專利名稱:傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及傳感器,并具體涉及一種傳感器和一種使用傳感器執(zhí)行結(jié)合分析的方法。
背景技術(shù):
在諸如免疫測(cè)定的結(jié)合分析中,利用分析物(通常是蛋白質(zhì)或半抗原)與結(jié)合半 族(binding moiety)(諸如抗體)之間特定的“鎖和鑰匙”相互作用,其中結(jié)合半族特定地 對(duì)準(zhǔn)抗原(分析物)的全部或部分(抗原決定基)。分析物與抗體之間的結(jié)合是特定的,使 得與相關(guān)但非等同物種的相互作用最小,并且結(jié)合是堅(jiān)固的,給出良好的靈敏度。為了用數(shù) 量表示未知的分析物,使固定量的標(biāo)記有特征標(biāo)志(例如,熒光或化學(xué)發(fā)光分子)的分析物 或類似地標(biāo)記的第二抗體(“指示器”)與樣本混合。于是,過(guò)量存在的被標(biāo)記物種將與分 析物結(jié)合,最終達(dá)到平衡,其中大多數(shù)分析物與至少一種標(biāo)記物有關(guān)。由于標(biāo)記物的濃度是 固定的,因此為了用數(shù)量表示分析物,與分析物有關(guān)的部分(“被結(jié)合”段(fraction))必 須與無(wú)關(guān)的部分(“自由”段)物理分離。于是可用數(shù)量表示任一段,“被結(jié)合”正比于而 “自由”反比于分析物的濃度。一般而言,通過(guò)使用第二抗體(“捕捉”抗體)來(lái)實(shí)現(xiàn)“被結(jié) 合”段與“自由,,段的分離,第二抗體對(duì)準(zhǔn)分析物上的不同抗原決定基,被結(jié)合到諸如顆粒 (bead)或固體表面的固相上。于是這個(gè)顆?;蚬腆w表面可與本體溶液物理分離,而如果標(biāo) 記物是熒光分子,則例如使用熒光計(jì)來(lái)執(zhí)行測(cè)量。除了抗體/抗原相互作用之外,可在結(jié)合 分析中利用幾種不同形式的結(jié)合相互作用,包括但不限于DNA/DNA、RNA/RNA和核酸適體相 互作用。已知這種分析的可選實(shí)施例,諸如“競(jìng)爭(zhēng)”分析,其中分析物與已知數(shù)量的被標(biāo)記 分析物混合然后兩者競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合部位。于是被標(biāo)記的分析物的被結(jié)合程度反比于原始樣本中 未標(biāo)記的分析物的數(shù)量。在WO 2004/090512中描述了不必執(zhí)行分離和洗滌步驟而對(duì)“被結(jié)合的”被標(biāo)記 段和“自由的”被標(biāo)記段進(jìn)行區(qū)分的一種獨(dú)特方式,其中并入捕捉抗體的固相是壓電膜或 熱電膜,通常為PVDF。這種方式具有使固相分離特征與測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的獨(dú)特能力。如 W02004/090512中描述的那樣,被標(biāo)記的“指示器”抗體(用諸如碳或膠體金的適當(dāng)有色材 料標(biāo)記)以與待測(cè)量分析物濃度成比例的速度與捕捉表面結(jié)合;通過(guò)用互補(bǔ)顏色的光照射 該表面來(lái)同時(shí)監(jiān)視這個(gè)結(jié)合。光能量被表面上的標(biāo)記物吸收并通過(guò)非輻射衰減轉(zhuǎn)化為熱, 被PVDF膜檢測(cè)到。這個(gè)系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于由本體溶液中未被結(jié)合的標(biāo)記物類似地吸收 的能量損失到液體媒介中而不能被PVDF膜檢測(cè)到,因此在“被結(jié)合”段和“自由”段之間自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)“分離”。使用足夠尺寸的膠質(zhì)顆粒來(lái)允許大量光子被顆粒吸收以給出強(qiáng)信號(hào)并因此 得到良好的靈敏度是有利的。WO 2004/090512中描述的傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)視標(biāo)記物結(jié)合于捕捉表面的動(dòng)力學(xué), 其與分析物的濃度成比例。這種方法依賴于被標(biāo)記的品種擴(kuò)散到表面上的速度和在表面上 的結(jié)合速度。如果這些速度的任何一個(gè)是未達(dá)到最佳的,則分析的整體靈敏度或反應(yīng)時(shí)間 可能受到限制。在表面上的結(jié)合速度受到多個(gè)因素的限制,諸如被標(biāo)記的抗體之間的位阻現(xiàn)象(例如,如果將大的碳或金顆粒用作標(biāo)記物)。另外,可能存在抑制大(20-500nm)顆 粒接近固體表面的靜電排斥,或可能存在取向效應(yīng)(orientation effect),在取向效應(yīng)中 顆粒接近固相但顆粒上的結(jié)合表面被取向到錯(cuò)誤方向上用于發(fā)生結(jié)合。這個(gè)情況更可能 在被許多抗體覆蓋的大顆粒上發(fā)生,這些抗體的僅僅一小段與分析物結(jié)合,從而使顆粒的 僅僅一小部分表面區(qū)域可用于與表面結(jié)合。除了關(guān)于結(jié)合速度的這些限制因素之外,還存 在限制用于免疫測(cè)試的顆粒尺寸的其他因素。例如,在傳統(tǒng)的“側(cè)流”免疫層析試條方法 (immunochromatographic strip test)中,膠體金顆粒的最佳尺寸是大約40nm,因?yàn)楦?的顆粒由于它們的尺寸和密度而傾向于被捕獲到流膜(flow membrane)中。最后,更大的 顆粒具有更低的擴(kuò)散速度并因此花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散到捕捉表面,因此有可能限制可用的信號(hào)。因此,在本領(lǐng)域中存在對(duì)進(jìn)一步提高這種分析的靈敏度的需求。
