專利名稱：磁性傳感器裝置、操作該裝置的方法以及樣品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)樣品中目標(biāo)分子的存在的傳感器裝置，該傳感器裝置包括承載用于選擇性地結(jié)合另一第一半部(moiety)的第一半部的測(cè)量表面區(qū)域，并且適合于從結(jié)合至第一半部的另一半部的可檢測(cè)標(biāo)簽產(chǎn)生第一檢測(cè)信號(hào)，另一第一半部包括目標(biāo)分子和可檢測(cè)標(biāo)簽。本發(fā)明還涉及包括該傳感器裝置的設(shè)備。本發(fā)明更還涉及操作該傳感器裝置的方法。本發(fā)明甚至還涉及與該傳感器裝置一起使用的樣品。
背景技術(shù)：
在中間診斷領(lǐng)域，由于能精確確定感興趣的樣品中廣泛的各種分析物的存在和濃度的前景，基于測(cè)定(assay-based)的傳感器裝置迅速得到了普及。為此目的，分析物附著至諸如熒光或化學(xué)發(fā)光探針的可檢測(cè)標(biāo)簽、用于轉(zhuǎn)換量熱基底或磁性顆粒的酶。附著至可檢測(cè)標(biāo)簽的分析物或另一實(shí)體形成選擇性鍵合，即與例如附著至傳感器裝置的傳感器區(qū)的抗體高度的特異性結(jié)合(specific binding)，使得能夠在形成高度的特異性結(jié)合時(shí)根據(jù)傳感器區(qū)中的可檢測(cè)標(biāo)簽的存在來檢測(cè)分析物的濃度，例如通過將熒光探針暴露于具有用于電子激發(fā)探針的適合波長(zhǎng)的電磁輻射或者通過將化學(xué)發(fā)光探針暴露于適當(dāng)?shù)拇呋瘎?例如熱)以促發(fā)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)并且在這兩種情況下測(cè)量發(fā)射的光的強(qiáng)度，或者通過將磁性顆粒放置在(電)磁場(chǎng)中并且測(cè)量顆粒與該場(chǎng)的相互作用。例如，顆?？梢苑胖迷诠馐?，能夠通過測(cè)量反射光束的強(qiáng)度來量化由與磁性顆粒的相互作用引起的光束的散射量。已知諸如強(qiáng)結(jié)合偶(binding couple)的許多合適的特異性結(jié)合對(duì)(binding pair)的候選，其典型地基于受體分子和分子之間的鎖和鑰匙(lock-and-key)類型的相互作用，例如藥品。這使得基于測(cè)定的傳感器裝置特別適合于確定特異性蛋白質(zhì)(specific protein)以及其它諸如DNA、RNA、激素、代謝物、藥品等的生物化合物的存在或不存在，或者確定諸如蛋白質(zhì)、肽、朊病毒、酶、適體(aptamer)、核酶以及脫氧核酶的活性的與催化的生物分子的活性和功能。例如，免疫測(cè)定已經(jīng)用于確定體液中的特異性蛋白質(zhì)的特定量以輔助進(jìn)一步的診斷和處理。存在數(shù)種不同類型的測(cè)定。免疫測(cè)定的范例是酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA， enzyme-linked immunosorbent assay),其中使用兩個(gè)抗體來結(jié)合抗原上兩個(gè)分離的不交疊的抗原決定部位。這可以通過使用選擇性結(jié)合至不同離散位置的兩個(gè)單克隆抗體或者通過使用提升至抗原上不同抗原決定部位的親合純化多克隆抗體來完成。一個(gè)抗體結(jié)合至傳感器表面，而另一個(gè)抗體用酶標(biāo)記。在結(jié)合反應(yīng)以及對(duì)結(jié)合位置進(jìn)行沖洗以清洗掉未結(jié)合的材料后，通過測(cè)量由附著至第二抗體的酶標(biāo)簽轉(zhuǎn)換的比色基底的量，能夠確定抗原濃度。 由于需要兩個(gè)抗體，所以該測(cè)定通常指夾心測(cè)定，因?yàn)楦信d趣的分析物夾在該兩個(gè)不同抗體之間。競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定是免疫測(cè)定的另一范例。這里，目標(biāo)分子的抗原決定部位與預(yù)期具有類似抗原決定部位的同系物競(jìng)爭(zhēng)以結(jié)合至可檢測(cè)標(biāo)簽或傳感器表面上的抗體結(jié)合部位。在第一種情況下，同系物附著至傳感器表面。在后一種情況下，同系物附著至可檢測(cè)標(biāo)簽。根據(jù)結(jié)合位置上的可檢測(cè)標(biāo)簽濃度間接確定目標(biāo)分子的濃度。該測(cè)定對(duì)于僅具有單個(gè)抗原決定部位的目標(biāo)分子的檢測(cè)特別有用，使得使用夾心測(cè)定不能檢測(cè)到這些目標(biāo)分子。已知測(cè)定的另外范例能夠例如在W02007/060601中找到，并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其它范例是明顯的?；跍y(cè)定的傳感器提供醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域中有前景的新機(jī)會(huì)。特別感興趣于利用生物分子上磁性標(biāo)簽的存在的傳感器裝置，例如因?yàn)榇艌?chǎng)的應(yīng)用能夠加速測(cè)量位置上的高度特異性結(jié)合的形成，使得在短時(shí)間間隔中能夠完成結(jié)合反應(yīng)，其開辟了對(duì)未經(jīng)培訓(xùn)的職員、非技術(shù)人員，直接對(duì)病人等提供用于診斷目的基于測(cè)定的傳感器裝置而不需要存在醫(yī)學(xué)專業(yè)人員的可能性。作為任何類型的基于測(cè)定的裝置的情況，裝置的錯(cuò)用能產(chǎn)生不可靠的診斷結(jié)果。 例如，當(dāng)傳感器裝置暴露于不利的環(huán)境條件或者否則已經(jīng)損壞時(shí)，附著至傳感器表面的作為結(jié)合偶的第一部分的生物分子能夠降解。另外，可能未按照用于制備樣品和/或施加樣品的正確程序，例如錯(cuò)誤地制備樣品、添加錯(cuò)誤的樣品量等，也能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量信號(hào)。調(diào)整的需求規(guī)定對(duì)于該應(yīng)用領(lǐng)域中一些醫(yī)學(xué)裝置的分布，裝置中存在失效保護(hù)機(jī)制，例如向用戶指示裝置變得不可靠。例如，CLIA放棄的調(diào)整批準(zhǔn)優(yōu)選用于診斷例如心臟病發(fā)作的測(cè)試，因?yàn)檫@允許醫(yī)學(xué)裝置的未經(jīng)培訓(xùn)的操作員來執(zhí)行測(cè)試。該批準(zhǔn)在該失效保護(hù)機(jī)制的存在上是有條件的。該失效保護(hù)機(jī)制的存在在使用傳感器裝置作出臨床判斷的其它緊急情況中是等同地至關(guān)重要的。因此，存在能夠預(yù)測(cè)利用基于測(cè)定的傳感器裝置獲得的診斷結(jié)果精確度的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供用于檢測(cè)樣品中的目標(biāo)分子的存在的傳感器裝置，其中包括失效保護(hù)機(jī)制。本發(fā)明還尋求提供包括該傳感器裝置的設(shè)備。本發(fā)明更還尋求提供操作該傳感器裝置的方法。本發(fā)明更還尋求提供確定由該傳感器裝置生成的測(cè)量信號(hào)精度的方法。本發(fā)明更還尋求提供用于與該傳感器裝置一起使用的樣品。根據(jù)第一方面，提供一種傳感器裝置，用于檢測(cè)靜止樣品中的目標(biāo)分子的存在，所述傳感器裝置包括測(cè)量表面區(qū)域，承載用于選擇性地結(jié)合至另一第一半部的第一半部，所述另一第一半部包括可檢測(cè)標(biāo)簽，結(jié)合至所述第一半部的所述另一第一半部的量與存在于所述樣品中的所述目標(biāo)分子的量相關(guān)；以及參考表面區(qū)域，承載用于選擇性地結(jié)合至另一第二半部的第二半部，所述另一第二半部包括另一可檢測(cè)標(biāo)簽，所述傳感器裝置適合于根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第一半部的所述另一第一半部中的所述可檢測(cè)標(biāo)簽的檢測(cè)來生成第一檢測(cè)信號(hào)；以及根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第二半部的所述另一第二半部中的所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽的檢測(cè)來生成第二檢測(cè)信號(hào)，其中，至少在所述傳感器裝置的操作期間，預(yù)期所述另一第二半部以預(yù)定量存在，使得當(dāng)所述另一第二半部至所述第二半部的結(jié)合反應(yīng)如預(yù)期地發(fā)生時(shí)， 所述第二檢測(cè)信號(hào)的值落入預(yù)期的信號(hào)值窗內(nèi)。
