異質(zhì)表面官能化的制作方法
【專利說明】異質(zhì)表面官能化
[0001]本發(fā)明涉及一種包括檢測(cè)至少化學(xué)和/或生物相互作用的檢測(cè)表面的微載體。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行化學(xué)和/或生物測(cè)試的方法。
[0002]化學(xué)和/或生物相互作用的檢測(cè)通常涉及裝配有官能化檢測(cè)表面的微粒。當(dāng)溶液接觸所述檢測(cè)表面時(shí)，包括在溶液中的目標(biāo)成分與接枝在檢測(cè)表面上的官能團(tuán)形成化學(xué)和/或生物相互作用。這樣的相互作用通常導(dǎo)致發(fā)射熒光信號(hào)，如果目標(biāo)成分被熒光標(biāo)記，則所述熒光信號(hào)直接指示在化合物中存在目標(biāo)成分，或者如果利用三級(jí)熒光地標(biāo)記的成分來揭示相互作用，則所述熒光信號(hào)間接地指示在化合物中存在目標(biāo)成分。
[0003]然而，在官能化表面與溶液中存在的成分(其不是目標(biāo)成分)之間可能發(fā)生非特異性和/或特異性化學(xué)和/或生物相互作用。為此原因，這樣的檢測(cè)測(cè)試通常要求控制實(shí)驗(yàn)以提供確保結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性的控制信號(hào)。實(shí)際上，這樣的控制實(shí)驗(yàn)通常允許確定在該情況下被吸收到控制信號(hào)的背景噪聲。如在此使用的，術(shù)語背景噪聲是指限定當(dāng)官能化表面與包括目標(biāo)復(fù)合物的溶液接觸時(shí)發(fā)生的任何非特異性相互作用。
[0004]通過諸如在WO2012/106827中描述的微粒，用于檢測(cè)目標(biāo)成分的典型實(shí)驗(yàn)程序涉及裝配有兩個(gè)不同檢測(cè)表面的兩個(gè)微粒，以提供兩個(gè)信號(hào):第一微粒被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)目標(biāo)成分的特異性和非特異性相互作用以提供熒光信號(hào)，而不能區(qū)分兩種相互作用，然而控制微粒被設(shè)計(jì)用于專門檢測(cè)背景噪聲以提供控制信號(hào)。從而，目標(biāo)成分與檢測(cè)表面之間的特異性化學(xué)和/或生物相互作用的近似可以通過熒光信號(hào)與控制信號(hào)的比較來推斷。
[0005]這樣的實(shí)驗(yàn)程序能用于分析具有不均勻組成的溶液，意味著每個(gè)微粒都與預(yù)定且均勻的環(huán)境接觸。然而，當(dāng)將被分析的組合物在包括微粒的微通道中流動(dòng)時(shí)，例如，如在WO2010/072011中描述的，上述程序缺乏可再生性。實(shí)際上，當(dāng)比較由位于所述微通道的兩個(gè)不同部分中的兩個(gè)微粒發(fā)射的信號(hào)時(shí)，每個(gè)微?？吹讲煌h(huán)境，特別是當(dāng)目標(biāo)成分的濃度低并且沿著和/或在整個(gè)微通道改變時(shí)。
[0006]本發(fā)明的目標(biāo)在于補(bǔ)救所有或部分上述缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明通過提供微載體來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，其中，微載體至少包括用于執(zhí)行測(cè)試的檢測(cè)表面，所述檢測(cè)表面包括利用第一官能團(tuán)官能化的第一區(qū)域，所述檢測(cè)表面用于檢測(cè)至少化學(xué)和/或生物相互作用，所述第一區(qū)域被設(shè)計(jì)用于提供第一信號(hào)，所述微載體的特征在于:檢測(cè)表面還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域被設(shè)計(jì)用于提供與第一信號(hào)不同的第二信號(hào)，所述第二信號(hào)在測(cè)試期間被發(fā)射，使得通過所述第一信號(hào)與第二信號(hào)的比較提供關(guān)于至少化學(xué)和/或生物相互作用的存在的信息。
[0008]本發(fā)明還涉及一種用于檢測(cè)至少化學(xué)和/或生物相互作用的方法，所述方法包括以下連續(xù)步驟:
[0009]-提供根據(jù)本發(fā)明的微載體；
[0010]-使所述微載體與組合物接觸，所述組合物被設(shè)計(jì)用于提供與第一區(qū)域和/或第二區(qū)域的至少化學(xué)和/或生物相互作用；
[0011]-測(cè)量由所述第一區(qū)域發(fā)射的第一信號(hào)和由所述第二區(qū)域發(fā)射的第二信號(hào)；
[0012]-通過所述第一信號(hào)與所述第二信號(hào)之間的差異分析，量化所述至少化學(xué)和/或生物相互作用在所述第一區(qū)域上的存在。
