專利名稱：物質(zhì)固定裝置、物質(zhì)檢測裝置以及物質(zhì)固定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明涉及將樣品中的物質(zhì)固定在固相的物質(zhì)固定裝置
和具有該裝置的物質(zhì)檢測裝置。此外，本發(fā)明涉及將樣品中的物質(zhì)固 定在固相的物質(zhì)固定方法。
背景技術(shù)：
0002將液體中存在的物質(zhì)固定在理想?yún)^(qū)域的技術(shù)在染色體組 分析和免疫測定中是重要的。例如，在免疫測定中，固定在基體上的 結(jié)合物質(zhì)(與目標物質(zhì)特異結(jié)合的物質(zhì))與目標物質(zhì)之間的結(jié)合需長 時間到達平衡狀態(tài)，這是妨礙檢查時間縮短的主要因素所在。在早已 為人所知的方法中，將磁性粒子結(jié)合到目標物質(zhì)上、施加磁場、將目 標物質(zhì)有效地牽引到固定了結(jié)合物質(zhì)的基體上(見美國專利 4847193 )。用于牽引目標物質(zhì)的外力無需是磁場，任何外力例如電場 和離心力都可使用，只要可將目標物質(zhì)可牽引到理想部位。
0003如上所述通過某些外力將目標物質(zhì)牽引到固定區(qū)域的方 法在很大程度上有助于縮短物質(zhì)固定的時間。但由于目標物質(zhì)是在各 個方向定向的，存在多種即便目標物質(zhì)和結(jié)合物質(zhì)彼此靠近時目標物 質(zhì)的結(jié)合部位和結(jié)合物質(zhì)的結(jié)合部位也無法接觸并結(jié)合的情況。因此， 僅將目標物質(zhì)牽引到固定區(qū)域，特異結(jié)合的效率是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
0004考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于，提 供提高目標物質(zhì)特異結(jié)合至固定區(qū)域的效率的物質(zhì)固定裝置和物質(zhì)固 定方法。
0005為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于，提供一種物質(zhì) 固定裝置，具有其上固定了可與目標物質(zhì)特異結(jié)合的固定物質(zhì)的區(qū)域, 包括外力施加單元，用于施加外力而使目標物質(zhì)在垂直于所述區(qū)域的
面內(nèi)方向的方向上往復(fù)移動并使目標物質(zhì)與固定物質(zhì)多次接觸，從而 使目標物質(zhì)與固定物質(zhì)特異結(jié)合。
0006此外，本發(fā)明的特征在于，包括制備具有其上固定了 可與目標物質(zhì)特異結(jié)合的固定物質(zhì)的區(qū)域的容器和包括目標物質(zhì)的樣 品的階段；將樣品注入容器中且將目標物質(zhì)牽引到所述區(qū)域的一表面 的第一步驟；當(dāng)目標物質(zhì)在第一步驟中牽引到所述區(qū)域的表面時，在 牽引沒與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)離開所述區(qū)域的表面的方向 上，移動沒與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)的第二步驟；通過再次將 目標物質(zhì)牽引到所述區(qū)域的表面?zhèn)纫越佑|固定物質(zhì)而使目標物質(zhì)與固
定物質(zhì)特異結(jié)合的第三步驟。
0007本發(fā)明的其它特征將自下面參照附圖的示范性實施例的 說明中顯而易見。


0008圖l是描述本發(fā)明物質(zhì)固定方法的主要步驟的原理圖；0009圖2A和2B是描述利用電荷促進抗原抗體反應(yīng)的原理圖。
圖2A是描述將抗原牽引到固定區(qū)域的步驟的原理圖。圖2B是描述牽
引抗原離開固定區(qū)域的步驟的原理ooio圖3是描述自線圏產(chǎn)生的磁場的原理0011圖4是描述作為本發(fā)明一個實施例的物質(zhì)固定裝置的原
理0012圖5A、 5B、 5C和5D是描述本發(fā)明物質(zhì)固定方法的一 個實施例的原理圖。圖5A是描述制作目標物質(zhì)和栽體的復(fù)合體的步 驟的原理圖。圖5B是描述復(fù)合體被牽引到固定區(qū)域的狀態(tài)的原理圖。 圖5C是描述牽引復(fù)合體離開固定區(qū)域的步驟的原理圖。圖5D是描述 將復(fù)合體再次牽引到固定區(qū)域的步驟的原理0013圖6是示出了用于本發(fā)明的一個實施例中的磁阻效應(yīng)裝 置的橫截面的原理0014圖7是描述施加在磁珠上的偏磁場和由磁珠產(chǎn)生的雜散 磁場的狀態(tài)的原理0015圖8是描述包括作為本發(fā)明一個實施例的物質(zhì)固定裝置 的物質(zhì)檢測裝置的原理0016圖9是描述包括作為本發(fā)明一個實施例的物質(zhì)固定裝置 的物質(zhì)檢測裝置的原理0017圖IO是描述結(jié)合了 DNA的復(fù)合體狀態(tài)的原理圖。
具體實施例方式
