專利名稱：確定流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，且特別地但非排他地涉及確定生物流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，包括在諸如人體的活體中進(jìn)行測(cè)量。
背景技術(shù)：
在許多醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、制造和其它系統(tǒng)中，都需要確定流體中不同物質(zhì)的存在和/或濃度，所述物質(zhì)包括但不限于諸如蛋白質(zhì)、激素或DNA的分子。在通常的分析過(guò)程中，利用免疫測(cè)試系統(tǒng)來(lái)測(cè)量這樣的分子。這些免疫測(cè)試依賴于附著或結(jié)合到感興趣分子上的帶標(biāo)簽抗體或探針(配體)的存在。帶標(biāo)簽探針的存在被檢測(cè)，并且所檢測(cè)到的探針的量與被分析分子的濃度相關(guān)。具有捕獲探針或抗體以及第二標(biāo)記探針或抗體來(lái)揭示捕獲分子的多探針系統(tǒng)是常見(jiàn)的。已經(jīng)使用過(guò)的探針具有的標(biāo)簽為放射性、酶、熒光、化學(xué)發(fā)光和分光光度測(cè)定的或比色測(cè)定的。標(biāo)記探針測(cè)量的終點(diǎn)因此可以在包括分光光度測(cè)定、電化學(xué)、放射性、比色測(cè)定、電流測(cè)定或電勢(shì)測(cè)定的不同系統(tǒng)中被揭示。
已經(jīng)在多探針系統(tǒng)中采用磁珠作為用于捕獲探針的固定相，這提供了具有用于捕獲探針附著的高表面積的高度移動(dòng)性珠系統(tǒng)[1]。然后可以在分子附著到捕獲探針之后添加第二探針或抗體，且在最常見(jiàn)的應(yīng)用中，然后使用磁場(chǎng)將珠子吸引到一起，這允許了在可以測(cè)量標(biāo)簽水平的地方形成濃縮物。例如如果標(biāo)簽是熒光的，那么這可以被直接讀取，或者可以通過(guò)如下的間接方法讀取，即引入可以與探針標(biāo)簽反應(yīng)的溶液以產(chǎn)生可測(cè)量的效應(yīng)(例如通過(guò)與標(biāo)簽的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)而產(chǎn)生光)。
有大量文獻(xiàn)US 6,046,585、US 6,275,031、US 6,437,563和US 6,483,303(均被轉(zhuǎn)讓給Quantum Dynamics Inc.)都公開了使用免疫測(cè)試來(lái)確定與樣品中感興趣物質(zhì)復(fù)合的磁性顆粒的存在。磁場(chǎng)被施加于樣品，并且由此使得磁性顆粒在激發(fā)頻率下以偶極子的形式振動(dòng)而產(chǎn)生它們自己的場(chǎng)。這些場(chǎng)被感應(yīng)耦合到至少一個(gè)傳感器以產(chǎn)生所述磁性顆粒存在的有用指示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供確定流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的替代方法。本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)目的是使得能夠確定小體積流體中，典型地少于5μL，物質(zhì)的存在和/或濃度。本發(fā)明的一種優(yōu)選結(jié)果是這些測(cè)試應(yīng)該在快速毛細(xì)管和/或湍流條件下進(jìn)行以縮短測(cè)試時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了確定流體中一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，該方法包括如下步驟將磁性顆粒附著到流體中感興趣物質(zhì)或每種感興趣物質(zhì)上，并將流體引入到具有場(chǎng)梯度的不均勻磁場(chǎng)中并從而確定流體中磁性顆粒的存在和/或濃度，由此確定一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
迄今為止，以此方式確定磁性顆粒的存在和/或濃度還沒(méi)有被用來(lái)推斷附著到那些顆粒上的感興趣物質(zhì)的存在。使用這種技術(shù)使得能夠?qū)α黧w快速分析以及對(duì)非常小體積的流體有效分析。
流體可以是液體或氣體，并且可以是生物流體如體液。
感興趣物質(zhì)可以包括天然存在的物質(zhì)，化學(xué)或生物反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，如藥物副產(chǎn)物，以及被引入流體樣品中的物質(zhì)。物質(zhì)可以是化合物，尤其是分子，并且例如可以是蛋白質(zhì)、激素或DNA片段。
“磁性”顆粒被理解成是具有非零磁化率的顆粒。磁性顆?；蛎總€(gè)磁性顆?？梢允氰F磁性、反磁性、順磁性或超順磁性的?？梢允褂眠@種顆粒的均勻或非均勻混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述顆?；蛎總€(gè)顆粒由氧化鐵形成?？梢允褂么笮≡?納米到100微米范圍的顆粒，或者在一些實(shí)施方案中可以使用大小在5納米到50微米范圍的顆粒。
