專利名稱：通過(guò)放大標(biāo)記信號(hào)進(jìn)行的靈敏磁檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的設(shè)備和方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的組合在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的用途。
背景技術(shù)：
一部分衛(wèi)生保健研究涉及開(kāi)發(fā)易于使用的分子診斷學(xué)，用于分子例如
DNA、 RNA、蛋白質(zhì)、肽、激素、代謝物、藥物等等，以及測(cè)定活性和催化性生物分子例如朊病毒、酶、適體、核酶和脫氧核酶的活性和功能，以及鑒別細(xì)胞包括人組織、人細(xì)胞、細(xì)菌和病毒。
磁生物傳感器被用于檢測(cè)用超順磁顆粒標(biāo)記的生物學(xué)靶。幾種標(biāo)記形式可用于檢測(cè)生物學(xué)分析物。這些包括直接檢測(cè)(其中被標(biāo)記的分析物結(jié)合至傳感器)、三明治檢測(cè)(其中分析物結(jié)合至傳感器，之后與含有所述標(biāo)記的部分結(jié)合)、和競(jìng)爭(zhēng)性或抑制檢測(cè)(其中分析物與傳感器表面競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合至被標(biāo)記的部分)。
直接檢測(cè)用于易于直接標(biāo)記的分析物，例如核酸檢測(cè)中的PCR擴(kuò)增子。三明治檢測(cè)最為熟知的是提供低檢測(cè)極限和高特異性。然而，其需要靶分析物具有用于結(jié)合兩個(gè)部分的可用的位點(diǎn)。小分子例如藥物、代謝物、激素、毒物(例如毒素)和維生素?zé)o法容納兩個(gè)結(jié)合部分，因此優(yōu)選競(jìng)爭(zhēng)性檢測(cè)。在三明治檢測(cè)中，被檢測(cè)到的標(biāo)記的量與傳感器上的靶的濃度直接相關(guān)；而在競(jìng)爭(zhēng)性檢測(cè)中，標(biāo)記的量與傳感器上的游離的結(jié)合位點(diǎn)的濃度相關(guān)，其隨分析物濃度降低。
一種檢測(cè)的靈敏度極限如下式給出-Rdet=2*s.db
其中Rdet是靈敏度極限，s.db是源自儀器背景和非特異性結(jié)合的信號(hào)
的標(biāo)準(zhǔn)差。為了提高檢測(cè)的靈敏度并從而能夠檢測(cè)到更低的濃度，在這些濃度的信號(hào)必須至少為Rdet，優(yōu)選高得多。被磁標(biāo)記檢測(cè)到的信號(hào)與傳感器上標(biāo)記的密度以及標(biāo)記上磁含量的大小成比例。提高與傳感器結(jié)合的標(biāo)記的密度可通過(guò)增加檢測(cè)的成份之間的結(jié)合效率和提高標(biāo)記結(jié)合至表面
的速度和有效性實(shí)現(xiàn)。然而，在檢測(cè)中通過(guò)使用大標(biāo)記(直徑Mpm)增加
標(biāo)記的磁體積將提高每一標(biāo)記對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)，但這是不利的，因?yàn)闄z測(cè)的最終階段需要磁標(biāo)記結(jié)合在傳感器表面上。由于空間位阻以及較大標(biāo)記相對(duì)于較小標(biāo)記降低的(用于結(jié)合至傳感器表面的)表面與體積比，這一過(guò)程對(duì)于大標(biāo)記可能是非常緩慢和低效率的。因此，盡管每標(biāo)記信號(hào)隨標(biāo)記直徑提高，但對(duì)信號(hào)有貢獻(xiàn)的標(biāo)記數(shù)目反而減少。
發(fā)明概述
本發(fā)明的目的是通過(guò)提高檢測(cè)的靈敏度克服上述缺點(diǎn)并從而實(shí)現(xiàn)更低濃度的檢測(cè)。
一方面，本發(fā)明涉及用于在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信
號(hào)的設(shè)備，包括
-用于維持與初級(jí)納米顆粒標(biāo)記分離的至少次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的分離裝置，其中所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記結(jié)合，和
-用于控制將所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記釋放至所述檢測(cè)中的控制單元，其中初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記中的至少一種是磁標(biāo)記。
因此，本發(fā)明提供了一種能夠放大所述納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的設(shè)備，因?yàn)橐换蚨鄠€(gè)次級(jí)標(biāo)記能夠結(jié)合至單一的初級(jí)標(biāo)記從而提高待檢測(cè)的納米顆粒標(biāo)記的密度并從而增強(qiáng)信號(hào)。由此可以容易地檢測(cè)到低濃度的分
