[发明专利]使用和构建纳米传感器平台的方法

说明书

发明领域

本发明涉及生物技术领域；特别地，涉及纳米传感器平台以及疾病和状况的检测。

发明背景

以相同的程度将所有出版物通过引用并入本文，好似每一单独出版物或专利申请具体且单独地表示为通过引用而并入。下面的描述包括在理解本发明方面中可能有用的信息。这并非承认本文提供的任何信息是现有技术或者与目前要求的发明相关，或者具体或隐含参考的任何出版物是现有技术。

过去十年间利用不同的纳米材料作为传感元件(悬臂梁、量子点、纳米管、纳米线、纳米带、纳米间隙和纳米级膜)设计和制造了多种传感器结构。这些传感器件中的一些例如基于悬臂梁和量子点的那些是高度特异、超灵敏的，且具有短的响应时间。然而，这些器件中的许多种需要集成有光学部件以使表面结合现象转换为可读信号。据预期，对检测光学器件的需要显著提高这种器件的运行成本。因此，本领域中存在对替代性传感器件的需要。

如本领域中所已知的，受试体中的疾病、细菌或病毒污染、过敏反应等的演化还可导致相关生物标志物的存在。进而，这些疾病和/或状况可通过跟踪生物标志物的存在进行监测。例如，目前存在若干已知的癌症生物标志物。过去几年间，逐步阐明了癌症的分子基础，并且开始理解致癌作用的多步骤机制中涉及的共同以及相异的基因改变，从而提供另外的癌症标志物。

然而，为其诊断和预测效用所开发和生效的大多数分子检测技术，效率是灵敏性、特异性、操作容易性、成本、速度和对常规临床实验室的可获得性之间折衷的结果。这些包括久经试验的手工技术，以及许多自动化技术例如微制造阵列和表面等离子体振子共振系统。因此，本领域中存在着对高效且有效的另外分子检测技术的需要。

类似地，本领域中存在对多标志物阵列需要。血清是蛋白质和核酸生物标志物的来源，并就其本性而言，可反映局限于器官内的情况。单一生物标志物的使用对检测仅提供了有限的灵敏性和特异性。用于前列腺癌筛查的前列腺特异抗原(PSA)是例如用于癌症筛查的单一癌症标志物的少数例子之一，并且由于其缺少特异性而显示出其存在问题。相反，多标志物方法的使用显示了给筛查增加了特异性和灵敏性。许多疾病和状况例如癌症的特征在于许多分子改变并且使多个标志物阵列对于疾病和/或状况的成功早期检测成为关键。因为定量方法和生物标志物开发的新进展，例如基质辅助激光解吸附电离-飞行时间-质谱法、表面增强激光解吸附电离、毛细管电泳、2D-GE、表面等离子体共振等，所以存在着状况多标志物的许多发现。例如，目前能够使用血清试验产生分子模式图以便实现癌症筛查的目标。因此以灵敏和特异的高通量方式检测标志物的廉价分析平台的可获得性将是高度所需的。

例如，已显示4种分析物(瘦蛋白、催乳素、骨桥蛋白和胰岛素样生长因子-II)的同时定量能够以高(95％)效率在无疾病和上皮性卵巢癌病人(包括诊断患有阶段I和II疾病的病人)之间作出区分。尽管单一蛋白质不能将癌症组与健康对照组分开，但4种分析物的组合显示出高灵敏性、阳性预测值、特异性和阴性预测值。该例子证明多元生物标志物检测和定量的效用与重要性。存在解决与低发性癌症(例如如同卵巢癌)筛查有关的问题的潜在可能，其中作为单独决定因素的单一标志物对筛查具有有限价值，或没有价值。还存在着开发用于多元标志物检测的单平台技术的需要，其可避免与目前技术例如ELISA有关的高花费和多个费力介入步骤的问题。另外，存在着开发用于多个不同状况和疾病的筛查例如单一的低发性癌症的测试的需要，其中即使特异，其也将是费用过高的。因此单一、低费用的测试，例如涉及多个癌症的标志物检测所用芯片，将证明是有利的。

发明概述

多种实施方案提供了纳米传感器，其包含经配置用于发出电信号的纳米材料和一种或多种分布在该纳米材料表面上的捕获试剂，其中该纳米传感器经配置从而使目标分子对一种或多种捕获试剂之一的结合引起电信号的变化。在另一实施方案中，电信号的变化是电导、电流、跨导、电容、阈值电压或它们的组合的变化。在另一实施方案中，捕获试剂包含多核苷酸和/或多肽。在另一实施方案中，捕获试剂包含适体、受体、配体或它们的组合。在另一实施方案中，纳米材料包含碳纳米管。在另一实施方案中，通过碳纳米管的图案化生长制造纳米材料。该纳米材料还可以包含In₂O₃纳米线。在另一实施方案中，通过液栅测量校准跨导变化。在另一实施方案中，目标分子包含分析物。在另一实施方案中，目标分子包含生物分子。在另一实施方案中，存在或不存在生物分子是与疾病有关的分子信号的指示。