专利名称：利用指示剂颗粒检测靶成分的制作方法
利用指示剂颗粒检测靶成分本发明涉及一种用于检测提供在样品室中的样品中的靶成分的方法和传感器系 统。此外，本发明涉及一种用于执行这样的方法的计算机程序。根据WO 2005/010543A1和WO 2005/010542A2，已知一种磁传感器设备，其例如可
以用在微流控生物传感器中以检测用磁珠标记的分子(例如生物分子)。该磁传感器设备 配有包括用于产生磁场的电线的传感器单元阵列以及用于检测磁珠产生的杂散场的巨磁 阻(GMR)。GMR的信号则指示结合到邻近接触表面的磁珠的数目。基于该背景，本发明的一个目的是提供用于检测与样品中靶成分相关的参数的替 换方法，其中期望这些方法能够适用于不同的感兴趣的靶成分。通过权利要求1的方法，根据权利要求2的传感器系统，以及根据权利要求11的 计算机程序实现该目的。优选实施例在从属权利要求中公开。依据本发明的方法用于检测与样品中靶成分有关的感兴趣的参数，例如，这些靶 成分的量/浓度，其中该样品通常提供在样品室中并且其中靶成分可以是比如像生物分 子、复合物、细胞片段或细胞这样的生物物质。该方法包括以下步骤a)将大量指示剂颗粒分布于样品中。术语“指示剂颗粒”应该指的是具有某些可 以被检测的性质(例如光密度、磁化率、电荷、荧光性、放射性等)的颗粒。因为所述指示剂 颗粒通常为原子、分子、复合物、纳米粒子或微粒，所以所述数量将通常包括大量这样的指 示剂颗粒。因此，在下文中，对于指示剂颗粒的提及将简单地被表达为复数形式，而无意排 除数量仅包括一个单个指示剂颗粒的理论情况。此外，所述指示剂颗粒在样品中的分布可主动地实现，例如搅拌已有指示剂颗粒 加入的样品液体，或被动地实现，诸如通过扩散或对流。b)使靶成分结合到所述指示剂颗�：�/或接触表面上，所述接触表面可以是，例 如，包含样品的样品室壁。在此上下文中，术语“使”应指提供一种状态，在该状态下，靶成 分_如果存在于所述样品中_能够实现与所述指示剂颗�：�/或所述接触表面的结合。这 样的状态可以包括例如充足的时间、适宜的温度、通过搅拌样品的主动外部协助等。可选地，所述接触表面和/或所述指示剂颗�？梢愿哺怯卸运龈行巳さ陌谐煞� 具有特异性的结合位点。此外，应指出的是所述靶成分可以是一些基本分子或复合物的构象变体。C)直接或隐含地确定所述接触表面邻近区域中指示剂颗�：徒哟ケ砻嬷涞木� 离，并由所述距离评估感兴趣的参数。可选地，在其中确定距离的所述区域可以包括整个样 品；然而通常其被限制为接近于所述接触表面的或多或少的小体积。距离的确定和感兴趣 参数的评估通常用传感器元件和用于评估传感器信号的相关评估模块来实现。此外，应指出的是指示剂颗粒与接触表面之间的“距离”实际是对于参数的简短注 释，该参数与指示剂颗粒(在所考虑的区域中)和所述接触表面之间所有距离的分布有关。 因为所述指示剂颗粒通常在样品中持续(布朗)运动，所以所述分布为距离在颗粒和时间 上的分布。这个复杂分布的所考虑参数通常首先包括时间上的平均值，至少涉及一小段时 间，在该段时间期间外部条件(例如，指示剂颗粒上的力)恒定不变，比如布朗运动的微观效应达到平均数。在这种情况下，距离在颗粒上的分布仍然存在。为进一步降低复杂性，可 以考虑该残余分布的单个特征值，例如所有考虑的指示剂颗粒的平均距离。正如下文将要 讨论的，这样的特征值的另一个重要实例是达到距离所述接触表面最小距离的指示剂颗粒的量。该确定步骤可选择性地对单个指示剂颗粒单独执行，因此，提供与样品中所有指 示剂颗粒浓度无关的信息。所述方法具有提供关于样品中靶成分信息而无需指示剂颗粒与所述靶成分结合 的优势(如果靶成分和接触表面之间发生结合(将在下面做出这样的假设)，则上述陈述成 立；然而如果靶成分与指示剂颗粒之间发生结合，则对于所述接触表面替代所述指示剂颗 粒，下面的意见加以必要的变更而成立)。