[发明专利]用于随后通过基于核酸的传感器检测的衍生分析物方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍生分析物的方法，其用于随后通过基于核酸的传感器的检测，以及本发明涉及基于上述的传感器。

背景技术

自从上世纪80年代晚期的体外进化原理(通过指数富集的配体系统进化，SELEX)提出以来，已建立了大量模仿针对数量种类繁多的靶分子的具有高特异性和高亲和力的合成衍生核酸分子。最近，这类分子(即下文的功能核酸，FNAs)已经在一些领域如环境监测分析、诊断、药物发现和抗疾病的治疗中备受关注。

一般而言，传感器主要由两个主要单元组成：信号接收器单元和信号传导单元。化学接收器单元包含与样品或者分析物相互作用的合成衍生的材料。检测低限是通过分析物和接收器材料之间强烈而且直接的化学或者物理相互作用来达到。另一方面，包含生物衍生材料的生物接收器单元，通过生物接收器和分析物分子之间的特定化学或物理相互作用而表现出特异性识别。接收器材料和分析物之间的相互作用是通过各种物理或化学参数的变化来衡量的，并且在传导单元内部进行处理。这种变化会被转化成与分析物分子浓度线性相关的可测量信号。这可通过多种参数如导电率/电阻率、电容、电流、势能、光吸收和荧光的变化来实现。

像抗体或者酶一样，在生物传感器应用于靶分子如多肽、蛋白质、DNA、RNA或者有机、无机分子方面，FNAs已被用作高特异性生物接收器单元。原则上，由于FNA’s不存在对预想的靶分子有关于结构、大小或状态的限制，我们可以发展针对包括那些抗体都难以获得的分析物(金属离子、毒素或者挥发性化合物)的FNAs。此外，基于FNA的传感器还能够应用于蛋白接收器无效的需求(高温、非水相或者复杂环境)。

基于FNA的传感器在过去已经显示出非凡的选择性。举例来说，目前已经发现能够以10,000倍选择性识别茶碱和咖啡因的适体，其中茶碱和咖啡因之间仅有的区别就是两个分子中的一个单亚甲基(US5580737)。模块设计的FNA，其中识别结构域是与信号产生结构域分开的，为传感器的设计提供了更大的自由度。因此，可通过相同的传感原理(电的、光的、热量测定的或者重量测定的)检测许多靶分子。基于FNA的生物传感器接收器单元的从头体外设计使得它们在复杂环境中高度特异性的确定和检测物质成分中非常有用。

除它们显著的优势之外，FNAs作为一种天然的材料也表现出一些较大的缺陷。它们通常在生理环境中受到不可忽视的降解，上述降解可被加帽或者搀入非天然核苷酸例如spiegelmere、氟化核糖残基和硫代磷酸(phosphorthioate)抑制，这使得它们能够更好的对抗水解或酶解反应，并在体内和体外传感器应用方面具有潜在的更好的用途。

一般而言，在生物样品的痕量分析方面，信号放大步骤对于提高灵敏度是必须的。就FNAs作为识别元件来说，DNA核酶已被证明能够显示出多重转化活性，而且还能放大读出的信号。在通过分析物激活后，它能够持续激活之前处于非活化状态的报告分子(例如形成茎-环的DNA)。

由于每个分析物分子可产生很多报告分子，这导致了显著的信号增强。

通过将这些FNA的特性与使用FNAs作为识别元件的传导原理(电的、光的、热量测定的或者重量测定的)相结合，多肽、蛋白质、DNA、RNA或有机和无机分子可从复杂环境中以高特异性和灵敏度被检测出。

许多的缺陷和不足限制了FNAs在复杂环境中对小的、带电的或者非极性有机或无机分子进行传感应用和痕量分析中作为识别元件的使用：

FNAs的目标评估通常是通过SELEX过程进行的，在该过程中特定的目标分子被固定在固相上，并且使用包含大约10¹⁴的随机突变分子复杂性的文库来选择特异性的接收器和目标之间的相互作用。然而，对于目标分子的识别效果会由于目标分析物的分子量和化学性质而受到严重影响，使得几乎不可能得到针对小的有机或无机化合物的高特异性的FNAs。

另一个限制是基于FNA在生理条件下可被快速降解的事实。当操作是在RNA/DNA能够被水解或者受到酶解的条件下中进行时，这种降解限制了FNAs作为识别单元在生物传感器中的使用操作时间。为了克服上述缺陷，通常使用非天然核苷酸，例如spiegelmere、氟化核糖残基和硫代磷酸，这意味着复杂而昂贵的合成方法的使用，而且结果并不满足对选择性和灵敏性传感器应用所必要的需求。

现有技术中，DNA核酶放大的分子信标信号的读出是通过荧光报告分子实现的。这需要复杂的照明、光学和检测系统，因而这些系统无法容易地被植入到小型设备中。

发明内容

因此，本发明的一个目的就是提供一种增加基于核酸的传感器灵敏度的改进的方法，特别是用于小分析物的传感器。