發(fā)明內(nèi)容
因而,本發(fā)明提供一種用于檢測(cè)樣本中分析物的方法,包括下列步驟將所述樣本暴露給能夠?qū)⒛芰康淖兓D(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器,所述轉(zhuǎn)換器具有在 其之上或與其接近的至少一種束縛試劑,所述至少一種束縛試劑具有能夠結(jié)合所述分析物 的結(jié)合部位;將被標(biāo)記的試劑引入所述樣本,其中所述被標(biāo)記的試劑包含用于所述分析物或所 述束縛試劑的結(jié)合位點(diǎn)、和能夠吸收由輻射源產(chǎn)生的電磁輻射以產(chǎn)生能量的標(biāo)記物;在第一階段中,允許所述被標(biāo)記的試劑與所述分析物或所述束縛試劑結(jié)合,其中 所述轉(zhuǎn)換器被取向成使得所述被標(biāo)記的試劑至少部分安定在所述轉(zhuǎn)換器上;隨后,在第二階段中,使所述被標(biāo)記的試劑變得不安定;在第一和第二階段中用電磁輻射照射所述樣本;將產(chǎn)生的所述能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào);檢測(cè)所述電信號(hào)。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明,其中圖1示出根據(jù)WO 2004/090512的裝置;圖2示出本發(fā)明方法的示意性表示;圖3示出根據(jù)本發(fā)明的裝置;和圖4示出使用本發(fā)明方法的對(duì)照時(shí)間的記數(shù)的圖形。
具體實(shí)施例方式已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)換器被翻轉(zhuǎn)或被類似地?cái)_動(dòng)(perturbed)時(shí),未通過(guò)特定的相互作 用與表面結(jié)合的任何被標(biāo)記的“指示器”都會(huì)脫落(fallsaway)。因此,在適當(dāng)照射時(shí)非常 接近于轉(zhuǎn)換器的標(biāo)記物將產(chǎn)生強(qiáng)信號(hào),同時(shí)遠(yuǎn)離表面的標(biāo)記物產(chǎn)生弱的或可忽略不記的信 號(hào)。對(duì)于這種系統(tǒng)存在幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),即,可將所有標(biāo)記物集中在結(jié)合表面附近,因此增大了顆 粒與表面結(jié)合的速度。另外,如果顆粒和表面具有同樣的電荷,則在重力或浮力的作用下驅(qū)使顆粒到達(dá)表面可有助于克服表面處的任何靜電排斥力。本發(fā)明的方法使用WO 90/13017或WO 2004/090512中公開(kāi)的傳感器類型。本文 中復(fù)制的圖1對(duì)應(yīng)于WO 2004/090512中的圖1。如WO 2004/090512中解釋的那樣,圖1示出用于本發(fā)明的化學(xué)傳感裝置1的類型。裝置1依賴?yán)秒姶泡椛湔丈湮镔|(zhì)2而在物質(zhì)2中產(chǎn)生熱。(本發(fā)明中使用的物質(zhì)2 實(shí)際是在轉(zhuǎn)換器3之上或接近于轉(zhuǎn)換器3的被標(biāo)記的試劑,下面要詳細(xì)討論轉(zhuǎn)換器3。)裝 置1包含轉(zhuǎn)換器,諸如具有電極涂層4、5的熱電或壓電轉(zhuǎn)換器3。使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將 物質(zhì)2保持在轉(zhuǎn)換器3之上或接近于轉(zhuǎn)換器3。該物質(zhì)可以采用任何適當(dāng)?shù)男问讲⑶掖罅?物質(zhì)可以被放置。優(yōu)選地,物質(zhì)2被吸引到轉(zhuǎn)換器、尤其是上方電極上,例如,通過(guò)諸如離子 鍵、氫鍵或范德瓦爾斯力的分子間力而被共價(jià)配合(couple)或結(jié)合。當(dāng)通過(guò)諸如光,優(yōu)選 為可見(jiàn)光的電磁輻射源6照射時(shí),物質(zhì)2產(chǎn)生熱。光源可以是例如LED。光源6用適當(dāng)波長(zhǎng) 的光(例如互補(bǔ)色)照射物質(zhì)2。雖然不希望受理論約束,但相信物質(zhì)2吸收光以產(chǎn)生受激 狀態(tài),該狀態(tài)接著經(jīng)歷非輻射衰減,由此產(chǎn)生用圖1中曲線所表示的能量。這個(gè)能量首先具 有熱的形式(即,環(huán)境中的熱運(yùn)動(dòng)),雖然還可以產(chǎn)生例如震動(dòng)波的其他能量形式。不過(guò),該 能量可被轉(zhuǎn)換器檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。