析物，例如〈nM。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是附著于檢測(cè)表面的初級(jí)標(biāo)記可以是很小的，從而減少空間位阻并增加能夠結(jié)合至生物傳感器表面的每克標(biāo)記的表面積。所述初級(jí)標(biāo)記可以是與溶液中的靶或附著于生物傳感器表面的靶結(jié)合的標(biāo)記。這種結(jié)合可以通過(guò)媒介結(jié)合基團(tuán)發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語(yǔ)"納米顆粒標(biāo)記"可以包括微米范圍的顆粒，但是典型地所述顆粒從幾百納米至幾納米，或甚至幾分之一納米。同樣，所述納米顆粒的幾何形狀可以是各種各樣的。本發(fā)明的術(shù)語(yǔ)"分離裝置"是指物理分離，例如所述初級(jí)或次級(jí)標(biāo)記處于容器中；或化學(xué)分離，即所述初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記不能結(jié)合在一起。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述分離裝置選自如下組成的一組--與含有所述初級(jí)或次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的腔室物理分離的容器，-適于通過(guò)外力場(chǎng)或通過(guò)化學(xué)結(jié)合力容納所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的第二表面、以及用于施加外力的施力機(jī)構(gòu)(force mechanism),
-適于通過(guò)外力場(chǎng)或通過(guò)化學(xué)結(jié)合力容納所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的第二表面、用于產(chǎn)生覆蓋所述第二表面上的次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的表面的惰性層的惰性標(biāo)記封裝層、以及用于施加外力的施力機(jī)構(gòu)，
-封裝裝置和用于將標(biāo)記從所述封裝裝置中釋放的封裝移除裝置，和-包含含有提供將所述初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記結(jié)合在一起所必需的結(jié)合元件的結(jié)合裝置的復(fù)合物的容器，和
-包含含有提供將所述初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記結(jié)合在一起所必需的結(jié)合元件的結(jié)合裝置的復(fù)合物的第二表面，和用于封裝所述復(fù)合物的封裝置以及用于將所述封裝裝置從所述復(fù)合物移除的封裝移除裝置。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記在多分析物檢測(cè)中包含兩種或更多種不同類型的納米顆粒標(biāo)記。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述至少次級(jí)納米顆粒標(biāo)記包含額外的彼此分離的三級(jí)納米顆粒標(biāo)記、四級(jí)納米顆粒標(biāo)記等等，其中所述三級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于結(jié)合所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記，所述四級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于結(jié)合所述三級(jí)納米顆粒標(biāo)記等等。由于將次級(jí)標(biāo)記結(jié)合至初級(jí)標(biāo)記的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)目是有限的，三級(jí)標(biāo)記和次級(jí)標(biāo)記的額外結(jié)合等將使得傳感器信號(hào)進(jìn)一步放大。
在一個(gè)實(shí)施方式中，至少一種次級(jí)納米顆粒標(biāo)記包含一或多種不同類型的次級(jí)納米顆粒標(biāo)記。以此方式，所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記能夠結(jié)合至各種結(jié)合類型的標(biāo)記或相同初級(jí)標(biāo)記上的各種結(jié)合位點(diǎn)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記是磁標(biāo)記，所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生磁場(chǎng)并從而在標(biāo)記中誘導(dǎo)磁矩的磁場(chǎng)發(fā)生器，并優(yōu)選地包含包括用于檢測(cè)所述標(biāo)記產(chǎn)生的場(chǎng)的表面的生物傳感器。磁標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)是它們可以在磁場(chǎng)中被驅(qū)動(dòng)。以這種方式，它們可以主動(dòng)地從一個(gè)位置移至另一個(gè)位置。這一特性可用于例如提高顆粒通過(guò)吸力到達(dá)傳感器表面的速度，并用于通過(guò)相反方向的力移除與傳感器表面不結(jié)合或結(jié)合微弱的標(biāo)記。檢測(cè)磁矩的生物傳感器具有額外的優(yōu)點(diǎn)，即生物學(xué)基質(zhì)幾乎沒(méi)有磁性，因此不產(chǎn)生背景信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述生物傳感器包含用于檢測(cè)所產(chǎn)生的場(chǎng)的
GMR、 TMR、 AMR、或Hall設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述標(biāo)記選自由金屬納米顆粒、半導(dǎo)體納米顆粒、含有染料的聚合納米顆粒、碳納米顆粒、和含有染料標(biāo)記的磁顆粒組成的一組，其中初級(jí)或次級(jí)標(biāo)記中的至少一種是磁標(biāo)記。
另一方面，本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的方法，所述方法包括