本發(fā)明基于如下實(shí)現(xiàn)在包括用于檢測(cè)靜止樣品中目標(biāo)分子的存在的測(cè)定物的傳感器裝置中，能夠通過根據(jù)預(yù)期結(jié)合另一目標(biāo)的另一測(cè)定物生成第二檢測(cè)信號(hào)來驗(yàn)證與結(jié)合至檢測(cè)結(jié)合位置的目標(biāo)分子的量或者抑制標(biāo)記顆粒至測(cè)量結(jié)合位置的結(jié)合的目標(biāo)分子的量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)的精度，靜止樣品即在檢測(cè)測(cè)量期間不在傳感區(qū)流動(dòng)的樣品，預(yù)期該另一目標(biāo)在第二檢測(cè)信號(hào)的生成期間以已知量存在。因此，第二檢測(cè)信號(hào)將具有已知的預(yù)期值，第二檢測(cè)信號(hào)的實(shí)際值能夠與該已知的預(yù)期值相比較。這能夠例如用于檢查第二檢測(cè)信號(hào)值是否落入可接受的限度內(nèi)。這促進(jìn)了對(duì)寬范圍失效的檢測(cè)。例如，在第一半部和第二半部具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性特征的情況下，當(dāng)使用生物分子作為附著至傳感表面的相應(yīng)的結(jié)合偶的部分時(shí)，第一半部和第二半部具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性特征是通常情況，在這種情況下第二檢測(cè)信號(hào)從其預(yù)期值的偏離表示傳感器表面處的結(jié)合位置不再可靠。另外，樣品不正確的制備或施用(administration)將導(dǎo)致第二測(cè)量信號(hào)從其預(yù)期值偏離，例如因?yàn)榇嬖阱e(cuò)誤的標(biāo)記半部、標(biāo)記半部從樣品的省略或不正確樣品量的施用。能夠檢測(cè)到的其它錯(cuò)誤包括結(jié)合反應(yīng)的過早終止以及抗原決定部位和抗體結(jié)合部位之間的結(jié)合反應(yīng)中的不規(guī)則性。該錯(cuò)誤能夠源自結(jié)合反應(yīng)期間與第二檢測(cè)信號(hào)的時(shí)變預(yù)期值的偏離，從而利用結(jié)合偶往往具有穩(wěn)定的，即可再生，反應(yīng)常數(shù)的事實(shí)。在實(shí)施例中，可檢測(cè)標(biāo)簽和另一可檢測(cè)標(biāo)簽相同，并且其中，另一第一半部包括目標(biāo)分子和另一第二半部。在該實(shí)施例中，測(cè)量表面區(qū)域可以形成用于結(jié)合目標(biāo)分子的夾心測(cè)定的部分。另一第二半部可以包括用于完成夾心測(cè)定的二級(jí)抗體。在該實(shí)施例中，必須當(dāng)心的是，在使用傳感器裝置器件，另一第二半部充分過量存在，以確保在參考表面區(qū)域處的另一第二半部和目標(biāo)分子以及第二半部和另一第二半部之間的結(jié)合反應(yīng)速率不受另一第二半部的可用性限制。在替代實(shí)施例中，另一第一半部對(duì)第二半部不具有顯著的親合性并且另一第二半部對(duì)第一半部不具有顯著的親合性。其優(yōu)勢(shì)是不需要存在過量的另一第二半部，因?yàn)橄鄳?yīng)的傳感器位置上的結(jié)合反應(yīng)不受意在結(jié)合在其它傳感器位置上的半部的影響。包括強(qiáng)結(jié)合偶組合或其它適合的選擇性結(jié)合對(duì)許多選擇性結(jié)合反應(yīng)物可以用于測(cè)量傳感器和參考傳感器。優(yōu)選地，高度的特異性結(jié)合對(duì)選自半抗原-抗體對(duì)、抗體-抗抗體對(duì)以及小分子-蛋白質(zhì)對(duì)構(gòu)成的組，半抗原-抗體對(duì)諸如是生物素-抗生物素、異硫氰酸熒光素-抗異硫氰酸熒光素以及德克薩斯紅-抗德克薩斯紅，小分子-蛋白質(zhì)對(duì)諸如是抗生物素蛋白-生物素， 然而，其它類型的特異性或選擇性結(jié)合組合也可以是適合的。測(cè)量表面區(qū)域可以位于第一測(cè)量腔中并且參考表面區(qū)域可以位于第二測(cè)量腔中。 其優(yōu)勢(shì)在于避免了另一第二半部與測(cè)量測(cè)定物的任何不利反應(yīng)。替代地，測(cè)量表面區(qū)域和參考表面區(qū)域可以位于相同腔中，其優(yōu)勢(shì)在于兩個(gè)區(qū)域同時(shí)暴露于樣品，使得對(duì)于參考測(cè)量和目標(biāo)測(cè)量的樣品條件是相同的，從而改善了失效評(píng)估的魯棒性。在實(shí)施例中，另一第二半部以干燥的形式存在于傳感器裝置中。其優(yōu)勢(shì)在于能夠精確控制在參考測(cè)量期間存在的另一半部的量，從而減小由于添加錯(cuò)誤量的另一第二半部至樣品而導(dǎo)致的傳感器裝置被錯(cuò)誤地拒絕的風(fēng)險(xiǎn)。替代地，可以添加已知量的另一第二半部至樣品。在實(shí)施例中，所述另一第二半部還包括參考分子(60)，所述參考分子(60)在被懷疑包含變化濃度的所述目標(biāo)分子00)的樣品中具有基本上恒定的濃度。其優(yōu)勢(shì)在于通過形成包括另一第二半部的標(biāo)記前體和參考分子的結(jié)合偶，可以在原處形成另一第二半部。在實(shí)施例中，傳感器裝置是磁性傳感器裝置，標(biāo)簽包括磁性顆粒并且另一標(biāo)簽包括另一磁性顆粒。如已解釋的，磁性傳感器裝置特別適合于經(jīng)培訓(xùn)的專業(yè)人員以外的人員診斷使用。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一半部和第二半部附著至載體的相應(yīng)的結(jié)合表面，所述傳感器裝置還包括光源，所述光源用于發(fā)射輸入光束到載體中，使得其在至少一個(gè)所述結(jié)合表面的研究區(qū)域中全內(nèi)反射，當(dāng)標(biāo)簽和/或另一標(biāo)簽宏觀散射和/或吸收磁性顆粒時(shí)，所全內(nèi)反射的光束變?yōu)槭芤值?，?dǎo)致所述全內(nèi)反射的光的強(qiáng)減小；以及光檢測(cè)器，用于確定輸出光束中的光量，輸出光束包括至少一些所全內(nèi)反射的光，所述光檢測(cè)器適合于生成第一檢測(cè)信號(hào)和第二檢測(cè)信號(hào)中的至少一個(gè)。該傳感器裝置能以高靈敏度和精度檢測(cè)磁性顆粒。根據(jù)另一方面，提供了包括信號(hào)處理器和本發(fā)明的傳感器裝置的設(shè)備，所述信號(hào)處理器被耦合為從傳感器裝置接收第二檢測(cè)信號(hào)，所述信號(hào)處理器適合于從所述第二檢測(cè)信號(hào)確定參考信號(hào)值，并且基于所述參考信號(hào)值產(chǎn)生輸出信號(hào)。輸出信號(hào)可以以可視或者可聽的形式呈現(xiàn)給用戶，例如設(shè)備顯示器上的讀數(shù)，并且可以簡(jiǎn)單是參考信號(hào)值，使得設(shè)備的用戶能夠?qū)⒃撝蹬c參考信號(hào)的預(yù)期值進(jìn)行比較以對(duì)利用設(shè)備產(chǎn)生的診斷發(fā)現(xiàn)的可靠性進(jìn)行評(píng)估。替代地，信號(hào)處理器還適合于將參考信號(hào)值與基于另一第二半部的預(yù)期量的預(yù)期值進(jìn)行比較，其中所述輸出信號(hào)基于所述比較。例如，輸出信號(hào)可以是基于所述比較的通過 /失效指示，使得設(shè)備用戶不必自己進(jìn)行評(píng)估。這減小了錯(cuò)誤解釋輸出信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)施例中，參考信號(hào)值是基于第二檢測(cè)信號(hào)的時(shí)變行為的時(shí)變值，第二檢測(cè)信號(hào)典型地表示第二半部和另一第二半部之間的結(jié)合反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。該信息能夠例如用作校準(zhǔn)信息，處理器還可以適合于根據(jù)預(yù)期值和參考信號(hào)值之間的差對(duì)此信號(hào)確定修正因子；根據(jù)測(cè)量信號(hào)確定測(cè)量值；并且根據(jù)比例因子和測(cè)量值的乘積確定目標(biāo)分子濃度， 其中，所述輸出信號(hào)包括確定的目標(biāo)分子濃度。其優(yōu)勢(shì)在于第二檢測(cè)信號(hào)值從其預(yù)期值的偏離不自動(dòng)地導(dǎo)致設(shè)備的拒絕，從而避免或至少減小該設(shè)備不必要的拒絕。