[0013]從而，根據(jù)本發(fā)明的微載體通過提供還包括被設(shè)計(jì)用于從類似環(huán)境發(fā)射第二信號(hào)的第二區(qū)域的檢測(cè)表面來解決上述問題。第二區(qū)域旨在提供關(guān)于在第一區(qū)域上檢測(cè)的化學(xué)和/或生物相互作用的補(bǔ)充信息。根據(jù)本發(fā)明的唯一微載體提供直接涉及與微載體接觸的溶液的組成的兩個(gè)不同信號(hào)。由于關(guān)于濃度從相同環(huán)境得到兩個(gè)不同信號(hào)，特別是當(dāng)所述濃度取決于微通道中的位置時(shí)，可以直接比較這兩個(gè)不同信號(hào)。從而，根據(jù)本發(fā)明的微載體提供對(duì)關(guān)于在流體流中檢測(cè)目標(biāo)復(fù)合物的上述問題的解決方案，并且通過考慮背景噪聲的源提供增加的可再生性和增加的靈敏度。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一區(qū)域與第二區(qū)域至少部分不同，優(yōu)選地，第一區(qū)域不同于第二區(qū)域。由于兩個(gè)信號(hào)的發(fā)射源至少部分地在物理上分開，這便于第一信號(hào)與第二信號(hào)的比較。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一區(qū)域和/或第二區(qū)域是完全斷開的區(qū)域。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一區(qū)域和/或第二區(qū)域是路徑連接的區(qū)域。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一區(qū)域表不約50%的檢測(cè)表面，和/或第二區(qū)域表不約50%的檢測(cè)表面。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一區(qū)域和/或第二區(qū)域包括多個(gè)路徑連接的子部分。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一區(qū)域和第二區(qū)域一起形成至少棋盤格(checkerboard)。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)是熒光信號(hào)。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一區(qū)域和/或所述第二區(qū)域包括至少金屬。實(shí)際上，金屬接枝表面的官能化方法在本領(lǐng)域的狀態(tài)下已被很好地描述。
[0022 ]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述第一區(qū)域包括抗體。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述微載體具有晶圓的形狀。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域在所述晶圓的相同側(cè)上。
[0025]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，第二信號(hào)指示所述第一官能團(tuán)與將被檢測(cè)的目標(biāo)分子之間的至少特異性化學(xué)和/或生物相互作用。優(yōu)選地，第二信號(hào)指示第二區(qū)域與在測(cè)試中存在的至少一個(gè)分子之間的非特異性化學(xué)和/或生物相互作用。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，微載體具有圓柱形晶圓的形狀。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述化學(xué)和/或生物相互作用包括在具有至少第一官能團(tuán)的組合物中包括的至少目標(biāo)分子的相互作用。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，利用至少第一官能團(tuán)官能化第一區(qū)域，以用于檢測(cè)在組合物中包括的至少目標(biāo)分子。目標(biāo)分子可以是生物分子，例如，蛋白質(zhì)或者核酸。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一信號(hào)指示至少目標(biāo)分子與第一區(qū)域的至少化學(xué)和/或生物相互作用。
[0030]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一信號(hào)指示至少目標(biāo)分子與第一區(qū)域的特異性化學(xué)和/或生物相互作用、以及所述目標(biāo)分子與所述第一區(qū)域的非特異性化學(xué)和/或生物相互作用的檢測(cè)。
[0031]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第二區(qū)域被官能化，以用于檢測(cè)在組合物中包括的至少目標(biāo)分子的非特異性化學(xué)和/或生物相互作用。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，微載體被設(shè)計(jì)成允許量化在組合物中包括的至少目標(biāo)分子與至少第一官能團(tuán)的特異性化學(xué)和/或生物相互作用。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，包括在組合物中的至少目標(biāo)分子與至少第一官能團(tuán)的特異性化學(xué)和/或生物相互作用的量化通過第一信號(hào)與第二信號(hào)之間的差異分析執(zhí)行。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，微載體被編碼。