0018下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。0019圖1是示出了本發(fā)明物質(zhì)固定方法的主要步驟的視圖。 本發(fā)明物質(zhì)固定方法的主要步驟包括以下三個步驟。第一步，通過給 包括目標物質(zhì)1001的整個樣品施加足夠大小的外力，將目標物質(zhì)1001 牽引到固定區(qū)域1003。能與目標物質(zhì)1001特異結(jié)合的固定物質(zhì)1002 -故預(yù)先固定在固定區(qū)域1003上。因此，當(dāng)目標物質(zhì)1001如上所述,皮 牽引時，部分目標物質(zhì)1001與固定物質(zhì)1002特異結(jié)合。第二步，在 被牽引到固定區(qū)域1003的目標物質(zhì)1001之中，未與固定物質(zhì)1002 特異結(jié)合的目標物質(zhì)1001被牽引離開固定區(qū)域1003。這時施加的外 力應(yīng)當(dāng)有這樣的大小，即，與固定物質(zhì)1002特異結(jié)合的目標物質(zhì)1001 不會被牽引脫離。第三步，施加與第一步中的外力類似的外力以將目 標物質(zhì)1001再次牽引到固定區(qū)域1003。
0020通過交替地多次執(zhí)行上述第二步和第三步，目標物質(zhì) 1001可以在垂直于固定區(qū)域1003的面內(nèi)方向的方向上往復(fù)移動(在 下文中，簡稱面垂直方向)。通過這種往復(fù)移動，目標物質(zhì)1001與固 定物質(zhì)1002多次接觸，這樣特異結(jié)合的效率也即結(jié)合反應(yīng)可以得到更 大的改善。
0021本發(fā)明可應(yīng)用于目標物質(zhì)1001，只要目標物質(zhì)1001與 固定區(qū)域1003上的固定物質(zhì)1002特異結(jié)合。例如，將抗體作為固定 物質(zhì)1002固定在固定區(qū)域1003的表面上，目標物質(zhì)1001可以是與抗 體特異結(jié)合的抗原。作為選擇，DNA作為固定物質(zhì)1002固定在固定 區(qū)域1003的表面上，且與DNA特異結(jié)合的互補DNA可用作目標物 質(zhì)1001。
0022固定區(qū)域1003可以是保持樣品的容器的側(cè)面或底面，也 可以是一個地方或多個地方。例如，通過將固定區(qū)域1003設(shè)置在容器 中的兩個平行側(cè)面并在固定區(qū)域1003之間往復(fù)移動目標物質(zhì)1001， 目標物質(zhì)1001可與固定在兩個固定區(qū)域1003上的表面上的固定物質(zhì) 1002結(jié)合。在這種情況下，特異結(jié)合的時間就短于固定區(qū)域1003是 一個地方的情況。
0023通過讓固定區(qū)域1003作為用于檢測目標物質(zhì)1001的傳 感器表面，可檢測被固定了的目標物質(zhì)1001。
0024當(dāng)樣品中存在雜質(zhì)時，可在完成物質(zhì)固定的最終第三步 之后從固定區(qū)域1003中除去雜質(zhì)，來提高目標物質(zhì)1001的檢測和回 收質(zhì)量。
0025(關(guān)于移動目標物質(zhì)的外力)
0026離心力例如可用于本發(fā)明中所用的外力。換句話說，通 過旋轉(zhuǎn)所述保持樣品的容器，樣品中存在的目標物質(zhì)1001可相對于固 定區(qū)域1003相對地移動。通過改變旋轉(zhuǎn)軸線和容器的相對位置，可改 變離心力所作用的方向。作為選擇，當(dāng)給目標物質(zhì)1001充電時，也可 通過靜電力移動目標物質(zhì)1001。作為選擇，當(dāng)目標物質(zhì)被磁化時，目 標物質(zhì)1001可通過采用磁場移動。當(dāng)然，可通過將多種這些力組合來 移動目標物質(zhì)1001。
0027(關(guān)于在固定區(qū)域的面內(nèi)方向上移動目標物質(zhì)的另一外
力)
0028除了固定區(qū)域1003平面的面垂直方向上的往復(fù)運動外， 目標物質(zhì)1001可沿平行于固定區(qū)域1003平面的方向在固定區(qū)域1003 的表面上逐漸移動。通過這一運動，目標物質(zhì)1001也可與固定區(qū)域 1003上的固定物質(zhì)1002均勻地特異結(jié)合。作為這樣的外力，可采用 比如靜電力、磁力以及離心力的外力。此外，可應(yīng)用液壓，于是包括 目標物質(zhì)1001的液體就在固定區(qū)域1003的表面上移動。
0029(本發(fā)明物質(zhì)固定方法的實例)
0030圖2A和2B是示出了當(dāng)將帶正電荷的抗原2001用作目
標物質(zhì)且將抗體2002用作固定物質(zhì)時的本發(fā)明物質(zhì)固定方法的實施 例的視圖?？贵w2002固定在電極2004上的固定區(qū)域2003上。電極 2004與電源2005連接且極性可變地適配。這樣一來，就可給固定區(qū) 域2003提供正電荷或負電荷。
0031作為第一步，固定區(qū)域2003帶負電。隨后，分散在樣品 中的抗原2001由靜電力牽引到固定區(qū)域2003 (見圖2A)。此時，與 抗體2002接觸的抗原2001通過抗原抗體反應(yīng)與抗體2002特異結(jié)合。