-維持與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記分離的至少次級(jí)納米顆粒標(biāo)記，其中所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記結(jié)合，和
-控制將所述次級(jí)標(biāo)記釋放至所述檢測(cè)中，并使得所述次級(jí)標(biāo)記與所述初級(jí)標(biāo)記結(jié)合，其中所述初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記中的至少一種是磁標(biāo)記。
因此，由于每一初級(jí)標(biāo)記了產(chǎn)生很大的總體信號(hào)，因此可以容易地檢測(cè)到低濃度的分析物(<nM)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述檢測(cè)選自如下組成的一組
-三明治檢測(cè)，
-直接檢測(cè)，和
-競(jìng)爭(zhēng)性或抑制檢測(cè)，
-核酸檢測(cè)，和
-酶活性檢測(cè)。
因此，由納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)可獨(dú)立于檢測(cè)的類型而被放大。在一個(gè)實(shí)施方式中，次級(jí)標(biāo)記的直徑小于初級(jí)標(biāo)記的直徑。從而空間
位阻被進(jìn)一步減小。然而，次級(jí)標(biāo)記的直徑也可以與初級(jí)標(biāo)記的直徑類似，
或者更大。
在一個(gè)實(shí)施方式中，初級(jí)標(biāo)記結(jié)合至檢測(cè)中包含的生物傳感器的表面。在一個(gè)實(shí)施方式中，次級(jí)標(biāo)記釋放至檢測(cè)中是在初級(jí)標(biāo)記結(jié)合至檢測(cè)中包含的生物傳感器的表面之后進(jìn)行的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，次級(jí)標(biāo)記釋放至檢測(cè)中是在初級(jí)標(biāo)記結(jié)合至檢測(cè)中包含的生物傳感器的表面之后以及與生物傳感器不結(jié)合或結(jié)合微弱的初級(jí)標(biāo)記被移除之后進(jìn)行的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，在檢測(cè)產(chǎn)生的信號(hào)之前，從檢測(cè)中移除與檢測(cè)中包含的生物傳感器的表面不結(jié)合或結(jié)合微弱的初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記。
另一方面，本發(fā)明還涉及初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的組合用于在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的用途，其中至少一種次級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于附著于所述初級(jí)標(biāo)記并從而起到放大劑的作用，并且其中初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記中的至少一種是磁標(biāo)記。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述初級(jí)和至少一種次級(jí)納米顆粒標(biāo)記是磁標(biāo)記，并且其中所述信號(hào)是所述標(biāo)記產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述用途包括在體液樣品中檢測(cè)選自由大麻、搖
頭丸(Ecstasy)、脫氧麻黃堿、美沙酮和安非他明、可卡因、強(qiáng)效純可卡因(Crack)和海洛因組成的一組藥物。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述用途包括檢測(cè)蛋白質(zhì)、小分子例如葡萄糖、激素、毒素、類固醇、維生素及代謝物、肽、核酸例如DNA和RNA。
本發(fā)明的每一方面都可以和其他任何一個(gè)方面進(jìn)行組合。本發(fā)明的這些方面和其他方面可以參考下文描述的實(shí)施方式而顯而易見(jiàn)并得以闡明。


本發(fā)明的實(shí)施方式將參考附圖進(jìn)行描述，并僅為示例性目的，其中-圖1示出了本發(fā)明的用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)納米顆粒標(biāo)記放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的設(shè)備，
圖2示出了圖1中的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，
圖3通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖2的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，
圖4示出了圖1中所示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，
圖5通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖4的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，
圖6示出了圖1中所示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，