这大大简化了指示剂颗粒的设计与选择，并允许 例如“无标记”测定，其使用相同类型的指示剂颗粒以确定多个不同靶成分。该方法基于如 下观察靶成分到接触表面(或到指示剂颗粒)的结合会影响样品中指示剂颗�：透媒哟� 表面之间的距离，特别是它们可采用的最小距离。确定这个距离因而又允许关于靶成分与 接触表面(或指示剂颗粒)之间结合的结论。然而在大多数情况下，靶成分将结合到指示剂颗粒或接触表面，本发明也包括靶 成分结合到指示剂颗�：徒哟ケ砻嬲舛�。在这种情况下，靶成分被捕获的机会增加。此 外，在高靶浓度下，指示剂颗粒与接触表面之间的距离加倍。本发明进一步涉及一种传感器系统，其用于检测与样品中靶成分相关的感兴趣的 参数，所述系统包括如下部件a)其中可以提供所述样品的样品室，所述样品室具有接触表面。所述“样品室”通 常为空腔或填充有可吸收样品物质的某些物质(例如流体)；它也可以是开放空腔、密闭空 腔或通过流体连接通道与其他腔连接的腔。所述“接触表面”是所述样品室和其他部件之间的分界面，例如，透明载体或某些 (例如半导体)基底，在其处能够聚集靶成分。b)大量指示剂颗粒，其能够分布在样品中并不直接地或通过靶成分结合到前述接 触表面。c)传感器元件，其用于直接地或隐含地确定邻近所述接触表面的区域中指示剂颗 �：徒哟ケ砻嬷涞木嗬�。传感器系统提供执行上述种类方法的硬件，其中感兴趣的参数的确定通常是由耦 合到所述传感器元件的评估�？�(例如微计算机)完成的。因此，参考所述方法的以上描 述，以获得更多的关于所述传感器系统的细节和优势。接下来，将描述涉及方法和传感器系统两者的本发明的进一步发展。涉及靶成分且将被检测的感兴趣的参数可以是能够根据指示剂颗粒和接触表面 之间所检测到的距离估计的任意值。这样的感兴趣的参数的典型例子包括以下值-给定区域中(例如整个样品中)靶成分的量和/或浓度。-所述靶成分的化学修饰，例如小分子/离子的结合或通过化学反应/酶的修饰。-所述样品的物理特性，其包括所述指示剂颗粒和所述接触表面之间距离的改变， 例如样品的温度、PH和/或离子强度(例如其可以引起靶成分的构象改变)。进一步，根据所确定的距离可以估计靶成分结合的指示剂颗粒的绝对或相对量以
4及靶成分结合的接触表面的绝对或相对大小。反过来，这些值又包括关于样品中靶成分量 /浓度的信息，其通常是感兴趣的信息。所述指示剂颗�？梢允蔷哂心芄蝗菀妆患觳獠⒂糜谌范ㄓ虢哟ケ砻娴木嗬氲奶� 征的任何实体。因为指示剂颗粒不必与靶成分结合，因此可能的指示剂颗粒的选择是相当 大的。它们具体可包括磁珠，例如永久磁性或可磁化的纳米或微米颗粒，其能够被外部磁体 操纵且能够被磁性传感器检测到。这些指示剂颗�？梢越徊桨ㄓ饪帕＃北缓鲜实� 辐射激发时其可以发出荧光。特别地，所述指示剂颗�？梢园ü┨迳呕蚴芴迳牛� 其在荧光共振能量转移(FRET)过程中转移/接受能量。应当指出的是，所述指示剂颗�？� 包括上述实例的混合物和/或同时表现多种特征(例如磁性和荧光性)的颗粒。荧光指示剂颗粒距离接触表面的距离可影响由光传感器收集的荧光量和/或所 述指示剂颗粒暴露于之的激发光量。此外，指示剂颗粒上供体生色团和接触表面上受体生 色团(或反之亦然)之间的最小可能距离将严重影响FRET的量。因此，存在多种机制，通 过这些机制能够检测这样的指示剂颗粒与接触表面之间的距离。在本发明的另外一个实施例中，在确定指示剂颗粒与接触表面的距离的过程中， 在指示剂颗粒上施加力，例如磁力、电力、介电电泳力(dielectrophoretic force)、水动力 等。磁力例如可以通过磁场发生器例如电磁线圈或传感器系统中的附加电流电线来施加。 所述力能够可选地调节，例如用变化的力将指示剂颗粒吸引到接触表面上。