[发明专利]分析物的电化学检测

说明书

技术领域

本发明涉及使用互补或接近互补的探针的对样品中分析物的改进的检测。具体地，本发明涉及使用包含对所述分析物特异性的探针的捕捉电极，并且因此在电极表面形成探针-分析物络合物，由此改变所述捕捉电极的电性质并且通过例如测量电信号测量所述变化并将其与参比比较来改进对分析物例如诸如核酸的电化学检测的方法。

背景技术

生物学相关分子的检测在广泛领域具有很多应用，包括医学的、法医学的、诊断的、基因组的和环境的应用。在例如包含高多样性分子(其中一些与所述分析物非常相似)的生物学样品中低浓度的感兴趣的分析物的高敏感性和高特异性的检测在上述领域中特别令人感兴趣。

为了检测核酸分子(例如DNA或RNA)，聚合酶链式反应(PCR)通常被用于快速获得遗传水平的信息。尽管PCR具有非常好的灵敏性，但该技术常常受到由来自之前运行的杂质所产生的假阳性、扩增偏倚以及容易受到酶抑制剂和不必要的引物相互作用影响的困扰。DNA微阵同样被使用并且具有能够检测并定量几十万种核酸序列的优点。然而，DNA微阵需要标记靶，其需要样品的化学修饰并且成为误差的来源(例如通过不完全的标记)。

新出现的例如核酸的无标记电化学检测领域是现有方法的有前途的备选方案(de-los-Santos-等人，Anal Bioanal Chem(2004)378，104-11)。该技术的基本原理在于包含对感兴趣的分析物特异的探针的捕获电极。因为分析物的存在改变电极表面的静电和/或空间立体条件，因此捕获电极的电学性质取决于分析物是否与所述探针结合而改变。由于无需例如标记或扩增分析物来进行检测，工作流程被显著简化。而且，当标记分析物不是必需时，同样可进行使用这一方法的DNA微阵。

在这样的电化学检测的一个有前途的分支中，使用标志分子检测静电和/或空间立体条件的变化。标志分子是氧化还原活性分子并且它们可以在电极表面存在和不存在分析物时被还原和/或氧化。因此，当在不存在和存在探针-分析物复合物的条件下还原和/或氧化时，分析物的存在可以显示为例如电位、电流、电容和/或阻抗上的变化。作为标志分子的备选方案，可使用半导电的电极材料，在其实例中，分析物可通过扰乱电极中价带和传导带的能量水平改变电极表面的静电条件，由此产生可检测的信号(bioFET)。

而且，上文无标记的电化学检测不限于核酸检测，因为只要与分析物特异性结合的探针可以与捕获电极连接那么任何分析物都可以被检测。因此，可预见例如使用包含例如激动剂或拮抗剂分子检测受体或酶。有待通过这一方法检测的任何分析物的基本条件因此仅为其将与给定探针分子结合并且其将对检测其来说充分地改变电极表面的静电状况。

而且，一个或多个捕获电极可被并入一个系统中，其中捕获电极与电测量装置连接。这样的系统之后可被用于测量捕获电极的电性质上的变化，具体地，可通过将结合分析物的捕获电极的电性质与未结合分析物的捕获电极相比较来完成。未结合分析物的捕获电极可与结合分析物之前测量的结合分析物的捕获电极相同。

已在这一领域中获得一些进展，尤其是在使用氧化还原标志分子的核酸检测领域中。

WO2010/025547公开了生物传感设备和方法，包括设计以相应于生物分子刺激产生电化学信号的纳米结构的微电极。在一个实施方案中，微电极包含用于RNA检测的肽核酸(PNA)探针。还描述了包含探针的阵列。报道了10渺摩尔(attomolar)的检测极限。所述方法依赖于核酸在电极表面杂交并且似乎被优化至充分发挥其潜能时带正电的Ru(III)复合物的累积。于中性pH在缓冲的水性溶液中进行电化学测量。

WO2009/122159描述生物传感器设备和方法，包括在表面上具有探针分子的捕获电极。在优选的实施方案中，探针分子是用于检测DNA的PNA分子。检测方法依赖于带负电的铁氰化物/亚铁氰化物氧化还原活性分子(每种0.1mM)，其在例如带负电的DNA与探针结合时由于静电干扰从电极表面剥离。对PNA-RNA复合物的检测灵敏度显示随缓冲液的离子强度从700mM降至最适的2mM而增加。电化学测量于中性pH在磷酸盐缓冲水溶液中进行。然而，那里所用的方法的检测极限是25飞摩尔，还不能与例如PCR方法相比。