на по меньшей мере одной функциональной поверхности может использоваться для обнаружения изменения состояния рецепторных белковых комплексов. Например, связывание рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами может приводить к диссоциации одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов и/или диссоциации рецепторных белковых комплексов от по меньшей мере одной функциональной поверхности, что может привести к обнаруживаемому изменению оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности и/или субстрата, содержащегося в реакционной ячейке. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может быть обнаружено на основании определения проводимости и/или изменения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке. С этой целью сенсорный чип может содержать один или более электродов, расположенных внутри реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может являться обнаруживаемым на основании обнаружения электрохимического процесса, происходящего в реакционной ячейке при связывании по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами. Альтернативно или дополнительно изменение состояния может являться обнаруживаемым на основании определения массы и/или изменения массы по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, например, на основании определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов, ограниченных по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвиженных на ней. Например, рецепторные белковые комплексы могут быть ограничены по меньшей мере одной функциональной поверхностью и могут диссоциироваться от нее при связывании с одним или более биологически активными веществами, что может привести к измеримому изменению массы по меньшей мере одной функциональной поверхности или мембраны. Альтернативно или дополнительно изменение одного или более физических или оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности может являться обнаруживаемым на основании поверхностного плазмонного резонанса на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки. Подчеркивается, что любой один или более из вышеупомянутых принципов обнаружения или даже другие принципы обнаружения могут применяться для обнаружения изменения состояния, вызванного связыванием рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами.As indicated above, one or more different principles or modes of detection can be used to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes caused by binding to one or more biologically active substances. For example, a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes can be detectable based on an optical measurement. Such an optical measurement can be performed in at least a portion of the reaction unit, on at least a portion of the membrane, or outside the reaction unit. Alternatively or additionally, a change in state can be detectable based on detection of fluorescent light and based on excitation of fluorescence of one or more components of the receptor protein complexes. For example, the receptor protein complexes can comprise at least one fluorescent label and can be configured to dissociate upon binding to one or more biologically active substances, thereby releasing at least one fluorescent label into the reaction unit. Fluorescent light emitted by fluorescent labels released from the receptor protein complexes upon binding can be detected to detect a change in state. Alternatively or additionally, the change in state can be detectable based on light scattering, such as by transmitting light through at least a portion of the reaction cell and by measuring a change in the intensity of the light passing through the reaction cell. Alternatively or additionally, the change in state can be detectable based on determining one or more optical properties of at least one functional surface of the reaction cell. Alternatively or additionally, absorption of electromagnetic radiation in the reaction cell or on at least one functional surface can be used to detect a change in state of the receptor protein complexes. For example, binding of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances can lead to dissociation of one or more components of the receptor protein complexes and/or dissociation of the receptor protein complexes from at least one functional surface, which can lead to a detectable change in the optical properties of at least one functional surface and/or a substrate contained in the reaction cell. Alternatively or additionally, the change in state can be detected based on determining the conductivity and/or a change in the conductivity of the substrate contained in the reaction cell. For this purpose, the sensor chip can comprise one or more electrodes located inside the reaction cell. Alternatively or additionally, the change in state can be detectable based on detecting an electrochemical process occurring in the reaction cell upon binding of at least a portion of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances. Alternatively or additionally, the change in state can be detectable based on the determination of the mass and/or the change in the mass of at least one functional surface of the reaction cell, for example based on the determination of the mass and/or the change in the mass of the receptor protein complexes limited to at least one functional surface of the reaction cell or immobilized thereon. For example, the receptor protein complexes can be limited to at least one functional surface and can dissociate from it upon binding to one or more biologically active substances, which can lead to a measurable change in the mass of at least one functional surface or membrane. Alternatively or additionally, the change in one or more physical or optical properties of at least one functional surface can be detectable based on the surface plasmon resonance on at least one functional surface of the reaction cell. It is emphasized that any one or more of the above-mentioned detection principles or even other detection principles can be used to detect a change in state caused by the binding of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances.

Следует отметить, что дополнительные технические средства для фактического обнаружения одного или более из вышеупомянутых изменений состояния, такие как соответствующие датчики или чувствительные элементы, могут быть включены в сенсорный чип и/или сенсорное устройство. Соответственно, одно или оба из сенсорного чипа и сенсорного устройства могут быть выполнены с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов на основании оптического измерения, на основании обнаружения флуоресцентного света, на основании возбуждения флуоресценции одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов, на основании рассеяния света, на основании определения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке сенсорного чипа, на основании электрохимического процесса, происходящего в реакционной ячейке, на основании определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения поглощения электромагнитного излучения, на основании определения массы по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения массы рецепторных белковых комплексов, ограниченных по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвиженных на ней, и на основании поверхностного плазмонного резонанса на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.It should be noted that additional technical means for actually detecting one or more of the above-mentioned state changes, such as appropriate sensors or sensing elements, may be included in the sensor chip and/or sensor device. Accordingly, one or both of the sensor chip and the sensor device can be configured to determine a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes based on an optical measurement, based on the detection of fluorescent light, based on the excitation of fluorescence of one or more components of the receptor protein complexes, based on light scattering, based on the determination of the conductivity of the substrate contained in the reaction cell of the sensor chip, based on an electrochemical process occurring in the reaction cell, based on the determination of one or more optical properties of at least one functional surface of the reaction cell, based on the determination of the absorption of electromagnetic radiation, based on the determination of the mass of at least one functional surface of the reaction cell, based on the determination of the mass of the receptor protein complexes limited by at least one functional surface of the reaction cell or immobilized on it, and based on surface plasmon resonance on at least one functional surface of the reaction cell.

Согласно примеру сенсорный чип содержит один или более соединителей для функционального соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством. Такое функциональное соединение может означать, что сенсорный чип может быть соединен с помощью одного или более соединителей с сенсорным устройством, так что изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами является обнаруживаемым.According to an example, the sensor chip comprises one or more connectors for functionally connecting the sensor chip to a sensor device. Such a functional connection may mean that the sensor chip can be connected by means of one or more connectors to a sensor device, so that a change in the state of at least a part of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances is detectable.

В примере один или более соединителей могут включать по меньшей мере один оптический соединитель, выполненный с возможностью проведения электромагнитного излучения из сенсорного устройства в реакционную ячейку для оптического обнаружения изменения конформационного состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами. Альтернативно или дополнительно один или более соединителей могут включать по меньшей мере один дополнительный оптический соединитель для проведения электромагнитного излучения из реакционной ячейки. Например, сенсорный чип может содержать первый оптический соединитель для передачи электромагнитного излучения от сенсорного устройства в сенсорный чип и второй оптический соединитель для передачи электромагнитного излучения из сенсорного чипа в сенсорное устройство. Сенсорный чип также может содержать больше двух оптических соединителей для оптического соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.In an example, one or more connectors may include at least one optical connector configured to conduct electromagnetic radiation from the sensor device to the reaction cell for optically detecting a change in the conformational state of at least a portion of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances. Alternatively or additionally, one or more connectors may include at least one additional optical connector for conducting electromagnetic radiation from the reaction cell. For example, the sensor chip may comprise a first optical connector for transmitting electromagnetic radiation from the sensor device to the sensor chip and a second optical connector for transmitting electromagnetic radiation from the sensor chip to the sensor device. The sensor chip may also comprise more than two optical connectors for optically connecting the sensor chip to the sensor device.

По меньшей мере один оптический соединитель и/или по меньшей мере один дополнительный оптический соединитель, например, первый и второй оптические соединители, могут содержать по меньшей мере одно отверстие, расположенное в корпусе сенсорного чипа. Посредством по меньшей мере одного отверстия соответствующего оптического соединителя электромагнитное излучение можно проводить внутрь и/или наружу сенсорного чипа для оптического обнаружения изменения состояния рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами.At least one optical connector and/or at least one additional optical connector, for example the first and second optical connectors, may comprise at least one opening located in the body of the sensor chip. By means of at least one opening of the corresponding optical connector, electromagnetic radiation may be conducted into and/or out of the sensor chip for optical detection of a change in the state of receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances.

Необязательно по меньшей мере одно отверстие может быть уплотнено слоем материала, прозрачного для электромагнитного излучения с предопределенной длиной волны. Например, изменение состояния может быть обнаружено на основании возбуждения флуоресценции одной или более флуоресцентных меток рецепторных белковых комплексов, которые могут быть высвобождены при связывании с биологически активным веществом. При этом слой материала, уплотняющего отверстие, может быть проницаемым или прозрачным для по меньшей мере света, возбуждающего флуоресценцию, с предопределенной длиной волны или диапазоном длин волн, позволяя проводить свет, возбуждающий флуоресценцию, внутрь реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно слой материала, уплотняющего отверстие, может быть проницаемым или прозрачным для по меньшей мере флуоресцентного света, излучаемого флуоресцентными метками.Optionally, at least one opening can be sealed with a layer of material transparent to electromagnetic radiation with a predetermined wavelength. For example, a change in state can be detected based on the excitation of fluorescence of one or more fluorescent labels of receptor protein complexes that can be released upon binding to a biologically active substance. In this case, the layer of material sealing the opening can be permeable or transparent to at least fluorescence-exciting light with a predetermined wavelength or wavelength range, allowing the fluorescence-exciting light to be conducted into the reaction cell. Alternatively or additionally, the layer of material sealing the opening can be permeable or transparent to at least fluorescent light emitted by fluorescent labels.

По меньшей мере одно отверстие, например, может иметь такие форму, ориентацию или контур, чтобы свет или электромагнитное излучение, поступающие в реакционную ячейку сквозь отверстие, приводили к прохождению пучка света через по меньшей мере часть реакционной ячейки. Например, по меньшей мере одно отверстие может быть ориентировано параллельно продольной оси реакционной ячейки.At least one opening, for example, can have such a shape, orientation or contour that light or electromagnetic radiation entering the reaction cell through the opening leads to the passage of a light beam through at least a portion of the reaction cell. For example, at least one opening can be oriented parallel to the longitudinal axis of the reaction cell.

В еще одном примере сенсорный чип дополнительно содержит по меньшей мере один оптический волновод для направления электромагнитного излучения через реакционную ячейку для оптического обнаружения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами. При этом по меньшей мере один оптический волновод может проходить через по меньшей мере часть реакционной ячейки. Например, по меньшей мере один оптический волновод может проходить параллельно продольной оси реакционной ячейки сквозь реакционную ячейку. Размещение одного или более оптических волноводов в реакционной ячейке в общем может обеспечивать высокочувствительное оптическое измерение, тем самым позволяя точно и надежно обнаруживать изменения состояния рецепторных белковых комплексов при связывании.In another example, the sensor chip further comprises at least one optical waveguide for directing electromagnetic radiation through the reaction cell for optically detecting a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances. In this case, at least one optical waveguide can pass through at least a portion of the reaction cell. For example, at least one optical waveguide can pass parallel to the longitudinal axis of the reaction cell through the reaction cell. The placement of one or more optical waveguides in the reaction cell can generally provide highly sensitive optical measurement, thereby allowing for accurate and reliable detection of changes in the state of the receptor protein complexes upon binding.

По меньшей мере один оптический волновод может быть выровнен и оптически связан с по меньшей мере одним оптическим соединителем сенсорного чипа. Соответственно, электромагнитное излучение или свет могут быть проведены внутрь и/или наружу по меньшей мере одного оптического волновода посредством по меньшей мере одного оптического соединителя. At least one optical waveguide can be aligned and optically connected with at least one optical connector of the sensor chip. Accordingly, electromagnetic radiation or light can be conducted into and/or out of at least one optical waveguide by means of at least one optical connector.

В качестве примера, сенсорный чип может содержать по меньшей мере два оптических волновода и по меньшей мере один отражающий элемент, расположенный на конце по меньшей мере двух оптических волноводов, при этом по меньшей мере один отражающий элемент оптически связывает по меньшей мере два оптических волновода. Другими словами, электромагнитное излучение может быть проведено по одному из оптических волноводов, отражено по меньшей мере одним отражающим элементом и проведено в дальнейший оптический волновод. Необязательно каждый из по меньшей мере двух оптических волноводов может быть оптически связан с по меньшей мере одним оптическим соединителем сенсорного устройства, расположенным на конце соответствующего оптического волновода, противоположном по меньшей мере одному отражающему элементу. В такой конфигурации длина траектории электромагнитного излучения, проходящего сквозь реакционную ячейку через по меньшей мере два оптических волновода, может быть максимально увеличена, что может увеличить чувствительность сенсорного чипа.As an example, the sensor chip may comprise at least two optical waveguides and at least one reflective element located at the end of at least two optical waveguides, wherein at least one reflective element optically couples at least two optical waveguides. In other words, electromagnetic radiation may be conducted along one of the optical waveguides, reflected by at least one reflective element and conducted into a further optical waveguide. Optionally, each of the at least two optical waveguides may be optically coupled to at least one optical connector of the sensor device located at the end of the corresponding optical waveguide opposite to the at least one reflective element. In such a configuration, the length of the trajectory of electromagnetic radiation passing through the reaction cell through at least two optical waveguides may be maximized, which may increase the sensitivity of the sensor chip.

В еще одном примере один или более соединителей сенсорного чипа могут включать по меньшей мере один электрический соединитель для электрического соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством. Такой электрический соединитель может обеспечивать подачу электрических сигналов, например, сигналов управления или сигналов обнаружения, сенсорным устройством в сенсорный чип, или наоборот. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один электрический соединитель может обеспечивать передачу данных или соединение с возможностью осуществления связи между сенсорным чипом и сенсорным устройством.In another example, one or more sensor chip connectors may include at least one electrical connector for electrically connecting the sensor chip to the sensor device. Such an electrical connector may provide electrical signals, such as control signals or detection signals, from the sensor device to the sensor chip, or vice versa. Alternatively or additionally, at least one electrical connector may provide data transfer or a connection with the ability to communicate between the sensor chip and the sensor device.

В примере сенсорный чип дополнительно содержит один или более электродов, по меньшей мере частично расположенных в реакционной ячейке и выполненных с возможностью определения проводимости или изменения проводимости субстрата или состава в реакционной ячейке. Как упомянуто выше в настоящем документе, изменение состояния, вызванное при связывании по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, может включать диссоциацию рецепторных белковых комплексов в несколько компонентов и/или диссоциацию рецепторных белковых комплексов от по меньшей мере одной функциональной поверхности. Любые из этих изменений состояния могут приводить к изменению проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, которое может быть измерено посредством одного или более электродов с высокой точностью, чувствительностью и прецизионностью.In an example, the sensor chip further comprises one or more electrodes, at least partially located in the reaction cell and configured to determine the conductivity or change in conductivity of the substrate or composition in the reaction cell. As mentioned above in this document, the change in state caused by binding at least a portion of the receptor protein complexes may include dissociation of the receptor protein complexes into several components and/or dissociation of the receptor protein complexes from at least one functional surface. Any of these changes in state may lead to a change in the conductivity of the substrate contained in the reaction cell, which can be measured by means of one or more electrodes with high accuracy, sensitivity and precision.

В еще одном примере сенсорный чип может дополнительно содержать по меньшей мере одно окно для обнаружения, прозрачное для электромагнитного излучения, излучаемого и/или рассеиваемого по меньшей мере одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов. Например, по меньшей мере одно окно для обнаружения может быть прозрачным для флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов, такими как, например, одна или более флуоресцентных меток, высвобожденных при связывании с одним или более биологически активными веществами.In another example, the sensor chip may further comprise at least one detection window transparent to electromagnetic radiation emitted and/or scattered by at least one or more components of the receptor protein complexes. For example, at least one detection window may be transparent to fluorescent light emitted by at least one or more components of the receptor protein complexes, such as, for example, one or more fluorescent labels released upon binding to one or more biologically active substances.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере одно окно для обнаружения может быть непрозрачным для света, возбуждающего флуоресценцию. Следовательно, посредством окна для обнаружения можно блокировать выход света, возбуждающего флуоресценцию, из реакционной ячейки. Такая конфигурация может позволить увеличивать чувствительность сенсорного чипа, в частности, в случае если интенсивность света, возбуждающего флуоресценцию, намного выше интенсивности фактического флуоресцентного света, излучаемого флуоресцентными метками.Alternatively or additionally, at least one detection window may be opaque to the fluorescence excitation light. Therefore, the detection window may block the fluorescence excitation light from exiting the reaction cell. Such a configuration may allow increasing the sensitivity of the sensor chip, in particular in the case where the intensity of the fluorescence excitation light is much higher than the intensity of the actual fluorescence light emitted by the fluorescent labels.

По меньшей мере одно окно для обнаружения может быть, например, расположено напротив мембраны, направлено и/или ориентировано к ней. Такое размещение окна для обнаружения может обеспечить надежное обнаружение изменений оптического свойства мембраны или функциональной поверхности реакционной ячейки через окно для обнаружения сенсорного чипа.At least one detection window can be, for example, located opposite the membrane, directed and/or oriented to it. Such placement of the detection window can ensure reliable detection of changes in the optical property of the membrane or the functional surface of the reaction cell through the detection window of the sensor chip.

В примере внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, обращенная к реакционной ячейке, может быть по меньшей мере частично покрыта молекулярными улавливающими комплексами, выполненными с возможностью связывания с по меньшей мере компонентом рецепторных белковых комплексов, так что рецепторные белковые комплексы, связанные с одним или более биологически активными веществами, улавливаются на внутренней поверхности. Внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, таким образом, может выполнять функцию стока для рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, которые уже связались с одним или более биологически активными веществами. Посредством оснащенной покрытием внутренней поверхности чувствительность сенсорного чипа можно поддерживать на высоком уровне даже на протяжении длительных периодов работы в окружающей среде, содержащей значительное количество биологически активных веществ. Такая конфигурация может быть особенно преимущественной при оптическом обнаружении изменения состояния, например, на основании возбуждения флуоресценции. Например, после длительной работы или сильного воздействия биологически активных веществ на сенсорный чип большая часть рецепторных белковых комплексов может быть связана с биологически активными веществами, диссоциирована и/или высвобождена из мембраны, что может сделать неточным надлежащее обнаружение дополнительной флуоресценции, вызванной недавно связанными рецепторными белковыми комплексами. Следовательно, посредством оснащенной покрытием внутренней поверхности по меньшей мере одного окна для обнаружения можно обеспечить улавливание уже связанных рецепторных белковых комплексов или их компонентов, таких как одна или более флуоресцентных меток, на оснащенной покрытием внутренней поверхности и предотвратить их воздействие или влияние на оптическое измерение.In an example, the inner surface of at least one detection window facing the reaction cell can be at least partially coated with molecular capture complexes configured to bind to at least a component of the receptor protein complexes, so that the receptor protein complexes bound to one or more biologically active substances are captured on the inner surface. The inner surface of at least one detection window can thus perform the function of a sink for the receptor protein complexes in the reaction cell that have already bound to one or more biologically active substances. By means of the coated inner surface, the sensitivity of the sensor chip can be maintained at a high level even over long periods of operation in an environment containing a significant amount of biologically active substances. Such a configuration can be particularly advantageous in optical detection of a change in state, for example based on fluorescence excitation. For example, after long-term operation or strong exposure of the sensor chip to biologically active substances, a large part of the receptor protein complexes may be bound to biologically active substances, dissociated and/or released from the membrane, which may make proper detection of additional fluorescence caused by recently bound receptor protein complexes inaccurate. Therefore, by means of a coated inner surface of at least one detection window, it is possible to ensure that already bound receptor protein complexes or their components, such as one or more fluorescent labels, are captured on the coated inner surface and prevent them from affecting or influencing the optical measurement.

Для фактического связывания рецепторных белковых комплексов или одного или более их компонентов с молекулярными улавливающими комплексами рецепторные белковые комплексы могут содержать аффинную метку, предпочтительно связываемую с высокой аффинностью с молекулярными улавливающими комплексами. Аффинная метка может представлять собой, например, биотин, и в этом случае молекулярные улавливающие комплексы могут содержать стрептавидин. Альтернативно или дополнительно аффинная метка может представлять собой гистидиновую метку, и в этом случае молекулярные улавливающие комплексы могут содержать хелатные ионы никеля.For the actual binding of the receptor protein complexes or one or more components thereof to the molecular capture complexes, the receptor protein complexes may comprise an affinity tag, preferably binding with high affinity to the molecular capture complexes. The affinity tag may be, for example, biotin, in which case the molecular capture complexes may comprise streptavidin. Alternatively or additionally, the affinity tag may be a histidine tag, in which case the molecular capture complexes may comprise nickel chelate ions.

Альтернативно или дополнительно внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, обращенная к реакционной ячейке, может быть по меньшей мере частично покрыта гасящими молекулами для гашения рассеянного света и/или флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере одним компонентом рецепторных белковых комплексов, таким как флуоресцентная метка. Альтернативно или дополнительно внутренняя поверхность мембраны, обращенная к реакционной ячейке, может быть по меньшей мере частично покрыта гасящими молекулами для гашения рассеянного света и/или флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере компонентом рецепторных белковых комплексов. Гашение рассеянного света и/или флуоресцентного света может уменьшать или даже устранять помехи, вызванные рассеиванием света или флуоресцентным излучением, не относящимся к связыванию рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами.Alternatively or additionally, the inner surface of at least one detection window facing the reaction cell may be at least partially coated with quenching molecules for quenching scattered light and/or fluorescent light emitted by at least one component of the receptor protein complexes, such as a fluorescent label. Alternatively or additionally, the inner surface of the membrane facing the reaction cell may be at least partially coated with quenching molecules for quenching scattered light and/or fluorescent light emitted by at least a component of the receptor protein complexes. Quenching scattered light and/or fluorescent light may reduce or even eliminate interference caused by light scattering or fluorescent emission unrelated to the binding of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances.

В примере сенсорный чип и/или реакционная ячейка могут иметь продолговатую форму. Такая продолговатая форма может позволить увеличивать поверхность мембраны и/или реакционной ячейки, подверженную воздействию окружающей среды, что может позволить повысить качество и точность фактического обнаружения биологически активных веществ. При этом мембрана необязательно может быть расположена на продольной стороне сенсорного чипа.In the example, the sensor chip and/or the reaction cell may have an elongated shape. Such an elongated shape may allow increasing the surface of the membrane and/or the reaction cell exposed to the environment, which may allow increasing the quality and accuracy of the actual detection of biologically active substances. In this case, the membrane may not necessarily be located on the longitudinal side of the sensor chip.

В еще одном примере реакционная ячейка может иметь прямоугольное поперечное сечение. Альтернативно или дополнительно реакционная ячейка может быть образована в виде параллелепипеда. Однако следует отметить, что другие геометрии, формы или контуры реакционной ячейки предусмотрены в контексте настоящего изобретения.In another example, the reaction cell may have a rectangular cross-section. Alternatively or additionally, the reaction cell may be formed as a parallelepiped. However, it should be noted that other geometries, shapes or contours of the reaction cell are contemplated in the context of the present invention.

Например, реакционная ячейка может иметь круглое, эллиптическое или овальное поперечное сечение и/или может иметь трубчатую форму. При этом мембрана может по меньшей мере частично окружать реакционную ячейку вдоль периметра или наружной окружности реакционной ячейки. Также такая конфигурация может позволить увеличивать или максимизировать поверхность мембраны, через которую биологически активные вещества могут поступать в реакционную ячейку, тем самым позволяя увеличивать точность и прецизионность обнаружения биологически активных веществ.For example, the reaction cell may have a circular, elliptical or oval cross-section and/or may have a tubular shape. In this case, the membrane may at least partially surround the reaction cell along the perimeter or outer circumference of the reaction cell. Also, such a configuration may allow to increase or maximize the membrane surface through which biologically active substances can enter the reaction cell, thereby allowing to increase the accuracy and precision of detection of biologically active substances.

В дополнительном примере сенсорный чип может дополнительно содержать по меньшей мере один резервуар, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с реакционной ячейкой, при этом по меньшей мере один резервуар выполнен с возможностью подачи деионизированной воды в реакционную ячейку. Соответственно, по меньшей мере один резервуар может быть по меньшей мере частично заполнен деионизированной водой. Резервуар также может называться в настоящем документе водным резервуаром. Посредством резервуара субстрат или жидкость, просачивающуюся из реакционной ячейки с течением времени, например, воду, проходящую сквозь мембрану, можно компенсировать путем подачи деионизированной воды в реакционную ячейку.In an additional example, the sensor chip may further comprise at least one reservoir configured to be fluidly connected to the reaction cell, wherein at least one reservoir is configured to supply deionized water to the reaction cell. Accordingly, at least one reservoir may be at least partially filled with deionized water. The reservoir may also be referred to herein as a water reservoir. By means of the reservoir, the substrate or liquid leaking from the reaction cell over time, such as water passing through a membrane, can be compensated by supplying deionized water to the reaction cell.

Альтернативно или дополнительно реакционная ячейка может находиться в сухом состоянии или не содержать жидкого, полутвердого и/или гелеобразного субстрата перед использованием сенсорного чипа в первый раз, и сенсорный чип можно активировать путем подачи деионизированной воды из резервуара в реакционную ячейку.Alternatively or additionally, the reaction cell may be in a dry state or free of liquid, semi-solid and/or gel substrate prior to using the sensor chip for the first time, and the sensor chip may be activated by feeding deionized water from a reservoir into the reaction cell.

В примере по меньшей мере часть стенки по меньшей мере одного резервуара может быть выполнена с возможностью перемещения, гибкой или подвижной, так что объем резервуара может быть регулируемым. Такая конфигурация может позволить динамически компенсировать любую потерю или утечку субстрата, жидкости, текучей среды или воды из реакционной ячейки с течением времени.In an example, at least a portion of the wall of at least one reservoir may be movable, flexible or movable, so that the volume of the reservoir may be adjustable. Such a configuration may allow dynamic compensation for any loss or leakage of substrate, liquid, fluid or water from the reaction cell over time.

Например, по меньшей мере часть по меньшей мере одного резервуара может быть образована в виде гибкого мешка или гибкого блистера. При этом объем резервуара можно регулировать в соответствии с количеством или объемом деионизированной воды, подаваемой в реакционную ячейку, в частности, без значительного сопротивления выпусканию, если вода выходит из резервуара к реакционной ячейке.For example, at least a portion of at least one reservoir can be formed as a flexible bag or a flexible blister. In this case, the volume of the reservoir can be adjusted in accordance with the amount or volume of deionized water supplied to the reaction cell, in particular without significant resistance to discharge, if water exits the reservoir to the reaction cell.

Необязательно по меньшей мере один резервуар может быть окружен частью корпуса сенсорного чипа, которая содержит по меньшей мере одно отверстие для выравнивания давления. Посредством по меньшей мере одного отверстия окружающая среда, например, воздух, может поступать в корпус, когда воду перемещают из резервуара к реакционной ячейке, например, посредством более высокой осмотической концентрации в реакционной ячейке по сравнению с резервуаром.Optionally, at least one reservoir can be surrounded by a part of the sensor chip housing, which contains at least one pressure equalization opening. By means of at least one opening, the environment, for example air, can enter the housing when water is moved from the reservoir to the reaction cell, for example by means of a higher osmotic concentration in the reaction cell compared to the reservoir.

Альтернативно или дополнительно сенсорный чип может дополнительно содержать по меньшей мере один подвижный поршень, выполненный с возможностью регулировки объема по меньшей мере одного резервуара. Также эта конфигурация может позволить динамически компенсировать любую потерю или утечку субстрата, жидкости, текучей среды или воды из реакционной ячейки с течением времени.Alternatively or additionally, the sensor chip may further comprise at least one movable piston configured to adjust the volume of at least one reservoir. This configuration may also allow dynamic compensation for any loss or leakage of substrate, liquid, fluid or water from the reaction cell over time.

Необязательно по меньшей мере один резервуар может быть связан или соединен по текучей среде с реакционной ячейкой с помощью полупроницаемой мембраны, блокирующей диффузию солей из реакционной ячейки в резервуар. Благодаря полупроницаемой мембране соли могут оставаться в реакционной ячейке и сохранять перепад осмотической концентрации, который приводит к течению деионизированной воды из резервуара в реакционную ячейку.Optionally, at least one reservoir may be connected or fluidly coupled to the reaction cell via a semipermeable membrane that blocks the diffusion of salts from the reaction cell into the reservoir. Due to the semipermeable membrane, the salts can remain in the reaction cell and maintain an osmotic concentration difference that causes deionized water to flow from the reservoir into the reaction cell.

В еще одном примере сенсорный чип может дополнительно содержать по меньшей мере один блокирующий элемент, выполненный с возможностью блокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром. Например, сенсорный чип может быть выполнен с возможностью активации на основании разблокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром с использованием по меньшей мере одного блокирующего элемента. Другими словами, сенсорный чип может быть активирован путем разблокирования сообщения по текучей среде и путем подачи деионизированной воды из резервуара в реакционную ячейку.In another example, the sensor chip may further comprise at least one blocking element configured to block the fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir. For example, the sensor chip may be configured to be activated based on the unblocking of the fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir using at least one blocking element. In other words, the sensor chip may be activated by unblocking the fluid communication and by supplying deionized water from the reservoir to the reaction cell.

По меньшей мере один блокирующий элемент может содержать, например, водонепроницаемую мембрану, расположенную между по меньшей мере одним резервуаром и реакционной ячейкой. При этом сенсорный чип может быть выполнен с возможностью активации на основании или путем разрушения по меньшей мере части водонепроницаемой мембраны.At least one blocking element may comprise, for example, a waterproof membrane located between at least one reservoir and a reaction cell. In this case, the sensor chip may be designed with the possibility of activation on the base or by destroying at least a portion of the waterproof membrane.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один блокирующий элемент может содержать подвижный штифт, выполненный с возможностью блокирования или разблокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром. При этом сенсорный чип может быть выполнен с возможностью активации на основании смещения подвижного штифта, так что разблокируется или устанавливается сообщение по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром.Alternatively or additionally, at least one blocking element may comprise a movable pin configured to block or unblock a fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir. In this case, the sensor chip may be configured to be activated based on the displacement of the movable pin, so that a fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir is unblocked or established.

Согласно примеру каждый из рецепторных белковых комплексов может содержать по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, выполненный с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами и выполненный с возможностью изменения конформации при связывании с одним из биологически активных веществ. Необязательно по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать множество лигандсвязывающих доменов одного или более рецепторных белков. Соответственно, множество биологически активных веществ могут быть связаны одним рецепторным белковым комплексом, что может увеличивать общую чувствительность сенсорного чипа.According to an example, each of the receptor protein complexes may contain at least one ligand-binding domain of the receptor protein, configured with the possibility of binding with one or more biologically active substances and configured with the possibility of changing conformation upon binding with one of the biologically active substances. Optionally, at least some of the receptor protein complexes may contain a plurality of ligand-binding domains of one or more receptor proteins. Accordingly, a plurality of biologically active substances may be bound by one receptor protein complex, which may increase the overall sensitivity of the sensor chip.

Также необязательно множество лигандсвязывающих доменов могут относиться к разному типу и могут быть выполнены с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ. Другими словами, рецепторные белковые комплексы могут содержать по меньшей мере часть, например, лигандсвязывающий домен, рецепторных белков разных типов, выполненных с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ. Следовательно, один рецепторный белковый комплекс может обнаруживать множество разных типов биологически активных веществ.Also optionally, the plurality of ligand-binding domains may be of different types and may be configured to bind to different types of biologically active substances. In other words, the receptor protein complexes may comprise at least a portion, for example a ligand-binding domain, of receptor proteins of different types configured to bind to different types of biologically active substances. Therefore, one receptor protein complex may detect a plurality of different types of biologically active substances.

Согласно примеру по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, который представляет собой ксеносенсорный белок или гормон-рецепторный белок. Альтернативно или дополнительно каждый из рецепторных белковых комплексов может содержать по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, выбранный из группы, содержащей рецептор арильных углеводородов, конститутивный рецептор андростанов, прегнан-Х-рецептор и рецептор эстрогенов.According to an example, at least some of the receptor protein complexes may comprise at least one ligand-binding domain of a receptor protein that is a xenosensor protein or a hormone receptor protein. Alternatively or additionally, each of the receptor protein complexes may comprise at least one ligand-binding domain of a receptor protein selected from the group consisting of an aryl hydrocarbon receptor, a constitutive androstane receptor, a pregnane X receptor, and an estrogen receptor.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать по меньшей мере один связывающий домен рецептора арильных углеводородов или рецепторного белка арильных углеводородов. Например, по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать по меньшей мере домен PAS (Per-ARNT-Sim) или весь рецепторный белок арильных углеводородов, что может позволить обнаруживать материалы, соединения, молекулы и/или вещества, например, галогенированные ароматические углеводороды, такие как полихлорированные дибензодиоксины, дибензофураны и бифенилы, и/или полициклические ароматические углеводороды, такие как 3-этилхолантрен, бензо[а]пирен, бензантрацены и бензофлавоны.Alternatively or additionally, at least some of the receptor protein complexes may comprise at least one binding domain of an aryl hydrocarbon receptor or an aryl hydrocarbon receptor protein. For example, at least some of the receptor protein complexes may comprise at least a PAS (Per-ARNT-Sim) domain or the entire aryl hydrocarbon receptor protein, which may allow for the detection of materials, compounds, molecules and/or substances, such as halogenated aromatic hydrocarbons such as polychlorinated dibenzodioxins, dibenzofurans and biphenyls, and/or polycyclic aromatic hydrocarbons such as 3-ethylcholanthrene, benzo[a]pyrene, benzanthracenes and benzoflavones.

В общем, по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов может содержать рекомбинантный белок или белок, не являющийся рекомбинантным. Альтернативно или дополнительно каждый из рецепторных белковых комплексов может содержать по меньшей мере часть мономерного рецепторного белка, гомодимерный рецепторный белковый комплекс или гетеродимерный рецепторный белковый комплекс.In general, at least a portion of the receptor protein complexes may comprise a recombinant protein or a protein that is not recombinant. Alternatively or additionally, each of the receptor protein complexes may comprise at least a portion of a monomeric receptor protein, a homodimeric receptor protein complex, or a heterodimeric receptor protein complex.

Дополнительно по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать органический или неорганический фрагмент, диссоциирующий из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами.Additionally, at least some of the receptor protein complexes may contain an organic or inorganic fragment that dissociates from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances.

В качестве примера, рецепторные белковые комплексы могут содержать по меньшей мере одну флуоресцентную метку, диссоциирующую или высвобождаемую из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами. При использовании таких рецепторных белковых комплексов можно обнаружить изменения состояния, вызванные связыванием рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, на основании возбуждения флуоресценции по меньшей мере одной флуоресцентной метки, диссоциированной или высвобожденной из остальной части рецепторных белковых комплексов. Необязательно по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать множество флуоресцентных меток одинакового типа или разных типов. В качестве примера, по меньшей мере одна флуоресцентная метка может представлять собой флуоресцентный краситель или зеленый флуоресцентный белок.As an example, the receptor protein complexes can contain at least one fluorescent label that dissociates or is released from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances. Using such receptor protein complexes, it is possible to detect changes in state caused by binding of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances based on the excitation of fluorescence of at least one fluorescent label dissociated or released from the rest of the receptor protein complexes. Optionally, at least some of the receptor protein complexes can contain a plurality of fluorescent labels of the same type or different types. As an example, the at least one fluorescent label can be a fluorescent dye or a green fluorescent protein.

Альтернативно или дополнительно рецепторные белковые комплексы могут содержать наночастицу, диссоциирующую или высвобождаемую из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами. При использовании наночастицы, например, наночастицы золота, в качестве фрагмента, высвобождаемого при связывании, можно увеличить изменение массы, вызванное событием связывания, что может повысить чувствительность и прецизионность обнаружения биологически активных веществ.Alternatively or additionally, the receptor protein complexes may comprise a nanoparticle that dissociates or is released from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances. By using a nanoparticle, such as a gold nanoparticle, as a moiety released upon binding, the mass change caused by the binding event can be increased, which can improve the sensitivity and precision of detection of biologically active substances.

В еще одном примере сенсорный чип дополнительно содержит идентификатор чипа для идентификации типа сенсорного чипа и/или типа рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе. Подобным образом, идентификатор чипа может позволять идентифицировать тип биологически активных веществ, обнаруживаемых сенсорным чипом. В примере идентификатор чипа может содержать информацию или данные, указывающие на тип сенсорного чипа и/или тип рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе.In another example, the sensor chip further comprises a chip identifier for identifying the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip. Similarly, the chip identifier may allow identifying the type of biologically active substances detected by the sensor chip. In an example, the chip identifier may comprise information or data indicating the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip.

Необязательно идентификатор чипа может быть выполнен с возможностью считывания пользовательским устройством и/или выполнен с возможностью считывания сенсорным устройством. В контексте настоящего документа пользовательское устройство может относиться к любому устройству, выполненному с возможностью функционального и/или коммуникационного соединения с сенсорным чипом или сенсорным устройством, такому как, например, смартфон, планшет, персональный компьютер, ноутбук, умное устройство, умные часы или любое другое вычислительное устройство. Считывание идентификатора чипа, в частности, может позволить предоставлять информацию, связанную с типом сенсорного чипа и/или рецепторных белковых комплексов, пользовательскому устройству и/или сенсорному устройству. Это может дополнительно позволить обеспечивать надлежащую работу и управление сенсорным чипом с помощью сенсорного устройства, когда сенсорный чип вставлен в сенсорное устройство.Optionally, the chip identifier may be configured to be read by a user device and/or configured to be read by a sensor device. In the context of the present document, a user device may refer to any device configured to be functionally and/or communicatively connected to a sensor chip or a sensor device, such as, for example, a smartphone, a tablet, a personal computer, a laptop, a smart device, a smart watch or any other computing device. Reading the chip identifier may, in particular, allow information related to the type of the sensor chip and/or receptor protein complexes to be provided to the user device and/or the sensor device. This may further allow proper operation and control of the sensor chip by the sensor device when the sensor chip is inserted into the sensor device.

В примере идентификатор чипа может включать одно или более из штрихкода, QR-кода, метки RFID, этикетки и хранилища данных. Штрихкод, QR-код, этикетка или метка RFID могут быть считаны пользовательским устройством и/или сенсорным устройством на основании оптического обнаружения или с использованием устройства для считывания RFID, применяемого в пользовательском устройстве и/или сенсорном устройстве. Подобным образом, данные, хранящиеся в хранилище данных, могут быть считаны пользовательским устройством и/или сенсорным устройством на основании создания передачи данных, например, посредством одного или более соединителей сенсорного чипа.In an example, the chip identifier may include one or more of a barcode, a QR code, an RFID tag, a label, and a data store. The barcode, QR code, label, or RFID tag may be read by a user device and/or a sensor device based on optical detection or using an RFID reader applied in the user device and/or the sensor device. Similarly, data stored in the data store may be read by the user device and/or the sensor device based on creating a data transmission, such as through one or more connectors of the sensor chip.