顆?；蛎總€(gè)顆?？梢酝ㄟ^(guò)被稱作結(jié)合物質(zhì)的其它物質(zhì)而被附著到感興趣物質(zhì)上。顆?；蛎總€(gè)顆?？梢杂媒Y(jié)合物質(zhì)包被。結(jié)合物質(zhì)可以是蛋白質(zhì)，并且在一些實(shí)施方案中其是抗體或探針(配體)。
磁性顆?；蛎總€(gè)磁性顆?？梢杂糜兄诮Y(jié)合物質(zhì)附著到顆粒上的材料包被。一種合適的包被材料是聚苯乙烯。
磁性顆粒可以在它們被引入流體中之前附著到感興趣物質(zhì)上，例如在藥物被注射到人體中的情況下?；蛘甙挥泻线m結(jié)合物質(zhì)的磁性顆粒可以被引入含感興趣物質(zhì)的流體中，使得它們將附著到感興趣物質(zhì)上，例如適當(dāng)包被的磁性顆?？梢员蛔⑸涞饺梭w中以鑒定特定藥物副產(chǎn)物的存在和/或濃度。
通過(guò)適當(dāng)選擇結(jié)合物質(zhì)，可以安排磁性顆粒附著到多種感興趣物質(zhì)上。磁性顆?；蛎總€(gè)磁性顆?？梢园才艦槭沟盟荒芨街礁信d趣物質(zhì)的單個(gè)單元上，例如單個(gè)分子上。這樣，每個(gè)顆?？梢员惶峁┯袉蝹€(gè)抗體或捕獲探針。
可以區(qū)分流體中具有不同特性的磁性顆粒。通過(guò)使用附著到第一結(jié)合物質(zhì)上并具有常見(jiàn)已知特性的磁性顆粒，并使用附著到其它結(jié)合物質(zhì)上并具有不同已知特性的磁性顆粒，有可能確定給定流體中多于一種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。磁性顆粒的任何適當(dāng)特性都可以被改變，包括大小、形狀和磁化率。
在一些情況下，還可能通過(guò)感興趣物質(zhì)的差異特性如質(zhì)量，來(lái)區(qū)分附著到流體中不同感興趣物質(zhì)上具有相同或相似特性的磁性顆粒。
在一個(gè)實(shí)施方案中，用磁場(chǎng)傳感器測(cè)定流體中磁性顆粒并從而測(cè)定感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度，來(lái)測(cè)量待分析流體對(duì)磁場(chǎng)的影響。優(yōu)選地，磁場(chǎng)梯度在空間上沿一條線。當(dāng)流體中磁性顆粒被引入到磁場(chǎng)梯度中時(shí)，它們將受力。每個(gè)顆粒所受的力將取決于其特性。在含有對(duì)磁場(chǎng)有不同反應(yīng)的大量磁性顆粒的流體被放到不均勻磁場(chǎng)中時(shí)，不同顆粒受到不同的力，因此將傾向于遷移到場(chǎng)的不同區(qū)域。流體中存在的磁性顆粒也會(huì)以不同方式影響磁場(chǎng)。已知引入流體中的不同顆粒影響磁場(chǎng)的方式，就可能推斷它們的存在以及流體中顆粒的濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有不同磁化率的顆粒存在于流體中，并且流體被引入磁場(chǎng)梯度中。具有相同磁化率的顆粒將傾向于遷移到磁場(chǎng)梯度內(nèi)的相同位置。在任何一點(diǎn)存在的顆粒量將影響該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。通過(guò)測(cè)量流體區(qū)域中沿磁場(chǎng)梯度的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以確定流體樣品中具有不同磁化率的磁性顆粒的存在和量以及具有相同或相似磁化率的顆粒的濃度。
典型地可以使用在50到200特斯拉每米范圍內(nèi)的磁場(chǎng)梯度，并且不排斥其它磁場(chǎng)梯度。具有成形極靴的永磁體可以典型地被用于提供磁場(chǎng)梯度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒可以在經(jīng)典的“置換測(cè)試”或“流動(dòng)置換測(cè)試”中檢測(cè)。在此，顆粒被固定在表面上但是能夠通過(guò)諸如抗體的特異性結(jié)合物質(zhì)而結(jié)合至感興趣物質(zhì)。含有未知量感興趣物質(zhì)的樣品被引至該表面。來(lái)自樣品中感興趣物質(zhì)對(duì)顆粒上結(jié)合點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)將磁性顆粒與樣品中感興趣物質(zhì)的濃度成比例地釋放到溶液中。在本發(fā)明中，被釋放的顆粒受到磁場(chǎng)梯度，因此被濃縮在由它們的磁化率確定的點(diǎn)。該濃縮改變了磁場(chǎng)，并產(chǎn)生具有高磁場(chǎng)密度的點(diǎn)。磁傳感器被放在具有最高磁場(chǎng)密度的點(diǎn)用于檢測(cè)顆粒，因此大大提高了測(cè)量敏感度。傳感器可以是霍耳傳感器，或者任何其它的磁性測(cè)量傳感器。固定化顆?？梢越?jīng)由任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合物質(zhì)結(jié)合至感興趣物質(zhì)上，多層不同的結(jié)合物質(zhì)可以用來(lái)產(chǎn)生樣品中感興趣物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)的合適位點(diǎn)。