9圖7通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖6的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟， 圖8示出了圖1中所示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式， 圖9通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖8的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟， 圖IO示出了圖1中所示設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式， 圖11通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖10的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟， 圖12示出了在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的方法的 流程圖。
發(fā)明詳述
圖1示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)納米顆粒標(biāo)記放大從初級(jí)納米 顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的本發(fā)明的設(shè)備100。在以下的實(shí)施方式中，假設(shè)所 述納米顆粒標(biāo)記包含磁標(biāo)記，但也可能是其他類型的標(biāo)記(例如金屬納米 顆粒、半導(dǎo)體納米顆粒、含有染料的聚合納米顆粒、碳納米顆粒、和含有 染料標(biāo)記的磁顆粒)。
所述放大通過(guò)將一或多個(gè)次級(jí)磁標(biāo)記附著于初級(jí)磁標(biāo)記而實(shí)現(xiàn)。如圖 所示，所述設(shè)備包含分離裝置(S一U)101、控制單元(CJJ)102(典型地是 磁傳感器)、磁場(chǎng)發(fā)生器(F—P) 104和包括用于檢測(cè)由標(biāo)記203產(chǎn)生的場(chǎng)的 表面的生物傳感器103。所述傳感器可以是任何合適的傳感器以檢測(cè)傳感 器表面上或附近磁顆粒的存在，所述檢測(cè)基于所述顆粒的任何特性，例如 其可以通過(guò)磁方法(例如磁阻、Hall、線圈)、光學(xué)方法(成象、熒光、化 學(xué)發(fā)光、吸收、散射、表面等離子體共振、Raman等等)、聲波檢測(cè)(聲表 面波、體聲波、懸臂梁、石英晶體等等)、電學(xué)檢測(cè)(例如電導(dǎo)、阻抗、電 流測(cè)量、氧化還原循環(huán))等等進(jìn)行檢測(cè)。分離裝置(S—U) 101適于將次級(jí) 標(biāo)記與初級(jí)標(biāo)記分離，并以此將次級(jí)標(biāo)記從生物傳感器103封離。所述分 離可以包含物理分離(例如以容器的形式)，或化學(xué)分離(其中標(biāo)記間不能 化學(xué)結(jié)合在一起)?？刂茊卧?C一U) 102適于控制次級(jí)標(biāo)記從容器分離裝 置(S一M)lOl中的釋放。場(chǎng)發(fā)生器(F—P)104可以是內(nèi)部或外部元件，并 且可包含由其中的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的導(dǎo)線、電磁線圈、以及永磁體。所述場(chǎng) 發(fā)生器適于產(chǎn)生磁場(chǎng)106以在標(biāo)記203、 204中誘導(dǎo)磁矩。然后，生物傳 感器103例如使用巨磁電阻元件(GMR)、隧穿磁電阻元件(TMR)、各向異性磁電阻元件(AMR)、霍爾元件等檢測(cè)由所述標(biāo)記產(chǎn)生的場(chǎng)107。
圖2示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)磁標(biāo)記放大從初級(jí)標(biāo)記產(chǎn)生的 信號(hào)的本發(fā)明的設(shè)備200的實(shí)施方式。在這一實(shí)施方式中，分離裝置 (S—M) 101包括用于容納與初級(jí)標(biāo)記203物理分離的次級(jí)標(biāo)記204的容器 或腔室201。容器201進(jìn)一步包含由控制單元(C_U) 102操縱的閘205， 或機(jī)械的、電動(dòng)的或磁動(dòng)的閥門(mén)以使得次級(jí)顆粒204流入主腔室206。在 一個(gè)實(shí)施方式中，所述控制單元(C—U)102是由計(jì)算機(jī)控制的，其中所述 控制可例如包括僅將一部分次級(jí)標(biāo)記導(dǎo)入放置生物傳感器103的主腔室 206中。因此，所述計(jì)算機(jī)(未示出)可適于使用物理參數(shù)例如容器201 中的壓力以估計(jì)次級(jí)標(biāo)記202的數(shù)目，并使開(kāi)放時(shí)間最優(yōu)化以控制次級(jí)顆 粒的流出。
圖3通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖2的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，在所述設(shè)備 中初級(jí)標(biāo)記204在不存在次級(jí)標(biāo)記204的情況下附著于生物傳感器103的 表面(圖3左側(cè))，直到次級(jí)標(biāo)記204從容器201中釋放并附著于初級(jí)標(biāo)記 (圖3右側(cè))。在這一實(shí)施方式中，所述初級(jí)標(biāo)記包含兩個(gè)結(jié)合部分301、 302， 一個(gè)部分302用于將所述初級(jí)標(biāo)記與靶303結(jié)合(其中所述靶303 之后通過(guò)結(jié)合部分304與表面結(jié)合)， 一個(gè)結(jié)合部分301用于與次級(jí)標(biāo)記 204結(jié)合。初級(jí)標(biāo)記的結(jié)合部分的數(shù)目也可以僅包含一個(gè)結(jié)合部分或多于 兩個(gè)結(jié)合部分。所述結(jié)合部分可包括抗生物素蛋白、生物素、半抗原、抗 體、蛋白質(zhì)、肽、凝集素、碳水化合物、適體、以及核酸。