В еще одном примере сенсорный чип может дополнительно содержать хранилище данных, выполненное с возможностью хранения исторических данных, указывающих использование или остающийся срок службы сенсорного чипа. Также такие данные могут быть считаны пользовательским устройством и/или сенсорным устройством. Хранение исторических данных в хранилище данных, в частности, может позволить повторно использовать сенсорный чип, например, путем его повторной вставки в сенсорное устройство, в то же время обеспечивая надлежащую функциональность сенсорного чипа, например, так как сенсорное устройство может определить, что срок службы сенсорного чипа еще не истек.In another example, the sensor chip may further comprise a data store configured to store historical data indicating the use or remaining service life of the sensor chip. Such data may also be read by the user device and/or the sensor device. Storing historical data in the data store may in particular allow the sensor chip to be reused, for example by reinserting it into the sensor device, while ensuring the proper functionality of the sensor chip, for example, since the sensor device may determine that the service life of the sensor chip has not yet expired.

Например, один или более эксплуатационных параметров, связанных с использованием сенсорного чипа, могут быть измерены на протяжении периода эксплуатации или срока службы чипа и сохранены в хранилище данных как исторические данные. Другими словами, хранилище данных может быть выполнено с возможностью хранения одного или более эксплуатационных параметров, указывающих использование или остающийся срок службы сенсорного чипа. For example, one or more operational parameters associated with the use of a sensor chip may be measured over the operating period or service life of the chip and stored in a data store as historical data. In other words, the data store may be configured to store one or more operational parameters indicating the use or remaining service life of the sensor chip.

Необязательно сенсорное устройство и/или пользовательское устройство может предоставлять уведомление, если оставшийся срок службы сенсорного чипа достигает или превышает предопределенное пороговое значение, например, из-за исчерпания рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, тем самым указывая на необходимость замены сенсорного чипа. Необязательно сенсорное устройство и/или пользовательское устройство может определять на основании исторических данных исчерпание рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке и определять оставшийся срок службы сенсорного чипа на основании определенного исчерпания.Optionally, the sensor device and/or the user device may provide a notification if the remaining service life of the sensor chip reaches or exceeds a predetermined threshold value, for example, due to exhaustion of receptor protein complexes in the reaction cell, thereby indicating the need to replace the sensor chip. Optionally, the sensor device and/or the user device may determine, based on historical data, the exhaustion of receptor protein complexes in the reaction cell and determine the remaining service life of the sensor chip based on the determined exhaustion.

Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство и/или пользовательское устройство может определять на основании исторических данных совокупное воздействие биологически активных веществ, такое как совокупное загрязнение воздуха. Необязательно такая информация может быть предоставлена пользователю, например, посредством пользовательского интерфейса сенсорного устройства и/или пользовательского устройства.Alternatively or additionally, the sensor device and/or the user device may determine, based on historical data, the cumulative exposure to biologically active substances, such as cumulative air pollution. Optionally, such information may be provided to the user, for example, via a user interface of the sensor device and/or the user device.

В примере хранилище данных сенсорного чипа может быть доступно сенсорному устройству при функциональном присоединении сенсорного чипа к сенсорному устройству, например, при по меньшей мере частичной вставке сенсорного чипа в сенсорное устройство. Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может считывать хранилище данных сенсорного чипа при функциональном присоединении сенсорного чипа к сенсорному устройству. Например, хранилище данных и/или идентификатор чипа сенсорного чипа могут быть автоматически обнаружены и/или считаны при функциональном присоединении сенсорного чипа к сенсорному устройству.In an example, the data storage of the sensor chip may be accessible to the sensor device upon operative connection of the sensor chip to the sensor device, for example, upon at least partial insertion of the sensor chip into the sensor device. Alternatively or additionally, the sensor device may read the data storage of the sensor chip upon operative connection of the sensor chip to the sensor device. For example, the data storage and/or the chip identifier of the sensor chip may be automatically detected and/or read upon operative connection of the sensor chip to the sensor device.

В общем, сенсорный чип может содержать множество реакционных ячеек и/или мембран. Необязательно множество реакционных ячеек могут содержать разные типы рецепторных белковых комплексов, выполненных с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ. Эти конфигурации могут позволить увеличивать чувствительность сенсорного чипа и расширять диапазон биологически активных веществ, которые могут быть обнаружены сенсорным чипом. Соответственно, может быть предоставлен компактный сенсорный чип, который может обеспечить обнаружение нескольких разных биологически активных веществ с высокой прецизионностью.In general, the sensor chip may comprise a plurality of reaction units and/or membranes. Optionally, the plurality of reaction units may comprise different types of receptor protein complexes configured to bind to different types of biologically active substances. These configurations may allow increasing the sensitivity of the sensor chip and expanding the range of biologically active substances that can be detected by the sensor chip. Accordingly, a compact sensor chip may be provided that can ensure detection of several different biologically active substances with high precision.

В еще одном примере сенсорный чип дополнительно содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов. Необязательно сенсорный чип может содержать схему обработки, выполненную с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на определенное изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов. Соответственно, электроника и чувствительные элементы для фактического обнаружения изменений состояния рецепторных белковых комплексов могут быть по меньшей мере частично или полностью включены в сенсорный чип. Однако альтернативно или дополнительно один или более датчиков и/или по меньшей мере часть схемы обработки могут быть расположены в сенсорном устройстве.In another example, the sensor chip further comprises one or more sensors configured to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes. Optionally, the sensor chip may comprise a processing circuit configured to provide a detection signal indicating a certain change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes. Accordingly, the electronics and sensing elements for actually detecting changes in the state of the receptor protein complexes may be at least partially or completely included in the sensor chip. However, alternatively or additionally, one or more sensors and/or at least a portion of the processing circuit may be located in the sensor device.

Например, сенсорный чип может содержать один или более оптических датчиков, таких как фотодетекторы, для оптического обнаружения изменения состояния. Альтернативно или дополнительно сенсорный чип может содержать один или более электродов для обнаружения изменения состояния на основании измерения проводимости в реакционной ячейке. Альтернативно или дополнительно сенсорный чип может содержать один или более пьезоэлементов, расположенных и выполненных с возможностью обнаружения изменения состояния на основании определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности сенсорного чипа и/или высвобожденных из нее. Альтернативно один или более пьезоэлементов могут быть расположены и выполнены с возможностью определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности сенсорного чипа и/или высвобожденных из нее, на основании определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов или одного или более их компонентов на одной или более внутренних поверхностях реакционной ячейки, направленных к по меньшей мере одной функциональной поверхности.For example, the sensor chip may comprise one or more optical sensors, such as photodetectors, for optically detecting a change in state. Alternatively or additionally, the sensor chip may comprise one or more electrodes for detecting a change in state based on measuring the conductivity in the reaction cell. Alternatively or additionally, the sensor chip may comprise one or more piezoelectric elements arranged and configured to detect a change in state based on determining the mass and/or a change in the mass of the receptor protein complexes immobilized on at least one functional surface of the sensor chip and/or released from it. Alternatively, one or more piezoelectric elements may be arranged and configured to determine the mass and/or a change in the mass of the receptor protein complexes immobilized on at least one functional surface of the sensor chip and/or released from it, based on determining the mass and/or a change in the mass of the receptor protein complexes or one or more components thereof on one or more internal surfaces of the reaction cell directed toward the at least one functional surface.

Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к использованию сенсорного чипа, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, для обнаружения одного или более биологически активных веществ. Любое раскрытие, представленное выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе со ссылкой на сенсорный чип, в равной степени применимо к использованию сенсорного чипа.A further aspect of the present invention relates to the use of a sensor chip as described above and below for detecting one or more biologically active substances. Any disclosure provided above and below with reference to a sensor chip applies equally to the use of a sensor chip.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предоставлено сенсорное устройство для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Сенсорное устройство содержит корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, для функционального соединения сенсорного устройства с по меньшей мере одним сенсорным чипом. Сенсорное устройство дополнительно содержит схему обработки, выполненную с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа, причем изменение состояния вызвано путем связывания указанного одного или более рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, поступающими из окружающей среды через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа.In a further aspect of the present invention, a sensor device for detecting one or more biologically active substances in the environment is provided. The sensor device comprises a housing configured to at least partially accommodate at least one sensor chip, as described above in this document and below in this document, for operatively connecting the sensor device to the at least one sensor chip. The sensor device further comprises a processing circuit configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment based on determining a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of at least one sensor chip, wherein the change in state is caused by binding of said one or more receptor protein complexes with one or more biologically active substances entering from the environment through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip.

Следует отметить, что сенсорное устройство необязательно может содержать один или более датчиков для определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа. По меньшей мере некоторые или все датчики альтернативно могут быть включены в сенсорный чип. Подобным образом, по меньшей мере часть схемы обработки или вся схема обработки может быть расположена в сенсорном чипе или включена в него.It should be noted that the sensor device may optionally comprise one or more sensors for detecting a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of at least one sensor chip. At least some or all of the sensors may alternatively be included in the sensor chip. Similarly, at least a portion of the processing circuit or the entire processing circuit may be located in or included in the sensor chip.

Схема обработки может содержать, например, один или более процессоров, один или более контроллеров или один или более микроконтроллеров для обработки данных или управления работой сенсорного устройства и/или сенсорного чипа. Необязательно по меньшей мере часть схемы обработки может быть реализована на печатной плате. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере часть схемы обработки может быть реализована в виде умного чипа или умного устройства. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере часть схемы обработки может быть реализована в виде интегральной схемы специального назначения, ASIC.The processing circuit may comprise, for example, one or more processors, one or more controllers or one or more microcontrollers for processing data or controlling the operation of the sensor device and/or the sensor chip. Optionally, at least part of the processing circuit may be implemented on a printed circuit board. Alternatively or additionally, at least part of the processing circuit may be implemented as a smart chip or a smart device. Alternatively or additionally, at least part of the processing circuit may be implemented as a special purpose integrated circuit, ASIC.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предоставлено сенсорное устройство, выполненное с возможностью функционального соединения с по меньшей мере одним сенсорным чипом, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Сенсорное устройство содержит по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа, причем изменение состояния вызвано путем связывания одного или более рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, поступающими из окружающей среды через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа. Сенсорное устройство дополнительно содержит схему обработки, соединенную с по меньшей мере одним датчиком, при этом схема обработки выполнена с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.In another aspect of the present invention, a sensor device is provided, configured to be operatively connected to at least one sensor chip, as described above in this document and below in this document, for detecting one or more biologically active substances in the environment. The sensor device comprises at least one sensor configured to determine a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in a reaction cell of at least one sensor chip, wherein the change in the state is caused by binding of one or more receptor protein complexes with one or more biologically active substances entering from the environment through a membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip. The sensor device further comprises a processing circuit connected to at least one sensor, wherein the processing circuit is configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment based on the determination of a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes.

В примере окружающая среда может включать окружающий воздух. Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может представлять собой или может быть выполнено как устройство отслеживания внешней среды для отслеживания качества окружающего воздуха.In an example, the environment may include ambient air. Alternatively or additionally, the sensor device may be or may be designed as an environmental monitoring device for monitoring ambient air quality.

Сенсорное устройство может представлять собой или может быть выполнено как неподвижное устройство и/или настольное устройство. Сенсорное устройство может применяться, например, дома или в офисе для отслеживания качества воздуха в этой внешней среде. Альтернативно сенсорное устройство может быть по меньшей мере временно установлено в других местах, например, в автомобиле или т. п. В общем, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью отслеживания качества воздуха непрерывно или с предопределенными временными интервалами.The sensor device may be or may be implemented as a fixed device and/or a tabletop device. The sensor device may be used, for example, at home or in an office to monitor the air quality in this external environment. Alternatively, the sensor device may be at least temporarily installed in other places, for example in a car or the like. In general, the sensor device may be implemented with the ability to monitor the air quality continuously or at predetermined time intervals.

Альтернативно сенсорное устройство может представлять собой или может быть выполнено как портативное устройство, мобильное устройство и/или карманное устройство. В такой конфигурации человек может переносить сенсорное устройство для отслеживания качества воздуха вокруг человека, например, непрерывно или с предопределенными временными интервалами. Сенсорное устройство можно переносить, например, в кармане, сумке, рюкзаке или сумочке человека, или его можно прикрепить к объекту на человеке, такому как предмет одежды, сумка, рюкзак или сумочка.Alternatively, the sensor device may be or be implemented as a portable device, a mobile device and/or a handheld device. In such a configuration, a person may carry the sensor device to monitor the air quality around the person, for example, continuously or at predetermined time intervals. The sensor device may be carried, for example, in a pocket, bag, backpack or handbag of the person, or it may be attached to an object on the person, such as an item of clothing, bag, backpack or handbag.

В контексте настоящего документа сигнал обнаружения может относиться к электрически обрабатываемому сигналу или может обозначать такой сигнал, такой как, например, электронный сигнал или сигнал данных. Необязательно сигнал обнаружения может использоваться схемой обработки для предоставления показаний, указывающих на одно или более обнаруженных биологически активных веществ, например, в пользовательском интерфейсе сенсорного устройства. Альтернативно или дополнительно сигнал обнаружения может быть передан от сенсорного устройства в пользовательское устройство и впоследствии обработан пользовательским устройством для предоставления показаний, указывающих на одно или более обнаруженных биологически активных веществ.In the context of the present document, the detection signal may refer to an electrically processed signal or may designate such a signal, such as, for example, an electronic signal or a data signal. Optionally, the detection signal may be used by the processing circuit to provide indications indicative of one or more detected biologically active substances, for example, in a user interface of a sensor device. Alternatively or additionally, the detection signal may be transmitted from the sensor device to the user device and subsequently processed by the user device to provide indications indicative of one or more detected biologically active substances.

Сигнал обнаружения может указывать на количество одного или более биологически активных веществ в единице объема окружающей среды, массу биологически активного вещества в единице объема окружающей среды, концентрацию биологически активного вещества в окружающей среде, потенциал активации рецепторного белка окружающей среды и биологическую активность окружающей среды. Соответственно, одна или более из вышеупомянутых величин могут быть определены схемой обработки и/или пользовательским устройством на основании обработки сигнала обнаружения.The detection signal may indicate the amount of one or more biologically active substances in a unit volume of the environment, the mass of the biologically active substance in a unit volume of the environment, the concentration of the biologically active substance in the environment, the activation potential of the receptor protein of the environment, and the biological activity of the environment. Accordingly, one or more of the above-mentioned quantities may be determined by the processing circuit and/or the user device based on the processing of the detection signal.

В примере сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью механического соединения с сенсорным чипом. Механическое соединение может включать, например, защелкивающееся соединение, по меньшей мере частично сцепляющее элементы поверхности сенсорного чипа и сенсорного устройства, механическую фиксацию сенсорного чипа на сенсорном устройстве, например, посредством винтового соединения, или любое другое механическое соединение. Посредством механического соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством можно обеспечить размещение сенсорного чипа в предопределенных положении и/или ориентации для обеспечения функционального соединения между сенсорным устройством и сенсорным чипом. Соответственно, механическое соединение сенсорного чипа и сенсорного устройства необязательно может включать создание функционального соединения между сенсорным чипом и сенсорным устройством, что может включать, например, создание одного или более оптических соединений, одного или более электрических соединений и/или одного или более соединений для передачи данных. Следовательно, путем механического соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством можно обеспечить функциональное и рабочее состояние сенсорного чипа.In an example, the sensor device can be configured to be mechanically connected to the sensor chip. The mechanical connection can include, for example, a snap connection at least partially engaging the surface elements of the sensor chip and the sensor device, a mechanical fixation of the sensor chip on the sensor device, for example, by means of a screw connection, or any other mechanical connection. By mechanically connecting the sensor chip to the sensor device, it is possible to ensure that the sensor chip is positioned in a predetermined position and/or orientation to ensure a functional connection between the sensor device and the sensor chip. Accordingly, the mechanical connection of the sensor chip and the sensor device may optionally include creating a functional connection between the sensor chip and the sensor device, which may include, for example, creating one or more optical connections, one or more electrical connections and/or one or more data connections. Therefore, by mechanically connecting the sensor chip to the sensor device, it is possible to ensure a functional and operational state of the sensor chip.

Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью магнитного соединения с сенсорным чипом. Например, сенсорное устройство может содержать один или более магнитов, взаимодействующих с одной или более магнитными ответными частями или магнитными элементами сенсорного чипа для магнитного соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством. Также путем магнитного соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством можно обеспечить размещение сенсорного чипа в предопределенных положении и/или ориентации для обеспечения функционального соединения между сенсорным устройством и сенсорным чипом. Соответственно, магнитное соединение сенсорного чипа и сенсорного устройства необязательно может включать создание функционального соединения между сенсорным чипом и сенсорным устройством, что может включать, например, создание одного или более оптических соединений, одного или более электрических соединений и/или одного или более соединений для передачи данных. Следовательно, путем магнитного соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством можно обеспечить функциональное и рабочее состояние сенсорного чипа.Alternatively or additionally, the sensor device may be configured to be magnetically connected to the sensor chip. For example, the sensor device may comprise one or more magnets interacting with one or more magnetic counter parts or magnetic elements of the sensor chip for magnetically connecting the sensor chip to the sensor device. Also, by magnetically connecting the sensor chip to the sensor device, it is possible to ensure that the sensor chip is positioned in a predetermined position and/or orientation to ensure a functional connection between the sensor device and the sensor chip. Accordingly, the magnetic connection of the sensor chip and the sensor device may optionally include creating a functional connection between the sensor chip and the sensor device, which may include, for example, creating one or more optical connections, one or more electrical connections and/or one or more data transfer connections. Therefore, by magnetically connecting the sensor chip to the sensor device, it is possible to ensure a functional and operational state of the sensor chip.

В примере сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа. Например, сенсорное устройство может содержать по меньшей мере одно гнездо, выполненное с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа. Сенсорный чип может быть вставлен съемным образом по меньшей мере частично в сенсорное устройство или по меньшей мере одно гнездо. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере одно гнездо может быть выполнено с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа, так что корпус сенсорного устройства по меньшей мере частично окружает по меньшей мере один сенсорный чип. Посредством по меньшей мере частичной вставки сенсорного чипа в сенсорное устройство или гнездо можно защитить сенсорный чип и можно обеспечить создание функционального соединения между сенсорным чипом и сенсорным устройством.In an example, the sensor device may be configured to at least partially accommodate at least one sensor chip. For example, the sensor device may comprise at least one socket configured to at least partially accommodate at least one sensor chip. The sensor chip may be inserted in a detachable manner at least partially into the sensor device or at least one socket. Alternatively or additionally, at least one socket may be configured to at least partially accommodate at least one sensor chip, so that the housing of the sensor device at least partially surrounds at least one sensor chip. By at least partially inserting the sensor chip into the sensor device or the socket, the sensor chip may be protected and a functional connection may be created between the sensor chip and the sensor device.

Необязательно по меньшей мере одно гнездо может содержать по меньшей мере один элемент поверхности, образованный как дополняющий по меньшей мере один элемент поверхности сенсорного чипа для обеспечения правильного позиционирования сенсорного чипа в по меньшей мере одном гнезде. Например, по меньшей мере один элемент поверхности по меньшей мере одного гнезда может содержать одну или более направляющих для позиционирования сенсорного чипа внутри гнезда. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один элемент поверхности по меньшей мере одного гнезда может быть выполнен с возможностью по меньшей мере частичного сцепления с по меньшей мере одним элементом поверхности сенсорного чипа, так что сенсорный чип выполнен с возможностью закрепления съемным образом в гнезде. Соответственно, элемент поверхности гнезда и элемент поверхности на корпусе сенсорного чипа необязательно могут образовывать защелкивающийся или захватный механизм для закрепления сенсорного чипа в гнезде.Optionally, at least one socket may comprise at least one surface element formed as a complement to at least one surface element of the sensor chip to ensure correct positioning of the sensor chip in at least one socket. For example, at least one surface element of at least one socket may comprise one or more guides for positioning the sensor chip inside the socket. Alternatively or additionally, at least one surface element of at least one socket may be designed to at least partially engage with at least one surface element of the sensor chip, so that the sensor chip is designed to be fixed in a removable manner in the socket. Accordingly, the surface element of the socket and the surface element on the body of the sensor chip may optionally form a snap-in or gripping mechanism for fixing the sensor chip in the socket.

Следует отметить, что сенсорное устройство может содержать множество гнезд, выполненных с возможностью вмещения множества сенсорных чипов одного типа или разных типов. Например, разные типы сенсорных чипов для обнаружения разных типов биологически активных веществ или одного или более параметров внешней среды, таких как воздействие УФ-излучения или воздействие озона, могут применяться с одним сенсорным устройством. Следовательно, сенсорное устройство может использоваться для всестороннего отслеживания внешней среды.It should be noted that the sensor device may comprise a plurality of sockets configured to accommodate a plurality of sensor chips of the same type or different types. For example, different types of sensor chips for detecting different types of biologically active substances or one or more environmental parameters, such as UV exposure or ozone exposure, may be used with one sensor device. Therefore, the sensor device may be used for comprehensive environmental monitoring.

Схема обработки сенсорного устройства может быть выполнена с возможностью определения присутствия одного или более биологически активных веществ в окружающей среде на основании обнаружения с помощью по меньшей мере одного датчика сенсорного чипа или сенсорного устройства изменения положения одного или более рецепторных белков в реакционной ячейке при связывании с одним или более биологически активными веществами.The processing circuit of the sensor device may be configured to determine the presence of one or more biologically active substances in the environment based on detection, using at least one sensor of the sensor chip or sensor device, of a change in the position of one or more receptor proteins in the reaction cell upon binding to one or more biologically active substances.

Например, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью определения одного или более из присутствия, количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа. Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью определения одного или более из присутствия, количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа, на основании определения изменения по меньшей мере одного из оптического и электрического сигнала, передаваемого в сенсорный чип. Соответственно, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения изменения состояния, вызванного связыванием по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, на основании определения изменения по меньшей мере одного из оптического и электрического сигнала, передаваемого в сенсорный чип.For example, the sensor device may be configured to determine one or more of the presence, quantity, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes dissolved in the reaction cell substrate of at least one sensor chip. Alternatively or additionally, the sensor device may be configured to determine one or more of the presence, quantity, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes dissolved in the reaction cell substrate of at least one sensor chip, based on determining a change in at least one of the optical and electrical signal transmitted to the sensor chip. Accordingly, the sensor device may be configured to detect a change in state caused by binding of at least a portion of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances, based on determining a change in at least one of the optical and electrical signal transmitted to the sensor chip.

В примере рецепторные белковые комплексы могут быть выполнены с возможностью диссоциации от по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки при связывании с одним из биологически активных веществ, при этом сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью определения одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее.In an example, the receptor protein complexes can be designed to dissociate from at least one functional surface of the reaction cell upon binding to one of the biologically active substances, and the sensor device can be designed to determine one or more of the quantity, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction cell.

Необязательно сенсорное устройство может содержать один или более пьезоэлементов, выполненных с возможностью определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. В примере один или более пьезоэлементов сенсорного устройства могут быть расположены смежно, в непосредственной близости или даже в контакте с компонентом сенсорного чипа, содержащим по меньшей мере одну функциональную поверхность, таким как мембрана или часть корпуса сенсорного чипа, направленную к мембране или расположенную напротив мембраны. Масса и/или изменение массы могут быть определены, например, на основании возбуждения механические вибрации компонента сенсорного чипа, содержащего по меньшей мере одну функциональную поверхность, такого как мембрана, и измерения характеристик механических вибраций, таких как затухание колебаний. Это может позволить определять, например, с помощью схемы обработки сенсорного устройства, механические свойства компонента сенсорного чипа, содержащего по меньшей мере одну функциональную поверхность, и, в свою очередь, может позволить определять массу и/или изменение массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее. Однако следует отметить, что один или более пьезоэлементов альтернативно могут быть расположены в сенсорном чипе и могут функционально управляться сенсорным устройством.Optionally, the sensor device may comprise one or more piezoelectric elements configured to determine the mass and/or mass change of the receptor protein complexes immobilized on at least one functional surface of the reaction cell or released from it, to detect one or more biologically active substances in the environment. In an example, one or more piezoelectric elements of the sensor device may be located adjacent to, in close proximity to, or even in contact with a component of the sensor chip comprising at least one functional surface, such as a membrane or a part of the sensor chip housing directed toward the membrane or located opposite the membrane. The mass and/or mass change may be determined, for example, based on excitation of mechanical vibrations of the component of the sensor chip comprising at least one functional surface, such as a membrane, and measurement of the characteristics of the mechanical vibrations, such as vibration damping. This may allow, for example, by means of a processing circuit of the sensor device, to determine the mechanical properties of a component of the sensor chip comprising at least one functional surface, and, in turn, may allow to determine the mass and/or the change in the mass of the receptor protein complexes immobilized on at least one functional surface of the reaction cell or released from it. However, it should be noted that one or more piezoelectric elements may alternatively be located in the sensor chip and may be functionally controlled by the sensor device.

Альтернативно или дополнительно один или более пьезоэлементов могут быть выполнены с возможностью определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее, на основании определения массы одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов, связанных с внутренней поверхностью реакционной ячейки, направленной к по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или расположенной напротив нее. Например, рецепторные белковые комплексы могут быть высвобождены от по меньшей мере одной функциональной поверхности при связывании и диффундировать к внутренней поверхности реакционной ячейки, направленной к по меньшей мере одной функциональной поверхности. Рецепторные белковые комплексы или их компоненты могут скапливаться на внутренней поверхности, причем это накопление может быть измерено путем определения массы и/или изменения массы рецепторных белковых комплексов на внутренней поверхности. Также в этой конфигурации один или более пьезоэлементов сенсорного устройства могут быть расположены смежно, в непосредственной близости или даже в контакте с компонентом сенсорного чипа или реакционной ячейки, содержащим внутреннюю поверхность реакционной ячейки. Масса и/или изменение массы могут быть определены, например, на основании возбуждения механических вибраций компонента сенсорного чипа, как описано выше в настоящем документе.Alternatively or additionally, one or more piezoelectric elements can be configured to determine the mass and/or the change in the mass of the receptor protein complexes immobilized on at least one functional surface of the reaction cell or released from it, based on the determination of the mass of one or more components of the receptor protein complexes associated with the inner surface of the reaction cell directed toward at least one functional surface of the reaction cell or located opposite it. For example, the receptor protein complexes can be released from at least one functional surface upon binding and diffuse to the inner surface of the reaction cell directed toward at least one functional surface. The receptor protein complexes or their components can accumulate on the inner surface, wherein this accumulation can be measured by determining the mass and/or the change in the mass of the receptor protein complexes on the inner surface. Also in this configuration, one or more piezoelectric elements of the sensor device can be located adjacent to, in close proximity to, or even in contact with a component of the sensor chip or reaction cell containing the inner surface of the reaction cell. The mass and/or change in mass may be determined, for example, based on excitation of mechanical vibrations of a component of the sensor chip, as described above in this document.

В примере один или более пьезоэлементов могут быть выполнены с возможностью механического соединения с одной или более функциональными поверхностями реакционной ячейки сенсорного чипа. Альтернативно или дополнительно один или более пьезоэлементов могут быть выполнены с возможностью механического соединения с одной или более внутренними поверхностями реакционной ячейки сенсорного чипа, направленными к одной или более функциональным поверхностям реакционной ячейки. Путем механического соединения пьезоэлементов с по меньшей мере одной функциональной поверхностью или одной или более внутренними поверхностями реакционной ячейки можно надежно и с высокой прецизионностью определить массу и/или изменение массы рецепторного белкового комплекса, обездвиженного на по меньшей мере одной функциональной поверхности или высвобожденного из нее. Как указано выше, один или более пьезоэлементов могут быть расположены, например, смежно с компонентом, содержащим или поддерживающим по меньшей мере одну функциональную поверхность или одну или более внутренних поверхностей реакционной ячейки. Например, если по меньшей мере одна функциональная поверхность предоставлена или определена внутренней поверхностью мембраны, один или более пьезоэлементов могут быть расположены на противоположной стороне мембраны или в контакте с ней. In an example, one or more piezoelectric elements can be configured to be mechanically connected to one or more functional surfaces of the reaction cell of the sensor chip. Alternatively or additionally, one or more piezoelectric elements can be configured to be mechanically connected to one or more internal surfaces of the reaction cell of the sensor chip, directed toward one or more functional surfaces of the reaction cell. By mechanically connecting the piezoelectric elements to at least one functional surface or one or more internal surfaces of the reaction cell, it is possible to reliably and with high precision determine the mass and/or the change in the mass of the receptor protein complex immobilized on at least one functional surface or released from it. As indicated above, one or more piezoelectric elements can be located, for example, adjacent to a component containing or supporting at least one functional surface or one or more internal surfaces of the reaction cell. For example, if at least one functional surface is provided or defined by an inner surface of the membrane, one or more piezoelectric elements may be located on the opposite side of the membrane or in contact with it.

В примере рецепторные белковые комплексы могут содержать по меньшей мере одну флуоресцентную метку, при этом сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ на основании возбуждения одной или более флуоресцентных меток и на основании обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками. Например, рецепторные белковые комплексы могут содержать по меньшей мере одну флуоресцентную метку, диссоциирующую из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами, при этом сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ на основании возбуждения одной или более флуоресцентных меток, диссоциирующих из одного или более рецепторных белковых комплексов, и на основании обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более диссоциированными флуоресцентными метками. Соответственно, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения изменения состояния, вызванного связыванием рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, на основании возбуждения флуоресценции свободных флуоресцентных или светопоглощающих меток в реакционной ячейке, которые высвобождаются из рецепторных белковых комплексов при связывании.In an example, the receptor protein complexes can contain at least one fluorescent label, wherein the sensor device can be configured to detect one or more biologically active substances based on the excitation of one or more fluorescent labels and based on the detection of fluorescent light emitted by one or more fluorescent labels. For example, the receptor protein complexes can contain at least one fluorescent label that dissociates from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances, wherein the sensor device can be configured to detect one or more biologically active substances based on the excitation of one or more fluorescent labels that dissociate from one or more receptor protein complexes and based on the detection of fluorescent light emitted by one or more dissociated fluorescent labels. Accordingly, the sensor device can be configured to detect a change in state caused by binding of the receptor protein complexes to one or more biologically active substances based on the excitation of fluorescence of free fluorescent or light-absorbing labels in the reaction cell that are released from the receptor protein complexes upon binding.

Сенсорное устройство может содержать один или более источников света, например, лазерные диоды или светодиоды (LED), выполненные с возможностью возбуждения одной или более флуоресцентных меток, при этом сенсорное устройство может содержать один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками.The sensor device may comprise one or more light sources, such as laser diodes or light-emitting diodes (LEDs), configured to excite one or more fluorescent labels, and the sensor device may comprise one or more photodetectors configured to detect fluorescent light emitted by one or more fluorescent labels.

Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может содержать один или более источников света, выполненных с возможностью освещения по меньшей мере части реакционной ячейки, при этом сенсорное устройство может содержать один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения света, рассеиваемого одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке. Соответственно, сенсорное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения изменения состояния на основании обнаружения рассеянного света и/или на основании рассеивания света.Alternatively or additionally, the sensor device may comprise one or more light sources configured to illuminate at least a portion of the reaction cell, wherein the sensor device may comprise one or more photodetectors configured to detect light scattered by one or more components of the receptor protein complexes in the reaction cell. Accordingly, the sensor device may be configured to detect a change in state based on the detection of scattered light and/or based on light scattering.

В примере один или более фотодетекторов могут быть расположены смежно с гнездом сенсорного устройства или вблизи него для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа с целью обнаружения электромагнитного излучения, проникающего из реакционной ячейки. Например, один или более источников света могут быть расположены смежно с гнездом сенсорного устройства или вблизи него для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа, так что электромагнитное излучение, излучаемое одним или более источниками света, имеет возможность проводиться в реакционную ячейку.In an example, one or more photodetectors may be located adjacent to or near the sensor device socket for at least partially accommodating the sensor chip for detecting electromagnetic radiation penetrating from the reaction cell. For example, one or more light sources may be located adjacent to or near the sensor device socket for at least partially accommodating the sensor chip, so that electromagnetic radiation emitted by one or more light sources may be conducted into the reaction cell.

Альтернативно или дополнительно один или более фотодетекторов могут быть расположены напротив окна для обнаружения сенсорного чипа. Другими словами, один или более фотодетекторов могут быть расположены напротив по меньшей мере одного окна для обнаружения сенсорного чипа, когда сенсорный чип по меньшей мере вмещен в сенсорном устройстве.Alternatively or additionally, one or more photodetectors may be arranged opposite the window for detecting the sensor chip. In other words, one or more photodetectors may be arranged opposite at least one window for detecting the sensor chip, when the sensor chip is at least accommodated in the sensor device.

В примере один или более источников света могут быть расположены с возможностью проведения электромагнитного излучения или света через один или более оптических соединителей сенсорного чипа в реакционную ячейку.In an example, one or more light sources may be arranged to conduct electromagnetic radiation or light through one or more optical connectors of the sensor chip into the reaction cell.

Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может содержать один или более источников света, расположенных с возможностью проведения электромагнитного излучения в один или более оптических волноводов, проходящих через по меньшей мере часть реакционной ячейки сенсорного чипа, при этом сенсорное устройство может включать один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения электромагнитного излучения, проходящего через один или более оптических волноводов. В примере один или более источников света могут быть расположены так, что они выровнены с концом одного или более оптических волноводов. Альтернативно или дополнительно один или более фотодетекторов могут быть расположены так, что они выровнены с концом одного или более оптических волноводов. Такая конфигурация может обеспечить надежное оптическое измерение или обнаружение изменений состояния рецепторных белковых комплексов с высокой точностью, чувствительностью и прецизионностью.Alternatively or additionally, the sensor device may comprise one or more light sources arranged to conduct electromagnetic radiation into one or more optical waveguides passing through at least a portion of the reaction cell of the sensor chip, wherein the sensor device may include one or more photodetectors configured to detect electromagnetic radiation passing through one or more optical waveguides. In an example, one or more light sources may be arranged so that they are aligned with the end of one or more optical waveguides. Alternatively or additionally, one or more photodetectors may be arranged so that they are aligned with the end of one or more optical waveguides. Such a configuration may provide reliable optical measurement or detection of changes in the state of receptor protein complexes with high accuracy, sensitivity and precision.

В примере схема обработки может быть выполнена с возможностью определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной из функциональной поверхности и внутренней поверхности реакционной ячейки, расположенной смежно с одним или более оптическими волноводами. Например, схема обработки может быть выполнена с возможностью определения одного или более оптических свойств на основании определения поглощения проникающего света, проходящего через один или более оптических волноводов в реакционную ячейку. Также измерение оптических свойств функциональной поверхности или внутренней поверхности реакционной ячейки, расположенной смежно с по меньшей мере одним оптическим волноводом, может обеспечивать надежное оптическое измерение или обнаружение изменений состояния рецепторных белковых комплексов с высокой точностью, чувствительностью и прецизионностью.In an example, the processing circuit can be configured to determine one or more optical properties of at least one of the functional surface and the inner surface of the reaction cell located adjacent to one or more optical waveguides. For example, the processing circuit can be configured to determine one or more optical properties based on determining the absorption of penetrating light passing through one or more optical waveguides into the reaction cell. Also, measuring the optical properties of the functional surface or the inner surface of the reaction cell located adjacent to at least one optical waveguide can provide reliable optical measurement or detection of changes in the state of receptor protein complexes with high accuracy, sensitivity and precision.

В еще одном примере сенсорное устройство может дополнительно содержать корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного окружения сенсорного чипа, при этом корпус содержит одно или более отверстий для прохождения через них окружающей среды, так что по меньшей мере часть сенсорного чипа способна вступать в контакт с окружающей средой. Предоставление одного или более отверстий в корпусе может обеспечить надежный контакт мембраны сенсорного чипа с окружающей средой, тем самым обеспечивая возможность попадания биологически активных веществ в реакционную ячейку из окружающей среды и возможность их обнаружения в ней.In another example, the sensor device may further comprise a housing configured to at least partially surround the sensor chip, wherein the housing comprises one or more openings for the environment to pass through, so that at least part of the sensor chip is capable of coming into contact with the environment. Providing one or more openings in the housing may ensure reliable contact of the membrane of the sensor chip with the environment, thereby ensuring the possibility of biologically active substances entering the reaction cell from the environment and the possibility of their detection in it.

Необязательно сенсорное устройство может дополнительно содержать один или более каналов для прохождения окружающей среды через одно или более отверстий в корпусе сенсорного устройства в указанную по меньшей мере часть сенсорного чипа. Другими словами, одно или более отверстий, расположенных в корпусе сенсорного устройства, могут быть соединены по текучей среде посредством одного или более каналов, так что окружающая среда может переноситься по отверстиям и каналам в сенсорный чип или по меньшей мере его часть.Optionally, the sensor device may further comprise one or more channels for passing the environment through one or more openings in the housing of the sensor device into said at least part of the sensor chip. In other words, one or more openings located in the housing of the sensor device may be fluidly connected by means of one or more channels, so that the environment may be transferred through the openings and channels into the sensor chip or at least part thereof.

Необязательно сенсорное устройство может дополнительно содержать один или более вентиляционных устройств, расположенных в одном или более каналах и выполненных с возможностью переноса или транспортировки окружающей среды через одно или более отверстий в корпусе сенсорного устройства в указанную по меньшей мере часть сенсорного чипа. Например, один или более микровентиляторов могут быть расположены в одном или более каналах. Такая конфигурация может предотвратить застой окружающей среды и может обеспечить возможность контакта сенсорного чипа или по меньшей мере его части с окружающей средой, присутствующей в настоящий момент вокруг сенсорного устройства.Optionally, the sensor device may further comprise one or more ventilation devices located in one or more channels and configured to transfer or transport the environment through one or more openings in the housing of the sensor device to said at least part of the sensor chip. For example, one or more microfans may be located in one or more channels. Such a configuration may prevent stagnation of the environment and may provide the possibility of contact of the sensor chip or at least a part thereof with the environment currently present around the sensor device.