0032作為第二步，在將抗原2001牽引到固定區(qū)域2003之后， 固定區(qū)域2003帶正電荷。隨后，在抗原2001與固定區(qū)域2003之間產(chǎn) 生排斥力，不與抗體2002特異結(jié)合的抗原2001和帶正電的雜質(zhì)自固 定區(qū)域2003移開(見圖2B)。
0033作為第三步，通過再次使固定區(qū)域2003帶負電，將抗原 2001再次牽引到固定區(qū)域2003。
0034通過多次交替執(zhí)行上述第二步和第三步以往復(fù)移動抗原 2001，抗原2001可與抗體2002多次接觸。通過該物質(zhì)固定方法，可 讓更多的抗原2001與抗體2002特異結(jié)合。
0035(目標物質(zhì)移動載體的應(yīng)用)
0036在用于移動目標物質(zhì)的物理量小且可施加在目標物質(zhì)上 的外力大小不夠的情況下，具有足夠大的物理量的一些物質(zhì)可作為載 體與目標物質(zhì)結(jié)合以形成復(fù)合體。任何栽體均可使用，只要外力可施 加且復(fù)合體可被移動。載體的實例包括帶電物質(zhì)、磁性材料以及具有 大質(zhì)量的物質(zhì)。此外，為了使目標物質(zhì)與栽體結(jié)合，栽體的表面可覆 蓋有容易與目標物質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)。
0037作為上述的一個實例，載體是表面覆蓋有抗體的磁珠。 作為目標物質(zhì)的抗原通過抗原抗體反應(yīng)與載體結(jié)合。隨后，當(dāng)將磁力 作用于栽體時，將抗原牽引到固定區(qū)域，其中磁力具有這樣的磁場分 布，即，強度隨接近固定區(qū)域的程度而增加。之后，當(dāng)所施加的磁場 改變以具有強度沿離開固定區(qū)域的方向增加的磁場分布時，抗原離開 固定區(qū)域。通過按此方式交替施加具有不同磁場強度分布的磁場，來
抗體重復(fù)接觸，就可提高通過抗原抗體反應(yīng)進行特異結(jié)合的概率。
0038(當(dāng)牽引目標物質(zhì)離開固定區(qū)域時外力大小的考慮)0039在第二步中，為了牽引沒有特異結(jié)合的目標物質(zhì)離開固 定區(qū)域而不使與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)分離，需讓移動目標物 質(zhì)所要求的外力足夠小于特異結(jié)合的結(jié)合力。作為一個實例，這一方 面是采用將抗原用作目標物質(zhì)、抗體用作固定物質(zhì)以及磁珠用作載體 的情況描述的。
0040現(xiàn)在，考慮在注入容器中的樣品液體中執(zhí)行本發(fā)明的物 質(zhì)固定方法的執(zhí)行情況。固定區(qū)域處于容器的底部。當(dāng)包括磁珠、抗 體以及抗原的復(fù)合體的質(zhì)量和體積分別為m和V、樣品液體的密度為 pb時，作用在靜置的復(fù)合體上的重力Fg和浮力Fb分別由下列公式(I) 和(2)表示
0041FG=gm ..... (1)
FB = gpBV ..... ( 2 )
0042這里，g是重力加速度。為了牽引復(fù)合體離開固定區(qū)域 也即自固定區(qū)域向上牽引復(fù)合體，所施加的力需要大于通過從重力FG 減去浮力FB而獲得的力。例如，當(dāng)復(fù)合體的質(zhì)量m為6.0xl(T15[kgI， 復(fù)合體的體積為12.6[nm3，且樣品液體的密度為1002.8[kg/m"時，重 力Fc約為6xl(T"N]，且浮力FB約為4xl(T"[N。因此，向上牽引該 復(fù)合體所需的力應(yīng)為大于2xl(T"NI的力。
0043現(xiàn)考慮通過磁力移動上述復(fù)合體的一個實例。磁場H中 作用在磁珠上的力FH (磁化強度大小為M)由公式(3)表示如下
0044FH=grad(M'H)..." (3)
0045這里，如果即便在磁場不施加時磁珠磁化，復(fù)合體通過 靜磁結(jié)合聚集在樣品液體中。聚集的復(fù)合體難于與固定在固定區(qū)域上 的抗體特異結(jié)合，產(chǎn)生比如降低通過抗原抗體反應(yīng)而特異結(jié)合的效率 的問題，因此，聚集的復(fù)合體不利。作為用于本發(fā)明的磁珠，包括具 有超順磁性的材料的磁珠是有利的。換句話說，僅僅在給復(fù)合體施加
磁場以移動抗原時，磁珠/P茲化，且當(dāng)停止/P茲場的施加時，》茲珠表現(xiàn)為
非磁性的材料。超順磁性的磁化強度M是由磁場H的函數(shù)表達的， 在小磁場區(qū)域中，磁化強度與磁場之間的關(guān)系基本呈線性。換句話說， 在小磁場區(qū)域中，超順磁性的磁珠的磁化強度M是由關(guān)系式M=jcH( x 是磁化系數(shù))表示的。隨著磁場的增大，具有超順磁性的物質(zhì)的磁化 最終得以飽和。
0046磁場H的磁場強度的分布取決于磁場施加單元。圖3示 出了用于該實例中的磁場施加單元。在該實例中，采用具有半徑a的 線圏3001,》茲珠3002在該線圏3001的中心線上位于隔開距離z的位 置。通過讓電流流過該線圏3001并產(chǎn)生》茲場，給磁珠提供一個外力。 當(dāng)電流I流過線圏3001時，線圏中心線上產(chǎn)生的磁場H由下列公式 (4)表示
