專利名稱：使用動態(tài)表面生成和成像來檢測生物和化學試劑的系統(tǒng)、方法和試劑的制作方法
技術領域：
本申請廣泛涉及檢測生物試劑的系統(tǒng)和方法，尤其是使用熒光的便攜式生物檢測器，本申請還涉及檢測生物試劑的這類檢測器的用途，以及使用磁固相的分析技術與試劑。
背景技術：
由于自然原因環(huán)境中有各種的病原體。除此之外，世界上生物恐怖主義威脅近來的增長使得被故意引入的環(huán)境有害的生物試劑的早期識別變得日益急迫。雖然在專門的實驗室中可以檢測許多特定的生物試劑，但是仍然需要可由本領域內(nèi)相對未經(jīng)訓練的人員實現(xiàn)的健全和可靠的系統(tǒng)和分析。特別是對便攜式(即手持的)檢測系統(tǒng)的持續(xù)的需求，該系統(tǒng)能夠用于對在環(huán)境中以包括氣溶膠，粉末或者液體形式存在的病原體進行快速、敏感和選擇性的分析。
概述按照第一實施方案，提供藥筒，其包含限定檢測儲存器的器壁；以及位于該檢測儲存器中的流體，該流體包含能被磁場吸引的顆粒狀固體載體，其中該顆粒狀固體載體表面包含能與生物試劑結合的受體；以及能與該生物試劑結合的熒光劑；以及將樣品引入所述儲存器的端口。
按照第二實施方案，提供檢測裝置，其包含適用于接受上述藥筒的外殼；適用于將光照射在所述藥筒的檢測儲存器內(nèi)表面上的激發(fā)光源；以及適用于檢測從所述藥筒的檢測儲存器內(nèi)表面發(fā)出的熒光的檢測器。
根據(jù)第三實施方案，提供檢測樣品中生物試劑的存在和/或數(shù)量的試劑盒，其包含包含能被磁場吸引的顆粒狀固體載體的第一組分，其中該顆粒狀固體載體表面包含能與所述生物試劑結合的受體；以及包含熒光劑的第二組分，其中當所述生物試劑與所述受體結合時，該熒光劑能與所述生物試劑結合。
根據(jù)第四實施方案，提供檢測樣品中生物試劑的方法，其包括將樣品和顆粒狀固體載體及熒光劑在容器的儲存器中孵育，該容器包含限定所述儲存器的壁，其中所述顆粒狀固體載體能被磁場吸引，且該顆粒狀固體載體表面包含能與所述生物試劑結合的部分，且其中所述熒光劑包含能與所述生物試劑結合的部分；透過容器器壁對所述樣品應用磁場，使得該樣品中的固體載體顆粒被所述磁場吸引從而形成靠近所述容器器壁的表面；使光源照射在由所述固體載體顆粒形成的表面上；以及檢測由所述固體載體顆粒形成的表面發(fā)射的熒光；其中所檢測到的熒光指示所述樣品中生物試劑的存在和/或數(shù)量。
附圖的簡要說明

圖1是其中插有生物檢測藥筒的生物檢測裝置的圖示。
圖2顯示了熒光聚合物和生物受體共同位于固體載體(即微球體)的分析，表明分析物猝滅劑軛合物的結合是如何導致聚合物熒光的放大的超猝滅，然而未標記分析物與受體的結合沒有導致聚合物熒光的變化。
圖3顯示了一種分析，其中熒光聚合物和葡萄球菌腸毒素B(SEB)的受體共同位于固體載體上，并且其中在分析物(即蛋白毒素SEB)的存在下，猝滅劑標記的抗體的加入導致了熒光的放大的超猝滅。
圖4A-4D顯示了使用磁固相的檢測系統(tǒng)，其采用了通過磁分離的動態(tài)表面生成和所得表面的成像。
圖5是使用熒光劑和磁性顆粒的對靶生物試劑的分析的示意圖，其中該熒光劑和磁性顆粒均包含能與該靶生物試劑結合的受體。
圖6是使用熒光劑和磁性顆粒的對抗體的分析的示意圖，其中該熒光劑和磁性顆粒之一包含該靶抗體的抗原，而另一方包含該靶抗體的受體。
圖7是使用第三傳感組分的對靶生物試劑的FRET或超猝滅分析的示意圖，其中該第三傳感組分包含具有靶識別元件的猝滅劑/敏化發(fā)射體。
圖8是使用可磁化材料的對靶生物試劑的FRET或超猝滅分析的示意圖，其中該可磁化材料嵌入可能充當或不充當敏化發(fā)射體的猝滅材料中，或與其偶聯(lián)。
圖9是各種分析的示意圖，這些分析包括監(jiān)測通過磷酸酯酶和激酶來添加或者去除磷酸酯基的分析(反應方案A)；監(jiān)視通過蛋白酶進行的肽分裂或由DNA連接酶進行的DNA鏈連接的分析(反應方案B)；以及監(jiān)視通過天然折疊蛋白質(zhì)的抗體進行的蛋白質(zhì)再折疊過程的分析(反應方案C)。
圖10是應用DNA三鏈體形成的對靶核酸的分析的示意圖，其中該分析使用第一和第二核酸試劑，以及熒光劑和磁性顆粒，其中每一所述核酸試劑對靶具有親和性，且每一試劑均包含生物素部分，且所述熒光劑和磁性顆粒均包含生物素結合蛋白。
圖11A是在檢測器中使用的反應藥筒的示意圖。