В еще одном примере сенсорное устройство может содержать один или более нагревательных элементов, выполненных с возможностью нагрева по меньшей мере части сенсорного чипа. Один или более нагревательных элементов могут обеспечить поддержание температуры сенсорного чипа, реакционной ячейки или по меньшей мере ее части на значении, равном или близком к предопределенной рабочей температуре сенсорного чипа, например, на значении, равном или близком к температуре тела или комнатной температуре. Например, некоторые применяемые механизмы и принципы обнаружения могут включать процесс диффузии, такой как диффузия биологически активных веществ в реакционную ячейку и диффузия одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов с реакционной ячейкой. Такие процессы в общем зависят от температуры и могут требовать поддержания минимальной температуры для того, чтобы получить сигнал обнаружения в разумный период времени. Также изменения состояния рецепторных белковых комплексов могут зависеть от температуры и могут лучше наблюдаться при температуре, равной, близкой или превышающей предопределенную рабочую температуру сенсорного чипа. Размещение нагревательных элементов в сенсорном устройстве может быть особенно преимущественным в холодных регионах или в холодное время года, так как надлежащее функционирование сенсорного чипа и сенсорного устройства можно обеспечить путем нагрева сенсорного чипа.In another example, the sensor device may comprise one or more heating elements configured to heat at least a portion of the sensor chip. The one or more heating elements may ensure that the temperature of the sensor chip, the reaction cell, or at least a portion thereof is maintained at a value equal to or close to a predetermined operating temperature of the sensor chip, such as a value equal to or close to body temperature or room temperature. For example, some detection mechanisms and principles used may include a diffusion process, such as diffusion of biologically active substances into the reaction cell and diffusion of one or more components of the receptor protein complexes with the reaction cell. Such processes are generally temperature dependent and may require maintaining a minimum temperature in order to obtain a detection signal within a reasonable period of time. Also, changes in the state of the receptor protein complexes may be temperature dependent and may be better observed at a temperature equal to, close to, or higher than the predetermined operating temperature of the sensor chip. The placement of heating elements in the sensor device may be particularly advantageous in cold regions or during cold seasons, since proper functioning of the sensor chip and the sensor device can be ensured by heating the sensor chip.

Например, один или более нагревательных элементов могут быть расположены смежно с гнездом сенсорного устройства для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа. Соответственно, сенсорный чип или по меньшей мере его часть можно эффективно нагревать одним или более нагревательными элементами.For example, one or more heating elements may be located adjacent to the sensor device socket for at least partially accommodating the sensor chip. Accordingly, the sensor chip or at least a portion thereof may be effectively heated by one or more heating elements.

Необязательно сенсорное устройство может дополнительно содержать один или более датчиков температуры, выполненных с возможностью определения температуры по меньшей мере части сенсорного чипа. Посредством датчиков температуры можно реализовать всестороннее управление температурой в сенсорном устройстве для поддержания температуры сенсорного чипа, реакционной ячейки или по меньшей мере ее части на значении, равном или близком к предопределенной рабочей температуре сенсорного чипа.Optionally, the sensor device may further comprise one or more temperature sensors configured to determine the temperature of at least a portion of the sensor chip. By means of the temperature sensors, it is possible to implement comprehensive temperature control in the sensor device to maintain the temperature of the sensor chip, the reaction cell, or at least a portion thereof at a value equal to or close to a predetermined operating temperature of the sensor chip.

В примере схема обработки может быть выполнена с возможностью управления температурой по меньшей мере части сенсорного чипа на основании определения температуры указанной по меньшей мере части сенсорного чипа с использованием одного или более датчиков температуры. Например, схема обработки может быть выполнена с возможностью управления температурой по меньшей мере части сенсорного чипа, так что температуру реакционной ячейки или по меньшей мере ее части можно поддерживать на значении, равном или близком к предопределенной рабочей температуре сенсорного чипа. Необязательно предопределенная рабочая температура может храниться в хранилище данных сенсорного устройства и/или сенсорного чипа, которое может быть доступно схеме обработки во время работы для управления температурой.In an example, the processing circuit may be configured to control the temperature of at least a portion of the sensor chip based on determining the temperature of said at least portion of the sensor chip using one or more temperature sensors. For example, the processing circuit may be configured to control the temperature of at least a portion of the sensor chip, so that the temperature of the reaction cell or at least a portion thereof may be maintained at a value equal to or close to a predetermined operating temperature of the sensor chip. Optionally, the predetermined operating temperature may be stored in a data storage of the sensor device and/or the sensor chip, which may be accessible to the processing circuit during operation for controlling the temperature.

В дополнительном примере сенсорное устройство дополнительно содержит один или более электрических соединителей для соединения с одним или более электрическими соединителями сенсорного чипа при вставке сенсорного чипа в сенсорное устройство. Предпочтительно электрическое соединение между сенсорным чипом и сенсорным устройством может быть автоматически создано при вставке сенсорного чипа в сенсорное устройство.In an additional example, the sensor device further comprises one or more electrical connectors for connecting to one or more electrical connectors of the sensor chip when the sensor chip is inserted into the sensor device. Preferably, the electrical connection between the sensor chip and the sensor device can be automatically created when the sensor chip is inserted into the sensor device.

В примере схема обработки может быть выполнена с возможностью соединения с одним или более электродами сенсорного чипа, при этом схема обработки может быть выполнена с возможностью определения проводимости субстрата или состава в реакционной ячейке. Соответственно, схема обработки может быть выполнена с возможностью управления одним или более электродами, например, на основании напряжения и/или силы тока, подаваемого на один или более электродов, для выполнения измерения проводимости в реакционной ячейке для обнаружения изменения состояния, вызванного связыванием рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами.In an example, the processing circuit can be configured to be connected to one or more electrodes of the sensor chip, wherein the processing circuit can be configured to determine the conductivity of the substrate or composition in the reaction cell. Accordingly, the processing circuit can be configured to control one or more electrodes, for example, based on the voltage and/or current supplied to one or more electrodes, to perform a conductivity measurement in the reaction cell to detect a change in state caused by the binding of receptor protein complexes to one or more biologically active substances.

Альтернативно или дополнительно схема обработки может быть выполнена с возможностью определения одного или более эксплуатационных параметров, указывающих на использование или оставшийся срок службы сенсорного чипа. Альтернативно или дополнительно схема обработки может быть выполнена с возможностью определения использования или оставшегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании определения одного или более эксплуатационных параметров сенсорного чипа. Как указано выше, например, из-за исчерпания рецепторных белковых комплексов, срок службы сенсорного чипа может быть ограничен. Путем определения оставшегося срока службы или использования сенсорного чипа, например, пользователя можно уведомить о необходимости замены сенсорного чипа. Также сенсорный чип может использоваться несколько раз и, например, может быть повторно вставлен в сенсорное устройство, одновременно обеспечивая рабочее или функциональное состояние сенсорного чипа.Alternatively or additionally, the processing circuit may be configured to determine one or more operational parameters indicating the usage or remaining service life of the sensor chip. Alternatively or additionally, the processing circuit may be configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on the determination of one or more operational parameters of the sensor chip. As indicated above, for example, due to the exhaustion of receptor protein complexes, the service life of the sensor chip may be limited. By determining the remaining service life or usage of the sensor chip, for example, the user may be notified of the need to replace the sensor chip. Also, the sensor chip may be used several times and, for example, may be reinserted into the sensor device, simultaneously ensuring the working or functional state of the sensor chip.

В примере схема обработки может быть выполнена с возможностью определения использования или оставшегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании извлечения исторических данных, указывающих на использование или оставшийся срок службы сенсорного чипа, из хранилища данных сенсорного чипа. Соответственно, исторические данные могут храниться в сенсорном чипе и могут обрабатываться схемой обработки сенсорного устройства для определения использования или оставшегося срока службы сенсорного чипа. Исторические данные могут включать, например, значения для одного или более эксплуатационных параметров, например, накопленные за предыдущее или прошлое время работы сенсорного чипа.In an example, the processing circuit may be configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on retrieving historical data indicating the usage or remaining service life of the sensor chip from a data store of the sensor chip. Accordingly, the historical data may be stored in the sensor chip and may be processed by the processing circuit of the sensor device to determine the usage or remaining service life of the sensor chip. The historical data may include, for example, values for one or more operational parameters, such as accumulated over a previous or past operating time of the sensor chip.

Например, схема обработки может быть выполнена с возможностью определения использования или оставшегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании сравнения определенного одного или более эксплуатационных параметров сенсорного чипа и/или по меньшей мере части исторических данных, извлеченных из хранилища данных сенсорного чипа, с одним или более пороговыми значениями. Одно или более пороговых значений могут храниться в хранилище данных сенсорного устройства или могут быть извлечены схемой обработки из хранилища данных сенсорного чипа.For example, the processing circuit may be configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on a comparison of one or more specific operating parameters of the sensor chip and/or at least a portion of historical data retrieved from a data store of the sensor chip with one or more threshold values. One or more threshold values may be stored in a data store of the sensor device or may be retrieved by the processing circuit from the data store of the sensor chip.

Необязательно схема обработки может быть выполнена с возможностью определения использования или оставшегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании определения типа сенсорного чипа и/или типа рецепторных белковых комплексов, используемых в сенсорном чипе. Тип сенсорного чипа и/или рецепторных белковых комплексов, применяемых в нем, может быть определен на основании считывания идентификатора чипа сенсорного чипа, на основании извлечения соответствующих данных из хранилища данных сенсорного чипа и/или на основании пользовательского ввода, например, посредством пользовательского интерфейса сенсорного устройства.Optionally, the processing circuit may be configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on the determination of the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complexes used in the sensor chip. The type of the sensor chip and/or the receptor protein complexes used in it may be determined based on reading the chip identifier of the sensor chip, based on retrieving relevant data from the data storage of the sensor chip and/or based on user input, for example, via a user interface of the sensor device.

Дополнительно схема обработки необязательно может быть выполнена с возможностью хранения одного или более эксплуатационных параметров в хранилище данных сенсорного устройства и/или хранилище данных сенсорного чипа. Соответственно, один или более эксплуатационных параметров можно хранить, например, в виде исторических данных, что позволяет позднее определять использование и/или оставшийся срок службы сенсорного чипа.In addition, the processing circuit may optionally be configured to store one or more operating parameters in the data storage of the sensor device and/or the data storage of the sensor chip. Accordingly, one or more operating parameters may be stored, for example, in the form of historical data, which allows the use and/or remaining service life of the sensor chip to be determined later.

В примере схема обработки может быть выполнена с возможностью определения одного или более эксплуатационных параметров на основании отслеживания температуры по меньшей мере части сенсорного чипа. Другими словами, один или более эксплуатационных параметров могут включать температуру по меньшей мере части сенсорного чипа, например, динамику температуры. Так как определенные процессы или реакции в реакционной ячейке, такие как диффузия, а также исчерпание рецепторных белковых комплексов, могут зависеть от температуры, динамика температуры по меньшей мере части сенсорного чипа может позволить точно определять использование и/или оставшийся срок службы сенсорного чипа.In an example, the processing circuit may be configured to determine one or more operational parameters based on monitoring the temperature of at least a portion of the sensor chip. In other words, the one or more operational parameters may include the temperature of at least a portion of the sensor chip, such as temperature dynamics. Since certain processes or reactions in the reaction cell, such as diffusion, as well as depletion of receptor protein complexes, may depend on temperature, the temperature dynamics of at least a portion of the sensor chip may allow for accurate determination of the usage and/or remaining service life of the sensor chip.

Альтернативно или дополнительно схема обработки может быть выполнена с возможностью определения динамики исчерпания рецепторных белковых комплексов в сенсорном чипе. Например, схема обработки может быть выполнена с возможностью определения исчерпания рецепторного белкового комплекса на основании динамики одного или более эксплуатационных параметров сенсорного чипа и/или сенсорного устройств, например, на основании динамики температуры по меньшей мере части сенсорного чипа. Необязательно схема обработки может быть выполнена с возможностью определения оставшегося срока службы сенсорного чипа на основании определенной динамики исчерпания рецепторных белковых комплексов в сенсорном чипе.Alternatively or additionally, the processing circuit may be configured to determine the depletion dynamics of the receptor protein complexes in the sensor chip. For example, the processing circuit may be configured to determine the depletion of the receptor protein complex based on the dynamics of one or more operational parameters of the sensor chip and/or sensor device, for example, based on the temperature dynamics of at least a portion of the sensor chip. Optionally, the processing circuit may be configured to determine the remaining service life of the sensor chip based on the determined depletion dynamics of the receptor protein complexes in the sensor chip.

В дополнительном примере сенсорное устройство может содержать пользовательский интерфейс, при этом схема обработки может быть выполнена с возможностью предоставления пользователю уведомления через пользовательский интерфейс при истечении срока службы сенсорного чипа. Следовательно, пользователь может быть уведомлен при истечении срока службы сенсорного чипа, так что пользователь может вовремя заменить сенсорный чип.In an additional example, the sensor device may comprise a user interface, wherein the processing circuit may be configured to provide a user with a notification via the user interface when the sensor chip reaches the end of its service life. Therefore, the user may be notified when the sensor chip reaches the end of its service life, so that the user can replace the sensor chip in time.

Необязательно схема обработки может быть выполнена с возможностью предоставления пользователю информации в отношении определенного одного или более биологически активных веществ через пользовательский интерфейс. Например, информация о качестве окружающей среды в настоящий момент или текущем качестве окружающей среды, например, качестве воздуха и/или воздействии биологически активных веществ в настоящий момент, может быть предоставлена посредством пользовательского интерфейса. Также другая информация, такая как прошлое воздействие, или другая информация касательно работы сенсорного чипа и/или сенсорного устройства, такая как информация об использовании и/или оставшемся сроке службы сенсорного чипа, может быть предоставлена посредством пользовательского интерфейса.Optionally, the processing circuit may be configured to provide the user with information regarding a certain one or more biologically active substances via a user interface. For example, information about the current quality of the environment or the current quality of the environment, such as air quality and/or the current exposure to biologically active substances, may be provided via the user interface. Also, other information, such as past exposure, or other information regarding the operation of the sensor chip and/or the sensor device, such as information about the use and/or remaining service life of the sensor chip, may be provided via the user interface.

Также необязательно схема обработки дополнительно может быть выполнена с возможностью уведомления пользователя посредством пользовательского интерфейса при определении достижения или превышения концентрацией биологически активных веществ в окружающей среде предопределенного порогового значения. Соответственно, пользователю может быть предоставлено предупреждение при обнаружении высокой концентрации биологически активных веществ.Also optionally, the processing circuit may additionally be configured to notify the user via the user interface when it is determined that the concentration of biologically active substances in the environment has reached or exceeded a predetermined threshold value. Accordingly, the user may be provided with a warning when a high concentration of biologically active substances is detected.

В общем, пользовательский интерфейс может представлять собой любой тип пользовательского интерфейса. Например, пользовательский интерфейс может содержать одно или более из вибрирующего элемента, дисплея, одного или более LED и динамика.In general, the user interface may be any type of user interface. For example, the user interface may comprise one or more of a vibrating element, a display, one or more LEDs, and a speaker.

В еще одном примере сенсорный чип может содержать идентификатор чипа для идентификации типа сенсорного чипа и/или типа рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе, при этом схема обработки может быть выполнена с возможностью извлечения информации или данных, указывающих на тип сенсорного чипа и/или тип рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе, из идентификатора чипа. С этой целью сенсорное устройство необязательно может содержать одно или более из устройства считывания штрихкода, устройства считывания QR-кода и сканера или устройства считывания RFID.In another example, the sensor chip may comprise a chip identifier for identifying the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip, wherein the processing circuit may be configured to extract information or data indicating the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip from the chip identifier. For this purpose, the sensor device may optionally comprise one or more of a barcode reader, a QR code reader, and a scanner or RFID reader.

Сенсорное устройство может дополнительно содержать один или более накопителей энергии для подачи электрической энергии. Например, сенсорное устройство может содержать одну или более батарей, аккумуляторов и/или конденсаторов для подачи электрической энергии сенсорному устройству и/или сенсорному чипу. Такая конфигурация может быть особенно преимущественной, когда сенсорное устройство спроектировано в виде портативного или мобильного устройства. Однако альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может получать электроэнергию из электросети.The sensor device may further comprise one or more energy storage devices for supplying electrical energy. For example, the sensor device may comprise one or more batteries, accumulators and/or capacitors for supplying electrical energy to the sensor device and/or the sensor chip. Such a configuration may be particularly advantageous when the sensor device is designed as a portable or mobile device. However, alternatively or additionally, the sensor device may receive electrical energy from the electrical grid.

Сенсорное устройство может дополнительно содержать схему связи для соединения с возможностью связи сенсорного устройства с пользовательским устройством. Например, схема связи может включать схему беспроводной связи, предпочтительно передатчик Bluetooth, инфракрасный передатчик или передатчик беспроводной LAN. Это может обеспечить беспроводное соединение для передачи данных и беспроводную связь между сенсорным устройством и пользовательским устройством. В частности, это может позволить извлекать данные из сенсорного устройства, например, данные, указывающие на воздействие биологически активных веществ и/или указывающие на качество окружающей среды, с помощью пользовательского устройства. Данные тогда могут дополнительно обрабатываться и/или отображаться на пользовательском устройстве и могут быть оценены пользователем.The sensor device may further comprise a communication circuit for communicatively connecting the sensor device to the user device. For example, the communication circuit may comprise a wireless communication circuit, preferably a Bluetooth transmitter, an infrared transmitter or a wireless LAN transmitter. This may provide a wireless connection for transmitting data and wireless communication between the sensor device and the user device. In particular, this may allow data to be extracted from the sensor device, such as data indicating the effect of biologically active substances and/or indicating the quality of the environment, using the user device. The data may then be further processed and/or displayed on the user device and may be evaluated by the user.

В другом примере сенсорное устройство может дополнительно содержать один или более датчиков излучения для измерения воздействия ионизирующего излучения на сенсорное устройство. Например, один или более датчиков излучения могут включать по меньшей мере одно из обратимо фотохромного слоя, чувствительного к УФ-излучению, и пленки радиохромного красителя, чувствительной к ионизирующему излучению. Использование одного или более датчиков излучения может позволить определять воздействие излучения параллельно или одновременно с определением биологически активных веществ. Следовательно, можно всесторонне оценить качество окружающей среды и/или воздействие различных параметров внешней среды на пользователя.In another example, the sensor device may further comprise one or more radiation sensors for measuring the effect of ionizing radiation on the sensor device. For example, one or more radiation sensors may comprise at least one of a reversibly photochromic layer sensitive to UV radiation and a radiochromic dye film sensitive to ionizing radiation. The use of one or more radiation sensors may allow determining the effect of radiation in parallel or simultaneously with the determination of biologically active substances. Therefore, it is possible to comprehensively assess the quality of the environment and/or the effect of various environmental parameters on the user.

Альтернативно или дополнительно сенсорное устройство может дополнительно содержать одно или более из датчика влажности, датчика летучего органического углерода, датчик озона, датчика твердых частиц, датчика азотной кислоты и датчика моноксида углерода. Также использование одного или более из вышеупомянутых датчиков может позволить всесторонне определять или оценивать воздействие других различных параметров внешней среды на пользователя в дополнение к воздействию биологически активных веществ.Alternatively or additionally, the sensor device may further comprise one or more of a humidity sensor, a volatile organic carbon sensor, an ozone sensor, a particulate matter sensor, a nitric acid sensor, and a carbon monoxide sensor. Also, the use of one or more of the above-mentioned sensors may allow for a comprehensive determination or assessment of the impact of other various environmental parameters on the user in addition to the impact of biologically active substances.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена сенсорная система для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде. Сенсорная система содержит по меньшей мере один сенсорный чип, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, и сенсорное устройство, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе. Любое раскрытие, представленное выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе со ссылкой на любое из сенсорного устройства и сенсорного чипа, в равной степени применимо к сенсорной системе.According to a further aspect of the present invention, a sensor system for detecting one or more biologically active substances in an environment is provided. The sensor system comprises at least one sensor chip as described above herein and below herein, and a sensor device as described above herein and below herein. Any disclosure presented above herein and below herein with reference to any of the sensor device and the sensor chip is equally applicable to the sensor system.

Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к применению сенсорного устройства, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, и к применению сенсорной системы, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Further aspects of the present invention relate to the use of a sensor device as described above herein and below herein and to the use of a sensor system as described above herein and below herein for detecting one or more biologically active substances in an environment.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде с помощью или с использованием одного или более из сенсорной системы, сенсорного устройства и сенсорного чипа, как описано выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе. Альтернативно или дополнительно способ может относиться к способу работы одного или более из сенсорной системы, сенсорного устройства и сенсорного чипа. Способ включает следующие этапы:According to a further aspect of the present invention, a method is provided for detecting one or more biologically active substances in an environment using or with one or more of a sensor system, a sensor device and a sensor chip, as described above in this document and below in this document. Alternatively or additionally, the method may relate to a method of operating one or more of a sensor system, a sensor device and a sensor chip. The method comprises the following steps:

- обеспечение прохождения одного или более биологически активных веществ через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа, например, на основании диффузии;- ensuring the passage of one or more biologically active substances through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip, for example, based on diffusion;

- связывание одного или более биологически активных веществ с одним или более рецепторными белковыми комплексами, что тем самым вызывает изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов;- binding of one or more biologically active substances to one or more receptor protein complexes, thereby causing a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes;

- обнаружение с помощью сенсорного устройства, сенсорного чипа и/или сенсорной системы вызванного изменения состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов; и- detecting, using a sensor device, a sensor chip and/or a sensor system, an induced change in the state of said at least part of the receptor protein complexes; and

- генерирование сенсорным устройством, сенсорным чипом и/или сенсорной системой сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, на основании определенного изменения состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.- generating by a sensor device, sensor chip and/or sensor system a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment, based on a determined change in the state of said at least part of the receptor protein complexes.

Как и ранее, подчеркивается, что любое раскрытие, представленное выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе со ссылкой на любое из сенсорного устройства, сенсорного чипа и сенсорной системы, в равной степени применимо к способу обнаружения одного или более биологически активных веществ.As previously, it is emphasized that any disclosure provided above in this document and below in this document with reference to any of the sensor device, sensor chip and sensor system is equally applicable to a method for detecting one or more biologically active substances.

В примере обеспечение прохождения одного или более биологически активных веществ через мембрану сенсорного чипа включает введение мембраны сенсорного чипа в контакт с окружающей средой.In an example, ensuring the passage of one or more biologically active substances through the membrane of the sensor chip includes introducing the membrane of the sensor chip into contact with the environment.

Необязательно способ может дополнительно включать активацию сенсорного чипа на основании подачи деионизированной воды из резервуара сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа.Optionally, the method may further include activating the sensor chip based on supplying deionized water from the sensor chip reservoir to the reaction cell of the sensor chip.

Например, активация сенсорного чипа может включать разблокирование сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром с использованием или на основании приведения в действие по меньшей мере одного блокирующего элемента между резервуаром и реакционной ячейкой сенсорного чипа. Необязательно по меньшей мере один блокирующий элемент может содержать подвижный штифт, расположенный между резервуаром и реакционной ячейкой, при этом активация сенсорного чипа может включать смещение подвижного штифта.For example, activating the sensor chip may include unblocking the fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir using or based on actuating at least one blocking element between the reservoir and the reaction cell of the sensor chip. Optionally, at least one blocking element may comprise a movable pin located between the reservoir and the reaction cell, wherein activating the sensor chip may include displacing the movable pin.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один блокирующий элемент может содержать водонепроницаемую мембрану, расположенную между резервуаром и реакционной ячейкой, при этом активация сенсорного чипа может включать разрушение по меньшей мере части водонепроницаемой мембраны.Alternatively or additionally, at least one blocking element may comprise a water-impermeable membrane located between the reservoir and the reaction cell, wherein activation of the sensor chip may include destruction of at least a portion of the water-impermeable membrane.

Альтернативно или дополнительно активация сенсорного чипа может включать удаление уплотнительной крышки с наружной поверхности мембраны. Путем удаления уплотнительной крышки может быть создан контакт между мембраной и окружающей средой, так что подлежащие обнаружению биологически активные вещества могут поступать в реакционную ячейку через мембрану.Alternatively or additionally, activation of the sensor chip may include removing the sealing cap from the outer surface of the membrane. By removing the sealing cap, contact can be created between the membrane and the surrounding medium, so that the biologically active substances to be detected can enter the reaction cell through the membrane.

В еще одном примере обнаружение вызванного изменения состояния может включать определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа. Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного изменения состояния может включать определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее.In another example, detecting the induced change in state may include determining one or more of the number, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes dissolved in the substrate of the reaction cell of at least one sensor chip. Alternatively or additionally, detecting the induced change in state may include determining one or more of the number, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction cell.

Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного состояния может включать определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на по меньшей мере одной внутренней поверхности реакционной ячейки или высвобожденных с нее, направленной к по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного изменения состояния может включать возбуждение одной или более флуоресцентных меток рецепторных белковых комплексов и обнаружение флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками. Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного изменения состояния может включать обнаружение света, рассеиваемого одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке. Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного изменения состояния может включать определение одного или более оптических свойств по меньшей мере одной из функциональной поверхности и внутренней поверхности реакционной ячейки. Альтернативно или дополнительно обнаружение вызванного изменения состояния может включать определение поглощения проникающего света, проходящего через один или более оптических волноводов сенсорного чипа в реакционную ячейку.Alternatively or additionally, detecting the induced state may include determining one or more of the number, mass, density and mass density of the receptor protein complexes immobilized on at least one internal surface of the reaction cell or released from it, directed towards at least one functional surface of the reaction cell. Alternatively or additionally, detecting the induced change of state may include exciting one or more fluorescent labels of the receptor protein complexes and detecting fluorescent light emitted by the one or more fluorescent labels. Alternatively or additionally, detecting the induced change of state may include detecting light scattered by one or more components of the receptor protein complexes in the reaction cell. Alternatively or additionally, detecting the induced change of state may include determining one or more optical properties of at least one of the functional surface and the internal surface of the reaction cell. Alternatively or additionally, detecting the induced change of state may include determining the absorption of penetrating light passing through one or more optical waveguides of the sensor chip into the reaction cell.

Далее подытожены различные аспекты, примеры и иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, причем дальнейшее описание следует расценивать как неограничивающее и предназначенное лишь для иллюстрации.The following summarizes various aspects, examples, and illustrative embodiments of the present invention, and the further description is to be regarded as non-limiting and intended for purposes of illustration only.

Сенсорный чип, сенсорное устройство и сенсорная система, описанные в настоящем документе, могут применять рецепторные белковые комплексы, такие как, например, биологические рецепторные белки, в качестве элемента обнаружения или химического распознающего элемента. Рецепторные белковые комплексы могут присутствовать в водосодержащей внешней среде, например, в реакционной ячейке сенсорного чипа, и могут взаимодействовать с окружающей средой через пористую мембрану, например, с низким сопротивлением диффузии. Рецепторные белковые комплексы, например, могут представлять собой или содержать ксеносенсорные белки или рецепторы гормонов, такие как AHR, CAR, PXR и ER. Список потенциальных рецепторных белковых комплексов не является исчерпывающим, и любой другой белок, демонстрирующий специфичность связывания с одной или несколькими молекулами лигандов, может выполнять роль химического распознающего элемента.The sensor chip, sensor device and sensor system described herein may employ receptor protein complexes, such as, for example, biological receptor proteins, as a detection element or a chemical recognition element. The receptor protein complexes may be present in an aqueous external environment, for example, in a reaction cell of the sensor chip, and may interact with the environment through a porous membrane, for example, with low diffusion resistance. The receptor protein complexes may, for example, be or contain xenosensor proteins or hormone receptors, such as AHR, CAR, PXR and ER. The list of potential receptor protein complexes is not exhaustive, and any other protein that exhibits binding specificity to one or more ligand molecules may serve as a chemical recognition element.

Настоящее изобретение может быть не ограничено персонализированным отслеживанием качества воздуха, но также может применяться, например, для обнаружения загрязняющих веществ в воде или почвенных вытяжках. Кроме того, могут использоваться белки, активные в гомеостатических биохимических процессах, и в этом случае сенсорная система может использоваться в диагностических целях.The present invention may not be limited to personalized air quality monitoring, but may also be used, for example, to detect pollutants in water or soil extracts. In addition, proteins active in homeostatic biochemical processes may be used, in which case the sensor system may be used for diagnostic purposes.

Более того, последовательность генов, применяемая для клонирования рецепторных белковых комплексов, может иметь человеческое, животное, растительное, грибковое, бактериальное или первичное происхождение. Например, в зависимости от принципа работы сенсорного чипа на молекулярном уровне, они могут использоваться в нерекомбинантной форме или в форме рекомбинантных белков. Кроме этого, сочетания нерекомбинантных и рекомбинантных белков и сочетания других белков, полученных от одинаковых или разных видов, могут использоваться в качестве по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов. Необязательно рецепторные белковые комплексы могут иметь химические метки согласно своей изоляции, например, выполненные с помощью флуорофоров. В контексте настоящего документа потенциальные белки совместно обозначены термином «рецепторные белковые комплексы», независимо от их биологического происхождения, от того, являются ли они рекомбинантными или нет, и от наличия или отсутствия у них метки. Кроме того, могут быть включены белки, которые в живой клетке могут взаимодействовать каким-либо образом с рецепторными белковыми комплексами, но сами по себе могут не являться рецепторными белками. Такие дополнительные белки могут иметь любое происхождение, быть рекомбинантными или нерекомбинантными, содержащими метки или не содержащими метки.Moreover, the gene sequence used for cloning the receptor protein complexes may be of human, animal, plant, fungal, bacterial or primary origin. For example, depending on the operating principle of the sensor chip at the molecular level, they may be used in a non-recombinant form or in the form of recombinant proteins. In addition, combinations of non-recombinant and recombinant proteins and combinations of other proteins obtained from the same or different species may be used as at least part of the receptor protein complexes. Optionally, the receptor protein complexes may have chemical labels according to their isolation, for example, made with fluorophores. In the context of the present document, the potential proteins are collectively referred to as "receptor protein complexes", regardless of their biological origin, whether they are recombinant or not, and whether they have a label or not. In addition, proteins may be included that in a living cell may interact in some way with receptor protein complexes, but may not themselves be receptor proteins. Such additional proteins may be of any origin, recombinant or non-recombinant, labeled or unlabeled.

Как описано выше в настоящем документе, сенсорная система может представлять собой стационарные или портативные устройства, например, для отслеживания внешней среды. Сенсорная система может содержать один или более признаков, описанных далее. Сенсорная система может содержать один или более сменных и/или одноразовых сенсорных чипов, которые могут быть установлены на сенсорном устройстве, например, посредством защелкивающегося механизма или магнитного соединения. Сенсорный чип может содержать рецепторные белки в подходящей жидкой, полутвердой и/или гелеобразной матрице. Сенсорный чип может предоставлять подходящие электрические и/или оптические контакты для его присоединения к сенсорному устройству. Сенсорный чип может предоставлять газопроницаемую поверхность, на которой происходит массоперенос из окружающей среды или атмосферы в реакционную ячейку. Необязательно чип может содержать детали или большую часть преобразователя и/или схемы обработки, которые могут преобразовывать событие изменения состояния или связывание лиганда с рецепторным белковым комплексом в электрически обрабатываемую переменную или сигнал. Сенсорное устройство может дополнительно содержать гнездо, в которое может быть вставлен сенсорный чип. Гнездо может предоставлять подходящие оптические и/или электрические соединения и/или соединения для массового потока, необходимые для работы и технического обслуживания сенсорного чипа, и может позволить газопроницаемой поверхности сенсорного чипа находиться в непосредственном и необязательно непрерывном контакте с атмосферой окружающей среды. Сенсорное устройство необязательно может содержать одно или более из наружного корпуса, кнопки включения-выключения, расположенной на наружном корпусе, соединения для подключения источника питания для зарядки батареи, встроенной в наружный корпус, перфорационных отверстий в наружном корпусе, позволяющих окружающему воздуху поступать в наружный корпус, и небольшого экрана или группы LED, встроенных в наружный корпус, позволяющих устройству выводить световой сигнал с цветовой кодировкой, описывающий уровень загрязнения окружающего воздуха и состояние устройства, такое как статус батареи. Сенсорное устройство необязательно может содержать одно или более из динамика, позволяющего устройству издавать звуковые сигналы при обнаружении сильного загрязнения окружающего воздуха, средства фиксации устройства, например, на предметах одежды, велосипедах или лямках рюкзаков, обратимо фотохромного покрытия или слоя, чувствительного к УФ-излучению, и пленки радиохромного красителя, чувствительной к ионизирующему излучению. Сенсорное устройство необязательно может содержать одно или более из источника физического сигнала, такого как источник света, источника напряжения и источника тока, которые в случае связывания биологически активного вещества с рецепторным белковым комплексом испытывают измеримое изменение своих свойств, таких как интенсивность, амплитуда, длина волны и/или частота. Большая часть или весь преобразователь и/или схема обработки, которые обнаруживают измеримое изменение этого физического сигнала и преобразовывают его в электронно обрабатываемую переменную или сигнал, могут содержаться в сенсорном устройстве. Дополнительно сенсорное устройство необязательно может содержать одно или более из микровентилятора или вентиляционного устройства, которые могут активно брать пробы окружающей среды и подавать ее в сенсорный(сенсорные) чип(чипы). Также сенсорное устройство может содержать средства управления интенсивностями забора проб, генерируемыми микровентилятором, который может быть включен в сенсорное устройство. Дополнительно необязательно передатчик и/или приемник Bluetooth или другие средства связи с внешними устройствами, такими как пользовательское устройство. Более того, сенсорное устройство может содержать одно или более из комплекта перезаряжаемых батарей, микропроцессора, микроэлектроники и микрооптики для работы сенсорных чипов, для отслеживания статуса сенсорного чипа и/или для считывания ответной реакции чипов на загрязнение окружающей среды. Более того, сенсорное устройство может содержать одно или более из датчика температуры, нагревательного блока или элемента, хранилища данных, одного или более датчиков для определения влажности, давления, VOC, озона, оксидов азота, моноксида углерода, твердых частиц или т. п. и необязательных вспомогательных компонентов. Сенсорное устройство может дополнительно содержать одно или более из трекера GPS, часов и средств обмена собранной информацией о качестве окружающей среды, о времени и/или о местоположении в большей сети, например, в облачной сети. Дополнительно программное обеспечение или приложение может быть предоставлено в пользовательском устройстве для управления сенсорной системой, сенсорным устройством и/или сенсорным чипом и получения показаний датчиков, предупреждений и информации о текущем и прогнозируемом качестве внешней среды. Программное обеспечение или приложение может быть выполнено с возможностью доступа к общим данным и использования их, например, для оценки или прогнозирования качества окружающей среды в заданном месте и в заданное время, например, с целью планирования маршрута или разработки стратегий избежания воздействия. Программное обеспечение или приложение может быть выполнено с возможностью, например, отслеживания совокупного персонального воздействия, создания отчетов об успехе стратегий избежания воздействия или соотнесения воздействия и состояния здоровья, например, отслеживаемого любым совместимым устройством для отслеживания состояния здоровья.As described above in this document, the sensor system may be a stationary or portable device, for example, for monitoring the external environment. The sensor system may comprise one or more features described below. The sensor system may comprise one or more replaceable and/or disposable sensor chips that can be mounted on the sensor device, for example, by means of a snap-on mechanism or a magnetic connection. The sensor chip may comprise receptor proteins in a suitable liquid, semi-solid and/or gel matrix. The sensor chip may provide suitable electrical and/or optical contacts for attaching it to the sensor device. The sensor chip may provide a gas-permeable surface on which mass transfer from the environment or atmosphere to the reaction cell occurs. Optionally, the chip may comprise parts or a large part of a transducer and/or processing circuitry that can convert a state change event or ligand binding to a receptor protein complex into an electrically processable variable or signal. The sensor device may further comprise a socket into which the sensor chip may be inserted. The socket may provide suitable optical and/or electrical connections and/or mass flow connections necessary for the operation and maintenance of the sensor chip, and may allow the gas-permeable surface of the sensor chip to be in direct and not necessarily continuous contact with the ambient atmosphere. The sensor device may optionally comprise one or more of an outer housing, an on-off button located on the outer housing, a connection for connecting a power source for charging a battery built into the outer housing, perforations in the outer housing allowing ambient air to enter the outer housing, and a small screen or a group of LEDs built into the outer housing allowing the device to output a color-coded light signal describing the level of pollution of the ambient air and the state of the device, such as battery status. The sensor device may optionally comprise one or more of a speaker allowing the device to emit sound signals when detecting high pollution of the surrounding air, means for fixing the device, for example, on clothing, bicycles or backpack straps, a reversible photochromic coating or layer sensitive to UV radiation, and a radiochromic dye film sensitive to ionizing radiation. The sensor device may optionally comprise one or more of a physical signal source, such as a light source, a voltage source and a current source, which, in the case of binding of the biologically active substance to the receptor protein complex, experience a measurable change in their properties, such as intensity, amplitude, wavelength and/or frequency. Most or all of the transducer and/or processing circuit that detects a measurable change in this physical signal and converts it into an electronically processed variable or signal may be contained in the sensor device. Additionally, the sensor device may optionally comprise one or more of a microfan or a ventilation device that can actively sample the environment and supply it to the sensor chip(s). Also, the sensor device may comprise means for controlling the sampling rates generated by the microfan, which may be included in the sensor device. Additionally, optionally, a Bluetooth transmitter and/or receiver or other means for communicating with external devices, such as a user device. Moreover, the sensor device may comprise one or more of a set of rechargeable batteries, a microprocessor, microelectronics and micro-optics for operating the sensor chips, for monitoring the status of the sensor chip and/or for reading the response of the chips to environmental pollution. Moreover, the sensor device may comprise one or more of a temperature sensor, a heating unit or element, a data store, one or more sensors for determining humidity, pressure, VOC, ozone, nitrogen oxides, carbon monoxide, particulate matter or the like and optional auxiliary components. The sensor device may further comprise one or more of a GPS tracker, a clock and means for exchanging the collected environmental quality, time and/or location information in a larger network, such as a cloud network. Additionally, software or an application may be provided in the user device for controlling the sensor system, the sensor device and/or the sensor chip and receiving sensor readings, warnings and information on the current and predicted quality of the external environment. The software or application may be configured to access and use common data, for example, to assess or predict the quality of the environment at a given location and time, such as for the purpose of route planning or developing strategies for avoiding exposure. The software or application may be configured to, for example, track cumulative personal exposure, generate reports on the success of avoidance strategies or correlate exposure and health status, such as tracked by any compatible health tracking device.