有優(yōu)勢(shì)地是，不需要第二抗體捕獲位點(diǎn)來(lái)將顆?！笆占钡揭黄鹩糜诟袦y(cè)。這使得可棄性元件更簡(jiǎn)單且更便宜。此外，也不需要在傳感器與可棄性元件之間有復(fù)雜的匹配系統(tǒng)來(lái)得到準(zhǔn)確度和一致性。磁場(chǎng)梯度自動(dòng)地將所有游離顆粒集中在感測(cè)區(qū)中。而且，NdFeb(釹鐵硼)永磁體與正確設(shè)計(jì)的極靴一起使用允許產(chǎn)生非常高的磁場(chǎng)密度。這在沒(méi)有功率輸入的情況下給出了大得多的靈敏度，而這對(duì)小型、低成本的護(hù)理點(diǎn)系統(tǒng)是必需的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，置換測(cè)試被用在分析系統(tǒng)中，但是測(cè)量是通過(guò)復(fù)雜的振蕩線圈系統(tǒng)以及用于顆粒的抗體捕獲點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的。即使通過(guò)非常高的功率輸入，這也不能產(chǎn)生相同水平的場(chǎng)密度，因此靈敏度受影響。這導(dǎo)致感測(cè)系統(tǒng)和可棄性測(cè)驗(yàn)元件的制造更復(fù)雜。因此，其不適用于小型、低成本的護(hù)理點(diǎn)機(jī)器。
而且，使用磁性顆粒的現(xiàn)有技術(shù)方法利用免疫測(cè)試和相鄰磁體來(lái)移動(dòng)和測(cè)量磁性顆粒的空間分離，本發(fā)明利用磁場(chǎng)梯度的特性、對(duì)顆粒對(duì)整個(gè)場(chǎng)的作用的了解以及靈敏的磁傳感器而能夠在測(cè)試期間在時(shí)間和空間兩方面測(cè)定顆粒流，并因而能夠確定在所檢查樣品中存在的感興趣物質(zhì)的量。
應(yīng)該理解，本發(fā)明中理解并利用磁場(chǎng)梯度與磁性顆粒的能力還可以被用于使免疫測(cè)試的效率和性能最大化。通過(guò)這種方式，本發(fā)明可以利用振蕩和其它磁場(chǎng)安排來(lái)增強(qiáng)顆粒與樣品間的相互作用和/或通過(guò)操作顆粒來(lái)操作測(cè)試期間的流速。例如，可以引入磁場(chǎng)，這將直接導(dǎo)致磁性顆粒在設(shè)備內(nèi)聚集或成簇而使樣品中流速變慢。更高的幅度可以被用于實(shí)現(xiàn)更大的靈敏度。而且，該方法可以包括向待分析流體和磁性顆粒的溶液施加振蕩磁場(chǎng)以確保在將流體引入到所述具有場(chǎng)梯度的不均勻場(chǎng)之前的混合。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了確定流體中一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，該方法包括如下步驟將待分析的流體引入到含磁性顆粒的室中，其中所述磁性顆粒與特異性用于捕獲感興趣分子的探針相結(jié)合；通過(guò)向所述室施加振蕩磁場(chǎng)將磁性顆粒與流體混合，由此來(lái)確定流體中磁性顆粒的存在和/或濃度，并從而來(lái)確定一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
流體可以是液體或氣體，并且可以是諸如體液的生物流體。
感興趣物質(zhì)可以包括天然存在的物質(zhì)，化學(xué)或生物反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，如藥物副產(chǎn)物，以及被引入流體樣品中的物質(zhì)。物質(zhì)可以是化合物，尤其是分子，并且例如可以是蛋白質(zhì)、激素或DNA片段。
“磁性”顆粒被理解成是具有非零磁化率的顆粒。磁性顆?；蛎糠N磁性顆?？梢允氰F磁性、反磁性、順磁性或超順磁性的。可以使用這種顆粒的均勻或非均勻混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述顆粒或每種顆粒由氧化鐵形成。可以使用大小在5納米到100微米范圍的顆粒，或者在一些實(shí)施方案中可以使用大小在5納米到50微米范圍的顆粒。
顆?；蛎糠N顆粒可以通過(guò)被稱作結(jié)合物質(zhì)的其它物質(zhì)而被附著到感興趣物質(zhì)上。顆?；蛎糠N顆粒可以用結(jié)合物質(zhì)包被。結(jié)合物質(zhì)可以是蛋白質(zhì)，并且在一些實(shí)施方案中其是抗體或探針(配體)。
磁性顆?；蛎糠N磁性顆?？梢杂糜兄诮Y(jié)合物質(zhì)附著到顆粒上的材料包被。一種合適的包被材料是聚苯乙烯。
磁性顆?？梢栽谒鼈儽灰肓黧w中之前附著到感興趣物質(zhì)上，例如在藥物被注射到人體中的情況下。或者包被有合適結(jié)合物質(zhì)的磁性顆?？梢员灰牒信d趣物質(zhì)的流體中，使得它們將附著到感興趣物質(zhì)上，例如適當(dāng)包被的磁性顆粒可以被注射到人體中以鑒定特定藥物副產(chǎn)物的存在和/或濃度。
通過(guò)適當(dāng)選擇結(jié)合物質(zhì)，可以安排磁性顆粒附著到多種感興趣物質(zhì)上。磁性顆?；蛎糠N磁性顆?？梢园才艦槭沟盟荒芨街礁信d趣物質(zhì)的單個(gè)單元上，例如單個(gè)分子上。這樣，每個(gè)顆?？梢员惶峁┯袉蝹€(gè)抗體或捕獲探針。
可以區(qū)分流體中具有不同特性的磁性顆粒。通過(guò)使用附著到第一結(jié)合物質(zhì)上并具有常見(jiàn)已知特性的磁性顆粒，并使用附著到其它結(jié)合物質(zhì)上并具有不同已知特性的磁性顆粒，有可能確定給定流體中多于一種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。磁性顆粒的任何適當(dāng)特性都可以被改變，包括大小、形狀和磁化率。