圖11B是其中插有圖11A的反應藥筒的檢測器的示意圖。
圖12是顯示測得的熒光為樣品中炭疽桿菌芽胞數(shù)量的函數(shù)的直方圖。
圖13是顯示測得的熒光為SEB的生物試劑濃度的函數(shù)的直方圖。
圖14是顯示測得的熒光為蓖麻毒素的生物試劑濃度的函數(shù)的直方圖。
圖15是顯示含有各種干擾物的樣品與含有該干擾物和炭疽桿菌芽胞的樣品所測得的熒光的對照的直方圖。
圖16是顯示含有高濃度桿菌芽胞而非炭疽桿菌芽胞的樣品測得的熒光的直方圖，說明在炭疽桿菌芽胞分析中這些樣品無一產(chǎn)生陽性信號。
圖17是顯示含有各種干擾物的樣品與含有該干擾物和蓖麻毒素的樣品測得的熒光的對照的直方圖。
圖18A-18D是一種分析的示意圖，其中芽胞與磁性顆粒和熒光標記混合，二者均可與靶生物試劑結合(圖18A)；在混合和孵育期間，該磁性顆粒和熒光標記與芽胞結合(圖18B)；磁化所述溶液導致結合與未結合磁性材料被吸引至磁化表面(圖18C)；洗去溶液中殘留的未結合的熒光標記(圖18D)。
詳細說明提供能夠用于檢測空氣中，水中或者從不同表面吸取的液體中的生物試劑(例如細菌，毒素，病毒)的便攜式(例如手持)自動儀器。根據(jù)一實施方案，檢測能在5分鐘或更短的時間內(nèi)完成。檢測器可以包含在生物試劑存在時發(fā)出信號的報警器。該裝置的潛在使用者包括緊急事件應答人員和醫(yī)院傷員鑒別人員。該生物檢測裝置的操作需要最低限度的技術技能并且能夠檢測和分辨多種劑，而發(fā)生較少的假陽性和假陰性案例。
在生物檢測裝置中可以使用多種分析形式。示例性的分析形式包括固相(例如基于微球體)分析。例如，可以使用固相分析來，例如，檢測蛋白和小分子毒素。這些分子不需要被檢測分析物(例如毒素)的化學或物理修飾，因此可以對生物樣品中的天然形式存在的分析物進行檢測。雖然以上描述了固相分析，但是還可以使用采用可溶性試劑的分析形式。
使用一次性，可丟棄(disposable)的藥筒實現(xiàn)分析步驟。最低限度訓練的操作人員可以使用該裝置并且很少會發(fā)生操作引入的錯誤。圖1給出了示例性的便攜式生物檢測裝置。
使用可丟棄的移液管將樣品引入藥筒。樣品的體積可以是，例如50mL。使用藥筒中的活塞(plunger)產(chǎn)生液流以完成分析。
提供含有生物檢測器，一個或多個藥筒，以及一個或多個陽性和/或陰性對照的生物檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對照能夠用于確保生物檢測器正常發(fā)揮功能。
提供用于各類生物和化學試劑的分析。示例性的生物試劑包括，但不限于，細菌(例如炭疽桿菌)，毒素(例如葡萄球菌腸毒素B)，以及病毒(例如流感病毒)。細菌劑可以是形成孢子的。例如，提供檢測炭疽桿菌和葡萄球菌腸毒素B的檢測藥筒。其他能夠被檢測的生物和化學試劑的示例性試劑包括形成孢子的細菌，植物性細菌，病毒，蛋白毒素，蛋白酶，窒息性毒劑，神經(jīng)毒劑，糜爛性毒劑，以及濫用的藥物。能夠被檢測的生物和化學試劑的具體例子包括肉毒桿菌毒素A，B和E；Q熱；瘟疫(鼠疫耶爾森菌)；牛痘/天花；沙林毒氣；光氣；VX毒氣；以及可卡因。除此之外，得到能夠用于檢測酶，酶活性，核酸(例如DNA)，抗體和諸如咖啡因和可卡因的小分子的分析。具體應用包括炭疽桿菌，葡萄球菌腸毒素B(SEB)，蓖麻毒素以及芽胞膜糖蛋白的分析。
QTL生物試劑檢測第一方法涉及包含靶分析物的受體(例如諸如SEB特異性抗體或肽的SEB受體)的固體載體的使用。在該方法中，該固體載體并不包含熒光劑。一旦分析物暴露于負載有所述受體的固體載體時，包含能與分析物(例如含有諸如聚合物或其他高吸收和熒光體系的高熒光標記的SEB抗體)結合的部分的熒光劑能夠與捕獲在所述固體載體上的分析物結合。測量從結合的熒光劑發(fā)出的熒光強度提供分析物的定量指數(shù)。該方法能夠用于提供對生物試劑的敏感的，特異性的以及定量的檢測，該生物試劑包括但不限于炭疽桿菌和SEB。
