[发明专利]用于读取微阵列的电气可重用设备

说明书

技术领域

本发明的主要目的是一种用于电读取微阵列的设备，其可以被清洁并且可以被重用不止一次。

背景技术

自从八十年代末出现生物芯片或微阵列以来，它们已使得定量解释许多重要生物现象成为可能。微阵列是一组允许同时进行许多测试的平板上的(从几nm至几mm的)小型样点或测试点，从而与系列分析系统相比大大提高了分析速度和分析能力。

这些元件被设计成分析复杂生物样品的蛋白质含量、蛋白质-蛋白质交互作用、蛋白质-DNA交互作用、蛋白质-配基交互作用、DNA突变的存在，基因表达谱等等。使用抗体作为识别元件的微阵列基于不同类型的测试：

-夹层型，当由支撑物上固定的抗体捕获被分析物并且借助于第二标记抗体对其进行量化时。

-竞争型，当将被分析物的复制品固定在支撑表面样点上并基于在被分析样品参与的情况下接合至所述样点的标记抗体间接对所述被分析物进行量化时。

-反相型，当将样品直接吸引在支撑物的表面上并且用标记抗体识别被分析物时。

在所有上述情况中，都通过检测与抗体接合的标记来进行量化。在DNA芯片的情况下，该标记与正在被分析的DNA或RNA片段接合。这些标记可以是光学的(荧光分子、量子点、产物沉淀的酶)、放射性的(放射性同位素)或者电化学的(产物是电活性的或者是电活性的纳米粒子的酶)。与应用较广的荧光标记相比，这种新型标记的优点在于，允许使用纯电气的因而更紧凑、健壮且更便宜的读取仪器。市场上存在使用这种类型读取的产品，例如，COMBIMATRIX Electrasense读取器(WO 2008051196)。Nanoident Technologies公司也出售电读取微阵列的紧凑型系统，其基于印刷在进行测试的同一支撑物上的有机光电二极管“矩阵”(WO2006026796)。

然而，为了将微阵列的应用扩展到需要它的地方(医院或私人保健中心的病床前)，该装置必须在成本、健壮性、简单和尺寸方面有所改善。这种分析装置基本上由两个有区别的部分组成：进行测试所在的微阵列和用以读取所述测试的结果的设备。在某些情况下，为了自动进行测试，在该系统中还使用了其它配件，例如，用于在具有液体活性成份的微阵列(点样仪)或元件的样点或测量点上沉积识别成份或样品的机械臂。

电气读取设备更健壮、简单且更小。然而，它们具有需要在支撑物本体上形成器件矩阵(电极或光电二极管)的缺点，这需要每当进行测试时使用新的支撑物且废弃用过的支撑物。另外，该支撑物是复杂昂贵的元件，因为它必须包括电气换能器等等，而非在光学系统中通常使用的简单地由玻璃或塑料的功能化片组成的支撑物。

发明内容

本发明描述电气可重用微阵列读取设备，其基于当酶标记所标记的表面与化学基质接触时的酶促反应的产物累积的电化学测量(电流测量、电势测量或阻抗测量)。本设备的新颖性在于这样的事实，即负责执行测量的换能器位于与微阵列支撑物不同的基板上，使得读取设备可以重复用以想进行多少分析就进行多少分析。另外，该读取设备可以用公知光学系统所使用的低成本支撑物进行工作。对使用该读取设备的唯一要求在于，所用的酶标记在与其相应的化学基质起反应时生成可以被换能器检测到的产物，也就是，会使发生反应的介质的电气或化学性质改变的产物。因此，本发明的换能器将介质的电气量值或化学量值转换成电气量值。

在阻抗测量式换能器的情况下，化学基质必须是具有与这些产物的净电荷总数不同的净电荷的化学种(chemical species)，使得在当酶促反应发生时带电种的浓度发生改变从而介质的电导率发生改变。这个的实例是尿素酶，其在与尿素(中性种)起反应时产生氨和二氧化碳。氨很快被质子化，从而使氨离子产生(带正电)，而二氧化碳被部分转换成碳酸氢盐(带负电)。

在安培测量式换能器的情况下，酶促反应必须产生电活性种。这个的实例是碱性磷酸酶，其在对-氨基苯基磷酸盐(p-aminophenyl phosphate)参与的情况下产生对-氨基苯酚(p-aminophenol)。对-氨基苯酚在低于200mV的电势被氧化，从而使对-醌亚胺(p-quinoneimine)产生。该酶/基质系统允许使用氧化还原循环，因为对-醌亚胺反过来可以被降低到-200mV的电势以下，从而再一次使对-氨基苯酚产生。

在电势测量式换能器的情况下，酶促反应必须产生可以由该换能器检测的离子。最简单的情况将是产生PH变化的酶。