專利名稱：用于測量電極微陣列上的結(jié)合事件的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種用于電極微陣列上電化學檢測的方法和設(shè)備。更具 體而言，提供了一種通過順序讀取一組電極來有效地讀取每個電極的電信 號的方法和設(shè)備。該電極利用當微陣列上的探針分子和添加到微陣列的測 試樣品內(nèi)的目標分子之間發(fā)生結(jié)合事件時，在電極附近生成電子的酶-放大 氧化還原反應的化學過程。
背景技術(shù)：
用于制備包括寡核苷酸(oligo)的合成寡聚體的微陣列制備方法包括以 下這些(l)使用點樣(spotting)機器人在制備的平坦或基本平坦的表面上點 溶液；(2)經(jīng)由噴墨打印機或者其它計算機印刷技術(shù)印刷反應物并且使用標 準的亞磷酰胺化學方法原位合成；(3)使用電化學方法生成的酸去除保護基 團并且使用標準的亞磷酰胺化學方法原位平行合成；(4)使用無掩模的光生
成(photo-generated)酸以去除保護基團并且使用常規(guī)的亞磷酰胺化學方法原 位合成；(5)使用對光不穩(wěn)定的保護基團的光裂解(PLPG)和標準的亞磷酰胺 化學方法掩模導向(mask-directed)原位平行合成；(6)使用PLPG和數(shù)字光刻 法和標準的亞磷酰胺化學方法無掩模原位平行合成；以及(7)電場吸引/排斥 以在已知區(qū)域淀積完全形成的寡核苷酸(oligo)。
在蒙哥馬利(Montgomery)的美國專利6093302、6280595和6444111 (分 別為蒙哥馬利I、 II和III)中公開了一種使用電化學解封的用于原位寡核苷 酸合成的電極微陣列，其所有內(nèi)容通過引用在此并入。在Southern的美國 專利5667667中公開了另一種使用電化學解封的用于在與電極分開和隔離 的表面上原位寡核苷酸合成的材料不同的電極陣列(非微陣列)，通過引用在 此將其并入。在Fodor等人的美國專利5445934以及其它要求其優(yōu)先權(quán)的 專利中公開了一種用于原位寡核苷酸合成的光刻技術(shù)，其所有內(nèi)容通過引
用在此并入。在Hollis等人的美國專利5653939和Heller等人的美國專利 5929208中公開了電場吸引/排斥微陣列，通過引用將二者在此并入。由Gao 等人，《生物聚合物(Biopolymers)》，2004， 73:579提供了對寡核苷酸微 陣列合成的綜述。
對于微陣列，通常使用基于光子檢測的系統(tǒng)(即，光檢測)來檢測結(jié)合事 件(binding event)。最普遍地，微陣列檢測方法使用在目標上的熒光標記以 轉(zhuǎn)導微陣列上的結(jié)合事件。還使用化學發(fā)光系統(tǒng)。結(jié)合的量與所測得的熒 光量相關(guān)?；蛘?，可以使用可見的染料或者發(fā)光標記。例如，對于DNA 雜交，標記被附到目標DNA序列以檢測對附到微陣列的探針寡核苷酸的雜 交?；趤碜詷擞浀男盘柕膹姸龋摲N微陣列必需通過基于激光共焦顯微 鏡系統(tǒng)來讀取單層中構(gòu)造的微陣列(諸如通過高強度點樣或者光刻技術(shù)形 成的那些微陣列)或者通過視頻型照相機(諸如CCD照相機)來讀取那些高強 度形式中的對于各個點具有三維矩陣的微陣列。
對熒光的一種替代是探針-目標結(jié)合的光檢測。在所謂的掃描測定 (scanometric)陣列中，目標用催化性金納米微粒標記。在與探針結(jié)合之后， 將銀鹽添加到溶液中并且該金屬銀淀積在納米微粒結(jié)合處。檢測類似于光 攝影顯影，并且使用數(shù)字掃描儀或者光攝影技術(shù)進行記錄。該種技術(shù)的確 減少了熒光檢測所需的某些技術(shù)，但是其不清楚在微陣列領(lǐng)域目前狀態(tài)的 點尺寸(spotsize)之下，掃描測定技術(shù)的靈敏度如何。
通常，基于光子的讀取器昂貴，相對大且笨重，尤其難以適用于基于 現(xiàn)場的實施，其依靠復雜的數(shù)值算法并且必須在使用之前進行精確校準， 故而該種讀取器的使用通常僅限于實驗室環(huán)境。在每個從微陣列"讀取" 信號的例子中通常存在導致讀取錯誤或者不準確的雜散光或者其它的噪聲 信號。此外，在灰影或者諸如真正還是假正的幾乎無法察覺的信號中進行 辨認是很困難的。最后，可能存在熒光信號的熄滅以及信號被與結(jié)合目標 緊鄰的其它標記自動吸收的情況。與使用基于光子的讀取器相關(guān)的其它的 困難增加了變異性。因而，本領(lǐng)域需要一種改進的檢測方法來分析微陣列 上的結(jié)合事件。本發(fā)明提出其需要通過基于發(fā)生結(jié)合事件的電極的電屬性 而非光屬性來改進對電極微陣列上的結(jié)合事件的檢測。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了一種讀取電極微陣列上電極的電流的方法，其包括
(a) 提供一種測量系統(tǒng)，其具有控制系統(tǒng)、積分電路、微陣列室、多條 電壓線、數(shù)字電路以及模擬電路，其中所述控制系統(tǒng)、積分電路和微陣列 室電路通信，其中微陣列室容納具有多個與控制系統(tǒng)和積分電路作電路通 信的電極的微陣列，其中電壓線通過控制系統(tǒng)可切換地與各個電極相連接， 其中第一電壓線將微陣列與積分電路通信，并且將積分電路與控制系統(tǒng)連 接，其中第二電壓線可設(shè)定為接地，其中第三電壓線可設(shè)定為一可編程的 固定電壓，其中積分電路具有積分跨阻抗放大器，該積分跨阻抗放大器具 有正相輸入端和連接至該正相輸入端的電位計電路，其中使用一種調(diào)節(jié)方 法來調(diào)節(jié)電位計電路以維持電流己被測量的電極的電壓和電流未被測量的 電極的電壓近乎相等；
(b) 通過使用第二電壓線將測量的電極組設(shè)定為接近接地以初始化測 量，使用第三電壓線設(shè)定至少一個對電極的對電極電壓，以及中止一穩(wěn)態(tài) 周期，其中此至少一個對電極與此測量的電極組流體連通；
(C)對此測量的電極組中的每個電極測量電流，該測量是通過(i)使用 第一電壓線將測量電極連接至復位開關(guān)閉合的積分電路；(ii)中止一電極穩(wěn)
定時期；(m)斷開復位開關(guān)以測量并且記錄在測量時間內(nèi)來自積分電路的輸
出的電壓響應；(iv)閉合復位開關(guān)；以及(v)將測量電極切換回第二電壓線； 以及
(d)通過電壓響應和時間的線性回歸來計算測量的電極組中的各個電 極的電流，其中獲得斜率，其中該電流等于斜率的負數(shù)乘以積分電路電容 器的電容值。