根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步方面，提供了一種操作本發(fā)明的設(shè)備的方法，該方法包括 根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第一半部的所述另一第一半部中的所述可檢測(cè)標(biāo)簽的檢測(cè)來生成第一檢測(cè)信號(hào)；根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第二半部的所述另一第二半部濃度中的所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽的檢測(cè)來生成第二檢測(cè)信號(hào)；根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)來確定參考信號(hào)值；以及基于所述參考信號(hào)值來產(chǎn)生輸出信號(hào)，由此促進(jìn)所述傳感器裝置的質(zhì)量評(píng)估。在實(shí)施例中，該方法還包括將所述參考信號(hào)值與預(yù)期值進(jìn)行比較；根據(jù)所述預(yù)期值和所述參考信號(hào)值之間的差來確定修正因子；生成所述第一檢測(cè)信號(hào)；根據(jù)所述第一檢測(cè)信號(hào)來確定測(cè)量值；以及根據(jù)所述測(cè)量值和所述修正因子來確定目標(biāo)分子濃度，其中， 所述輸出信號(hào)包括所確定的目標(biāo)分子濃度。如前面所解釋的，這避免了傳感器裝置的不必要的拒絕。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于與本發(fā)明的傳感器裝置一起使用的樣品，所述樣品包括第一濃度的另一第一半部和第二濃度的另一第二半部，至少所述第二濃度為非零且已知。該樣品促進(jìn)了在參考表面區(qū)域的失效分析。


參照附圖以更詳細(xì)地并且通過非限制性范例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示意性地描繪了基于夾心測(cè)定的傳感器裝置；圖2示意性地描繪了基于競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定的傳感器裝置；圖3示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于測(cè)定的傳感器裝置；圖4示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的基于測(cè)定的傳感器裝置；圖5示意性地描繪了基于測(cè)定的傳感器裝置的優(yōu)選實(shí)施例；圖6示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的設(shè)備；圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的一方面的流程圖；圖8描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的另一方面的流程圖；以及圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例從基于測(cè)定的磁性傳感器裝置獲得的參考信號(hào)。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)理解圖僅是示意性的且不是按比例繪制的。還應(yīng)當(dāng)理解，遍及圖所使用的相同的參考數(shù)字表示相同或相似部分。在本發(fā)明中，“目標(biāo)分子”可以是其濃度或存在同樣有待確定的任意分子。目標(biāo)分子的范例是諸如蛋白質(zhì)、酶、激素、肽、核酸的分子目標(biāo)和諸如病原體細(xì)胞、細(xì)菌細(xì)胞和真菌細(xì)胞的細(xì)胞目標(biāo)。目標(biāo)分子可以同樣存在于分析的樣品中或者可以通過例如發(fā)生于裝置中的反應(yīng)原位(in situ)形成于傳感器裝置中。如果傳感器用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)，則目標(biāo)可以例如是反應(yīng)的開始產(chǎn)物或者反應(yīng)產(chǎn)物。在引用“在溶液中”的地方，其意思是指反應(yīng)或測(cè)定在液體環(huán)境中進(jìn)行。參與的試劑不需要溶解在流體介質(zhì)中，但是也可以以懸浮或分散狀態(tài)存在。通過兩個(gè)半部(分子)的組合形成選擇性結(jié)合，兩個(gè)半部即半部A和另一半部B， 兩個(gè)半部之間具有特異性結(jié)合，其中，半部結(jié)合至另一半部比結(jié)合至其它分子更強(qiáng)或更優(yōu)選，并且與其它分子顯示出極少交叉反應(yīng)性或者沒有交叉反應(yīng)性。通常來說，用于半部A和 B之間的特異性結(jié)合的親合性常數(shù)(Ka)至少是IO6Vmol，更優(yōu)選地至少是101(ll/mOl，甚至更加優(yōu)選地至少是IO11Vmol,甚至更加優(yōu)選地至少是IO12Vmol，甚至更加優(yōu)選地從IO13至 IO17Vmol。形成參考傳感器表面區(qū)域的另一選擇性結(jié)合的另一第二半部D和第二半部C可以對(duì)目標(biāo)分子顯示出極少親合性或者沒有親合性，對(duì)半部A和B也是如此。在本發(fā)明的上下文中，“極少或沒有親合性”定義為具有小于IO3Vmol的親合性常數(shù)(Ka)。如果另一第二半部也包括在另一第一半部中，例如另一第二半部是夾心測(cè)定的二級(jí)抗體(secondary antibody)并且也是結(jié)合至參考傳感器的抗體，另一第二半部必須在充分的接入中存在，使得其對(duì)目標(biāo)分子的結(jié)合反應(yīng)不受與在參考傳感位置處至第二半部的結(jié)合的競(jìng)爭(zhēng)的影響，并且反之亦然。使用利用另一第一和第二半部中的磁性標(biāo)簽的磁性傳感器裝置描述本發(fā)明的不同方面和實(shí)施例。這是通過非限制性范例進(jìn)行的并且僅為了簡(jiǎn)短。需要重申的是，本發(fā)明的原理等同地應(yīng)用于使用不同類型的標(biāo)簽的基于測(cè)定的傳感器裝置。圖1示意性地描繪了基于夾心測(cè)定的傳感器裝置。第一半部16附著至傳感器裝置的基底表面10的區(qū)域。第一半部16能特異性結(jié)合至目標(biāo)分子20的抗原決定部位24，目標(biāo)分子20還包括另一抗原決定部位22，該另一抗原決定部位22能與例如另一半部前體30 上的抗體結(jié)合部位的有源位置形成另一特異性結(jié)合。另一半部前體30附著至標(biāo)簽40，例如磁性顆粒?？梢允褂萌魏芜m合的將另一半部30附著至標(biāo)簽40的方式，例如包括共價(jià)、離子、同位、靜電結(jié)合等的化學(xué)結(jié)合。該附著的特定實(shí)施例在本發(fā)明的范圍外?？乖瓫Q定部位 22和有源位置32嚙合時(shí)，即當(dāng)另一半部前體30附著至目標(biāo)分子20時(shí)，形成另一半部。在另一半部結(jié)合至第一半部16時(shí)，通過測(cè)量標(biāo)簽40與生成的刺激的相互作用，能夠由檢測(cè)器 12檢測(cè)傳感器表面10上標(biāo)簽40的存在。僅為了清楚的原因，圖1中省略了刺激發(fā)生器。 檢測(cè)信號(hào)14的強(qiáng)度表示通過目標(biāo)分子20附著至表面10的標(biāo)簽40的量，該量使得能夠從檢測(cè)信號(hào)14的強(qiáng)烈程度(strength)或強(qiáng)度推導(dǎo)出目標(biāo)分子20的濃度。圖2示意性地描繪了基于競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定的傳感器裝置。在這種情況下，目標(biāo)分子20僅包括單個(gè)(適合的)抗原決定部位對(duì)，其用于將目標(biāo)分子20結(jié)合至第一半部，使得提供包括也能特異性結(jié)合至第一半部16的抗原決定部位M’的另一半部30’。另一半部30’附著至例如磁性顆粒的標(biāo)簽40，另一半部30’可以是目標(biāo)分子20的激素。另一半部30’與目標(biāo)分子20競(jìng)爭(zhēng)由基底的表面10上的第一半部16提供的可用的結(jié)合位置。再次，檢測(cè)信號(hào)14的強(qiáng)度表示通過目標(biāo)分子20附著至表面10的標(biāo)簽40的量。在這種情況下，因?yàn)榇诵盘?hào)的強(qiáng)度取決于由另一半部30’占有的第一半部16提供的結(jié)合位置的數(shù)量，所以從檢測(cè)信號(hào)14的強(qiáng)烈程度或強(qiáng)度間接推導(dǎo)出目標(biāo)分子20的濃度。