[发明专利]生物样品中的分析物的检测和/或定量方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物传感器，特别涉及表面增强拉曼散射和适体在直接检测和/或定量各种分析物中的应用。

背景技术

复杂生物样品中特定生物分子的定量测量是许多分子诊断测试的关键部分。然而，以与廉价、读取结果快速、手持式、用电池运行的护理现场(point-of-care)用设备的开发相容的方式来适当地测量多种不同分析物类型仍然是很大的挑战。

例如，在传染病领域中，急需能够在诊断诸如结核(TB)、疟疾、HIV等疾病时提供有用的信息的快速的护理现场用设备。在TB领域(和更通常的领域)，现有的潜在护理现场诊断测试有多种局限，其中包括：

·在检测所需的分析物浓度方面，测定灵敏度不足，导致假阴性结果；

·检测试剂缺少特异性，导致假阳性结果；

·检测试剂的温度稳定性差，导致假阴性和假阳性结果。

为了说明这些局限，Dheda等观察到，对于结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,M.tb)来源的脂阿拉伯甘露聚糖(LAM，一种复杂的糖脂)，现有的基于抗体的酶联免疫测定(ELISA)在尿中进行时有99％的特异性，但仅有13％的灵敏度，这使得对于临床应用而言有不可接受的高假阴性率¹。相比之下，痰液中的同一测试得到～86％的灵敏度，但仅有～15％的特异性，这导致了不可接受的高假阳性率。Dheda等确定，痰液中的假阳性是由于测定中所使用的抗LAM抗体与共居于口腔中的其他微生物(致病性和非致病性)所产生的LAM样聚合物有交叉反应性¹。相反，假阴性结果的原因可能是固有的抗体-抗原亲和力，以及生物样本中的低抗原浓度和ELISA方法的固有检测极限。因此，在消除假阴性结果(通过提高检测极限)和假阳性结果(通过提供与所捕获的分析物的身份有关的直接信息)的同时快速准确地测量患者样本中的特定M.tb来源的化合物(例如LAM)的浓度的能力将是TB诊断测试中的重大进步，但现在还尚未实际可行。

在另一实例中，外科领域中的一个重要挑战是对患者施用正确剂量的麻醉剂。众所周知，个体患者对大部分药物样分子(包括麻醉剂)的代谢速率差异极大，这是因为在例如细胞色素P450酶方面存在个体间多态变化²。结果，诸如麻醉剂(例如，二异丙酚)等药物的活性形式的血浆浓度在高代谢者和空代谢者之间可能差异极大，进而导致对药物施用的响应不同，外科手术过程中的极端结果是患者因施用剂量对其基因型来说过低而在手术中醒来，或者是患者因施用剂量对其基因型来说过高而死亡。因此，在缺乏各个个体患者的能够用来预先计算确切最佳剂量的定量药物基因组学数据时，在手术室中实时地快速准确地测量和监测个体患者的化合物(例如二异丙酚)血浆浓度的能力将是麻醉学的重大进步，不过这种能力实际上还不能实现。

上文发现的现有的潜在护理现场诊断测试中的多种缺点可通过使用如下所述的新型表面增强拉曼散射(SERS)测定平台来解决。

表面增强拉曼散射是公知的振动光谱技术，其因超灵敏、极具特异性和对生物分子的低检测极限而引起了相当大的关注³；据报道，与传统拉曼光谱相比，SERS的系宗平均拉曼信号提高了8个数量级，使其基本上能够检测单个分子⁴。SERS现象利用强烈的局部倏逝波(一种电磁场，可通过表面电浆子的光学激发而在金属表面和接合处产生)来获得表面所吸附的分子的拉曼光谱或“标志性特征(signature)”。传统上，SERS测量是对具有“拉曼活性”的单独的纯化合物进行，这些化合物定位于在倏逝波有效范围内的适当金属表面上。通常使用诸如金或银等贵金属作为SERS表面，但也可以使用诸如铜、铁、钴、镍、钯和铂等其它过渡金属⁵。由于倏逝波的传播从形成波的边界开始随距离呈指数衰减，SERS测量通常对定位于金属表面20nm内的化合物进行^3,6，不过已有报道称在最多120nm的距离处有SERS增强⁷。重要的是，由于入射光子的拉曼位移与所研究的分子结构有直接关系，SERS技术具有高度选择性，并且每种分子都具有可量化的独特的拉曼标志性特征。因此，SERS基本上可用于确定化合物的身份(通过将所测得的SERS光谱与参比SERS光谱数据库进行比较)并测量其浓度。