[发明专利]用于检测分子相互作用的装置和方法

说明书

本申请是中国专利申请，号码200580014351.7，申请日2005年5月6日的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于检测靶和探针分子之间的特异性相互作用的装置和方法。

背景技术

生物医学测试通常是基于对以已知量和位置存在的分子(分子探针)和被检测的未知分子(分子靶分子)之间的相互作用的检测。在现代的测试中，探针是以支持物上的物质文库、即所谓的微阵列或芯片的形式排布，以便可以以平行的方式同时用各种不同的探针对样品进行分析(参见例如J.Lockhart，E.A.Winzeler，基因组学、基因表达和DNA阵列；Nature 2000，405，827-836)。这里所说的探针通常固定化在适合的基体上，例如在WO 00/12575中描述的那样(参见例如US 5,412,087和WO 98/36827)，或者以预定的方式合成生产(参见例如US 5,143,854)用于微阵列的制备。

基团标记的DNA或RNA分子形式的靶分子与微阵列的核酸探针之间那样的结合，其先决条件是靶分子和探针分子都以单链核酸的形式存在。有效的、特异性的杂交只可能发生在这样的分子之间。单链核酸靶分子和核酸探针分子一般可以通过热变性，并优化选择参数例如温度、离子强度和螺旋去稳定化分子的浓度的方式获得。因此，确信的是只有事实上完全互补即彼此对应的序列的探针才能保持与靶序列的配对(A.A.Leitch，T.Schwarzacher，D.Jackson，I.J.Leitch，1994，In vitro Hybridisierung，Spektrum AkademischerVerlag，Heidelberg/Berlin/Oxford)。

在生物学测试方法中使用微阵列的一个典型例子是在生物医学诊断中检测样品中的微生物。在此是利用了这样一个事实，即核糖体RNA(rRNA)的基因是广泛分布的，并具有对相应的种来说是特征性的序列部分。这些种特征性的序列被施加在单链DNA寡核苷酸形式的微阵列上。首先从被检测的样品中分离出被检测的靶分子，并用标记物例如荧光标记物标记。然后将标记的靶DNA分子与固定在微阵列上的探针在溶液中保温，通过相应的清洗步骤除去非特异性发生的相互作用，并利用荧光光学评估的方式检测特异性相互作用。通过这种方式，可能通过一个单一测试在一个样品中同时检测例如几个微生物。在这种测试方法中，可以检测到的微生物的数量理论上只依赖于已经施加在微阵列上的特异性探针的数量。

在分别在固相表面上的微阵列和探针阵列的帮助下检测分子相互作用的各种方法和技术体系已经被描述，其中有些是可以商购的。

用于检测分子相互作用的经典系统是基于荧光团标记的光谱激发的靶分子的荧光强度的比较。荧光是特定分子当受到特定波长的光激发时发射出它们自己的光的能力。此时，相继发生了特征性的吸收和发射行为。在分析中，荧光信号增加的比率被假定为官能化表面上标记的分子密度由于例如增加了靶和探针分子之间的分子相互作用的效率而增加。

具体来说，荧光信号的定量检测是通过修改的荧光显微镜方法来进行的。在这种情况下，通过滤光片或堇青石将具有吸收波长的光和具有发射波长的光分离开来，通过光学元件例如物镜和透镜将测量到的信号成像在适当的检测器，例如二维CCD阵列上。一般来说，分析是通过数字成像方法来进行的。

目前为止，公知的技术解决方案根据它们所用的光学机构和元件而不同。问题和限制因素可能来自于信号噪音(背景)，它基本上是由例如所用染料的去色和淬灭效应，介质、装配元件和光学元件自身荧光，以及光学机构中的散射、反射和二级光源所决定的。

这导致了对发展高灵敏度的、用于探针阵列的定性和定量比较的荧光检测器的极大的技术努力。具体而言，对于中或高通量筛选来说，需要表现出某种程度自动化的特别适合的检测系统。