專利名稱：液體樣品中的分析物的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體樣品中分析物的檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)。而且，本發(fā)明涉及一次性使用的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
對(duì)高靈敏度檢測(cè)方法的需求正在增長，需要檢測(cè)給定液體樣品，如體液、乳液、飲料或廢水等液體樣品，水蒸氣或氣體樣品中，各種類型的分析物，如微生物、蛋白質(zhì)、DNA分子等的濃度。最近幾年，在醫(yī)學(xué)診斷、食品和水安全檢查、安保應(yīng)用、動(dòng)植物健康監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等中采用傳感器變得越來越重要。在傳感器裝置中，固定在傳感器表面的受體層如抗體層，是ー種重要的組分，用它來選擇性結(jié)合給定液體樣品中存在的特異性分析物/或與之相互作用。當(dāng)需要檢測(cè)特異性分析物的樣品，如血清、血液、乳液等樣品中也存在其它非特異性組分，如蛋白質(zhì)和DNA分子時(shí)，此受體層的作用變得特別重要。近年來已開發(fā)了不同的包被方法，例如通過防止和/或減少非特異性相互作用而提供/增進(jìn)受體層-分析物相互作用的特異性。在臨床和食品應(yīng)用中，通常需要分析復(fù)雜的樣品，如血清、血液、乳液等，其中非特異性組分的濃度比特異性分析物高得多。ー個(gè)示范例是可能要檢測(cè)血液或其他有關(guān)體液中極低濃度的生物標(biāo)志，從而導(dǎo)致對(duì)疾病的早期檢測(cè)診斷和預(yù)防/治療。臨床樣品中存在的高背景可導(dǎo)致這些傳感器的特異性降低。較低的特異性還意味傳感器的精確度和靈敏度降低。本發(fā)明g在改進(jìn)對(duì)分析物的檢測(cè)。為達(dá)到此目的，本發(fā)明的方法包括a)提供測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含有結(jié)合分析物的受體；b)提供至少一束光讓其橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)；c)至少向測(cè)量區(qū)提供液體樣品；d)利用檢測(cè)器檢測(cè)至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后所提供的光學(xué)圖案；和e)從測(cè)得的光學(xué)圖案推斷存在的分析物。所述光束可以各種方式橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。例如，可利用分配器或其他分束器將光束分成測(cè)量光束和參比光束，分別橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。或者，可使測(cè)量區(qū)和參比區(qū)一起形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)讓光束以兩種或多種傳播方式通過。從而將測(cè)量區(qū)和參比區(qū)設(shè)置為該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分，下文將提供其示范例。然后使測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的輻射光彼此互相作用，例如干渉，在檢測(cè)器表面上產(chǎn)生圖案，如干涉圖案。由于包被有受體層的測(cè)量區(qū)傳感器表面結(jié)合了分析物(如某種分子、組裝的分子或分子團(tuán)、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞等)，各區(qū)域的光學(xué)行為將會(huì)改變，導(dǎo)致各區(qū)域的光束性質(zhì)(如相變)或光束傳播方式改變。結(jié)果，檢測(cè)器所測(cè)到的干涉圖案將顯示改變，并分析得到的圖案?？蓮闹型茢喾治鑫锏拇嬖?如濃度、濃度變化、結(jié)合動(dòng)力學(xué)、對(duì)受體的親和カ等)。