[0035]有利地，本發(fā)明的編碼后的微載體還包括可讀代碼。從而，編碼后的微載體被編碼并且以其官能化可通過讀取其代碼被確定的方式被官能化。微載體的集合通過利用相同代碼編碼的一個(gè)或更多個(gè)微載體限定，所述代碼對(duì)應(yīng)于第一區(qū)域上的特定第一官能團(tuán)，微載體的每個(gè)集合都承載特定第一官能團(tuán)。當(dāng)使用微載體的多個(gè)集合時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)微載體的每個(gè)集合的第一區(qū)域的第一官能團(tuán)都可以通過讀取所述微載體的代碼來確定。
[0036]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一官能團(tuán)被設(shè)計(jì)用于識(shí)別組合物中包括的至少目標(biāo)分子。
[0037]本發(fā)明還涉及一種用于量化至少目標(biāo)分子與根據(jù)本發(fā)明的微載體的第一區(qū)域的特異性化學(xué)和/或生物相互作用的方法，所述第一區(qū)域利用至少第一官能團(tuán)被官能化，所述方法包括以下步驟:
[0038]-提供包括至少目標(biāo)分子的至少組合物；
[0039]-使所述組合物與根據(jù)本發(fā)明的至少微載體接觸；
[0040]-測(cè)量由第一區(qū)域發(fā)射的第一信號(hào)和由第二區(qū)域發(fā)射的第二信號(hào)；
[0041]-通過第一信號(hào)與第二信號(hào)之間的差異分析，量化第一區(qū)域上的至少目標(biāo)分子的特異性相互作用。
[0042]該方法還可以用于量化多個(gè)目標(biāo)分子與它們的相應(yīng)第一官能團(tuán)的特異性化學(xué)和/或生物相互作用。為此，使用編碼后的微載體的多個(gè)集合，編碼后的微載體的每個(gè)集合都包括被設(shè)計(jì)用于識(shí)別特定目標(biāo)分子的至少第一官能團(tuán)，其中，集合的每個(gè)微載體的第一區(qū)域的第一官能團(tuán)都通過讀取所述編碼后的微載體的代碼來確定。
[0043]在一個(gè)實(shí)施方式中，在發(fā)光信號(hào)或化學(xué)發(fā)光信號(hào)中選擇第一信號(hào)和第二信號(hào)。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一區(qū)域和/或第二區(qū)域被設(shè)計(jì)成允許進(jìn)行表面增強(qiáng)的熒光過程。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的微載體或者根據(jù)本發(fā)明的方法可以是在本申請(qǐng)中公開的每個(gè)實(shí)施方式或者所述實(shí)施方式的組合。
[0046]本發(fā)明還通過考慮附圖闡述的以下詳細(xì)說明來解釋，附圖表示包括用于執(zhí)行測(cè)試的檢測(cè)表面的微載體的示例性和說明性實(shí)施方式。
[0047]-圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式的包括被劃分為兩個(gè)區(qū)域的檢測(cè)表面的微載體的視圖。
[0048]-圖2是根據(jù)第二實(shí)施方式的包括被劃分為多個(gè)子部分的第一區(qū)域和路徑連接的第二區(qū)域的檢測(cè)表面的微載體的視圖。
[0049]-圖3是根據(jù)第三實(shí)施方式的包括被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)抗原的第一區(qū)域和第二區(qū)域的檢測(cè)表面的微載體的視圖。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的微載體10、100、200包括具有通過圓柱表面12、102、202描繪的圓柱形晶圓的形狀的主體11、101、201和兩個(gè)主表面13、14、103、104、203、204，如圖1、圖2和圖3中所示，這意味著圓柱形晶圓的高度比主表面13、14、103、104、203、204的半徑顯著小(至少小因數(shù)2)。在圖1至圖3中描繪的實(shí)施方式中，晶圓是覆蓋有天然氧化物層的硅晶圓16、116、216。主表面14、104、204中的至少一個(gè)包括被官能化以檢測(cè)至少化學(xué)和/或生物相互作用的檢測(cè)表面15、115、215。在圖1至圖3中所示的實(shí)施方式中，主表面14、104、204被官能化以檢測(cè)在將被分析的組合物中包括的目標(biāo)分子，并且在所述實(shí)施方式中，目標(biāo)分子是抗原24、124、224。在圖1、圖2和圖3中描繪的實(shí)施方式中，檢測(cè)表面15、115、215是盤形區(qū)域。微載體
10、100、200還包括可讀代碼17、117、217。因此，多個(gè)化學(xué)和/或生物相互作用可以通過使用多個(gè)微載體10、100、200來檢測(cè)，每個(gè)微載體10、100、200都通過對(duì)應(yīng)于其檢測(cè)表面15、115、215的官能化的唯一可讀代碼17、117、217編碼。可讀代碼17、117、217包括不同圖案的多個(gè)通孔18、118、218。在圖1、圖2和圖3中呈現(xiàn)的實(shí)施方式中，可讀代碼17、117、217由四個(gè)通孔組成。這樣的可讀代碼17、117、217還優(yōu)選地包括不對(duì)