0047
<formula>formula see original document page 11</formula>(4)
0048換句話說，當(dāng)通過上述線圏3001給具有超順磁性的磁珠 3002施加小磁場H時，作用在磁珠3002上的磁力FH由下列公式(5 ) 表示
0049
<formula>formula see original document page 11</formula>(5)
0050例如，當(dāng)線圏3001的半徑a為mm時，線圏3001的 中心距磁珠3002的距離為0.mml，電流I為1J[AI或更大，約 2xlO-"[Nl的磁力Fh施加給磁珠3002。因此，在上述實例中，磁珠3002 可克服重量被向上牽引。
0051在上述實例中，為了在牽引目標物質(zhì)離開固定區(qū)域時維 持目標物質(zhì)的特異結(jié)合，特異結(jié)合的結(jié)合力應(yīng)是比2xl(T"[N足夠大 的力。例如，生物素與抗生物素抗體特異結(jié)合的結(jié)合力為1.5xl(T"[N] 以上，且本發(fā)明可足以用于上述實例特異結(jié)合的該結(jié)合力。
0052此外，為了用較小的電流執(zhí)行上述實例，線圏3001的巻 繞數(shù)可增加。通過增大線圏3001的巻繞數(shù)，即便用小電流，也能產(chǎn)生
大的磁場，于是就可移動》茲珠3002。按此方式，當(dāng)將線圏3001用于 磁場施加單元時，磁力大小可容易地通過電流控制。此外，可通過將 永久磁鐵用作產(chǎn)生磁場H的單元并控制磁珠與永久磁鐵之間的距離來 控制磁力。
0053(檢測方法的說明)
0054檢測特異結(jié)合的目標物質(zhì)的方法可采用諸如光、靜電、 磁場以及輻射的各種物理量。當(dāng)不能直接檢測目標物質(zhì)的物理量時， 目標物質(zhì)可通過將具有大物理量的可檢測標識物質(zhì)與目標物質(zhì)結(jié)合并 檢測標識物質(zhì)的物理量而間接檢測。因此，載體和標識物質(zhì)都可與目 標物質(zhì)結(jié)合。當(dāng)磁珠用作上述實例中的栽體時，磁珠還可用作檢測用 的標識物質(zhì)。在這種情況下，由磁珠產(chǎn)生的雜散磁場通過磁傳感器檢 測。諸如超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUID )、磁阻效應(yīng)裝置、磁阻抗裝置、 磁通門、霍爾裝置以及線圈的各種傳感器都可用于磁傳感器。
0055此外，對于用光檢測目標物質(zhì)的方法，可采用各種方法。
測量透射光和反射光或細胞質(zhì)基因組(plasmon)的強度，可進行目 標物質(zhì)的檢測。作為選擇，當(dāng)目標物質(zhì)和標識物質(zhì)中的一個包括熒光 體時，還可通過測量發(fā)射自熒光體的光線來進行目標物質(zhì)的檢測。作 為選擇，當(dāng)目標物質(zhì)和標識物質(zhì)中的一個包括發(fā)光基質(zhì)時，目標物質(zhì) 的檢測也可通過測量發(fā)射自發(fā)光基質(zhì)的光線進行。
0056另外，當(dāng)目標物質(zhì)和標識物質(zhì)中的一個包括放射性核素 時，目標物質(zhì)的檢測可采用輻射檢測裝置進行。
0057此外，當(dāng)目標物質(zhì)和標識物質(zhì)中的一個帶電時，涉及一 種采用場效應(yīng)晶體管(FET)檢測目標物質(zhì)的方法。FET的門電極部 用作固定區(qū)域，且與要測量的物質(zhì)特異結(jié)合的固定物質(zhì)固定在固定區(qū) 域的表面上。隨后，通過本發(fā)明的物質(zhì)固定方法，使帶電的目標物質(zhì) 和目標物質(zhì)與標識物質(zhì)的復(fù)合體中的一個與固定物質(zhì)結(jié)合。之后，在 場效應(yīng)晶體管的源極與漏極之間流動的電流通過由電荷產(chǎn)生的電場改 變。通過測量電流變化，可進行目標物質(zhì)的檢測。
0058(裝置的具體實例)
0059接下來，將描述執(zhí)行上述物質(zhì)固定方法和物質(zhì)檢測方法 的裝置。
0060"實施例1"
0061圖4是示出了包括本發(fā)明物質(zhì)固定裝置的物質(zhì)檢測裝置 的實施例1的構(gòu)成圖。
0062實施例1的物質(zhì)固定裝置包括圓柱形容器4001和位于容 器4001下方的電磁鐵4026。作為第一外力施加單元的電磁鐵4026包 括具有圓形橫截面的鐵心4004，其直徑是容器4001底面直徑的5倍， 還包括巻繞在4失心4004周圍的線圏4005和讓可變電流流過線圏4005 的電源4006。此外，大量作為磁傳感器的》茲阻效應(yīng)裝置4002設(shè)置在 作為目標物質(zhì)固定區(qū)域的容器4001的底面上。磁阻效應(yīng)裝置4002與 外部檢測回路4003連接。此外，與容器4001底面平行的圓線圏4007 固定在容器4001底面的上方。這一圓線圈4007是第二外力施加單元 且與電源4008連接以產(chǎn)生磁場。另外，物質(zhì)固定裝置這樣適配，即， 位于容器4001下方的電磁鐵4026與容器4001之間的距離可改變，使 得具有不同大小的磁場都可施加。