如WO 2004/090512中描述的,來(lái)自轉(zhuǎn)換器3的信 號(hào)將取決于物質(zhì)2離開(kāi)轉(zhuǎn)換器3的距離,而光脈沖與該信號(hào)之間的時(shí)間延遲可給出關(guān)于該 距離的有益信息。為了被測(cè)量的特殊物質(zhì)而對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)行校準(zhǔn),并因此不需要確定 所產(chǎn)生能量的準(zhǔn)確形式。除非另有說(shuō)明,在本文中使用術(shù)語(yǔ)“熱”,意味著由非輻射衰減產(chǎn)生 的能量。將光源6定位成照射物質(zhì)2。優(yōu)選地,光源6位于轉(zhuǎn)換器3和電極4、5之下,并透 過(guò)轉(zhuǎn)換器3和電極4、5照射物質(zhì)2。光源可以是轉(zhuǎn)換器內(nèi)的內(nèi)部光源,在轉(zhuǎn)換器中光源是波 導(dǎo)系統(tǒng)。波導(dǎo)可以是轉(zhuǎn)換器本身或波導(dǎo)可以是附著于轉(zhuǎn)換器的附加層。在本發(fā)明的方法中,將待分析的樣本暴露給轉(zhuǎn)換器3。如上所述,轉(zhuǎn)換器3能夠?qū)?能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。物質(zhì)2產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)換器3檢測(cè)到并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由檢測(cè)器7檢測(cè)電信號(hào)。 光源6和檢測(cè)器7都受控制器8的控制。光源6優(yōu)選產(chǎn)生被稱為“斬波光”的一系列光脈沖 (本文中使用的術(shù)語(yǔ)“光”意味著任何形式的電磁輻射,除非提到特定波長(zhǎng))。原則上,一道 光,即電磁輻射的一個(gè)脈沖,會(huì)足以產(chǎn)生來(lái)自轉(zhuǎn)換器3的信號(hào)。不過(guò),為了獲得可重復(fù)的信 號(hào),使用多道光,這實(shí)際上需要斬波光??梢愿淖兪┘与姶泡椛涿}沖的頻率。在下限處,脈沖 之間的時(shí)間延遲對(duì)于每個(gè)脈沖與產(chǎn)生待確定的電信號(hào)之間的時(shí)間延遲必須是足夠的。在上 限處,每個(gè)脈沖之間的時(shí)間延遲不必大到使記錄數(shù)據(jù)花費(fèi)的時(shí)間段變得不合理地延長(zhǎng)。優(yōu) 選地,脈沖頻率是至少2Hz,更優(yōu)選為從2-50Hz,更優(yōu)選為5-15Hz,而最優(yōu)選為10Hz。這分 別對(duì)應(yīng)于脈沖之間的時(shí)間延遲為至多500ms,20-500ms,66-200ms和100ms。不過(guò),時(shí)間延遲 可以低如1ms。另外,所謂的“脈沖間隔”比率,即開(kāi)信號(hào)與關(guān)信號(hào)的比率優(yōu)選為1,雖然可 以使用其他比率而無(wú)有害效果。產(chǎn)生具有不同斬波頻率或不同脈沖間隔比率的斬波光的電 磁輻射源是本領(lǐng)域中已知的。檢測(cè)器7確定來(lái)自光源6的每個(gè)光脈沖與檢測(cè)器7從轉(zhuǎn)換器 3檢測(cè)到的相應(yīng)電信號(hào)之間的時(shí)間延遲(或“相關(guān)延遲”)。這個(gè)時(shí)間延遲是距離d的函數(shù)。可以使用任何方法來(lái)確定每個(gè)光脈沖與相應(yīng)電信號(hào)之間的時(shí)間延遲,所述電信號(hào) 提供可重復(fù)的結(jié)果。優(yōu)選地,從每個(gè)光脈沖的開(kāi)始到檢測(cè)器7檢測(cè)到相應(yīng)于熱吸收的電信 號(hào)中的最大值點(diǎn)而對(duì)時(shí)間延遲進(jìn)行測(cè)量。
因此物質(zhì)2可以離開(kāi)轉(zhuǎn)換器表面而仍舊可以檢測(cè)到信號(hào)。此外,不僅是透過(guò)居間 介質(zhì)可檢測(cè)的信號(hào),而且是不同距離d,可以被區(qū)分(這個(gè)已經(jīng)被稱為“深度剖面(cbpth profiling) ”),而接收到信號(hào)的強(qiáng)度與在離開(kāi)轉(zhuǎn)換器3的表面的特定距離d處物質(zhì)2的濃 度成比例,其中居間介質(zhì)能夠?qū)⒛芰總鬟f給轉(zhuǎn)換器3。從而,在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中,利用一系列電磁輻射脈沖照射樣本而該方法進(jìn)一步包含檢測(cè)來(lái)自輻射源的每個(gè)電磁輻射脈沖與產(chǎn)生電信號(hào)之間的時(shí)間延遲的步驟,其 中,每個(gè)電磁輻射脈沖與產(chǎn)生電信號(hào)之間的時(shí)間延遲對(duì)應(yīng)于在距轉(zhuǎn)換器表面的不同距離處 的一個(gè)或多個(gè)位置的任何位置的標(biāo)記物的位置。因此可以不用從轉(zhuǎn)換器移除樣本而執(zhí)行本 發(fā)明的方法。如圖2(a)中所示,在本發(fā)明中,將轉(zhuǎn)換器3并入樣本腔9。轉(zhuǎn)換器3具有在其上或 與其接近的至少一種束縛試劑10,其具有能夠結(jié)合分析物11的結(jié)合位點(diǎn)。