在一些情況下，還可能通過(guò)感興趣物質(zhì)的差異特性如質(zhì)量，來(lái)區(qū)分附著到流體中不同感興趣物質(zhì)上具有相同或相似特性的磁性顆粒。
所述室可以具有小于10μL、優(yōu)選小于5μL的體積。通過(guò)向所述室施加振蕩磁場(chǎng)，磁性顆粒與流體混合。靈敏的磁場(chǎng)檢測(cè)器，如霍耳效應(yīng)探針，被用于檢測(cè)磁性顆粒在整個(gè)流體中的移動(dòng)。當(dāng)探針和顆粒結(jié)合到感興趣物質(zhì)上時(shí)，顆粒群將開始在振蕩場(chǎng)中一起移動(dòng)，產(chǎn)生將以獨(dú)特方式分布在整個(gè)室中的磁場(chǎng)模式。這可以通過(guò)磁場(chǎng)傳感器來(lái)檢測(cè)，并且其分布和時(shí)空發(fā)展都可以用于確定流體中感興趣物質(zhì)的濃度。
在該實(shí)施方案的變化方案中，對(duì)感興趣分析物有特異性的捕獲抗體在空間上被固定在所述室的一個(gè)部分，并且磁性顆粒用對(duì)感興趣物質(zhì)有特異性的第二抗體(標(biāo)簽探針)包被。當(dāng)所述分子結(jié)合至到捕獲和標(biāo)簽抗體時(shí)，在室中捕獲抗體的位置處磁場(chǎng)因已結(jié)合顆粒的存在而增加，并且可以在該位點(diǎn)被特異性測(cè)量，從而來(lái)推斷感興趣物質(zhì)的濃度。在另一個(gè)變化方案中，所施加磁場(chǎng)被用于特異性濃縮樣品中具有不同磁化率的顆粒。這允許測(cè)量樣品如血樣中的多種物質(zhì)、分子或分析物，其中每種不同類型的磁性顆粒攜帶不同的捕獲探針。
額外的靈敏度可以通過(guò)提供兩個(gè)室和感測(cè)區(qū)來(lái)獲得，其中一個(gè)室包含流體和顆粒，另一個(gè)是控制室。通過(guò)一起感測(cè)兩個(gè)室以及通過(guò)取得差異信號(hào)，系統(tǒng)變得對(duì)外部磁影響不敏感，因?yàn)橐黄鹩绊憙蓚€(gè)傳感器的信號(hào)被有效抵消。


為了更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖以舉例方式來(lái)描述其實(shí)施方案，在附圖中圖1是用于實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供兩種類型的氧化鐵顆粒，第一種類型具有第一尺寸和磁化率，第二種類型具有第二尺寸和磁化率。兩種類型的顆粒都用聚苯乙烯包被以向顆粒提供惰性表面。隨后，第一種類型的顆粒用安排用于結(jié)合至第一感興趣物質(zhì)的第一抗體包被，第二種類型的顆粒用安排用于結(jié)合至第二感興趣物質(zhì)的第二抗體包被。
兩種類型的顆粒然后都被引入到流體中，期望在所述流體中檢測(cè)第一和第二感興趣物質(zhì)的存在和/或量。經(jīng)一段時(shí)間并攪拌流體，第一種類型的顆粒將附著到第一感興趣物質(zhì)上，并且第二種類型的顆粒將附著到第二感興趣物質(zhì)上。引入足量的每種類型的顆粒以確保顆粒與每種感興趣物質(zhì)結(jié)合。
流體隨后用圖1所示的裝置分析。該裝置包括兩個(gè)空間分離的稀土永磁體1、5，它們具有基本平行相對(duì)的平坦表面7，在其中一個(gè)上安裝有成形的軟鐵極靴2。極靴的橫截面基本是三角形，從其相結(jié)合磁體1向外延伸呈楔形輪廓，并且指向另一磁體5。磁體1、5和極靴2可以操作在兩個(gè)磁體之間的空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度。磁場(chǎng)梯度沿著圖1中3所指示方向延伸。
磁體系統(tǒng)還包括位于磁體之間沿方向3延伸的霍耳效應(yīng)設(shè)備6的線性陣列，或者作為替代可以包括可在磁體之間沿方向3移動(dòng)的單個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備。在任一種情況下，多個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備或單個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備可以操作以沿方向3測(cè)量磁體1、5之間的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
將待分析流體在容器中，或者活體中引入兩個(gè)磁體1、5之間的磁場(chǎng)梯度區(qū)域，并且沿方向3在磁體之間由于上述利用磁性顆粒的任何測(cè)試所導(dǎo)致的磁場(chǎng)變化通過(guò)一或多個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備3來(lái)測(cè)量。極靴2、4成形并控制磁場(chǎng)。
適用于分析含有用磁性顆粒標(biāo)記的物質(zhì)的流體樣品的裝置還在WO02/088696中被公開。