對電位計電路的調(diào)節(jié)方法優(yōu)選選自由組裝前的手動調(diào)節(jié)和使用計算機 軟件和具有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)所構(gòu)成
的組。電極的穩(wěn)定周期優(yōu)選約10至600微秒。至少一個對電極的設(shè)定電壓 優(yōu)選為約0.02至0.5伏特。穩(wěn)態(tài)周期優(yōu)選為約4至60秒。電容值優(yōu)選為約 5至20皮法。測量時間優(yōu)選為約0.5至5毫秒。釆樣率優(yōu)選為每10至100
微秒約一個數(shù)據(jù)對。
對電極優(yōu)選包括在微陣列的周邊部分上的電極，其中該周邊部分包括 在微陣列的長邊上的三列電極和在微陣列的短邊上的五行電極。微陣列室 優(yōu)選具有電磁干擾屏蔽。微陣列室優(yōu)選屏蔽光。積分電路優(yōu)選被屏蔽。數(shù) 字電路優(yōu)選被布線為與模擬電路分開。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種積分電壓以測量微陣列上電極
的電流的裝置，其包括-
(a) 具有八個網(wǎng)絡端子(A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H)的電網(wǎng)絡，該電網(wǎng) 絡包括(i)積分跨阻抗放大器，其具有連接至網(wǎng)絡端子(A)的反相放大器輸 入端，連接至網(wǎng)絡端子(B)的正相放大器輸入端，以及連接至網(wǎng)絡端子(C) 的放大器輸出端；(ii)運算放大器，其具有連接至網(wǎng)絡端子(D)的正相運算放 大器輸入端，連接至網(wǎng)絡端子(B)的反相運算放大器輸入端，以及連接至網(wǎng) 絡端子(B)的運算放大器輸出端；(iii)增益為Gl的可編程增益放大器，其具 有連接至網(wǎng)絡端子(C)的PGA輸入端和連接至網(wǎng)絡端子(H)的PGA輸出端； (iv)連接在網(wǎng)絡端子(D)和(E)之間的已知電阻為R4的第一電阻器；(v)連接在 網(wǎng)絡端子(D)和地之間的己知電阻為R2的第二電阻器；(vi)己知的電阻為R3 的電位計，其具有連接至網(wǎng)絡端子(E)的電位計輸出端和連接在網(wǎng)絡端子(F) 和(G)之間的電位計輸入端；(vii)已知電容為Q的連接在網(wǎng)絡端子(A)和(C) 之間的電容器；以及(viii)連接在網(wǎng)絡端子(A)和(C)之間的復位開關(guān)；
(b) 多條電壓線，其具有測量線、接地線、以及對電極線，其中電壓線 被可切換地連接至容納在微陣列室內(nèi)的電極微陣列上的電極，其中在測量 期間，測量線連接在網(wǎng)絡端子(A)和測量電極之間，而接地線連接至并未被 測量的電極，而對電極線連接至至少一個對電極。
(c) 一個或者多個外部電源，其中這一個或者多個外部電源跨網(wǎng)絡端子 (F)和(G)提供第一電勢源，給運算放大器供電的第二電勢源，給積分跨阻抗 放大器供電的第三電勢源，給可編程增益放大器供電的第四電勢源，和給 復位開關(guān)供電的第五電勢源；以及
(d) 計算機控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其具有連接至網(wǎng)絡端子(H)且使用模 擬電路和數(shù)字電路與積分電路、外部電源、以及電壓線電路通信的輸入線。
電位計優(yōu)選使用選自由組裝前的手動調(diào)節(jié)和使用計算機軟件和具有數(shù) 模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)所構(gòu)成的組的方法來 調(diào)節(jié)。
對電極線優(yōu)選可被調(diào)節(jié)為約0.02至0.5伏特的電壓。Ct優(yōu)選為約10 皮法。微陣列室優(yōu)選具有電磁干擾屏蔽。微陣列室優(yōu)選屏蔽光。積分電路 優(yōu)選被屏蔽。數(shù)字電路優(yōu)選和模擬電路分開。&優(yōu)選為約49,900歐姆。 R2優(yōu)選為約100歐姆。R3優(yōu)選為約10，000歐姆。
附圖的簡要描述


圖1示出了當辣根過氧化物酶(HRP)用作檢測微陣列上的結(jié)合事件的 酶時的化學反應的示意圖。具體地，分析物(靶標)是a , —酸性糖蛋白(AGP)。 通過首先與生物素標記的第二抗體形成絡合物來檢測結(jié)合到微陣列的分析 物。該第二抗體對AGP表位特異。接著添加標記有親和素的HRP酶，并 且該親和素連接于生物素。用于檢測作為分析物的AGP的微陣列位點含有 結(jié)合到AGP上不同表位的另一種抗體，這種抗體用作探針。第一抗體(標 記為"抗體1")通過標記的探針寡核苷酸自身組裝到寡核苷酸微陣列上。 HRP催化產(chǎn)物可還原，因此使結(jié)合有HRP的電極用作陰極便可檢測微陣列 電極上的產(chǎn)物。
與圖l的構(gòu)造相比，圖2示出了類似的免疫測定夾心構(gòu)造，用于檢測 微陣列已知位點上的AGP。區(qū)別在于是鏈霉親和素連接于標記有生物素的 第二抗體，該第二抗體連接于AGP上的第二表位，接著生物素-標記酶連 接于鏈霉親和素。此外，該酶是蟲漆酶而不是HRP。
圖3示出了開關(guān)位置、積分電路、電壓線以及計算機控制和數(shù)據(jù)獲取 系統(tǒng)的示意圖。
圖4示出了含有HRP標記靶標的電極微陣列的電極上電流測量值對靶 標中摻加物濃度的曲線圖。其底物是TMB和過氧化氫。
發(fā)明詳述
可尋址電極微陣列和結(jié)合事件
電極微陣列包括多個可尋址電極?？蓪ぶ冯姌O是一種可電學控制該電 極以在該電極處產(chǎn)生電流或者電壓的電極。電極微陣列優(yōu)選成列或成行排 列，但也可采用其它形式。電極可以呈圓形或者其它合適的幾何形狀，包
括部分環(huán)形或適當斷開的柵格。可以使用其它幾何形狀，包括于2005年4 月15日提交的第11/108,078號題為"圓周電極產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)的中和 及包含(Neutralization and Containment of Redox Species Produced by Circumferential Electrodes)"的美國申請中所公開的其它幾何形狀，通過引 用將其在此并入。每個電極占據(jù)微陣列的一個表面區(qū)域。在含有電極的特 定區(qū)域內(nèi)，可以原位合成分子?？梢院铣傻姆肿宇愋桶ㄐ》肿?、低聚 體和聚合物。也可以合成諸如肽、DNA和RNA的生物分子。在電極微陣 列上合成的分子通常被稱作探針。