例如,至少一種 束縛試劑10可以是抗體,分析物11可以是抗原,而被標(biāo)記的試劑可以是被標(biāo)記的抗原,被 標(biāo)記的抗原也能夠與至少一種束縛試劑或被標(biāo)記的抗體結(jié)合,被標(biāo)記的抗體也能夠與分析 物結(jié)合。在這個(gè)示例中,當(dāng)被標(biāo)記的試劑是被標(biāo)記的抗原時(shí),由檢測(cè)器檢測(cè)到的電信號(hào)反比 于樣本中存在的分析物,所述被標(biāo)記的抗原也能夠與至少一種束縛試劑10結(jié)合。在另一示 例中,至少一種束縛試劑是第一核酸而分析物是第二核酸,并且第一和第二核酸是互補(bǔ)的。 在進(jìn)一步的示例中,至少一種束縛試劑包含抗生物素蛋白或其派生物,而分析物包含生物 素或其派生物,或反之。在W02004/090512中描述了適當(dāng)免疫測(cè)定的示例。優(yōu)選至少一種 束縛試劑被吸引或共價(jià)結(jié)合于轉(zhuǎn)換器,雖然已知用于將試劑附著到表面的其他方法,這些 方法也可以使用。然后將被標(biāo)記的試劑12引入樣本。被標(biāo)記的試劑12包含用于分析物11或束縛 試劑10的結(jié)合位點(diǎn)、和能夠吸收由輻射源產(chǎn)生的電磁輻射以產(chǎn)生能量的標(biāo)記物。在圖2(b) 中,被標(biāo)記的試劑12與分析物11結(jié)合。接下來(lái)給樣本留足夠的時(shí)間來(lái)允許被標(biāo)記的試劑12與分析物11或束縛試劑10 結(jié)合,這里是分析物11。在這個(gè)分析的第一階段內(nèi),將轉(zhuǎn)換器取向成使重力作用于被標(biāo)記的 試劑12,以使被標(biāo)記的試劑12至少部分安定在轉(zhuǎn)換器3上。因此,標(biāo)記物需要具有足夠的密度,其使標(biāo)記物將在合理時(shí)間尺度內(nèi)安定下來(lái)。這 將取決于顆粒的性質(zhì)、樣本的性質(zhì)和執(zhí)行分析所需的時(shí)間。標(biāo)記物優(yōu)選選自金屬(優(yōu)選為 金)顆粒,有色聚合物顆粒(例如有色的乳膠顆粒),磁性顆粒,碳顆粒和包含不導(dǎo)電的芯材 料和至少一層金屬殼的納米顆粒(參見(jiàn)US 6,344,272)。不過(guò),能夠與電磁輻射相互作用 以產(chǎn)生熱的任何標(biāo)記物都是可接受的,只要它在適當(dāng)頻率處吸收并在重力作用下安定。在 磁性顆粒的情況下,電磁輻射是射頻輻射。上述的所有其他標(biāo)記物都采用光,光可包括紅 外或紫外輻射。在金顆粒的情況下,為了進(jìn)一步增大信號(hào),可以使用銀離子溶液和還原劑通 過(guò)金屬銀的催化沉積來(lái)增強(qiáng)標(biāo)記物。金催化/激活銀離子到銀金屬的還原,而吸收光的正 是銀金屬。標(biāo)記物優(yōu)選為金顆粒。金顆粒是可以買(mǎi)到的或可以使用已知方法(參見(jiàn)例如 G. Frens, Nature, 241, 20-22 (1973))準(zhǔn)備的。優(yōu)選地,本發(fā)明使用顆粒尺寸為20至1,OOOnm的顆粒,更優(yōu)選為100至500nm。顆 粒尺寸意味著顆粒在其最寬點(diǎn)處的直徑。優(yōu)選地,顆粒具有1. 5至23g/mL的密度,更優(yōu)選為 15-20g/mL,而最優(yōu)選為19g/mL。在特殊的優(yōu)選實(shí)施例中,顆粒是具有上述顆粒尺寸和密度的金顆粒,雖然還可使用諸如鋨或銥的其他密度材料。隨后,在第二階段中,使被標(biāo)記的試 劑變得不安定。使被標(biāo)記的試劑不安定改變了轉(zhuǎn)換器處接收到的信號(hào)并提供與束縛試劑結(jié) 合的被標(biāo)記的試劑的量的指示。優(yōu)選通過(guò)相關(guān)于樣本翻轉(zhuǎn)或部分翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器而使被標(biāo)記的 試劑變得不安定。部分翻轉(zhuǎn)意味著使轉(zhuǎn)換器傾斜從而使被標(biāo)記的試劑從轉(zhuǎn)換器表面移開(kāi)。 可選地,可以通過(guò)搖動(dòng)樣本來(lái)使被標(biāo)記的試劑變得不安定。不過(guò),在任一種情況下,使系統(tǒng) 不安定致使未被結(jié)合的標(biāo)記物變成離開(kāi)轉(zhuǎn)換器。圖2(c)示出翻轉(zhuǎn)之后的樣本腔9。可以 看出被結(jié)合的分析物11和與分析物11結(jié)合的被標(biāo)記的試劑12a保持靠近于轉(zhuǎn)換器3(近 側(cè))而未被結(jié)合的被標(biāo)記的試劑12b在遠(yuǎn)處(遠(yuǎn)側(cè))。在本發(fā)明的方法中,在第一和第二階段內(nèi)用電磁輻射照射樣本以允許兩者之間的 比較。如參考WO 2004/090512在上面描述的那樣,由標(biāo)記物產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 該電信號(hào)之后被檢測(cè)器檢測(cè)到并在中央處理單元中被處理。樣本通常是諸如體液的液體樣本,例如血清、血漿或尿。轉(zhuǎn)換器通常是樣本腔的一部分。在優(yōu)選實(shí)施例中,在使用之前,被標(biāo)記的試劑可釋 放地附著于腔的一個(gè)內(nèi)表面上??