如果如上所述，附著到各自感興趣物質(zhì)的兩種類型顆粒被用于該設(shè)備中，那么它們將傾向于沿軸3遷移到兩個(gè)分離的點(diǎn)，它們的存在將影響在該點(diǎn)所測(cè)量的磁場(chǎng)。這些點(diǎn)和顆粒存在對(duì)磁場(chǎng)的影響可以經(jīng)驗(yàn)性確定。通過(guò)校正裝置，可以確定流體樣品中與每種類型顆粒相結(jié)合的物質(zhì)的存在和/或濃度。當(dāng)然，任意數(shù)量的不同類型顆粒可以在單個(gè)流體中使用，來(lái)鑒定相應(yīng)數(shù)量的感興趣物質(zhì)。
在本實(shí)施方案的變化方案中，顆?？梢杂糜诮?jīng)典的“置換測(cè)試”或“流動(dòng)置換測(cè)試”中。在這種實(shí)施方案中，顆粒被固定在表面上。如前所述，顆粒能夠通過(guò)附著至特異性抗體而結(jié)合至感興趣物質(zhì)。當(dāng)樣品流體被引至該表面時(shí)，來(lái)自感興趣物質(zhì)對(duì)顆粒上結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致顆粒被以與樣品流體中感興趣物質(zhì)的濃度成比例的量釋放到溶液中。所釋放顆粒被如上所述暴露于磁場(chǎng)梯度，因此，根據(jù)其磁化率，顆粒在沿磁場(chǎng)梯度的特定點(diǎn)被濃縮。在該點(diǎn)處，磁場(chǎng)密度因此增加。場(chǎng)的變化可以使用霍耳效應(yīng)設(shè)備或任何其它合適的磁傳感器來(lái)測(cè)量。如上所述，合適的校準(zhǔn)使得能夠確定樣品中(一或多種)感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
在替代性實(shí)施方案中，如上所述的一種或多種類型的氧化鐵顆粒被提供在室中。所述室典型地將具有小于10μL或者在一些實(shí)施方案中小于5μL的體積。含一或多種感興趣物質(zhì)的流體然后被引入該室中。在流體被引入室中以后，向所述室施加振蕩磁場(chǎng)，其具有混合顆粒與流體的作用。顆粒流體混合物然后可以如前面的第一實(shí)施方案中描述的那樣進(jìn)行分析，來(lái)確定所述一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
在另一個(gè)替代性實(shí)施方案中，如上描述的一種或多種類型的氧化鐵顆粒被提供在室中。所述室典型地將具有小于10μL或者在一些實(shí)施方案中小于5μL的體積。含一或多種感興趣物質(zhì)的流體然后被引入室中。在流體被引入室中以后，向所述室施加振蕩磁場(chǎng)，其具有混合顆粒與流體的作用。連續(xù)施加振蕩磁場(chǎng)導(dǎo)致顆粒群在振蕩場(chǎng)中一起移動(dòng)，從而產(chǎn)生在整個(gè)室中以獨(dú)特方式分布的磁場(chǎng)模式。磁場(chǎng)模式通過(guò)合適的磁傳感器如霍耳效應(yīng)設(shè)備來(lái)檢測(cè)。通過(guò)合適的校準(zhǔn)，模式的分布和時(shí)空發(fā)展可以用來(lái)確定流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
在上述實(shí)施方案的變化方案中，捕獲抗體被固定在室內(nèi)特定位置處，所述捕獲抗體對(duì)感興趣物質(zhì)有特異性。磁性顆粒用對(duì)感興趣物質(zhì)特異的第二抗體(標(biāo)簽探針)包被。感興趣物質(zhì)結(jié)合至捕獲抗體和標(biāo)記探針兩者，因此，磁性顆粒被固定在捕獲抗體的位置處。合適的磁場(chǎng)傳感器如霍耳效應(yīng)設(shè)備然后被用于測(cè)量該位置處的磁場(chǎng)。通過(guò)合適的校準(zhǔn)，然后可以用場(chǎng)強(qiáng)確定流體中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。作為替代，不用固定化捕獲抗體，可以使用所施加磁場(chǎng)來(lái)特異性濃縮具有特定磁化率的顆粒在室內(nèi)特定位置處。只要每種不同類型的磁性顆粒都攜帶不同的捕獲探針，這將允許確定樣品中多種不同物質(zhì)的存在和/或濃度。
在上述實(shí)施方案的另一個(gè)變化方案中，為了獲得額外的靈敏度，可以使用兩個(gè)相似的室，一個(gè)含有流體和顆粒，另一個(gè)是控制室。通過(guò)一起感測(cè)兩個(gè)室并獲取差異信號(hào)，系統(tǒng)不受外部磁場(chǎng)影響，因?yàn)檫@些等同地影響兩個(gè)室并因而相互抵消。
以上實(shí)施方案只是作為舉例說(shuō)明，不偏離本發(fā)明可以進(jìn)行很多變化。
參考文獻(xiàn)1、Application of magnetic techniques in the field of drug discovery andbiomedicine ZM Saiye，SD Telang and CN Ramchand，BioMagneticResearch and Technology Volume 權(quán)利要求
1.一種確定流體中一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，該方法包括如下步驟將磁性顆粒附著至流體中所述感興趣物質(zhì)或每種感興趣物質(zhì)，并將流體引入具有場(chǎng)梯度的不均勻磁場(chǎng)中，并從而確定流體中磁性顆粒的存在和/或濃度，由此確定所述一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中流體是液體。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中流體是生物流體如體液。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中流體是氣體。