電極微陣列通常還含有連接于微陣列表面的多孔性反應基質(zhì)(層)。多孔 性反應基質(zhì)連接有探針，并且提供三維虛擬瓶用于約束電極處的試劑。在 圓形電極的情況下，該瓶可被認為是圓柱形。優(yōu)選地，該多孔性反應基質(zhì) 選自蔗糖、單糖、二糖、三糖、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、N-羥基琥珀
酰亞胺、琥珀酰亞胺衍生物和它們的組合?？梢允褂玫钠渌嗫仔苑磻|(zhì) 材料包括2004年11月18日提交的編號10/992,252的題為"吸收有多孔性 反應層的電禾及陣歹ll設(shè)備(Electrode Array device having an adsorbed porous reaction layer)"的美國申請中所公開的材料，通過引用將其在此并入?；?者，多孔性反應層一種膜，膜材料選自聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、三纖維 素乙酸酯(tricdlulose acetate)、聚氨酯、瓊脂糖、含有PTFE樹脂的控制多 孔性玻璃和它們的組合。
最普遍的，微陣列包括多個探針分子?；蛘吆秃币姷?，微陣列可含有 一種探針分子類型。在最常見的微陣列形式中，探針是可以結(jié)合到DNA或 者RNA的互補序列的寡核苷酸，其中DNA或者RNA是寡核苷酸靶標。根 據(jù)雜交條件，含有與探針幾乎互補的區(qū)域的靶標可結(jié)合于探針。檢測微陣 列上的結(jié)合或者雜交事件是獲取有用且準確數(shù)據(jù)的主要挑戰(zhàn)之一。市面上 的大多數(shù)產(chǎn)品通常是通過將寡核苷酸打點或噴墨打印到平坦的非多孔性表 面如載玻片上制造的。存在市售的樣品標記試劑盒，它能使樣品寡核苷酸(靶
標)變得標記有熒光染料。通常其是以商品名TEXAS RED⑧染料或者包括 CY3 DIRECT⑧禾卩CY5 DIRECT⑧的CY⑧染料出售的熒光染料。最普遍的是， 通過具有顯微放大鏡或者成像拼合功能的普通熒光劑裝置來"讀取"該微 陣列。
讀取包打點或合成探針的已知位置上的熒光。讀取微陣列熒光以檢測結(jié) 合事件是普遍采用的檢測方法。然而，其存在視覺不一致、用熒光染料標 記困難、偶發(fā)性高背景問題，并且最重要的是熒光顯微設(shè)備成本極高。因 而，需要用復雜程度低且變異性降低的低成本設(shè)備來檢測微陣列上的結(jié)合事 件。
本發(fā)明方法和裝置使用電化學方法檢測結(jié)合事件，以提供一種變異性 較低的較低成本的檢測方法。該方法和裝置包括在電極微陣列電極上施加 電壓或者電流以檢測結(jié)合事件。用電壓或者電流檢測酶促反應的產(chǎn)物或者 酶促反應的產(chǎn)物的影響。雖然可以使用酶催化的電化學方法將本發(fā)明用于 讀取探針和靶標之間的結(jié)合事件，但是本發(fā)明的讀取方法和裝置不僅限于 該種用途。該讀取和測量系統(tǒng)以及附帶的電路和設(shè)備適用于讀取任何電極 微陣列上其它的電化學事件，諸如可以用電極處的電特性識別的某些事件。
鑒于電極微陣列上酶的電化學特性，該產(chǎn)物可以在陽極被氧化或者在 陰極被還原。微陣列上的電極可以用作陽極或者陰極。僅限于在有源(active) 電極，而非鄰近(neighboring)電極處檢測局部電流或電壓信號。不存在該種 限制被稱作電極間的"串話"。在優(yōu)選的實施例中，在結(jié)合事件的檢測期 間電極之間串話很少或者不存在串話。與未發(fā)生結(jié)合事件的電極相比，檢測 到電壓或電流改變，則說明發(fā)生了結(jié)合事件?；蛘?，可通過電阻率(阻抗)改變 來檢測結(jié)合事件。
優(yōu)選地，該電極微陣列是康比麥崔克斯有限公司(CombiMatrix)的 CUSTOMARRAY12K (每平方厘米約12,000個電極)?；蛘?，電極微陣列 是康比麥崔克斯有限公司的(:1;8丁0]^八1111八￥9021 (每平方厘米約l，OOO個 電極)。其它的電極微陣列也適用于實施本發(fā)明。通常，只要各個電極之間 間隔足夠距離，則微陣列上任何的電極密度均適合實施本發(fā)明。
電極微陣列上的免疫測定
本發(fā)明可用于免疫測定。免疫測定基于使抗體僅和少量分析物形成復 合物的能力，所述分析物通常是抗原或半抗原。用于特定分析物的抗體的 選擇提供了特異且靈敏的測定。通常，免疫測定是基于一種或多種抗體與分 析物的結(jié)合。分析物的實例包括抗原、半抗原、病毒、細菌、細胞、蛋白 質(zhì)、多糖、生物聚合物分子、脂質(zhì)、糖蛋白((^一酸性糖蛋白)、蓖麻毒蛋
白、M13噬菌體、球形芽孢桿菌(BaciUusglobigii)(BG)芽孢、熒光素、兔化 IgG、山羊IgG、 DNA、 RNA、單鏈DNA、核糖體RNA、線粒體DNA、細
胞受體、糖基化的膜結(jié)合蛋白、非糖基化的膜結(jié)合蛋白、多肽、糖基化的 多肽、抗體、細胞抗原決定簇、有機分子、金屬離子、鹽的陰離子和陽離 子以及有機金屬，和它們的組合。與免疫測定相關(guān)的問題源于以下能力(1) 組裝可檢測結(jié)構(gòu)的能力；以及(2)當發(fā)生抗體結(jié)合時準確地檢測的能力。理想 地，僅在含有合適探針處發(fā)生抗體結(jié)合。通過酶促反應產(chǎn)物的出現(xiàn)可以間 接測定抗體的結(jié)合事件。
抗體結(jié)合后，需要一種檢測結(jié)合抗體的方法。 一般，最常用的檢測方 法包括使用標記，其包括放射性標記、酶或者熒光標記。最常用的方法是 使用連接于結(jié)合于抗體的部分或直接連接于抗體的熒光標簽。在該方法中， 使用熒光成像系統(tǒng)來觀察含有該抗體的微陣列位置。熒光圖像和探針身份知 識的結(jié)合提供了對靶標的測定。最常用的使用酶標記的免疫測定是酶聯(lián)免疫 吸附測定(ELISA)。最普遍的酶免疫測定是夾心法和競爭性結(jié)合法。最傳統(tǒng) 的免疫測定由96孔微量滴定板實施，也可采用其它諸如384孔或更多孔的 滴定板。通常，對常規(guī)免疫測定的限制包括(l)難以進行多重測定；(2)分 析的時間相對較長；(3)整個過程分為多個階段，導致該方法較復雜且需要經(jīng) 過充分培訓的人員；(4)在實踐中，無法使該裝備小型化；(5)雖可自動化但 困難重重；以及(6)其必須在實驗室環(huán)境內(nèi)完成。因而，在本領(lǐng)域需要一種 復雜程度降低、分析時間縮短、能夠小型化、自動化和能夠在非實驗室條件下 進行的改進的免疫測定。該種免疫測定需要可靠的方法和裝置來實施。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施中，該方法和裝置被用于夾心免疫測定，其中酶 連接于報道抗體。在電極微陣列上的夾心免疫測定中，第一結(jié)合抗體結(jié)合