这有助于揭示 指示剂颗粒能够采用的距离接触表面的最小距离。存在许多不同的方法用于确定指示剂颗粒与接触表面之间的距离。根据优选实施 例，下述称为“输入光束”并通常由像激光器或发光二极管(LED)之类的光源产生的光束被 发射到接触表面上，其在该接触表面上与指示剂颗粒(如果存在的话)相互作用。在(受 抑)全内反射((F)TIR)情况下，将输入光束特别向接触表面发射。在这种情况下，消逝波 将以指数衰减的强度穿透样品室，即仅透过一小段距离。因此可能将输入光的效果局限在 紧邻接触表面的一个区域。消逝波的光可例如用于激发荧光指示剂颗粒的荧光，和/或所 述指示剂颗粒可以散射/吸收所述光，导致受抑全内反射，其中减少量的反射光提供关于 指示剂颗粒的信息。在后一种情况下，将通常存在用于确定输出光束中由受抑全内反射在 接触表面产生的光量。在本发明的另外一个实施例中，指示剂颗粒被磁化或者是可磁化的，并且指示剂 颗粒和接触表面之间的距离由所述磁指示剂颗粒对磁传感器元件的影响来确定。该磁传感 器元件尤其可展现集成在所述接触表面的基底中。其可包括适于检测磁场的任何设备，例 如线圈、霍尔传感器、平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID(超导量子干涉设备)、磁共振 传感器、磁阻传感器或在W02005/010543A1或W02005/010542A2中描述的一类磁阻传感器， 特别是GMR(巨磁电阻)、TMR(隧道磁电阻)或AMR(各向异性磁电阻)。已经提到的是指示剂颗�？梢园‵RET系统的组分。同样，接触表面可至少部分 覆盖有受体生色团或供体生色团，它们在FRET过程中能够作为相应指示剂颗粒的配偶体 (partner)0依据本发明的进一步发展，样品中或至少邻近接触表面的区域中的指示剂颗粒浓 度由合适的浓度测量单元来测量。这在其中测量值的实施例中尤其有用，该值既取决于指 示剂颗�：徒哟ケ砻嬷涞木嗬耄秩【鲇谥甘炯量帕５呐ǘ�。在这些情况下，指示剂颗粒
5的浓度必须预先知晓(例如基于样品的制备)，或通过已提及的测量知晓以允许正确估计 人们感兴趣的距离。本发明另一个实施例的特征在于至少两个测量，它们以不同的方式取决于指示剂 颗粒的浓度及这些颗粒距离接触表面的距离。例如，这些测量可对指示剂颗粒浓度具有相 同的依赖，但对指示剂颗�：徒哟ケ砻嬷涞木嗬刖哂胁煌囊览�(反之亦然)。通过适当 的测量组合，确定所述距离是可能的，而不论指示剂颗粒的主要浓度为多少。这些测量可以 例如通过包括两个不同设计的敏感通路的传感器元件并行地完成，或者通过在不同的操作 条件下用一个传感器元件进行两个或更多测量而顺序地完成。所述传感器系统将通常包括可编程的评价�？椋缙淇梢园ㄎ⒋砥骰� FPGA0因此，本发明进一步包括计算机程序产品，该产品在计算设备上执行时提供依据本发 明的任何一种方法的功能。此外，本发明包括数据载体，例如软盘、硬盘或致密盘(CD-ROM)，该数据载体以机 器可读形式存贮所述计算机产品，并且当在计算设备上执行存贮在数据载体上的程序时执 行本发明的至少一种方法。现今，这样的软件通常提供在因特网或公司内联网上以便下载，因此本发明也包 括在局域网或广域网上传播依据本发明的计算机产品。所述计算设备可包括个人计算机或 工作站。所述计算设备可包括微处理器或FPGA之一。通过参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚明白并得以阐 明。这些实施例将借助于附图以实例方式被描述，在附图中