0063接下來，描述采用上述物質(zhì)固定裝置的物質(zhì)固定方法。 作為生物物質(zhì)的前列腺特異抗原(PSA) 4011用作目標物質(zhì)，而可與 PSA4011特異結(jié)合的一次抗體4012固定在/P茲阻效應(yīng)裝置4002的表面 上。另外，覆蓋有二次抗體4013的磁珠4014用作還充當(dāng)標識物質(zhì)的 載體(見圖5A)，其中該二次抗體作為能與PSA4011特異結(jié)合的物質(zhì)。
0064首先，在執(zhí)行本發(fā)明的第一步之前，覆蓋有二次抗體4013 的磁珠4014和PSA4011在液體中結(jié)合以形成復(fù)合體。這一反應(yīng)可在 上述容器4001中進行，或復(fù)合體可在不同的容器中形成，然后注入上 迷容器4001中。
0065接著，作為第一步，磁場4015由電磁鐵4026施加以將 分散在液體中的磁珠4014牽引到容器底面。當(dāng)磁珠4014被牽引到容 器底面時，在與PSA4011形成復(fù)合體的》茲珠4014中，與一次抗體4012
接觸的磁珠4014通過抗原抗體反應(yīng)與一次抗體4012特異結(jié)合(見圖 5B)。
0066作為第二步，當(dāng)磁珠4014被牽引到容器底面時，電磁鐵 4026停止施加磁場4015。隨后，通過相對于電磁鐵4026的鐵心4004 的表面傾斜容器4001并使容器4001繞著4失心4004的中心軸線自轉(zhuǎn)和 公轉(zhuǎn)，使沿容器底面的面內(nèi)方向移動磁珠4014的外力施加給磁珠 4014。此時，通過由圓線圏4007施加磁場Fu4016，施加牽引磁珠4014 離開磁阻效應(yīng)裝置4002這樣的外力。當(dāng)然，此時提供給磁珠4014的 磁力的大小是使與一次抗體4012的特異結(jié)合不斷開的大小(見圖 5C)。
0067作為第三步，當(dāng)未結(jié)合的磁珠在第二步之后自磁阻效應(yīng) 裝置4002浮起時，圓線圏4007停止施加》茲場Fu4016，而電磁鐵4026 再次施加磁場Fd4017 (見圖5D)。通過這一步，磁珠被相當(dāng)傾斜地牽 引至磁阻效應(yīng)裝置4002的表面。不過，此時，由電磁鐵施加的磁場 Fd4017小于當(dāng)磁珠4014最初被牽引到磁阻效應(yīng)裝置4002時由電磁鐵 4026施加的磁場4015。
0068通過多次交替執(zhí)行上述第二步和第三步，磁珠4014與一 次抗體4012多次接觸，同時逐漸沿磁阻效應(yīng)裝置4002的面內(nèi)方向在 磁阻效應(yīng)裝置4002的表面上移動。因此，復(fù)合體中的PSA4011和一 次抗體4012更有效地特異結(jié)合，于是就可實現(xiàn)更高的抗原抗體反應(yīng)效 率。
0069未通過抗原抗體反應(yīng)特異結(jié)合的復(fù)合體自磁阻效應(yīng)裝置 4002浮起，隨后與緩沖溶液一起從容器4001中除去。通過多次用不 包括雜質(zhì)的純凈緩沖溶液更換緩沖溶液，可除掉沒有特異結(jié)合的復(fù)合 體。作為選擇，還通過收集未與一次抗體4012特異結(jié)合的復(fù)合體和未 借助磁力與PSA4011形成復(fù)合體的不必要的磁珠4014，并自容器中除 去所述復(fù)合體和不必要的磁珠4014，可實現(xiàn)不必要的磁珠4014的去 除。
0070此外，詳細描述該實施例的物質(zhì)檢測裝置的結(jié)構(gòu)。這里，
描述利用上述物質(zhì)固定方法采用磁阻效應(yīng)裝置來檢測特異結(jié)合的復(fù)合
體中的磁珠4014的情況。圖6是示出了該實施例1中所用的自旋隧道 (spin tunnel)磁阻效應(yīng)裝置4002的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。容器4001底 面的磁阻效應(yīng)裝置4002是面積為lnmx2nm的磁阻效應(yīng)裝置4002。 磁 阻 效 應(yīng) 裝 置 4002 的 薄 膜 包 括 Ta/CuN/Ta/MnPt/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB/Ru/Au。磁阻效應(yīng)裝置 4002大致包括自上層按順序下來的檢測層4020、通道薄膜4021以及 磁化固定層4022。 一個選擇晶體管4018與一個/f茲阻效應(yīng)裝置4002連 接，若干磁阻效應(yīng)裝置4002與上部電極4019共同連接。此外，除了 直接在磁阻效應(yīng)裝置4002表面上的部位以外，所述上部電極覆蓋有 SiN絕緣薄膜4023。 一次抗體4012僅僅直接在沒有覆蓋SiN絕緣薄 膜4023的磁阻效應(yīng)裝置的表面上固定。因此，復(fù)合體僅固定在磁阻效 應(yīng)裝置4002的所述表面上。
