[发明专利]高通量电旋转检测的装置和方法

说明书

本发明涉及电旋转及生物物理领域。具体地，实施例包括微加工的电旋转芯片，这类芯片可以产生一个旋转电场并评价生物或非生物微粒的旋转行为，以及用于分析这类微粒旋转性质的装置以及相应的方法。

现代生物技术和制药业采用不同的分析技术去确定和鉴别分子、细胞和生物微粒的性质。例如，研究者经常采用基于微珠体的多重检验方法分析“未知”溶液中靶分子的类型并将其浓缩(见Fulton R.J.等，ClinicalChemistry,43:1749-1756,(1997))。靶分子包括抗体、抗原、寡聚核苷酸、受体、多肽、酶底物等并能被指示分子(如荧光分子)标记。典型地，在这类检验方法中应用了多种不同类型的微珠体。根据不同的物理或化学特性如颜色、大小、荧光分子类型和荧光强度等可以将不同类的微珠体区分开来。不同类型微粒表面含有不同类型的分子，即每一类微珠体都是表面活化的或包覆有某一类分子。包覆在微珠体表面的分子可以是抗体、抗原、寡聚核苷酸、受体、多肽、酶底物等等。理想状况下，包覆在微珠体表面的每一个分子都能与“未知”溶液中的一类靶分子相互作用。

接着，多种表面包覆的微珠体与“未知”溶液混合并培养，让“未知”溶液中的靶分子与微珠体表面固定的分子相互反应。在培养之前，所有靶分子都预先用特定类型的指示分子(如荧光分子)标记。在培养之后，对不同类型的微珠体上结合的指示器进行检测。例如通过流式细胞仪分析单个微珠体上的荧光级别并确定所检测微珠体的类型。因为标记靶分子和固定分子之间的“一对一”关系是可以实现的，所以可以依次鉴定并浓缩在“未知”溶液中的靶分子。正因为有这类鉴定方法，开发一种利用这类鉴定方法进行分析的高通量系统成为必须。

制药业开发出的现代化的方法还包括分析靶分子和感兴趣分子、细胞、微粒之间的相互作用。例如，经常采用基于细胞的技术从化合物库中筛选新药。典型的筛选步骤采用具有靶分子的细胞搜寻与靶分子能相互反应的候选药物。含有靶分子的细胞被导入到不同的反应池内并与来自于化合物库的不同化合物相接触。在细胞与这些化合物共同培养特定的时间后对化合物与靶分子之间的相互作用进行评估。检测相互作用的方法有很多种，经常采用基于荧光的检测系统。另外一种相似的鉴定方法是用于分析特定类型细胞对不同化合物量以及不同反应时间的反应。这类鉴定方法同样可以用基于荧光的检测系统来检测，而且实验系统是可以得到定量的结果。同样，很需要有可利用这类鉴定方法进行药物开发的高通量系统。

本发明是利用电旋转分析分子、细胞和微粒的行为或鉴定分子、细胞和微粒的类型。电旋转分析将这些分子、细胞和微粒混合后置于一个能导致这些物质旋转的电场中，同时观察分子、细胞或微粒的行为。“电旋转”是指物质在一个电场中旋转。当一个物体受一旋转电场影响时，该物体就被极化并且诱导出的极化作用与施加的旋转电场相互作用，产生一个旋转偶极矩以驱动物体旋转。旋转的行为(如旋转速度和方向)依赖于旋转电场的频率和旋转物体的电性质。旋转行为可以用一个与旋转电场的频率相关的函数来表示。通过测定，物体特有的电性质(如电导率和电容率)就可以被推导出。

许多基于电旋转的技术被开发用于区分微粒类型和分析微粒性质。例如，美国专利4,626,506号揭示了一种用于区分悬浮液中能分泌细胞物质(如蛋白、激素等)和不能分泌这些物质的细胞的方法。美国专利4,634,669号揭示了一种用于区分两类不同微粒的方法，该方法是通过对微粒施加不同频率的旋转电场，通过观察微粒的不同旋转方向达到区分微粒的目的。美国专利4,801,543号揭示了一种通过将微粒置于两个相互叠加的具有相反旋转方向的同步电场之中来区分不同类型的微粒。还有国际专利WO93/16383号揭示了一种检测靶分子的方法，该方法让微粒和靶样品形成复合体，通过观察原始微粒和复合体的不同旋转特性来实现检测。