图1示意性显示出当靶成分结合到接触表面上时，依据本发明的传感器系统；图2显示出当没有靶成分结合时图1的系统；图3显示出带有附加磁体的图1的系统，附加磁体用于将磁力施加于指示剂颗粒 上；图4显示出没有靶成分结合的图3的系统；图5说明了靶成分构象改变的效应；图6说明了接触表面处的FRET过程；图7说明了用消逝波激发期间的FRET过程；图8说明了靶成分与指示剂颗粒的结合。图中同样的附图标记或以100的整数倍为差异的附图标记指代相同或类似的部 件。尽管本发明将在下面以特定设置(使用磁性指示剂颗�：褪芤秩诜瓷渥魑� 量原理)来描述，但其不局限于这样的方法并且能够有利地用在许多不同应用和设置中。图1显示出依据本发明的带有微电子传感器系统100的一般设置。该设置的中心 部件是载体111，其例如可以由玻璃或透明塑料制作成为例如像聚苯乙烯的聚合物的注射 成型片，例如由。载体111紧邻样品室1放置，可以在样品室1中提供具有待检测靶成分 102 (例如药物、抗体、DNA等)的样品流体。所述样品进一步包括磁性颗粒101，例如超顺 磁颗粒，接下来将称之为“指示剂颗粒”。应指出的是，也可以使用例如带电荷颗粒或荧光颗 粒的其他指示剂颗粒来替代磁性颗粒。载体111和样品室1之间的分界面由称为“接触表面” 112的表面形成。接触表面112覆盖有能够特别与靶成分102结合的捕获元件103，例如抗体。所述传感器系统进一步包括光源121，其产生通过“入口窗”透射到载体111中 的输入光束Li。可以使用例如市场上的CDU = 780nm)、DVD( λ = 685nm)，或BD( λ = 405nm)的激光二极管作为光源121。可以使用准直器透镜使输入光束Ll平行，可以使用例 如0. 5mm的针孔减小光束直径。输入光束Ll以比全内反射(TIR)的临界角大的角度到达 接触表面112，因此其在“输出光束”L2中被全部内反射。输出光束L2通过另一表面(“出 口窗”)离开载体111，并被光检测器131检测到。光检测器131确定输出光束L2的光量 (例如，通过这个光束在整个光谱或某部分光谱中的光强度来表达)。在观察期通过与检测 器131耦合的评估和记录模块132评估和可选地监测所检测到的传感器信号。也可以使用检测器131来采集被输入光束Ll激发的荧光指示剂颗粒发射的荧光， 其中该荧光例如可以从光谱上与反射的光L2区分。优选地，然而可用定位在输出光束L2 的路径外的检测器(未显示)检测荧光。尽管下述描述集中于反射光的测量，但是这里讨 论的原理作必要的修正后也能够用于荧光检测。在使用上述类型设置的许多测定中，指示剂颗粒被用作标记物，即用能够结合到 靶成分的分子(例如抗体)将其功能化。测定后，检测指示剂颗粒的量并将之与样品中靶 成分的量相关联。然而对于一些测定或靶物，标记靶物是困难的。因此下面将描述允许无 标记检测分析物的方法。在无标记物检测中，无需将标记物附着到靶物上，而是通过其他方 法检测靶物的存在。这实现了一种不同类型的生物测定。所提出的该方法依赖于如下事实当磁珠101吸引到接触表面112时，由存在于 表面112处的靶成分102的层高确定珠101能到达所述表面的距离d。如果可以生成每珠 101取决于珠101与表面112的距离d的测量信号S，则靶成分102的存在或缺失能够从这 个信号S的高度导出。以此方式，不需要指示剂颗粒101用作必须与靶分子形成生物/或 化学结合的真实标记物，靶成分102就将产生信号S的变化。为了实现前述取决于距离的测量，所述微电子传感器系统应用受抑全内反射 (FTIR)原理。该原理基于如下事实，当入射光束Ll被全部内反射时，消逝波(强度指数地 下降)穿透入所述样品1。如果该消逝波然后与另一种介质相互作用，所述另一种介质例如 与接触表面112足够接近的指示剂颗粒101，那么部分所述入射光将耦合到样品流体中(这 称为“受抑全内反射”)，并且反射强度将会降低(对于干净界面和没有相互作用的情形所 述反射强度将为100% )。