接著，描述釆用該物質(zhì)檢測裝置的物質(zhì)檢測方法。在該 實施例1中，特異結(jié)合的復(fù)合體是通過檢測磁珠4014而間接檢測的。 作為這里使用的磁珠4014，使用直徑為200nm且具有超順磁性的磁 珠。因此，磁珠4014在無磁性的場中不產(chǎn)生磁場。為了通過磁阻效應(yīng) 裝置4002檢測這樣的磁珠4014,無需對磁珠4014進行磁化。磁化的 一般方法包括施加偏磁場。磁阻效應(yīng)裝置4002阻值的變化對垂直于磁 阻效應(yīng)裝置的薄膜平面的磁場不敏感，而對薄膜的面內(nèi)方向的磁場敏 感。于是，通過垂直于薄膜平面施加偏磁場4024，使得磁阻效應(yīng)裝置 4002的阻值不改變，磁珠4014被磁化。這里，偏磁場4024的大小可 這樣設(shè)定，即，所用磁珠的磁化不飽和。磁場的大小約為500[Oe至 2000[Oel。在^P茲阻效應(yīng)裝置4002的薄膜的面內(nèi)方向上有分量的雜散磁 場4025是由被偏磁場磁化的磁珠4014產(chǎn)生的。磁阻效應(yīng)裝置4002 的阻值通過該雜散磁場4025改變(見圖7)。當(dāng)檢測磁珠4014時，選 擇晶體管4018順次打開以檢測每個磁阻效應(yīng)裝置的阻值，并基于這些 檢測值，間接檢測結(jié)合PSA4011的數(shù)量。
"實施例2"
0073在該實施例中，描述將離心力用作在固定區(qū)域的面內(nèi)方 向上移動目標物質(zhì)的方式的實例。圖8是示出包括本發(fā)明物質(zhì)固定裝 置的物質(zhì)檢測裝置的實施例2的構(gòu)成圖。該實施例2的物質(zhì)固定裝置 包括容器8001、位于容器8001下方的圃線圏8009以及位于容器8001 下方的電磁鐵8011。與實施例1的磁阻效應(yīng)裝置相似的磁阻效應(yīng)裝置 8002設(shè)置在作為目標物質(zhì)固定區(qū)域的容器8001的底面上。
0074這些磁阻效應(yīng)裝置8002與外部檢測回路8003連接。此 外，在容器8001的底面上方，安裝有平行于所述底面的圓線圏8007。 該圓線圏8007與電源8008連接。容器8001包括能讓容器8001繞著 中心軸線旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。
0075位于容器8001下方的電磁4失8011包括具有尖的上端的 鐵心8004、圍繞該鐵心的線圈8005和8009，并定位成使中心線與容 器8001的中心線對準。此外，該電磁鐵8011包括可自容器8001移開 電磁4失的機構(gòu)。線圏8005和圓線圏8009分別與電源8006和8010連 接。
0076此外，詳細描述采用上述物質(zhì)固定裝置的物質(zhì)固定方法。 這里，正如在實施例l中一樣，描述將覆蓋有二次抗體的磁珠用作載 體和標識物質(zhì)以及將PSA用作目標物質(zhì)的情況。
0077首先，如在實施例1中，覆蓋有二次抗體的磁珠和PSA
結(jié)合形成復(fù)合體。
0078作為第一步，利用電源8006讓電流流過線圏8005以容 許電磁鐵產(chǎn)生磁力，復(fù)合體被集中在容器8001底部的中心周圍。隨后， 電磁鐵8011被移離容器8001。
0079作為第二步，電流流過圓線圏8007以牽引磁珠離開磁阻 效應(yīng)裝置8002。
0080作為第三步，電流流過圓線圏8009以將磁珠再次牽引到 磁阻效應(yīng)裝置8002。
0081通過交替重復(fù)上述第二步和第三步，復(fù)合體在磁阻效應(yīng) 裝置8002的附近上下移動。此外，利用這些步驟，使容器8001旋轉(zhuǎn)。
換句話說，未固定于容器8001下部的磁阻效應(yīng)裝置8002的表面上的 復(fù)合體在上下移動的同時，借助離心力自容器8001的中心在容器8001 側(cè)表面的方向上移動。
0082在該過程中，與PSA結(jié)合形成復(fù)合體的磁珠在到達容器 8001的側(cè)表面之前通過抗原抗體反應(yīng)被特異結(jié)合。沒有特異結(jié)合而到 達容器8001側(cè)表面的磁珠可通過隨后更換緩沖溶液而被去除。更有利 的是，提供磁阻效應(yīng)裝置8002不靠近容器8001側(cè)表面的位置，于是 到達容器8001側(cè)表面的磁珠就不會被外部檢測回路8003檢測。
0083"實施例3"
0084圖9是示出了包括本發(fā)明物質(zhì)固定裝置的物質(zhì)檢測裝置 的實施例3的構(gòu)成圖。該實施例3的物質(zhì)固定裝置包括容器9001、分 別位于容器9001底部和上部的下部電極9003和上部電極9004。通過 將電源9005與上部電極9004和接地下部電極9003連接，可在兩個電 極之間形成電場。此外，物質(zhì)固定裝置這樣適配，即，上部電極9004 和下部電極卯03的極性可反向。固定區(qū)域9002位于下部電極9003 的表面上，而可與目標物質(zhì)特異結(jié)合的固定物質(zhì)被固定在固定區(qū)域 9002上。
0085此外，為了檢測目標物質(zhì)，在該實施例3中，在容器9001 的上方安裝有測量光線的光電倍增管9006。
0086另外，詳細描述采用上述物質(zhì)固定裝置且使作為生物物 質(zhì)的DNA特異結(jié)合的物質(zhì)固定方法。這里，描述將目標DNA卯08用 作目標物質(zhì)且將作為能與目標DNA9008特異結(jié)合的物質(zhì)的固定 DNA9007用作固定物質(zhì)的情況(見圖10)。