舍尫诺馗街馕吨粯?biāo)記的試劑例如通過(guò)脫水保存(dry down)到表面上而附著于表面,但在引入樣本時(shí)被釋放。更優(yōu)選地,轉(zhuǎn)換器限定了腔的頂部 而被標(biāo)記的試劑可釋放地附著于腔的內(nèi)部底面。這個(gè)后面的安排特別適于采用基線測(cè)量。 在以被標(biāo)記的試劑遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)換器的方式將樣本和被標(biāo)記的試劑提供給轉(zhuǎn)換器之后采用基線 測(cè)量。這樣,在夾心分析(sandwichassay)中,有可能分析物可以與束縛試劑或被標(biāo)記的 試劑結(jié)合,不過(guò)排除了在表面形成夾心的情況,因?yàn)閮烧呦嗷ミh(yuǎn)離。在競(jìng)爭(zhēng)分析中,有可能 溶液中的分析物可以與束縛試劑結(jié)合,在允許被標(biāo)記的試劑移動(dòng)到轉(zhuǎn)換器之前填補(bǔ)結(jié)合位 點(diǎn)。在上述示例中,即在轉(zhuǎn)換器形成腔的頂部而被標(biāo)記的試劑沉積在腔的底部上的情況下, 被標(biāo)記的試劑將在重力作用下保持在腔的底部上。獲取基線讀數(shù)并翻轉(zhuǎn)腔以允許被標(biāo)記的 試劑安定在轉(zhuǎn)換器上,從而可按照本文所描述的方法進(jìn)行測(cè)量。因此,引入樣本由此釋放被 標(biāo)記的試劑,采用基線測(cè)量,翻轉(zhuǎn)或部分翻轉(zhuǎn)腔以允許被標(biāo)記的試劑至少部分安定在轉(zhuǎn)換 器上。在允許沉淀發(fā)生的足夠時(shí)間之后,再次將腔翻轉(zhuǎn)回到其原始位置。于是,這允許未被 結(jié)合的被標(biāo)記的試劑沉積離開(kāi)表面,留下待用數(shù)量表示的被結(jié)合段。已經(jīng)參考被標(biāo)記的試劑描述了本發(fā)明,被標(biāo)記的試劑比樣本的液體媒介密度更 大,從而使被標(biāo)記的試劑在分析的第一部分中朝著形成樣本腔的下表面(底部)的轉(zhuǎn)換器 安定下來(lái),并在第二部分中離開(kāi)轉(zhuǎn)換器。即,被標(biāo)記的試劑比樣本密度更大而重力作用于被 標(biāo)記的試劑以使被標(biāo)記的試劑至少部分安定在轉(zhuǎn)換器上??蛇x地,被標(biāo)記的試劑可以比樣 本的液體媒介密度更小,從而被標(biāo)記的試劑在分析的第一部分中朝著形成樣本腔的上表面 (蓋)的轉(zhuǎn)換器安定下來(lái),并在第二部分中離開(kāi)轉(zhuǎn)換器。即,被標(biāo)記的試劑在浮力作用下漂 浮到樣本腔的上部。因此,被標(biāo)記的試劑比樣本密度更小而浮力作用于被標(biāo)記的試劑以使 被標(biāo)記的試劑至少部分安定在轉(zhuǎn)換器上。無(wú)論被標(biāo)記的試劑是通過(guò)沉淀還是通過(guò)浮力安定 下來(lái),被標(biāo)記的試劑都將具有與樣本不同的密度。本發(fā)明還提供裝置和成套工具(kit)來(lái)執(zhí)行上述方法。該裝置可以采用手持便攜 式讀出器和包含轉(zhuǎn)換器的一次性裝置的形式。樣本收集在基本封閉的系統(tǒng)中,與被標(biāo)記的試劑混合并放入讀出器,將分析腔取 向?yàn)檫m于捕捉并接著允許過(guò)量的未被結(jié)合的被標(biāo)記的試劑離開(kāi)/漂走。通常,這涉及固定讀出器內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)盒(cassette),雖然也可以包括物理旋轉(zhuǎn)讀出器。在這種裝置中,腔是密封的或至少樣本受到充分約束以防止其在重新取向期間例如通過(guò)毛細(xì)管內(nèi)的表面張力而離 開(kāi)腔。從而,本發(fā)明還提供用于檢測(cè)樣本中分析物的裝置,包含輻射源,其適于產(chǎn)生電磁輻射;轉(zhuǎn)換器,其能夠?qū)⒛芰康淖兓D(zhuǎn)換成電信號(hào);至少一種束縛試劑,其在轉(zhuǎn)換器之上或接近于轉(zhuǎn)換器,束縛試劑具有能夠結(jié)合分 析物的結(jié)合位點(diǎn);腔,用于使樣本與轉(zhuǎn)換器保持液體接觸,其中腔適于在翻轉(zhuǎn)、部分翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng)裝置 時(shí)包含樣本;和檢測(cè)器,其能夠檢測(cè)由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)。轉(zhuǎn)換器優(yōu)選適于經(jīng)受相關(guān)于樣本的翻轉(zhuǎn)、部分翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng)。尤其是,對(duì)樣本腔進(jìn)行 密封以防止樣本溢出。可以利用蓋、或通過(guò)樣本腔內(nèi)的毛細(xì)力來(lái)密封腔。樣本腔優(yōu)選為毛細(xì) 管。樣本腔優(yōu)選具有50-500 μ m的深度,更優(yōu)選為100-300 μ m,而寬度/長(zhǎng)度為I-IOmm(更 優(yōu)選為5mm)/10-50mm (更優(yōu)選為30mm)。樣本體積優(yōu)選為1_100μ L,更優(yōu)選為10-50 μ L,而 最優(yōu)選為約30 μ L。