夾心測(cè)定和競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定是可以用于本發(fā)明的傳感器裝置的測(cè)定類型的非限制性范例。需要重申的是可以使用任意適合的測(cè)定類型。該測(cè)定的精確操作是基于對(duì)用于第一半部16和抗原決定部位22之間的特異性結(jié)合的可再生反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的依賴。例如，用于圖1的傳感器的夾心測(cè)定的結(jié)合速率dN/dt可以表示為^ = AkjCaplT] at其中A是傳感器表面的面積(m2)，k。n是結(jié)合反應(yīng)的締合常數(shù)(m3/S)，[Cap]是由傳感器表面上的第一半部16提供的捕獲位置的濃度OiT2)以及T是直接在傳感器表面上的目標(biāo)的濃度(m_3)。對(duì)于無論哪種原因，如果該特異性結(jié)合的締合反應(yīng)偏離通過該反應(yīng)速率所預(yù)期的情況，則引發(fā)問題。該原因的范例包括測(cè)定沒有完全完成；沒有足夠的流體添加至測(cè)試；沒有正確遵循測(cè)定的啟動(dòng)協(xié)議(actuation protocol)；在盒(cartridge)中不存在磁性顆粒；干試劑沒有適當(dāng)?shù)胤稚ⅲ话l(fā)生了非常高的磁性顆粒的群集(clustering)；發(fā)生了大范圍的試劑退化；
沒有適當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)一次性盒(例如太高的溫度或相對(duì)濕度)以及集成試劑已經(jīng)隨時(shí)間退化了。測(cè)定盒已經(jīng)損壞，例如導(dǎo)致流體泄漏。盡管這些問題中的一些可以可視地檢測(cè)到，但是顯著的風(fēng)險(xiǎn)是基于測(cè)定的傳感器裝置的未經(jīng)培訓(xùn)的用戶將忽視這種征兆。顯然，如果不存在可視的征兆，非?？赡艿氖俏唇?jīng)培訓(xùn)的用戶會(huì)簡(jiǎn)單的使用錯(cuò)誤的裝置并且依賴它的錯(cuò)誤讀數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了基于失效保護(hù)測(cè)定的傳感器裝置1，如圖3中所示。 裝置1包括第一傳感器2，其實(shí)質(zhì)上是如圖1中所示的相同的基于測(cè)定的傳感器。第一傳感器2提供用于確定樣品中半部20的存在的測(cè)定，諸如是例如唾液、汗液、尿液或血液的體液樣品。傳感器2覆蓋傳感器裝置1的例如基底的載體10的預(yù)定區(qū)。在分別形成抗原決定部位M和抗體結(jié)合部位16之間以及抗原決定部位22和抗體結(jié)合部位32之間的特異性結(jié)合時(shí)，磁性顆粒40錨定(anchor)在信號(hào)檢測(cè)級(jí)12附近，使得在生成刺激(stimulus)時(shí)， 例如由刺激發(fā)生器(未示出)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，通過信號(hào)檢測(cè)級(jí)(stage) 12檢測(cè)到由刺激和磁性顆粒40之間的相互作用引起的該刺激的響應(yīng)。如前面所解釋的，基底表面區(qū)的預(yù)定覆蓋和另一第一半部16的密度的組合促進(jìn)例如由信號(hào)確定級(jí)12生成的信號(hào)14的強(qiáng)裂程度與附著至基底10的第一半部20的量的關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“存在”是意在覆蓋具有是/否結(jié)果的二元測(cè)量以及確定樣品中第一半部20的濃度的測(cè)量。傳感器裝置1還包括具有以預(yù)定密度覆蓋基底10的預(yù)定的另一區(qū)的第二半部50 的第二傳感器3。第二傳感器3還包括用于生成參考檢測(cè)信號(hào)14’的另一檢測(cè)級(jí)12’。由第二半部50覆蓋的區(qū)不應(yīng)當(dāng)與由第一半部16覆蓋的基底10的區(qū)交疊，至少在第一檢測(cè)級(jí) 12和第二檢測(cè)級(jí)12’的檢測(cè)窗內(nèi)不交疊。第二半部50能特異性結(jié)合至另一第二半部52， 另一第二半部52還包括磁性顆粒40’，例如附著至磁性顆粒40’。盡管這不是必須的，但是磁性顆粒40’與磁性顆粒40可以是相同尺寸顆粒。在實(shí)施例中，另一第二半部52也可以形成另一第一半部的部分。例如，另一第二半部可以與另一第一半部前體30相同。在該實(shí)施例中，至少在傳感器裝置1的操作期間，另一第二半部52應(yīng)當(dāng)過量存在，使得在一方面另一第二半部52和目標(biāo)分子20之間的結(jié)合反應(yīng)以及在另一方面在參考傳感器位置處的另一第二半部52和第二半部50之間的結(jié)合反應(yīng)的相應(yīng)反應(yīng)速率不互相影響。本發(fā)明的概念基于的理解是當(dāng)用于與標(biāo)記半部形成特異性結(jié)合的基于測(cè)定的參考傳感器3被引入傳感器裝置1的盒中時(shí)，標(biāo)記半部例如是以已知量存在于傳感器裝置1 的盒中或者以已知濃度存在于樣品中的分析物，參考傳感器3的第二信號(hào)檢測(cè)級(jí)12’將生成第二檢測(cè)信號(hào)12’，當(dāng)通過另一第二半部52至第二半部50形成的特異性結(jié)合的形成如預(yù)期的一樣發(fā)生時(shí)，第二檢測(cè)信號(hào)12’具有落在預(yù)期信號(hào)值窗內(nèi)的強(qiáng)烈程度或數(shù)值。這是因?yàn)檫m合的結(jié)合偶形成于其中的結(jié)合反應(yīng)具有非常穩(wěn)定的結(jié)合速率常數(shù)以及高親合性常數(shù)。因此，優(yōu)選地，特異性結(jié)合具有高穩(wěn)定性，并且形成特異性結(jié)合的半部能夠在多個(gè)或不同區(qū)域相互結(jié)合，具有好的可用性，并且從一批到另一批顯示出低的變異性。在這點(diǎn)需要注意的是，盡管具有多個(gè)測(cè)定物的傳感器裝置是本身已知的，但是這些現(xiàn)有技術(shù)裝置中沒有一個(gè)教導(dǎo)了用于確定標(biāo)記半部的例如濃度的已知量的參考測(cè)定物的包含物。替代地，現(xiàn)有技術(shù)裝置教導(dǎo)了為了確定樣品中的分析物的未知量的目的，使用測(cè)定物。還需要注意的是本發(fā)明的傳感器裝置計(jì)劃用于靜止樣品的測(cè)量，其相對(duì)于橫向流動(dòng)樣品裝置具有的優(yōu)勢(shì)是需要較小樣品體積。這例如允許進(jìn)行不超過數(shù)滴的樣品中目標(biāo)分子存在的精確測(cè)量，樣品例如是通過刺破指尖采集的血液樣品。與在橫向流動(dòng)傳感器裝置的多個(gè)位置順序測(cè)量相反，這還允許并行執(zhí)行實(shí)際測(cè)量和參考測(cè)量，從而減少完成測(cè)量所需的總的時(shí)間。測(cè)量傳感器2和參考傳感器3可以位于不同測(cè)量腔中，標(biāo)記半部52以干燥的形式存在于參考傳感器3的測(cè)量腔中。這放寬了另一第二半部52的選擇的限制，因?yàn)樵谠搶?shí)施例中，可以選擇可能會(huì)在測(cè)量傳感區(qū)域干擾特異性結(jié)合反應(yīng)的另一第二半部52。另外，可以選擇不同的測(cè)定緩沖劑以獨(dú)立地優(yōu)化每個(gè)測(cè)定。應(yīng)用單獨(dú)的參考流體可以是必需的，在與樣品相同的時(shí)間注入該參考流體。在這種情況下將理解，參考傳感器提供關(guān)于材料退化的有用的信息，但是由于不同的腔中使用不同的流體，它較不適合于提供關(guān)于流體正確添加至測(cè)量腔的信息。承載第一半部16和第二半部50的相應(yīng)的傳感器區(qū)域可以設(shè)置在相同基底10上或在不同基底上。其優(yōu)勢(shì)在于標(biāo)記半部不能干擾測(cè)量傳感器2的第一檢測(cè)級(jí)12的檢測(cè)，例如通過磁性顆粒40’與磁性顆粒40的聚集(aggregation)。在替代實(shí)施例中，如同測(cè)量測(cè)定一樣，在相同腔中執(zhí)行用作失效保護(hù)測(cè)定的參考測(cè)定。為此，可以選擇不干擾測(cè)量測(cè)定的失效保護(hù)測(cè)定，即另一第一半部的抗原決定部位對(duì)對(duì)于第二半部50不具有顯著的親合性并且另一第二半部52對(duì)于第一半部16不具有顯著的親合性。重要的是包括第一半部16和第二半部50的相應(yīng)的傳感區(qū)域具有防止環(huán)境影響的相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和魯棒性，使得在第一半部16的退化時(shí)，也觀察到測(cè)量信號(hào)14’從其預(yù)期值的偏離。