取决于干扰量，即在邻近接触表面112的区域中(即约为200nm 内)的指示剂颗粒101的量和它们与所述表面的距离d，反射强度相应地下降。该强度降低 是对邻近接触表面112的小体积中指示剂颗粒101的量和距离d的直接度量。图1显示出靶成分102结合到接触表面112的结合位点103的情况的测量原理。 指示剂颗粒101可以采用的与表面112的最小(或平均)距离d因此较大，导致较少的消 逝波的散射并因此导致所述输出光束L2中较高的测量强度Sp在图2中，没有靶成分102被结合。指示剂颗粒101因而能够更接近接触表面112， 导致更多的消逝波散射，因此导致输出光束L2的测量强度S2的相应下降。FTIR检测具有典型的约5nm的深度分辨率。由于消逝波的光强分布取决于(除其 他以外)光的入射角度和光波长，因此通过改变这些参数能够调适分辨率。例如更大的波 长λ将增大消逝波的相互作用距离，但是背景液体的影响仍旧很小。低背景的另外一个原因是大多数生物材料具有接近于水折射率的相对较低的折射率，即η = 1. 3。磁珠通常由具 有导致信号外耦合的明显更高的折射率(η = 1.6)的基体材料组成。此外，磁珠含有潜在 光散射磁性或可磁化颗粒。对于散射和/或吸收光并因此破坏全内反射的非磁性指示剂颗 粒，也有相似的考虑。上述程序不依赖施加的磁场。这实现了制备、测量和洗涤步骤的实时光学监测。监 测的信号也可用于控制测量或单独的处理步骤。对于典型的应用材料，载体111的介质A能够是一般折射率为1. 52的玻璃和/或 某些透明塑料。样本室1中的介质B将是水基的并具有接近于1. 3的折射率。这对应于60 度临界角。因此入射角70度是允许具有某些较大折射率的流体介质的实际选择。与磁性指示剂颗粒结合的所述光学读出允许多分析物测试的大的复用可能性，因 为一次性盒中的接触表面112能够在大面积上进行光学扫描。可替换地，大面积成像能允 许大的检测阵列。通过例如在光学表面上喷墨印刷不同结合分子而制作这样的阵列(放置 在光学透明表面上)。通过使用多个光束以及多个检测器和多个(机械移动的或电磁致动 的)致动磁体，所述方法也能够在孔板中实现高通量测试。在图3中，已将磁场发生器141 (例如带有线圈和磁芯的电磁体)添加到图1的装 置中，以在接触表面112处和样品室1附近空间中可控地产生磁场B。借助于该磁�。甘� 剂颗粒101能够被操纵，即被磁化，特别是被移动(如果使用带梯度的磁场)。因此例如吸 引指示剂颗粒101到接触表面112是可能的。在脉冲致动过程中，指示剂颗粒101被反复 拉到表面112上，导致在评价模块132插图中所示的时=变信号变化。该图中的所有低点 对应于珠101接近表面112的时刻。因为靶成分102结合到接触表面112的结合位点103， 所以这些低点位于相对高值&。在图4中，没有靶成分102结合。在指示剂颗粒101的脉冲吸引中，指示剂颗粒 101因此能够更接近于接触表面112，导致较低测量信号S2。实验表明，信号S中局部极小 值的平均值显示出靶物102与接触表面112结合的情形与不结合情形的明显差别。原则上，任何显示依赖与接触表面的距离的检测技术都可以使用，例如在 W02005/010543A1中所公开的磁检测。上述FTIR检测基于指示剂颗粒的散射/吸收。然 而，结合荧光(磁性)指示剂颗粒，消逝波也可以用来激发荧光颗粒。因为消逝波的强度随 着与表面的距离而指数衰减，所以更接近表面的指示剂颗粒将发射更多的光。使用上述FTIR或荧光检测技术获得的信号高度不仅依赖于指示剂颗粒到接触表 面的距离，而且还依赖于接近表面的指示剂颗粒数目。因此在测定中仔细控制所用的指示 剂颗粒浓度是必要的。通过使用具有不同深度分布的两个消逝波，也可以不依赖于珠浓度 来测量距离。例如，如果使用两个不同波长(和/或两个不同入射角度)，两个信号将显示 对指示剂颗粒浓度的相同的依赖性。