如上所述,轉(zhuǎn)換器優(yōu)選為具有熱電或壓電元件和電極的熱電或壓電轉(zhuǎn)換器,而至 少一種束縛試劑被優(yōu)選吸引到轉(zhuǎn)換器上。本發(fā)明還提供成套工具,包含本文所述的裝置和本文所述的被標(biāo)記的試劑。示例如圖3中所示,傳感器1由轉(zhuǎn)換器3制成,轉(zhuǎn)換器3由一片用銦錫氧化物覆蓋的極 化(poled)壓電聚偏二氟乙烯和一片透明的聚碳酸酯蓋體膜13構(gòu)成。使用本領(lǐng)域中已知 的標(biāo)準(zhǔn)方法用對(duì)準(zhǔn)促甲狀腺激素(TSH)的抗體來(lái)覆蓋轉(zhuǎn)換器3。使用由覆蓋有壓力敏感粘 合劑的一片聚酯構(gòu)成的隔離器14將厚度約為100微米的轉(zhuǎn)換器3與蓋材料13以約500微 米的距離隔開(kāi)。這產(chǎn)生尺寸約為30X10X0. 5mm的較大樣本腔15。第二較小腔16制造尺 寸為10X10X0. 5mm以允許控制反應(yīng)。作出允許電連接到轉(zhuǎn)換器3的頂面和底面的準(zhǔn)備以 便檢測(cè)產(chǎn)生的電荷。通過(guò)用包含200nm膠體金顆粒的緩沖液與濃度為5ng/mL的TSH的混合物填充較 大腔15(通過(guò)填充孔17)來(lái)執(zhí)行分析,其中膠體金顆粒覆蓋有針對(duì)TSH的抗體。同時(shí)僅用 緩沖液和金顆粒(以等同濃度)而無(wú)TSH來(lái)填充控制腔16。入口和出口孔被密封,然后 腔裝置與測(cè)試儀器連接使得壓電膜3被水平取向在腔的底面上。然后用四個(gè)LED(波長(zhǎng)為 525nm)持續(xù)用斬波的LED光照射壓電膜3,其中三個(gè)LED照射讀出腔的不同表面區(qū)域而一 個(gè)LED照射控制腔16的壓電膜表面。對(duì)于每個(gè)LED脈沖,使用鎖相放大器和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(ADC)跨越壓電膜3測(cè)量電壓。隨時(shí)間對(duì)ADC信號(hào)進(jìn)行繪圖并在圖4中示出。可觀察 到ADC信號(hào)在前1200秒內(nèi)上升,這表示隨著受到照射的金顆粒沉積到膜表面上,在壓電膜 3中引起增大的熱應(yīng)力。1200秒之后來(lái)自控制腔(LED 1)和測(cè)量腔(LED 2,3和4)的信號(hào) 不能區(qū)分。在這個(gè)點(diǎn)處腔被翻轉(zhuǎn),使得壓電膜3現(xiàn)在形成腔的頂部或“頂”(這對(duì)應(yīng)于圖2 (c) 中的位置)??捎^察到隨著金顆粒在重力作用下移離表面,控制腔(LED 1)中的信號(hào)快速下降。不過(guò),在測(cè)量腔(LED2,3和4)中,信號(hào)的下降不值一提,因?yàn)闃颖局写嬖诘腡SH在金顆粒上的抗體與表面上的抗體之間架橋(bridge),使金顆粒與壓電膜3的表面結(jié)合。
這些圖之間的差別可用于確定在反應(yīng)混合物中存在TSH。另外,通過(guò)使用不同濃度 的TSH來(lái)準(zhǔn)備校準(zhǔn)曲線,有可能將這個(gè)系統(tǒng)用作對(duì)人類液體中TSH濃度的定量測(cè)試。
權(quán)利要求
一種用于檢測(cè)樣本中分析物的方法,包含下列步驟將所述樣本暴露給能夠?qū)⒛芰康淖兓D(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器,所述轉(zhuǎn)換器具有在其之上或與其接近的至少一種束縛試劑,所述至少一種束縛試劑具有能夠結(jié)合所述分析物的結(jié)合位點(diǎn);將被標(biāo)記的試劑引入所述樣本,其中所述被標(biāo)記的試劑包含用于所述分析物或所述束縛試劑的結(jié)合位點(diǎn)、和能夠吸收由輻射源產(chǎn)生的電磁輻射以產(chǎn)生能量的標(biāo)記物;在第一階段中,允許所述被標(biāo)記的試劑與所述分析物或所述束縛試劑結(jié)合,其中將所述轉(zhuǎn)換器取向成使得所述被標(biāo)記的試劑至少部分安定在所述轉(zhuǎn)換器上;隨后,在第二階段中,使所述被標(biāo)記的試劑變得不安定;在第一和第二階段中用電磁輻射照射所述樣本;將產(chǎn)生的所述能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào);檢測(cè)所述電信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法,其中通過(guò)相關(guān)于所述樣本翻轉(zhuǎn)或部分翻轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)換器 而使所述被標(biāo)記的試劑變得不安定。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法,其中通過(guò)搖動(dòng)所述樣本使所述被標(biāo)記的試劑變得不安定。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述被標(biāo)記的試劑比所述樣本密度更大 并且重力作用于所述被標(biāo)記的試劑以使所述被標(biāo)記的試劑至少部分安定在所述轉(zhuǎn)換器上。
