[发明专利]基于水驰豫的传感器

说明书

交叉引用相关申请

本申请要求2005年5月9日提出的美国临时申请60/679,437的优先权，其全部以引用方式合并于此。

技术领域

本发明涉及基于磁共振的传感器和相关方法。

关于在全联邦范围内发起的研究的说明

此处描述的工作至少部分地使用来自国家卫生学会(NIH)拨款的经费RO 1EB 004626和EB 00662而进行。因此在本发明中政府具有一定的权利。

背景技术

基于磁共振(MR)的记录方法，例如磁共振成像(MRI)，作为非侵入性方法具有某些已知的优点。比如，磁共振成像可以用于组织深处，在该组织深处光学记录方法有时被该组织的光散射和吸收而复杂化，例如，大于约250微米的组织深处。

纳米技术在医学中的一种应用是作为环境敏感的传感器和分子成像试剂的生物相容纳米材料的开发。设计用于分离和提取的磁性粒子制剂使用易于通过施加的弱磁场操作的微粒。这些材料通常为微米尺寸，每个粒子具有高磁矩。

然而，纳米粒子不响应手持式磁体的弱磁场。

发明概述

本发明总体涉及基于磁共振的传感器(例如，基于水驰豫(water-relaxtion)和平衡的传感器)和相关方法，以及部分地基于一种新发现，即，具有包封在半透性的外壳内的磁性纳米粒子的传感器可以用作检测各种在水性，例如含水样品中的被分析物，以及可以用于连续监测被分析物的变化水平。

在其广义方面，本发明提供一种基于水驰豫的传感器，用于检测样品中被分析物的存在。该传感器包括一包围体，其界定用于被分析物进入的开口，例如，一半透性膜，以及被限制于所述包围体内的多个纳米粒子。这些纳米粒子被悬浮或可悬浮于水性液相中，具有磁矩，例如，包括氧化铁结晶体或者其它磁性材料，以及这些纳米粒子共价地或者非共价地连接至一个或多个分子的一部分上，或者相反，固定于其上，这些分子的一部分被选定来改变作为该包围体中被分析物存在或者浓度的函数的这些纳米粒子的聚集状态。

在一个方面，本发明特征是基于水驰豫的传感器，该传感器用于检测样品中的被分析物(例如，一外来的被分析物)的存在。该传感器包括：(i)一壁包围体围合的室，其中，该壁包括一个或多个开口(例如，单一或者多个开口)，用于使被分析物进出该室；(ii)多个位于该室内的磁性纳米粒子，各纳米粒子具有至少一个共价地或者非共价地连接至(固定于)该纳米粒子上的分子的一部分；和任选地，(iii)至少一个位于该室内的结合剂，其中该开口可以比该纳米粒子和该结合剂的尺寸小，比被分析物的尺寸大；当结合剂存在时，该分子的一部分和被分析物可以各自可逆地结合至该结合剂；或者该被分析物可以可逆地结合至该分子的一部分。在一些实施方式中，该开口可以比该结合剂大，只要在结合至这些纳米粒子时，该结合剂保持在该室之内。

实施方式可以包括一个或多个下列特征。

这些纳米粒子可以被悬浮或者可悬浮于水性液相中。这些纳米粒子通常或者在特定情况下可以具有磁矩。

该壁可以包括超过一个的开口。当该壁包含超过一个的开口时(例如，多个开口)，至少一个开口尺寸比这些纳米粒子和任选地比该结合剂小，而比该被分析物的尺寸大。在某些实施方式中，该壁包括多个开口，其中每一开口比这些纳米粒子和该结合剂的尺寸小，比该被分析物的尺寸大。

可以选择该分子的一部分，以改变作为该包围体中该被分析物的存在或者浓度的函数的这些纳米粒子的聚集状态。

在几种可选的实施方式中，该传感器可以采用不同的检测形式。比如，可以选择该分子的一部分为结合至该被分析物以生成作为该包围体中该被分析物的存在或者浓度的函数的多个纳米粒子结合的集合体。该传感器可以包括多个纳米粒子结合的集合体，其作为该包围体中的该被分析物的存在或者浓度的函数被解集。该分子的一部分可以是被分析物真实样品或者其结构近似物的片段，这种情况下，该传感器还包括多价结合剂，其结合至该被分析物和该近似物(如果使用的话)以生成多个纳米粒子结合的集合体。该传感器还可以包括结合至该分子的一部分以生成集合体的多价结合剂。该传感器也可以包括结合剂，其在被分析物存在下结合至该分子的一部分，使集合体分离，在另一种形式中，该传感器可以包括结合剂，其在被分析物存在下结合至该分子的一部分，以生成集合体。在一个实施方式中，该传感器还包括限制于该包围体内的多个集合体。在另一个实施方式中，该传感器包括样品流路，与该包围体的内部相通。从而该样品可以流入，或者流入和流出该包围体，以容许该被分析物的周期取样。