0087作為第一步，將包括目標DNA卯08的樣品放入上迷容 器9001中，并且通過將電源9005的電壓i殳成負壓，上部電極卯04 是負電極，而下部電極9003是正電極。由于DNA具有負電荷，樣品 中的DNA朝固定區(qū)域9002移動。當(dāng)目標DNA卯OS存在于樣品中時， 與固定DNA卯07接觸的目標DNA卯08在該步驟中被特異結(jié)合。
0088作為第二步，下部電極卯03和上部電極卯04的極性反
向。隨后，未與固定DNA9007特異結(jié)合的目標DNA9008在固定區(qū)域 9002上方移動。不過，此時電極之間所施加的電壓^皮這樣調(diào)節(jié)，即， 已經(jīng)特異結(jié)合的目標DNA9008不會分開。
0089作為第三步，當(dāng)沒有特異結(jié)合的目標DNA9008稍微自 固定區(qū)域9002浮起時，電極的極性再次反向以將目標DNA9008再次 牽引到固定區(qū)域9002。
0090通過多次交替執(zhí)行第二步和第三步以在樣品中上下移動 DNA ，目標DNA卯08與固定DNA9007多次接觸。目標DNA9008與 固定DNA9007特異結(jié)合的概率可經(jīng)由這些步驟提高。
0091接著，參照圖IO描述檢測通過上述物質(zhì)固定方法特異結(jié) 合的目標DNA卯08的方法。為了檢測目標DNA9008，將與釕絡(luò)合物 (Ru復(fù)合體)9010結(jié)合的標識DNA9009用作標識物質(zhì)。就該標識 DNA9009來說，使用與目標DNA卯08特異結(jié)合的標識DNA。
0092在目標DNA9008通過上述物質(zhì)固定方法與固定 DNA9007結(jié)合之后，將與釕絡(luò)合物9010結(jié)合的標識DNA9009注入容 器9001中。隨后，通過執(zhí)行與上述物質(zhì)固定方法步驟相似的步驟，標 識DNA9009和目標DNA9008特異結(jié)合。最終沒有特異結(jié)合的標識 DNA9009通過洗滌清除。因此，當(dāng)目標DNA9008存在于樣品中時， 固定DNA卯07、目標DNA9008、標識DNA9009以及釕絡(luò)合物9010 相結(jié)合的復(fù)合體形成在固定區(qū)域卯02上(見圖10)。
0093隨后，當(dāng)電場氧化釕絡(luò)合物9010而生成光子時，自Ru 發(fā)出620nm波長的光約350ns。通過電化學(xué)連續(xù)發(fā)光重復(fù)地使Ru發(fā) 光并通過光電倍增管9006檢測所述光，可間接執(zhí)行目標DNA9008的 檢測。
0094根據(jù)上述各個實施例的物質(zhì)固定方法，可提高特異結(jié)合 物質(zhì)的結(jié)合反應(yīng)效率。因此，根據(jù)本發(fā)明的這些優(yōu)選實施例，可提高 目標物質(zhì)特異結(jié)合至固定區(qū)域的效率，于是就可在免疫測定中提供反 應(yīng)效率高的反應(yīng)過程。
0095雖然已經(jīng)參照示范性實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解，
本發(fā)明不局限于所披露的示范性實施例。下列權(quán)利要求的范圍要與最 寬泛的解釋保持一致，從而涵蓋所有此類改變和等價的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1、一種物質(zhì)固定裝置，具有其上固定了固定物質(zhì)的區(qū)域，目標物質(zhì)可與所述固定物質(zhì)特異結(jié)合，包括外力施加單元，用于施加外力而使目標物質(zhì)在垂直于所述區(qū)域的面內(nèi)方向的方向上往復(fù)移動，并使目標物質(zhì)與固定物質(zhì)多次接觸。
2、 如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)固定裝置，包括去除單元，用于當(dāng)利復(fù)移動并與固定物質(zhì)多次接觸時，至少去除沒與固定物;特異^合的 目標物質(zhì)。
3、 如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)固定裝置，包括作為外力施加單元的 第一外力施加單元和第二外力施加單元，第一外力施加單元用于施加 外力而將目標物質(zhì)牽引到所述區(qū)域，第二外力施加單元用于施加外力 而牽引目標物質(zhì)離開所述區(qū)域，其中通過第一外力施加單元和第二外 力施加單元交替施加外力，目標物質(zhì)在垂直于所述區(qū)域的面內(nèi)方向的方向上往復(fù)移動并與固定物質(zhì)多次接觸。
4、 如權(quán)利要求3所述的物質(zhì)固定裝置，其中，目標物質(zhì)包括磁性 材料，并且，由第一外力施加單元和第二外力施加單元中的至少一個 施加的外力是磁力。
5、 如權(quán)利要求3所述的物質(zhì)固定裝置，其中，目標物質(zhì)具有電荷， 并且，由第一外力施加單元和第二外力施加單元中的至少一個施加的 外力是靜電力。
6、 如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)固定裝置，還包括用于施加外力而使 目標物質(zhì)在所述區(qū)域的面內(nèi)方向上移動的一外力施加單元。