要從測(cè)得的光學(xué)圖案推斷液體樣品中存在分析物，包括檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的差分信號(hào)。通過檢測(cè)差分信號(hào)，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)二者中發(fā)生的相似影響將基本上彼此抵消。在檢測(cè)器處可得到光學(xué)圖案，例如橫穿測(cè)量區(qū)的光束與橫穿參比區(qū)的光束之間干涉所產(chǎn)生干涉圖案。檢測(cè)器測(cè)得該干涉圖案并處理，例如對(duì)測(cè)得的干渉圖案進(jìn)行傅里葉變換(如快速頻譜變換FFT)。從處理的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出一個(gè)數(shù)值(如單ー值)，例如，從經(jīng)傅里葉變換產(chǎn)生的干渉圖案選出與所述ニ區(qū)域之間干涉相關(guān)的空間頻率峰，用一個(gè)數(shù)值代表所選空間頻率峰的相位。當(dāng)采用多個(gè)區(qū)域時(shí)，選出代表每對(duì)區(qū)域之間干涉相關(guān)的空間頻率峰。在給定的空間頻率中提取FFT相位部分與每對(duì)通道所對(duì)應(yīng)的相位值。非特異性結(jié)合可能源于受體的光學(xué)(a. O)非 特異性結(jié)合位點(diǎn)和/或源于傳感器表面的非特異性結(jié)合，常常與特異性結(jié)合同時(shí)發(fā)生，也能導(dǎo)致測(cè)量區(qū)光學(xué)行為的改變，從而導(dǎo)致測(cè)得圖案的額外變化，降低了該檢測(cè)的特異性。為了改進(jìn)該檢測(cè)的特異性，在c)之前，可向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供封閉液，例如，該封閉液包含與測(cè)量區(qū)和參比區(qū)非特異性結(jié)合、但優(yōu)選不會(huì)顯著改變所述受體結(jié)合分析物能カ的組分，封閉液的示范例包括，例如不含分析物的血清，或者含有非特異性結(jié)合組分但不含分析物的任何其他液體。在此種實(shí)施方式中，可以但不一定需要向參比通道提供樣品，而是只向測(cè)量區(qū)提供液體樣品。因此，可將參比液(如血清、此文它處提到的其他例子)加入到參比通道中。為了闡明目的，更加具體的封閉液示范例包括但不限于含A蛋白、牛血清白蛋白(BSA)、酪蛋白或明膠、和它們組合的液體。在理想條件下，封閉液還包括非特異性受體，例如，可以是感興趣分析物的非特異性抗體，或?qū)Ω信d趣分析物無特異性的寡核酸(DNA/RNA)分子/分子串，或?qū)Ω信d趣分析物無特異性的酶。如此盡可能接近地模擬非特異性封閉參比區(qū)和測(cè)量區(qū)的環(huán)境。理想地，差異僅存在于測(cè)量區(qū)的特異性結(jié)合位點(diǎn)。換句話說，先用封閉液，例如用富含A蛋白的封閉液包被參比區(qū)和測(cè)量區(qū)，以減少傳感器表面的非特異性結(jié)合，對(duì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)同樣如此做。使封閉液飽和所述受體(只存在測(cè)量區(qū)中)和/或通常存在于測(cè)量區(qū)和/或參比區(qū)傳感器表面的大量非特異性結(jié)合位點(diǎn)。通過將這種封閉液加入到先前已用非特異性組分包被的測(cè)量區(qū)和參比區(qū)吋，假如該液體可能含有待檢測(cè)的分析物，很可能只導(dǎo)致特異性結(jié)合，因?yàn)榧尤敕忾]液已導(dǎo)致實(shí)質(zhì)上發(fā)生了非特異性結(jié)合。可在向測(cè)量區(qū)提供受體之前或之后加入封閉液。例如，如果封閉液含A蛋白，在提供所述受體之前，向測(cè)量區(qū)提供封閉液，可導(dǎo)致改善受體在測(cè)量區(qū)中的取向和錨定。然而，在向測(cè)量區(qū)提供所述受體之后加入封閉液，封閉液可飽和受體本身的非特異性結(jié)合位點(diǎn)，從而基本上只使測(cè)量通道中受體的特異性結(jié)合位點(diǎn)保持開放。此外，也可向參比區(qū)提供修飾的受體，該修飾的受體經(jīng)過修飾，其結(jié)合分析物的特異性結(jié)合能力被去除。因而，可進(jìn)ー步改善測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的相似性，從而進(jìn)一步減弱非特異性結(jié)合對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。所述光束包括任何合適的光束，如基本上相干光束、基本上単色光束、多波長光束、或基本上連續(xù)延伸超過光譜波長范圍的光束(如白光或其它超連續(xù)光)等。可以是任何合適波長范圍內(nèi)的光束，如可見光、或近紅外光、紅外光、紫外光，可以是任何合適的光源產(chǎn)生的光，如激光，半導(dǎo)體激光二極管、超發(fā)光二極管、VCSEL (垂直腔面發(fā)射的激光)、配有合適濾光片如偏振濾光片的發(fā)光二極管產(chǎn)生的光等。所述檢測(cè)器包括CCD(電荷耦合器件)或其他合適的照相機(jī)，如CMOS (互補(bǔ)的金屬氧化物半導(dǎo)體)，和由線性陣列或兩維像素陣列產(chǎn)生的光?？