[发明专利]生物靶标的免疫磁性捕获和成像

说明书

发明背景

本申请要求2008年1月7日提交的美国临时专利申请序列号No.61/019,482的优先权。上述引用的公开内容作为整体通过引用并入本文。

A.技术领域

本发明一般地涉及检测生物分析物例如细胞、孢子(spore)或细菌。更特别地，本发明涉及免疫磁性分离以及荧光检测这样的生物分析物，其可以广泛的浓度范围存在，并且可位于复杂的生物或环境样品基质中。

B.相关领域的描述

对生物细胞进行研究、表征和统计总是依赖于成像工具的使用，其允许对肉眼无法直接看到的事物进行观察。自从1665年罗伯特虎克(The Cell-A molecular approach；Geoffrey M.Cooper.ASM Press.1997)首次报道了对细胞的科学观察，显微术领域便成就了细胞生物学领域。从基础的早期明视场光学显微镜到最近的扫描电子显微镜，细胞生物学家们利用了这些技术日益提高的放大倍率和分辨力。如今，这些功能强大的显微镜与数字成像的整合更加扩大了这一领域的范围。现在，显微术可与功能强大的图像处理技术结合，以用于快速且自动化地分析多种样品。

尽管显微镜的成像能力已经过几个世纪的发展，然而样品制备通常仍是成像前单独进行的工作。通常，将样品中的目的靶标元件(细胞的细胞核或细胞的膜等)进行染色或着色，以使其能够进行观察。尚没有整合的设备可分析所需的所有步骤，例如样本制备、靶细胞成像和表征，以及然后在样品分析后成像腔室的再生。显微镜玻璃载玻片和盖玻片由于使用简便且成本低廉仍被广泛用于承载样品。许多芯片式实验室(lab-on-a-chip)技术使用某种形式的显微术(明视场或荧光显微术)和成像方法作为检测器；但常常缺少紧凑型成像腔室的整合性。在这方面，许多芯片式实验室装置仍处于其起步阶段。扫描电子显微镜(SEM)仪器同样缺乏样品制备自动化，每个样品均需要在分析前单独地装载到样品台上并用金属包被。因此，显微术系统通量较低。样品制备、将样品置于焦平面上以及定位于目的区域仍然是耗时费力的工作。

对细胞(大小、形状)进行表征以及对细胞表面标志物进行表征可通过流式细胞术来实现。20世纪70年代末以来，流式细胞术已协助科学家实现对多种细胞类型的分析，并较之其它基于细胞的技术提供了诸多优势，包括：速度、细胞生存力和细胞功能的保持以及同时测量多个细胞参数。

流式细胞术的吸引人之处在于荧光技术的灵活性和灵敏度，以及该技术的高速性和强大的数据整合能力。流式细胞术是目前分选和分析细胞的黄金标准方法(Bioinformatics Market Research 2006Report#06-030：″influencing brand preference in the flow cytometry market″)。尽管流式细胞仪改善了细胞分析的通量，然而它们价格昂贵而且操作技术复杂。即使最便宜的流式细胞仪型号其价格也超过10万美元，而更高端型号的价格则超过30万美元。此外，流式细胞仪需要训练有素的操作人员，并且他们对光学校准中的偏移非常敏感。因此，这些仪器的整个购买和操作成本使许多实验室无法承受，特别是那些位于资源匮乏国家的实验室。另外，流动系统通常被设计为一次测量单个颗粒，因此收集多个颗粒的图像需要更长的时间。

发明概述

在一个实施方案中，本发明提供了用于固定和检测样品中生物靶标的方法，其包括(a)将样品与磁性捕获剂相接触，所述磁性捕获剂针对可能存在于样品中的生物靶标上的特定表位具有特异性亲和力；(b)将所述样品与第一标记试剂相接触，所述第一标记试剂针对所述生物靶标上的特定表位具有特异性亲和力；(c)将样品等分试样引入腔室中；(d)向所述腔室施加磁场以吸引磁性捕获剂至腔室表面；(e)对通过与磁性捕获剂结合而被固定在腔室表面上并通过与标记试剂结合而被标记的生物靶标进行检测和计数；以及(f)对经固定且经标记的生物靶标进行检测和计数。在一些实施方案中，所述方法还包括确定是否有统计学显著数目的经标记生物靶标被固定于腔室表面上，以及将另外一份或多份样品引入腔室中直至有统计学显著数目的经标记生物靶标被固定于腔室表面上。在一些实施方案中，所述方法还包括确定固定于腔室表面上的经标记生物靶标的数目是否超过最大阈值，如果超过最大阈值的话，则清洗成像腔室并向腔室引入一份或多份更小的样品等分试样直至固定于腔室表面上的经标记生物靶标的数目为统计学显著的同时低于最大阈值。在一些实施方案中，所述方法还包括记录所检测生物靶标的数目。