Далее в целях иллюстрации подытожена техническая идея, предусмотренная настоящим изобретением, при этом дальнейшее описание следует расценивать как неограничивающее. Молекулы, соединения и/или вещества, присутствующие в среде, окружающей сенсорное устройство, могут диффундировать в реакционную ячейку сенсорного чипа. Если такие молекулы представляют собой лиганды рецепторных белков или рецепторные белковые комплексы, содержащиеся в реакционной ячейке, они могут связывать рецепторные белковые комплексы и вызывать изменения состояния рецепторных белковых комплексов, которые могут быть измерены. Возможное техническое решение может содержать газопроницаемую мембрану для сенсорного чипа, такую как пористые углеродные бумажные материалы, используемые в топливных элементах, или фторполимеры с микроперфорацией, причем оба этих материала обладают низким сопротивлением диффузии и в большой степени непроницаемы для водосодержащих жидкостей. Газопроницаемая мембрана может отделять окружающую среду от реакционной ячейки, которая может содержать, например, жидкий, полутвердый и/или гелеобразный субстрат, содержащий рецепторные белковые комплексы. Например, рецепторные белковые комплексы могут содержать лигандсвязывающий домен ксеносенсорного белка, например, человеческого AHR.The following summarizes the technical idea provided by the present invention for illustrative purposes, and the further description should be regarded as non-limiting. Molecules, compounds and/or substances present in the environment surrounding the sensor device can diffuse into the reaction cell of the sensor chip. If such molecules are ligands of receptor proteins or receptor protein complexes contained in the reaction cell, they can bind the receptor protein complexes and cause changes in the state of the receptor protein complexes that can be measured. A possible technical solution may comprise a gas-permeable membrane for the sensor chip, such as porous carbon paper materials used in fuel cells or microperforated fluoropolymers, both of which have low diffusion resistance and are largely impermeable to aqueous liquids. The gas-permeable membrane may separate the environment from the reaction cell, which may contain, for example, a liquid, semi-solid and/or gel-like substrate containing receptor protein complexes. For example, the receptor protein complexes may contain a ligand-binding domain of a xenosensor protein, such as human AHR.

Альтернативно или дополнительно по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать по меньшей мере один связывающий домен рецептора арильных углеводородов или рецепторного белка арильных углеводородов. Например, по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов могут содержать по меньшей мере домен PAS (Per-ARNT-Sim) или весь рецепторный белок арильных углеводородов, что может позволить обнаруживать материалы, соединения, молекулы и/или вещества, например, галогенированные ароматические углеводороды, такие как полихлорированные дибензодиоксины, дибензофураны и бифенилы, и/или полициклические ароматические углеводороды, такие как 3-этилхолантрен, бензо[а]пирен, бензантрацены и бензофлавоны.Alternatively or additionally, at least some of the receptor protein complexes may comprise at least one binding domain of an aryl hydrocarbon receptor or an aryl hydrocarbon receptor protein. For example, at least some of the receptor protein complexes may comprise at least a PAS (Per-ARNT-Sim) domain or the entire aryl hydrocarbon receptor protein, which may allow for the detection of materials, compounds, molecules and/or substances, such as halogenated aromatic hydrocarbons such as polychlorinated dibenzodioxins, dibenzofurans and biphenyls, and/or polycyclic aromatic hydrocarbons such as 3-ethylcholanthrene, benzo[a]pyrene, benzanthracenes and benzoflavones.

Рецепторный белок дополнительно может быть обездвижен в определенном месте в реакционной ячейке сенсорного чипа путем ковалентного связывания низкоаффинных лигандов рецепторных белковых комплексов с функциональной поверхностью реакционной ячейки, такой как внутренняя поверхность реакционной ячейки или мембрана. Связывание лигандов рецепторными белковыми комплексами может обездвиживать рецепторные белковые комплексы. Дополнительно среднеаффинные или высокоаффинные лиганды, такие как биологически активные вещества, могут диффундировать в реакционную ячейку и могут конкурентно связываться с рецепторными белковыми комплексами и высвобождать их из места обездвиживания.The receptor protein can be further immobilized at a specific location in the reaction cell of the sensor chip by covalently binding low-affinity ligands of the receptor protein complexes to a functional surface of the reaction cell, such as the inner surface of the reaction cell or a membrane. Binding of ligands by the receptor protein complexes can immobilize the receptor protein complexes. Additionally, medium-affinity or high-affinity ligands, such as biologically active substances, can diffuse into the reaction cell and can competitively bind to the receptor protein complexes and release them from the immobilization site.

Явление высвобождения может быть обнаружено различными способами. Например, массовое связывание с функциональной поверхностью или другой внутренней поверхностью реакционной ячейки может отслеживаться пьезоэлементами, такими как микровесы на кристалле кварца. Альтернативно или дополнительно оптические свойства функциональной поверхности или другой внутренней поверхности реакционной ячейки можно отслеживать путем измерения взаимодействия молекул в непосредственной близости от поверхности волновода или оптического волновода с проникающим световым полем, проходящим сквозь поверхность. Альтернативно или дополнительно может быть обнаружено наличие высвобожденных рецепторных белковых комплексов, а не само высвобождение. Например, рецепторные белковые комплексы могут быть связаны с меткой, которая является обнаруживаемой, когда рецепторный белковый комплекс свободно диффундирует в реакционной ячейке. Снабжение меткой, например, может быть выполнено в форме гибридных белков и зеленого флуоресцентного белка (GFP), и в этом случае обнаружение может выполняться на основании возбуждения флуоресценции GFP и обнаружения излучаемого флуоресцентного света одним или более фотодетекторами сенсорного устройства. Ксеносенсорные белки человека, а также их различные рекомбинантные версии, включая гибридные белки, содержащие зеленый флуоресцентный белок GFP, могут быть клонированы и использованы в анализе молекулярного связывания. Может использоваться несколько потенциально подходящих низкоаффинных лигандов, таких как лиганды AHR. Чувствительность сенсорного устройства может зависеть от чувствительности доступных в наши дни детекторов, таких как пьезоэлементы или фотодетекторы, и схемы обработки. Такие элементы имеют достаточную чувствительность для обнаружения высвобождения рецепторных белковых комплексов. Для обнаружения пьезоэлементами, например, рецепторные белковые комплексы могут быть связаны с фрагментами с большой массой, такими как наночастицы или наночастицы золота, что может привести к границам обнаружения в диапазоне концентрации величиной 50 фемтомолей. Для оптического обнаружения сигнал на один рецепторный белковый комплекс может быть увеличен на несколько порядков величины путем использования флуоресцентных механизмов, которые обеспечивают многократное возбуждение и излучение света. Несколько подробных примеров принципов работы на молекулярном уровне изложены выше в настоящем документе и ниже в настоящем документе. Следует отметить, что химическая структура биологически активных молекул или веществ, которые связываются с рецепторными белковыми комплексами и инициируют отправку сигнала обнаружения сенсорным чипом или сенсорным устройством, может быть неизвестной. Следовательно, сенсорный чип и сенсорное устройство согласно настоящему изобретению имеют преимущество по сравнению с датчиками, которые выборочно обнаруживают химическое соединение, которое может быть известным или может обладать предполагаемыми отрицательными эффектами на здоровье человека. С другой стороны, биологически активные молекулы или вещества предпочтительно должны связывать рецепторные белковые комплексы с достаточной аффинностью для того, чтобы вызвать измеримое изменение состояния белковых комплексов. Следовательно, можно предположить, что то же самое будет происходить и в живом организме, что либо будет инициировать клеточные защитные механизмы (при связывании с ксеносенсорным белком), либо будет активировать клеточные ответные реакции при отсутствии активности эндогенной передачи сигналов (при связывании с рецептором гормонов). Следовательно, сенсорный чип и сенсорное устройство также имеют преимущество по сравнению с датчиками, которые неизбирательно реагируют на широкий диапазон химических соединений на основании определенных структурных свойств, которые могут быть не связаны с биологической активностью соединений.The release phenomenon can be detected in various ways. For example, mass binding to the functional surface or other internal surface of the reaction cell can be monitored by piezoelectric elements, such as a quartz crystal microbalance. Alternatively or additionally, optical properties of the functional surface or other internal surface of the reaction cell can be monitored by measuring the interaction of molecules in the vicinity of the surface of the waveguide or optical waveguide with a penetrating light field passing through the surface. Alternatively or additionally, the presence of released receptor protein complexes can be detected rather than the release itself. For example, the receptor protein complexes can be linked to a label that is detectable when the receptor protein complex is freely diffusing in the reaction cell. The label supply can, for example, be in the form of fusion proteins and green fluorescent protein (GFP), in which case detection can be performed based on the excitation of fluorescence of the GFP and the detection of the emitted fluorescent light by one or more photodetectors of the sensor device. Human xenosensor proteins as well as their various recombinant versions including fusion proteins containing the green fluorescent protein GFP can be cloned and used in molecular binding assays. Several potentially suitable low-affinity ligands such as AHR ligands can be used. The sensitivity of the sensor device can depend on the sensitivity of currently available detectors such as piezoelectric elements or photodetectors and the processing scheme. Such elements have sufficient sensitivity to detect the release of receptor protein complexes. For detection with piezoelectric elements, for example, the receptor protein complexes can be coupled to high mass moieties such as nanoparticles or gold nanoparticles, which can lead to detection limits in the 50 femtomole concentration range. For optical detection, the signal per receptor protein complex can be increased by several orders of magnitude by using fluorescence mechanisms that provide multiple excitation and emission of light. Several detailed examples of the principles of operation at the molecular level are set out above in this document and below in this document. It should be noted that the chemical structure of the biologically active molecules or substances that bind to the receptor protein complexes and initiate the sending of a detection signal by the sensor chip or sensor device may be unknown. Therefore, the sensor chip and sensor device according to the present invention have an advantage over sensors that selectively detect a chemical compound that may be known or may have suspected negative effects on human health. On the other hand, the biologically active molecules or substances should preferably bind the receptor protein complexes with sufficient affinity to cause a measurable change in the state of the protein complexes. Therefore, it can be assumed that the same will occur in a living organism, which will either initiate cellular defense mechanisms (when binding to a xenosensor protein) or will activate cellular responses in the absence of endogenous signaling activity (when binding to a hormone receptor). Therefore, the sensor chip and sensor device also have an advantage over sensors that non-selectively respond to a wide range of chemical compounds based on certain structural properties that may not be related to the biological activity of the compounds.

Следует отметить, что, хотя для традиционных датчиков единица измерения может представлять собой концентрацию заданного соединения в окружающей среде или массовую концентрацию составляющих с определенными физическими или химическими свойствами, идея массы в единице объема или частей в единице объема не может быть подходящим образом применена к сенсорному чипу и сенсорному устройству, описанным в настоящем документе. Интенсивность считываемого сигнала или сигнала обнаружения, генерируемая сенсорным устройством, может быть результатом концентрации биологически активных веществ в окружающей среде и их аффинности с рецепторными белковыми комплексами. Следовательно, единица измерения сенсорного чипа и сенсорного устройства, описанных в настоящем документе, лучше всего может быть описана как потенциал активации рецепторного белка окружающей среды, следовательно, как биологическая активность окружающей среды, например, применительно к выбранному типу рецепторного белкового комплекса.It should be noted that, although for traditional sensors the unit of measurement may be the concentration of a given compound in the environment or the mass concentration of constituents with certain physical or chemical properties, the idea of mass per unit volume or parts per unit volume cannot be suitably applied to the sensor chip and the sensor device described in this document. The intensity of the readout signal or detection signal generated by the sensor device may be a result of the concentration of biologically active substances in the environment and their affinity for receptor protein complexes. Therefore, the unit of measurement of the sensor chip and the sensor device described in this document can best be described as the activation potential of the receptor protein of the environment, and therefore as the biological activity of the environment, for example, in relation to the selected type of receptor protein complex.

Далее в целях иллюстрации подытожены детали технической идеи, предусмотренной настоящим изобретением, при этом дальнейшее описание следует расценивать как неограничивающее. Сенсорный чип в основном может иметь любые форму и размер. В частности, для портативных сенсорных устройств можно минимизировать площадь сенсорного чипа. В качестве примера сенсорный чип может иметь длину приблизительно 1-10 см, ширину 1-10 см и толщину 0,5-2 см, что потенциально зависит от дизайна сенсорного устройства. Сенсорный чип содержит реакционную ячейку, отсек, содержащий субстрат, такой как водная, изотоническая, буферная жидкая, полутвердая и/или гелеобразная матрица, в которой рецепторные белковые комплексы и потенциальные дополнительные белки могут сохранять свое нативное состояние. Субстрат может находиться с одной стороны или с нескольких сторон реакционной ячейки, отделенной от окружающей среды мембраной, проницаемой для газов, но не для воды. Толщина и структура материала мембраны могут быть выбраны так, чтобы минимизировать сопротивление диффузии. В частности, мембрана предпочтительно имеет малую толщину и/или высокую пористость. Необязательно поры мембраны могут исключать воду, то есть они могут быть заполнены газом. Газопроницаемая мембрана может быть защищена от физического повреждения снаружи, например, жесткой решеткой, которая может быть частью корпуса чипа и может позволять окружающему газу из среды свободно проходить к мембране. Сетка может быть закрыта клейкой пленкой или воздухонепроницаемой крышкой, когда сенсорный чип находится в своем неиспользуемом состоянии. Это может предотвратить попадание молекул или веществ из окружающей среды в ячейку, когда она не работает. Ячейка может быть выполнена с возможностью повторного уплотнения, что может позволить увеличивать период эксплуатации или срок службы реакционной ячейки.The following summarizes the details of the technical idea provided by the present invention for illustrative purposes, while the further description should be regarded as non-limiting. The sensor chip can basically have any shape and size. In particular, for portable sensor devices, the area of the sensor chip can be minimized. As an example, the sensor chip can have a length of about 1-10 cm, a width of 1-10 cm and a thickness of 0.5-2 cm, which potentially depends on the design of the sensor device. The sensor chip comprises a reaction cell, a compartment containing a substrate, such as an aqueous, isotonic, buffered liquid, semi-solid and / or gel matrix, in which the receptor protein complexes and potential additional proteins can maintain their native state. The substrate can be on one side or several sides of the reaction cell, separated from the environment by a membrane permeable to gases, but not to water. The thickness and structure of the membrane material can be selected so as to minimize diffusion resistance. In particular, the membrane preferably has a small thickness and/or high porosity. Optionally, the pores of the membrane can exclude water, i.e. they can be filled with gas. The gas-permeable membrane can be protected from physical damage from the outside, for example, by a rigid grid, which can be part of the chip housing and can allow the surrounding gas from the environment to freely pass to the membrane. The grid can be covered with an adhesive film or an airtight cover when the sensor chip is in its unused state. This can prevent molecules or substances from the environment from entering the cell when it is not in operation. The cell can be designed with the possibility of repeated sealing, which can allow an increase in the operating period or service life of the reaction cell.

Кроме этого, так как вода может испаряться из реакционной ячейки путем прохождения сквозь газопроницаемую мембрану, сенсорный чип может предоставлять небольшой резервуар, содержащий деионизированную воду. Резервуар может быть соединен с реакционной ячейкой, при этом наличие полупроницаемой мембраны у соединения может препятствовать диффузии солей из реакционной ячейки. В примере резервуар может представлять собой небольшой гибкий блистер, который не оказывает никакого существенного сопротивления выпусканию, если вода выходит к реакционной ячейке. Резервуар может быть окружен жестким корпусом, который может содержать отверстия, сквозь которые окружающий воздух или среда может попадать в корпус, когда вода перемещается из гибкого блистера к реакционной ячейке посредством более высокой осмотической концентрации в реакционной ячейке. Альтернативно или дополнительно способность изменения объема резервуара для воды может быть обеспечена посредством подвижного поршня.In addition, since water can evaporate from the reaction cell by passing through a gas-permeable membrane, the sensor chip can provide a small reservoir containing deionized water. The reservoir can be connected to the reaction cell, wherein the presence of a semi-permeable membrane at the connection can prevent the diffusion of salts from the reaction cell. In an example, the reservoir can be a small flexible blister that does not provide any significant resistance to release when water comes out to the reaction cell. The reservoir can be surrounded by a rigid housing, which can contain openings through which ambient air or a medium can enter the housing when water moves from the flexible blister to the reaction cell due to a higher osmotic concentration in the reaction cell. Alternatively or additionally, the ability to change the volume of the water reservoir can be provided by a movable piston.

В примере, в частности, если рецепторные белковые комплексы и потенциальные дополнительные белки сохраняют свою функциональность, когда они лиофилизированы и восстановлены, один и тот же резервуар для воды или другой резервуар может служить для активации сенсорного чипа. Активация может быть выполнена путем разрушения водонепроницаемого барьера или мембраны между резервуаром и реакционной ячейкой, при этом вода будет поступать в реакционную ячейку и восстанавливать рецепторные белковые комплексы. Этот процесс может быть приведен в действие более высокой осмотической концентрацией реакционной ячейки и будет продолжаться до тех пор, пока осмотическое давление в реакционной ячейке не станет уравновешено ее корпусом и необязательно жесткой сеткой, закрывающей газопроницаемую мембрану.In an example, in particular, if the receptor protein complexes and potential additional proteins retain their functionality when lyophilized and reconstituted, the same water reservoir or another reservoir can serve to activate the sensor chip. Activation can be accomplished by breaking a water-impermeable barrier or membrane between the reservoir and the reaction cell, whereby water will flow into the reaction cell and reconstitute the receptor protein complexes. This process can be driven by a higher osmotic concentration of the reaction cell and will continue until the osmotic pressure in the reaction cell is balanced by its housing and, optionally, a rigid mesh covering the gas-permeable membrane.

Кроме этого, сенсорный чип может предоставлять электрические и/или оптические контакты или соединение, посредством которых он может быть соединен с сенсорным устройством в смонтированном состоянии.In addition, the sensor chip may provide electrical and/or optical contacts or a connection by means of which it can be connected to the sensor device in a mounted state.

Рецепторные белковые комплексы могут быть клонированы, выражены и изолированы и/или очищены с использованием стандартных молекулярных биологических способов. В зависимости от молекулярного принципа работы сенсорного чипа вспомогательные белки, которые в живой клетке i) связаны с рецепторными белковыми комплексами и диссоциированы от них при связывании с лигандом, или ii) связаны с рецепторными белковыми комплексами при связывании с лигандом, или iii) химически модифицируют рецепторный белок при связывании с лигандом, или iv) химически модифицированы рецепторными белковыми комплексами при связывании с лигандом, могут быть клонированы, и изолированы, и в дополнение включены в сенсорный чип.The receptor protein complexes can be cloned, expressed, and isolated and/or purified using standard molecular biological techniques. Depending on the molecular principle of operation of the sensor chip, accessory proteins that in a living cell i) are associated with the receptor protein complexes and dissociated from them upon ligand binding, or ii) are associated with the receptor protein complexes upon ligand binding, or iii) chemically modify the receptor protein upon ligand binding, or iv) are chemically modified by the receptor protein complexes upon ligand binding, can be cloned and isolated, and additionally included in the sensor chip.

В функциональном устройстве рецепторные белковые комплексы могут присутствовать в реакционной ячейке сенсорного чипа. В зависимости от молекулярного принципа работы сенсорного чипа они могут быть обездвижены, то есть ограничены областью или поверхностью внутри реакционной ячейки или растворены в субстрате, содержащемся внутри нее. Дополнительно в зависимости от принципа работы сенсорного чипа на молекулярном уровне растворенные или обездвиженные рецепторные белковые комплексы могут находиться в своей мономерной форме (не в комплексе с другими белками), в виде гомодимеров (два рецепторных белка, связанных друг с другом) или в форме мультибелковых комплексов.In a functional device, receptor protein complexes may be present in the reaction cell of the sensor chip. Depending on the molecular operating principle of the sensor chip, they may be immobilized, i.e. limited to an area or surface inside the reaction cell or dissolved in a substrate contained inside it. Additionally, depending on the operating principle of the sensor chip at the molecular level, the dissolved or immobilized receptor protein complexes may be in their monomeric form (not in a complex with other proteins), in the form of homodimers (two receptor proteins bound to each other), or in the form of multiprotein complexes.

В примере, где рецепторные белковые комплексы обездвижены в области или на поверхностях реакционной ячейки, рецепторные белки предпочтительно могут быть обездвижены как можно ближе к месту попадания составляющих окружающей среды в ячейку. Например, это может быть собственно газопроницаемая мембрана, в частности, сторона мембраны, обращенная внутрь реакционной ячейки. Такой вариант осуществления может минимизировать задержку между попаданием составляющей окружающей среды, такой как биологически активное вещество, в реакционную ячейку и ее связыванием с рецепторным белковым комплексом и одновременно может максимизировать вероятность связывания, так как точка попадания имеет высокую плотность рецепторных белковых комплексов.In an example where the receptor protein complexes are immobilized in the region or on the surfaces of the reaction cell, the receptor proteins may preferably be immobilized as close as possible to the point where the environmental constituents enter the cell. For example, this may be the gas-permeable membrane itself, in particular the side of the membrane facing the inside of the reaction cell. Such an embodiment may minimize the delay between the entry of an environmental constituent, such as a biologically active substance, into the reaction cell and its binding to the receptor protein complex and at the same time may maximize the probability of binding, since the entry point has a high density of receptor protein complexes.

Обездвиживание рецепторных белковых комплексов может быть выполнено путем ковалентного связывания рецепторных белковых комплексов, или одного элемента гомодимеров, или одного или нескольких элементов мультибелковых комплексов с мембраной. При этом ковалентная связь может не изменять структуру лигандсвязывающих доменов и/или мест взаимодействия вида «белок-белок» и может не оказывать стерического влияния на связь белков или лигандов. Альтернативно или дополнительно этого можно достичь путем обездвиживания низкоаффинного лиганда используемых рецепторных белковых комплексов (если присутствует только один тип рецепторных белков) или смеси низкоаффинных лигандов (если присутствуют несколько разных типов рецепторных белков). Альтернативно или дополнительно этого можно достичь путем ковалентного связывания молекул, которые связывают конкретные области или домены рецепторных белковых комплексов или один или несколько дополнительных белков, которые присутствуют в реакционной ячейке и связаны с рецепторными белковыми комплексами. Целевые области или домены связываемых белков тем самым могут не быть идентичны месту связывания лигандов или месту взаимодействия между разными белками, присутствующими в реакционной ячейке. Примеры включают обездвиживание моноклональных антител, специфических для конкретного эпитопа белка, подлежащего обездвиживанию, или обездвиживание связанных с нитрилотриуксусной кислотой ионов никеля 2+, если белковый комплекс, подлежащий обездвиживанию, содержит гистидиновую метку, способную хелатировать ионы никеля.Immobilization of the receptor protein complexes may be accomplished by covalently linking the receptor protein complexes, or one member of homodimers, or one or more members of multiprotein complexes, to the membrane. The covalent linkage may not alter the structure of the ligand-binding domains and/or protein-protein interaction sites and may not sterically affect the binding of the proteins or ligands. Alternatively or additionally, this may be achieved by immobilizing a low-affinity ligand of the receptor protein complexes used (if only one type of receptor protein is present) or a mixture of low-affinity ligands (if several different types of receptor proteins are present). Alternatively or additionally, this may be achieved by covalently linking molecules that bind specific regions or domains of the receptor protein complexes or one or more additional proteins that are present in the reaction unit and bound to the receptor protein complexes. The target regions or domains of the proteins to be bound may thus not be identical to the ligand binding site or the site of interaction between different proteins present in the reaction unit. Examples include immobilization of monoclonal antibodies specific for a particular epitope of the protein to be immobilized, or immobilization of nitrilotriacetic acid-bound nickel 2+ ions if the protein complex to be immobilized contains a histidine tag capable of chelating nickel ions.

Могут быть реализованы несколько способов обездвиживания белков с помощью реакционной ячейки. Они могут служить для одной и той же цели, такой как обездвиживание белковых комплексов перед связыванием лигандов, или для разных целей, таких как связывание белковых комплексов, связавших лиганд или биологически активное вещество. Также несколько типов рецепторных белковых комплексов могут присутствовать в одном и том же сенсорном чипе, что может обеспечить расширение химической специфичности датчика. Разные метки могут быть связаны с рецепторными белковыми комплексами и/или дополнительными белками, которые взаимодействуют с рецепторными белковыми комплексами, что позволяет определять, какие из нескольких используемых рецепторных белковых комплексов действительно связаны с лигандом или соответствующим биологически активным веществом, присутствующим в окружающей среде. Альтернативно или дополнительно могут быть доступны различные чипы, содержащие разные рецепторные белковые комплексы, следовательно, предоставляющие разную специфичность, причем необязательно все они соответствуют гнезду, которое присутствует на сенсорном устройстве.Several methods of immobilizing proteins using a reaction cell can be implemented. They can serve the same purpose, such as immobilizing protein complexes before ligand binding, or different purposes, such as binding protein complexes that have bound a ligand or a biologically active substance. Also, several types of receptor protein complexes can be present in the same sensor chip, which can provide an extension of the chemical specificity of the sensor. Different labels can be associated with receptor protein complexes and / or additional proteins that interact with the receptor protein complexes, which allows determining which of the several used receptor protein complexes are actually bound to the ligand or the corresponding biologically active substance present in the environment. Alternatively or additionally, different chips containing different receptor protein complexes, hence providing different specificities, can be available, and not all of them necessarily correspond to the nest that is present on the sensor device.

После активации сенсорный чип может иметь ограниченный период эксплуатации или срок службы из-за исчерпания рецепторного белкового комплекса, то есть из-за того, что количество рецепторного белка, доступного для отслеживания внешней среды, может уменьшаться с течением времени. Это уменьшение может приписываться двум механизмам: i) в какой-то момент все доступные рецепторные белки станут связаны с молекулой, которая попала в реакционную ячейку из окружающей среды, и ii) рецепторные белки определили период полураспада даже при отсутствии связывания молекул или веществ и в оптимизированных физико-химических условиях в субстрате сенсорного чипа. Исчерпание рецепторного белкового комплекса первым механизмом может зависеть от совокупного обнаруженного загрязнения и может быть вычислено на основании известного количества рецепторных белковых комплексов, изначально присутствующих в сенсорном чипе. Исчерпание рецепторного белкового комплекса последним механизмом может зависеть от устойчивости рецепторного белка в физико-химических условиях в реакционной ячейке. Это может быть определено параметрами, специфическими для сенсорного чипа, такими как применяемый рецепторный белковый комплекс и состав субстрата, и параметрами, специфическими для использования сенсорного устройства, такими как температуры, которым подвергался сенсорный чип на протяжении его срока службы. Исчерпание рецепторного белкового комплекса можно определять непрерывно или с заданными временными интервалами с помощью сенсорного устройства. В вариантах осуществления, в которых применяются обездвиженные рецепторные белковые комплексы, например, это можно выполнить путем измерения свойств, таких как импеданс поглощающей способности слоя обездвиженных рецепторных белковых комплексов. Альтернативно или дополнительно параметры, специфические для сенсорного чипа, могут быть определены как часть разработки или производства. Дополнительно параметры, связанные с использованием сенсорного устройства или сенсорного чипа, могут быть измерены на протяжении периода эксплуатации чипа.Once activated, the sensor chip may have a limited lifespan or lifetime due to receptor protein complex depletion, i.e., because the amount of receptor protein available to monitor the external environment may decrease over time. This decrease may be attributed to two mechanisms: i) at some point, all available receptor proteins will become bound to a molecule that has entered the reaction cell from the environment, and ii) the receptor proteins have determined a half-life even in the absence of molecule or substance binding and under optimized physicochemical conditions in the sensor chip substrate. The depletion of the receptor protein complex by the former mechanism may depend on the cumulative contamination detected and can be calculated from the known amount of receptor protein complexes initially present in the sensor chip. The depletion of the receptor protein complex by the latter mechanism may depend on the stability of the receptor protein under the physicochemical conditions in the reaction cell. This can be determined by parameters specific to the sensor chip, such as the receptor protein complex used and the composition of the substrate, and parameters specific to the use of the sensor device, such as the temperatures to which the sensor chip has been exposed during its service life. The depletion of the receptor protein complex can be determined continuously or at predetermined time intervals using the sensor device. In embodiments in which immobilized receptor protein complexes are used, for example, this can be done by measuring properties such as the impedance of the absorption capacity of a layer of immobilized receptor protein complexes. Alternatively or additionally, the parameters specific to the sensor chip can be determined as part of the development or production. Additionally, parameters associated with the use of the sensor device or the sensor chip can be measured over the life of the chip.

Сенсорные чипы могут содержать, например, идентификатор чипа, который может позволить программному приложению, используемому для работы сенсорного устройства, например, установленному на пользовательском устройстве или на сенсорном устройстве, считывать историю использования чипа. Идентификатор чипа предпочтительно может быть автоматически обнаружен сенсорным устройством при вставке чипа. Альтернативно или дополнительно чипы могут содержать физические идентификаторы, такие как идентификационный номер чипа, который при вставке чипа в сенсорное устройство может быть введен пользователем. На основании истории использования, типа датчика и совокупного обнаруженного загрязнения или воздействия программное обеспечение может оценивать исчерпание рецепторного белка в сенсорном чипе и уведомить пользователя о необходимости замены чипа.The sensor chips may contain, for example, a chip identifier, which may allow a software application used to operate the sensor device, such as one installed on the user device or on the sensor device, to read the history of the chip's use. The chip identifier may preferably be automatically detected by the sensor device when the chip is inserted. Alternatively or additionally, the chips may contain physical identifiers, such as a chip identification number, which may be entered by the user when the chip is inserted into the sensor device. Based on the history of use, the type of sensor, and the cumulative contamination or exposure detected, the software may estimate the depletion of the receptor protein in the sensor chip and notify the user of the need to replace the chip.

Из-за ограниченного периода эксплуатации сенсорного чипа и по причинам, связанным с экологичностью и себестоимостью продукции, чипы датчиков предпочтительно могут быть изготовлены из наименьшего возможного количества материала, предпочтительно переработанного и пригодного для переработки материала. Предпочтительно чипы содержат лишь электрические и/или оптические выводы или соединители, но не содержат других электронных сенсорных компонентов, участвующих в генерировании сигналов, захвате или обработке, таких как диоды, фотодетекторы или процессоры. Тем не менее, альтернативно один или более таких компонентов могут содержаться в сенсорном чипе.Due to the limited service life of the sensor chip and for reasons related to environmental friendliness and production costs, the sensor chips can preferably be made of the smallest possible amount of material, preferably recycled and recyclable material. Preferably, the chips only contain electrical and/or optical leads or connectors, but do not contain other electronic sensor components involved in signal generation, acquisition or processing, such as diodes, photodetectors or processors. However, one or more such components can alternatively be contained in the sensor chip.

Далее в качестве примера оценивают время ответа датчика. Основной принцип работы может включать транспортировку биологически активного вещества из окружающей среды к граничному слою у газопроницаемой мембраны, транспортировку через граничный слой к газопроницаемой мембране, диффузию биологически активного вещества через газопроницаемую мембрану, диффузию биологически активного вещества к рецепторным белковым комплексам, связывание биологически активного вещества с рецепторными белковыми комплексами, необязательно диффузию рецепторного белкового комплекса к месту обнаружения и, наконец, обнаружение изменения состояния, вызванного при связывании. Next, the response time of the sensor is evaluated as an example. The basic operating principle may include transport of a biologically active substance from the environment to the boundary layer of a gas-permeable membrane, transport through the boundary layer to the gas-permeable membrane, diffusion of the biologically active substance through the gas-permeable membrane, diffusion of the biologically active substance to receptor protein complexes, binding of the biologically active substance to the receptor protein complexes, optional diffusion of the receptor protein complex to the detection site, and finally detection of the change in state caused by binding.

Транспортировка биологически активного вещества из окружающей среды к граничному слою у газопроницаемой мембраны может приводиться в действие конвекцией, то есть, окружающая среда может активно или пассивно перемещаться к граничному слою у газопроницаемой мембраны. При указанных размерах устройства и интенсивности забора проб от 0,5 до 10 мл/с, что может зависеть от размера устройства, можно ожидать, что и пассивная, и активная транспортировка массы вызовут задержку, составляющую приблизительно от одной до пяти секунд относительно появления биологически активного вещества вокруг сенсорного чипа.The transport of the biologically active substance from the surrounding medium to the boundary layer at the gas-permeable membrane can be driven by convection, i.e., the surrounding medium can be actively or passively moved to the boundary layer at the gas-permeable membrane. With the given device dimensions and sampling rates of 0.5 to 10 ml/s, which may depend on the size of the device, it can be expected that both passive and active mass transport will cause a delay of approximately one to five seconds relative to the appearance of the biologically active substance around the sensor chip.

Транспортировка через граничный слой к газопроницаемой мембране и транспортировка через этот слой может зависеть от броуновского движения и от коэффициента диффузии D молекулы или рассматриваемого биологически активного вещества согласно уравнению где msd(x) представляет собой среднеквадратичное смещение в направлении x (например, к газопроницаемой мембране), и Δt обозначает время. Коэффициенты диффузии для релевантных органических молекул и биологически активных веществ могут находиться в диапазоне 0,05 см2/с (в воздухе, в условиях окружающей среды). Предположим, что решетка толщиной 2 мм образует граничный слой, при этом можно ожидать, что перенос через структуру сетки к газопроницаемой мембране произойдет приблизительно в течение 2 секунд.Transport through the boundary layer to the gas-permeable membrane and transport through this layer can depend on Brownian motion and on the diffusion coefficient D of the molecule or biologically active substance under consideration according to the equation where msd(x) is the root mean square displacement in the x direction (e.g. towards a gas permeable membrane) and Δt denotes time. Diffusion coefficients for relevant organic molecules and biologically active substances can be in the range of 0.05 cm2/s (in air, at ambient conditions). Assuming a 2 mm thick grid forming the boundary layer, one would expect transport through the grid structure to the gas permeable membrane to occur within approximately 2 seconds.

Дополнительно перенос сквозь газопроницаемую мембрану может следовать таким же физическим принципам, в зависимости от размера пор мембраны, коэффициент диффузии D необходимо заменить коэффициентом диффузии Кнудсена, т. е. эффективный коэффициент диффузии уменьшается, так как столкновения молекулы со стенкой поры становится более вероятным, чем столкновения между молекулами в текучей среде. Кроме того, в зависимости от типа мембраны поры мембраны могут быть заполнены жидкостью или газом, и необходимо использовать соответствующий коэффициент диффузии (коэффициенты диффузии в воде ниже на несколько порядков величины). Предположим, что размеры пор в мембране составляют приблизительно 0,2 мкм, что приблизительно равно половине среднего свободного пробега молекулы в воздухе при 25 °C, и поры заполнены воздухом, и коэффициенты диффузии Кнудсена находятся в диапазоне приблизительно 0,025 см2/с. Таким образом, мембрана толщиной 200 мкм может привести к дополнительной задержке величиной приблизительно 0,2 секунды.Additionally, the transport through a gas-permeable membrane may follow the same physical principles, depending on the pore size of the membrane, the diffusion coefficient D must be replaced by the Knudsen diffusion coefficient, i.e. the effective diffusion coefficient decreases as collisions of a molecule with the pore wall become more probable than collisions between molecules in the fluid. Furthermore, depending on the membrane type, the membrane pores may be filled with liquid or gas, and the corresponding diffusion coefficient must be used (diffusion coefficients in water are several orders of magnitude lower). Assuming that the pore sizes in the membrane are approximately 0.2 μm, which is approximately half the mean free path of a molecule in air at 25 °C, and the pores are filled with air, the Knudsen diffusion coefficients are in the range of approximately 0.025 cm2/s. Thus, a membrane with a thickness of 200 μm may result in an additional delay of approximately 0.2 seconds.

Динамика диффузии биологически активных веществ к рецепторным белковым комплексам может приводить к дополнительной задержке. Она может быть незначительной в вариантах осуществления, где рецепторные белковые комплексы обездвижены в газопроницаемой мембране. Для вариантов осуществления, в которых рецепторные белковые комплексы растворены в реакционной камере, ее можно оценить, как описано выше, используя коэффициенты диффузии в воде и среднее расстояние между газопроницаемой мембраной и местоположением растворенных рецепторных белковых комплексов. Коэффициенты диффузии соответствующих органических молекул в воде могут находиться в диапазоне 10-5 см2/с, среднее расстояние между растворенным рецепторным белковым комплексом и газопроницаемой мембраной согласно оценке составляет половину диаметра реакционной ячейки. Следовательно, размеры реакционной ячейки могут быть в диапазоне 0,1 мм или ниже. В случае больших размеров (среднее расстояние величиной 1 мм, например, приводит к задержке величиной несколько тысяч секунд) субстрат, присутствующий в реакционной ячейке, можно активно перемешивать, например, путем генерирования конвективного потока в реакционной ячейке, или путем неравномерной подачи тепла, или путем внедрения микрофлюидной циркуляции.The dynamics of diffusion of biologically active substances to the receptor protein complexes may result in an additional delay. It may be insignificant in embodiments where the receptor protein complexes are immobilized in a gas-permeable membrane. For embodiments where the receptor protein complexes are dissolved in the reaction chamber, it can be estimated as described above, using the diffusion coefficients in water and the average distance between the gas-permeable membrane and the location of the dissolved receptor protein complexes. The diffusion coefficients of the corresponding organic molecules in water may be in the range of 10-5 cm2/s, the average distance between the dissolved receptor protein complex and the gas-permeable membrane is estimated to be half the diameter of the reaction cell. Therefore, the dimensions of the reaction cell may be in the range of 0.1 mm or lower. In the case of large dimensions (an average distance of 1 mm, for example, results in a delay of several thousand seconds), the substrate present in the reaction cell can be actively mixed, for example by generating a convective flow in the reaction cell, or by non-uniform heat supply, or by introducing microfluidic circulation.

Фактическое связывание между биологически активным веществом и рецепторным белковым комплексом может представлять собой быстрый процесс, и им можно пренебречь при оценке времени ответной реакции. Дополнительно для диффузии рецепторного белкового комплекса к месту обнаружения применяются те же соображения, которые были описаны выше применительно к диффузии биологически активного вещества к рецепторному белковому комплексу, но коэффициенты диффузии белковых комплексов обычно могут находиться в диапазоне 10-6 см2/с, что приблизительно в десять раз меньше, чем коэффициенты диффузии органических молекул или биологически активных веществ. Дополнительно обнаружение обычно происходит незамедлительно и не способствует задержке между появлением биологически активного вещества и генерированием сигнала датчика.The actual binding between the biologically active substance and the receptor protein complex may be a rapid process and may be neglected in assessing the response time. Additionally, the same considerations as those described above for the diffusion of the biologically active substance to the receptor protein complex apply to the diffusion of the receptor protein complex to the detection site, but the diffusion coefficients of protein complexes may typically be in the range of 10-6 cm2/s, which is approximately ten times smaller than the diffusion coefficients of organic molecules or biologically active substances. Additionally, detection is typically immediate and does not contribute to the delay between the appearance of the biologically active substance and the generation of the sensor signal.

Ниже приведен неисчерпывающий перечень неограничивающих примеров. Любые один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любыми одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанных в настоящем документе.The following is a non-exhaustive list of non-limiting examples. Any one or more of the features of these examples may be combined with any one or more features of another example, embodiment, or aspect described herein.

Пример 1. Сенсорный чип, выполненный с возможностью функционального соединения с сенсорным устройством, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, причем сенсорный чип содержит:Example 1. A sensor chip capable of being functionally connected to a sensor device for detecting one or more biologically active substances in the environment, wherein the sensor chip comprises:

реакционную ячейку, содержащую множество рецепторных белковых комплексов; иa reaction cell containing a plurality of receptor protein complexes; and

мембрану, отделяющую реакционную ячейку от окружающей среды и являющуюся проницаемой для одного или более биологически активных веществ;a membrane separating the reaction cell from the environment and being permeable to one or more biologically active substances;

при этом рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами в реакционной ячейке, что таким образом вызывает обнаруживаемое изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.wherein the receptor protein complexes are designed with the possibility of binding to one or more biologically active substances in the reaction cell, which thus causes a detectable change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes.