還提供了使用放大的超猝滅或熒光共振能量轉(zhuǎn)移(即FRET)的分析。此外，含有一系列生色團的聚合物具有不同于孤立的單體生色團或染料熒光的熒光發(fā)射，其中所述生色團通過共軛(即共軛聚合物)或懸垂(pendant)連接在一起，并緊靠在非共軛的聚合物主鏈上(即染料懸垂聚合物)。當聚合物暴露并與非常少量的某些能量或電子轉(zhuǎn)移猝滅劑結合時，這些聚合物熒光顯示了放大的響應(即超猝滅)[1-3，6]。因此，對于每分子由幾百至幾千個單元或生色團組成的聚合物，僅少量分子猝滅劑分子就能夠“關閉”或者猝滅整個聚合物發(fā)出的熒光。因此該放大的熒光猝滅或超猝滅與單個燈泡被移走或燒壞時，整串圣誕樹的燈光熄滅類似。使用放大的超猝滅的分析已被開發(fā)用于許多生物靶標[1，7-9]。這些生物檢測分析是基于聚合物和聚合物體系的熒光，及其對通過能量傳遞或電子轉(zhuǎn)移猝滅劑造成的熒光猝滅的獨特的高靈敏度。
圖2顯示了熒光聚合物和生物受體共同位于微球體或其他固體載體上的分析。從圖2中可以看出，分析物與受體的結合并沒有導致聚合物熒光的變化，然而分析物猝滅劑軛合物的結合(例如包含猝滅劑，連接子和受體配體的生物軛合物)導致該聚合物熒光的放大超猝滅。
根據(jù)第二方法，熒光聚合物和生物試劑(例如SEB或者BT)的受體共同位于固體載體上(例如微球體)。使用公知技術使聚合物和受體與載體軛合[1-5，7-10]。圖3顯示了該類型的分析。
所述受體可以是抗體(例如通過生物素結合蛋白締合錨定到載體的生物素基化的抗體)或者分子受體(例如生物素基化的肽)。對于SEB，可以使用商品抗體，或者合成與SEB結合的生物素基化的肽。據(jù)顯示，多克隆抗體結合固體載體錨定的SEB。在該“夾心(sandwich)分析”的第一階段中，SEB分析物被捕獲在微球體上。在下一階段中，將第二抗體暴露于所述小珠，與所錨定的SEB形成“夾心”，該第二抗體具有作為所述熒光聚合物的能量轉(zhuǎn)移接受體的功能，從而導致聚合物熒光的猝滅以及接受體熒光的敏化(在不同的、更長的波長)?？杀O(jiān)視聚合物熒光和能量接受體熒光，或者其中之一，比例將提供SEB水平的定量測定。
動態(tài)表面生成與成像在一些應用中，靶材料相對較大(例如與小的蛋白毒素相對的納米級或微米級顆粒)。在這些應用中，由于距離限制了固有的能量轉(zhuǎn)移機理，上述的超猝滅的應用可能無效。因此，提供了接合溶液/混懸液相分析形式的優(yōu)點、以及固相/橫向流動分析(1ateral flow assay)的簡易性的檢測技術。該技術適于包括但不限于夾心和競爭形式的多種不同分析類型。
當使用該方法時，在溶液/混懸液中使用磁固體載體(例如磁微球體)進行分析。隨后，使用磁分離來將結合的分析物與溶液的剩余物分離。在該方法中，形成了包含磁性顆粒的表面。清洗步驟之后，可以從所述磁性顆粒的表面直接讀取熒光信號，而不用重新懸浮所述顆粒并檢測溶液中的熒光。
圖4顯示了檢測系統(tǒng)以及采用動態(tài)表面生成和成像的分析。如圖4A所示，藥筒框架(A)限定了含有分散在標記溶液(B)中的磁性微粒的檢測儲存器。該磁性微?？梢灾苯踊蛘唛g接與熒光標記(C)結合。標記溶液過量。如圖4B所示，使用第一磁場(D)來產(chǎn)生被檢測儲存器中的磁性顆粒(E)包被的表面。形成表面后，在準備清洗步驟時，使用比第一磁場強的第二磁場(F)以防止磁性顆粒包被層的剝離。還可以使用單一磁場強度進行分析。圖4C顯示了該步驟。在清洗時，使用洗液(G)代替檢測儲存器中的標記溶液。一旦標記溶液被移除，可對所述磁性顆粒的表面或者包被層成像。如圖4D所示，在成像期間，將激發(fā)光源(H)聚焦于所述磁性顆粒包被層上，同時收集從包被層表面發(fā)出的熒光(I)作為信號。
熒光標記與磁性微粒的結合可以發(fā)生在，例如，分析物存在下。例如，熒光標記可以軛合到與分析物結合的部分。進而，樣品中的分析物可以與所述磁性微粒表面的受體結合。因此，當樣品中存在分析物時，磁性微粒被熒光標記。因此，樣品中分析物的存在導致熒光增強。
或者，所述標記溶液可以包含熒光標記的分析物或者分析物代用品。當將樣品加入儲存器中，樣品中的分析物與標記的分析物競爭在磁性顆粒上的分析物結合部位。因此，樣品中存在的分析物導致熒光減弱。
上述的動態(tài)表面生成和成像技術的優(yōu)點之一是使用溶液/混懸液相確保了最佳的動態(tài)條件，與此同時磁性顆粒包被層的形成濃縮了分析物，從而顯著提高了分析的靈敏度。該技術的另一優(yōu)點是表面是動態(tài)形成的，不存在與經(jīng)常發(fā)生在通常使用尼龍和硝化纖維膜的橫向流動分析中相同的非特異性結合問題。
