[发明专利]基于超声辅助金属增强荧光(SAMEF)的生物分析

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月11日提交的美国临时申请No.61/096,181的优先权，所述临时申请的内容在此为所有目的引为参考。

发明背景

技术领域

本发明涉及金属增强检测系统以及用于增加所述检测系统的灵敏度和快速性的方法，更具体来说，涉及组合使用超声与金属增强的荧光或化学发光检测分析，以增加检测系统的速度和灵敏度。

相关技术背景

使用生物分析法鉴定和定量蛋白质和其他生物分子，在生物医学和生物化学应用中是极为重要的^1-3。荧光在大多数这样的应用中是主流技术，其中目标生物分子通过其荧光团标记的结合配偶体的荧光发射进行检测^4，5。在平面表面上执行的基于荧光的生物分析一般灵敏度欠缺并需要昂贵的光学仪器^6，7。此外，在这些分析中的生物识别事件固有地缓慢(几分钟至数小时)^6，7。通过在这些分析中引入等离子体激元(plasmon)共振粒子(PSP)，不使用尖端光学仪器即可改进基于荧光的分析的灵敏度^8，9。灵敏度的提高可能是由荧光特征的增加和与PSP紧邻放置的荧光团的寿命降低所造成的，这种现象被称为金属增强荧光(MEF)^8，10。在基于MEF的生物分析中，将PSP(一般为银纳粒)沉积在平面表面上，并在PSP上建立生物分析⁸。因为大多数生物分子的尺寸小于PSP(20-100nm)，因此荧光团位于其发射将由于它们与PSP的表面等离子体激元的相互作用而增加的距离内¹⁰。

尽管基于荧光的生物分析的灵敏度通过MEF来解决，但生物分析的速度仍然是有待克服的巨大挑战。就此而言，一种将低功率微波加热与MEF相结合的被称为微波加速金属增强荧光(MAMEF)¹¹的新技术，显示出将完成生物分析的时间减少到不到1分钟。在MAMEF中，分析组分的低功率加热在主体(存在靶生物分子和荧光探针)与分析表面处的银纳粒(存在捕获探针)之间产生温度梯度，其驱动靶生物分子和荧光探针朝向表面，并建立起生物分析¹¹。微波加热步骤可以对每种分析组分分别进行，或者对于三组分DNA杂交分析(3-piece DNA hybridization assay)来说在一步中进行¹²。然而，几个因素影响MAMEF技术的效率：1)分析表面必须被改性以消除过度加热(特别是在使用小体积液体进行的分析中)¹¹，2)具有多个锐角的大型分析平台¹³(例如高通量筛选孔)的加热需要较长加热时间，这随后导致样品蒸发。

在其中化学诱导的电子激发态的发光与金属化粒子或表面中的表面等离子体激元耦合的表面等离子体激元耦合化学发光(SPCC)中，系统的动力学取决于没有外部激发源即可出现的化学诱导电子激发态。但是，在化学发光系统中，检测受到化学发光反应或探针的量子效率以及反应物耗尽前的时间的限制。因此，增加反应物的运动对于增加化学发光反应的速度将是有利的。

就此而言，对于适用于所有可商购分析平台而不牺牲样品的更通用的技术，仍存在需求。

发明概述

本发明提供了超声辅助金属增强荧光、发光和/或化学发光分析系统，所述系统使用低强度超声波，通过增加系统内分子的动力学运动，显著减少了分析时间。

一方面，本发明涉及一种分析检测方法，所述方法包含：

提供导电金属材料；其中所述金属材料被成形为刚好连续的薄膜或粒子，包括纳米结构、岛状物或胶体；

导入至少一种用于布置在导电金属材料附近的分子和/或荧光团，其中所述分子和/或荧光团能够发光，并通过接近到距金属材料约5nm到50nm范围内而增强；

施加超声能量以引起包含分子的化学反应的动力学增加；以及

测量从系统发出的光。

上述方法可用于多种检测系统，包括但不限于免疫分析、杂交分析、共振能量转移分析、基于偏振/各向异性的分析、基于化学发光的分析、基于发光的分析和酶联免疫吸附分析。

另一方面，本发明提供一种检测系统，所述系统包含：

位于容器内的导电金属材料，其中所述金属材料被造型成刚好连续的薄膜、粒子、纳米结构、岛状物或胶体；