Пример 2. Сенсорный чип согласно примеру 1, в котором обнаруживаемое изменение состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов указывает на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Example 2. A sensor chip according to example 1, wherein the detectable change in the state of said at least part of the receptor protein complexes indicates the presence of one or more biologically active substances in the environment.

Пример 3. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов связано с одним или более из изменения конформационного состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения локализации по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, изменения положения по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, изменения состава по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения массы по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения массы по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения физического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения физического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения оптического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения химического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения химического свойства субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, изменения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, и изменения концентрации свободных флуоресцентных или светопоглощающих молекул в по меньшей мере части реакционной ячейки.Example 3. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes is associated with one or more of a change in the conformational state of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the localization of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell, a change in the position of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell, a change in the composition of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the mass of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the mass of at least a portion of the reaction cell, a change in a physical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a physical property of at least a portion of the reaction cell, a change in an optical property of at least a portion of the reaction cell, a change in a chemical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a chemical property of a substrate contained in the reaction cell, a change in the conductivity of a substrate contained in the reaction cell, and a change in the concentration of free fluorescent or light-absorbing molecules in at least a portion of the reaction cell.

Пример 4. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью изменения положения в реакционной ячейке при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 4. A sensor chip according to any of the previous examples, in which the receptor protein complexes are designed with the ability to change position in the reaction cell upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 5. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью диссоциации на один или более компонентов при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 5. A sensor chip according to any of the previous examples, in which the receptor protein complexes are designed with the possibility of dissociation into one or more components upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 6. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов ограничена по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвижена на ней; иExample 6. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least a portion of the receptor protein complexes are limited to or immobilized on at least one functional surface of the reaction cell; and

при этом рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью диссоциации с по меньшей мере одной функциональной поверхности при связывании с одним или более биологически активными веществами.wherein the receptor protein complexes are designed with the possibility of dissociation from at least one functional surface upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 7. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов ковалентно связана с по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки.Example 7. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least a portion of the receptor protein complexes is covalently linked to at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 8. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов ограничена на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или обездвижена на ней посредством низкоаффинного лиганда, ковалентно связанного с по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки.Example 8. A sensor chip according to any of the previous examples, in which at least a portion of the receptor protein complexes is limited to at least one functional surface of the reaction cell or immobilized thereon by means of a low-affinity ligand covalently bound to at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 9. Сенсорный чип согласно любому из примеров 6-8, в котором рецепторные белковые комплексы электростатически ограничены по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки.Example 9. A sensor chip according to any of examples 6-8, wherein the receptor protein complexes are electrostatically limited to at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 10. Сенсорный чип согласно любому из примеров 6-9, в котором по меньшей мере одна функциональная поверхность реакционной ячейки образована внутренней поверхностью мембраны, обращенной к реакционной ячейке.Example 10. A sensor chip according to any of examples 6-9, wherein at least one functional surface of the reaction cell is formed by the inner surface of the membrane facing the reaction cell.

Пример 11. Сенсорный чип согласно любому из примеров 6-10, в котором по меньшей мере одна функциональная поверхность включает внутреннюю поверхность реакционной ячейки, направленную к мембране. Example 11. A sensor chip according to any of examples 6-10, wherein at least one functional surface comprises an inner surface of the reaction cell directed toward the membrane.

Пример 12. Сенсорный чип согласно любому из примеров 6-11, в котором по меньшей мере одна функциональная поверхность включает внутреннюю поверхность реакционной ячейки, расположенную противоположно мембране.Example 12. A sensor chip according to any of examples 6-11, wherein at least one functional surface comprises an inner surface of the reaction cell located opposite the membrane.

Пример 13. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором окружающая среда включает окружающий воздух.Example 13. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the environment comprises ambient air.

Пример 14. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором окружающая среда включает воду.Example 14. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the environment comprises water.

Пример 15. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором мембрана содержит наружную поверхность, выполненную с возможностью контакта с окружающей средой; иExample 15. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the membrane comprises an outer surface configured to contact the environment; and

при этом мембрана содержит внутреннюю поверхность, обращенную к реакционной ячейке.wherein the membrane contains an internal surface facing the reaction cell.

Пример 16. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором одно или более биологически активных веществ включают экзогенное вещество.Example 16. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein one or more biologically active substances include an exogenous substance.

Пример 17. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором реакционная ячейка содержит одно или более из жидкости, гелеобразного вещества и полутвердого субстрата.Example 17. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the reaction cell comprises one or more of a liquid, a gel-like substance, and a semi-solid substrate.

Пример 18. Сенсорный чип согласно примеру 17, в котором субстрат составлен так, что рецепторные белковые комплексы сохраняют нативное состояние.Example 18. A sensor chip according to example 17, in which the substrate is composed such that the receptor protein complexes retain their native state.

Пример 19. Сенсорный чип согласно любому из примеров 17 и 18, в котором субстрат содержит по меньшей мере одно из водного раствора, изотонического раствора и буферного раствора.Example 19. A sensor chip according to any one of examples 17 and 18, wherein the substrate comprises at least one of an aqueous solution, an isotonic solution, and a buffer solution.

Пример 20. Сенсорный чип согласно любому из примеров 17-19, в котором субстрат содержит стабилизирующий белок для стабилизации рецепторных белковых комплексов.Example 20. A sensor chip according to any of examples 17-19, wherein the substrate comprises a stabilizing protein for stabilizing the receptor protein complexes.

Пример 21. Сенсорный чип согласно любому из примеров 17-20, в котором субстрат содержит поверхностно-активные молекулы или молекулярный комплекс.Example 21. A sensor chip according to any of examples 17-20, wherein the substrate comprises surface-active molecules or a molecular complex.

Пример 21. Сенсорный чип согласно любому из примеров 17-21, в котором субстрат содержит по меньшей мере одно из полисорбата 20 или тритона Х-100.Example 21. A sensor chip according to any one of examples 17-21, wherein the substrate comprises at least one of polysorbate 20 or Triton X-100.

Пример 23. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором мембрана является проницаемой для газов; и/илиExample 23. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the membrane is permeable to gases; and/or

при этом мембрана является непроницаемой для воды или водосодержащей жидкости.The membrane is impermeable to water or water-containing liquids.

Пример 24. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором мембрана содержит множество пор, предпочтительно заполненных газом, для исключения воды.Example 24. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the membrane comprises a plurality of pores, preferably filled with gas, to exclude water.

Пример 25. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором мембрана содержит по меньшей мере одно из пористого углеродного бумажного материала и перфорированного фторполимера.Example 25. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the membrane comprises at least one of a porous carbon paper material and a perforated fluoropolymer.

Пример 26. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 26. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

сетку, покрывающую по меньшей мере часть наружной поверхности мембраны.a mesh covering at least part of the outer surface of the membrane.

Пример 27. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 27. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

уплотнительную крышку, покрывающую по меньшей мере часть наружной поверхности мембраны и выполненную с возможностью предотвращения контакта мембраны с окружающей средой.a sealing cover covering at least part of the outer surface of the membrane and designed to prevent contact of the membrane with the environment.

Пример 28. Сенсорный чип согласно примеру 26, в котором уплотнительная крышка содержит клейкую пленку.Example 28. A sensor chip according to example 26, wherein the sealing cover comprises an adhesive film.

Пример 29. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором реакционная ячейка выполнена с возможностью уплотнения и/или повторного уплотнения путем покрытия по меньшей мере части наружной поверхности мембраны уплотнительной крышкой.Example 29. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the reaction cell is designed to be sealed and/or resealed by covering at least part of the outer surface of the membrane with a sealing cap.

Пример 30. Сенсорный чип согласно любому из примеров 27-29, в котором уплотнительная крышка является воздухонепроницаемой.Example 30. A sensor chip according to any of examples 27-29, wherein the sealing cover is airtight.

Пример 31. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип выполнен с формой и размером для по меньшей мере частичной вставки в сенсорное устройство.Example 31. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip is shaped and sized for at least partial insertion into a sensor device.

Пример 32. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип выполнен с формой и размером для по меньшей мере частичной вставки в гнездо сенсорного устройства.Example 32. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip is shaped and sized for at least partial insertion into a socket of a sensor device.

Пример 33. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип содержит по меньшей мере один элемент поверхности на наружной поверхности корпуса сенсорного чипа, при этом по меньшей мере один элемент поверхности сенсорного чипа образован как дополняющий к по меньшей мере одному элементу поверхности гнезда для обеспечения правильного позиционирования сенсорного чипа в гнезде.Example 33. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip comprises at least one surface element on the outer surface of the sensor chip housing, wherein at least one surface element of the sensor chip is formed as complementary to at least one surface element of the socket to ensure correct positioning of the sensor chip in the socket.

Пример 34. Сенсорный чип согласно примеру 33, в котором по меньшей мере один элемент поверхности сенсорного чипа выполнен с возможностью вхождения в зацепление с по меньшей мере одним элементом поверхности гнезда для закрепления сенсорного чипа в гнезде.Example 34. A sensor chip according to example 33, in which at least one element of the surface of the sensor chip is designed to engage with at least one element of the surface of the socket to secure the sensor chip in the socket.

Пример 35. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип содержит один или более магнитов для магнитного соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.Example 35. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip comprises one or more magnets for magnetically connecting the sensor chip to the sensor device.

Пример 36. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов является обнаруживаемым на основании оптического измерения, на основании обнаружения флуоресцентного света, на основании возбуждения флуоресценции одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов, на основании рассеяния света, на основании определения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, на основании электрохимического процесса, происходящего в реакционной ячейке, на основании определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании поглощения электромагнитного излучения, на основании определения массы по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения массы рецепторных белковых комплексов, ограниченных на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки или обездвиженных на ней, и на основании поверхностного плазмонного резонанса на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.Example 36. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes is detectable based on an optical measurement, based on the detection of fluorescent light, based on the excitation of fluorescence of one or more components of the receptor protein complexes, based on light scattering, based on the determination of the conductivity of the substrate contained in the reaction cell, based on an electrochemical process occurring in the reaction cell, based on the determination of one or more optical properties of at least one functional surface of the reaction cell, based on the absorption of electromagnetic radiation, based on the determination of the mass of at least one functional surface of the reaction cell, based on the determination of the mass of the receptor protein complexes limited on at least one functional surface of the reaction cell or immobilized thereon, and based on surface plasmon resonance on at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 37. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 37. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

один или более соединителей для функционального соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.one or more connectors for functionally connecting the sensor chip to the sensor device.

Пример 38. Сенсорный чип согласно примеру 36, в котором сенсорный чип выполнен с возможностью соединения с помощью одного или более соединителей с сенсорным устройством, так что изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами является обнаруживаемым сенсорным устройством.Example 38. A sensor chip according to example 36, wherein the sensor chip is designed to be connected by means of one or more connectors to a sensor device, so that a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances is detectable by the sensor device.

Пример 39. Сенсорный чип согласно любому из примеров 37-38, в котором один или более соединителей содержат по меньшей мере один оптический соединитель, выполненный с возможностью проведения электромагнитного излучения из сенсорного устройства в реакционную ячейку для оптического обнаружения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 39. A sensor chip according to any of examples 37-38, wherein one or more connectors comprise at least one optical connector configured to conduct electromagnetic radiation from the sensor device into the reaction cell for optically detecting a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 40. Сенсорный чип согласно примеру 38, в котором один или более соединителей включают по меньшей мере один дополнительный оптический соединитель для вывода электромагнитного излучения из реакционной ячейки.Example 40. A sensor chip according to example 38, wherein one or more connectors include at least one additional optical connector for outputting electromagnetic radiation from the reaction cell.

Пример 41. Сенсорный чип согласно любому из примеров 38-40, в котором по меньшей мере один оптический соединитель содержит по меньшей мере одно отверстие, расположенное в корпусе сенсорного чипа.Example 41. A sensor chip according to any of examples 38-40, wherein at least one optical connector comprises at least one opening located in the housing of the sensor chip.

Пример 42. Сенсорный чип согласно примеру 41, в котором по меньшей мере одно отверстие уплотнено слоем материала, прозрачного для электромагнитного излучения предопределенной длины волны.Example 42. A sensor chip according to example 41, in which at least one opening is sealed with a layer of material transparent to electromagnetic radiation of a predetermined wavelength.

Пример 43. Сенсорный чип согласно любому из примеров 41-42, в котором по меньшей мере одно отверстие ориентировано параллельно продольной оси реакционной ячейки.Example 43. A sensor chip according to any of examples 41-42, wherein at least one opening is oriented parallel to the longitudinal axis of the reaction cell.

Пример 44. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 44. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

по меньшей мере один оптический волновод для проведения электромагнитного излучения через реакционную ячейку для оптического обнаружения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов при связывании с одним или более биологически активными веществами.at least one optical waveguide for conducting electromagnetic radiation through the reaction cell for optically detecting a change in state of at least a portion of the receptor protein complexes upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 45. Сенсорный чип согласно примеру 44, в котором по меньшей мере один оптический волновод выровнен и оптически связан с по меньшей мере одним оптическим соединителем сенсорного чипа.Example 45. A sensor chip according to example 44, wherein at least one optical waveguide is aligned and optically connected to at least one optical connector of the sensor chip.

Пример 46. Сенсорный чип согласно любому из примеров 44-45, в котором по меньшей мере один оптический волновод проходит через реакционную ячейку параллельно продольной оси реакционной ячейки.Example 46. A sensor chip according to any of examples 44-45, wherein at least one optical waveguide passes through the reaction cell parallel to the longitudinal axis of the reaction cell.

Пример 47. Сенсорный чип согласно любому из примеров 44-46, в котором сенсорный чип содержит по меньшей мере два оптических волновода и по меньшей мере один отражающий элемент, расположенный на конце по меньшей мере двух оптических волноводов, причем по меньшей мере один отражающий элемент оптически связывает по меньшей мере два оптических волновода.Example 47. A sensor chip according to any of examples 44-46, wherein the sensor chip comprises at least two optical waveguides and at least one reflective element located at the end of at least two optical waveguides, wherein at least one reflective element optically couples at least two optical waveguides.

Пример 48. Сенсорный чип согласно примеру 47, в котором каждый из по меньшей мере двух оптических волноводов оптически связан с по меньшей мере одним оптическим соединителем сенсорного устройства, расположенным на конце соответствующего оптического волновода, противоположном по меньшей мере одному отражающему элементу.Example 48. A sensor chip according to example 47, in which each of at least two optical waveguides is optically connected to at least one optical connector of the sensor device, located at the end of the corresponding optical waveguide opposite the at least one reflective element.

Пример 49. Сенсорный чип согласно любому из примеров 37-48, в котором один или более соединителей включают по меньшей мере один электрический соединитель для электрического соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.Example 49. A sensor chip according to any of examples 37-48, wherein the one or more connectors include at least one electrical connector for electrically connecting the sensor chip to a sensor device.

Пример 50. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 50. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

один или более электродов, по меньшей мере частично расположенных в реакционной ячейке и выполненных с возможностью определения проводимости субстрата или состава в реакционной ячейке.one or more electrodes at least partially located in the reaction cell and configured to determine the conductivity of the substrate or composition in the reaction cell.

Пример 51. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 51. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

по меньшей мере одно окно для обнаружения, прозрачное для электромагнитного излучения, излучаемого и/или рассеиваемого по меньшей мере одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов.at least one detection window transparent to electromagnetic radiation emitted and/or scattered by at least one or more components of the receptor protein complexes.

Пример 52. Сенсорный чип согласно примеру 51, в котором по меньшей мере одно окно для обнаружения является прозрачным для флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов; и/илиExample 52. A sensor chip according to example 51, wherein at least one detection window is transparent to fluorescent light emitted by at least one or more components of the receptor protein complexes; and/or

в котором по меньшей мере одно окно для обнаружения является непрозрачным для света, возбуждающего флуоресценцию.wherein at least one detection window is opaque to fluorescence exciting light.

Пример 53. Сенсорный чип согласно любому из примеров 51-52, в котором по меньшей мере одно окно для обнаружения расположено противоположно и/или направлено к мембране.Example 53. A sensor chip according to any of examples 51-52, wherein at least one detection window is located opposite and/or directed towards the membrane.

Пример 54. Сенсорный чип согласно любому из примеров 51-53, в котором внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, обращенная к реакционной ячейке, по меньшей мере частично покрыта молекулярными улавливающими комплексами, выполненными с возможностью связывания с по меньшей мере компонентом рецепторных белковых комплексов, так что рецепторные белковые комплексы, связанные с одним или более биологически активными веществами, улавливаются на внутренней поверхности.Example 54. A sensor chip according to any of examples 51-53, wherein the inner surface of at least one detection window facing the reaction cell is at least partially coated with molecular capture complexes configured to bind to at least a component of the receptor protein complexes, so that the receptor protein complexes associated with one or more biologically active substances are captured on the inner surface.

Пример 55. Сенсорный чип согласно примеру 54, в котором молекулярные улавливающие комплексы содержат стрептавидин.Example 55. A sensor chip according to example 54, wherein the molecular capture complexes comprise streptavidin.

Пример 56. Сенсорный чип согласно любому из примеров 51-55, в котором внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, обращенная к реакционной ячейке, по меньшей мере частично покрыта хелатными ионами никеля.Example 56. A sensor chip according to any one of examples 51-55, wherein the inner surface of at least one detection window facing the reaction cell is at least partially coated with chelated nickel ions.

Пример 57. Сенсорный чип согласно любому из примеров 51-56, в котором внутренняя поверхность по меньшей мере одного окна для обнаружения, обращенная к реакционной ячейке, по меньшей мере частично покрыта тушащими молекулами для тушения флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере одним компонентом рецепторных белковых комплексов.Example 57. A sensor chip according to any of examples 51-56, wherein the inner surface of at least one detection window facing the reaction cell is at least partially coated with quenching molecules for quenching fluorescent light emitted by at least one component of the receptor protein complexes.

Пример 58. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором внутренняя поверхность мембраны, обращенная к реакционной ячейке, по меньшей мере частично покрыта тушащими молекулами для тушения флуоресцентного света, излучаемого по меньшей мере компонентом рецепторных белковых комплексов.Example 58. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the inner surface of the membrane facing the reaction cell is at least partially coated with quenching molecules for quenching fluorescent light emitted by at least a component of the receptor protein complexes.

Пример 59. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип и/или реакционная ячейка имеет продолговатую форму.Example 59. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip and/or reaction cell has an elongated shape.

Пример 60. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип и/или реакционная ячейка имеет продолговатую форму; иExample 60. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip and/or reaction cell has an elongated shape; and

в котором мембрана расположена на продольной стороне сенсорного чипа.in which the membrane is located on the longitudinal side of the sensor chip.

Пример 61. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором реакционная ячейка имеет прямоугольное поперечное сечение; и/илиExample 61. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the reaction cell has a rectangular cross-section; and/or

в котором реакционная ячейка образована в виде параллелепипеда.in which the reaction cell is formed in the form of a parallelepiped.

Пример 62. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором реакционная ячейка имеет круглое, эллиптическое или овальное поперечное сечение; и/илиExample 62. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the reaction cell has a circular, elliptical or oval cross-section; and/or

в котором реакционная ячейка имеет трубчатую форму.in which the reaction cell has a tubular shape.

Пример 63. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором мембрана по меньшей мере частично окружает реакционную ячейку вдоль периметра реакционной ячейки.Example 63. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the membrane at least partially surrounds the reaction cell along the perimeter of the reaction cell.

Пример 64. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 64. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

по меньшей мере один резервуар, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с реакционной ячейкой, при этом по меньшей мере один резервуар выполнен с возможностью подачи деионизированной воды в реакционную ячейку.at least one reservoir configured to be fluidly connected to the reaction cell, wherein at least one reservoir is configured to supply deionized water to the reaction cell.

Пример 65. Сенсорный чип согласно примеру 64, в котором по меньшей мере один резервуар по меньшей мере частично заполнен деионизированной водой.Example 65. A sensor chip according to example 64, wherein at least one reservoir is at least partially filled with deionized water.

Пример 66. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-65, в котором по меньшей мере часть стенки по меньшей мере одного резервуара выполнена с возможностью смещения, изгибания или перемещения, так что объем резервуара является регулируемым.Example 66. A sensor chip according to any of examples 64-65, wherein at least a portion of the wall of at least one reservoir is designed to be displaceable, bendable or movable, so that the volume of the reservoir is adjustable.

Пример 67. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-66, в котором по меньшей мере часть по меньшей мере одного резервуара образована в виде эластичного мешка или эластичного блистера.Example 67. A sensor chip according to any of examples 64-66, wherein at least part of at least one reservoir is formed in the form of an elastic bag or an elastic blister.

Пример 68. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-67, дополнительно содержащий:Example 68. A sensor chip according to any of examples 64-67, further comprising:

по меньшей мере один подвижный поршень, выполненный с возможностью регулировки объема по меньшей мере одного резервуара.at least one movable piston configured to adjust the volume of at least one reservoir.

Пример 69. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-68, в котором по меньшей мере один резервуар окружен частью корпуса сенсорного чипа; иExample 69. A sensor chip according to any one of examples 64-68, wherein at least one reservoir is surrounded by a portion of the sensor chip housing; and

в котором часть корпуса содержит по меньшей мере одно отверстие для выравнивания давления.in which the housing portion comprises at least one pressure equalization hole.

Пример 70. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-69, в котором по меньшей мере один резервуар соединен по текучей среде с реакционной ячейкой посредством полупроницаемой мембраны, блокирующей диффузию солей из реакционной ячейки в резервуар.Example 70. A sensor chip according to any of examples 64-69, wherein at least one reservoir is fluidly connected to the reaction cell via a semipermeable membrane that blocks the diffusion of salts from the reaction cell into the reservoir.

Пример 71. Сенсорный чип согласно любому из примеров 64-70, дополнительно содержащий:Example 71. A sensor chip according to any of examples 64-70, further comprising:

по меньшей мере один блокирующий элемент, выполненный с возможностью блокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром.at least one blocking element configured to block fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir.

Пример 72. Сенсорный чип согласно примеру 71, в котором сенсорный чип выполнен с возможностью активации на основании разблокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром с использованием по меньшей мере одного блокирующего элемента.Example 72. A sensor chip according to example 71, wherein the sensor chip is configured to be activated based on unblocking a fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir using at least one blocking element.

Пример 73. Сенсорный чип согласно любому из примеров 71-72, в котором по меньшей мере один блокирующий элемент содержит водонепроницаемую мембрану, расположенную между по меньшей мере одним резервуаром и реакционной ячейкой.Example 73. A sensor chip according to any of examples 71-72, wherein at least one blocking element comprises a waterproof membrane located between at least one reservoir and a reaction cell.

Пример 74. Сенсорный чип согласно примеру 73, в котором сенсорный чип выполнен с возможностью активации на основании разрыва по меньшей мере части водонепроницаемой мембраны.Example 74. A sensor chip according to example 73, wherein the sensor chip is configured to be activated based on a rupture of at least a portion of the waterproof membrane.

Пример 75. Сенсорный чип согласно любому из примеров 71-74, в котором по меньшей мере один блокирующий элемент содержит подвижный штифт, применяемый для блокирования или разблокирования сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром.Example 75. A sensor chip according to any of examples 71-74, wherein at least one blocking element comprises a movable pin used to block or unblock fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir.

Пример 76. Сенсорный чип согласно примеру 75, в котором сенсорный чип выполнен с возможностью активации на основании смещения подвижного штифта, так что сообщение по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром разблокируется.Example 76. A sensor chip according to example 75, wherein the sensor chip is configured to be activated based on the displacement of the movable pin, so that fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir is unlocked.

Пример 77. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором каждый из рецепторных белковых комплексов содержит по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, выполненный с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами и изменения состояния и/или конформации при связывании с одним из биологически активных веществ.Example 77. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein each of the receptor protein complexes contains at least one ligand-binding domain of the receptor protein, configured to bind to one or more biologically active substances and change state and/or conformation upon binding to one of the biologically active substances.

Пример 78. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов содержат множество лигандсвязывающих доменов одного или более рецепторных белков.Example 78. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least some of the receptor protein complexes comprise a plurality of ligand-binding domains of one or more receptor proteins.

Пример 79. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов содержат множество лигандсвязывающих доменов разных типов, выполненных с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ.Example 79. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least some of the receptor protein complexes contain a plurality of ligand-binding domains of different types, configured to bind to different types of biologically active substances.

Пример 80. Сенсорный чип согласно любому из примеров 76-78, в котором рецепторный белок представляет собой ксеносенсорный белок или гормон-рецепторный белок.Example 80. A sensor chip according to any one of examples 76-78, wherein the receptor protein is a xenosensor protein or a hormone receptor protein.

Пример 81. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором каждый из рецепторных белковых комплексов содержит по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, выбранного из группы, состоящей из рецептора арильных углеводородов, конститутивного рецептора андростанов, прегнан-Х-рецептора, эстрогенового рецептора и рецептора арильных углеводородов.Example 81. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein each of the receptor protein complexes comprises at least one ligand-binding domain of a receptor protein selected from the group consisting of an aryl hydrocarbon receptor, a constitutive androstane receptor, a pregnane X receptor, an estrogen receptor, and an aryl hydrocarbon receptor.

Пример 82. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере часть рецепторных белковых комплексов содержит рекомбинантный белок или белок, не являющийся рекомбинантным.Example 82. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least a portion of the receptor protein complexes comprises a recombinant protein or a protein that is not recombinant.

Пример 83. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором каждый из рецепторных белковых комплексов содержит по меньшей мере часть мономерного рецепторного белка, гомодимерного рецепторного белкового комплекса или гетеродимерного рецепторного белкового комплекса.Example 83. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein each of the receptor protein complexes comprises at least a portion of a monomeric receptor protein, a homodimeric receptor protein complex, or a heterodimeric receptor protein complex.

Пример 84. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы содержат по меньшей мере часть рецепторных белков разных типов, выполненных с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ.Example 84. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the receptor protein complexes contain at least a portion of receptor proteins of different types, configured to bind to different types of biologically active substances.

Пример 85. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов содержат органический или неорганический фрагмент, диссоциирующий из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 85. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least some of the receptor protein complexes contain an organic or inorganic fragment that dissociates from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 86. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы содержат по меньшей мере одну флуоресцентную метку, диссоциирующую из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 86. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the receptor protein complexes contain at least one fluorescent label that dissociates from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 87. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере некоторые из рецепторных белковых комплексов содержат множество флуоресцентных меток одного или разных типов.Example 87. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein at least some of the receptor protein complexes contain a plurality of fluorescent labels of the same or different types.

Пример 88. Сенсорный чип согласно любому из примеров 85-86, в котором по меньшей мере одна флуоресцентная метка представляет собой флуоресцентный краситель или зеленый флуоресцентный белок.Example 88. A sensor chip according to any of examples 85-86, wherein at least one fluorescent label is a fluorescent dye or a green fluorescent protein.

Пример 89. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы содержат наночастицы, диссоциирующие из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 89. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the receptor protein complexes comprise nanoparticles that dissociate from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 90. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором рецепторные белковые комплексы содержат аффинную метку, выполненную с возможностью связывания с молекулярным улавливающим комплексом, расположенным в реакционной ячейке.Example 90. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the receptor protein complexes contain an affinity label capable of binding to a molecular capture complex located in a reaction cell.

Пример 91. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 91. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

идентификатор чипа для идентификации типа сенсорного чипа и/или типа рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе.a chip identifier for identifying the type of sensor chip and/or the type of receptor protein complex contained in the sensor chip.

Пример 92. Сенсорный чип согласно примеру 91, в котором идентификатор чипа выполнен с возможностью считывания пользовательским устройством и/или считывания сенсорным устройством.Example 92. A sensor chip according to example 91, in which the chip identifier is designed to be read by a user device and/or read by a sensor device.

Пример 93. Сенсорный чип согласно любому из примеров 91-92, в котором идентификатор чипа содержит информацию или данные, указывающие тип сенсорного чипа и/или тип рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе.Example 93. A sensor chip according to any of examples 91-92, wherein the chip identifier contains information or data indicating the type of the sensor chip and/or the type of receptor protein complex contained in the sensor chip.

Пример 94. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором идентификатор чипа содержит одно или более из штрихкода, QR-кода, метки RFID, этикетки и хранилища данных.Example 94. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the chip identifier comprises one or more of a barcode, a QR code, an RFID tag, a label, and a data storage.

Пример 95. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 95. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

хранилище данных, выполненное с возможностью хранения ретроспективных данных, указывающих на использование или остающийся срок службы сенсорного чипа.a data store configured to store historical data indicating the usage or remaining service life of the sensor chip.

Пример 96. Сенсорный чип согласно примеру 95, в котором хранилище данных выполнено с возможностью хранения одного или более эксплуатационных параметров, указывающих на использование или остающийся срок службы сенсорного чипа.Example 96. A sensor chip according to example 95, wherein the data storage is configured to store one or more operational parameters indicating the usage or remaining service life of the sensor chip.

Пример 97. Сенсорный чип согласно любому из примеров 95-96, в котором хранилище данных выполнено с возможностью осуществления к нему доступа сенсорным устройством при функциональном соединении сенсорного чипа с сенсорным устройством.Example 97. A sensor chip according to any of examples 95-96, wherein the data storage is designed to be accessible by a sensor device when the sensor chip is functionally connected to the sensor device.

Пример 98. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором сенсорный чип содержит множество реакционных ячеек.Example 98. A sensor chip according to any of the previous examples, wherein the sensor chip comprises a plurality of reaction cells.

Пример 99. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, в котором множество реакционных ячеек содержат разные типы рецепторных белковых комплексов, выполненных с возможностью связывания с разными типами биологически активных веществ.Example 99. A sensor chip according to any of the previous examples, in which the plurality of reaction cells contain different types of receptor protein complexes capable of binding to different types of biologically active substances.

Пример 100. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 100. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

один или более датчиков, выполненных с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.one or more sensors configured to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes.

Пример 101. Сенсорный чип согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащий:Example 101. A sensor chip according to any of the previous examples, further comprising:

схему обработки, соединенную с одним или более датчиками и выполненную с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на определенное изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.a processing circuit coupled to one or more sensors and configured to provide a detection signal indicative of a determined change in state of at least a portion of the receptor protein complexes.

Пример 102. Применение сенсорного чипа согласно любому из предыдущих примеров для обнаружения одного или более биологически активных веществ.Example 102. Use of a sensor chip according to any of the previous examples for detecting one or more biologically active substances.

Пример 103. Сенсорное устройство, выполненное с возможностью функционального соединения с по меньшей мере одним сенсорным чипом согласно любому из примеров 1-101, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, причем сенсорное устройство содержит:Example 103. A sensor device capable of being operatively connected to at least one sensor chip according to any of examples 1-101, for detecting one or more biologically active substances in the environment, wherein the sensor device comprises:

по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа, причем изменение состояния вызвано связыванием одного или более рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, поступающими из окружающей среды через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа; иat least one sensor configured to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of at least one sensor chip, wherein the change in state is caused by the binding of one or more receptor protein complexes with one or more biologically active substances entering from the environment through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip; and

схему обработки, соединенную с по меньшей мере одним датчиком, при этом схема обработки выполнена с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.a processing circuit connected to at least one sensor, wherein the processing circuit is configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment, based on determining a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes.

Пример 104. Сенсорное устройство для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, причем сенсорное устройство содержит:Example 104. A sensor device for detecting one or more biologically active substances in the environment, wherein the sensor device comprises:

корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа согласно любому из примеров 1-101 для функционального соединения сенсорного устройства с по меньшей мере одним сенсорным чипом; иa housing configured to at least partially contain at least one sensor chip according to any of examples 1-101 for operatively connecting the sensor device to the at least one sensor chip; and

схему обработки, выполненную с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа, причем изменение состояния вызвано путем связывания указанного одного или более рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, поступающими из окружающей среды через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа.a processing circuit configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment based on determining a change in state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of at least one sensor chip, wherein the change in state is caused by binding of said one or more receptor protein complexes with one or more biologically active substances entering from the environment through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip.

Пример 105. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103 и 104, в котором окружающая среда включает окружающий воздух; и/илиExample 105. A sensor device according to any one of examples 103 and 104, wherein the environment comprises ambient air; and/or

в котором сенсорное устройство представляет собой устройство контроля состояния окружающей среды для отслеживания качества окружающего воздуха.wherein the sensor device is an environmental monitoring device for monitoring ambient air quality.

Пример 106. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-105, в котором сенсорное устройство представляет собой стационарное устройство и/или настольное устройство.Example 106. A touch device according to any of examples 103-105, wherein the touch device is a stationary device and/or a tabletop device.

Пример 107. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-105, в котором сенсорное устройство представляет собой переносное устройство, мобильное устройство и/или карманное устройство.Example 107. A touch device according to any of examples 103-105, wherein the touch device is a portable device, a mobile device and/or a handheld device.

Пример 108. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-107, в котором сигнал обнаружения представляет собой электрически обрабатываемый сигнал.Example 108. A sensor device according to any of examples 103-107, wherein the detection signal is an electrically processed signal.

Пример 109. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-108, в котором сигнал обнаружения указывает на количество одного или более биологически активных веществ в единице объема окружающей среды, массу биологически активного вещества в единице объема окружающей среды, концентрацию биологически активного вещества в окружающей среде, потенциал активации рецепторного белка окружающей среды и биологическую активность окружающей среды.Example 109. A sensor device according to any one of examples 103-108, wherein the detection signal indicates the amount of one or more biologically active substances in a unit volume of the environment, the mass of the biologically active substance in a unit volume of the environment, the concentration of the biologically active substance in the environment, the activation potential of the receptor protein of the environment, and the biological activity of the environment.

Пример 110. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-109, в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа.Example 110. A sensor device according to any of examples 103-109, wherein the sensor device is configured to at least partially accommodate at least one sensor chip.

Пример 111. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-110, в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью механического соединения с сенсорным чипом.Example 111. A sensor device according to any of examples 103-110, wherein the sensor device is designed to be mechanically connected to a sensor chip.

Пример 112. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-111, в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью магнитного соединения с сенсорным чипом.Example 112. A sensor device according to any of examples 103-111, wherein the sensor device is designed to be magnetically connected to the sensor chip.

Пример 113. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-112, в котором сенсорное устройство содержит по меньшей мере одно гнездо, выполненное с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа.Example 113. A sensor device according to any of examples 103-112, wherein the sensor device comprises at least one socket configured to at least partially accommodate at least one sensor chip.

Пример 114. Сенсорное устройство согласно примеру 113, в котором по меньшей мере одно гнездо выполнено с возможностью по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа, так что корпус сенсорного устройства по меньшей мере частично окружает по меньшей мере один сенсорный чип.Example 114. A sensor device according to example 113, in which at least one socket is configured to at least partially accommodate at least one sensor chip, so that the housing of the sensor device at least partially surrounds at least one sensor chip.

Пример 115. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 113-114, в котором по меньшей мере одно гнездо содержит по меньшей мере один элемент поверхности, образованный как дополняющий к по меньшей мере одному элементу поверхности сенсорного чипа, для обеспечения правильного позиционирования сенсорного чипа в по меньшей мере одном гнезде.Example 115. A sensor device according to any of examples 113-114, wherein at least one socket comprises at least one surface element formed as complementary to at least one surface element of the sensor chip, to ensure correct positioning of the sensor chip in at least one socket.

Пример 116. Сенсорное устройство согласно примеру 115, в котором по меньшей мере один элемент поверхности по меньшей мере одного гнезда содержит одну или более направляющих для позиционирования сенсорного чипа в гнезде.Example 116. A sensor device according to example 115, wherein at least one surface element of at least one socket comprises one or more guides for positioning the sensor chip in the socket.

Пример 117. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 115-116, в котором по меньшей мере один элемент поверхности по меньшей мере одного гнезда выполнен с возможностью по меньшей мере частичного вхождения в зацепление с по меньшей мере одним элементом поверхности сенсорного чипа, так что сенсорный чип имеет возможность съемного закрепления в гнезде.Example 117. A sensor device according to any of examples 115-116, wherein at least one surface element of at least one socket is designed with the possibility of at least partially engaging with at least one surface element of the sensor chip, so that the sensor chip has the possibility of being removably secured in the socket.

Пример 118. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-117, в котором сенсорное устройство содержит множество гнезд, выполненных с возможностью вмещения множества сенсорных чипов одного или разных типов.Example 118. A sensor device according to any of examples 103-117, wherein the sensor device comprises a plurality of sockets configured to accommodate a plurality of sensor chips of the same or different types.

Пример 119. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-118, в котором сенсорное устройство содержит один или более магнитов для магнитного соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.Example 119. A sensor device according to any of examples 103-118, wherein the sensor device comprises one or more magnets for magnetically connecting the sensor chip to the sensor device.

Пример 120. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-119, в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов на основании оптического измерения, на основании обнаружения флуоресцентного света, на основании возбуждения флуоресценции одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов, на основании рассеяния света, на основании определения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке сенсорного чипа, на основании электрохимического процесса, происходящего в реакционной ячейке, на основании определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения поглощения электромагнитного излучения, на основании определения массы по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения массы рецепторных белковых комплексов, ограниченных по меньшей мере одной функциональной поверхностью реакционной ячейки или обездвиженных на ней, и на основании поверхностного плазмонного резонанса на по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.Example 120. A sensor device according to any one of examples 103-119, wherein the sensor device is configured to determine a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes based on an optical measurement, based on the detection of fluorescent light, based on the excitation of fluorescence of one or more components of the receptor protein complexes, based on light scattering, based on the determination of the conductivity of a substrate contained in a reaction cell of a sensor chip, based on an electrochemical process occurring in the reaction cell, based on the determination of one or more optical properties of at least one functional surface of the reaction cell, based on the determination of the absorption of electromagnetic radiation, based on the determination of the mass of at least one functional surface of the reaction cell, based on the determination of the mass of the receptor protein complexes limited by at least one functional surface of the reaction cell or immobilized on it, and based on surface plasmon resonance on at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 121. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-120, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения наличия одного или более биологически активных веществ в окружающей среде на основании обнаружения, с помощью по меньшей мере одного датчика сенсорного чипа или сенсорного устройства, изменения положения одного или более рецепторных белков в реакционной ячейке при связывании с одним или более биологически активными веществами.Example 121. A sensor device according to any of examples 103-120, wherein the processing circuit is configured to determine the presence of one or more biologically active substances in the environment based on detection, using at least one sensor of the sensor chip or sensor device, of a change in the position of one or more receptor proteins in the reaction cell upon binding to one or more biologically active substances.