5.前述任一項(xiàng)所述的方法，其中所述物質(zhì)是化合物。
6.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述物質(zhì)是蛋白質(zhì)、激素或DNA片段中的任一種。
7.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆?？梢允氰F磁性、反磁性、順磁性或超順磁性的。
8.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中可以利用磁性顆粒的均勻或不均勻混合物。
9.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒由氧化鐵形成。
10.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述磁性顆粒的大小在5納米到100微米范圍內(nèi)。
11.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒通過(guò)其它結(jié)合物質(zhì)附著到感興趣物質(zhì)上。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述磁性顆粒或每種磁性顆粒用所述結(jié)合物質(zhì)包被。
13.權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中所述結(jié)合物質(zhì)是蛋白質(zhì)、抗體或探針(配體)中的任一種。
14.權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒用有助于結(jié)合物質(zhì)附著至顆粒的材料包被。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述材料是聚苯乙烯。
16.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中在它們被引入流體中之前磁性顆粒被附著至感興趣物質(zhì)。
17.權(quán)利要求11-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中用適當(dāng)結(jié)合物質(zhì)包被的磁性顆粒被引入含感興趣物質(zhì)的流體中，使得它們將附著至所述感興趣物質(zhì)。
18.權(quán)利要求11-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中選擇所述結(jié)合物質(zhì)以便安排磁性顆粒附著至不同感興趣物質(zhì)。
19.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒被安排成它只能附著到感興趣物質(zhì)的單個(gè)單元。
20.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述顆?；蛎糠N顆粒被提供有單個(gè)抗體或捕獲探針。
21.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中具有常見(jiàn)已知特性并附著至第一結(jié)合物質(zhì)的磁性顆粒和具有不同已知特性并附著至其它結(jié)合物質(zhì)的其它磁性顆粒被用于確定給定流體中超過(guò)一種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中磁性顆粒的大小、形狀和磁化率中的任何一個(gè)被改變。
23.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述感興趣物質(zhì)的差異特性被用來(lái)區(qū)分附著至不同感興趣物質(zhì)上并具有相同或相似特性的磁性顆粒。
24.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中使用磁場(chǎng)傳感器測(cè)量待分析流體對(duì)磁場(chǎng)的影響以確定流體中的磁性顆粒，并從而確定感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
25.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中磁場(chǎng)梯度在空間上沿一條線。
26.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中具有差異磁化率的顆粒存在于流體中。
27.權(quán)利要求26所述的方法，其中通過(guò)測(cè)量流體區(qū)域中沿磁場(chǎng)梯度的磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定流體樣品中具有差異磁化率的磁性顆粒的存在和量以及具有相同或相似磁化率的顆粒的濃度。
28.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中使用在50到200特斯拉每米范圍的場(chǎng)梯度。
29.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中具有成形極靴的永磁體被用于提供磁場(chǎng)梯度。