7、 如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)固定裝置，其中，在所述區(qū)域的面內(nèi) 方向上移動目標物質(zhì)的外力是液體的液壓力。
8、 如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)固定裝置，其中，在所述區(qū)域的面內(nèi) 方向上移動目標物質(zhì)的外力是磁力。
9、 如權(quán)利要求6所述的物質(zhì)固定裝置，其中，在所述區(qū)域的面內(nèi) 方向上移動目標物質(zhì)的外力是靜電力。
10、 一種物質(zhì)檢測裝置，包括如權(quán)利要求1所述的物質(zhì)固定裝置和用于檢測與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)的單元。
11、 如權(quán)利要求IO所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，目標物質(zhì)包括磁性材料，并且用于檢測目標物質(zhì)的單元是檢測由磁性材料產(chǎn)生的磁場 的單元。
12、 如權(quán)利要求IO所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，目標物質(zhì)包括熒 光體，并且用于檢測目標物質(zhì)的單元是檢測由熒光體產(chǎn)生的熒光的單 元。
13、 如權(quán)利要求IO所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，目標物質(zhì)包括放 射性核素，并且用于檢測目標物質(zhì)的單元是檢測由放射性核素產(chǎn)生的 放射線的單元。
14、 如權(quán)利要求IO所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，目標物質(zhì)包括釕 絡(luò)合物，并且用于檢測目標物質(zhì)的單元是檢測由釕絡(luò)合物產(chǎn)生的光線 的單元。
15、 如權(quán)利要求10所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，目標物質(zhì)包括發(fā) 光基質(zhì)，并且用于檢測目標物質(zhì)的單元是檢測由發(fā)光基質(zhì)產(chǎn)生的光線 的單元。
16、 如權(quán)利要求10所述的物質(zhì)檢測裝置，其中，通過使目標物質(zhì) 與生物物質(zhì)特異結(jié)合，間接檢測該生物物質(zhì)。
17、 一種物質(zhì)固定方法，包括制備具有其上固定了固定物質(zhì)的區(qū)域的容器和包括目標物質(zhì)的樣 品的階段，所述目標物質(zhì)可與所述固定物質(zhì)特異結(jié)合；將樣品注入容器中且將目標物質(zhì)牽引到該區(qū)域的表面的第 一步當(dāng)目標物質(zhì)在第一步驟中被牽引到所述區(qū)域的表面時，在牽引沒 與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)離開所述區(qū)域的表面的方向上，移動 沒與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)的第二步驟；以及通過再次將目標物質(zhì)牽引到所述區(qū)域的表面以接觸固定物質(zhì)而使 目標物質(zhì)與固定物質(zhì)特異結(jié)合的第三步驟。
18、 如權(quán)利要求17所述的物質(zhì)固定方法，其中，第二步驟和第三 步驟多次交替進行，以使目標物質(zhì)和固定物質(zhì)多次接觸。
19、 如權(quán)利要求17所述的物質(zhì)固定方法，其中，在第二步驟和第 三步驟中的至少一個步驟中，使目標物質(zhì)在所述區(qū)域的面內(nèi)方向上移 動。
20、 如權(quán)利要求17所述的物質(zhì)固定方法，還包括在第三步驟之后 從區(qū)域中去除沒與固定物質(zhì)特異結(jié)合的目標物質(zhì)和樣品中的雜質(zhì)的步
全文摘要
將目標物質(zhì)特異結(jié)合至固定區(qū)域的效率得到提高。作為第一步，將目標物質(zhì)(1001)牽引到其上固定了可與目標物質(zhì)(1001)特異結(jié)合的固定物質(zhì)(1002)的固定區(qū)域(1003)。作為第二步，僅將沒特異結(jié)合的目標物質(zhì)(1001)牽引離開固定區(qū)域(1003)。作為第三步，將目標物質(zhì)(1001)再次牽引到固定區(qū)域(1003)。通過交替重復(fù)第二步驟和第三步驟以使目標物質(zhì)(1001)和固定物質(zhì)(1002)多次接觸，來使目標物質(zhì)(1001)與固定物質(zhì)(1002)特異結(jié)合。
文檔編號G01N33/531GK101363845SQ20081014564
公開日2009年2月11日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者池田貴司 申請人:佳能株式會社