因此，包括第一半部16的測(cè)量傳感區(qū)域的魯棒性應(yīng)當(dāng)至少與包括第二半部50的測(cè)量傳感區(qū)域的魯棒性一樣好，例如包括抗體結(jié)合部位的實(shí)體，用于特異性結(jié)合至包括相容的抗原決定部位的另一實(shí)體。在實(shí)施例中，強(qiáng)鍵合偶可以用于在參考傳感器3的特異性結(jié)合。適合的鍵合偶的非限制性范例包括半抗原-抗體對(duì)、抗體-抗抗體對(duì)以及小分子-蛋白質(zhì)對(duì)，半抗原-抗體對(duì)諸如是生物素-抗生物素、FITC-抗FITC以及德克薩斯紅-抗德克薩斯紅，特別地抗抗體能夠結(jié)合至抗體的多個(gè)區(qū)域上的輕和重鏈以改善結(jié)合反應(yīng)的再現(xiàn)性和反應(yīng)速率。小分子-蛋白質(zhì)對(duì)的特別優(yōu)選范例是抗生物素蛋白-生物素，因?yàn)槠渚哂卸鄡r(jià)的性質(zhì)，。如前面所提及的，優(yōu)選地，包括磁性顆粒40’的另一第二半部52以干燥的形式存在于傳感器裝置1中。其優(yōu)勢(shì)在于另一第二半部52的潤(rùn)濕將取決于進(jìn)入到傳感器裝置1 中的樣品中的流體量。進(jìn)一步優(yōu)選地，在與測(cè)量傳感器2的實(shí)際測(cè)定相同條件下完成參考傳感器3的失效保護(hù)測(cè)定。后面對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。任何適合的測(cè)定物類型可以用于參考傳感器3。在圖3中，通過直接特異性結(jié)合反應(yīng)形成測(cè)定物，其中，不需要另外的生物分子來將磁性顆粒40’錨定至傳感器3的檢測(cè)區(qū)域。該測(cè)定可以稱為空白(blank)測(cè)定。圖4示出了本發(fā)明的傳感器裝置1的替代實(shí)施例， 其中，形成參考傳感器3的測(cè)定物的特異性結(jié)合對(duì)的一半的另一第二半部是通過生物分子 60的抗原決定部位62和附著至磁性顆粒40’的另一第二半部前體的抗體結(jié)合部位64之間的特異性結(jié)合形成的。生物分子60還包括抗原決定部位52，抗原決定部位52用于在參考傳感器3的檢測(cè)區(qū)上特異性結(jié)合至第二半部50。換句話說，在該非限制的范例中參考傳感器3的測(cè)定是夾心測(cè)定。需要強(qiáng)調(diào)的是，僅為了清楚的原因，圖4中僅示出測(cè)量傳感器2的測(cè)定物的特異性結(jié)合對(duì)的部分。需要重申的是可以使用任何適合類型的測(cè)定，例如前面提及的夾心測(cè)定和競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定，以及抑制測(cè)定，在抑制測(cè)定中目標(biāo)分子不結(jié)合至傳感器表面，而替代為抑制傳感器表面上另一半部至半部的結(jié)合，使得目標(biāo)分子的增長(zhǎng)的濃度導(dǎo)致結(jié)合至傳感器表面的另一半部 (和標(biāo)簽)的量的減少。在抑制測(cè)定的情況下，必須存在另一半部預(yù)定義的量以允許另一半部的抑制的量的確定。在夾心測(cè)定的情況下，或者，一般而言，其中實(shí)體附著至磁性顆粒40’的任何類型的測(cè)定物通過生物分子60耦合至包括第二半部50的檢測(cè)區(qū)域，重要的是生物分子60的濃度以及包括磁性顆粒40’的實(shí)體的濃度是已知的，以產(chǎn)生可預(yù)知的檢測(cè)信號(hào)14’。這可以例如通過選擇在樣品中具有基本上恒定濃度的生物分子60來實(shí)現(xiàn)，在該樣品中分析物20的濃度典型地變化。適合的生物分子60的非限制性范例是血液樣品中的血清白蛋白，因?yàn)檠褐械难鍧舛韧ǔ；旧鲜欠€(wěn)定的(除非病人遭受影響血清組成的疾病)。圖5示出了優(yōu)選的傳感器裝置的總體結(jié)構(gòu)。該裝置的中心部件是載體10，載體10 可以例如由玻璃或類似聚苯乙烯的透明塑料制造。載體10鄰近樣品腔(未示出)設(shè)置，在樣品腔中能夠提供待檢測(cè)的具有目標(biāo)成分的樣品流體(例如藥品、抗體、DNA等)。樣品還包括磁性顆粒40和另外磁性顆粒40’，如前面所解釋的，例如超順磁珠，作為能分別特異性結(jié)合至測(cè)量傳感器和參考傳感器的第一半部16和第二半部50的相應(yīng)半部的部分(未示出)，如先前解釋的。傳感器裝置包括磁場(chǎng)發(fā)生器9，例如具有線圈和磁芯的電磁體，用于可控地在通過第一半部16和第二半部50形成的相應(yīng)的結(jié)合表面生成磁場(chǎng)B。此磁場(chǎng)延伸入這些結(jié)合表面上的樣品腔的相鄰空間。磁場(chǎng)B的存在允許磁性顆粒40和40’的操作，即在使用具有梯度的磁場(chǎng)的情況下，該些顆粒的磁化和位移。例如為了加速關(guān)聯(lián)的目標(biāo)部件至該表面的結(jié)合，吸引磁性顆粒40、40’至測(cè)量傳感器和參考傳感器的結(jié)合表面是可能的。傳感器裝置還包括用于每個(gè)結(jié)合表面的相應(yīng)的光源6和6’，每一個(gè)例如可以是激光器或LED。每個(gè)光源生成傳輸入載體10的輸入光束Li。輸入光束Ll以大于全內(nèi)反射 (TIR)的臨界角θ。的角度到達(dá)它計(jì)劃的結(jié)合表面，并且因此全內(nèi)反射為“輸出光束”L2。相應(yīng)的輸出光束L2通過另一表面離開載體10并且由相應(yīng)的光檢測(cè)器12和12’檢測(cè)，光檢測(cè)器例如可以是光電二極管。光檢測(cè)器12確定入射輸出光束L2的光量(例如通過在整個(gè)光譜或某部分光譜中該光束的光強(qiáng)來表達(dá))。檢測(cè)器12適合于生成第一檢測(cè)信號(hào)14并且檢測(cè)器12’適合于生成第二檢測(cè)信號(hào)14’。相應(yīng)的信號(hào)優(yōu)選為電信號(hào)，例如表示前述光強(qiáng)的電流或電壓。檢測(cè)信號(hào)14和14’可以轉(zhuǎn)送至用于評(píng)估的信號(hào)處理單元(未示出)。在相應(yīng)的光源6和6’中，能夠使用商用DVDU = 658nm)激光二極管。可以使用準(zhǔn)直儀透鏡來使輸入光束Ll平行，并且可以使用例如0. 5mm的針孔8來減小束徑。為了精確測(cè)量，需要高穩(wěn)定光源。然而，即使使用完美地穩(wěn)定的電源，激光器中的溫度變化也能導(dǎo)致輸出的漂移和隨機(jī)變化。為了解決這個(gè)問題，每個(gè)光源6和6’可以可選地具有用于測(cè)量激光器的輸出水平的集成輸入光監(jiān)視傳感器7。然后監(jiān)視傳感器7的(低通濾波)輸出能夠耦合至控制單元 (未示出)，該控制單元可以是用于處理檢測(cè)信號(hào)14和14’的信號(hào)處理器，能夠通過對(duì)應(yīng)的傳感器7的輸出分開來自檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)。為了改善信噪比，可以對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間平均。該分開消除了由于功率變化與溫度漂移所引起的激光器輸出波動(dòng)的影響，消除激光器輸出波動(dòng)的影響具有不需要穩(wěn)定的電源的優(yōu)點(diǎn)，消除溫度漂移的影響具有不需要類似于珀耳帖元件的預(yù)防措施的優(yōu)點(diǎn)。替代地，傳感器7的輸出能夠用于光源的反饋控制回路中，以隨時(shí)間推移保持它的輸出如同由傳感器7測(cè)量的一樣穩(wěn)定。如果不是(或不僅是)測(cè)量激光器輸出自身而是相應(yīng)的光源6和6’的最終輸出， 則能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的改善。如圖1粗略的示例的，僅小部分光輸出離開針孔8。僅該小部分將用于載體10中的實(shí)際測(cè)量，并且因此是最直接源信號(hào)。顯然，該小部分與光源的輸出相關(guān)，由例如集成傳感器7確定，但是會(huì)受光路中的任意機(jī)械變化或者不穩(wěn)定性的影響；激光束的輪廓近似為具有高斯輪廓的橢圓，即非常不一致。因此，在每個(gè)針孔8后和/或在相應(yīng)的光源6和6’的最后的其它光學(xué)部件后測(cè)量輸入光束Ll的光量是有利的。這能一多個(gè)方式來進(jìn)行，例如能以與光束Ll成45°放置平行玻璃板(未示出)，或分束立方體(例如90%的透射，10%的反射)能夠插入到每個(gè)針孔8后的光路Ll中以朝向獨(dú)立的輸入光監(jiān)視傳感器 (未示出)偏轉(zhuǎn)光束的小部分；在每個(gè)針孔8或者輸入光束Ll邊緣的小鏡子能夠用于朝向檢測(cè)器(未示出)偏轉(zhuǎn)束的小部分。