[发明专利]基于选择剂的识别和量化系统及用于在单次分析中识别和量化多种分析物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月2日提交的美国临时专利申请序列号No.61/594,193(代理人案号No.PERF-P0006-US)的优先权，并且是于2010年3月10日提交的美国专利申请序列号No.12/721,173(代理人案号No.PERF-P0004-US)以及同样于2010年3月10日提交的国际专利申请No.PCT/US2010/026819(代理人案号No.PERF-P0001-WO)的部分继续申请，其公开内容明确地通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于分析抗原的多维分析策略和系统，并且特别地涉及用于在单次分析中分析多种分析物的基于亲和选择剂(affinity selector)的识别和定量系统以及方法。

背景技术

在与约100,000种其他组分的混合物中测定单一分析物是一项艰巨的任务。在六十多年前，分析人员开始认识到抗体的结构选择性可用于基于抗原和半抗原的化学结构从生物提取物或血液中结合和纯化所述抗原和半抗原。该技术变得如此重要以至于Rosalyn Yalow因放射免疫测定(radio-immunological assays，RIA)而获得1960年的诺贝尔奖。连同酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)，这两项技术为世界提供了测量低至pg/mL水平的抗原的简单方法。

RIA和ELISA二者的基本组成都是在测定的第一步中使用固定化抗体以实现从样品中选择抗原。自从这些方法出现以来，分析免疫学家已理解，在表面结合抗体引入了显著的动力学限制。例如，抗原必须依照分子大小而经过相当的距离以到达表面，从而增加了在试管或微量滴定孔中发生抗原结合所需的时间量。此外，测定中使用的所有抗体在测定孔表面或在颗粒上聚集在一起，而抗原则均匀地分布于整个溶液中。当在微量滴定孔中进行ELISA时，通常使用一天或更长的孵育时间，以允许抗原有时间扩散至结合有抗体的孔壁上。在RIA的情况下，使扩散问题最小化的努力涉及使用大量的非常小的固定有抗体的无机颗粒。在过去的几年期间，已经使用了许多类型的混合、流动、加热以及甚至超声的过程以使上述的扩散问题最小化。虽然做出了这些努力，但是扩散问题仍然存在。

随着分析化学的发展，已认识到可获得涉及要同时测定多种分析物之样品的多种问题的更好更完整的答案。这进而导致了对“分析复用(analytical multiplexing)”兴趣的增加，其中在单次分析期间对样品中的大量分析物进行分析。这常常通过免疫阵列而进行。

对免疫阵列的兴趣源自微电子机械系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)的普及和成功。当已将几种类型的抗体阵列用于大规模复用(包括高通量和并行处理技术)时，另一些方法集中于较少数目样品的大规模复用，这是例如关注使每次测定的总分析时间和成本最小化的临床实验室所需要的。无论使用哪种方法，免疫阵列系统都仍然面临抗体固定化和动力学的挑战。还存在抗体在固定化(尤其是如果它们被错误的定位于表面)之后是否仍将保留全部活性的问题。还必须考虑空间问题，尤其是抗体在表面的定位及其堆积密度方面。最后，再现性也是一个因素，尤其是由于很难使来自在表面上沉积的皮升(picoliter)体积溶液的固定化抗体再生。蒸发以及很多其他现象也使滴定板水平的固定化所经历的再现性降低。

虽然抗原在免疫阵列中必须扩散以到达表面的距离比在微量滴定孔中的要小，但是动力学问题仍然是免疫阵列的一个严重限制。在低的抗原浓度下尤其如此。抗原从溶液中的所有点扩散至阵列元件之一需要大量的时间。因为在抗原：抗体复合物形成中的分子对接需要精确的空间定位，所以抗原通常在建立正确的捕获定位之前多次撞击表面。例如，如果抗原在128元件阵列上与表面碰撞之后未被捕获，那么它在第二次撞击表面之前有大量空间要行进。