本文描述了檢測包括蛋白毒素和微生物的病原體的高度敏感的系統(tǒng)和分析。尤其提供手持生物檢測器，其可以迅速、就地檢測危險生物試劑。由于用于檢測的化學物質(zhì)的簡易性和穩(wěn)定性(robustness)，當新的生物威脅劑出現(xiàn)時，這些技術可以容易地應用于其上。
示例性分析形式動態(tài)表面生成和成像的示例性應用是夾心免疫測定法，其中熒光劑和可磁化材料均包含受體。示例性的受體包括但不限于，抗體(例如單克隆的，多克隆的，單鏈或抗體片斷)，低聚物適體(例如DNA，RNA，合成寡核苷酸)，糖類，脂類，肽類，官能團結合蛋白類(例如生物素結合蛋白，磷酸鹽結合蛋白)，DNA，RNA，合成寡核苷酸，金屬結合絡合物，或者任何對另一分子或復合物具有特異親和性的天然或合成分子或復合物。此外，所述受體對特定靶材料(例如化學或生物試劑)具有特異親和性。通過產(chǎn)生熒光劑-靶-可磁化材料復合物，可以磁化和清洗溶液以產(chǎn)生顆粒，其只有在樣品中存在靶標的情況下才含有熒光劑。圖5簡要顯示了該類型的分析。
另一示例性直接檢測的策略是抗體滴定(titer)分析，其中熒光劑或可磁化材料包含目標抗體的抗原。在該實施方案中，沒有與抗原結合的傳感材料(即，所述熒光劑或可磁化材料)能與抗體特別是由產(chǎn)生目標抗體的動物物質(zhì)產(chǎn)生的抗體相連。當將存在目標抗體的樣品與包含這些傳感材料的溶液孵育時，目標抗體能夠與所述磁性材料和熒光劑形成復合物。結果是當樣品中存在目標抗體時，在動態(tài)表面生成和成像分析中能夠檢測到熒光信號。圖6簡要顯示了該類型的分析。
使用兩種途徑之一可以將圖5描述的技術改良為基于FRET或超猝滅的應用。如圖7所示，第一種途徑包括加入包含猝滅劑的第三傳感組分，該猝滅劑可以是或不是具有靶識別元件的敏化發(fā)射體。如圖8所示，在第二種途徑中，所述磁性材料包含猝滅劑(例如嵌入的或者偶聯(lián)的猝滅劑)，其可以作為或者不作為敏化發(fā)射體。在這些敏化發(fā)射途徑中，不需要清洗步驟來拆分信號。然而，如果僅僅使用猝滅劑，清洗步驟可以用于降低由于未結合熒光劑造成的背景信號。
可選擇的應用包括監(jiān)視諸如結構修飾的化學或生物變化。以下敘述各種示例性的分析形式。
化學或生物部分的加入或去除該類型應用的實施例是監(jiān)測通過磷酸酯酶和激酶引入或去除磷酸酯基。示例性起始材料包括具有磷酸化位點的生物素化的肽，具有共價連接的生物素結合蛋白(例如卵白素)的熒光劑，以及具有共價連接的磷酸酯結合蛋白的可磁化材料。圖9的反應方案A簡要地顯示了該類型的分析。
共價/非共價的復合/附著/解離/鍵斷裂該類型的示例性應用是監(jiān)測通過蛋白酶的肽裂解或者通過DNA連接酶的DNA鏈的連接。示例性的起始材料包括包含其間具有蛋白酶識別的兩個生物素的肽，包含生物素結合蛋白(例如卵白素)的熒光劑，以及包含生物素結合蛋白(例如卵白素)的磁性材料。生物素結合蛋白可以與所述熒光劑和/或磁性材料共價連接。
圖9的反應反案B簡要地顯示了采用復合/附著的該類型分析，其中復合/附著事件導致熒光劑/磁性材料復合物的形成。
化學或生物修飾或折疊該類型的應用監(jiān)測通過天然折疊蛋白質(zhì)的抗體導致的蛋白質(zhì)重折疊(refold)過程。然而，該類型應用不限于重折疊過程，還包括任何可檢測的化學或生物部分。示例性起始材料包括具有共價連接的生物素的非折疊蛋白質(zhì)，含有生物素結合蛋白(例如卵白素)的熒光劑，該生物素結合蛋白可與該熒光劑共價結合，以及包含天然折疊蛋白的抗體的磁性材料。
圖9的反應反案C簡要顯示了該類型的分析，其中折疊(在圖中由●到▲轉(zhuǎn)變表示)導致蛋白質(zhì)被連接到磁性材料的抗體識別，從而導致熒光劑/磁性材料復合物的形成。
含有多受體位點的復合物的產(chǎn)生示例性分析包括產(chǎn)生含有多受體位點的復合物的分析。該類型的示例性分析包括DNA三鏈體的形成。示例性起始材料包括第一和第二核酸，其中每一核酸都對靶核酸具有親和性，且每一核酸還包含生物素部分，以及熒光劑和磁性材料，兩者均包含生物素結合蛋白(例如卵白素)。所述生物素結合蛋白能與該熒光劑和/或磁性材料共價連接。圖10簡要顯示了該類型的分析。
上述分析和形式通?？捎糜谌魏蜗到y(tǒng)，其中產(chǎn)生磁性顆粒(即小球)的表面，激發(fā)源和檢測器能夠聚焦在該表面上。例如，在如下所述的平板讀出器上進行所述分析。首先，通過使用格柵(rack)來磁化平板中的樣品，該格柵將磁鐵放置在平板的孔下，使得在孔底部的特定位置形成磁性顆粒。然后清洗樣品。隨后，所述平板讀出器的光源以及平板讀出器的檢測器進行光學聚焦，以激發(fā)形成的顆粒，并監(jiān)測熒光的輸出。
