[发明专利]用于利用光学各向异性纳米粒中的松弛测量进行分子检测的光学测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及在分子检测方法中的一种新的检测方法，在该分子检 测方法中要检测的目标分子特异性连接(anbinden)在悬浮在适当的 溶液中的以及相应地起作用的纳米粒的表面上。通过该连接扩大了粒 子的流体动力学直径。假如现在通过外部刺激改变粒子取向 (Ausrichtung)，那么流体动力学直径的扩大就导致纳米粒的改变的布 朗松弛特性(Brown’schen Relaxationsverhalten)。因此这个松弛特性的 测量允许位于溶液中的目标分子的浓度量化。

背景技术

为了确定纳米粒分子占据(Molekuelbelegung)，松弛特性的测 量首次由Weitschies at al.在文件WO96/23227A1中发表，其中描述了 铁磁或铁氧磁的纳米粒，该纳米粒的磁矩在外部磁场中取向。在此， 粒子是这样设置，以致粒子磁化的奈尔松弛时间(Néel’sche  Relaxationszeit)比布朗松弛时间更长，其中，后者依赖于粒子的流体 动力学直径，该直径在分子附着时扩大。在关闭例如使粒子取向的磁 场之后，借助于适当的传感器记录粒子组(Partikelensembles)磁矩的松 弛的随时间变化过程，由此可能推断出粒子组的平均分子占据。在此 作为传感器可以应用SQUID′s，感应线圈，磁通量闸门或磁滞电阻元 件。粒子要么自由地位于溶液中，要么利用或通过捕获分子 (Faengermolekuele)(h)特异性结合在表面上。

Minchole等人在文件WO03/019188A1中描述了一种相似的方 法，该方法涉及相同的方法原理，可是介绍了备选的测量方法，该测 量方法的基础在于记录粒子组的交流磁化率谱，从中同样可以确定磁 性粒子的平均松弛时间。

可是，涉及利用带有纳米粒的松弛测量的分子检测的所有迄今发 表的申请和专利文献以及出版物有共同之处，即应用了至今唯一纯磁 性粒子和应用了以磁性为基础的方法。可是，“磁”测量方法在松弛 测量方面尤其有以下缺点，即应用的粒子组的磁矩很小并且磁散射场 随着粒子远离很快下降，由此要么高灵敏性的但昂贵的传感器是必要 的，如SQUID′s，要么传感器必须空间上很密集地放置在粒子处，这 样基本上限制了整个系统的实际可用性以及测量结果的可重复性。

与之相反，正如已发现，光学测量方法提供了出色灵敏性同时高 仪器公差的优点。消失(Extinktion)或消光(Ausloeschung)的被测参数尤 其是远远不依赖于距离的，并且因此允许带有高探针处理量 (Probendurchsatz)和良好可重复性的灵活设备的结构以及测量结果的 灵敏性。对于用于纳米粒松弛的光学测量方法至今没有工作变得为人 熟知。

在经典生物技术中应用了多数光学活性元素。其中，板(Palette) 从有机荧光色素经过半导体纳米晶达到来自贵金属(如Au或Ag)的纳 米粒，纳米晶也称为量子点，如CdSe或ZnS纳米粒，在该贵金属中 等离子体共振可以通过入射光激励，由此产生十分具有特征性的散射 谱和消光谱。在大多数应用中这些光学元素仅仅作为标签应用，以便 检测确定的特异性标记的分子的存在。在这些应用中分子标签复合体 大多数必须特异性结合在表面上，以便可以在后续清洗步骤中移除未 结合的标签，并且这些标签不使分析结果失真。

当然分子到表面的结合效力与在自由溶液中的进程比较是降低 的，并且基于必需的要检测的分子扩散到起作用的表面，分析时间明 显地比在容积测量的反应下更长。此外，多数应用所需的表面起作用 是昂贵的，在该应用中，仅确定的溶液体积中的很少的目标分子类型 的浓度的快速确定是受关注的。

当然，为了在容积测量的方法中区别结合的和未结合的标签，就 需要以下方法，在该方法中当目标分子特异性连接在标签上时，该标 签本身改变了至少一种可测量的特征。

对此，在光学DNA检测的领域中，可以应用例如所谓的分子信 标，在该分子信标中FRET效应(荧光共振能量转移)在标签的未结合 状态中抑制了荧光发射。首先，当目标序列(Zeilsequenz)联接(andockt) 标签时，打开分子信标，并且施体和受体在空间上相互分离，以致产 生标签的荧光发射。当然，分子信标的应用限制在相对短的DNA和 RNA链的检测上，也就是说，例如蛋白质不可以用这种方式检测。