初級(jí)磁標(biāo)記的直徑可以是幾納米直至幾百納米，或者甚至高至微米范 圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，納米顆粒標(biāo)記由含有氧化鐵小顆粒的聚合物制成， 并形成氧化鐵基質(zhì)，并從而具有超順磁特性。然而，所述磁標(biāo)記的材料特 性可以是使得所述標(biāo)記具有順磁或鐵磁特性。
在一個(gè)實(shí)施方式中，初級(jí)標(biāo)記204和次級(jí)標(biāo)記203表面上的結(jié)合部分 通過(guò)將所述標(biāo)記203和204的表面通過(guò)例如用反應(yīng)性官能團(tuán)包被或進(jìn)行表 面反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)性官能團(tuán)進(jìn)行官能化而獲得，所述反應(yīng)性官能團(tuán)例如是 羧酸、胺、甲苯磺?；?、醛、馬來(lái)酰亞胺、硫醇或環(huán)氧。這種包被的結(jié)果 提供了用于固定結(jié)合部分包括生物分子例如抗生物素蛋白、生物素、抗 體、肽、適體和寡核苷酸的反應(yīng)性基團(tuán)。這種結(jié)合部分也可以被修飾使得它們與表面上的反應(yīng)性基團(tuán)更容易地進(jìn)行反應(yīng)。例如羧酸基團(tuán)與胺基團(tuán)反 應(yīng)在蛋白質(zhì)和肽上可以自然發(fā)生，但是也可將這些胺基團(tuán)添加至寡核苷酸 和適體以使得它們固定在羧化表面上。
應(yīng)當(dāng)注意，這里示出的實(shí)施方式是所謂的三明治檢測(cè)，其中靶303被 夾在生物傳感器表面103上的部分304和與初級(jí)標(biāo)記203結(jié)合的部分302 之間，即靶分析物必須具有兩個(gè)可用于結(jié)合的位點(diǎn)。圖3中闡明的方案以 及下文描述的其他實(shí)施方式也可以用于其他類型的檢測(cè)，例如直接檢測(cè) (其中被標(biāo)記的分析物與傳感器結(jié)合，之后結(jié)合含有初級(jí)標(biāo)記204的部分)， 或競(jìng)爭(zhēng)性或抑制檢測(cè)(優(yōu)選用于例如不能容納兩個(gè)結(jié)合部分的分子如藥 物、代謝物、激素、毒物(例如毒素)和維生素)。
在這一實(shí)施方式中，次級(jí)標(biāo)記204包含一種類型的結(jié)合部分309，該 結(jié)合部分適于與初級(jí)標(biāo)記上的結(jié)合部分301結(jié)合。次級(jí)標(biāo)記204上的結(jié)合 部分的數(shù)目當(dāng)然可以包含多于一種類型的結(jié)合部分，其中每一個(gè)結(jié)合部分 各自都可以適于初級(jí)標(biāo)記(以及三級(jí)部分)上的特異性結(jié)合部分。
箭頭308示出了容器的打開(kāi)，即將次級(jí)標(biāo)記204釋放到主腔室206中。 圖3右側(cè)示出了次級(jí)標(biāo)記204通過(guò)結(jié)合部分301附著于初級(jí)標(biāo)記203。將 這些次級(jí)標(biāo)記204附著于初級(jí)標(biāo)記可以引起由初級(jí)標(biāo)記203產(chǎn)生的信號(hào)被 放大，并從而由于與每一個(gè)靶303各自相關(guān)的標(biāo)記的被放大的密度而使得 檢測(cè)的靈敏度得到提高。
圖4示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)磁標(biāo)記204放大從初級(jí)標(biāo)記 203產(chǎn)生的信號(hào)的本發(fā)明的設(shè)備400的另一個(gè)實(shí)施方式，其中初級(jí)標(biāo)記203 和次級(jí)標(biāo)記204置于同一個(gè)腔室內(nèi)。在這一實(shí)施方式中，分離裝置(S一M) 101包含與次級(jí)標(biāo)記204附著的第二表面401。所述附著可以通過(guò)在特定 位置例如表面401上施加磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)，并利用次級(jí)標(biāo)記204的磁特性將其 維持在表面401上。通過(guò)去除所述磁場(chǎng)，次級(jí)標(biāo)記204將從表面釋放，因 此控制單元(CJJ) 102包含用于提供磁場(chǎng)302和局部解除磁場(chǎng)的機(jī)械裝置 402 (優(yōu)選地由計(jì)算機(jī)控制)。將次級(jí)標(biāo)記吸引至所述表面的另一條途徑可 以利用靜電吸引，其中將標(biāo)記從表面401釋放的步驟可以包括以去除靜電 弓I力和/或提供靜電斥力的水平和指示向表面401施加電流或電壓。
另夕卜，為了加快次級(jí)標(biāo)記204的結(jié)合，可以將它們吸附于所希望的含有初級(jí)標(biāo)記203的位置，即具有磁場(chǎng)的傳感器表面103。除去未結(jié)合的或 結(jié)合微弱的次級(jí)標(biāo)記204可以通過(guò)遠(yuǎn)離傳感器表面203的磁力實(shí)現(xiàn)。另外， 待吸附于某一位置的標(biāo)記的類型可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的頻率區(qū)分。特定類型的 標(biāo)記可以比另一種類型的標(biāo)記在更高的場(chǎng)頻率磁化。通過(guò)使用高頻場(chǎng)，可 以吸引一種類型的標(biāo)記，而不影響另一種類型的標(biāo)記。顆粒的檢測(cè)典型地 將使用使兩種標(biāo)記都被磁化的場(chǎng)頻率進(jìn)行。