30.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中在經(jīng)典的“置換測(cè)試”或“流動(dòng)置換測(cè)試”中檢測(cè)所述顆粒。
31.權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述磁性顆粒被固定在通過(guò)特異性結(jié)合物質(zhì)如抗體結(jié)合至感興趣物質(zhì)的表面上。
32.權(quán)利要求30或權(quán)利要求31所述的方法，其中所釋放顆粒進(jìn)入磁場(chǎng)梯度，并且在由其磁化率確定的梯度中的特定點(diǎn)被濃縮。
33.權(quán)利要求32所述的方法，其中磁傳感器被放在具有最高場(chǎng)密度的點(diǎn)。
34.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述傳感器是霍耳傳感器。
35.權(quán)利要求30-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述固定化顆粒經(jīng)由結(jié)合物質(zhì)被結(jié)合至感興趣物質(zhì)。
36.權(quán)利要求30-35中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用多層不同的結(jié)合物質(zhì)來(lái)創(chuàng)建適于樣品中感興趣物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)的位點(diǎn)。
37.權(quán)利要求30-36中任一項(xiàng)所述的方法，其中施加振蕩磁場(chǎng)安排以增強(qiáng)顆粒-樣品相互作用和/或操縱流速。
38.權(quán)利要求30-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中引入場(chǎng)，其將直接導(dǎo)致磁性顆粒在設(shè)備內(nèi)聚集或成簇而使樣品中流速變慢。
39.前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中向待分析流體和磁性顆粒的溶液施加振蕩磁場(chǎng)，以確保在將流體引入所述具有場(chǎng)梯度的不均勻場(chǎng)之前混合。
40.一種確定流體中一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度的方法，該方法包括如下步驟將待分析流體引入含與探針結(jié)合的磁性顆粒的室中，其中所述探針對(duì)捕獲所述感興趣分子有特異性；通過(guò)向該室施加振蕩磁場(chǎng)將磁性顆粒與流體混合，由此確定流體中磁性顆粒的存在和/或濃度，并從而確定一或多種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
41.權(quán)利要求40所述的方法，其中流體是液體。
42.權(quán)利要求41所述的方法，其中流體是生物流體如體液。
43.權(quán)利要求40所述的方法，其中流體是氣體。
44.權(quán)利要求40所述的方法，其中所述物質(zhì)是化合物。
45.權(quán)利要求44所述的方法，其中所述物質(zhì)是蛋白質(zhì)、激素或DNA片段中的任一種。
46.權(quán)利要求40-45中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒可以是鐵磁性、反磁性、順磁性或超順磁性的。
47.權(quán)利要求40-46中任一項(xiàng)所述的方法，其中可以利用磁性顆粒的均勻或不均勻混合物。
48.權(quán)利要求40-47中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆粒或每種磁性顆粒由氧化鐵形成。
49.權(quán)利要求40-48中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆粒的大小在5納米到50微米范圍內(nèi)。
50.權(quán)利要求40-49中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒通過(guò)其它結(jié)合物質(zhì)附著至感興趣物質(zhì)。
51.權(quán)利要求40-50中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述顆粒用所述結(jié)合物質(zhì)包被。
52.權(quán)利要求51所述的方法，其中所述結(jié)合物質(zhì)是蛋白質(zhì)、抗體或探針(配體)中的任一種。
53.權(quán)利要求51或權(quán)利要求52所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒用有助于結(jié)合物質(zhì)附著至顆粒的材料包被。
54.權(quán)利要求53所述的方法，其中所述材料是聚苯乙烯。
55.權(quán)利要求40-54中任一項(xiàng)所述的方法，其中在它們被引入流體中之前磁性顆粒被附著至感興趣物質(zhì)。
56.權(quán)利要求40-55中任一項(xiàng)所述的方法，其中用適當(dāng)結(jié)合物質(zhì)包被的磁顆粒被引入含感興趣物質(zhì)的流體中，使得它們將附著至所述感興趣物質(zhì)。