5.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的方法,其中所述被標(biāo)記的試劑比所述樣本密度 更小并且浮力作用于所述被標(biāo)記的試劑以使所述被標(biāo)記的試劑至少部分安定在所述轉(zhuǎn)換器上。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述轉(zhuǎn)換器是具有熱電或壓電元件和電 極的熱電或壓電轉(zhuǎn)換器。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述標(biāo)記物基于照射通過(guò)非輻射衰減而產(chǎn)生能量。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中利用一系列電磁輻射脈沖照射所述樣本 并且所述方法進(jìn)一步包含對(duì)來(lái)自所述輻射源的每個(gè)電磁輻射脈沖與產(chǎn)生所述電信號(hào)之間 的時(shí)間延遲進(jìn)行檢測(cè)的步驟,其中,每個(gè)所述電磁輻射脈沖與產(chǎn)生所述電信號(hào)之間的所述 時(shí)間延遲對(duì)應(yīng)于在距所述轉(zhuǎn)換器表面不同距離處的一個(gè)或多個(gè)位置的任何位置處的所述 標(biāo)記物的位置。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法,其中所述電磁輻射脈沖的頻率是至少2Hz。
10.如權(quán)利要求8或9中所述的方法,其中所述時(shí)間延遲是從1至500毫秒。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述電磁輻射是光,優(yōu)選為可見(jiàn)光。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述至少一種束縛試劑是抗體,所述分 析物是抗原,并且所述被標(biāo)記的試劑是被標(biāo)記的抗原,被標(biāo)記的抗原還能夠與所述至少一 種束縛試劑或被標(biāo)記的抗體結(jié)合,被標(biāo)記的抗體也能夠與所述分析物結(jié)合。
13.如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)中所述的方法,其中所述至少一種束縛試劑是第一核 酸并且所述分析物是第二核酸,并且第一和第二核酸是互補(bǔ)的。
14.如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)中所述的方法,其中所述至少一種束縛試劑包含抗生物素蛋白或其派生物,并且所述分析物包含生物素或其派生物,或反之。
15.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述至少一種束縛試劑被吸引到所述 轉(zhuǎn)換器上。
16.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述標(biāo)記物是顆粒尺寸為20-1000nm的顆粒。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述標(biāo)記物是密度為1.5至23g/mL的 顆粒。
18.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述被標(biāo)記的試劑上的所述標(biāo)記物選 自金屬顆粒,有色聚合物顆粒,磁性顆粒,碳顆粒和包含不導(dǎo)電的芯材料和至少一層金屬殼 的納米顆粒。
19.如權(quán)利要求18中所述的方法,其中所述標(biāo)記物是金顆粒。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法,其中通過(guò)金屬銀的催化沉積來(lái)增強(qiáng)所述信號(hào)。
21.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中在將所述被標(biāo)記的試劑引入所述樣本 之后,但在允許所述被標(biāo)記的試劑安定在所述轉(zhuǎn)換器上之前,進(jìn)行基線測(cè)量。
22.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述轉(zhuǎn)換器是樣本腔的一部分并且在 使用之前所述被標(biāo)記的試劑可釋放地附著于所述腔的一個(gè)內(nèi)表面。
23.如權(quán)利要求22中所述的方法,其中所述轉(zhuǎn)換器限定了所述腔的頂部并且所述被標(biāo) 記的試劑可釋放地附著于所述腔的內(nèi)部底面上。
24.如權(quán)利要求23中所述的方法,其中將樣本引入因此釋放了所述被標(biāo)記的試劑,進(jìn) 行基線測(cè)量,翻轉(zhuǎn)或部分翻轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)換器以允許所述被標(biāo)記的試劑至少部分安定在所述轉(zhuǎn) 換器上。
25.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中在相同樣本中檢測(cè)多個(gè)分析物。