以上策略可以用于基于任何芯片的應用，其中可以定向所述磁鐵以形成顆粒，光源和檢測器可以聚焦來激發(fā)和收集從該顆粒發(fā)出的放射。
實施例使用動態(tài)表面生成和成像方法開發(fā)了炭疽桿菌，蓖麻毒素(蓖麻子毒素)以及葡萄球菌腸毒素B的檢測和定量分析。圖11A和圖11B顯示了進行該分析所用的儀器。如圖11A所示，分析可以使用預先裝有傳感材料(例如具有生物試劑受體的熒光劑，以及具有生物試劑受體的磁性材料)的藥筒。這些傳感材料可以制成干燥形式以便長期儲存。含有洗液的清洗注射器(圖11A中顯示的大注射器)可以插入藥筒。含有測試所關注材料的樣品可以通過擦洗(swab)試劑盒或者稀釋在取樣溶劑中制備，然后收集至采樣注射器(圖11A顯示的小注射器)。將樣品注射器插入藥筒。然后通過擠壓采樣注射器的注射筒將樣品加入到傳感試劑中。然后震動藥筒1分鐘(該步驟對毒素分析不如對芽孢分析重要)。如圖11B所示將藥筒插入檢測器單元進行2分鐘的孵育過程。在該時間內(nèi)，磁性材料被磁化并產(chǎn)生表面，該表面在所關注的生物試劑存在時顯示出熒光劑。激發(fā)并收集發(fā)射的熒光后，使用者可以得到結果(例如靶存在或者不存在)。激發(fā)和收集發(fā)射的熒光能夠在5秒鐘內(nèi)完成。分析所需的總時間大約3.5分鐘。
圖12-16顯示了使用動態(tài)表面生成和成像所收集到的數(shù)據(jù)。
圖12-14所示數(shù)據(jù)決定的檢測限如下靶 檢測限炭疽桿菌約5,000芽孢蓖麻毒素＜5ngSEB ＜0.1ng如圖15和17所示，測試了碳酸氫鈉，玉米淀粉，面粉以及亞利桑那測試粉塵的干擾物，確定為對分析具有有限的作用，且不導致陽性信號(即假陽性)。然而，在某些干擾物存在時出現(xiàn)了信號的變化。然而，在所使用的濃度(即干擾物濃度為100μg/mL，其為所使用的毒素分析物濃度的100,000倍)，所測試的材料沒有一種完全抑制了所述分析。
如圖16所示，在炭疽桿菌分析形式中還測試了炭疽桿菌的最近領域的芽孢，每次分析中即使在一百萬芽孢的水平，這些芽孢中無一顯示陽性信號。
因此，通過動態(tài)表面生成和成像產(chǎn)生的分析是靈敏的和特異性的。此外，傳感試劑混合物能夠?qū)Χ嘀厣镌噭┪镌噭┊a(chǎn)生多種分析。這可以通過許多方法實現(xiàn)，但是最簡單的是混合兩種傳感器，或者通過加入熒光劑和可磁化材料的多種受體產(chǎn)生多重感應器。這兩種途徑的后者可以是單色分析，其中結果是靶A或B存在，而第一種途徑(多重傳感器)可以是多種顏色分析，其中如果A存在則存在一種熒光顏色，并且如果B存在，則存在另一顏色。在該實施方案中，所述熒光劑是不同顏色的。
如18A-18D給出了示例性的分析形式。如18A所示，芽孢與包含磁性微球體的QTL傳感溶液和熒光標記混合，這二者均能與靶生物試劑(所示的芽孢)結合。從圖18B可以看出，在混合和孵育期間，傳感材料(即磁性微球體和熒光標記)能與芽孢結合。如圖18C所示，隨后溶液被磁化。磁場的應用導致結合和未結合的磁性材料被吸引至表面。如圖18D所示，隨后溶液中剩余的未結合熒光標記被沖洗掉。存在激發(fā)表面發(fā)射的熒光表明樣品中靶生物試劑的存在和/或數(shù)量。
雖然借助為說明目的提供的實施例，上文教導了本申請的原理，然而本領域內(nèi)技術人員通過閱讀本公開，應理解在不偏離本發(fā)明實際范圍的情況下，可作出各種形式和細節(jié)上的改變。
引用的文獻[1]Chen，L.，D.W.McBranch，H.-L.Wang，R.Helgeson，F(xiàn).Wudl，and D.G.Whitten，″Highly sensitive biological and chemical sensorsbased on reversible fluorescence quenching in a conjugated polymer″(基于軛合聚合物中的可逆熒光猝滅的高靈敏度的生物和化學傳感器)，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States ofAmerica(美國科學院會議錄)，96，pp.12287-12292(1999). Chen，L.