[发明专利]在侧流免疫分析中产生pH/温度/离子梯度用于调节生物分子的相互作用及其应用

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求于2013年3月13日提交的美国专利申请号为13/800,328的权益。该申请的内容在此通过援引并入本文。

技术领域

本发明涉及一种作为生物传感器的用于侧流(LF)检测的装置，改进该LF检测装置以及在诊断方法中使用该LF装置的方法。

背景技术

最近人们对预测性、预防性并且尤其是个体化用药越来越关注，其要求诊断测试具有高重现性、敏感性和特异性。侧流(LF)检测装置包含这样的诊断测试并且在即时诊断中是一项十分成熟的技术。当与其它诊断技术例如ELISA和PCR/Q-PCR相比较时，LF检测装置具有快速、简单、高度自动化以及成本有效的优势。相对容易制造、长保存期并且客户容易使用是使LF检测装置非常有吸引力的一些其它优势。

LF检测装置通常被用作诊断装置，其中主要焦点是提供简单的是或否答案的定性系统。然而目前，人们对更敏感、定量以及多路复用测量的需求越来越高，这要求实现阅读器体系。

在LF检测装置中最常见的传感方法是视觉传感，通常通过视觉检测来测定比色、荧光或其它视觉变化作为检测结果。使用试剂标签来实现包括胶体金、乳胶颗粒、碳、荧光分子和化学发光分子的这些变化。然后可施加酶反应来放大信号。使用标签的视觉检测的主要问题是：在没有放大的情况下相对差的检测极限，根据检测不能获得动态信息，以及根据检测没有获得定量信息。对于替代视觉表征的方法有明显需求，替代方法在保持简单、快速、成本有效的装置的同时可提供定量实时分析，这使得LF检测更吸引人。

理想的LF检测是使用病人样品直接进行，而不需要纯化，因为这降低了在分析之前进行处理的时间、复杂性和成本。不幸的是，原始样品中的很多各种生物分子增加了检测内的非特异性交叉反应性的机会，这可能导致如图1举例说明的假阳性读取。虽然这可通过开发更好的、更特效的探针分子来避免，但开发过程是昂贵且费力的，并且不能保证彻底消除交叉反应性。然而，众所周知的是，在特异性和非特异性结合相互作用之间反应动力学和结合强度是不同的。此外，这些结合特征是容易受到局部环境因素包括温度、pH和离子强度的影响而改变。通过可控地改变局部环境参数，可以更好地表征所检测的相互作用为特异性或非特异性。

在LF检测装置中影响所产生的信号的一些其它关键因素包括温度和溶液的离子强度(包括pH)或局部环境。为了提供更精确的定性和/或定量的诊断装置，包括测量和影响这些条件的传感器和致动器(actuator)可以可控地改变局部环境参数。

美国专利申请2011/0091870描述了一种提供多点检测平台的生物传感器，其中在该生物传感器中的多位点可以经受不同反应条件，以调节生物分子分析物(例如蛋白质)与探针分子的结合。例如在具有四个位点的生物传感器中检测到的信号也可具有若干部分例如四个。这四项对应例如所感兴趣的生物标记的浓度、样品中与初级抗体位点非特异性结合并且阻止所述生物标记结合的分析物的浓度、样品中形成夹心并产生错误信号的分析物的浓度，以及最后，样品中与表面物理吸附并产生错误信号的分析物的浓度。每项还与结合效率因子α_ij成比例，所述结合效率因子是分子亲和性和其它检测条件例如流速的函数。通过分别控制在每个位点的条件，不同位点将表现出不同的效率因子。精确测量每个位点的信号可产生多个方程式和多个未知数，例如：

其中C_ag对应靶向生物分子分析物的浓度，以及C_j1、C_j2、C_j3对应在背景信号中导致不同项的各分子的总浓度，如图2所示。

在不同位点精确控制检测条件，这可极大地改变结合效率因子，导致可获得由所感兴趣的生物分子分析物的定量或更精确的定性测定的数据阵列。此外，在侧流检测装置上使用电检测和电化学检测可明显提高当前的即时诊断。

发明内容

本发明提供一种具有检测位点的多位点阵列的侧流检测装置，所述装置包括至少一个电极，其中每个电极可包括驱动元件和/或传感元件。该侧流检测装置可控制影响样品中所感兴趣的生物分子分析物的信号强度的一个或多个参数，和测量所感兴趣的生物分子分析物的信号强度，以测定其在样品中的浓度。在侧流检测装置中的这些集成电极不仅可控制局部环境参数例如pH、温度和离子浓度，而且还可测量这些参数，所述参数包括例如当样品流过所述装置时的流速、流形态、温度或离子强度。该侧流检测装置还可测量来自在多位点阵列中的每个位点中所感兴趣的生物分子分析物的信号，以测定其在样品中的浓度。