26.一種用于檢測(cè)樣本中分析物的裝置,包含輻射源,其適于產(chǎn)生電磁輻射;轉(zhuǎn)換器,其能夠?qū)⒛芰康淖兓D(zhuǎn)換成電信號(hào);至少一種束縛試劑,其在所述轉(zhuǎn)換器之上或接近于所述轉(zhuǎn)換器,所述束縛試劑具有能 夠結(jié)合所述分析物的結(jié)合位點(diǎn);腔,用于使所述樣本與轉(zhuǎn)換器保持液體接觸,其中所述腔適于在翻轉(zhuǎn)、部分翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng) 所述裝置時(shí)包含所述樣本;和檢測(cè)器,其能夠檢測(cè)由所述轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的所述電信號(hào)。
27.如權(quán)利要求26中所述的裝置,其中所述轉(zhuǎn)換器適于相關(guān)于所述樣本經(jīng)受翻轉(zhuǎn)、部 分翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng)。
28.如權(quán)利要求26或27中所述的裝置,其中所述轉(zhuǎn)換器是具有熱電或壓電元件和電極 的熱電或壓電轉(zhuǎn)換器。
29.如權(quán)利要求26至28的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述至少一種束縛試劑被吸引到 所述轉(zhuǎn)換器上。
30.如權(quán)利要求26至29的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中被標(biāo)記的試劑可釋放地附著于所 述腔的一個(gè)表面,所述被標(biāo)記的試劑具有用于所述分析物或所述束縛試劑的結(jié)合位點(diǎn)、和 能夠吸收由輻射源產(chǎn)生的電磁輻射以產(chǎn)生能量的標(biāo)記物。
31.如權(quán)利要求30中所述的裝置,其中所述轉(zhuǎn)換器限定了所述腔的底部并且所述被標(biāo) 記的試劑可釋放地附著于所述腔的頂面。
32.如權(quán)利要求30或31中所述的裝置,其中所述標(biāo)記物基于照射通過(guò)非輻射衰減而產(chǎn)生能量。
33.如權(quán)利要求30至32的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述至少一種束縛試劑是抗體, 所述分析物是抗原,并且所述被標(biāo)記的試劑是被標(biāo)記的抗原,被標(biāo)記的抗原還能夠與所述 至少一種束縛試劑或被標(biāo)記的抗體結(jié)合,被標(biāo)記的抗體也能夠與所述分析物結(jié)合。
34.如權(quán)利要求30至32的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述至少一種束縛試劑是第一核 酸并且所述分析物是第二核酸,并且第一和第二核酸是互補(bǔ)的。
35.如權(quán)利要求30至32的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述至少一種束縛試劑包含抗生 物素蛋白或其派生物,并且所述分析物包含生物素或其派生物,或反之。
36.如權(quán)利要求30至35的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述標(biāo)記物是顆粒尺寸為 20-1000nm 的顆粒。
37.如權(quán)利要求30至36的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述標(biāo)記物是密度為1.5至23g/ mL的顆粒。
38.如權(quán)利要求30至37的任一項(xiàng)中所述的裝置,其中所述被標(biāo)記的試劑上的所述標(biāo)記 物選自金屬顆粒,有色聚合物顆粒,磁性顆粒,碳顆粒和包含不導(dǎo)電的芯材料和至少一層金 屬殼的納米顆粒。
39.如權(quán)利要求38中所述的裝置,其中所述標(biāo)記物是金顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種傳感器。本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)樣本中分析物的方法,包含下列步驟將樣本暴露給能夠?qū)⒛芰康淖兓D(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換器具有在其之上或與其接近的至少一種束縛試劑,至少一種束縛試劑具有能夠結(jié)合分析物的結(jié)合位點(diǎn);將被標(biāo)記的試劑引入樣本,其中被標(biāo)記的試劑包含用于分析物或束縛試劑的結(jié)合位點(diǎn)、和能夠吸收由輻射源產(chǎn)生的電磁輻射以產(chǎn)生能量的標(biāo)記物;在第一階段中允許被標(biāo)記的試劑與分析物或束縛試劑結(jié)合,其中將轉(zhuǎn)換器取向成使得被標(biāo)記的試劑至少部分安定在轉(zhuǎn)換器上;隨后,在第二階段中,使被標(biāo)記的試劑變得不安定;在第一和第二階段中用電磁輻射照射樣本,將產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào);檢測(cè)該電信號(hào)。還提供一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
文檔編號(hào)G01N33/543GK101815942SQ200880104687
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者S·A·羅斯, T·J·N·卡特 申請(qǐng)人:維瓦克塔有限公司