[发明专利]等离子体特异性结合配偶体测定中的信号放大

说明书

本发明涉及分析物检测装置和使用此类装置检测样品中的极少量目标分析物的方法。具体地，本发明提供一种分析物检测装置，其包括缀合至分析物结合配偶体的多个复合金属纳米结构和含有其上固定有多个捕获分子的金属纳米层的表面。还描述了制备复合纳米结构的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月13日提交的美国临时申请号62/037,071和2014年11月20日提交的美国临时申请号62/082,468的优先权，所述申请各自以引用的方式整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及检测样品中的目标分析物的系统和方法。具体地，本发明提供基于局部等离子体共振的分析物检测系统，其能够检测样品中的极少量目标分析物。

发明背景

当前免疫测定和生物分子结合测定通常需要多个步骤和复杂设备来执行测定。在执行此类非均相测定中所涉及的灵敏度的缺乏和复杂性由将标记的特异性结合配偶体与未标记的特异性结合配偶体分离的特定需要所引起。

已经尝试开发基于贵金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振(LSPR)性质的测定(Tokel等，Chem Rev.，第114卷：5728–5752，2014)。LSPR为通过入射光诱导的纳米大小结构中的电子的集体振荡。金属纳米颗粒对于其最近处的折射系数变化具有强电磁反应，因此纳米颗粒的共振频率的偏移可作为结合至纳米颗粒表面的分子的指示来测量。虽然金属纳米颗粒，尤其是金纳米颗粒，在诊断测定中用于检测结合事件，此类测定总体上受到低灵敏度的影响并且不能用于定量地监测连续结合事件的动力学。

因此，需要在提供增加的灵敏度的同时使用均相格式的改进测定方法。利用标准实验室技术诸如光谱学的测定将亦为合乎需要的。

发明内容

本发明部分地基于以下发现：复合金属纳米结构可增强通过分子结合至金属纳米层表面所诱导的光学信号。所观察到的放大极大地增加了检测特异性生物分子结合事件的灵敏度，以使得可检测亚皮克数量的生物分子。因此，本发明提供分析物检测装置和使用此类装置来检测样品中的极少量目标分析物的方法。

在一个实施方案中，分析物检测装置包括多个检测缀合物、含有金属纳米层的表面和多个捕获分子，其中所述捕获分子固定于所述金属纳米层上并且能够特异性结合至目标分析物。在分析物检测装置以夹心测定格式来配置的实施方案中，检测缀合物包含偶合至能够特异性结合至目标分析物的结合配偶体的复合金属纳米结构。在分析物检测装置以直接竞争测定格式来配置的实施方案中，检测缀合物包含偶合至目标分析物的复合金属纳米结构。

检测缀合物中的复合金属纳米结构总体上包含至少两种贵金属、过渡金属、碱金属、镧系元素或其组合。在一些实施方案中，复合金属纳米结构包含至少两种选自金、银、铜、铂、钯、镉、铁、镍以及锌的金属。在某些实施方案中，每种复合金属纳米结构包括第一金属的核心和第二金属的涂层。在一些实施方案中，核心可为镀金的银或铜。在其他实施方案中，第一金属的核心可在涂布之后溶解以使得产生由第二涂层金属组成的空心结构。

沉积于表面上的金属纳米层可为金属薄膜或由固定于表面上的多个金属纳米结构组成。金属纳米层也可由贵金属或过渡金属组成。在一些实施方案中，金属纳米层包含金、银、铜、铂、钯、镉、锌或其复合物。在一个实施方案中，金属纳米层包含金。在另一个实施方案中，金属纳米层包含银。仍在另一个实施方案中，金属纳米层包含用金纳米层覆盖的银纳米层。

本发明还提供使用本文所述的分析物检测装置来检测样品中的目标分析物的方法。在一个实施方案中，所述方法包括将样品与多种检测缀合物混合、将混合物与含有其上固定有多个捕获分子的金属纳米层的表面接触、将表面暴露于紫外光-可见光-红外光光谱内的波长范围下的光源；以及测量来自表面的光学信号，其中所述光学信号的变化指示样品中的目标分析物的存在。在某些实施方案中，本发明的方法能够检测样品中的毫微微克至纳克数量的目标分析物。