于微陣列的已知位置。通常，第一結(jié)合抗體被稱作捕獲抗體。優(yōu)選地，該 第一結(jié)合抗體連接于與電極微陣列已知位置上原位合成的寡核苷酸互補的寡 核苷酸?；蛘?，將電極微陣列上的寡核苷酸打點到已知位置處。通過雜交 到微陣列上的互補鏈而使第一結(jié)合抗體連接于微陣列，從而按照互補鏈的位 置提供第一抗體的位置圖。這類雜交和作圖被稱作自身組裝微陣列。
含有分析物的溶液與微陣列接觸，以便使分析物結(jié)合于抗體。感興趣 的分析物通常僅僅結(jié)合到特定的抗體，從而提供高特異性。使含有第二抗 體的溶液與微陣列接觸，以使第二抗體連接于結(jié)合的分析物。第二抗體用作 報道抗體，這意味著該抗體能報道連接有分析物的微陣列位置。
優(yōu)選地，報道抗體與酶共價連接?；蛘?，報道抗體可含有生物素分子。 可將鏈霉親和素酶偶聯(lián)物或者親和素-酶偶聯(lián)物連接于該生物素分子?；蛘?， 可將鏈霉親和素連接于生物素，然后將另一生物素連接于鏈霉親和素，其中 第二個生物素共價連接于酶?；蛘撸蓪⑦B接有酶的抗-物種抗體連接于報道 抗體?；蛘撸瑘蟮揽贵w可結(jié)合有鏈霉親和素或者親和素。然后，將生物素標 記的酶連接于鏈霉親和素或親和素。或者，報道抗體可連接有寡核苷酸。連 接有酶的互補寡核苷酸與連接于報道抗體的寡核苷酸雜交。優(yōu)選地，該酶是 氧化還原酶?；蛘?，該酶是一種導致切割反應從而產(chǎn)生氧化還原反應產(chǎn)物 的酶，所述產(chǎn)物是可以在電極上氧化或者還原的產(chǎn)物。或者，該產(chǎn)物是一 種沉積在電極上的固體，可通過電阻、電導率或者氧化還原反應檢測該固 體產(chǎn)物。
可與免疫測定一起構(gòu)建和使用本發(fā)明方法，該免疫測定包括夾心型免疫 測定。構(gòu)建和使用使該酶連接于抗體復合物。當報道抗體結(jié)合到與連接在 微陣列上已知位置處的探針抗體結(jié)合的分析物時，形成該復合物。夾心測 定形式能夠使用多種形式，而不難提供(合成)基于分析物的單獨的抗體-酶
偶聯(lián)物。夾心形式的免疫測定的實例示于圖1和圖2中?？梢允褂弥懊?br> 述的其它形式。
辣根過氧化物酶系統(tǒng)
在優(yōu)選的實施方式中，辣根過氧化物酶(HRP)被用作電化學檢測結(jié)合事 件的酶。該種酶小(約36千道爾頓)并且周轉(zhuǎn)率(底物飽和時酶促催化反應的
最大初始速率)大。HRP是一種氧化酶，能催化過氧化氫的還原。HRP將催 化其它底物與過氧化氫的反應。例如，其它底物包括可氧化芳香劑、二
茂鐵衍生物以及可氧化無機物。
優(yōu)選地，使用3,3，,5,5，-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)和過氧化氫的HRP催化反
應如下
TMB + H202- ix-TMB + H20
檢測(電流測量法檢測)結(jié)合有酶復合物的電極(陰極)上的抗體結(jié)合事件 的氧化還原反應如下
TMB + 2e- + 2H+—ox-TMB。
以-0.2伏特與鉑絲進行這一特定測定。該測定溶液優(yōu)選為pH為5.0的 含有0.2摩爾氯化鈉的0.05摩爾擰檬酸一磷酸鈉緩沖液。溶液中過氧化氫 的濃度優(yōu)選為4毫摩爾。
在另一個實施方式中，HRP底物是鄰苯二胺(OPD)和過氧化氫。使用 OPD和過氧化氫的HRP催化反應如下
OPD+ H202 — ox-OPD + H20。
用電流測量法檢測在結(jié)合有酶復合物的電極(陰極)處的抗體結(jié)合事件
的氧化還原反應如下
ox-OPD + 2H++ 2e- — OPD。
優(yōu)選以-0.1伏與鉑絲進行使用OPD的測定。該溶液優(yōu)選為pH為5.0的 含有0.2摩爾氯化鈉的0.05摩爾檸檬酸一磷酸鈉緩沖液。溶液中OPD和過 氧化氫的濃度均優(yōu)選為約1毫摩爾。
或者，使用兒茶酚和過氧化氫的HRP催化反應如下
兒茶酚+H202 —苯醌+1120。
檢測(電流測量法檢測)在結(jié)合有酶復合物的電極(陰極)上的抗體結(jié)合事 件的氧化還原反應如下
苯醌+2^ + 211+—兒茶酚。
以-0.3伏特與鉑絲進行此特定測定。該測定溶液優(yōu)選為pH為5.0的含 有0.2摩爾氯化鈉的0.05摩爾擰檬酸一磷酸鈉緩沖液。溶液中過氧化氫的 濃度優(yōu)選為1毫摩爾。溶液中兒茶酚的濃度優(yōu)選為1毫摩爾。
或者，碘和過氧化氫是可用于HRP的另一對底物。使用碘和過氧化氫
的HRP催化反應如下
2廠+ 2H++ H202—12 + 2H20。
電流測量法檢測結(jié)合有酶復合物的電極(極性設(shè)定為陰極)上的抗體結(jié) 合事件的氧化還原反應如下
12 + 2 e- — 2 I一 。
具有多個電極的微陣列的讀取方法
在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種讀取電極微陣列上多個電極中的 任意一個的電流的方法。具體地，本發(fā)明的該種方法是讀取微陣列上測量 的電極組中的每個電極的方法。優(yōu)選地，微陣列上的另一組電極被用作對 電極。雖然可以讀取所有電極，但是可以使用鄰近此電極陣列放置但并非 其一部分(即，不在微陣列上)的對電極代替微陣列上的對電極。測量的電極 組優(yōu)選是所有可用電極的子集。
在第一步驟，該方法提供一種具有控制系統(tǒng)、積分電路和微陣列室的 測量系統(tǒng)。此外，該測量系統(tǒng)具有用于將電極連接到測量系統(tǒng)的電壓線。
如圖3所示，該系統(tǒng)優(yōu)選具有至少三根電壓線V。線、V,線和V3線。該控 制系統(tǒng)、積分電路以及微陣列室通過數(shù)字電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(以及模數(shù)轉(zhuǎn)換 器)和模擬電路電路通信。該微陣列室容納微陣列，其具有多個與控制系統(tǒng) 和積分電路電路通信的電極。V。線、Vt線和V3線通過控制系統(tǒng)與各個電極 可切換地相連。然而，可以采用其它的切換方法，諸如分別的控制系統(tǒng)或 者電路，其落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如圖3所示，v。線將微陣列連接至積分電路并且通過14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器將該積分電路連接至控制系統(tǒng)?；蛘?，該控制系統(tǒng)可以具有分解力從8 位至24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。還如圖1所示，力線被接地。優(yōu)選地，控制系統(tǒng) 軟件設(shè)定Vl線接地，盡管可以采用其它方式將^接地且均落在本發(fā)明的范
