[发明专利]检测和确认分析物的磁共振系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求2005年4月21日提交的、名称为BIO- HAZARD SUBSTANCE DETECTOR AND IDENTIFIER(生物危害 物质检测器和识别器)的美国临时申请序列号60/673,382和2005年 4月7日提交的、名称为SHIPPING CONTAINER INSPECTION DEVICE(船运集装箱检查设备)的序列号60/699,019的权益，这两 个专利申请都以引用方式并入本文。

政府利益

本发明在美国政府的支持下在下面合同中的一个或多个下 作出：海军空战中心n68335-02-c-3120、国土安全部合同 NBCHC060017和HSHQPA-05-9-0039。美国政府在本发明中拥有一 定权利。

技术领域

本发明一般地涉及分析物检测领域，并且另外地涉及使用 磁共振检测分析物。

背景技术

对特定分析物的检测技术跨越许多实验室仪器和技术，包 括液体和气体色谱法(分别是LC和GC)、质谱法(MS)、核磁 共振(NMR)波谱法、聚合酶链反应(PCR)、光谱法和荧光透视 法、傅立叶变换红外(FTIR)光谱法以及离子淌度仪(ion mobility instruments)。但是，现今的化学分析仪器大且昂贵，需要熟练的 操作员，涉及复杂的样品制备，并且需要大量时间进行分析。

在世界亟需改进对于特定化学制品和微生物的检测。例 如，在国家安全领域，需要一种系统检测生物制剂、毒素和化学武 器，从而在恐怖主义攻击的情况下提供早期警报。这种检测能力也可 以用来搜索这种武器正在研发或生产的秘密场所，从而能够采取行动 以防止它们的使用。同样需要一种系统扫描邮件和包裹以检测恐怖主 义攻击。

对于医学科学，也需要一种改进的病原体检测。对与禽流 感、牛海绵状脑病(更通常称作“疯牛病”)或者重症急性呼吸系统综 合症(SARS)相关联的DNA或蛋白质的灵敏检测将能够进行干预 从而避免大范围流行。这种系统的广泛临床使用将帮助识别普通疾病 或严重疾病，极大地帮助医生进行诊断。

对于检测有毒工业化学制品(TIC)和有毒工业材料 (TIM)的工业应用，也需要对各种化学药品的检测。这种系统将能 够进行泄漏检测、过程控制、对材料降解的检测、对浓度的控制以及 宽广范围行业中的许多其他过程应用。

在农业和食品生产中，也需要改进的检测还需要一种检测 食物污染、变质或中毒的装置。食品包括，诸如饮用水和果汁之类的 物品。在法医测试中也存在需求，包括例如在搜索位置的样品中寻找 特定的DNA序列。

包括先前已经用作MRI造影剂的纳米级顺磁微粒(纳米微 粒)的磁共振检测技术正在研制中。这些微粒包括由无磁性材料外壳 覆盖的顺磁或超顺磁(在本文中二者通常称作顺磁)材料的核心，外 壳装饰有反应物分子以促进结合到目标细胞例如病原体、肿瘤细胞 等。纳米微粒在MRI分析之前注入到患者。它们结合到目标细胞， 引起MRI图像性质的局部改变，并且能够检测或定位目标细胞。

纳米微粒也已经在生物体外使用。溶解或悬浮在液体介质 中，纳米微粒在该介质中结合到目标细胞或分子。纳米微粒和分析物 可以形成包括数打或成千上万个纳米微粒的聚集体。这种聚集体可以 通过光散射、原子力显微镜检测法、电子显微镜检测法以及在一些情 况下通过NMR效应来检测。例如，参见授予给Josephson等人的美 国专利号5,254,460。

目标专用反应物可以安置在纳米微粒上以便提供分析物专 用选择性。缺点是需要形成包括多个纳米微粒和多个目标细胞或分子 的聚集体，因为仅在每个纳米微粒结合到多个分析物并且每个分析物 结合到多个纳米微粒时发生聚集。聚集可以通过几何效应例如纳米微 粒间的尺寸变化而抑制。形成聚集体可能需要大量时间。

关于凝聚的先前研究是在精密张驰测量器(benchtop relaxmeter)和高场强MR仪器上进行的。样品制备以及到NMR管 中的插入是冗长的。每种样品的手工混合以及然后样品的插入都是耗 时的并且错过在分析物结合到纳米微粒时早期发生的重要结合事件。 需要小型自动仪器加速测量。而且，从基础物理学和生物化学的观点 理解描述测量中所看到的变化的现象是重要的。