[发明专利]精密磁性生物传感器

说明书

本发明涉及用于确定流体中至少一种目标的浓度的感测设备和系统，所述流体中含有可极化或者极化磁性标记中的至少一种，所述系统包括感测设备。本发明进一步涉及使用该感测设备来确定流体中至少一种可极化或极化磁性标记的浓度的方法。

在诊断领域尤其是生物医学诊断(诸如用于体内和体外应用两者的医学和食物诊断，以及用于动物的诊断、健康和疾病的诊断或者质量控制)领域，生物传感器或者生物芯片的使用是公知的。这些生物传感器或者生物芯片通常以生物芯片的微阵列形式被使用，该生物芯片能够分析如DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、蛋白质或者小分子(例如激素或药物)的生物实体。当前，存在许多种用于分析少量生物实体或者生物分子或生物实体的片段的测定方法，诸如结合测定、竞争性测定、位移测定、夹心测定或者扩散测定。生物测试的挑战在于流体样品中待测目标分子的浓度很低(例如pmol.l^-1甚至更低)，而变化的背景物质的浓度很高(例如mmol.l-1)。目标可以是生物实体，例如多肽、代谢产物、激素、蛋白质、核酸、类固醇、酶、抗原、半抗原、药物、细胞成分或者组织成分。背景物质或基质可以是尿液、血液、血清、唾液或者其他人源或者非人源液体或提取物。附着在目标上的标志改善了目标的检测限制。标记的例子是光学标记、彩珠(coloured bead)、荧光化学基团、酶、光学条形码或者磁性标记。

生物传感器通常采用具有装配了捕获分子的特异性结合位点2的感测表面1。这些捕获分子可特异性地结合流体中的其他分子或者分子复合物。其他捕获分子3和标记4有助于检测。这在图1中示出，其显示了生物传感器感测表面1，捕获分子与其偶联为其他生物实体(例如目标分子6或目标6)提供结合位点2。在溶液5中，存在另外的捕获分子3与其偶联的目标6和标记4。

目标6和标记4被允许与生物传感器感测表面1的结合位点2以此后称为“特异性附着”的特定方式结合。但是，其它结合配置也是可能的，此后称为“非特异性附着”。在图2a、2b、2c、3.1a、3.1b、3.2a、3.2b、3.2c、3.3中，标记4与生物传感器感测表面1的一些可能的结合配置的例子被示出。图2a和2b代表了实现所需的生物附着的所谓的1型结合配置。在图2a中显示了所需的生物附着，其中目标分子6被夹在生物传感器感测表面1上的结合位点2和标记4上存在的捕获分子3之间(夹心测定)。在图2b中，显示了竞争性测定的生物传感器的情况，其中感测表面1上提供的结合位点2能够附着到标记4(通过将结合位点2与装配有标记4的捕获分子3附着)和目标6上。目标6具有至少部分地与结合位点2有关的类似于捕获分子3的形式和/或行为，使捕获分子3(即标记4)和目标6之间的结合位点2存在竞争。在图2c中，显示了抑制测定生物传感器的情况，其中结合位点2在生物学方面类似于目标6，并且标记4与既可结合目标6又可结合到结合位点2的捕获分子3(或者一般的生物实体)结合。理想地，结合(经捕获分子3)到标记4的目标6可不再与结合表面2结合。

在附图中，生物活性实体(例如捕获分子3或者结合位点2)被设计为直接偶联到固相载体(例如传感器表面1或者标记4)。如同本领域已知的那样，所述生物活性层一般经中间实体(例如缓冲液层或者间隔分子)与固相载体连接。所述中间实体被增加以实现表面上分子的高密度和高生物活性。为清楚和简明起见，中间实体在附图中被省去。

与到这些感测表面1的生物附着不同，标记4还可以非特异性或者非生物方式附着到感测表面1，即不需要特异性目标分子6的媒介而与表面1结合。图3.1a、3.1b、3.2a、3.2b、3.2c、3.3显示了这种非生物附着，其中图3.1a和3.1b显示了所谓的2型结合配置的例子，其中在与标记4偶联的捕获分子3和生物传感器感测表面1之间，和/或在与标记4偶联的捕获分子3和偶联到生物传感器感测表面1的结合位点2之间存在单一非特异性结合。正常地，这种仅仅通过一个单一非特异性结合的2型结合仅仅是微弱的，并可通过诸如洗涤或者磁力的紧迫程序(stringency procedure)被移除。如图3.2a、3.2b和3.2c所示，所谓的与感测表面1和/或结合位点2的3型结合配置也可能经由穿过在一方面标记4(或者与标记4偶联的捕获分子3)和另一方面生物传感器感测表面1和/或结合位点2之间的更大区域的众多非特异性结合。3型配置通常提供比1型结合更强的结合力。图3.3显示了1型的退化方案，其中标记4通过特异性和非特异性结合与生物传感器感测表面1结合。