57.權(quán)利要求51-56中任一項(xiàng)所述的方法，其中選擇所述結(jié)合物質(zhì)以便安排磁性顆粒附著至不同感興趣物質(zhì)。
58.權(quán)利要求40-57中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述磁性顆?；蛎糠N磁性顆粒被安排成它只能附著到感興趣物質(zhì)的單個(gè)單元。
59.權(quán)利要求40-58中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述顆?；蛎糠N顆粒被提供有單個(gè)抗體或捕獲探針。
60.權(quán)利要求40-59中任一項(xiàng)所述的方法，其中具有常見(jiàn)已知特性并附著至第一結(jié)合物質(zhì)的磁性顆粒和具有不同已知特性并附著至其它結(jié)合物質(zhì)的其它磁性顆粒被用于確定給定流體中超過(guò)一種感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
61.權(quán)利要求60所述的方法，其中磁性顆粒的大小、形狀和磁化率中的任何一個(gè)被改變。
62.權(quán)利要求40-61中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述感興趣物質(zhì)的差異特性被用來(lái)區(qū)分附著至不同感興趣物質(zhì)上并具有相同或相似特性的磁性顆粒。
63.權(quán)利要求40-62中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用磁場(chǎng)傳感器測(cè)量待分析流體對(duì)磁場(chǎng)的影響以確定流體中的磁性顆粒，并從而確定感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度。
64.權(quán)利要求40-63中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述室具有小于10μL的體積。
65.權(quán)利要求40-63中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述室具有小于5μL的體積。
66.權(quán)利要求40-65中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用霍耳效應(yīng)探針來(lái)檢測(cè)磁性顆粒在整個(gè)流體中的移動(dòng)。
67.權(quán)利要求40-66中任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)探針和顆粒結(jié)合至感興趣物質(zhì)時(shí)，顆粒群將開始在振蕩場(chǎng)中一起移動(dòng)，產(chǎn)生將以獨(dú)特方式分布在整個(gè)室中的磁場(chǎng)模式。
68.權(quán)利要求67所述的方法，其中所述模式的分布和/或時(shí)空發(fā)展被用于確定流體中感興趣物質(zhì)的濃度。
69.權(quán)利要求40-68中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)感興趣分析物特異的捕獲抗體在空間上被固定在所述室的一個(gè)部分，并且磁性顆粒用對(duì)所述感興趣物質(zhì)特異的第二抗體(標(biāo)簽探針)包被。
70.權(quán)利要求69所述的方法，其中當(dāng)感興趣物質(zhì)結(jié)合至捕獲和標(biāo)簽抗體時(shí)，在室中捕獲抗體的位置處磁場(chǎng)由于已結(jié)合顆粒的存在而增加。
71.權(quán)利要求69或權(quán)利要求70所述的方法，其中，在室中捕獲抗體的位置處特異性測(cè)量磁場(chǎng)，以推斷感興趣物質(zhì)的濃度。
72.權(quán)利要求40-71中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所施加磁場(chǎng)用于特異性濃縮樣品中具有不同磁化率的顆粒。
73.權(quán)利要求40-72中任一項(xiàng)所述的方法，其中提供兩個(gè)室和感測(cè)區(qū)，其中一個(gè)室含流體和顆粒，另一個(gè)是控制室。
全文摘要
用對(duì)感興趣物質(zhì)有特異性的抗體包被的磁性顆粒被引入到流體樣品中。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間并攪拌，磁性顆粒附著到流體中感興趣物質(zhì)上。流體然后被引入到提供在兩個(gè)磁體(1、5)之間的磁場(chǎng)梯度。所導(dǎo)致的磁體(1、5)之間的磁場(chǎng)變化用單個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備(3)或多個(gè)霍耳效應(yīng)設(shè)備(3)測(cè)定。這使得樣品中感興趣物質(zhì)的存在和/或濃度能夠被確定。
文檔編號(hào)G01N33/49GK101027558SQ200580024324
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月19日
發(fā)明者帕特里夏·康諾利, 約翰·富勒 申請(qǐng)人:霍爾效應(yīng)技術(shù)有限公司