Пример 122. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-121, в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью определения одного или более из наличия, количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа; и/илиExample 122. A sensor device according to any one of examples 103-121, wherein the sensor device is configured to determine one or more of the presence, quantity, mass, density, and mass density of receptor protein complexes dissolved in the substrate of the reaction cell of at least one sensor chip; and/or

в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью определения одного или более из наличия, количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа, на основании определения изменения по меньшей мере одного из оптического и электрического сигнала, передаваемого на сенсорный чип.wherein the sensor device is configured to determine one or more of the presence, quantity, mass, density and mass density of receptor protein complexes dissolved in the substrate of the reaction cell of at least one sensor chip, based on determining a change in at least one of the optical and electrical signals transmitted to the sensor chip.

Пример 123. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-122, в котором рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью диссоциации с по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки при связывании с одним из биологически активных веществ; иExample 123. A sensor device according to any of examples 103-122, wherein the receptor protein complexes are designed with the possibility of dissociation from at least one functional surface of the reaction cell upon binding to one of the biologically active substances; and

в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью определения одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на или высвобожденных с по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.wherein the sensor device is configured to determine one or more of the quantity, mass, density, and mass density of the receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 124. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-123, в котором сенсорное устройство содержит один или более пьезоэлементов, выполненных с возможностью определения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на или высвобожденных с по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Example 124. A sensor device according to any of examples 103-123, wherein the sensor device comprises one or more piezoelectric elements configured to determine the mass of receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction cell, to detect one or more biologically active substances in the environment.

Пример 125. Сенсорное устройство согласно примеру 124, в котором один или более пьезоэлементов выполнены с возможностью определения массы рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на или высвобожденных с по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки, на основании определения массы одного или более компонентов рецепторных белковых комплексов, связанных с внутренней поверхностью реакционной ячейки, направленной к по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.Example 125. A sensor device according to example 124, in which one or more piezoelectric elements are configured to determine the mass of receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction cell, based on determining the mass of one or more components of the receptor protein complexes associated with the inner surface of the reaction cell directed toward at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 126. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 124-125, в котором один или более пьезоэлементов выполнены с возможностью механического соединения с одной или более функциональными поверхностями реакционной ячейки сенсорного чипа; и/илиExample 126. A sensor device according to any of examples 124-125, wherein one or more piezoelectric elements are configured to be mechanically connected to one or more functional surfaces of the reaction cell of the sensor chip; and/or

в котором один или более пьезоэлементов выполнены с возможностью механического соединения с одной или более внутренними поверхностями реакционной ячейки сенсорного чипа, направленными к одной или более функциональным поверхностям реакционной ячейки.in which one or more piezoelectric elements are designed with the possibility of mechanical connection with one or more internal surfaces of the reaction cell of the sensor chip, directed towards one or more functional surfaces of the reaction cell.

Пример 127. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-124, в котором рецепторные белковые комплексы содержат по меньшей мере одну флуоресцентную метку; иExample 127. A sensor device according to any of examples 103-124, wherein the receptor protein complexes comprise at least one fluorescent label; and

в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ на основании возбуждения одной или более флуоресцентных меток и на основании обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками.wherein the sensor device is configured to detect one or more biologically active substances based on excitation of one or more fluorescent labels and based on detection of fluorescent light emitted by the one or more fluorescent labels.

Пример 128. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-127, в котором рецепторные белковые комплексы содержат по меньшей мере одну флуоресцентную метку, диссоциирующую из остальной части соответствующего рецепторного белкового комплекса при связывании с одним или более биологически активными веществами; иExample 128. A sensor device according to any one of examples 103-127, wherein the receptor protein complexes comprise at least one fluorescent label that dissociates from the rest of the corresponding receptor protein complex upon binding to one or more biologically active substances; and

в котором сенсорное устройство выполнено с возможностью обнаружения одного или более биологически активных веществ на основании возбуждения одной или более флуоресцентных меток, диссоциирующих из одного или более рецепторных белковых комплексов, и на основании обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более диссоциированными флуоресцентными метками.in which the sensor device is configured to detect one or more biologically active substances based on the excitation of one or more fluorescent labels dissociating from one or more receptor protein complexes, and based on the detection of fluorescent light emitted by the one or more dissociated fluorescent labels.

Пример 129. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 127-128, в котором сенсорное устройство содержит один или более источников света, выполненных с возможностью возбуждения одной или более флуоресцентных меток; иExample 129. A sensor device according to any of examples 127-128, wherein the sensor device comprises one or more light sources configured to excite one or more fluorescent labels; and

в котором сенсорное устройство содержит один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками.wherein the sensor device comprises one or more photodetectors configured to detect fluorescent light emitted by one or more fluorescent labels.

Пример 130. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-129, в котором сенсорное устройство содержит один или более источников света, выполненных с возможностью освещения по меньшей мере части реакционной ячейки; иExample 130. A sensor device according to any one of examples 103-129, wherein the sensor device comprises one or more light sources configured to illuminate at least a portion of the reaction cell; and

в котором сенсорное устройство содержит один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения света, рассеиваемого одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке.wherein the sensor device comprises one or more photodetectors configured to detect light scattered by one or more components of the receptor protein complexes in the reaction cell.

Пример 131. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 129-130, в котором один или более фотодетекторов расположены смежно с гнездом сенсорного устройства для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа с целью обнаружения электромагнитного излучения, проникающего из реакционной ячейки.Example 131. A sensor device according to any of examples 129-130, wherein one or more photodetectors are located adjacent to a socket of the sensor device for at least partially accommodating a sensor chip for the purpose of detecting electromagnetic radiation penetrating from the reaction cell.

Пример 132. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 129-131, в котором один или более фотодетекторов расположены противоположно окну для обнаружения сенсорного чипа.Example 132. A sensor device according to any of examples 129-131, wherein one or more photodetectors are located opposite the window for detecting the sensor chip.

Пример 133. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 129-132, в котором один или более источников света расположены смежно с гнездом сенсорного устройства для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа, так что электромагнитное излучение, испускаемое одним или более источниками света, имеет возможность прохождения в реакционную ячейку.Example 133. A sensor device according to any of examples 129-132, wherein one or more light sources are located adjacent to a socket of the sensor device for at least partially accommodating a sensor chip, so that electromagnetic radiation emitted by the one or more light sources is able to pass into the reaction cell.

Пример 134. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 129-133, в котором один или более источников света расположены с возможностью проведения электромагнитного излучения через один или более оптических соединителей сенсорного чипа в реакционную ячейку.Example 134. A sensor device according to any of examples 129-133, wherein one or more light sources are arranged to conduct electromagnetic radiation through one or more optical connectors of the sensor chip into the reaction cell.

Пример 135. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-134, в котором сенсорное устройство содержит один или более источников света, расположенных с возможностью проведения электромагнитного излучения в один или более оптических волноводов, проходящих в по меньшей мере части реакционной ячейки сенсорного чипа; иExample 135. A sensor device according to any one of examples 103-134, wherein the sensor device comprises one or more light sources arranged to conduct electromagnetic radiation into one or more optical waveguides extending through at least a portion of the reaction cell of the sensor chip; and

в котором сенсорное устройство содержит один или более фотодетекторов, выполненных с возможностью обнаружения электромагнитного излучения, проходящего по одному или более оптическим волноводам.wherein the sensor device comprises one or more photodetectors configured to detect electromagnetic radiation passing through one or more optical waveguides.

Пример 136. Сенсорное устройство согласно примеру 135, в котором один или более источников света расположены так, что они выровнены с концом одного или более оптических волноводов; и/илиExample 136. The sensor device according to example 135, wherein one or more light sources are arranged so that they are aligned with the end of one or more optical waveguides; and/or

в котором один или более фотодетекторов расположены так, что они выровнены с концом одного или более оптических волноводов.in which one or more photodetectors are arranged so that they are aligned with the end of one or more optical waveguides.

Пример 137. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-136, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения одного или более оптических свойств по меньшей мере одной из функциональной поверхности и внутренней поверхности реакционной ячейки, расположенной смежно с одним или более оптическими волноводами.Example 137. A sensor device according to any of examples 103-136, wherein the processing circuit is configured to determine one or more optical properties of at least one of the functional surface and the inner surface of the reaction cell located adjacent to one or more optical waveguides.

Пример 138. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 135-137, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения одного или более оптических свойств на основании определения поглощения проникающего света, проходящего через один или более оптических волноводов в реакционную ячейку.Example 138. A sensor device according to any one of examples 135-137, wherein the processing circuit is configured to determine one or more optical properties based on determining the absorption of penetrating light passing through one or more optical waveguides into the reaction cell.

Пример 137. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103 и 105-136, дополнительно содержащее:Example 137. A sensor device according to any of examples 103 and 105-136, further comprising:

корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного окружения сенсорного чипа;a housing configured to at least partially surround the sensor chip;

при этом корпус содержит одно или более отверстий для прохождения через них окружающей среды, так что по меньшей мере часть сенсорного чипа имеет возможность вступать в контакт с окружающей средой.wherein the housing comprises one or more openings for the passage of the environment through them, so that at least part of the sensor chip has the ability to come into contact with the environment.

Пример 140. Сенсорное устройство согласно примеру 139, дополнительно содержащее один или более каналов для прохождения окружающей среды через одно или более отверстий в корпусе сенсорного устройства в указанную по меньшей мере часть сенсорного чипа.Example 140. The sensor device according to example 139, further comprising one or more channels for passing the environment through one or more openings in the housing of the sensor device into the said at least part of the sensor chip.

Пример 141. Сенсорное устройство согласно примеру 140, дополнительно содержащее одно или более вентиляционных устройств, расположенных в одном или более каналах и выполненных с возможностью переноса окружающей среды через одно или более отверстий в корпусе сенсорного устройства в указанную по меньшей мере часть сенсорного чипа.Example 141. A sensor device according to example 140, further comprising one or more ventilation devices located in one or more channels and configured to transfer the environment through one or more openings in the housing of the sensor device to said at least part of the sensor chip.

Пример 142. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-141, дополнительно содержащее один или более нагревательных элементов, выполненных с возможностью нагревания по меньшей мере части сенсорного чипа.Example 142. A sensor device according to any of examples 103-141, further comprising one or more heating elements configured to heat at least a portion of the sensor chip.

Пример 143. Сенсорное устройство согласно примеру 142, в котором один или более нагревательных элементов расположены смежно с гнездом сенсорного устройства для по меньшей мере частичного вмещения сенсорного чипа.Example 143. A sensor device according to example 142, wherein one or more heating elements are located adjacent to a socket of the sensor device for at least partially accommodating a sensor chip.

Пример 144. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-143, дополнительно содержащее один или более датчиков температуры, выполненных с возможностью определения температуры по меньшей мере части сенсорного чипа.Example 144. A sensor device according to any of examples 103-143, further comprising one or more temperature sensors configured to determine the temperature of at least a portion of the sensor chip.

Пример 145. Сенсорное устройство согласно примеру 144, в котором схема обработки выполнена с возможностью управления температурой по меньшей мере части сенсорного чипа на основании определения температуры указанной по меньшей мере части сенсорного чипа с использованием одного или более датчиков температуры.Example 145. A sensor device according to example 144, wherein the processing circuit is configured to control the temperature of at least a portion of the sensor chip based on determining the temperature of said at least a portion of the sensor chip using one or more temperature sensors.

Пример 146. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-145, дополнительно содержащее:Example 146. A sensor device according to any of examples 103-145, further comprising:

один или более электрических соединителей для соединения с одним или более электрическими соединителями сенсорного чипа при вставке сенсорного чипа в сенсорное устройство.one or more electrical connectors for connecting with one or more electrical connectors of the sensor chip when the sensor chip is inserted into the sensor device.

Пример 147. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-146, в котором схема обработки выполнена с возможностью соединения с одним или более электродами сенсорного чипа; иExample 147. A sensor device according to any one of examples 103-146, wherein the processing circuit is configured to be connected to one or more electrodes of the sensor chip; and

в котором схема обработки выполнена с возможностью определения проводимости субстрата или состава в реакционной ячейке.in which the processing circuit is configured to determine the conductivity of the substrate or composition in the reaction cell.

Пример 148. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-147, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения одного или более эксплуатационных параметров, указывающих на использование или остающийся срок службы сенсорного чипа; и/илиExample 148. A sensor device according to any one of examples 103-147, wherein the processing circuit is configured to determine one or more operational parameters indicative of the usage or remaining service life of the sensor chip; and/or

в котором схема обработки выполнена с возможностью определения использования или остающегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании определения одного или более эксплуатационных параметров сенсорного чипа.wherein the processing circuit is configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on the determination of one or more operational parameters of the sensor chip.

Пример 149. Сенсорное устройство согласно примеру 148, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения использования или остающегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании извлечения ретроспективных данных, указывающих на использование или остающийся срок службы сенсорного чипа, из хранилища данных сенсорного чипа.Example 149. A sensor device according to example 148, wherein the processing circuit is configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on retrieving historical data indicating the usage or remaining service life of the sensor chip from a data store of the sensor chip.

Пример 150. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 148-149, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения использования или остающегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании сравнения определенных одного или более эксплуатационных параметров сенсорного чипа с одним или более пороговыми значениями.Example 150. A sensor device according to any of examples 148-149, wherein the processing circuit is configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on a comparison of determined one or more operational parameters of the sensor chip with one or more threshold values.

Пример 151. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 144-150, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения использования или остающегося срока службы по меньшей мере одного сенсорного чипа на основании определения типа сенсорного чипа и/или типа рецепторных белковых комплексов, применяемых в сенсорном чипе.Example 151. A sensor device according to any of examples 144-150, wherein the processing circuit is configured to determine the usage or remaining service life of at least one sensor chip based on the determination of the type of the sensor chip and/or the type of receptor protein complexes used in the sensor chip.

Пример 152. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 148-151, в котором схема обработки выполнена с возможностью хранения одного или более эксплуатационных параметров в хранилище данных сенсорного устройства и/или хранилище данных сенсорного чипа.Example 152. A sensor device according to any of examples 148-151, wherein the processing circuit is configured to store one or more operating parameters in the sensor device data storage and/or the sensor chip data storage.

Пример 153. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 148-152, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения одного или более эксплуатационных параметров на основании отслеживания температуры по меньшей мере части сенсорного чипа.Example 153. A sensor device according to any of examples 148-152, wherein the processing circuit is configured to determine one or more operating parameters based on monitoring the temperature of at least a portion of the sensor chip.

Пример 154. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-153, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения исчерпания рецепторных белковых комплексов в сенсорном чипе с течением времени.Example 154. A sensor device according to any of examples 103-153, wherein the processing circuit is configured to determine the depletion of receptor protein complexes in the sensor chip over time.

Пример 155. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-154, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения остающегося срока службы сенсорного чипа на основании определения исчерпания рецепторных белковых комплексов в сенсорном чипе с течением времени.Example 155. A sensor device according to any one of examples 103-154, wherein the processing circuit is configured to determine the remaining service life of the sensor chip based on determining the depletion of receptor protein complexes in the sensor chip over time.

Пример 156. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-155, в котором сенсорное устройство содержит пользовательский интерфейс; иExample 156. A touch device according to any one of examples 103-155, wherein the touch device comprises a user interface; and

в котором схема обработки выполнена с возможностью предоставления пользователю уведомления через пользовательский интерфейс при истечении срока службы сенсорного чипа.wherein the processing circuit is configured to provide a notification to the user via a user interface upon expiration of the service life of the sensor chip.

Пример 157. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-156, в котором сенсорное устройство содержит пользовательский интерфейс; иExample 157. A touch device according to any one of examples 103-156, wherein the touch device comprises a user interface; and

в котором схема обработки выполнена с возможностью предоставления пользователю информации в отношении определенных одного или более биологически активных веществ через пользовательский интерфейс.wherein the processing circuit is configured to provide the user with information regarding certain one or more biologically active substances via a user interface.

Пример 158. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-157, в котором сенсорное устройство содержит пользовательский интерфейс; иExample 158. A touch device according to any one of examples 103-157, wherein the touch device comprises a user interface; and

в котором схема обработки выполнена с возможностью уведомления пользователя через пользовательский интерфейс при определении в окружающей среде достижения или превышения концентрацией биологически активных веществ предопределенного порогового значения.in which the processing circuit is configured to notify the user via a user interface upon determining that the concentration of biologically active substances in the environment has reached or exceeded a predetermined threshold value.

Пример 159. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 156-158, в котором пользовательский интерфейс содержит одно или более из вибрирующего элемента, дисплея, одного или более LED и динамика.Example 159. A touch device according to any of examples 156-158, wherein the user interface comprises one or more of a vibrating element, a display, one or more LEDs, and a speaker.

Пример 160. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-159, в котором сенсорный чип содержит идентификатор чипа для идентификации типа сенсорного чипа и/или типа рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе; иExample 160. A sensor device according to any one of examples 103-159, wherein the sensor chip comprises a chip identifier for identifying the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip; and

в котором схема обработки выполнена с возможностью извлечения из идентификатора чипа информации или данных, указывающих тип сенсорного чипа и/или тип рецепторного белкового комплекса, содержащегося в сенсорном чипе.wherein the processing circuit is configured to extract from the chip identifier information or data indicating the type of the sensor chip and/or the type of the receptor protein complex contained in the sensor chip.

Пример 161. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-160, в котором сенсорное устройство содержит одно или более из устройства считывания штрихкода, устройства считывания QR-кода и сканера RFID.Example 161. A sensor device according to any of examples 103-160, wherein the sensor device comprises one or more of a barcode reader, a QR code reader, and an RFID scanner.

Пример 162. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-161, дополнительно содержащее один или более накопителей энергии для подачи электрической энергии.Example 162. A sensor device according to any of examples 103-161, further comprising one or more energy storage devices for supplying electrical energy.

Пример 163. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-162, дополнительно содержащее схему связи для соединения с возможностью связи сенсорного устройства с пользовательским устройством.Example 163. A sensor device according to any one of examples 103-162, further comprising a communication circuit for communicatively connecting the sensor device to a user device.

Пример 164. Сенсорное устройство согласно примеру 163, в котором схема связи содержит схему беспроводной связи, предпочтительно передатчик Bluetooth.Example 164. A sensor device according to example 163, wherein the communication circuit comprises a wireless communication circuit, preferably a Bluetooth transmitter.

Пример 165. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-164, дополнительно содержащее один или более датчиков излучения для измерения воздействия на сенсорное устройство ионизирующего излучения.Example 165. A sensor device according to any of examples 103-164, further comprising one or more radiation sensors for measuring the effect of ionizing radiation on the sensor device.

Пример 166. Сенсорное устройство согласно примеру 165, в котором один или более датчиков излучения включают по меньшей мере одно из обратимо фотохромного слоя, чувствительного к УФ-излучению, и пленки радиохромного красителя, чувствительной к ионизирующему излучению.Example 166. A sensor device according to example 165, wherein one or more radiation sensors include at least one of a reversibly photochromic layer sensitive to UV radiation and a radiochromic dye film sensitive to ionizing radiation.

Пример 167. Сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-166, дополнительно содержащее одно или более из датчика влажности, датчика летучего органического углерода, датчика озона, датчика твердых частиц, датчика азотной кислоты и датчика моноксида углерода.Example 167. The sensor device according to any one of examples 103-166, further comprising one or more of a humidity sensor, a volatile organic carbon sensor, an ozone sensor, a particulate matter sensor, a nitric acid sensor, and a carbon monoxide sensor.

Пример 168. Применение сенсорного устройства согласно любому из примеров 103-167 для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Example 168. Use of a sensor device according to any of examples 103-167 for detecting one or more biologically active substances in the environment.

Пример 169. Сенсорная система для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, причем система содержит:Example 169. A sensor system for detecting one or more biologically active substances in the environment, the system comprising:

по меньшей мере один сенсорный чип согласно любому из примеров 1-101; иat least one sensor chip according to any one of examples 1-101; and

сенсорное устройство согласно любому из примеров 103-167.a sensor device according to any of examples 103-167.

Пример 170. Способ обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде с помощью сенсорной системы согласно примеру 169, причем способ включает:Example 170. A method for detecting one or more biologically active substances in the environment using a sensor system according to example 169, wherein the method comprises:

прохождение одного или более биологически активных веществ через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа;passing one or more biologically active substances through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip;

связывание одного или более биологически активных веществ с одним или более рецепторными белковыми комплексами, что тем самым вызывает изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов;binding of one or more biologically active substances to one or more receptor protein complexes, thereby causing a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes;

обнаружение с помощью сенсорного устройства вызванного изменения состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов; иdetecting, using a sensor device, an induced change in the state of said at least part of the receptor protein complexes; and

генерирование сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, на основании определенного изменения состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.generating a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment based on a determined change in the state of said at least part of the receptor protein complexes.

Пример 172. Способ согласно примеру 170, в котором прохождение одного или более биологически активных веществ через мембрану сенсорного чипа включает введение мембраны сенсорного чипа в контакт с окружающей средой.Example 172. The method according to example 170, wherein passing one or more biologically active substances through the membrane of the sensor chip includes introducing the membrane of the sensor chip into contact with the environment.

Пример 172. Способ согласно любому из примеров 170-171, дополнительно включающий:Example 172. The method according to any of examples 170-171, further comprising:

активирование сенсорного чипа на основании подачи деионизированной воды из резервуара сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа.activating the sensor chip based on the supply of deionized water from the sensor chip reservoir to the reaction cell of the sensor chip.

Пример 173. Способ согласно примеру 172, в котором активирование сенсорного чипа включает разблокирование сообщения по текучей среде между реакционной ячейкой и по меньшей мере одним резервуаром с использованием по меньшей мере одного блокирующего элемента между резервуаром и реакционной ячейкой сенсорного чипа.Example 173. The method according to example 172, wherein activating the sensor chip includes unblocking the fluid communication between the reaction cell and at least one reservoir using at least one blocking element between the reservoir and the reaction cell of the sensor chip.

Пример 174. Способ согласно примеру 173, в котором по меньшей мере один блокирующий элемент содержит водонепроницаемую мембрану, расположенную между резервуаром и реакционной ячейкой; и Example 174. The method according to example 173, wherein at least one blocking element comprises a water-impermeable membrane located between the reservoir and the reaction cell; and

в котором активирование сенсорного чипа включает разрыв по меньшей мере части водонепроницаемой мембраны.wherein activating the sensor chip includes rupturing at least a portion of the waterproof membrane.

Пример 175. Способ согласно любому из примеров 173-174, в котором по меньшей мере один блокирующий элемент содержит подвижный штифт, расположенный между резервуаром и реакционной ячейкой; и Example 175. The method according to any of examples 173-174, wherein at least one locking element comprises a movable pin located between the reservoir and the reaction cell; and

в котором активирование сенсорного чипа включает смещение подвижного штифта.wherein activating the sensor chip includes moving the movable pin.

Пример 176. Способ согласно любому из примеров 173-175, в котором активирование сенсорного чипа включает удаление уплотнительной крышки с наружной поверхности мембраны.Example 176. The method according to any of examples 173-175, wherein activating the sensor chip includes removing the sealing cap from the outer surface of the membrane.

Пример 177. Способ согласно любому из примеров 170-176, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, растворенных в субстрате реакционной ячейки по меньшей мере одного сенсорного чипа.Example 177. The method according to any one of examples 170-176, wherein detecting the induced change in state comprises determining one or more of the quantity, mass, density, and mass density of receptor protein complexes dissolved in the substrate of the reaction cell of at least one sensor chip.

Пример 178. Способ согласно любому из примеров 170-177, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на или высвобожденных с по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.Example 178. The method according to any one of examples 170-177, wherein detecting the induced change in state comprises determining one or more of the quantity, mass, density, and mass density of receptor protein complexes immobilized on or released from at least one functional surface of the reaction unit.

Пример 179. Способ согласно любому из примеров 170-178, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает определение одного или более из количества, массы, плотности и массовой плотности рецепторных белковых комплексов, обездвиженных на или высвобожденных с по меньшей мере одной внутренней поверхности реакционной ячейки, направленной к по меньшей мере одной функциональной поверхности реакционной ячейки.Example 179. The method according to any one of examples 170-178, wherein detecting the induced change in state comprises determining one or more of the quantity, mass, density, and mass density of receptor protein complexes immobilized on or released from at least one internal surface of the reaction cell directed toward at least one functional surface of the reaction cell.

Пример 180. Способ согласно любому из примеров 170-179, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает возбуждение одной или более флуоресцентных меток рецепторных белковых комплексов и обнаружение флуоресцентного света, излучаемого одной или более флуоресцентными метками.Example 180. The method according to any one of examples 170-179, wherein detecting the induced change in state comprises exciting one or more fluorescent labels of the receptor protein complexes and detecting fluorescent light emitted by the one or more fluorescent labels.

Пример 181. Способ согласно любому из примеров 170-180, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает обнаружение света, рассеиваемого одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке.Example 181. The method according to any of examples 170-180, wherein detecting the induced change in state comprises detecting light scattered by one or more components of the receptor protein complexes in the reaction unit.

Пример 182. Способ согласно любому из примеров 170-181, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает определение одного или более оптических свойств по меньшей мере одной из функциональной поверхности и внутренней поверхности реакционной ячейки.Example 182. The method according to any one of examples 170-181, wherein detecting the induced change in state comprises determining one or more optical properties of at least one of the functional surface and the inner surface of the reaction cell.

Пример 183. Способ согласно любому из примеров 170-182, в котором обнаружение вызванного изменения состояния включает определение поглощения проникающего света, проходящего через один или более оптических волноводов сенсорного чипа в реакционную ячейку.Example 183. The method according to any one of examples 170-182, wherein detecting the induced change in state comprises determining the absorption of penetrating light passing through one or more optical waveguides of the sensor chip into the reaction cell.

Далее примеры будут описаны дополнительно со ссылкой на чертежи, на которых:The examples will be further described with reference to the drawings, which show:

Фиг. 1A - вид в перспективе сенсорного чипа для обнаружения одного или более биологически активных веществ;Fig. 1A is a perspective view of a sensor chip for detecting one or more biologically active substances;

Фиг. 1B, 1C и 1D - виды в разрезе сенсорного чипа с фиг. 1A;Fig. 1B, 1C and 1D are sectional views of the sensor chip of Fig. 1A;

Фиг. 2A - вид в перспективе сенсорной системы для обнаружения одного или более биологически активных веществ;Fig. 2A is a perspective view of a sensor system for detecting one or more biologically active substances;

Фиг. 2B - вид в разрезе сенсорной системы с фиг. 2A;Fig. 2B is a sectional view of the sensor system of Fig. 2A;

Фиг. 2C - другой вид в разрезе сенсорной системы с фиг. 2A;Fig. 2C is another sectional view of the sensor system of Fig. 2A;

Фиг. 3A-3C - виды в разрезе реакционной ячейки сенсорного чипа;Fig. 3A-3C are sectional views of the reaction cell of the sensor chip;

Фиг. 4A - вид в перспективе сенсорного чипа для обнаружения одного или более биологически активных веществ;Fig. 4A is a perspective view of a sensor chip for detecting one or more biologically active substances;

Фиг. 4B и 4C - виды в разрезе сенсорного чипа с фиг. 4A;Fig. 4B and 4C are sectional views of the sensor chip of Fig. 4A;

Фиг. 5 - вид в разрезе сенсорной системы для обнаружения одного или более биологически активных веществ;Fig. 5 is a sectional view of a sensor system for detecting one or more biologically active substances;

Фиг. 6 - вид в разрезе реакционной ячейки сенсорного чипа; иFig. 6 is a sectional view of the reaction cell of the sensor chip; and

Фиг. 7 - блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.Fig. 7 is a block diagram illustrating a method for detecting one or more biologically active substances in the environment.

Чертежи являются лишь схематическими и выполнены не в масштабе. В принципе, идентичные или подобные детали, элементы и/или этапы обозначены идентичными или подобными ссылочными номерами на чертежах.The drawings are only schematic and are not drawn to scale. In principle, identical or similar parts, elements and/or steps are designated by identical or similar reference numbers in the drawings.

На фиг. 1A показан вид в перспективе сенсорного чипа 100 для обнаружения одного или более биологически активных веществ. На каждой из фиг. 1B, 1C и 1D показаны виды в разрезе сенсорного чипа 100 согласно фиг. 1A.Fig. 1A shows a perspective view of a sensor chip 100 for detecting one or more biologically active substances. Each of Fig. 1B, 1C and 1D shows a sectional view of the sensor chip 100 according to Fig. 1A.

Сенсорный чип 100, показанный на фиг. 1A-1D, показан на примере или спроектирован в виде продолговатой конструкции с прямоугольным поперечным сечением, например, в проекции, параллельной продольной оси 180 сенсорного чипа 100.The sensor chip 100 shown in Fig. 1A-1D is shown as an example or designed as an elongated structure with a rectangular cross-section, for example, in a projection parallel to the longitudinal axis 180 of the sensor chip 100.

Сенсорный чип 100 содержит корпус 181, или наружный корпус 181, в который заключена реакционная ячейка 101. Сенсорный чип 100 дополнительно содержит решетку 113, под которой расположена мембрана 114, отделяющая реакционную ячейку 101 от окружающей среды, такой как воздух или вода. Реакционная ячейка 101 содержит рецепторные белковые комплексы 115, выполненные с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами в реакционной ячейке 101, что таким образом вызывает обнаруживаемое изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов 115, как описано выше и как более подробно будет описано ниже в настоящем документе.The sensor chip 100 comprises a housing 181, or an outer housing 181, in which a reaction cell 101 is enclosed. The sensor chip 100 further comprises a grid 113, under which a membrane 114 is located, separating the reaction cell 101 from the environment, such as air or water. The reaction cell 101 comprises receptor protein complexes 115, configured to bind to one or more biologically active substances in the reaction cell 101, which thus causes a detectable change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes 115, as described above and as will be described in more detail below in this document.

Необязательно сенсорный чип 100 содержит резервуар 102, или водный резервуар 102, который может быть выполнен за одно целое с корпусом 181. Соответственно, часть корпуса 181, образующая водный резервуар 102, может быть выполнена только из одного единственного материала, тогда как часть корпуса 181, в которой расположена реакционная ячейка 101, может быть разделена на несколько частей или участков. В частности, сенсорный чип 100 или его корпус 181 содержит светопроницаемую нижнюю часть 103, или окно 103 для обнаружения, две части 104, обрамляющие светопроницаемую часть 103, прямоугольную часть 105, обращенную к резервуару 102, еще одну прямоугольную стенку 106, расположенную на противоположной стороне, и плоскую прямоугольную часть 107 на верхней стороне. Прямоугольная часть 107 на верхней стороне содержит решетку 113.Optionally, the sensor chip 100 comprises a reservoir 102, or a water reservoir 102, which can be made integral with the housing 181. Accordingly, the part of the housing 181 forming the water reservoir 102 can be made of only one single material, whereas the part of the housing 181 in which the reaction cell 101 is located can be divided into several parts or sections. In particular, the sensor chip 100 or its housing 181 comprises a light-transmitting lower part 103, or a window 103 for detection, two parts 104 framing the light-transmitting part 103, a rectangular part 105 facing the reservoir 102, another rectangular wall 106 located on the opposite side, and a flat rectangular part 107 on the upper side. The rectangular part 107 on the upper side comprises a grid 113.

Светопроницаемая часть 103, или окно 103 для обнаружения, сенсорного чипа 100 может быть выполнено из материала, проницаемого для света заданной длины волны λem, например, длины волны флуоресцентного излучения, но необязательно непроницаемого для света другой заданной длины волны λex, например, длины волны возбуждения флуоресценции.The light-transmitting portion 103, or detection window 103, of the sensor chip 100 may be made of a material that is transmissive to light of a given wavelength λem, such as the wavelength of fluorescence radiation, but is not necessarily impermeable to light of another given wavelength λex, such as the wavelength of fluorescence excitation.

Части 104, 105 и 106 корпуса являются непроницаемыми для света и необязательно могут быть покрыты на стороне, обращенной к внутреннему объему реакционной ячейки 101, материалом с низкой способностью к адсорбции белков, например, фторполимерами.The housing portions 104, 105 and 106 are opaque to light and may optionally be coated on the side facing the internal volume of the reaction cell 101 with a material with low protein adsorption capacity, such as fluoropolymers.

В части 105 корпуса 181 предусмотрено отверстие 108, которое может содержать канал 109, например, эластичный микроканал 109.In part 105 of the housing 181, an opening 108 is provided, which may contain a channel 109, for example, an elastic microchannel 109.

Часть 106 корпуса 181 содержит оптический соединитель, или отверстие 110, которое может быть уплотнено материалом, проницаемым для света заданной длины волны λex, такой как длина волны возбуждения флуоресценции.Portion 106 of housing 181 comprises an optical connector, or opening 110, which may be sealed with a material permeable to light of a given wavelength λex, such as the fluorescence excitation wavelength.

Отверстие 110, или оптический соединитель 110, предпочтительно имеет такую форму, что прохождение света через него приводит к пространственному пучку света 111, охватывающему ширину реакционной ячейки 101. Оптический соединитель 110, или отверстие 110, предпочтительно расположен в таком положении, что в результате пространственный пучок 111 света расположен в непосредственной близости к газопроницаемой мембране 114, предпочтительно на расстоянии 0,1 мм или менее.The opening 110, or the optical connector 110, is preferably shaped such that the passage of light through it results in a spatial beam of light 111 spanning the width of the reaction cell 101. The optical connector 110, or the opening 110, is preferably positioned such that as a result the spatial beam of light 111 is located in close proximity to the gas-permeable membrane 114, preferably at a distance of 0.1 mm or less.

В обрамляющих частях 104 корпуса 181 предусмотрены один или более элементов 112 поверхности, таких как направляющие 112, обеспечивающие возможность установки сенсорного чипа 100 в сенсорном устройстве и гарантирующие надлежащую ориентацию и позиционирование.In the frame portions 104 of the housing 181, one or more surface elements 112 are provided, such as guides 112, which enable the sensor chip 100 to be installed in the sensor device and ensure proper orientation and positioning.

Плоская прямоугольная часть 107 корпуса 181 содержит решетку 113, например, с размером ячеек в диапазоне приблизительно 0,2-2 мм. Непосредственно под сеткой 113 и предпочтительно в соединении с сеткой 113 расположена газопроницаемая мембрана 114, так что мембрана 114 является защищенной.The flat rectangular part 107 of the housing 181 comprises a grid 113, for example with a cell size in the range of approximately 0.2-2 mm. Directly under the grid 113 and preferably in connection with the grid 113, a gas-permeable membrane 114 is arranged, so that the membrane 114 is protected.

Мембрана 114 имеет небольшую толщину, низкое сопротивление диффузии и низкую способность к адсорбции белков. Внутренняя сторона проницаемой мембраны 114 непосредственно обращена к внутреннему объему реакционной ячейки 101.The membrane 114 has a small thickness, low diffusion resistance and low protein adsorption capacity. The inner side of the permeable membrane 114 directly faces the inner volume of the reaction cell 101.

Когда сенсорный чип 100 не установлен в сенсорном устройстве, решетка 113 может быть покрыта и уплотнена от воздуха съемной герметичной крышкой (не показана), такой как фольга. При следующем удалении сенсорного чипа 100 из сенсорного устройства, например, по причине того, что сенсорный чип 100 временно не используется, или вследствие намерения пользователя изменить тип сенсорного чипа 100, например, для сосредоточения на другом аспекте качества окружающей среды, эту герметичную крышку можно снова поместить на сетку 113, и она будет удерживать воду от испарения из реакционной ячейки 101 и рецепторные белковые комплексы 115 от расходования.When the sensor chip 100 is not installed in the sensor device, the grid 113 can be covered and sealed from air with a removable sealed cover (not shown), such as foil. When the sensor chip 100 is next removed from the sensor device, for example, because the sensor chip 100 is temporarily not used, or due to the user's intention to change the type of the sensor chip 100, for example, to focus on another aspect of environmental quality, this sealed cover can be placed again on the grid 113, and it will keep water from evaporating from the reaction cell 101 and the receptor protein complexes 115 from being consumed.

В реакционной ячейке 101 рецепторные белковые комплексы 115 обездвижены на газопроницаемой мембране 114. Рецепторные белковые комплексы 115, в частности, могут быть обездвижены на функциональной поверхности 182 реакционной ячейки 101, которая в примере согласно фиг. 1A-1D образована внутренней поверхностью мембраны 114, обращенной внутрь реакционной ячейки 101. In the reaction cell 101, the receptor protein complexes 115 are immobilized on the gas-permeable membrane 114. The receptor protein complexes 115, in particular, can be immobilized on the functional surface 182 of the reaction cell 101, which in the example according to Fig. 1A-1D is formed by the inner surface of the membrane 114 facing the inside of the reaction cell 101.

Обездвиживание рецепторных белковых комплексов на функциональной поверхности 182 или внутренней поверхности мембраны 114 может быть достигнуто с помощью ковалентно связанных молекул, известных как низкоаффинные лиганды рецепторных белковых комплексов 115.Immobilization of receptor protein complexes on the functional surface 182 or the inner surface of the membrane 114 can be achieved using covalently linked molecules known as low-affinity ligands of receptor protein complexes 115.

Реакционная ячейка 101 может содержать, предпочтительно лиофилизированный субстрат 116, например, смесь 116 солей, буфера и необязательно белков, которые стабилизируют рецепторные белковые комплексы 115, и/или небольшие количества поверхностно-активных молекул, таких как полисорбат 20 или тритон Х-100.The reaction unit 101 may contain, preferably, a lyophilized substrate 116, such as a mixture 116 of salts, buffer and optionally proteins that stabilize the receptor protein complexes 115, and/or small amounts of surface-active molecules such as polysorbate 20 or Triton X-100.

Светопроницаемая стенка 103, или окно 103 для обнаружения, необязательно может быть покрыта ковалентно связанными молекулами, или молекулярными улавливающими комплексами 117, которые известны как высокоаффинные лиганды рецепторных белковых комплексов 115, или как связывающие часть рецепторных белковых комплексов 115 с высокой аффинностью. Эти молекулярные улавливающие комплексы 117 могут действовать в качестве стока для высвобождающихся рецепторных белковых комплексов 115 или их частей и уменьшать инцидентность множества сигналов, генерируемых одинаковыми высвобожденными рецепторными белковыми комплексами 115. Молекулярные улавливающие комплексы 117 могут быть ковалентно связаны с внутренней поверхностью 183 реакционной ячейки 101, причем внутренняя поверхность 183 расположена по направлению к функциональной поверхности 182 или мембране 114. В примере согласно фиг. 1A-1D внутренняя поверхность 183 реакционной ячейки 101 расположена противоположно функциональной поверхности 182 и/или мембране 114.The translucent wall 103, or the detection window 103, may optionally be coated with covalently bound molecules, or molecular capture complexes 117, which are known as high-affinity ligands of the receptor protein complexes 115, or as binding a part of the receptor protein complexes 115 with high affinity. These molecular capture complexes 117 may act as a sink for the released receptor protein complexes 115 or parts thereof and reduce the incidence of multiple signals generated by the same released receptor protein complexes 115. The molecular capture complexes 117 may be covalently bound to the inner surface 183 of the reaction cell 101, wherein the inner surface 183 is located toward the functional surface 182 or membrane 114. In the example according to Fig. 1A-1D the inner surface 183 of the reaction cell 101 is located opposite the functional surface 182 and/or the membrane 114.