，D.W.McBranch，R.Wang，and D.Whitten，″Surfactant-Induced Modification of Quenching of Conjugated PolymerFluorescence by Electron AcceptorsApplications for ChemicalSensing″(表面活性劑誘導的由電子受體引起的軛合聚合物熒光猝滅的改變化學傳感應用)，Chemical Physics Letters(化學物理快報)，330，pp.27-33(2000). Chen，L.，S.Xu，D.McBranch，and D.Whitten，″Tuning theProperties of Conjugated Polyelectrolytes through SurfactantComplexation″(通過表面活性劑的復合調(diào)節(jié)軛合的聚合電解質(zhì)的性質(zhì))，Journal of the American Chemical Society(美國化學會志)，112(28)，pp.9302-9303(2000). Jones，R.M.，L.Lu，R.Helgeson，T.S.Bergstedt，D.W.McBranch，and D.Whitten，″Building Highly Sensitive Dye Assemblies forBiosensing from Molecular Building block″(從分子結構單元建立生物感應的高靈敏度染料組合)，Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America(美國科學院會議錄)，98(26)，pp.14769-14772(2001). Lu，L.，R.M.Jones，D.McBranch，and D.Whitten，″Surface-Enhanced Superquenching of Cyanine Dyes as J-Aggregates onLaponite Clay Nanoparticles″(Laponite黏土納米顆粒上呈J-聚集體的花青染料的表面加強超猝滅)，Langmuir(藍格繆爾)，18(20)，pp.7706-7713(2002). Lu，L.，R.Helgeson，R.M.Jones，D.McBranch，and D.G.Whitten，″Superquenching in Cyanine Pendant Poly(L-lysine)DyesDependenceon Molecular Weight，Solvent，and Aggregation″(在花青懸垂聚(L-賴氨酸)染料中的超猝滅對分子量，溶劑和聚集的依賴性)，Journal of theAmerican Chemical Society(美國化學會志)，124(3)，pp.483-488(2002). Kushon，S.A.，K.Bradford，V.Marin，C.Suhrada，B.A.Armitage，D.McBranch，and D.Whitten，″Detection of Single NucleotideMismatches Via Fluorescent Polymer Superquenching″(通過熒光聚合物超猝滅檢測單一核苷酸錯配)，Langmuir(藍格繆爾)，19，pp.6456-6464(2003). Kushon，S.A.，K.D.Ley，K.Bradford，R.M.Jones，D.McBranch，and D.Whitten，″Detection of DNA Hybridization via FluorescentPolymer Superquenching″(通過熒光聚合物超猝滅檢測DNA雜交)，Langrnuir，18(20)，pp.7245-7249(2002). Kumaraswarny，S.，T.Bergstedt，X.Shi，F(xiàn).Rininsland，K.Achyuthan，S.Kushon，K.Ley，W.Xia，D.McBranch，and D.Whitten，″Fluorescent Conjugated Polymer Superquenching Facilitates HighlySensitive Detection of Proteases″(熒光軛合聚合物超猝滅促進蛋白酶的高靈敏度檢測)，Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America(美國科學院會議錄)，101，7511-7515(2004). Cooper，M.A.，″Optical Biosensors in Drug Discovery″(藥物發(fā)現(xiàn)中的光學生物傳感器)，Nature Reviews(自然綜述)，1，pp.515-528(2002).
