[发明专利]探测分子的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及分子探测领域，特别地，涉及用于分子探测的微阵列技术领域。

背景技术

现有技术中已知很多不同的方法可用于分子探测。尤其是微阵列技术已经发展为探测很多不同类型分子，例如DNA、RNA、蛋白、抗体和化合物的有力工具。微阵列已被开发用于研究基因表达，用于识别基因突变、非整倍性和多态性，以及用于识别蛋白质：蛋白质相互作用，用于命名一些用途。已证明该技术是重要的技术，特别是对研究和诊断而言。

微阵列芯片通常由附着于固体表面例如玻璃，硅片或尼龙膜的微观分子点的集合组成。通过测定对在特定微阵列上的分子的目标分子的结合图案，可以对样品中的目标分子进行评价。通常对目标分子进行荧光标记，从而可以读取微阵列，并通过测定微阵列上每个分子点处荧光的存在(和水平)来探测目标分子，所述荧光的存在(和水平)对应于样品中目标分子的存在(和量)。然而，荧光标记的使用要求使用荧光扫描仪，虽然这是精确和灵敏的方法，但是这种方法成本昂贵。对昂贵扫描仪的需求阻止了微阵列作为常规工具在研究和诊断学中的应用。

此外，通常不可能使用荧光标记和微阵列技术探测单个分子。特别在核酸探测的情形中，在将样品应用至微阵列之前，实施放大步骤通常是必须的。荧光扫描仪/探测通常不够灵敏探测到单个荧光标记的存在以及由此的单个分子的存在。Mallard等人(Biosensors and Bioelectronics，20，1813-1820，2005)开发了一种CMOS光探测阵列作为DNA芯片的固体载体，其中探测通过化学发光的方式进行。虽然该系统不需要使用昂贵的探测或荧光扫描仪，但是其还是不足以灵敏到探测单个分子。Tokuda等人(Proceedings of the 2005 IEEE，Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference，Shanghai，China，September 1-42005，7269-7272)还开发了一种用于生物成像应用的CMOS图像传感器，其中使用了荧光成像。

Chan等人(US2006/0084069)开发了一种集成电路光学探测作为用于阵列的固体载体，其中通过接收和感应来自纳米颗粒标记的光学信号来探测目标的存在。然而，虽然该方法不需要使用昂贵的扫描仪或探测，但是非常小的纳米颗粒的光学探测不足以灵敏到探测单个分子。

因此，对这样的阵列分子探测系统存在需求：其能够探测单个分子并且不依赖使用昂贵的扫描仪或探测。

发明内容

本发明致力于解决该问题并且能够在不需要昂贵的外部设备的同时通过使用阵列探测单个分子，所述阵列设置有一个或多个光敏元件以及用于分子的珠子(珠粒)标记，当珠子存在或与附着于该阵列的单个分子结合时，所述珠子标记具有足够的尺寸的分子阻止所述一个或多个光敏元件接收光。因此，本发明中所使用的标记的尺寸可以对应于阵列上每个光敏元件的尺寸，以便可以探测单个分子。

换一种角度来看，如以下详细讨论的那样，珠子标签具有与每个光敏元件的尺寸相关的最小尺寸，并且典型地例如，该珠子的直径应当至少为1μm。

根据第一方面，本发明由此提供探测附着于表面的分子的方法，该方法包括探测附着于所述分子的珠子，其中所述表面设置有一个或多个光敏元件，并且其中排列每个光敏元件以探测其邻近的珠子。

如上讨论的那样，为了探测单个分子，使用特定尺寸的珠子标记，并且通常选择尺寸与在表面上的每个光敏元件的尺寸相对应的珠子。在该方法中，通过光敏元件可以探测到在特定位置处附着于单个分子的单个珠子。

因此，本发明还提供探测附着于表面的分子的方法，该方法包括探测附着于所述分子的珠子，其中所述表面设置有一个或多个光敏元件，其中排列每个光敏元件以探测其邻近的珠子，并且其中所述珠子(i)其尺寸对应于所述一个或多个光敏元件的尺寸，或(ii)直径至少为1μm，从而可以探测附着于该表面的单个分子。