[发明专利]用于实时分析生物传感器数据的方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及用于在水或空气中检测化学的、生物的和/或放射性的污 染物或它们的前体的传感器。

发明背景

已知天然存在的藻类可以用作原始来源饮用水保护的生物传感器。例 如，Greenbaum等的美国专利号6,569,384描述了用于监测生活在原始来 源的水中的藻类的可变的荧光。Greenbaum等公开了使用改变的荧光诱导 模式作为检测毒素存在的方法。直到现在，用于评估毒素存在的方法是使 用标准的数字参数，其来源于可变荧光诱导曲线的唯一的两个(2)特异 性的点。用于获得这些参数的软件通常由仪器供应商提供。

图1显示来自在未处理的河水中的天然存在的藻类的典型的可变荧 光诱导曲线。从图1可以看出，在光激发过程中的荧光发射是时间-依赖 性的过程。特别地，存在初始荧光，F_o，和最大荧光F_max。如在图1中所 示，光化学效率，Y，通常从所述初始和最大荧光值计算。已知可能伤害 人类的特异性的毒素将改变光化学效率，Y。正是这种改变用作存在毒素 的信号。参见，例如，Rodriguez，Jr.，M.，Sanders，C.A.Greenbaum，E.2002. “Biosensors for rapid monitoring of primary-source drinking water using naturally occurring photosynthesis(使用天然存在的光合作用快速监测原始 来源的饮用水的生物传感器)”，Biosensors and Bioelectronics(生物传感器 和生物电子学)，17(10)：843-849。

因此，实际上只应用叶绿素荧光诱导数据的两个点(F_max和F_o)。结 果，推导的信息在检测和鉴定潜在的毒性剂中通常缺少灵敏性和速度，因 此使得所述方法具有有限的值。需要的是使用更大部分所产生的数据的方 法，以在检测和鉴定潜在的毒性剂中提供提高的灵敏性和速度。

概述

基于生物传感器的毒素检测方法包括提供其中具有多种光合生物的 待分析的流体的步骤，其中化学的、生物的或放射性的试剂改变所述光合 生物的额定的(nominal)光合活性。在第一时间测量的光合活性曲线获 自于光合生物。将所述测量的曲线与参照光合活性曲线自动比较，以确定 它们之间的差异。然后使用所述差异，如果存在所述差异，那么鉴定在流 体中存在化学的、生物的或放射性的试剂，或它们的前体。

与常规的数据分析相反，所述常规的数据分析使用使实验数据与理论 (参照)数据拟合的分析途径(例如，回归分析)，本发明通过将测量的 曲线与参照光合作用曲线相比较而分析数据，所述参照曲线是基于所测量 的数据本身，其通常随着时间而更新。

自动比较步骤优选地包括非线性最小二乘方差异位移分析。最小二乘 方差异分析将在所述测量的曲线和参照曲线之间的最小二乘方差异最小 化。在这一实施方案中，所述自动比较步骤可以进一步包括从所述测量的 曲线构建测量的变换矩阵，和从所述参照曲线构建参照变换矩阵。接着， 所述确定步骤可以包括计算在所述测量的变换矩阵和所述参照变换矩阵 之间的偏离程度。所述方法优选地还包括构建将所述测量的曲线映射到所 述参照曲线中的变换矩阵的步骤。

所述方法可以进一步包括鉴定特异性的化学的、生物的或放射性的试 剂或它们的前体的步骤。在一个实施方案中，所述鉴定步骤可以包括将变 换矩阵的对角矩阵单元与保存的对角矩阵单元的文库进行比较，其中所述 保存的对角矩阵单元的文库与所述化学的、生物的或放射性试剂或它们的 前体的分别一种相对应。

所述方法可以进一步包括在相对于第一时间更早的时间获得测量的 光合活性曲线的步骤，并且使用在更早的时间的测量的光合活性曲线作为 参照光合活性曲线。

在一个实施方案中，所述光合活性包括叶绿素荧光诱导。在这一实施 方案中，所述流体取自原始来源饮用水的来源。