權利要求
1.藥筒，其包含限定檢測儲存器的器壁；以及所述檢測儲存器中的流體，該流體包含能被磁場吸引的顆粒狀固體載體，其中該顆粒狀固體載體表面包含能與生物試劑結合的受體；以及能與所述生物試劑結合的熒光劑；以及將樣品引入所述儲存器的端口。
2.如權利要求1所述的藥筒，還包含適用于在所述檢測儲存器中產(chǎn)生液流的活塞。
3.如權利要求1所述的藥筒，其中所述熒光劑包含多種彼此結合的熒光物質(zhì)，使得當猝滅劑與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠放大地超猝滅由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
4.如權利要求1所述的藥筒，其中所述生物試劑是葡萄球菌腸毒素B，肉毒桿菌毒素，或者炭疽桿菌。
5.如權利要求1所述的藥筒，其中所述顆粒狀固體載體是微球體。
6.如權利要求1所述的藥筒，其中所述顆粒狀固體載體包含猝滅劑，其中當所述顆粒狀固體載體和熒光劑與所述生物試劑結合時，所述猝滅劑能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)出的熒光。
7.如權利要求6所述的藥筒，其中所述猝滅劑發(fā)射熒光。
8.如權利要求1所述的藥筒，其中所述檢測儲存器中的流體還包含猝滅劑，其中當所述生物試劑與所述顆粒狀固體載體和所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能與所述生物試劑結合，且當與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)出的熒光。
9.檢測裝置，包含適用于接受上述藥筒的外殼；適用于將光照射在所述藥筒的檢測儲存器的內(nèi)表面上的激發(fā)光源；以及適用于檢測從所述藥筒的檢測儲存器的內(nèi)表面發(fā)出的熒光的檢測器。
10.如權利要求9所述的檢測裝置，還包含指示劑，其適用于在所述檢測儲存器中存在所述生物試劑時發(fā)出信號。
11.如權利要求9所述的檢測裝置，其中所述指示劑是報警器，其在所述檢測儲存器中存在生物試劑時發(fā)出響聲。
12.如權利要求9所述的檢測裝置，還包含磁場發(fā)生器，其適用于透過所述容器的器壁對所述檢測儲存器中的流體應用磁場。
13.如權利要求12所述的檢測裝置，其中所述磁場發(fā)生器能夠產(chǎn)生至少兩種不同強度的磁場。
14.如權利要求9所述的檢測裝置，還包含從所述儲存器中移除流體的端口。
15.檢測樣品中生物試劑存在和/或數(shù)量的試劑盒，其包含包含能被磁場吸引的顆粒狀固體載體的第一組分，其中所述顆粒狀固體載體的表面包含能與所述生物試劑結合的受體；以及包含熒光劑的第二組分，其中當所述生物試劑與所述受體結合時，所述熒光劑能與所述生物試劑結合。
16.如權利要求15所述的試劑盒，其中所述顆粒狀固體載體是微球體。
17.如權利要求15所述的試劑盒，其中所述生物試劑是葡萄球菌腸毒素B，肉毒桿菌毒素，或者炭疽桿菌。
18.如權利要求15所述的試劑盒，還包含包含猝滅劑的第三組分，其中當所述生物試劑與所述受體和所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能與所述生物試劑結合，且當與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
19.如權利要求18所述的試劑盒，其中所述熒光劑包含多種彼此結合的熒光物質(zhì)，使得當所述猝滅劑與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠放大地超猝滅由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