Молекулы или сшивающее средство, которое связывает молекулярные улавливающие комплексы 117 с внутренней поверхностью окна 103 для обнаружения, может не поглощать свет заданной или предопределенной длины волны λem, например, длины волны излучения флуоресценции. Дополнительно, с внутренней поверхностью окна 103 для обнаружения (не показана) могут быть ковалентно связаны молекулы, известные как тушащие флуоресценцию предопределенной длины волны λem.The molecules or crosslinking agent that bind the molecular trapping complexes 117 to the inner surface of the detection window 103 may not absorb light of a given or predetermined wavelength λem, for example, a fluorescence emission wavelength. Additionally, molecules known to quench fluorescence of a predetermined wavelength λem may be covalently bound to the inner surface of the detection window 103 (not shown).

Водный резервуар 102 может иметь регулируемый объем. Например, резервуар 102 может содержать или определяться эластичным блистером 118, содержащим деионизированную воду. Эластичный блистер 118 соединен с реакционной ячейкой 101 через канал 109, такой как эластичный микроканал 109, диаметром, например, 0,1-0,5 мм. Канал 109 по существу является продолжением блистера 118, проходящим сквозь отверстие 108. Часть корпуса 181, в которой содержится эластичный блистер 118, содержит одно или несколько небольших отверстий 119, или проемов 119, через которые воздух или окружающая среда может поступать в камеру или резервуар 102, делая возможным истечение воды из блистера 118 без создания отрицательного давления в камере или резервуаре 102.The water reservoir 102 can have an adjustable volume. For example, the reservoir 102 can contain or be defined by an elastic blister 118 containing deionized water. The elastic blister 118 is connected to the reaction cell 101 through a channel 109, such as an elastic microchannel 109, with a diameter of, for example, 0.1-0.5 mm. The channel 109 is essentially a continuation of the blister 118, passing through the opening 108. The part of the housing 181, in which the elastic blister 118 is contained, contains one or more small openings 119, or apertures 119, through which air or the surrounding medium can enter the chamber or reservoir 102, making it possible for water to flow out of the blister 118 without creating a negative pressure in the chamber or reservoir 102.

Канал 109 может преграждаться блокирующим элементом 120, например, подвижным или съемным штифтом 120. Дополнительно реакционная ячейка 101 и деионизированная вода разделены полупроницаемой мембраной 121, присутствующей на конце канала 109, например, обращенной непосредственно к реакционной ячейке 101, которая, в отсутствие съемного штифта 120, препятствует смешиванию воды в блистере 118 с буферным изотоническим раствором в реакционной ячейке 101.The channel 109 can be blocked by a blocking element 120, for example, a movable or removable pin 120. Additionally, the reaction cell 101 and the deionized water are separated by a semipermeable membrane 121, present at the end of the channel 109, for example, facing directly the reaction cell 101, which, in the absence of the removable pin 120, prevents mixing of the water in the blister 118 with the buffer isotonic solution in the reaction cell 101.

В неиспользованном сенсорном чипе 100 деионизированная вода, содержащаяся в эластичном блистере 118, предпочтительно хранится под избыточным давлением относительно окружающей среды. В частности, в неиспользованном состоянии чипа 100 эластичный блистер 118 может быть немного растянут, и при открытии канала 109 в реакционную ячейку 101 он активно выталкивает исходное количество деионизированной воды в реакционную ячейку 101.In the unused sensor chip 100, the deionized water contained in the elastic blister 118 is preferably stored under excess pressure relative to the environment. In particular, in the unused state of the chip 100, the elastic blister 118 can be slightly stretched, and when the channel 109 is opened into the reaction cell 101, it actively pushes the original amount of deionized water into the reaction cell 101.

На стороне, обращенной к реакционной ячейке 101, часть 105 корпуса 180 сенсорного чипа 100 содержит электроды 122, обеспечивающие возможность измерения проводимости деионизированной воды, в которой растворен субстрат 116, или матрица 116, внутри реакционной ячейки 101. Измерения проводимости могут обеспечивать эффективное средство отслеживания осмотической концентрации раствора, присутствующего в реакционной ячейке 101, которая может являться показателем нахождения белковых комплексов 115 в их нативном, функциональном состоянии.On the side facing the reaction cell 101, the portion 105 of the housing 180 of the sensor chip 100 contains electrodes 122, which provide the ability to measure the conductivity of deionized water in which the substrate 116, or matrix 116, is dissolved, inside the reaction cell 101. Conductivity measurements can provide an effective means of tracking the osmotic concentration of the solution present in the reaction cell 101, which can be an indicator of the presence of protein complexes 115 in their native, functional state.

На фиг. 2A показан вид в перспективе сенсорной системы 500 для обнаружения одного или более биологически активных веществ. На каждой из фиг. 2B и 2C показан вид в разрезе сенсорной системы 500 согласно фиг. 2A. В частности, на фиг. 2A-2C показана сенсорная система 500 с сенсорным устройством 200 и сенсорным чипом 100, вставленным в сенсорное устройство 200. Если иное не указано, сенсорный чип 100 согласно фиг. 2A-2C имеет те же признаки, что и сенсорный чип 100, описанный со ссылкой на фиг. 1A-1D.Fig. 2A shows a perspective view of a sensor system 500 for detecting one or more biologically active substances. Each of Fig. 2B and 2C shows a sectional view of the sensor system 500 according to Fig. 2A. In particular, Fig. 2A-2C show a sensor system 500 with a sensor device 200 and a sensor chip 100 inserted into the sensor device 200. Unless otherwise indicated, the sensor chip 100 according to Fig. 2A-2C has the same features as the sensor chip 100 described with reference to Fig. 1A-1D.

В частности, на фиг. 2A-2C показано сенсорное устройство 200 с установленным, соединенным или смонтированным с ним сенсорным чипом 100. Устройство 200 содержит гнездо 202, в которое в осевом направлении может быть вставлен сенсорный чип 100. Гнездо 202 содержит элементы 203 поверхности, такие как направляющие 203, которые обеспечивают надлежащую ориентацию и позиционирование сенсорного чипа 100, и необязательно датчик (не показан), обнаруживающий вставку сенсорного чипа 100 и его надлежащую ориентацию. Датчик может деактивировать сенсорное устройство 200, если чип не вставлен или вставлен неправильно.In particular, Fig. 2A-2C shows a sensor device 200 with a sensor chip 100 installed, connected or mounted thereto. The device 200 comprises a socket 202 into which the sensor chip 100 can be inserted in an axial direction. The socket 202 comprises surface elements 203, such as guides 203, which ensure the proper orientation and positioning of the sensor chip 100, and optionally a sensor (not shown) that detects the insertion of the sensor chip 100 and its proper orientation. The sensor can deactivate the sensor device 200 if the chip is not inserted or is inserted incorrectly.

После вставки сенсорный чип 100 удерживается на месте механизмом 204 в виде защелки, например, крючком, приталкиваемым к сенсорному чипу 100 пружиной. Вместо или в дополнение могут использоваться такие механизмы, как магнитные соединения.After insertion, the sensor chip 100 is held in place by a mechanism 204 in the form of a latch, such as a hook, pushed against the sensor chip 100 by a spring. Mechanisms such as magnetic connections may be used instead of or in addition.

В сенсорном устройстве 200 дополнительно предусмотрен источник 205 света, например, лазерный диод, который, когда устройство 200 активно, излучает свет заданной длины волны λex или более широкий диапазон длин волн, охватывающий λex, такой как диапазон длин волн возбуждения флуоресценции. Источник 205 света установлен в корпусе 206 сенсорного устройства 200 и расположен так, что он излучает свет через оптический соединитель 110, или отверстие 110, сенсорного чипа 100 в реакционную ячейку 101 сенсорного чипа 100.In the sensor device 200, a light source 205 is further provided, for example, a laser diode, which, when the device 200 is active, emits light of a given wavelength λex or a wider range of wavelengths covering λex, such as a range of fluorescence excitation wavelengths. The light source 205 is mounted in the housing 206 of the sensor device 200 and is positioned so that it emits light through the optical connector 110, or the opening 110, of the sensor chip 100 into the reaction cell 101 of the sensor chip 100.

В сенсорном устройстве 200 дополнительно предусмотрены один или более датчиков 207 для обнаружения изменения состояния, вызванного связыванием рецепторного белкового комплекса 115 с одним или более биологически активными веществами в реакционной ячейке 101.The sensor device 200 is further provided with one or more sensors 207 for detecting a change in state caused by the binding of the receptor protein complex 115 to one or more biologically active substances in the reaction cell 101.

В примере, показанном на фиг. 2A-2C, сенсорное устройство 200 содержит один или более фотодатчиков 207, например, матрицу фотодатчиков 207. Они расположены ниже светопроницаемой части 103, или окна 103 для обнаружения, сенсорного чипа 100 и необязательно защищены слоем 208 материала, проницаемого для света заданной длины волны λem или диапазона длин волн, такого как диапазон длин волн излучения флуоресценции.In the example shown in Fig. 2A-2C, the sensor device 200 comprises one or more photosensors 207, for example, an array of photosensors 207. They are located below the light-transmitting portion 103, or the detection window 103, of the sensor chip 100 and are optionally protected by a layer 208 of material that is transmissive to light of a given wavelength λem or a range of wavelengths, such as a range of wavelengths of fluorescence emission.

Сенсорное устройство 200 дополнительно содержит схему 209 обработки, соединенную с по меньшей мере одним датчиком 207, при этом схема 209 обработки выполнена с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на присутствие в окружающей среде одного или более биологически активных веществ, на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов 115 в реакционной ячейке 101.The sensor device 200 further comprises a processing circuit 209 connected to at least one sensor 207, wherein the processing circuit 209 is configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment, based on determining a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes 115 in the reaction cell 101.

Схема 209 обработки и/или сенсорное устройство 200 может содержать процессор, запоминающее устройство, хранилище данных, схему связи, приемник и/или передатчик Bluetooth, или другие электронные компоненты.The processing circuit 209 and/or the sensor device 200 may comprise a processor, a memory device, a data storage device, a communication circuit, a Bluetooth receiver and/or transmitter, or other electronic components.

Сенсорное устройство 200 дополнительно содержит нагревательный элемент 210 для нагрева по меньшей мере части сенсорного чипа 100. Нагревательный элемент 210 может быть расположен ниже сенсорного чипа 100, например, ниже одного или более датчиков 207, или в каком-либо другом положении, в котором можно управлять температурой реакционной ячейки. Сенсорное устройство 200 может также содержать один или более датчиков температуры для управления температурой.The sensor device 200 further comprises a heating element 210 for heating at least a portion of the sensor chip 100. The heating element 210 may be located below the sensor chip 100, for example, below one or more sensors 207, or in some other position in which the temperature of the reaction cell can be controlled. The sensor device 200 may also comprise one or more temperature sensors for controlling the temperature.

Канал 211 образован в корпусе сенсорного устройства 200 и проходит вдоль поверхности сенсорного чипа 100, где расположена решетка 113. Этот канал 211 соединен с окружающей средой вентиляционными отверстиями 212, или проемами 212. Поток воздуха через этот канал 211 может необязательно приводиться в движение вентиляционным устройством 213, таким как микровентилятор 213.A channel 211 is formed in the housing of the sensor device 200 and extends along the surface of the sensor chip 100, where the grille 113 is located. This channel 211 is connected to the environment by ventilation holes 212, or openings 212. The air flow through this channel 211 can optionally be driven by a ventilation device 213, such as a micro fan 213.

Кроме того, в сенсорном устройстве 200 предусмотрено одно или более из кнопки 214 включения/выключения, динамика 215, соединения для зарядки 216 батарей, одной или более батарей, средства закрепления устройства, например, на лямке 217 рюкзака, матрицы диодов 218, которые указывают состояние устройства 200 и/или сенсорного чипа 100. Уведомления о состоянии устройства 200 и/или сенсорного чипа 100 включают, но без ограничения, состояние батареи устройства 200, проводимость водного раствора или субстрата 116, присутствующего в реакционной камере сенсорного чипа 100, использование устройства 200 или сенсорного чипа 100, остающийся срок службы сенсорного чипа 100, прогнозируемое исчерпание рецепторных белковых комплексов 115 или другие.In addition, the sensor device 200 is provided with one or more of an on/off button 214, a speaker 215, a connection for charging batteries 216, one or more batteries, means for securing the device, for example, on a backpack strap 217, an array of diodes 218 that indicate a state of the device 200 and/or the sensor chip 100. Notifications about the state of the device 200 and/or the sensor chip 100 include, but are not limited to, the state of the battery of the device 200, the conductivity of the aqueous solution or substrate 116 present in the reaction chamber of the sensor chip 100, the use of the device 200 or the sensor chip 100, the remaining service life of the sensor chip 100, the predicted depletion of the receptor protein complexes 115 or others.

Кроме того, сенсорное устройство 200 содержит пользовательский интерфейс 219, например, небольшой экран 219, предоставляющий информацию о качестве воздуха в настоящий текущий момент. Дополнительно может отображаться и другая информация.In addition, the sensor device 200 comprises a user interface 219, such as a small screen 219, providing information about the current air quality. In addition, other information may be displayed.

Ниже обобщены принцип работы и эксплуатации сенсорной системы 500, сенсорного устройства 200 и/или сенсорного чипа 100 согласно фиг. 1A-2C.The operating principle and operation of the sensor system 500, the sensor device 200 and/or the sensor chip 100 are summarized below according to Figs. 1A-2C.

Сенсорный чип 100 можно извлечь из его упаковки (не показана), и, для приведения сенсорного чипа 100 в действие, можно удалить блокирующий элемент 120, или штифт 120, и уплотнительную крышку (не показана). При удалении штифта 120 канал 109, проходящий сквозь отверстие 108, открывается, и вода из резервуара 102 будет достигать полупроницаемой мембраны 121 и, в конечном итоге, реакционной ячейки 101, содержащей предпочтительно лиофилизированный субстрат 116, содержащий соли, буфер и необязательно белки, которые стабилизируют рецепторные белковые комплексы 115, и необязательно небольшие количества поверхностно-активных молекул. Осмотическая концентрация образующегося раствора будет вызывать втягивание воды из резервуара 102 или блистера 118 в реакционную ячейку до полного заполнения реакционной ячейки 101 и уравновешивания осмотического давления жестким корпусом реакционной ячейки 101 или сенсорного чипа 100.The sensor chip 100 can be removed from its packaging (not shown) and, to operate the sensor chip 100, the locking element 120, or pin 120, and the sealing cap (not shown) can be removed. When the pin 120 is removed, the channel 109 passing through the opening 108 is opened and water from the reservoir 102 will reach the semipermeable membrane 121 and, ultimately, the reaction cell 101 containing a preferably lyophilized substrate 116 containing salts, a buffer and optionally proteins that stabilize the receptor protein complexes 115, and optionally small amounts of surface-active molecules. The osmotic concentration of the resulting solution will cause water to be drawn from the reservoir 102 or blister 118 into the reaction cell until the reaction cell 101 is completely filled and the osmotic pressure is balanced by the rigid body of the reaction cell 101 or sensor chip 100.

Затем сенсорный чип 100 можно вставить в сенсорное устройство 200, закрепленное с помощью механизма 204 в виде защелки, присутствующего на устройстве 200, и устройство 200 можно привести в действие. При закреплении в сенсорном устройстве 200 устанавливается контакт между электродами 122, присутствующими в чипе 100, и соответствующими соединениями, расположенными в сенсорном устройстве 200, и оптический соединитель 110, или отверстие 110, присутствующее в стенке чипа 100, позиционируется перед источником 205 света сенсорного устройства 200. Необязательно может быть приведен в действие нагревательный элемент 210. При достижении сенсорным чипом 100 его функционального состояния, например, целевой осмотической концентрации в реакционной ячейке 101 и целевой минимальной температуры, вентиляционное устройство 213 и источник света 205 могут приводиться в действие или автоматически или пользователем, например, с помощью приложения, установленного на пользовательском устройстве, которое может быть беспроводным образом соединено с сенсорным устройством 200.The sensor chip 100 can then be inserted into the sensor device 200 secured by a latch mechanism 204 present on the device 200, and the device 200 can be activated. When fixed in the sensor device 200, a contact is established between the electrodes 122 present in the chip 100 and the corresponding connections located in the sensor device 200, and the optical connector 110, or the opening 110 present in the wall of the chip 100, is positioned in front of the light source 205 of the sensor device 200. Optionally, the heating element 210 can be activated. When the sensor chip 100 reaches its functional state, for example, the target osmotic concentration in the reaction cell 101 and the target minimum temperature, the ventilation device 213 and the light source 205 can be activated either automatically or by the user, for example, using an application installed on the user device, which can be wirelessly connected to the sensor device 200.

Вентиляционное устройство 213 собирает окружающий воздух и проталкивает его через канал 211, в котором расположены решетка 113 и газопроницаемая мембрана 114 сенсорного чипа 100. Молекулы и биологически активные вещества, присутствующие в окружающем воздухе, будут диффундировать через мембрану 114 и запускать сенсорные отклики, как описано выше в настоящем документе, а также со ссылкой на фиг. 3A-3C.The ventilation device 213 collects ambient air and pushes it through the channel 211 in which the grid 113 and the gas-permeable membrane 114 of the sensor chip 100 are located. Molecules and biologically active substances present in the ambient air will diffuse through the membrane 114 and trigger sensory responses as described above in this document and also with reference to Figs. 3A-3C.

На каждой из фиг. 3A-3C показан вид в разрезе реакционной ячейки 101 сенсорного чипа 100 для иллюстрации возможного принципа работы сенсорного чипа 100.Each of Figs. 3A-3C shows a sectional view of a reaction cell 101 of a sensor chip 100 to illustrate a possible operating principle of the sensor chip 100.

Рецепторные белковые комплексы 115 обездвижены на функциональной поверхности 182 реакционной ячейки, например, на внутренней поверхности газопроницаемой мембраны 114, с помощью низкоаффинного лиганда 301, ковалентно связанного с газопроницаемой мембраной 114. Рецепторные белковые комплексы 115 содержат по меньшей мере один лигандсвязывающий домен 302 рецепторного белка, выполненный с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами, поступающими в реакционную ячейку 101. Рецепторные белковые комплексы 115 дополнительно содержат по меньшей мере одну флуоресцентную метку 303, которая далее также называется флуорофором, и аффинную метку 304.The receptor protein complexes 115 are immobilized on the functional surface 182 of the reaction cell, for example, on the inner surface of the gas-permeable membrane 114, using a low-affinity ligand 301 covalently bound to the gas-permeable membrane 114. The receptor protein complexes 115 contain at least one ligand-binding domain 302 of the receptor protein, configured with the possibility of binding to one or more biologically active substances entering the reaction cell 101. The receptor protein complexes 115 additionally contain at least one fluorescent label 303, which is also referred to as a fluorophore hereinafter, and an affinity label 304.

Рецепторные белковые комплексы 115 или лигандсвязывающие домены 302 рецепторных белков могут представлять собой полноразмерные рецепторные белки или только один или несколько доменов рецепторных белков, например, только лигандсвязывающий домен 302. Рецепторные белковые комплексы 115 или лигандсвязывающие домены 302 могут включать, например, ксеносенсор человека, гормон-рецепторный белок или рецептор арильных углеводородов.The receptor protein complexes 115 or the ligand binding domains 302 of the receptor proteins may be full-length receptor proteins or only one or more domains of the receptor proteins, for example, only the ligand binding domain 302. The receptor protein complexes 115 or the ligand binding domains 302 may include, for example, a human xenosensor, a hormone receptor protein, or an aryl hydrocarbon receptor.

Флуорофор 303 может, например, представлять собой зеленый флуоресцентный белок, и в этом случае рецепторные белковые комплексы 115 представляют собой слитый белок, или ковалентно связанный флуоресцентный краситель, подобный, например, DAPI (4′,6-диамидин-2-фенилиндол).Fluorophore 303 may, for example, be green fluorescent protein, in which case receptor protein complexes 115 are a fusion protein, or a covalently linked fluorescent dye, such as DAPI (4′,6-diamidine-2-phenylindole).

Аффинная метка 304 обладает высокой аффинностью к компоненту 305 покрытия, присутствующего на светопроницаемой стенке 103, или окне 103 для обнаружения. Компонент 305 относится к или обозначает молекулярные улавливающие комплексы 117, описанные со ссылкой на фиг. 1A-1D. Аффинная метка 304 может, например, представлять собой биотин, и в этом случае покрытие на светопроницаемой стенке 103, или окне 103 для обнаружения, реакционной ячейки 101 будет содержать стрептавидин. Альтернативно аффинная метка 304 может представлять собой гистидиновую метку, и в этом случае покрытие на светопроницаемой стенке 103 реакционной ячейки 101 будет содержать хелатные ионы никеля.The affinity label 304 has a high affinity for the component 305 of the coating present on the translucent wall 103, or the detection window 103. The component 305 refers to or denotes the molecular capture complexes 117 described with reference to Fig. 1A-1D. The affinity label 304 can, for example, be biotin, in which case the coating on the translucent wall 103, or the detection window 103, of the reaction cell 101 will contain streptavidin. Alternatively, the affinity label 304 can be a histidine tag, in which case the coating on the translucent wall 103 of the reaction cell 101 will contain chelated nickel ions.

Состав рецепторных белковых комплексов 115 может быть приспособлен к требованиям для определенного спектра обнаруживаемых биологически активных веществ окружающей среды и целевой чувствительности. Например, в одном рецепторном белковом комплексе 115 может присутствовать более одного флуорофора 303, то есть с одним рецепторным белковым комплексом 115 могут быть связаны разные флуорофоры и/или несколько единиц одного флуорофора. Дополнительно в заданном сенсорном чипе 100 может присутствовать более одного типа рецепторных белковых комплексов 115. Например, могут использоваться разные рецепторные белки и/или разные домены одного рецепторного белка, и/или рецепторные белки разной рекомбинантной природы, и/или рецепторные белковые комплексы разного состава, например, несущие разные флуорофоры.The composition of the receptor protein complexes 115 can be adapted to the requirements for a certain spectrum of detectable biologically active substances of the environment and target sensitivity. For example, more than one fluorophore 303 can be present in one receptor protein complex 115, i.e. different fluorophores and/or several units of one fluorophore can be associated with one receptor protein complex 115. Additionally, more than one type of receptor protein complexes 115 can be present in a given sensor chip 100. For example, different receptor proteins and/or different domains of one receptor protein can be used, and/or receptor proteins of different recombinant nature, and/or receptor protein complexes of different composition, for example, carrying different fluorophores.

Биологически активные вещества 307, или молекулы 307, которые являются лигандами рецепторных белковых комплексов 115, будут диффундировать через газопроницаемую мембрану 114 и, при нахождении в растворе в реакционной ячейке 101, будут конкурировать с низкоаффинным лигандом 301, ковалентно связанным с газопроницаемой мембраной 114. В зависимости от относительных аффинностей низкоаффинного лиганда 301 и биологически активного вещества 307, это конкурентное связывание с определенной вероятностью будет высвобождать рецепторный белковый комплекс 115 с мембраны 114. Высвобождающийся рецепторный белковый комплекс 308 согласно фиг. 3B свободно диффундирует в реакционной ячейке 101.Biologically active substances 307, or molecules 307, which are ligands of receptor protein complexes 115, will diffuse through gas-permeable membrane 114 and, when in solution in reaction cell 101, will compete with low-affinity ligand 301 covalently bound to gas-permeable membrane 114. Depending on the relative affinities of low-affinity ligand 301 and biologically active substance 307, this competitive binding will, with a certain probability, release receptor protein complex 115 from membrane 114. The released receptor protein complex 308, according to Fig. 3B, freely diffuses in reaction cell 101.

Источник 205 света, присутствующий в сенсорном устройстве 200, излучает луч или предпочтительно пространственный пучок света 309 длины волны λex в реакционную камеру, где λex - длина волны возбуждения флуорофоров 303, присутствующих в рецепторных белковых комплексах 115. При диффузии высвобождающегося рецепторного белкового комплекса 308 в траекторию света флуорофор 303 возбуждается и излучает флуоресцентный свет длины волны λem, как показано на фиг. 3B.The light source 205 present in the sensor device 200 emits a beam or preferably a spatial beam of light 309 of wavelength λex into the reaction chamber, where λex is the excitation wavelength of the fluorophores 303 present in the receptor protein complexes 115. Upon diffusion of the released receptor protein complex 308 into the light path, the fluorophore 303 is excited and emits fluorescent light of wavelength λem, as shown in Fig. 3B.

Светопроницаемая стенка 103, или окно 103 для обнаружения, сенсорного чипа 100 и необязательно стенка 208, отделяющая фотодетекторы 207 от сенсорного чипа 100, являются проницаемыми для света длины волны λem. Из-за геометрии реакционной ячейки 101 и положения светового пространственного пучка 309 приблизительно половина света, излучаемого флуорофорами 303, достигает оболочки фотодатчика 207, окружающей реакционную ячейку (вторая половина проходит к непроницаемым стенкам реакционной ячейки или к газопроницаемой мембране, и она не будет обнаружена).The light-transmitting wall 103, or the detection window 103, of the sensor chip 100 and optionally the wall 208 separating the photodetectors 207 from the sensor chip 100 are transparent to light of wavelength λem. Due to the geometry of the reaction cell 101 and the position of the light spatial beam 309, approximately half of the light emitted by the fluorophores 303 reaches the shell of the photosensor 207 surrounding the reaction cell (the other half passes to the impermeable walls of the reaction cell or to the gas-permeable membrane, and it will not be detected).

В зависимости от полосы пропускания фотодатчиков 207, свет длины волны λex, который может рассеиваться белками или частицами примесей в жидкой матрице или субстрате 116 в реакционной ячейке 101, тоже может запускать сигнал обнаружения. Во избежание этого окно 103 для обнаружения реакционной ячейки 101 предпочтительно является непроницаемым для света длины волны λex.Depending on the bandwidth of the photosensors 207, light of wavelength λex, which can be scattered by proteins or impurity particles in the liquid matrix or substrate 116 in the reaction cell 101, can also trigger a detection signal. To avoid this, the detection window 103 of the reaction cell 101 is preferably opaque to light of wavelength λex.

Поскольку диффузионное движение является случайным, рецепторные белковые комплексы 115 могут оставаться на траектории света или покидать ее и снова входить в нее, со временем давая несколько сигналов. После длительной работы или воздействия на сенсорный чип 100, с газопроницаемой мембраны 114 высвобождается большая часть рецепторных белковых комплексов 115, что может сделать надлежащее обнаружение дополнительной флуоресценции неточным. Поэтому светопроницаемая стенка 103, или окно 103 для обнаружения, реакционной ячейки 101 действует в качестве стока для рецепторных белковых комплексов 115, так как она покрыта молекулярными улавливающими комплексами 117, 305, которые связывают аффинную метку 304 на рецепторных белковых комплексах 115 с высокой аффинностью.Since the diffusion movement is random, the receptor protein complexes 115 can remain in the path of light or leave and re-enter it, giving several signals over time. After a long period of operation or exposure to the sensor chip 100, a large part of the receptor protein complexes 115 is released from the gas-permeable membrane 114, which can make proper detection of additional fluorescence inaccurate. Therefore, the light-permeable wall 103, or detection window 103, of the reaction cell 101 acts as a sink for the receptor protein complexes 115, since it is coated with molecular capture complexes 117, 305, which bind the affinity label 304 on the receptor protein complexes 115 with high affinity.

За исключением светопроницаемой стенки 103, или окна 103 для обнаружения, реакционной ячейки 101 все внутренние поверхности реакционной ячейки могут быть покрыты покрытием с низкой способностью к адсорбции белков, и, из-за внутренней геометрии реакционной ячейки 101, большая часть высвобождающихся рецепторных белковых комплексов 115 в конечном итоге будет проходить через траекторию света и достигать светопроницаемой части 103, или окна 103 для обнаружения, ячейки 101, где они будут удаляться из раствора. With the exception of the light-transmitting wall 103, or detection window 103, of the reaction cell 101, all of the internal surfaces of the reaction cell may be coated with a coating having low protein adsorption capacity, and, due to the internal geometry of the reaction cell 101, most of the released receptor protein complexes 115 will eventually pass through the light path and reach the light-transmitting portion 103, or detection window 103, of the cell 101, where they will be removed from solution.

На основании массы и размера рецепторных белковых комплексов 115, вязкости раствора в реакционной ячейке и температуры в ячейке 101 можно вычислить такие рабочие параметры, как среднее время пребывания рецепторного белкового комплекса 115 в растворе или его период полужизни. Указанное среднее время пребывания можно использовать для коррекции сигнала обнаружения, сообщаемого сенсорным устройством 200 для множества событий возбуждения и излучения, и, таким образом, повысить чувствительность и точность сенсорного устройства 200.Based on the mass and size of the receptor protein complexes 115, the viscosity of the solution in the reaction cell and the temperature in the cell 101, such operating parameters as the average residence time of the receptor protein complex 115 in the solution or its half-life can be calculated. Said average residence time can be used to correct the detection signal reported by the sensor device 200 for a plurality of excitation and emission events, and thus increase the sensitivity and accuracy of the sensor device 200.

При рассеянии, например, на белках или малых частицах примесей, присутствующих в растворе внутри ячейки, свет длины волны λex может достигать обездвиженных рецепторных белковых комплексов 115, присутствующих на газопроницаемой мембране 114 или на окне 103 для обнаружения реакционной ячейки, которые представляют собой рецепторные белковые комплексы 115, уже высвободившиеся посредством биологически активных веществ 307, поступающих в реакционную ячейку 101 и продиффундировавших через ячейку 101. Этот рассеянный свет может возбуждать флуорофоры 303 рецепторных белковых комплексов 115 и вызывать излучение фотонов длины волны λem, которые могут достигать фотодетектора 207 и, таким образом, генерировать сигналы, не связанные с наличием загрязнения воздуха в настоящий момент. Поэтому покрытие на светопроницаемой стенке 103, или окне 103 для обнаружения, реакционной ячейки 101 и/или на газопроницаемой мембране 114 может содержать молекулы, известные как тушащие флуоресценцию флуорофора 303 за счет электронного переноса (не показаны). Гашение рассеянного света будет уменьшать и/или исключать такие события стороннего возбуждения и, таким образом, понижать и/или исключать шум, порождаемый вследствие рассеяния света. Альтернативно интенсивность флуоресценции, обнаруживаемой фотодатчиками 207, можно скорректировать с учетом эффектов рассеяния. Например, интенсивность флуоресценции, исходящей от рецепторных белков, улавливаемых на светопроницаемой стенке 103 или на газопроницаемой мембране 114, можно спрогнозировать на основании экспериментально определяемой величины достигающего их рассеянного света, стабильности флуорофоров 303 и количества рецепторных белковых комплексов 115, которые, как ожидается, будут присутствовать здесь, что можно определить, например, на основании кумулятивных сигналов флуоресценции, обнаруженных фотодатчиками 207.When scattered, for example, by proteins or small particles of impurities present in the solution inside the cell, the light of wavelength λex can reach immobilized receptor protein complexes 115 present on the gas-permeable membrane 114 or on the detection window 103 of the reaction cell, which are receptor protein complexes 115 already released by biologically active substances 307 entering the reaction cell 101 and diffused through the cell 101. This scattered light can excite fluorophores 303 of the receptor protein complexes 115 and cause the emission of photons of wavelength λem, which can reach the photodetector 207 and thus generate signals not associated with the presence of air pollution at the moment. Therefore, the coating on the light-permeable wall 103, or the detection window 103, of the reaction cell 101 and/or on the gas-permeable membrane 114 may comprise molecules known to quench the fluorescence of the fluorophore 303 by electron transfer (not shown). Quenching the scattered light will reduce and/or eliminate such extraneous excitation events and, thus, reduce and/or eliminate noise generated due to light scattering. Alternatively, the fluorescence intensity detected by the photosensors 207 may be corrected for the effects of scattering. For example, the intensity of fluorescence emanating from receptor proteins captured on the light-permeable wall 103 or on the gas-permeable membrane 114 can be predicted based on the experimentally determined amount of scattered light reaching them, the stability of the fluorophores 303, and the number of receptor protein complexes 115 that are expected to be present there, which can be determined, for example, based on the cumulative fluorescence signals detected by the photosensors 207.

На фиг. 4A показан вид в перспективе сенсорного чипа 400 для обнаружения одного или более биологически активных веществ. На каждой из фиг. 4B и 4C показан вид в разрезе сенсорного чипа 400 согласно фиг. 4A. Если не указано иное, сенсорный чип 100 согласно фиг. 4A и 4B имеет те же признаки, что и сенсорный чип 100, описанный со ссылкой на любую из фиг. 1A-3C.Fig. 4A shows a perspective view of a sensor chip 400 for detecting one or more biologically active substances. Each of Fig. 4B and 4C shows a sectional view of the sensor chip 400 according to Fig. 4A. Unless otherwise indicated, the sensor chip 100 according to Fig. 4A and 4B has the same features as the sensor chip 100 described with reference to any of Fig. 1A-3C.

Сенсорный чип 400 согласно фиг. 4A-4C представляет собой двухслойную конструкцию с цилиндрическим поперечным сечением. Возможны и другие поперечные сечения, такие как прямоугольное поперечное сечение. Наружный слой конструкции, или сенсорного чипа 400, содержит жесткую решетку 401, через которую окружающий воздух может проходить, поступая в воздушную камеру 402. Воздушная камера 402 функционально аналогична вышеописанному воздушному каналу 211.The sensor chip 400 according to Fig. 4A-4C is a two-layer structure with a cylindrical cross-section. Other cross-sections are also possible, such as a rectangular cross-section. The outer layer of the structure, or sensor chip 400, contains a rigid grid 401, through which the surrounding air can pass, entering the air chamber 402. The air chamber 402 is functionally similar to the air channel 211 described above.

Внутренний слой конструкции сенсорного чипа 400 содержит решетку 403, через которую составляющие, присутствующие в воздухе воздушной камеры 402, могут получать доступ к газопроницаемой мембране 404. Внутренняя решетка 403 и газопроницаемая мембрана 404 функционально аналогичны описанным выше решетке 113 и газопроницаемой мембране 114.The inner layer of the structure of the sensor chip 400 contains a grid 403 through which the components present in the air of the air chamber 402 can access the gas-permeable membrane 404. The inner grid 403 and the gas-permeable membrane 404 are functionally similar to the grid 113 and the gas-permeable membrane 114 described above.

Реакционную ячейку 405 сенсорного чипа 400 определяет объем, который ограничен цилиндром, образованным газопроницаемой мембраной 404. Она функционально аналогична вышеописанной реакционной ячейке 101.The reaction cell 405 of the sensor chip 400 is defined by a volume that is limited by a cylinder formed by a gas-permeable membrane 404. It is functionally similar to the reaction cell 101 described above.

По аналогии с вышеописанным иллюстративным вариантом осуществления сенсорного чипа 100, внутренняя поверхность газопроницаемой мембраны 404 покрыта обездвиженными рецепторными белковыми комплексами (не показаны на фиг. 4A-4C).Similar to the above-described illustrative embodiment of sensor chip 100, the inner surface of gas-permeable membrane 404 is coated with immobilized receptor protein complexes (not shown in Figs. 4A-4C).

В реакционной ячейке 405 расположены один, два или множество оптических волноводов 406. Они могут присутствовать в форме волокон или в форме плоского оптического волновода, или в любой другой подходящей форме.In the reaction cell 405, one, two or a plurality of optical waveguides 406 are located. They can be present in the form of fibers or in the form of a flat optical waveguide, or in any other suitable form.

Оптические волноводы 406 могут быть покрыты ковалентно связанными молекулярными улавливающими комплексами, которые известны тем, что связывают один или несколько компонентов рецепторных белковых комплексов 115 с высокой аффинностью (не показаны на фиг. 4). Расстояние между газопроницаемой мембраной 404 и поверхностью оптических волноводов 406 предпочтительно находится в диапазоне 0,1 мм или менее. The optical waveguides 406 may be coated with covalently linked molecular capture complexes that are known to bind one or more components of the receptor protein complexes 115 with high affinity (not shown in Fig. 4). The distance between the gas-permeable membrane 404 and the surface of the optical waveguides 406 is preferably in the range of 0.1 mm or less.

Химическая природа, биологическое происхождение молекул или молекулярных комплексов, а также средства обездвиживания на оптических волноводах 406 аналогичны тем, которые описаны для молекул или молекулярных комплексов 117, ковалентно связанных со светопроницаемой стенкой 103 реакционной ячейки 101, описанной со ссылкой на предыдущие фигуры.The chemical nature, the biological origin of the molecules or molecular complexes, and the means of immobilization on the optical waveguides 406 are similar to those described for the molecules or molecular complexes 117 covalently bonded to the translucent wall 103 of the reaction cell 101 described with reference to the previous figures.

Альтернативно расположение обездвиженных рецепторных белков и высокоаффинных комплексов можно заменить на обратное, то есть рецепторные белки могут быть обездвижены на оптических волноводах 406, а высокоаффинные комплексы могут быть обездвижены на газопроницаемой мембране 404.Alternatively, the arrangement of immobilized receptor proteins and high-affinity complexes can be reversed, i.e., receptor proteins can be immobilized on optical waveguides 406, and high-affinity complexes can be immobilized on gas-permeable membrane 404.

Предпочтительно спектры поглощения и другие оптические свойства обездвиженных молекул или молекулярных комплексов, а также спектры поглощения ковалентной связи не перекрываются или лишь в ограниченной степени перекрываются со спектрами поглощения или другими оптическими свойствами рецепторных белковых комплексов 115.Preferably, the absorption spectra and other optical properties of immobilized molecules or molecular complexes, as well as the absorption spectra of the covalent bond, do not overlap or only overlap to a limited extent with the absorption spectra or other optical properties of the receptor protein complexes 115.

