[发明专利]纳米流体生物传感器及其对于快速测量溶液中的生物分子相互作用的应用及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用光学装置在纳米流体生物传感器中检测荧光标记生物分子的方法和设备。本发明可以有利地用于生物医学和生物学分析。

背景技术

纳米流体被定义为具有纳米范围尺寸通道的流体系统，并且已经应用到了允许DNA操作、蛋白质分离和样品预浓缩的微流体系统中。当前大部分的纳米流体研发是为了生物工程和生物技术应用。

目前用于检测特定生物分子的方法可以分为两类：(a)标记技术，以及(b)无标记技术。

在标记技术中，广泛使用的是荧光法、比色法、放射性法、磷光法、生物发光法和化学发光法。也可以考虑官能化磁珠作为标记技术。它们的优点在于与无标记方法相比的敏感性，以及由特异性标记带来的分子识别。

在无标记技术中，广泛使用的是电化学生物传感器，其涉及电流分析传感器、电容型传感器、电导型传感器或阻抗型传感器，具有快速和廉价的优点。当生物分子被捕获于或者固定到电极上或附近时，它们测量电极结构的电特性的变化，但是所有这些概念都缺少分子特异性对比、敏感性和可靠性。

表面等离子共振(SPR)也是一种无标记光学技术，用于监测发生在非常接近传感器金表面的生物分子相互作用，并且已经带来了在不需要冲洗样品溶液中未反应或过量反应物的情况下实时研究表面限制的亲和作用的很大可能性。

酶联免疫吸附试验(ELISA)是一项重要的生物化学技术，主要用于检测抗体和抗原的存在，因而被广泛用作医学和各种工业中的质量控制检验的分析工具。然而，ELISA分析昂贵，需要大量的溶液和冗长的时间来获得结果。目的

本发明的一个目的在于提供一种基于微米和纳米流体的廉价和快速的生物传感器，其不需要复杂的操作。

本发明的又一目的在于使用纳米流体从几何学上限制光学测量体积，因而获得生物传感器的高敏感性。

本发明的再一目的在于与现有生物传感器相比，简化不同的表面涂层。

参考附图和优选实施方案，本发明的这些和其他目的将会变得逐步明显。

发明内容

本发明基于下述发现：可以将孔设计在微米流体和纳米流体系统的侧面上，从而避免流体系统的容器和外部管道之间的复杂连接。通过在包含待测定的生物分子的溶液内简单浸渍而填充设备。这就给出了一个测量扩散的生物分子和在表面上固定的其他生物分子之间的相互作用的可能性。

本发明还基于下述发现：如果必要，还可以由包含待测定的小浓度荧光生物分子的溶液替换通常与水浸物镜一起使用的浸渍水。

最后，本发明强调使具有不同生物分子的每个单晶片功能化并以阵列结构布置这些晶片以执行快速的多路检测的可能性。

在本发明的范围中，使用纳米流体，原因在于其高的表面-体积比，这意味着表面包括在检测体积中，使扩散的生物分子和表面上其他固定的生物分子之间的相互作用的检测最大化。

附图说明

图1A是由支撑体100组成的系统的示意图，纳米流体生物传感器200的阵列附着在支撑体100上。包含荧光生物分子300的溶液沉积在设备上，并且使用覆盖有污染过滤器400的光学系统500进行测量。

图1B是由支撑体100组成的备选的生物传感系统的示意图，纳米流体设备200的阵列附着在支撑体100上。包含荧光生物分子300的溶液沉积在设备上，并且光学系统500用在EPI检测中。

图2示出了由两个基底201和202限制的纳米狭缝的横截面。光学体积510和纳米狭缝204之间的交叉界定荧光生物分子331的检测区。扩散的荧光生物分子320可以与表面310上固定的生物分子相互作用，并因而在特异性结合存在时产生分子复合物330。

图3是由底部结构202组成的微制造设备的阵列的透视图，限制一个或多个纳米狭缝204的非晶硅层沉积在底部结构202上。基底盖201通过阳极键合贴附。液体从侧面205上的侧孔进入设备。

图4表示支撑体100的顶视图，纳米流体设备200的阵列固定在支撑体100上。(A)图示了矩形阵列，其示出例如2-晶片布置210和3-晶片布置220，以及(B)图示了六边形阵列，其示出例如3-晶片布置230和4-晶片布置240。

具体实施方式

如本文所用，术语“生物分子”旨在是一个通用术语，其包括例如(但不限于)多克隆抗体、单克隆抗体、Fab片段、重组抗体、球状蛋白、氨基酸、核酸、酶、脂质分子、多糖和病毒。