因此两个信号之间的相对差仅依赖于指示剂颗�：徒� 触表面之间的距离。可替换地，独立的距离测量能够使用单珠分辨率生物传感器获得。所提出的检测方案的应用不仅仅局限于检测大小足够大以导致高度差的分子的 结合事件。原则上固定在接触表面上的靶分子的(足够大的)构象改变足以产生信号变化。 如图5所示，如果靶分子202经历构象改变为形态202’和/或如果该分子的一部分202” 被分离，则指示剂颗粒201可采用的到接触表面212的距离发生改变。例如温度、pH值、离 子强度、小分子/离子的结合或通过化学反应/酶对固定分子的修饰的改变能够引起构象改变。构象改变单单地是分子形状的改变，也可以是重量改变(例如，从复合物分离蛋白、 通过蛋白酶降解蛋白、通过核酸酶降解核苷酸)。因此，检测构象改变的能力提供了本发明 另外一个重要方面。图6显示荧光共振能量转移(FRET)的应用，其是具有亚-纳米深度分辨率的另一 检测原理。在FRET中，被激发供体生色团304的能量转移到邻近的受体生色团305。在所 示的例子中，指示剂颗粒301标记有供体生色团304，接触表面312上带有受体生色团305 的抗体303。指示剂颗粒301越接近所述表面，观察的来自受体305的发射越多。图6a)显 示靶成分302结合到抗体303的情况。供体生色团304没有足够地接近受体305，因此在第 一波长(例如绿色)的激发光(左箭头)后发射。在图6b)中，无靶成分结合，供体生色团304能更近地接近受体305。因此，它的激 发能量能被转移且将观察到受体305的具有第二波长(例如红色)的发射。应指出的是在上述方法中供体和受体的角色当然是能够转换的，即指示剂颗粒能 够用受体标记，结合表面可以载有供体。图7显示了进一步增加距离依赖性的方法。这通过用FTIR的消逝波E激发荧光 指示剂颗粒301来实现。如果归因于结合的靶成分302 (图la)供体生色团304远离接触 表面312，则消逝波E的减小的强度会导致供体生色团304激发得更少。此外，其可以传递 较少的能量到受体305，导致很少的受体发射。然而，如果没有靶成分结合并且生色团304 能够更接近于表面312 (图7b)，则其将被激发更多，此外更多能量将被转移到受体305，导 致受体发射的大的增加。图8显示，使用指示剂颗粒401 (而不是接触表面)作为覆盖有靶成分402的特异 结合位点403的固态，也能够以“反转形式”实现无标记测定。如上，指示剂颗粒401和传 感器表面412之间的距离取决于靶成分401的存在。所述反转形式具有如下优势结合反 应在大体积中而不是在单个表面上发生，所以进行得更加迅速。此外，在这种情况下所述传 感器表面无需功能化。由于保持蛋白(抗体)活性是困难的，特别是在塑料表面上，因此使 用没有(印制)的生物分子的简单塑料载体(盒)极大地简化了所述盒的制造。通过例如 使用不同颜色的荧光珠并独立分析每种颜色/波长的高度信息，能够实现使用该形式的复 用。所述无标记检测的方法尤其具有如下优势-无需将能够捕获靶成分的蛋白(例如抗体)附着到磁性颗粒(或反转形式的接 触表面)。因此所述珠/表面更容易制备且价廉。-无标记检测避免了用靶分子的生物学功能进行标记的干扰或利用靶分子与另一 分子结合进行标记的干扰。此外，不需要了解待检测分子。_在夹心免疫测定中，所述靶物夹在两个抗体之间。这种测定仅能够针对具有两个 结合到抗体的表位的靶物来进行。然而，也存在仅有一个表位的靶分子。对于无标记测定， 仅需结合一个抗体，因此一个表位是足够的。-无标记测定不局限于免疫测定。原则上，能够检测任何分子A到固定在表面上的 分子B的结合，只要高度变化足以产生信号的变化。_特别在筛选过程中，需要评估大量可能的靶物结合到一种特定分子的能力。标 记需要检测的所有靶物是非�：氖焙桶汗蟮�。而且，如果筛选是针对未知分子进行的，那么