20.如權利要求18所述的試劑盒，其中所述猝滅劑發(fā)射熒光。
21.如權利要求15所述的試劑盒，其中所述顆粒狀固體載體包含猝滅劑，其中當所述顆粒狀固體載體和熒光劑與所述生物試劑結合時，所述猝滅劑能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)出的熒光。
22.如權利要求21所述的試劑盒，其中所述猝滅劑發(fā)射熒光。
23.檢測樣品中的生物試劑的方法，包括將樣品與顆粒狀固體載體及熒光劑在容器的儲存器中孵育，所述容器包括限定所述儲存器的壁，其中所述顆粒狀固體載體能被磁場吸引，且所述顆粒狀固體載體表面包含能與所述生物試劑結合的部分，且其中所述熒光劑包含能與所述生物試劑結合的部分；透過所述容器的器壁對所述樣品應用磁場，使得所述樣品中的固體載體顆粒被所述磁場吸引，從而形成靠近所述容器器壁的表面；使光源照射在由所述固體載體顆粒形成的表面上；以及檢測由所述固體載體顆粒形成的表面發(fā)射的熒光；其中所檢測到的熒光指示了所述樣品中生物試劑的存在和/或數(shù)量。
24.如權利要求23所述的方法，還包含在應用磁場后以及用光源照射前，清洗由所述固體載體顆粒形成的所述表面。
25.如權利要求24所述的方法，還包含在應用磁場后以及清洗前，增大所應用的磁場的強度。
26.如權利要求23所述的方法，還包含將所述樣品與猝滅劑孵育，其中當所述生物試劑與所述顆粒狀固體載體和熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠與所述生物試劑結合，且當與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述熒光劑包含多種彼此結合的熒光物質(zhì)，使得當所述猝滅劑與所述熒光劑結合時，所述猝滅劑能夠放大地超猝滅由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
28.如權利要求26所述的方法，其中所述猝滅劑能夠發(fā)射熒光，且檢測包括檢測由所述猝滅劑發(fā)射的熒光，以及，任意地，還檢測由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
29.如權利要求26所述的方法，其中檢測包括檢測由所述熒光劑發(fā)射的熒光。
30.如權利要求23所述的方法，其中所述顆粒狀固體載體包含猝滅劑，且當所述顆粒狀固體載體和熒光劑與所述生物試劑結合時，能夠猝滅由所述熒光劑發(fā)出的熒光。
31.如權利要求30所述的方法，其中所述猝滅劑發(fā)射熒光。
32.如權利要求23所述的方法，其中所述顆粒狀固體載體的表面包含能與第二生物試劑結合的第二部分，且其中所述熒光劑包含第二部分，且當所述第二生物試劑與所述顆粒狀固體載體結合時，所述熒光劑的第二部分能夠與所述第二生物試劑結合。
33.如權利要求23所述的方法，還包括將所述樣品與第二顆粒狀固體載體和第二熒光劑在所述儲存器中孵育，其中所述第二顆粒狀固體載體能被磁場吸引，且所述第二顆粒狀固體載體的表面包含能與第二生物試劑結合的部分，且其中所述第二熒光劑包含當所述第二生物試劑與所述顆粒狀固體載體結合時，能與第二生物試劑結合的部分；其中由所述第二熒光劑發(fā)射的熒光能夠與所述熒光劑發(fā)射的熒光相區(qū)別；其中由所述熒光劑發(fā)射的熒光指示所述樣品中生物試劑的存在和/或數(shù)量，且其中由所述第二熒光劑發(fā)射的熒光指示所述樣品中第二生物試劑的存在和/或數(shù)量。
全文摘要
提供分析物的靈敏檢測技術，該技術結合了溶液/混懸液相分析形式的優(yōu)點以及固相/橫向流動分析的簡易性。在溶液/混懸液相中使用磁性微球體作為固體載體進行分析。隨后，使用磁分離將結合的分析物與溶液的剩余物分離。清洗步驟之后，可以從磁性顆粒表面直接讀取熒光信號。還公開了使用熒光聚合物超猝滅的便攜式生物檢測系統(tǒng)及用其檢測生物試劑的方法。
文檔編號G01N33/53GK1914495SQ200580003598
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權日2004年1月30日
發(fā)明者巴特·J·萬德斯, 斯圖爾特·A·庫順 申請人:Qtl生物系統(tǒng)有限公司