不使用磁場(chǎng)及利用磁特性，分離裝置(S一M) 101也可以包含具有可吸 附次級(jí)標(biāo)記204的表面特性的表面，其中從表面401釋放標(biāo)記的步驟包括 向表面401提供熱能(使得加熱之后的能量超過(guò)標(biāo)記和表面之間的結(jié)合 能)。因此，可以使用計(jì)算機(jī)控制的加熱器以控制次級(jí)標(biāo)記204的釋放。 將次級(jí)標(biāo)記204吸引至表面401的另一種方法可以歸功于靜電吸引，其中 從表面401釋放標(biāo)記的步驟包括以去除靜電引力和/或提供靜電斥力的水 平和指示向表面401施加電流或電壓。
圖5通過(guò)圖示說(shuō)明了圖4中的初級(jí)標(biāo)記203在不存在次級(jí)標(biāo)記204的 情況下附著于表面103 (圖5左側(cè))，直到次級(jí)標(biāo)記204從表面401上釋放 并附著于初級(jí)標(biāo)記(圖5右側(cè))的功能性步驟。箭頭501可代表先前施加 引起次級(jí)標(biāo)記204從表面401釋放的磁場(chǎng)或熱能。
圖6示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)磁標(biāo)記204放大從初級(jí)標(biāo)記產(chǎn) 生的信號(hào)的本發(fā)明的設(shè)備600的另一個(gè)實(shí)施方式，其中分離裝置(S—M) 101包含第二表面603，次級(jí)磁標(biāo)記204通過(guò)例如化學(xué)結(jié)合與之結(jié)合或通 過(guò)向表面603施加的外力例如磁力或電力與之附著。在這一實(shí)施方式中， 使用不具有結(jié)合元件的次級(jí)惰性標(biāo)記或任何其他類型的惰性標(biāo)記或顆粒 以在次級(jí)標(biāo)記204上提供惰性層。惰性次級(jí)標(biāo)記204可通過(guò)例如施加磁場(chǎng) 而附著至初級(jí)標(biāo)記204所處的表面603，其中相同的磁場(chǎng)可適于保持"活 性"(包含結(jié)合成份)次級(jí)標(biāo)記和惰性次級(jí)標(biāo)記204。其結(jié)果是未與生物 傳感器表面103結(jié)合的初級(jí)標(biāo)記203不能與被惰性層保護(hù)的次級(jí)標(biāo)記結(jié) 合，并且所述次級(jí)標(biāo)記可置于同一腔室內(nèi)。不具有結(jié)合元件和具有結(jié)合元 件的次級(jí)標(biāo)記204的釋放都可以通過(guò)解除或改變所述場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。在這一實(shí)施 方式中，控制單元(C—U)102的作用可以包括控制電場(chǎng)或磁場(chǎng)。
圖7通過(guò)圖示說(shuō)明了圖6中的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，其中左側(cè)示出了由惰性次級(jí)標(biāo)記204形成的惰性層700和圍繞次級(jí)標(biāo)記203的初級(jí)標(biāo) 記204。圖7右側(cè)示出了惰性標(biāo)記204通過(guò)例如解除磁場(chǎng)從表面釋放。
圖8示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)磁標(biāo)記放大從初級(jí)標(biāo)記產(chǎn)生的 信號(hào)的本發(fā)明的設(shè)備800的另一個(gè)實(shí)施方式。在這一實(shí)施方式中，所述分 離裝置包含封裝裝置803，和與可以被磁、機(jī)械、化學(xué)或電激活以溶解或 分解的物質(zhì)結(jié)合從而從封裝裝置803釋放標(biāo)記的封裝移除裝置801。封裝 過(guò)程可以在設(shè)備800中原位完成，或在外部完成。如果作為示例，次級(jí)標(biāo) 記204被封裝在聚合物中，那么其將會(huì)在加熱的情況下溶解或熔化(例如 凝膠，如低熔點(diǎn)瓊脂糖、蠟質(zhì)、以及氫鍵聚合物)。因此，封裝移除裝置 801可以包含用于提供熱量的加熱器。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述次級(jí)標(biāo)記 可以通過(guò)將其置于聚合物或液體膠囊中進(jìn)行封裝，之后可以暴露于超聲脈 沖而強(qiáng)行打開(kāi)。所述封裝裝置可以覆蓋單個(gè)納米顆?；蚣{米顆粒組?？刂?單元(C_U) 102相應(yīng)地適于控制封裝移除裝置801和與所述材料的結(jié)合。
圖9通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖8的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，其中最初次 級(jí)標(biāo)記203被封裝于封裝裝置803中，直至封裝裝置803被移除并且結(jié)合 部分309被暴露并能與初級(jí)標(biāo)記204上的部分310結(jié)合。