9标记甚至是不可能的。此外，靶物的标记可能导致下降的结合能力。相似地，高度复用阵列 (例如DNA、RNA或蛋白阵列)由许多分子的位点构成，这些分子固定在表面上并且每一个 能够结合不同的靶物。同样对于这些阵列，如果所有靶物都需要分别标记，那么将是十分昂 贵的。所有这些问题都可以通过提出的无标记检测而避免。-对于大多数测定形式，靶成分的第一结合步骤(捕获)不能实施监测，因为第二 结合步骤需要检测。此处描述的无标记检测也能够被用于进行实时测量检测同时进行且 独立于靶物的结合。珠的磁致动也能够用于混合以加速反应和用于作为紧缩(洗涤)过程 的流体励磁。总之，本发明涉及一种借助于分布在所述样品中的指示剂颗粒101检测样品中靶 成分102的系统和方法。在靶成分能够结合到接触表面和/或指示剂颗粒之后，确定指示 剂颗粒101和接触表面112之间的距离d。因此无需指示剂颗粒101和接触表面112之间 的结合，就可检测结合的靶成分102的数量。可选地，指示剂颗粒101能够受到调节(例如 磁性)力的影响。指示剂颗粒101和接触表面112之间的距离d的确定可以例如通过受抑 全内反射、磁场测量或FRET获得。虽然本发明参考特殊实施例进行了描述，但各种修改和扩展都是可能的，例如-传感器是任何合适的传感器，其基于所述颗粒的任何性质，检测传感器表面上或 接近传感器表面的指示剂颗粒的存在，例如能够通过磁方法、光学方法(例如成像、荧光、 化学发光、吸收、散射、表面离子共振、拉曼等)、声检测(例如表面声波、体声波、悬臂、石英 晶体等)、电气检测(例如传导、阻抗、电流、氧化还原循环)等进行检测。-磁传感器可以是任何合适的传感器，其基于传感器表面上或接近传感器表面的 颗粒的磁特性检测，所述磁传感器例如是线圈、磁电阻传感器、磁限制传感器、霍尔传感器、 平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID、磁共振传感器等。-除了分子测定之外，也能够用依据本发明的传感器设备检测更大的基团，例如细 胞、病毒、或细胞或病毒片段、组织提取物等。-检测可以在针对传感器表面扫描传感器时发生，或者可以在不扫描的情况下发生。-测量数据能够作为终点测量而导出，也可以通过动态地或间歇地记录信号而导
出o-所述设备和方法适用于传感器复用(即，并行使用不同的传感器和传感器表面) 和室复用(即，并行使用不同的反应室)。-所述设备和方法可以用作针对小样本体积的快速的、具备鲁棒性的、容易使用的 即时现场生物传感器。反应室可以是与紧凑读出器一起使用的一次性产品，包括一个或多 个场生成装置和一个或多个检测装置。本发明的所述设备、方法和系统也可以用在自动高 通量检验中。在这种情况下，反应室是例如孔板或试管，适合装配到自动化仪器内。最后，指出的是，在本发明中术语“包括”不排除其他元件或步骤，“一”或“一个” 不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现若干装置的功能。本发明在于每一个新 颖的特性特征和这些特性特征的每一个组合。此外，权利要求中的附图标记不得解释为限 制其范围。
权利要求
一种用于检测与样品中靶成分(102 402)相关的感兴趣参数的方法，其包括如下步骤a)在所述样品中分布一些指示剂颗粒(101 401)；b)使靶成分，如果存在的话，结合到所述指示剂颗粒和/或接触表面(112 412)；c)直接地或隐含地确定邻近所述接触表面的区域中指示剂颗粒与接触表面之间的距离(d)，并根据所述距离评估所述感兴趣的参数。