圍內(nèi)。如圖3所示，V3線可被設(shè)定為一可編程的固定電壓。優(yōu)選地，該控 制系統(tǒng)軟件設(shè)定V3線到一固定的電壓，該V3線被用作對電極。可以采用其
他的設(shè)定對電極電壓的方式，諸如分開的電壓控制系統(tǒng)，并且其落在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。若不受限于理論，該對電極的固定電壓基于測量電極和對電
極的幾何形狀以及在電極處正在被測量的系統(tǒng)的電化學性。
除了如圖3所示的其它電路和設(shè)備，該積分電路還具有積分跨阻抗放
大器，其具有正相輸入端和連接至該正相輸入端的電位計。使用調(diào)節(jié)方法 來調(diào)節(jié)該電位計電路以保持電流正被測量的電極的電壓和電流沒有被測量 的電極的電壓基本相等。若不受限于理論，將測量的電極的電壓與非測量 的電極的電壓相匹配使得電極處電化學反應的中斷最小化并且使電流測量 的切換作用最小化。優(yōu)選地，使用手動修整來調(diào)節(jié)電位計?；蛘?，使用軟 件和連接至電位計的電路來調(diào)節(jié)電位計。
在第二步驟，通過以下步驟初始化設(shè)備(i)使用^線將測量的電極組 設(shè)定為接近接地；(ii)使用V3線設(shè)定至少一個對電極的對電極電壓，并且中 止一穩(wěn)態(tài)周期。在電極接地期間，從測量的電極組處發(fā)生電能放電。對電 極與測量的電極組流體連通。在作任何測量之前，為測量的電極組的各個 電極作電阻(阻抗)匹配。
在第三步驟，對測量的電極組中的各個電極測量電流。測量電極連接 至VO線以連接至積分電路。該積分電路具有復位開關(guān)，其被閉合以泄放開 關(guān)噪聲并泄放連接在積分電路的輸入端和積分電路的輸出端之間的積分電 路電容器。接下來，在斷開復位開關(guān)之前有一用作電極穩(wěn)定期的中斷以允 許電路放電。接著，斷開復位開關(guān)以測量并且記錄在測量時間內(nèi)來自積分 電路的輸出的電壓響應。為了終止測量，將復位開關(guān)閉合。最后，被測量 的電極被切換回Vi線。切換回接地保證電流密度恒定。如果電極初始被設(shè) 定為接地，接著讀取，隨后切換到浮置，則跨微陣列信號強度將會存在大 的梯度。保持電流密度恒定是該方法重要的一部分，也是獲取良好數(shù)據(jù)的
關(guān)鍵。電流密度波動不利地影響測量的可再現(xiàn)性，并且在測量(vo)后將電
極切換回初始接地狀態(tài)(V1)可減輕波動效應。
在最后的步驟，對被測量的電極(測量組)中的每個電極計算電流。該計 算方法涉及電壓響應相對于測量時間的線性回歸。該線性回歸的斜率等于 電壓對時間的導數(shù)。電壓關(guān)于時間的導數(shù)是常數(shù)，因為電壓對時間的坐標 圖在數(shù)據(jù)獲取期間是線性的。此電流等于該斜率的負數(shù)乘以積分電路電容 器的電容值。
對電位計電路的調(diào)整方法優(yōu)選在測量系統(tǒng)組裝之前手動調(diào)節(jié)?；蛘?， 該調(diào)整方法可以是使用計算機軟件和具有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量 和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)。該積分電路優(yōu)選被屏蔽。該積分電路是模擬電路 的一部分。整個模擬電路優(yōu)選與數(shù)字電路屏蔽開。微陣列室優(yōu)選具有電磁 干擾屏蔽。模擬電路的布線優(yōu)選以使得與數(shù)字電路之間的相互作用最小化
的方式來完成。微陣列室優(yōu)選屏蔽光，光會感應起影響所測信號的駐留(stay) 電壓信號。
電極穩(wěn)定周期優(yōu)選為約10微秒至約600微秒。該電極穩(wěn)定周期更優(yōu)選 地為100微秒。這至少一個對電極的設(shè)定電壓優(yōu)選為約0.02伏特至0.5伏 特。該設(shè)定電壓基于酶和底物并且基于電極的布局。對電極優(yōu)選為周邊電 極組。優(yōu)選地，該周邊在微陣列的長邊方向為三個電極寬，而在微陣列的 短邊方向為五個電極寬。在該種布局下，當酶是HRP而底物是TMB和過 氧化氫時，對電極的電壓優(yōu)選為0.2伏特。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員易于察覺對 于不同的酶、底物以及電極布局將使用不同的電壓。
穩(wěn)態(tài)周期優(yōu)選為4至60秒以允許電極處放電并且等待酶反應穩(wěn)定。穩(wěn) 態(tài)周期更優(yōu)選地為15秒。電容值優(yōu)選為約5至20皮法，且更優(yōu)選為10皮 法。在每個電極的測量期間，在讀取下一個電極之后將電容器放電。測量 時間優(yōu)選為約0.5至5毫秒。測量時間更優(yōu)選地為2毫秒。在測量期間內(nèi)， 以測量時間內(nèi)每10至IOO微秒約一個數(shù)據(jù)對的采樣率記錄電壓和時間。該 采樣率更優(yōu)選地為20微秒，盡管也可以現(xiàn)成地選擇其它的釆樣率。測量時
間需要是足以允許結(jié)果數(shù)據(jù)能正確的線性回歸的時間。 用于讀取具有多個電極的微陣列的裝置
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種積分電壓以測量微陣列上電極 的電流的裝置。參考圖3，該裝置具有電網(wǎng)絡，其具有八個網(wǎng)絡端子(A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H)。該網(wǎng)絡具有(i)積分跨阻抗放大器，其具有連接至 網(wǎng)絡端子(A)的反相放大器輸入端，連接至網(wǎng)絡端子(B)的正相放大器輸入 端，以及連接至網(wǎng)絡端子(C)的放大器輸出端；(ii)運算放大器，其具有連接 至網(wǎng)絡端子(D)的正相運算放大器輸入端，連接至網(wǎng)絡端子(B)的反相運算放 大器輸入端，以及連接至網(wǎng)絡端子(B)的運算放大器輸出端；(iii)增益為Gl