Один конец сенсорного чипа 407 содержит водный резервуар 408, функционально аналогичный вышеописанному водному резервуару 102. Соединение водного резервуара 408 с реакционной ячейкой 405 и принцип работы водного резервуара 408 могут быть идентичны вышеописанным. Блокирующий элемент 409, или съемный штифт 409, может уплотнять эластичный блистер 410, расположенный в резервуаре 408 или образующий его, от лиофилизированного содержимого (не показано) реакционной ячейки 405. Полупроницаемая мембрана 411 отделяет субстрат, присутствующий в реакционной ячейке 405, от свободного смешивания с водой в блистере 410, когда штифт 409 удален.One end of the sensor chip 407 comprises a water reservoir 408, which is functionally similar to the above-described water reservoir 102. The connection of the water reservoir 408 to the reaction cell 405 and the operating principle of the water reservoir 408 may be identical to those described above. The locking element 409, or the removable pin 409, may seal the elastic blister 410 located in the reservoir 408 or forming it from the lyophilized content (not shown) of the reaction cell 405. The semipermeable membrane 411 separates the substrate present in the reaction cell 405 from free mixing with the water in the blister 410 when the pin 409 is removed.

Кроме того, на указанном конце сенсорного чипа 400 может быть предусмотрен отражающий элемент, например, оптическое зеркало, или оптический волновод 412, который способен отражать свет, проходящий через один оптический волновод 406, и/или соединяет пары из двух оптических волноводов 406.In addition, at the indicated end of the sensor chip 400, a reflective element may be provided, for example, an optical mirror, or an optical waveguide 412, which is capable of reflecting light passing through one optical waveguide 406, and/or connects pairs of two optical waveguides 406.

Другой конец сенсорного чипа 400 содержит конструкцию 413, или часть 413, с одним, двумя или множеством оптических соединителей 414, или отверстий 414, выровненных с оптическими волноводами 406, расположенными в реакционной ячейке 405 чипа 400, и образующих их продолжения. The other end of the sensor chip 400 comprises a structure 413, or part 413, with one, two or a plurality of optical connectors 414, or openings 414, aligned with optical waveguides 406 located in the reaction cell 405 of the chip 400, and forming their extensions.

Кроме того, участок конструкции 413, или часть 413, сенсорного чипа 400 содержит электрические контакты или соединители 415, электрически соединяющие чип 400 с сенсорным устройством при вставке в него. Эти контакты 415 функционально аналогичны вышеописанным электрическим контактам 122.In addition, the portion of the structure 413, or part 413, of the sensor chip 400 contains electrical contacts or connectors 415, electrically connecting the chip 400 to the sensor device when inserted into it. These contacts 415 are functionally similar to the electrical contacts 122 described above.

В эксплуатации, то есть при установке в активированном сенсорном устройстве, свет 416, излучаемый оптической системой сенсорного устройства, например, одним или более источниками света, проходит продольно через оптические волноводы 406, проложенные в реакционной ячейке 405 от одного конца чипа 400 к другому концу чипа 400 вдоль продольной оси чипа 400. Свет отражается или отклоняется отражающим элементом 412, или оптической конструкцией 412, проходит обратно через оптический волновод 406 к концу, или части 413, сенсорного чипа 400 и в конечном итоге покидает чип 400 в направлении оптической системы сенсорного устройства, как показано номером ссылки 417 на фиг. 4B.In operation, that is, when installed in an activated sensor device, light 416 emitted by the optical system of the sensor device, for example, one or more light sources, passes longitudinally through optical waveguides 406 laid in the reaction cell 405 from one end of the chip 400 to the other end of the chip 400 along the longitudinal axis of the chip 400. The light is reflected or deflected by the reflective element 412, or the optical structure 412, passes back through the optical waveguide 406 to the end, or part 413, of the sensor chip 400 and eventually leaves the chip 400 in the direction of the optical system of the sensor device, as shown by the reference number 417 in Fig. 4B.

На фиг. 5 показан вид в разрезе сенсорной системы 500 для обнаружения одного или более биологически активных веществ. В частности, на фиг. 5 показана сенсорная система 500 с сенсорным устройством 550 и сенсорным чипом 400, вставленным в сенсорное устройство 550. Если не указано иное, сенсорный чип 400 согласно фиг. 5 имеет те же признаки, что и сенсорные чипы 100, 400, описанные со ссылкой на фиг. 1A-4C. Аналогично, сенсорное устройство 550 согласно фиг. 5 имеет те же признаки, что и сенсорное устройство 200, описанное со ссылкой на фиг. 2A-4C.Fig. 5 shows a sectional view of a sensor system 500 for detecting one or more biologically active substances. In particular, Fig. 5 shows a sensor system 500 with a sensor device 550 and a sensor chip 400 inserted into the sensor device 550. Unless otherwise indicated, the sensor chip 400 according to Fig. 5 has the same features as the sensor chips 100, 400 described with reference to Figs. 1A-4C. Similarly, the sensor device 550 according to Fig. 5 has the same features as the sensor device 200 described with reference to Figs. 2A-4C.

На фиг. 5 показан сенсорный чип 400, вставленный в сенсорное устройство 550. Конструкция 413, образующая один конец сенсорного чипа 400, вставлена в сенсорное устройство 550 и устанавливает контакт с электронными и оптическими соединениями, расположенными в устройстве 550. В частности, оптические волноводы 406, присутствующие в сенсорном чипе 400, соединяются посредством оптических соединителей 414, или отверстий 414, с оптической системой 503, расположенной в сенсорном устройстве 550. Оптическая система 503 содержит один или несколько источников 504 света и один или несколько детекторов 505 света, таких как фотодатчики 505.Fig. 5 shows a sensor chip 400 inserted into a sensor device 550. A structure 413 forming one end of the sensor chip 400 is inserted into the sensor device 550 and establishes contact with electronic and optical connections located in the device 550. In particular, optical waveguides 406 present in the sensor chip 400 are connected via optical connectors 414, or openings 414, to an optical system 503 located in the sensor device 550. The optical system 503 comprises one or more light sources 504 and one or more light detectors 505, such as photosensors 505.

В гнезде, присутствующем на устройстве 550, и оконечной конструкции чипа 400 предусмотрены дополнительные направляющие (не показаны), которые обеспечивают надлежащую ориентацию чипа 400 в устройстве 550, как описано выше. Крепление чипа 400 в гнезде можно выполнить с помощью, например, механизма в виде защелки, магнитного соединения или свинчивания.In the socket present on the device 550 and the final structure of the chip 400, additional guides (not shown) are provided, which ensure the proper orientation of the chip 400 in the device 550, as described above. The fastening of the chip 400 in the socket can be performed using, for example, a mechanism in the form of a latch, a magnetic connection or a screw.

Кроме того, устройство 550 содержит батарею, микропроцессор и потенциально другие электронные компоненты, как описано со ссылкой на предыдущие фигуры.In addition, device 550 includes a battery, a microprocessor, and potentially other electronic components as described with reference to the preceding figures.

Окружающий воздух пассивно поступает в воздушную камеру 402 через жесткую решетку 401 сенсорного чипа 400. Движущей силой может быть движение окружающего воздуха относительно сенсорного чипа 400 и/или броуновское движение.The ambient air passively enters the air chamber 402 through the rigid grid 401 of the sensor chip 400. The driving force may be the movement of the ambient air relative to the sensor chip 400 and/or Brownian motion.

Альтернативно гнездо на устройстве 550 может иметь такую же длину, как весь сенсорный чип 400, или длину больше, чем у сенсорного чипа. В этом случае чип 400 полностью вставляется в устройство 550, и устройство 550 может содержать дополнительные признаки, такие как вентиляционное устройство, для отбора окружающего воздуха и его подачи в воздушную камеру 402 сенсорного чипа 500.Alternatively, the socket on the device 550 may have the same length as the entire sensor chip 400, or a length greater than the sensor chip. In this case, the chip 400 is completely inserted into the device 550, and the device 550 may contain additional features, such as a ventilation device, for taking ambient air and supplying it to the air chamber 402 of the sensor chip 500.

Признаки, присутствующие на поверхности устройства 550, такие как диоды, экран или средства прикрепления устройства к одежде, велосипедам или лямкам рюкзаков, аналогичны описанным со ссылкой на фиг. 2A-2C.The features present on the surface of the device 550, such as diodes, a screen, or means for attaching the device to clothing, bicycles, or backpack straps, are similar to those described with reference to Figs. 2A-2C.

На фиг. 6 показан вид в разрезе реакционной ячейки 405 сенсорного чипа 400 для иллюстрации возможного принципа работы сенсорного чипа 400 согласно фиг. 4A-5. Fig. 6 shows a sectional view of the reaction cell 405 of the sensor chip 400 to illustrate a possible operating principle of the sensor chip 400 according to Fig. 4A-5.

Аналогично примеру, описанному со ссылкой на фиг. 1A-3C, рецепторные белковые комплексы 115 обездвижены на газопроницаемой мембране 404 путем связывания с ковалентно связанными молекулами 301, известными в качестве низкоаффинных лигандов лигандсвязывающего домена 302 используемых рецепторных белковых комплексов 115.Similar to the example described with reference to Fig. 1A-3C, the receptor protein complexes 115 are immobilized on the gas-permeable membrane 404 by binding to covalently linked molecules 301, known as low-affinity ligands of the ligand-binding domain 302 of the receptor protein complexes 115 used.

Рецепторные белковые комплексы 115 состоят из по меньшей мере лигандсвязывающего домена 302 рецепторного белка. Необязательно присутствуют дополнительные компоненты, такие как аффинная метка 304. Признаки компонентов рецепторных белковых комплексов 115, такие как биологическое происхождение или рекомбинантная природа, являются такими же, как описано выше со ссылкой на предыдущие фигуры.The receptor protein complexes 115 consist of at least the ligand binding domain 302 of the receptor protein. Optionally, additional components are present, such as an affinity tag 304. The features of the components of the receptor protein complexes 115, such as biological origin or recombinant nature, are the same as described above with reference to the previous figures.

Молекулы или биологически активные вещества 307 окружающей среды, присутствующие в воздушной камере 402, диффундируют через решетку 403 и газопроницаемую мембрану 404 и поступают в реакционную ячейку 405.Molecules or biologically active substances 307 of the environment present in the air chamber 402 diffuse through the grid 403 and the gas-permeable membrane 404 and enter the reaction cell 405.

Попадая в реакционную ячейку 405, биологически активные вещества 307 конкурируют за связывание на лигандсвязывающем домене 302 рецепторных белковых комплексов 115 и, в конечном счете, высвобождают рецепторные белковые комплексы 115 из мембраны 404.Once in the reaction cell 405, biologically active substances 307 compete for binding to the ligand-binding domain 302 of receptor protein complexes 115 and, ultimately, release receptor protein complexes 115 from membrane 404.

Высвобождающиеся рецепторные белковые комплексы 308 свободно перемещаются в реакционной ячейке 405 и в конечном итоге достигают оптических волноводов 406, присутствующих в ее центре, и связываются с молекулами или молекулярными улавливающими комплексами 117, присутствующими на поверхности оптических волноводов 406. Это связывание будет изменять свойства граничного слоя между субстратом или жидкой матрицей, присутствующей в реакционной ячейке 405, и поверхностью оптических волноводов 406.The released receptor protein complexes 308 move freely in the reaction cell 405 and eventually reach the optical waveguides 406 present in its center and bind to the molecules or molecular trapping complexes 117 present on the surface of the optical waveguides 406. This binding will change the properties of the boundary layer between the substrate or liquid matrix present in the reaction cell 405 and the surface of the optical waveguides 406.

Свет 611, проходящий через оптический волновод 406, не полностью ограничен оптическим волноводом 406, но будет в некоторой степени проникать в субстрат или жидкую матрицу, присутствующую в реакционной ячейке 405, образуя проникающее поле, которое взаимодействует с непосредственным окружением оптического волновода 406. Light 611 passing through optical waveguide 406 is not completely confined by optical waveguide 406, but will to some extent penetrate into the substrate or liquid matrix present in reaction cell 405, forming a penetrating field that interacts with the immediate environment of optical waveguide 406.

Например, сенсорное устройство 550 или один или более датчиков 505 могут измерять поглощение этого проникающего поля. Источник света, присутствующий в сенсорном устройстве, излучает свет с конкретным спектром, например, с узким окном длины волны λem. Спектр поглощения одного или нескольких компонентов рецепторных белковых комплексов 115 проявляет максимум на длине волны λabs. Если λabs ≈ λem, результатом присутствия рецепторных белковых комплексов 115 в непосредственной близости к поверхности оптического волновода 406 является снижение интенсивности света, достигающего фотодатчика 505 в сенсорном устройстве 550. Это снижение интенсивности света можно оценить количественно. Снижение в единицу времени дает прямое измерение количества рецепторных белковых комплексов 115, связывающихся с оптическим волноводом 406 в единицу времени, что, в свою очередь, коррелирует с количеством биологически активных веществ 307, поступающих в реакционную ячейку 405 и, таким образом, с их концентрацией в окружающем воздухе. В альтернативных вариантах осуществления можно использовать, например, волноводное соединение, поверхностный плазмонный резонанс или возбуждение флуоресценции компонентов рецепторных белковых комплексов 115 проникающим полем.For example, the sensor device 550 or one or more sensors 505 can measure the absorption of this penetrating field. The light source present in the sensor device emits light with a specific spectrum, for example, with a narrow window of wavelength λem. The absorption spectrum of one or more components of the receptor protein complexes 115 exhibits a maximum at a wavelength λabs. If λabs ≈ λem, the presence of the receptor protein complexes 115 in close proximity to the surface of the optical waveguide 406 results in a decrease in the intensity of the light reaching the photosensor 505 in the sensor device 550. This decrease in the intensity of the light can be quantified. The decrease per unit time provides a direct measurement of the amount of receptor protein complexes 115 binding to the optical waveguide 406 per unit time, which in turn correlates with the amount of biologically active substances 307 entering the reaction cell 405 and, thus, with their concentration in the surrounding air. In alternative embodiments, it is possible to use, for example, a waveguide connection, surface plasmon resonance or excitation of fluorescence of components of receptor protein complexes 115 by a penetrating field.

Альтернативно принцип обнаружения может являться обратным. Рецепторные белковые комплексы 115 могут быть обездвижены на оптических волноводах 406, и при связывании биологически активных веществ, поступивших в реакционную ячейку 405 из окружающей среды, они высвобождаются с оптических волноводов. Присутствие лигандов рецепторных белковых комплексов 115 в данном варианте осуществления ослабляет взаимодействие между комплексами 115 и проникающим полем. Например, присутствие лигандов рецепторных белковых комплексов 115 в окружающей среде будет уменьшать поглощение проникающегося света и, таким образом, повышать интенсивность света, достигающего фотодетекторов 505 в сенсорном устройстве 550.Alternatively, the detection principle may be the opposite. The receptor protein complexes 115 may be immobilized on the optical waveguides 406, and upon binding of biologically active substances that have entered the reaction cell 405 from the environment, they are released from the optical waveguides. The presence of ligands of the receptor protein complexes 115 in this embodiment weakens the interaction between the complexes 115 and the penetrating field. For example, the presence of ligands of the receptor protein complexes 115 in the environment will reduce the absorption of penetrating light and, thus, increase the intensity of the light reaching the photodetectors 505 in the sensor device 550.

Еще один принцип обнаружения, потенциально используемый в сенсорном чипе 400, основывается на пьезоэлектрическом обнаружении осаждения и/или высвобождения рецепторных белковых комплексов. Этот принцип работы может быть идентичным описанному со ссылкой на фиг. 6, но обнаружение связывания высвобожденных рецепторных белковых комплексов 115 с высокоаффинными лигандами на принимающей поверхности достигается путем определения массы материала, связывающегося с поверхностью, а не изменений оптических свойств поверхности.Another detection principle potentially used in the sensor chip 400 is based on piezoelectric detection of deposition and/or release of receptor protein complexes. This operating principle may be identical to that described with reference to Fig. 6, but detection of binding of released receptor protein complexes 115 to high-affinity ligands on the receiving surface is achieved by determining the mass of the material binding to the surface, rather than changes in the optical properties of the surface.

В таких вариантах осуществления оптические волноводы 406 можно заменить одним или более пьезоэлементами, способными с высокой чувствительностью обнаруживать изменения массы, адсорбированной на их поверхности. Таким образом, по меньшей мере один пьезоэлемент может присутствовать в центре реакционной ячейки 405 или включать одну или несколько стенок реакционной ячейки.In such embodiments, the optical waveguides 406 can be replaced by one or more piezoelectric elements capable of detecting changes in the mass adsorbed on their surface with high sensitivity. Thus, at least one piezoelectric element can be present in the center of the reaction cell 405 or include one or more walls of the reaction cell.

Альтернативно сенсорные чипы на основе пьезоэффекта могут основываться на обратном принципе. Рецепторные белковые комплексы 115 могут быть обездвижены на пьезоэлементах и высвобождаться с них при связывании с биологически активными веществами, поступившими в реакционную ячейку 405. Результатом будет обнаружение уменьшения массы, связанной с пьезоэлементами.Alternatively, piezoelectric sensor chips can be based on the reverse principle. Receptor protein complexes 115 can be immobilized on piezoelectric elements and released from them upon binding to biologically active substances that have entered the reaction cell 405. The result will be the detection of a decrease in the mass associated with the piezoelectric elements.

Хотя были описаны датчики для обнаружения веществ окружающей среды с помощью пьезоэлементов, решение, предложенное здесь, предлагает значительно более высокую чувствительность. Датчики на основе пьезоэффекта, описанные в известном уровне техники, основываются на измерении увеличения массы, привносимой за счет связывания вещества из окружающей среды, например, с рецепторными белками, обездвиженными на поверхности пьезоэлемента. Напротив, непрямой способ обнаружения, описанный в настоящем документе, основывается на связывании рецепторных белковых комплексов 115 в целом. Обычно они имеют массу на порядки больше и могут быть более эффективно обнаружены пьезоэлементами.Although sensors for detecting environmental substances using piezoelectric elements have been described, the solution proposed here offers significantly higher sensitivity. The sensors based on the piezoelectric effect described in the prior art rely on measuring the increase in mass introduced by binding a substance from the environment, for example, to receptor proteins immobilized on the surface of a piezoelectric element. In contrast, the indirect detection method described herein relies on binding receptor protein complexes 115 as a whole. These typically have orders of magnitude greater mass and can be more effectively detected by piezoelectric elements.

Далее описаны иллюстративные материалы для сенсорного чипа, не составляющие ограничение. Внутренняя поверхность реакционной ячейки, содержащая газопроницаемую мембрану, может быть покрыта материалами или изготовлена из материалов, не поглощающих (растворимые в воде) белки. Примеры включают фторполимеры, такие как тефлон, или покрытия с высокой гидрофобностью. Альтернативно может быть предусмотрено предварительное покрытие поверхностей белками, такими как овальбумин или альбумин сыворотки крупного рогатого скота. Отверстие, через которое свет, излучаемый источником света, поступает в реакционную ячейку, может быть проницаемым для света с по меньшей мере длиной волны λex.Illustrative materials for the sensor chip are described below, but are not limiting. The inner surface of the reaction cell, containing the gas-permeable membrane, can be coated with materials or made of materials that do not absorb (water-soluble) proteins. Examples include fluoropolymers such as Teflon or coatings with high hydrophobicity. Alternatively, pre-coating of the surfaces with proteins such as ovalbumin or bovine serum albumin can be provided. The opening through which the light emitted by the light source enters the reaction cell can be permeable to light with at least a wavelength of λex.

Подходящие материалы для газопроницаемой мембраны могут включать, но без ограничения, гидрофобные мембраны с перфорационными отверстиями микронного размера, изготовленные, например, из фторполимеров, пористые мембраны из PET, углеродную бумагу, предпочтительно с гидрофобным покрытием, и пористые мембраны из силикон-PDMS.Suitable materials for the gas permeable membrane may include, but are not limited to, hydrophobic membranes with micron-sized perforations made from, for example, fluoropolymers, porous PET membranes, carbon paper, preferably with a hydrophobic coating, and porous silicone-PDMS membranes.

Материал окна для обнаружения, или светопроницаемой стенки, реакционной ячейки может быть проницаемым для света с длиной волны λem и предпочтительно непроницаемым для света с длиной волны λex. Соответствующие материалы известны из применений в фотоспектрометрических приборах и являются специфичными для флуорофоров, используемых в реакционной ячейке. Материал окна для обнаружения, или светопроницаемой стенки, реакционной ячейки может дополнительно быть стойким к действию водных растворов солей с нейтральным pH. Если такие материалы с дополнительными спектроскопическими свойствами недоступны, можно использовать стенку с покрытием или двухслойную. Покрытие или защитный слой может быть проницаемым по меньшей мере для света с длиной волны λem. Для повышения робастности окна для обнаружения можно использовать слоистую конструкцию: материал, проницаемый для света с длиной волны λem, но непроницаемый для длины волны λex, например, может быть расположен между двумя слоями робастного материала, проницаемого по меньшей мере для света с длиной волны λem. Альтернативно робастный материал, проницаемый по меньшей мере для света с длиной волны λem, может быть покрыт подходящим покрытием, проницаемым для света с длиной волны λem, но не для света с длиной волны λex.The material of the detection window, or the translucent wall, of the reaction cell may be translucent for light of wavelength λem and preferably impermeable for light of wavelength λex. Suitable materials are known from applications in photospectrometric instruments and are specific for the fluorophores used in the reaction cell. The material of the detection window, or the translucent wall, of the reaction cell may additionally be resistant to the action of aqueous solutions of salts with neutral pH. If such materials with additional spectroscopic properties are not available, a coated or bilayer wall may be used. The coating or protective layer may be translucent at least for light of wavelength λem. To increase the robustness of the detection window, a layered design may be used: a material translucent for light of wavelength λem but impermeable for wavelength λex, for example, may be located between two layers of robust material translucent at least for light of wavelength λem. Alternatively, a robust material that is transparent to at least light of wavelength λem may be coated with a suitable coating that is transparent to light of wavelength λem but not to light of wavelength λex.

Оптическая система сенсорного устройства может содержать источник света, предпочтительно излучающий свет в узкой полосе частот с длиной волны в диапазоне λex или λabs, как описано выше, и отверстие в стенке реакционной ячейки может быть проницаемым для света по меньшей мере в этом диапазоне длин волн. Альтернативно источник света может излучать свет в широком диапазоне длин волн, и в этом случае отверстие в стенке реакционной ячейки предпочтительно является проницаемым для света в узкой полосе частот только в диапазоне λex или λabs.The optical system of the sensor device may comprise a light source, preferably emitting light in a narrow frequency band with a wavelength in the range of λex or λabs, as described above, and the opening in the wall of the reaction cell may be permeable to light at least in this wavelength range. Alternatively, the light source may emit light in a wide range of wavelengths, and in this case the opening in the wall of the reaction cell is preferably permeable to light in a narrow frequency band only in the range of λex or λabs.

Для оптических волноводов, материал должен иметь показатель преломления относительно субстрата или жидкой матрицы внутри реакционной ячейки, подходящий для оптимизации интенсивности проникающего поля. Точные значения будут зависеть от используемой длины волны, которая, в свою очередь, зависит от спектра поглощения рецепторных белковых комплексов. For optical waveguides, the material must have a refractive index relative to the substrate or liquid matrix inside the reaction cell that is suitable for optimizing the intensity of the penetrating field. The exact values will depend on the wavelength used, which in turn depends on the absorption spectrum of the receptor protein complexes.

Для сенсорного устройства можно использовать один или более слоев, покрывающих и защищающих датчики, такие как фотодатчики. Требования и технические решения идентичны описанным выше в настоящем документе для светопроницаемой стенки, или окна для обнаружения.For the sensor device, one or more layers may be used to cover and protect sensors, such as photo sensors. The requirements and technical solutions are identical to those described above in this document for the translucent wall, or detection window.

Далее обобщены иллюстративные и неограничивающие размеры сенсорного устройства и сенсорного чипа.The following are generalized illustrative and non-limiting dimensions of the sensor device and sensor chip.

Для стационарного устройства, сенсорное устройство может иметь объем до приблизительно 1000 см3. Сенсорный чип может иметь длину приблизительно 1-10 см, ширину 5-10 см и толщину 2-3 см, и реакционная ячейка может иметь диффузионное расстояние предпочтительно менее 0,5 мм.For a stationary device, the sensor device may have a volume of up to about 1000 cm3. The sensor chip may have a length of about 1-10 cm, a width of 5-10 cm and a thickness of 2-3 cm, and the reaction cell may have a diffusion distance of preferably less than 0.5 mm.

Для переносного сенсорного устройства, сенсорное устройство может иметь объем до приблизительно 200 см3. Сенсорный чип может иметь длину приблизительно 1-5 см, ширину 0,5-1 см и толщину 0,5-1 см, и реакционная ячейка может иметь диффузионное расстояние предпочтительно менее 0,5 мм.For a portable sensor device, the sensor device may have a volume of up to about 200 cm3. The sensor chip may have a length of about 1-5 cm, a width of 0.5-1 cm and a thickness of 0.5-1 cm, and the reaction cell may have a diffusion distance of preferably less than 0.5 mm.

На фиг. 7 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, например, с использованием сенсорной системы, сенсорного устройства и/или сенсорного чипа, описанных со ссылкой на предыдущие фигуры.Fig. 7 is a block diagram illustrating a method for detecting one or more biologically active substances in an environment, for example using the sensor system, sensor device and/or sensor chip described with reference to the previous figures.

На этапе S1 одно или более биологически активных веществ проходят через мембрану 114 сенсорного чипа 100 в реакционную ячейку 101 сенсорного чипа 100.At step S1, one or more biologically active substances pass through the membrane 114 of the sensor chip 100 into the reaction cell 101 of the sensor chip 100.

На этапе S2 одно или более биологически активных веществ связываются с одним или более рецепторными белковыми комплексами 115, что тем самым вызывает изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов 115.In step S2, one or more biologically active substances bind to one or more receptor protein complexes 115, thereby causing a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes 115.

На этапе S3 вызванное изменение состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов 115 обнаруживают.At step S3, the induced change in the state of said at least part of the receptor protein complexes 115 is detected.

На этапе S4, на основании определенного изменения состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов 115, генерируют сигнал обнаружения, указывающий наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.At step S4, based on the determined change in the state of said at least part of the receptor protein complexes 115, a detection signal is generated indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment.

Для целей настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, за исключением случаев, в которых указано иное, все числа, выражающие величины, количества, процентные доли и т. д., следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «приблизительно». Также все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и включают любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть или не быть конкретно перечислены в настоящем документе. Поэтому в данном контексте число A понимают как A ± 20% от A. В данном контексте число A можно считать включающим числовые значения, которые находятся в пределах общей стандартной ошибки для измерения свойства, которое модифицирует число A. Число A в некоторых случаях при использовании в прилагаемой формуле изобретения может отклоняться на перечисленные выше процентные доли при условии, что величина, на которую отклоняется A, существенно не влияет на основные и новые характеристику(-и) заявленного изобретения. Также все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и включают любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть или не быть конкретно перечислены в настоящем документе.For the purposes of the present specification and the appended claims, except where otherwise indicated, all numbers expressing quantities, amounts, percentages, etc., are to be understood as modified in all instances by the term "about". Also, all ranges include the disclosed maximum and minimum points and include any intermediate ranges therebetween that may or may not be specifically listed herein. Therefore, in this context, the number A is understood to be A ± 20% of A. In this context, the number A may be considered to include numerical values that are within the common standard error for the measurement of the property that the number A modifies. The number A, in some instances, when used in the appended claims, may vary by the percentages listed above, provided that the amount by which A varies does not materially affect the basic and novel characteristic(s) of the claimed invention. Also, all ranges include the disclosed maximum and minimum points and include any intermediate ranges therebetween that may or may not be specifically listed herein.

Хотя настоящее изобретение подробно изображено и описано на графических материалах и в приведенном выше описании, такое изображение и описание должны рассматриваться как иллюстративные или приводимые в качестве примера и неограничивающие; настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. После изучения графических материалов, раскрытия изобретения и прилагаемой формулы изобретения специалисты в данной области техники, реализующие на практике заявленное изобретение, могут понять и применять другие варианты раскрытых вариантов осуществления.Although the present invention has been shown and described in detail in the drawings and the foregoing description, such showing and description are to be considered illustrative or exemplary and not restrictive; the present invention is not limited to the disclosed embodiments. After studying the drawings, the disclosure, and the appended claims, those skilled in the art practicing the claimed invention may understand and apply other variations of the disclosed embodiments.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и формы единственного числа не исключают множественного. Тот факт, что определенные меры упоминаются в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована как преимущество. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and singular forms do not exclude the plural. The fact that certain measures are mentioned in different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the invention.

Claims (24)

1. Сенсорный чип для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, при этом окружающая среда включает окружающий воздух, причем сенсорный чип выполнен с возможностью функционального соединения с сенсорным устройством и содержит:1. A sensor chip for detecting one or more biologically active substances in an environment, wherein the environment includes ambient air, wherein the sensor chip is designed to be functionally connected to a sensor device and comprises: реакционную ячейку, содержащую множество рецепторных белковых комплексов; иa reaction cell containing a plurality of receptor protein complexes; and мембрану, отделяющую реакционную ячейку от окружающей среды и проницаемую для одного или более биологически активных веществ;a membrane separating the reaction cell from the environment and permeable to one or more biologically active substances; при этом рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами в реакционной ячейке, что таким образом вызывает обнаруживаемое изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов;wherein the receptor protein complexes are designed with the possibility of binding to one or more biologically active substances in the reaction cell, which thus causes a detectable change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes; причем сенсорный чип выполнен с формой и размером для по меньшей мере частичной вставки съемным образом в гнездо сенсорного устройства для обнаружения одного или более биологически активных веществ.wherein the sensor chip is designed with a shape and size for at least partial insertion in a removable manner into a socket of a sensor device for detecting one or more biologically active substances. 2. Сенсорный чип по п. 1, в котором обнаруживаемое изменение состояния указанной по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов указывает на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде.2. The sensor chip according to claim 1, wherein the detectable change in the state of said at least part of the receptor protein complexes indicates the presence of one or more biologically active substances in the environment. 3. Сенсорный чип по п. 1 или 2, в котором изменение состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов связано с одним или более из изменения конформационного состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения локализации по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, изменения положения по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке, изменения состава по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения массы по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения массы по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения физического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения физического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения оптического свойства по меньшей мере части реакционной ячейки, изменения химического свойства по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов, изменения химического свойства субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, изменения проводимости субстрата, содержащегося в реакционной ячейке, и изменения концентрации свободных флуоресцентных или светопоглощающих молекул в по меньшей мере части реакционной ячейки.3. The sensor chip according to claim 1 or 2, wherein the change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes is associated with one or more of a change in the conformational state of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the localization of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell, a change in the position of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell, a change in the composition of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the mass of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in the mass of at least a portion of the reaction cell, a change in a physical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a physical property of at least a portion of the reaction cell, a change in an optical property of at least a portion of the reaction cell, a change in a chemical property of at least a portion of the receptor protein complexes, a change in a chemical property of the substrate contained in the reaction cell, a change in the conductivity of the substrate contained in the reaction cell, and a change in the concentration of free fluorescent or light-absorbing molecules in at least a portion of the reaction cell. 4. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, в котором рецепторные белковые комплексы выполнены с возможностью изменения положения в реакционной ячейке при связывании с одним или более биологически активными веществами.4. A sensor chip according to any of the preceding paragraphs, wherein the receptor protein complexes are designed with the ability to change position in the reaction cell upon binding to one or more biologically active substances. 5. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, в котором окружающая среда включает воду.5. The sensor chip according to any one of the preceding claims, wherein the surrounding medium comprises water. 6. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, в котором мембрана является проницаемой для газов и/или мембрана является непроницаемой для воды или водосодержащей жидкости.6. A sensor chip according to any of the preceding claims, wherein the membrane is permeable to gases and/or the membrane is impermeable to water or an aqueous liquid. 7. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий один или более соединителей для функционального соединения сенсорного чипа с сенсорным устройством.7. A sensor chip according to any of the preceding claims, further comprising one or more connectors for operatively connecting the sensor chip to a sensor device. 8. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий один или более электродов, по меньшей мере частично расположенных в реакционной ячейке и выполненных с возможностью определения проводимости субстрата или состава в реакционной ячейке.8. A sensor chip according to any of the preceding claims, further comprising one or more electrodes at least partially located in the reaction cell and configured to determine the conductivity of the substrate or composition in the reaction cell. 9. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий по меньшей мере одно окно для обнаружения, прозрачное для электромагнитного излучения, излучаемого и/или рассеиваемого по меньшей мере одним или более компонентами рецепторных белковых комплексов.9. A sensor chip according to any of the preceding claims, further comprising at least one detection window transparent to electromagnetic radiation emitted and/or scattered by at least one or more components of the receptor protein complexes. 10. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащий по меньшей мере один резервуар, выполненный с возможностью соединения по текучей среде с реакционной ячейкой, при этом по меньшей мере один резервуар выполнен с возможностью подачи деионизированной воды в реакционную ячейку.10. A sensor chip according to any one of the preceding claims, further comprising at least one reservoir configured to be fluidly connected to the reaction cell, wherein the at least one reservoir is configured to supply deionized water to the reaction cell. 11. Сенсорный чип по любому из предыдущих пунктов, в котором каждый из рецепторных белковых комплексов содержит по меньшей мере один лигандсвязывающий домен рецепторного белка, выполненный с возможностью связывания с одним или более биологически активными веществами и выполненный с возможностью изменения конформации при связывании с одним из биологически активных веществ.11. A sensor chip according to any of the preceding paragraphs, wherein each of the receptor protein complexes comprises at least one ligand-binding domain of the receptor protein, configured to bind to one or more biologically active substances and configured to change conformation upon binding to one of the biologically active substances. 12. Сенсорный чип по п. 11, в котором рецепторный белок представляет собой ксеносенсорный белок или гормон-рецепторный белок.12. The sensor chip of claim 11, wherein the receptor protein is a xenosensor protein or a hormone receptor protein. 13. Сенсорное устройство для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, при этом окружающая среда включает окружающий воздух, причем сенсорное устройство выполнено с возможностью функционального соединения с по меньшей мере одним сенсорным чипом по любому из пп. 1-12 и содержит:13. A sensor device for detecting one or more biologically active substances in an environment, wherein the environment comprises ambient air, wherein the sensor device is configured to be operatively connected to at least one sensor chip according to any one of claims 1-12 and comprises: по меньшей мере одно гнездо для по меньшей мере частичного вмещения по меньшей мере одного сенсорного чипа;at least one socket for at least partially accommodating at least one sensor chip; по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов в реакционной ячейке по меньшей мере одного сенсорного чипа, причем изменение состояния вызвано связыванием одного или более рецепторных белковых комплексов с одним или более биологически активными веществами, поступающими из окружающей среды через мембрану сенсорного чипа в реакционную ячейку сенсорного чипа; иat least one sensor configured to detect a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes in the reaction cell of at least one sensor chip, wherein the change in state is caused by the binding of one or more receptor protein complexes with one or more biologically active substances entering from the environment through the membrane of the sensor chip into the reaction cell of the sensor chip; and схему обработки, соединенную с по меньшей мере одним датчиком, при этом схема обработки выполнена с возможностью предоставления сигнала обнаружения, указывающего на наличие одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, на основании определения изменения состояния по меньшей мере части рецепторных белковых комплексов.a processing circuit connected to at least one sensor, wherein the processing circuit is configured to provide a detection signal indicating the presence of one or more biologically active substances in the environment, based on determining a change in the state of at least a portion of the receptor protein complexes. 14. Сенсорное устройство по п. 13, в котором сигнал обнаружения указывает на количество одного или более биологически активных веществ в единице объема окружающей среды, массу биологически активного вещества в единице объема окружающей среды, концентрацию биологически активного вещества в окружающей среде, потенциал активации рецепторного белка окружающей среды и биологическую активность окружающей среды.14. The sensor device of claim 13, wherein the detection signal indicates the amount of one or more biologically active substances in a unit volume of the environment, the mass of the biologically active substance in a unit volume of the environment, the concentration of the biologically active substance in the environment, the activation potential of a receptor protein of the environment, and the biological activity of the environment. 15. Сенсорная система для обнаружения одного или более биологически активных веществ в окружающей среде, содержащая:15. A sensor system for detecting one or more biologically active substances in the environment, comprising: по меньшей мере один сенсорный чип по любому из пп. 1-12; иat least one sensor chip according to any one of claims 1 to 12; and сенсорное устройство по п. 13 или 14.a sensor device according to item 13 or 14.
RU2024112337A 2021-10-08 2022-10-06 Detection of biologically active substances in environment RU2834325C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21201778.4 2021-10-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2024112337A RU2024112337A (en) 2024-05-20
RU2834325C2 true RU2834325C2 (en) 2025-02-05

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004016727A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Bioprocessors Corporation Determination and/or control of reactor environmental conditions
WO2009073625A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-11 Receptors Llc Sensors employing combinatorial artificial receptors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004016727A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-26 Bioprocessors Corporation Determination and/or control of reactor environmental conditions
WO2009073625A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-11 Receptors Llc Sensors employing combinatorial artificial receptors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧЕРНИКОВ М.В. Клеточные рецепторы: Современный взгляд на классификацию и архитектуру (обзор литературы) // Волгоградский научно-медицинский журнал, 2009. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7034677B2 (en) Non-specific sensor array detectors
US20170027482A1 (en) Wireless colorimetric sensor
US7425310B2 (en) Apparatus, system, and method of detecting an analyte utilizing pyroelectric technology
King et al. Detecting staphylococcal enterotoxin B using an automated fiber optic biosensor
ES2884221T3 (en) Device for the rapid detection of infectious agents
US7171312B2 (en) Chemical and biological agent sensor array detectors
JP2004053582A (en) Gas detector
EP1212610B1 (en) Carbon monoxide sensor
WO2015104184A1 (en) Reducing non-reversible cross sensitivity for volatile acids or bases in chemo-optical sensor spots
Toda et al. Fluorometric field instrument for continuous measurement of atmospheric hydrogen sulfide
SE0103688D0 (en) Method and device for immunoassay
Gavrila et al. Hazardous materials from threats to safety: molecularly imprinted polymers as versatile safeguarding platforms
RU2834325C2 (en) Detection of biologically active substances in environment
JP7727102B2 (en) Detection of biologically active substances in ambient media
Pratap et al. Sensor Technologies for Environmental Data Collection
US20050191757A1 (en) Method and apparatus for detecting humans and human remains
WO1988007679A1 (en) Assay apparatus and use thereof
EA200702556A1 (en) DEVICE FOR ANALYSIS
Denizli Plasmonic nanosensors for biological and chemical threats
US20040099066A1 (en) Sensor apparatus for in situ analysis of chemical and biological species
Hodgkinson et al. Gas sensors1. The basic technologies and applications
Helmus et al. Nanotechnology-enabled chemical sensors and biosensors
WO2025217005A1 (en) Electronic, semiconductor and photonic sensor devices, packaging, fabrication and use-cases
Wang et al. Chemical Sensors and Measurement
Harsanyi CHEMICAL SENSORS IN INDUSTRY, AGRICULTURE, AND TRANSPORTATION