圖5中，通過非限制性范例示出獨(dú)立的光源6和6’。替代的實(shí)施例，諸如其中使用單個(gè)光源6的實(shí)施例，是等同地可行的，光源的位置可以配置為在包括第一半部16的載體區(qū)和包括第二半部50的載體區(qū)之間切換其相互作用。在另外的替代實(shí)施例中，單個(gè)光源6 用于同時(shí)照明兩個(gè)傳感器區(qū)。其它設(shè)計(jì)變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。圖5中描述的傳感器裝置應(yīng)用用于磁性顆粒40、40’以及目標(biāo)部件的檢測(cè)的光學(xué)構(gòu)件，對(duì)目標(biāo)部件的檢測(cè)是實(shí)際感興趣的。為了消除或者至少最小化背景(例如樣品流體， 諸如唾液、血液等)的影響，檢測(cè)技術(shù)優(yōu)選是表面特異性的。這通過使用以下所解釋的受抑全內(nèi)反射原理實(shí)現(xiàn)。根據(jù)斯涅耳(Snell)折射定律，相對(duì)于兩個(gè)介質(zhì)A和B之間的界面的法線的角ΘΑ 和θ Β滿足等式nAsin θ A = nBsin θ BnA、nB分別是介質(zhì)A和B中的折射率。在具有高折射率的介質(zhì)A (例如玻璃為nA = 2)中的光線將例如在具有低折射率的諸如空氣(nB = 1)或水(nB ^ 1. 3)的介質(zhì)B的界面以角θ B折射遠(yuǎn)離法線。一部分入射光將以與入射角θΑ相同的角度在界面反射。當(dāng)入射角θ Α逐步增大時(shí)，折射角θ B會(huì)增大直到達(dá)到90°。對(duì)應(yīng)的入射角稱為臨界角，并且由sin0e = nB/nA給出。在更大的入射角，所有的光將在介質(zhì)A(玻璃)內(nèi)反射，因此稱為 “全內(nèi)反射”。然而，非常接近介質(zhì)A(玻璃)和介質(zhì)B (空氣或水)之間的界面，在介質(zhì)B中形成消逝波，其以指數(shù)衰減遠(yuǎn)離表面。場(chǎng)幅度作為離表面的距離ζ的函數(shù)能夠表達(dá)為exp(-kn2A sin2(θa)-n2B ■ ζ)k = 2 π / λ，θ Α是全反射束的入射角，并且ηΑ和ηΒ是相應(yīng)的關(guān)聯(lián)介質(zhì)的折射率。
對(duì)于波長(zhǎng)λ的典型值，例如λ = 650nm,并且nA = 1. 53并且nB = 1. 33，在大約的距離ζ后，場(chǎng)幅度下降至它的初始值的exp(-l) 0. 37。當(dāng)該消逝波與類似于圖5
的結(jié)構(gòu)中的磁性顆粒40、42的另一介質(zhì)相互作用時(shí)，部分入射光耦合入樣品流體。這稱為 “受抑全內(nèi)反射”，并且反射強(qiáng)度將減小，而對(duì)于干凈的界面反射強(qiáng)度會(huì)是100 %并且無相互作用。取決于干擾量，即結(jié)合表面12上或者非?？拷Y(jié)合表面，例如在大約200nm以內(nèi)，的磁珠40、40’的量，反射強(qiáng)度將相應(yīng)地下降。該強(qiáng)度下降是鍵合的磁珠40、40’的量的直接測(cè)量，并且從而是目標(biāo)分子濃度的直接測(cè)量。當(dāng)提及的大約為200nm的消逝波的相互作用距離與抗體、目標(biāo)分子以及磁珠的典型尺寸相當(dāng)時(shí)，清楚地，背景的影響會(huì)最小化。更長(zhǎng)的波長(zhǎng)λ將增大相互作用距離，但是背景液體的影響仍然將非常小。對(duì)于典型應(yīng)用的材料，載體10的介質(zhì)A能是具有接近于1. 52的典型折射率的玻璃和/或一些透明塑料。樣品腔中的介質(zhì)B將通常是基于水的并且具有接近于1. 3的折射率。其對(duì)應(yīng)的臨界角9。為60°。從而70°的入射角是允許具有略大折射率的流體介質(zhì) (假設(shè)nA = 1. 52，ηΒ最大允許至1. 43)的實(shí)際選擇。更高的ηΒ值需要更大的ηΑ和/或更大的入射角。能在已公開的國(guó)際申請(qǐng)W02008/072156中找到該傳感器裝置的進(jìn)一步的實(shí)施例，于此通過引用該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容而并入了該申請(qǐng)。圖6示出了包括本發(fā)明的傳感器裝置1的實(shí)施例的設(shè)備100的范例實(shí)施例。該設(shè)備包括用于處理測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14和參考檢測(cè)信號(hào)14’的信號(hào)處理級(jí)110。可以布置信號(hào)處理級(jí)110以處理模擬或數(shù)字檢測(cè)信號(hào)。另外，處理級(jí)110可以由用于處理測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14 和參考檢測(cè)信號(hào)14兩者的單個(gè)處理器實(shí)施，或者由每個(gè)專用于處理這些信號(hào)中的一個(gè)的不同處理器實(shí)施。處理級(jí)110可以實(shí)施為多功能處理單元，其中，用于處理測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14 和參考檢測(cè)信號(hào)14的信號(hào)處理指令以軟件實(shí)施。替代地，這些信號(hào)處理指令可以硬編碼至處理級(jí)110中。處理級(jí)110可以設(shè)置在與測(cè)量傳感器2和測(cè)量傳感器3相同的基底10上， 或者可以設(shè)置在不同基底上，不同基底安裝在例如印刷電路板的相同載體上或者在不同載體上。其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。在實(shí)施例中，布置信號(hào)處理級(jí)110以將參考傳感器3的參考檢測(cè)信號(hào)14’與參考檢測(cè)信號(hào)14’的預(yù)期值相比較。如果參考傳感器3的測(cè)定的特異性結(jié)合如所預(yù)期的一樣形成，例如從例如包括抗原決定部位52的半部的另一第二半部的已知量、特異性結(jié)合反應(yīng)的已知反應(yīng)速率、由包括抗體結(jié)合部位50的第二半部覆蓋的檢測(cè)區(qū)以及檢測(cè)區(qū)中第二半部的密度，預(yù)期值本質(zhì)上是參考檢測(cè)信號(hào)14’應(yīng)當(dāng)包含的值。該預(yù)期值可以存儲(chǔ)于任何適合的通過信號(hào)處理級(jí)110可接入的存儲(chǔ)裝置(未示出)中。在測(cè)量期間另一第二半部52過量存在的情況下，明顯的是，預(yù)期值對(duì)應(yīng)于當(dāng)基本上參考傳感器的所有結(jié)合位置已經(jīng)特異性結(jié)合至另一第二半部52時(shí)獲得的信號(hào)值。圖7中示出了通過信號(hào)處理級(jí)110實(shí)施的處理方法的實(shí)施例。在步驟610中，確定參考信號(hào)14’的值并且在步驟620中將其與其預(yù)期值相比較。在步驟630中，確定參考信號(hào)14’的值和它的預(yù)期值之間的差是否落在可接受的限度內(nèi)。這些限度可以看作預(yù)期信號(hào)值窗，當(dāng)另一第二半部至第二半部的結(jié)合反應(yīng)如預(yù)期地發(fā)生時(shí)，檢測(cè)參考信號(hào)14’落入該預(yù)期信號(hào)值窗中，從而指示用于確定感興趣的分析物20的存在的正確地運(yùn)作的傳感器裝置1 和正確地制備的樣品。在檢測(cè)參考信號(hào)14’的值落在預(yù)期信號(hào)值窗外的情況下，在步驟640中生成指示，發(fā)出傳感器裝置1不可靠，使得通知用戶忽略測(cè)量傳感器2的測(cè)量結(jié)果的信號(hào)。替代地，無論如何，信號(hào)處理級(jí)110都會(huì)阻止測(cè)量結(jié)果可用于用戶以避免忽略失效警告以及不可靠的測(cè)量用于診斷目的的風(fēng)險(xiǎn)。如果在步驟630中確定檢測(cè)參考信號(hào)14’的值落在預(yù)期信號(hào)值窗內(nèi)，則確認(rèn)利用測(cè)量傳感器2的測(cè)定執(zhí)行的測(cè)量是可靠的，并且在步驟650 中生成對(duì)該效果的指示。這可以簡(jiǎn)單的是測(cè)量結(jié)果的規(guī)定，或者優(yōu)選地，包括通過失效保護(hù)測(cè)試的傳感器裝置1的指示。