的可編程增益放大器，其具有連接至網(wǎng)絡端子(C)的PGA輸入端和連接至 網(wǎng)絡端子(H)的PGA輸出端；(iv)連接在網(wǎng)絡端子(D)和(E)之間的已知電阻 為Ri的第一電阻器；(v)連接在網(wǎng)絡端子(D)和地之間的己知電阻為R2的第 二電阻器；(vi)己知電阻為R3的電位計，其具有連接至網(wǎng)絡端子(E)的電位 計輸出端和連接在網(wǎng)絡端子(F)和(G)之間的電位計輸入端；(vii)已知電容為 Q的連接在網(wǎng)絡端子(A)和(C)之間的電容器；以及(viii)連接在網(wǎng)絡端子(A) 和(C)之間的復位開關(guān)；
該裝置具有多條電壓線，其包括測量線、接地線以及對電極線。電壓 線被可切換地連接至容納在微陣列室內(nèi)的電極微陣列上的電極。在測量期
間，測量線連接在網(wǎng)絡端子(A)和測量電極之間，而接地線連接至并未被測 量的電極，而對電極線連接至至少一個對電極。
該裝置具有一個或者多個外部電源。有跨網(wǎng)絡端子(F)和(G)的第一電勢 源，給運算放大器供電的第二電勢源，給積分跨阻抗放大器供電的第三電 勢源，給可編程增益放大器供電的第四電勢源，以及給復位開關(guān)供電的第 五電勢源。
該裝置具有計算機控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其具有連接至網(wǎng)絡端子(H) 且與積分電路、外部電源、以及使用模擬電路和數(shù)字電路的電壓線電路通 信的輸入線。這些電源優(yōu)選由計算機控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)供電，該計算機 控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)優(yōu)選控制電網(wǎng)絡、電壓線、電源、和與電極微陣列的 電路通信。
電位計優(yōu)選使用選自由組裝前的手動調(diào)節(jié)和使用計算機軟件和具有數(shù) 模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)所構(gòu)成的組中選擇的 方法來調(diào)節(jié)。對電極線優(yōu)選可以調(diào)節(jié)至約0.02伏特至0.5伏特的電壓。d 優(yōu)選為IO皮法。微陣列室優(yōu)選具有電磁干擾屏蔽。該屏蔽優(yōu)選被形成為當 微陣列被夾在夾持在一起的機制鋁塊之間時環(huán)繞微陣列的周邊襯墊。微陣 列室優(yōu)選通過機制的鋁塊與光相屏蔽。積分電路優(yōu)選被屏蔽在機制鋁塊之 內(nèi)，而數(shù)字電路板在屏蔽塊的外部。優(yōu)選地，通過沿著分別的路徑布線到 計算機控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)將數(shù)字電路和模擬電路分開。計算機控制和數(shù) 據(jù)獲取系統(tǒng)優(yōu)選具有臺式個人計算機和電路板以允許諸如RS232端口和
USB端口等的通信。R1優(yōu)選為49,900歐姆。權(quán)利要求14中的裝置，其中 R2約100歐姆。權(quán)利要求14中的裝置，其中113約10,000歐姆。 實施例1
在該實施例中，在具有多個電極的微陣列上合成DNA探針。含有生物 素標簽的靶標與探針雜交。用鏈霉親和素標記的HRP連接HRP。用于檢測 結(jié)合的底物是3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)和過氧化氫。
該微陣列是可以從華盛頓州Mukilteo的康比麥崔克斯有限公司公司獲 得的CombiMatrix CustomArray 12k微陣列(該微陣列為在腔室內(nèi)固定有 11x25毫米硅芯片的l"x3"氧化鋁載片)。康比麥崔克斯微陣列技術(shù)平臺是 基于半導體的芯片，它能夠使用電化學控制來制造寡核苷酸微陣列。在設(shè) 計中有源電路元件的使用允許選擇以及并列啟動陣列中的單個電極，以在 微陣列上實施定制內(nèi)容的原位寡核苷酸合成?？当塞湸蘅怂刮㈥嚵惺枪杓?成電路，其使用商業(yè)混合信號互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝來制造。 該微陣列具有12,544個電極。每個電極的直徑的大小約為44微米。CMOS 集成電路技術(shù)在芯片上形成有源電路元件和數(shù)字邏輯，以便實施復雜的功 能。這些功能包括與微陣列通信的高速數(shù)字接口、從微陣列讀寫數(shù)據(jù)以及 對每個電極的合適電條件的設(shè)置以實施原位寡核苷酸合成。本設(shè)計使用串 行外圍設(shè)備接口(SPI)以最小化與芯片通信所需的外部電連接的數(shù)量。在芯 片的中央放置一個56 x 224的電極陣列，共提供12,544個位點用于產(chǎn)生寡 核苷酸探針。每個電極被裝配進電路元件的格子單位中，以供精確地控制 電極的電特性。芯片上的所有電極均可被單獨尋址，從而在每個單獨位點 上進行獨特的反應。
使用生物素標記的由大腸桿菌C^/zm'c/n'"co//，五.co//) A噬菌體基因組 的節(jié)段產(chǎn)生的cRNA轉(zhuǎn)錄物(弁NC一001416)開發(fā)摻入(spiked-in)對照系統(tǒng)。該 陣列設(shè)計有針對摻入對照轉(zhuǎn)錄物和K-562白血病細胞系表達的各種基因的 探針。由涉及免疫系統(tǒng)途徑的各種基因以及若干持家基因創(chuàng)建探針。此外， 針對入噬菌體基因組的節(jié)段來設(shè)計多種探針。在該微陣列上設(shè)計跨陣列分 布的每個探針的多個拷貝，以供測量陣列中的可變性。入序列每個耙標具 有三種不同的探針，并且每種有24個拷貝；K562序列具有16個拷貝。
在合成之前，微陣列表面的每個微陣列電極上覆有多孔性基質(zhì)層，便 于生物分子在電極表面上多孔性基質(zhì)中的附著和合成。該多孔性反應層含 有自由羥基。羥基將新合成的寡核苷酸系在選定的鉑包被電極的上方區(qū)域。 使用標準的亞磷酰胺化學方法在微陣列上合成定制的寡核苷酸陣列，用電 化學方法生成的酸去除每個亞磷酰胺部分上的保護基。該種去除也被稱作