2.一种用于检测与样品中靶成分(102-402)相关的感兴趣参数的传感器系统(100)， 该系统包括a)具有接触表面(112-412)的样品室(1)，所述样品可以提供在所述样品室中；b)一些指示剂颗粒(101-401)，其能够分布于所述样品中并不直接地或通过靶成分 (102-402)结合到所述接触表面；c)传感器元件(121，131，132)，其用于直接地或隐含地确定邻近所述接触表面的区域 中指示剂颗粒与接触表面之间的距离(d)。
3.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于所述感 兴趣的参数至少包括如下值之一-靶成分的量和/或浓度；-靶成分(102-402)所结合的指示剂颗粒(101-401)的绝对量或相对量；-靶成分(102-402)所结合的接触表面(112-412)的绝对大小或相对大�。�-所述靶成分的化学修饰；-所述样品的物理性质，该物理性质引起所述指示剂颗�：退鼋哟ケ砻嬷渚嗬氲� 变化，特别是所述样品的温度、PH和/或离子强度的变化。
4.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于所述指 示剂颗粒(101-401)包括磁珠、荧光颗粒、受体生色团和/或供体生色团。
5.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于在确定 所述指示剂颗粒(101-401)与所述接触表面(112-412)的距离(d)期间在所述指示剂颗粒 (101-401)上施加力，特别是施加经调节的力。
6.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于，特别是 在全内反射的情况下，入射光束(Li)发射到所述接触表面(112-412)上。
7.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统，其特征在于所述指示剂颗 粒被磁化并且所述指示剂颗粒与所述接触表面之间的距离(d)由它们对磁场传感器的影 响来确定。
8.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于所述接 触表面(112-412)覆盖有受体生色团或供体生色团。
9.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于测量样 品中指示剂颗粒的浓度。
10.依据权利要求1的方法或依据权利要求2的传感器系统(100)，其特征在于至少两 种测量方法，这两种测量方法以不同的方式取决于所述指示剂颗粒的浓度和它们与所述接 触表面的距离。
11.使得能够完成依据权利要求1的方法的计算机程序产品。
全文摘要
本发明涉及一种借助分布在样品中的指示剂颗粒(101)检测所述样品中靶成分(102)的系统和方法。在靶成分能结合到接触表面和/或指示剂颗粒之后，确定指示剂颗粒(101)和接触表面(112)之间的距离(d)。因此，无需指示剂颗粒(101)和接触表面(112)之间的结合就可检测结合的靶成分(102)的量。可选地，指示剂颗粒能够例如通过电磁体(141)受到经调节力的影响。指示剂颗粒(101)和接触表面(112)之间的距离(d)的确定诸如可以通过受抑全内反射、磁场测量或FRET来实现。
文档编号G01N33/543GK101925817SQ200980102880
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月19日 优先权日2008年1月22日
发明者T·H·埃弗斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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