圖10示出了用于在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)磁標(biāo)記放大從初級(jí)標(biāo)記產(chǎn)生 的信號(hào)的本發(fā)明的用于封裝所述次級(jí)標(biāo)記的設(shè)備1000的另一個(gè)實(shí)施方式。 在這一實(shí)施方式中，所述分離裝置包含最初能夠保持與容器1001中的標(biāo) 記分離的復(fù)合物1004，其中所述復(fù)合物至少含有用于結(jié)合初級(jí)標(biāo)記的第一 部分1002和用于與次級(jí)標(biāo)記203結(jié)合的第二部分1003。在這一實(shí)施方式 中，所述初級(jí)標(biāo)記不包含能夠使其直接與次級(jí)標(biāo)記結(jié)合的結(jié)合部分。因此， 所述復(fù)合物1004提供了初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記203和204之間的結(jié)合。其結(jié)果 是所述初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記可置于同一個(gè)腔室內(nèi)。
所述復(fù)合物可從物理分離的容器1001中釋放(如此處所示)，或被激 活并從與上文所述相似的封裝層釋放?？刂茊卧?C—U) 102可適于例如通 過(guò)控制復(fù)合物1002從容器中向主腔室中的流入而控制容器1001。
圖11通過(guò)圖示說(shuō)明了在圖10的設(shè)備中進(jìn)行的功能性步驟，示出了僅 具有一種類型的結(jié)合部分302的初級(jí)標(biāo)記204，在加入復(fù)合物1004之后， 次級(jí)標(biāo)記203可以通過(guò)結(jié)合部分1002和1003與初級(jí)標(biāo)記204結(jié)合。
14圖12示出了在檢測(cè)中通過(guò)使用次級(jí)納米顆粒標(biāo)記放大從初級(jí)納米顆 粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的方法的流程圖。所述檢測(cè)可以包括三明治檢測(cè)、直接 檢測(cè)、競(jìng)爭(zhēng)性或抑制檢測(cè)等等。最初，次級(jí)納米顆粒標(biāo)記與初級(jí)納米顆粒
標(biāo)記(Sl) 1201分離。這可以使得初級(jí)標(biāo)記最初與生物傳感器表面接合。 之后，未結(jié)合的或結(jié)合微弱的初級(jí)標(biāo)記可以通過(guò)施加力(例如磁力或水動(dòng) 力)進(jìn)行洗滌而除去，以防止放大非特異性結(jié)合的初級(jí)標(biāo)記(即未與靶附 著的標(biāo)記)。隨后，所述次級(jí)標(biāo)記被釋放至包含初級(jí)標(biāo)記(S2) 1202的檢測(cè) 中，其中所述次級(jí)標(biāo)記的釋放以受控制的方式完成。所述次級(jí)標(biāo)記與初級(jí) 標(biāo)記結(jié)合，并且可以除去與初級(jí)標(biāo)記未結(jié)合或結(jié)合微弱的次級(jí)標(biāo)記。
描述所公開(kāi)的實(shí)施方式的特定細(xì)節(jié)是為了解釋而非限制的目的，以使
得本發(fā)明被清楚和透徹地理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明 在其他與本文描述的細(xì)節(jié)不完全一致的實(shí)施方式中也可以實(shí)施，而并不顯
著偏離本發(fā)明的精神和范圍。此外，在本文中為了簡(jiǎn)潔和清楚的目的，省 略了已被熟知的儀器、線路和方法的詳細(xì)描述，以避免不必要的細(xì)節(jié)和可 能的混淆。
權(quán)利要求中包括附圖標(biāo)記，但是加入所述附圖標(biāo)記只是為了清楚的目 的，不應(yīng)理解為對(duì)權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1. 用于在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記(204)產(chǎn)生的信號(hào)的設(shè)備(100)，包括- 用于維持與初級(jí)納米顆粒標(biāo)記分離的至少次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203)的分離裝置(101)，其中所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203)適于與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記(204)結(jié)合，和- 用于控制將所述次級(jí)標(biāo)記釋放至所述檢測(cè)中的控制單元(102)，其中初級(jí)和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203，204)中的至少一種是磁標(biāo)記，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)106并從而在標(biāo)記中誘導(dǎo)磁矩的磁場(chǎng)發(fā)生器(F_P)104。
2. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述分離裝置(101)選自如下組成的一組-與含有所述初級(jí)(204)或次級(jí)(203)納米顆粒標(biāo)記的腔室物理分 離的容器(201)，-適于通過(guò)外力場(chǎng)或通過(guò)化學(xué)結(jié)合力容納所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的 第二表面(401)、以及用于施加所述外力的施力機(jī)構(gòu)，-適于通過(guò)外力場(chǎng)或通過(guò)化學(xué)結(jié)合力容納所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的 第二表面(603)、用于產(chǎn)生覆蓋所述第二表面(603)上的次級(jí)納米顆粒標(biāo) 記(203)的表面的惰性層(701)的惰性標(biāo)記封裝層、以及用于施加所述 外力的施力機(jī)構(gòu)，-封裝裝置(803)和用于將標(biāo)記從所述封裝裝置中釋放的封裝移除 裝置(801)，禾口-包含含有提供將所述初級(jí)(204)和次級(jí)標(biāo)記(203)結(jié)合在一起所 必需的結(jié)合元件的結(jié)合裝置的復(fù)合物(1004)的容器(1001)，和-包含含有提供將所述初級(jí)和次級(jí)標(biāo)記結(jié)合在一起所必需的結(jié)合元 件的結(jié)合裝置的復(fù)合物(1004)的第二表面，和用于封裝所述復(fù)合物的封 裝裝置以及用于將所述封裝裝置從所述復(fù)合物移除的封裝移除裝置。
3. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記(204)在多分析物 檢測(cè)中包含兩種或更多種不同類型的納米顆粒標(biāo)記。
4. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述至少次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203)包含 額外的彼此分離的三級(jí)納米顆粒標(biāo)記、四級(jí)納米顆粒標(biāo)記等，其中所述三 級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于結(jié)合所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記，所述四級(jí)納米顆粒標(biāo)記 適于結(jié)合所述三級(jí)納米顆粒標(biāo)記等。
5. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少一種次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203)包含 一或多種不同類型的次級(jí)納米顆粒標(biāo)記。
6. 權(quán)利要求l的設(shè)備，其中所述納米顆粒標(biāo)記(203,204)是磁標(biāo)記， 所述設(shè)備進(jìn)一步包括包含用于檢測(cè)所述標(biāo)記(203， 204)產(chǎn)生的場(chǎng)的生物 傳感器(103)。
7. 權(quán)利要求6的設(shè)備，其中所述生物傳感器(103)包含用于檢測(cè)所 產(chǎn)生的場(chǎng)的GMR、 TMR、 AMR、或Hall設(shè)備。
8. —種在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記(204)產(chǎn)生的信號(hào)的方 法，所述方法包括-維持(1201)與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo)記分離的至少次級(jí)納米顆粒標(biāo) 記(203)，其中所述次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203)適于與所述初級(jí)納米顆粒標(biāo) 記(204)結(jié)合，禾口-控制(1202)將次級(jí)標(biāo)記(203)釋放至所述檢測(cè)中，其中初級(jí)和次 級(jí)納米顆粒標(biāo)記(203,204)中的至少一種是磁標(biāo)記。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中次級(jí)標(biāo)記(203)的直徑小于初級(jí)標(biāo)記 (204)的直徑。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中初級(jí)標(biāo)記(204)與檢測(cè)中包含的生物傳 感器(103)的表面結(jié)合。
11. 權(quán)利要求8的方法，其中次級(jí)標(biāo)記(203)釋放至檢測(cè)中在初級(jí)標(biāo) 記(204)與檢測(cè)中包含的生物傳感器(103)的表面結(jié)合之后進(jìn)行。
12. 權(quán)利要求8的方法，其中次級(jí)標(biāo)記(203)釋放至檢測(cè)中在初級(jí)標(biāo) 記(204)與檢測(cè)中包含的生物傳感器(103)的表面結(jié)合之后以及移除與 生物傳感器(103)不結(jié)合或結(jié)合微弱的初級(jí)標(biāo)記之后進(jìn)行。
13. 權(quán)利要求8的方法，其中在檢測(cè)產(chǎn)生的信號(hào)之前，從檢測(cè)中移除 與檢測(cè)中包含的生物傳感器(103)的表面不結(jié)合或結(jié)合微弱的初級(jí) (204)和次級(jí)標(biāo)記(203)。
14.初級(jí)納米顆粒標(biāo)記和次級(jí)納米顆粒標(biāo)記的組合用于在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)中的用途，其中至少一種次級(jí)納米顆粒標(biāo)記適于附著于所述初級(jí)標(biāo)記并從而起到放大劑的作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通過(guò)使用次級(jí)納米顆粒標(biāo)記(典型地為磁標(biāo)記)，在檢測(cè)中放大從初級(jí)納米顆粒標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)的設(shè)備和方法，其中通過(guò)將所述次級(jí)標(biāo)記與所述初級(jí)標(biāo)記結(jié)合使得從所述標(biāo)記產(chǎn)生的信號(hào)被放大。
文檔編號(hào)G01N33/543GK101467043SQ200780021773
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者B·M·德布爾, J·M·登霍蘭德, W·U·迪特默 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司