解封(deblocking)。在DNA合成期間，通過開啟所選定的電極去除芯片表面 上亞磷酰胺的封閉DMT基團(二甲氧基三苯甲基)；在存在由電化學反應生 成的酸(H+)時，只有那些"開啟"的電極(S卩，選擇性地施加電流)失去DMT 基團。引入活化的核苷酸試劑以與自由羥基反應。洗滌該芯片，隨后加帽， 接著是氧化步驟以穩(wěn)定中心的磷原子。接著是使選定電極脫保護的步驟和 偶聯(lián)步驟。使用這種原位合成方法，在每個電極合成35-40個堿基的獨特 寡聚物。在電化學合成過程之后，該微陣列在65t的50: 50的乙醇-乙二 胺中脫保護一個小時以去除苯甲酰、異丁酰和氰乙基保護基，然后用乙醇 和蒸餾水洗滌。
使用安畢昂公司(Ambion)的MessageAmp aRNA試劑盒由人慢性髓細 胞性白血病(K-562細胞株)聚A+RNA(得克薩斯奧斯汀(Austin， TX)的安畢 昂公司)來制備復雜背景樣品。使用生物素-ll-CTP(馬薩諸塞州波士頓的珀 金埃爾默有限公司(Perkin Elmer))和生物素16-UTP(德國曼海姆的羅氏診斷 公司(Roche Diagnostics, Mannheim, Germany))雙重摻入生物素。不同濃度 的摻入生物素-cRNA對照轉(zhuǎn)錄物與恒定量(150 nM)的K-562生物素-cRNA 復雜背景結(jié)合，以使雜交中摻入對照轉(zhuǎn)錄物的最終濃度的范圍在1至 3000pM。生物素-cRNA混合物在95。C的IX片段化溶液(40 mM Tris乙酸， pH8.1， 100mMKOAc， 30 mM MgOAc)中片段化20分鐘。片段化的cRNA 樣品被添加到雜交溶液(6X SSPE， 0.05%吐溫-20， 20mMEDTA， 25% DI 甲酰胺，0.05% SDS， 100ng/ul超聲的鮭精DNA)中，95°〇變性3分鐘。將 樣品短暫地置于冰上，隨后13，000g離心3分鐘。將雜交樣品溶液加入雜交 室中。在45"C下雜交18小時。
雜交之后，用3XSSPE， 0.05%吐溫-20清洗雜交室內(nèi)的陣列。每個清 洗步驟均始于使用吸液管清空雜交室，隨后使用另一吸液管用洗滌緩沖液
沖洗該室，并且在該室內(nèi)添加新鮮洗滌緩沖液并培育1至5分鐘。繼續(xù)用 0.5X SSPE、 0.05%吐溫-20和2X PBST、 0.1%吐溫-20洗滌。使用2xPBST 配制的3%酪蛋白封閉30分鐘。在洗滌步驟之后，用HRP-鏈霉親和素偶聯(lián) 物培育該微陣列以將HRP連接于微陣列。該偶聯(lián)物包括偶聯(lián)于鏈霉親和素 的多個HRP單元的專利聚合物。鏈霉親和素-HRP復合物可以從研究診斷 公司(Research Diagnostics, Inc.)購得。為了制備鏈霉親和素-HRP溶液，使 用2XPBST將一微升的鏈霉親和素-HRP 80的復合物稀釋到5000微升。接 觸時間是60分鐘且溶液溫度是25攝氏度。所得的連接物是雜交的靶標-生 物素-鏈霉親和素-HRP。在存在過氧化氫的情況下用TMB作為底物來進行 HRP檢測。過氧化氫的濃度是4.5毫摩爾。該溶液是獲自西格馬公司(Sigma) 的目錄號為#丁044的市售TMB溶液的10倍稀釋液。對電極的電壓是+0.2 伏特(工作電極是-0.2伏特)。溫度是室溫。在本實驗中所使用的對電極放置 在不在電極陣列上而是鄰近電極陣列的位點上。
電化學雜交信號對應于生物學樣品的基因表達信息。在微陣列上檢測 該信號并進行分析。圖4顯示了對所有18種獨特探針而言，不同濃度的摻 入入與各濃度的三種獨特探針的曲線圖。圖4顯示所測得的電流隨著耙標 濃度的增加而單調(diào)增加。
權(quán)利要求
1.一種讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其包括(a)提供一種測量系統(tǒng)，其具有控制系統(tǒng)、積分電路、微陣列室、多條電壓線、數(shù)字電路、以及模擬電路，其中所述控制系統(tǒng)、積分電路和微陣列室電路通信，其中所述微陣列室容納具有多個與所述控制系統(tǒng)和所述積分電路作電路通信的電極的微陣列，其中所述電壓線通過所述控制系統(tǒng)可切換地與各個電極相連接；(b)通過將測量的電極組設(shè)定為接近接地、設(shè)定至少一個對電極的對電極電壓、以及中止一穩(wěn)態(tài)周期來初始化測量，其中所述至少一個對電極與所述測量的電極組流體連通；(c)對所述測量的電極組中的每個電極測量電流，該測量是通過(i)使用所述第一電壓線將測量電極連接至具有閉合的復位開關(guān)的所述積分電路；(ii)中止一電極穩(wěn)定時期；(iii)斷開所述復位開關(guān)以一采樣率測量并且記錄在測量時間內(nèi)來自所述積分電路的輸出的電壓響應；(iv)閉合所述復位開關(guān)；以及(v)將所述測量電極切換回所述第二電壓線；以及(d)計算所述測量的電極組中的各個電極的電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，第一電壓線將所述微陣列連接到所述積分電路并且將所述積分電 路連接到所述控制系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求l所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，第二電壓線可設(shè)定為接地，其中第三電壓線可設(shè)定為一可編程的 固定電壓。
4. 如權(quán)利要求l所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，所述積分電路具有積分跨阻抗放大器，所述積分跨阻抗放大器具 有正相輸入端和連接至所述正相輸入端的電位計。
5. 如權(quán)利要求4所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，使用調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)所述電位計電路以維持電流在被測量的電極 的電壓與電流沒有被測量的電極的電壓近乎相等。
6. 如權(quán)利要求l所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，所述測量電極組的設(shè)定步驟用所述第二電壓線來完成，而所述對 電極的電壓設(shè)定使用所述第三電壓線來完成。
7. 如權(quán)利要求l所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，是通過所述電壓響應和時間的線性回歸來計算各個電極的電流。