信號(hào)處理級(jí)110可以配置為生成輸出信號(hào)120，輸出信號(hào)120是失效保護(hù)測(cè)試的結(jié)果的指示，諸如待通過例如擴(kuò)音器(未示出)轉(zhuǎn)換為可聽信號(hào)的信號(hào)或者待通過例如顯示器(未示出)轉(zhuǎn)換為可視信號(hào)的信號(hào)。通知設(shè)備的用戶傳感器裝置1的發(fā)現(xiàn)的可靠性的其它適合的方式對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是立即明顯的。在替代實(shí)施例中，布置信號(hào)處理級(jí)110以基于參考檢測(cè)信號(hào)14’與其預(yù)期值的偏差生成用于校準(zhǔn)測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14的校準(zhǔn)信號(hào)。這在例如評(píng)估參考檢測(cè)信號(hào)14’的時(shí)間相關(guān)的演變時(shí)，是可應(yīng)用的，其中，根據(jù)瞬態(tài)形狀，特異性結(jié)合反應(yīng)呈現(xiàn)預(yù)期的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)但是具有偏離的信號(hào)強(qiáng)度，是明顯的。圖8中示出了該處理方法的范例實(shí)施例，在如前面所討論的步驟610和620之后， 根據(jù)參考檢測(cè)信號(hào)14’的實(shí)際值和其預(yù)期值之間的差在步驟710中計(jì)算出修正因子，其后在步驟720中確定來自測(cè)量傳感器2的測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14的值，接著在步驟730中使用確定的測(cè)量信號(hào)值和修正因子來確定樣品中分析物20的濃度。顯然，步驟720可以在任何適合的時(shí)間執(zhí)行，例如并行于步驟610、620以及710中的任意一個(gè)。需要指出的是，在本發(fā)明的上下文中，詞組“預(yù)期值”也覆蓋定義參考檢測(cè)信號(hào)14’ 的時(shí)間相關(guān)的演變的多個(gè)值。實(shí)際上，參考檢測(cè)信號(hào)14’的時(shí)間相關(guān)的演變能夠提供關(guān)于傳感器裝置1的測(cè)定的不同潛在問題的有用信息，如將借助于圖9解釋的，針對(duì)包括固定在參考傳感器3表面上的生物素牛血清白蛋白(BSA)半部以及附著至抗生物素的磁性顆粒40’ 的參考測(cè)定，描繪了作為時(shí)間的函數(shù)的參考檢測(cè)信號(hào)14’的演變的典型曲線。能夠解釋該信號(hào)曲線以給出關(guān)于以下潛在問題的有價(jià)值的信息-樣品制備，以及特別是樣品的預(yù)培養(yǎng)/混合步驟。如果在該制備階段期間信號(hào)部分810顯示出信號(hào)強(qiáng)度非常大的變化，則這表示磁性顆粒群集了，從而在參考傳感器3的檢測(cè)區(qū)中形成沉淀。-結(jié)合耦合形成步驟后的最大信號(hào)850提供關(guān)于顆粒濃度和樣品粘度的信息。這促進(jìn)了對(duì)顆粒的不完全再分散、盒泄漏、測(cè)試中磁性顆粒的不存在、不正確的測(cè)試液等的檢測(cè)。-參考檢測(cè)信號(hào)14’的最大和最小幅度之間的差830提供關(guān)于影響檢測(cè)信號(hào)14’ 的磁性顆粒40’的顆粒濃度和單分散性的信息。調(diào)制幅度與溶液中單分散顆粒的數(shù)量成比例。該信號(hào)因此能夠用于檢查各種可以影響測(cè)量信號(hào)的失效機(jī)制。如果在制造期間許多珠添加至盒，這將增大信號(hào)的調(diào)制幅度。當(dāng)一些顆粒沒有正確溶解時(shí)，這將導(dǎo)致較低的調(diào)制幅度。因?yàn)橛捎谌杭荒芟駟蝹€(gè)珠一樣自由移動(dòng)，所以珠的群集會(huì)減小調(diào)制幅度，從而也能夠檢測(cè)到珠的群集。-其中形成參考傳感器3的強(qiáng)結(jié)合偶的結(jié)合反應(yīng)的斜率820提供關(guān)于測(cè)定功能性的信息。由于測(cè)量典型地在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(kinetic regime)中發(fā)生，所以斜率與作為時(shí)間的函數(shù)的結(jié)合的數(shù)量成比例，結(jié)合的數(shù)量與締合常數(shù)成正比，締合常數(shù)是測(cè)定的功能性的測(cè)量。-最大信號(hào)變化840提供關(guān)于顆粒濃度和特異性結(jié)合反應(yīng)的有效性的信息。后者提供關(guān)于傳感器裝置1的生物完整性的信息。-結(jié)合反應(yīng)完成后，或者在固定量的時(shí)間后，無論哪一個(gè)都是適合的，清洗傳感器 2和3以去除未結(jié)合的磁性顆粒40、40’，使得測(cè)量檢測(cè)信號(hào)14和參考檢測(cè)信號(hào)14’受到僅結(jié)合到相應(yīng)檢測(cè)區(qū)域的磁性顆粒的影響。清洗后的信號(hào)提供關(guān)于參考測(cè)定是否完全起作用的絕對(duì)信息，例如是非再分散、盒損壞導(dǎo)致的泄漏、錯(cuò)誤樣品類型、不足的容量、基本的生物退化等的表示。還有，因?yàn)榻Y(jié)合反應(yīng)的反應(yīng)速率是溫度相關(guān)的，所以在測(cè)試期間基本的溫度變化會(huì)產(chǎn)生清洗后的參考檢測(cè)信號(hào)14’，其顯著地不同于其預(yù)期值。-最后，為了使傳感器裝置1執(zhí)行的測(cè)量可靠，信號(hào)曲線的所有部分必須存在。這表示使用并完成了正確的啟動(dòng)協(xié)議。優(yōu)選地，傳感器裝置包括用于吸引磁性顆粒到傳感器表面以促進(jìn)該曲線的各部分的檢測(cè)的磁場(chǎng)發(fā)生器。在應(yīng)用磁場(chǎng)時(shí)，能夠評(píng)估在該場(chǎng)中的磁性顆粒的行為。該評(píng)估可以用作參考。應(yīng)當(dāng)注意，上面提及的實(shí)施例示例而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出許多替代實(shí)施例而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，設(shè)置在圓括號(hào)之間的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)解釋為限制權(quán)利要求。詞語“包括”不排除權(quán)利要求中列出的元件或步驟以外的元件或步驟的存在。元件前的詞“一”不排除多個(gè)該元件的存在。本發(fā)明能夠由包括數(shù)個(gè)區(qū)別的元件的硬件實(shí)施。在列舉數(shù)個(gè)構(gòu)件的裝置權(quán)利要求中，能夠通過同一硬件項(xiàng)來具體化數(shù)個(gè)這些構(gòu)件。某些措施記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中的僅有的事實(shí)不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置(1)，用于檢測(cè)靜止樣品中的目標(biāo)分子00)的存在，所述傳感器裝置⑴包括-測(cè)量傳感器O)，包括用于選擇性地結(jié)合至另一第一半部的第一半部(16)，所述另一第一半部包括可檢測(cè)標(biāo)簽GO)，結(jié)合至所述第一半部的所述另一第一半部的量與存在于所述樣品中的所述目標(biāo)分子00)的量相關(guān)；以及-參考傳感器(3)，包括用于選擇性地結(jié)合至另一第二半部的第二半部(50)，所述另一第二半部包括另一可檢測(cè)標(biāo)簽GO’)，所述傳感器裝置適合于根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第一半部(16)的所述另一第一半部中的所述可檢測(cè)標(biāo)簽GO)的檢測(cè)來生成第一檢測(cè)信號(hào)(14)；以及根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第二半部(50)的所述另一第二半部中的所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽 (40')的檢測(cè)來生成第二檢測(cè)信號(hào)(14’)，其中，至少在所述傳感器裝置的操作期間，預(yù)期所述另一第二半部以預(yù)定量存在，使得當(dāng)所述另一第二半部至所述第二半部的結(jié)合反應(yīng)如預(yù)期地發(fā)生時(shí)，所述第二檢測(cè)信號(hào)(14’ )的值落入預(yù)期的信號(hào)值窗內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述可檢測(cè)標(biāo)簽GO)與所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽相同，并且其中，所述另一第一半部包括所述目標(biāo)分子和所述另一第二半部。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中，所述另一第一半部對(duì)所述第二半部不具有顯著的親合性，并且所述另一第二半部對(duì)所述第一半部不具有顯著的親合性。