8. 如權(quán)利要求7所述的讀取電極微陣列上的電極的電流的方法，其特 征在于，獲得的是斜率，其中所述電流等于所述斜率的負數(shù)乘以所述積分 電路電容器的電容值。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述對電位計電路的調(diào)節(jié) 方法是選自由組裝前的手動調(diào)節(jié)和使用計算機軟件和具有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)所構(gòu)成的組。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電極穩(wěn)定周期為約 10至600微秒。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個對電極的 所述可編程固定電壓為約0.02至0.5伏特。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)態(tài)周期為約4至 60秒。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述電容值為約5至20 皮法。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述測量時間為約0.5至 5毫秒。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采樣率為每10至100 微秒約一個數(shù)據(jù)對。
16. —種積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝置，其包括 (a)具有至少八個網(wǎng)絡端子(A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H)的電網(wǎng)絡，所述電網(wǎng)絡包括(i)積分跨阻抗放大器，其具有連接至網(wǎng)絡端子(A)的反相放大器輸 入端，連接至網(wǎng)絡端子(B)的正相放大器輸入端、反相運算放大器輸入端、 和運算放大器輸出端，以及連接至所述網(wǎng)絡端子(C)的放大器輸出端；(ii) 運算放大器，其具有連接至網(wǎng)絡端子(D)的正相運算放大器輸入端，，(iii) 增益為Gl的可編程增益放大器，其具有連接至所述網(wǎng)絡端子 (C)的PGA輸入端和連接至所述網(wǎng)絡端子(H)的PGA輸出端；(iv) 連接在所述網(wǎng)絡端子(D)和(E)之間的已知電阻為&的第一電阻器；(v) 連接在所述網(wǎng)絡端子(D)和地之間的已知電阻為R2的第二電阻器；(vi) 已知電阻為R3的電位計，其具有連接至所述網(wǎng)絡端子(E)的電 位計輸出端，和連接在所述網(wǎng)絡端子(F)和(G)之間的電位計輸入端；(vii) 已知電容為d的連接在所述網(wǎng)絡端子(A)和(C)之間的電容器；以及(viii) 連接在所述網(wǎng)絡端子(A)和(C)之間的復位開關(guān)； (b)多條電壓線；(C)一個或者多個外部電源；以及(d)計算機控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其具有連接至所述網(wǎng)絡端子(H)且與所述積分電路作電路通信的輸入線。
17. 如權(quán)利要求16所述的積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝置，其特征在于，所述多條電壓線包括測量線、接地線、以及對電極線。
18. 如權(quán)利要求16所述的積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝 置，其特征在于，所述電壓線被可切換地連接至所述電極微陣列上的電極。
19. 如權(quán)利要求16所述的積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝置，其特征在于，在測量期間，所述測量線連接在網(wǎng)絡端子(A)和所述測量電極之間，所述接地線連接至多個并未被測量的電極，而所述對電極線連 接至至少一個對電極。
20. 如權(quán)利要求16所述的積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝 置，其特征在于，所述一個或者多個外部電源提供跨所述網(wǎng)絡端子(F)和(G) 的第一電壓源，給所述運算放大器供電的第二電壓源，給所述積分跨阻抗 放大器供電的第三電壓源，給所述可編程增益放大器供電的第四電壓源， 以及給所述復位開關(guān)供電的第五電壓源。
21. 如權(quán)利要求16所述的積分電壓以測量微陣列上的電極的電流的裝 置，其特征在于，所述外部電源以及所述電壓線使用模擬電路和數(shù)字電路。
22. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述電位計可使用選自 由組裝前的手動調(diào)節(jié)和使用計算機軟件和具有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 測量和反饋電路的軟件調(diào)節(jié)所構(gòu)成的組中選擇的方法來調(diào)節(jié)。
23. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述對電極線可調(diào)節(jié)為 約0.02至0.5伏特的電壓。
24. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述d為約10皮法。
25. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述R,為約49，卯0歐 姆，所述R2為約100歐姆，并且所述R3為約10,000歐姆。
全文摘要
公開了一種用于讀取電極微陣列上電極的電流的方法和設(shè)備。通過電流流量的差異來檢測具有結(jié)合事件的電極。目標上的酶催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，該產(chǎn)物可被電極微陣列的每個電極處的電化學性減少所檢測。該設(shè)備具有積分電路，其提供電壓輸出，該電壓輸出在一段時間被測量和記錄并且被用于計算平均電流流量。電位計使相對接地的電極，正在被測量的多個電極的電壓是相等的。
文檔編號G01N27/26GK101365827SQ200680043101
公開日2009年2月11日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者C·坎普貝爾, K·佩伊萬, M·比扎卡, R·W·李 申請人:康比麥崔克斯有限公司