4.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置(1)，其中，所述測(cè)量傳感器(2)位于第一測(cè)量腔中，并且所述參考傳感器(3)位于第二測(cè)量腔中。
5.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置(1)，還包括干燥形式的所述另一第二半部。
6.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置(1)，其中，所述第二半部和所述另一第二半部選自半抗原-抗體對(duì)、抗體-抗抗體對(duì)以及小分子-蛋白質(zhì)對(duì)構(gòu)成的組，半抗 原-抗體對(duì)諸如是生物素-抗生物素、異硫氰酸熒光素-抗異硫氰酸熒光素以及德克薩斯紅-抗德克薩斯紅，小分子-蛋白質(zhì)對(duì)諸如是抗生物素蛋白-生物素。
7.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置(1)，其中，所述另一第二半部還包括參考分子 (60)，所述參考分子(60)在被懷疑包含變化濃度的所述目標(biāo)分子00)的樣品中具有基本上恒定的濃度。
8.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置(1)，其中，所述傳感器裝置是磁性傳感器裝置，所述標(biāo)簽包括磁性顆粒并且所述另一標(biāo)簽包括另一磁性顆粒，并且其中，所述磁性傳感器裝置包括磁場(chǎng)發(fā)生器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于將所述磁性顆粒和所述另一磁性顆粒吸引到所述相應(yīng)的傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器裝置，其中，所述第一半部(16)和所述第二半部(50)附著至載體的相應(yīng)的結(jié)合表面，所述傳感器裝置還包括-光源(6，6’)，用于發(fā)射輸入光束(Li)到所述載體中，使得其在至少一個(gè)所述結(jié)合表面處的研究區(qū)域中被全內(nèi)反射，當(dāng)所述標(biāo)簽和/或所述另一標(biāo)簽被宏觀散射和/或吸收磁性顆粒(40，40’ )時(shí)，所全內(nèi)反射的光束變?yōu)槭芤值模瑢?dǎo)致所全內(nèi)反射的光的強(qiáng)度減?。灰约?光檢測(cè)器(12，12’)，用于確定輸出光束(L2)中的光量，所述輸出光束(L2)包括至少一些所受抑全內(nèi)反射的光，所述光檢測(cè)器(12，12’ )適合于生成所述第一檢測(cè)信號(hào)(14)和所述第二檢測(cè)信號(hào)(14’ )中的至少一個(gè)。
10.一種包括信號(hào)處理器級(jí)(110)和如權(quán)利要求1-9中的任意一項(xiàng)所述的傳感器裝置 (1)的設(shè)備(100)，所述信號(hào)處理器級(jí)(110)被耦合為從所述傳感器裝置接收所述第二檢測(cè)信號(hào)，所述信號(hào)處理器級(jí)(110)適合于根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)(14’ )來確定參考信號(hào)值；以及基于所述參考信號(hào)值來產(chǎn)生輸出信號(hào)(120)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備(100)，其中，所述參考信號(hào)值是基于所述第二檢測(cè)信號(hào)的時(shí)變行為的時(shí)變值。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備(100)，其中所述信號(hào)處理器級(jí)(110)還適合于將所述參考信號(hào)值與基于所述另一第二半部的預(yù)期量的預(yù)期值進(jìn)行比較；并且所述輸出信號(hào)(120)基于所述比較。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備(100)，其中，所述信號(hào)處理器級(jí)(110)還適合于 -根據(jù)所述預(yù)期值和所述參考信號(hào)值之間的差來確定修正因子；-根據(jù)所述第一檢測(cè)信號(hào)(14)來確定測(cè)量值；以及-根據(jù)所述修正因子和所述測(cè)量值來確定目標(biāo)分子濃度，其中，所述輸出信號(hào)(120)包括所確定的目標(biāo)分子濃度。
14.一種操作如權(quán)利要求10-13中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備(100)的方法，所述方法包括-根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第一半部(16)的所述另一第一半部中的所述可檢測(cè)標(biāo)簽GO)的檢測(cè)來生成第一檢測(cè)信號(hào)(14)；-根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第二半部(50)的所述另一第二半部濃度中的所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽GO’ )的檢測(cè)來生成第二檢測(cè)信號(hào)(14’ )；-根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)(14’ )來確定(610)參考信號(hào)值；以及 -基于所述參考信號(hào)值來產(chǎn)生(640，650)輸出信號(hào)(120)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括-將所述參考信號(hào)值與預(yù)期值進(jìn)行比較(620)；-根據(jù)所述預(yù)期值和所述參考信號(hào)值之間的差來確定(710)修正因子；-生成所述第一檢測(cè)信號(hào)；-根據(jù)所述第一檢測(cè)信號(hào)來確定(720)測(cè)量值；以及-根據(jù)所述測(cè)量值和所述修正因子來確定(730)目標(biāo)分子濃度，其中，所述輸出信號(hào)包括所確定的目標(biāo)分子濃度。
全文摘要
公開了一種用于檢測(cè)靜止樣品中的目標(biāo)分子(20)的存在的傳感器裝置(1)。所述傳感器裝置包括測(cè)量傳感器(2)，包括用于與另一第一半部形成結(jié)合偶的第一半部(16)，所述另一第一半部包括目標(biāo)分子(20)和可檢測(cè)標(biāo)簽(40)；以及參考傳感器(3)，包括用于與另一第二半部形成另一結(jié)合偶的第二半部(50)，所述另一第二半部包括另一可檢測(cè)標(biāo)簽(40’)。所述傳感器裝置適合于根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第一半部(16)的所述另一第一半部中的所述可檢測(cè)標(biāo)簽(40)的檢測(cè)來生成第一檢測(cè)信號(hào)(14)；以及根據(jù)對(duì)結(jié)合至所述第二半部(50)的所述另一第二半部中的所述另一可檢測(cè)標(biāo)簽(40’)的檢測(cè)來生成第二檢測(cè)信號(hào)(14’)，其中，至少在所述傳感器裝置的操作期間，預(yù)期所述另一第二半部以預(yù)定量存在，使得當(dāng)所述另一第二半部至所述第二半部的結(jié)合反應(yīng)如預(yù)期地發(fā)生時(shí)，所述第二檢測(cè)信號(hào)(14’)的值落入預(yù)期的信號(hào)值窗內(nèi)。也公開了包括所述傳感器裝置的設(shè)備、操作所述傳感器裝置和所述設(shè)備的方法以及用于與所述傳感器裝置一起使用的樣品。
文檔編號(hào)G01N33/543GK102472749SQ201080029420
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者A·H·J·伊明克, F·K·德泰耶, J·H·尼恩胡伊斯, P·J·W·范蘭卡威爾特, W·U·迪特默 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司