刹捎锰峁┯泻线m軟件或合適專用電子設(shè)備的任何合適處理設(shè)備(如微控制器、微處理器、嵌入式控制器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、單板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理器等)，對(duì)測(cè)得的圖案進(jìn)行處理?？稍趫D像捕獲期間進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，例如進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)測(cè)量或在線產(chǎn)品分析，或在稍后時(shí)間進(jìn)行。適當(dāng)處理的示范例可參見S. Nakadate (1988) J. Opt. Soc. Am. A 5,1258-1264中的描述。白光或超連續(xù)光可使得在分析的納米域中(例如在傳感表面的納米距離處)獲得更多(精確的)信息。其他光束可能更適合獲得距傳感窗ロ較大距離處的信息。按照本發(fā)明ー種實(shí)施方式，可減少非特異性結(jié)合對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因?yàn)槭聦?shí)上，當(dāng)將液體樣品加到測(cè)量區(qū)(如測(cè)量通道)以及參比區(qū)(如參比通道)后，二通道均發(fā)生非特異性結(jié)合，這與已知的結(jié)構(gòu)相反，在已知結(jié)構(gòu)中，特異性以及非特異性結(jié)合均只發(fā)生在測(cè)量區(qū)。由于測(cè)量區(qū)以及參比區(qū)均發(fā)生非特異性結(jié)合，它們對(duì)檢測(cè)器測(cè)得圖案的影響至少可部分地互相抵消，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的差分信號(hào)很大程度上是由于特異性結(jié)合的影響。結(jié)果，對(duì)非特異性結(jié)合的靈敏度降低，從而改善了該檢測(cè)的靈敏度。如果將封閉液加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)(如通道)，再將液體樣品加入測(cè)量區(qū)和參比 區(qū)，可提供高精確度的測(cè)量。通過用封閉液不僅包被測(cè)量區(qū)而且包被參比區(qū)，由于封閉液組分可結(jié)合傳感器表面的非特異性結(jié)合位點(diǎn)，非特異層將被類似地固定在測(cè)量區(qū)和參比區(qū)上。在這種情況下，當(dāng)測(cè)量區(qū)發(fā)生結(jié)合時(shí)，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間可能存在的干擾因素，例如溫度變化等的影響，可能更好地被抵消。因?yàn)閰⒈葏^(qū)的感光層結(jié)構(gòu)變得盡可能接近類似于測(cè)量區(qū)的感光層結(jié)構(gòu)。如此，與參比區(qū)不用封閉液的情況相比，溫度變化導(dǎo)致參比區(qū)產(chǎn)生的信號(hào)與溫度變化導(dǎo)致測(cè)量區(qū)產(chǎn)生的信號(hào)可能更為接近。因此，不僅向測(cè)量區(qū)而且向參比區(qū)提供封閉液，可以更有效地抵消/消除溫度變化對(duì)信號(hào)的影響。向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)二者提供封閉液與只向測(cè)量區(qū)提供封閉液的情況相比，可能導(dǎo)致測(cè)得的特異性結(jié)合差分信號(hào)更加穩(wěn)定。另ー種可能影響特異性結(jié)合測(cè)得的傳感信號(hào)穩(wěn)定性的干擾因素，是封閉液中弱結(jié)合組分從測(cè)量區(qū)傳感器表面解吸附/脫離，也可能從所述抗體層解吸附/脫離。當(dāng)加入分析物樣品到用流體系統(tǒng)包被的傳感器表面時(shí)，這種因素變得特別相關(guān)，因?yàn)楦蓴_發(fā)生在上述干渉裝置中。假如用封閉液包被參比區(qū)，可能導(dǎo)致產(chǎn)生由于封閉液組分從參比區(qū)的傳感器表面解吸附/脫離相當(dāng)?shù)男盘?hào)，這在很大程度上抵消/消除了由于封閉液組分從測(cè)量區(qū)的傳感器表面上解吸附/脫離所產(chǎn)生的信號(hào)，導(dǎo)致特異性結(jié)合相應(yīng)的更加穩(wěn)定的差分信號(hào)。在一種實(shí)施方式，將封閉液加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后，將樣品液加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。如果如上所述，不僅向測(cè)量區(qū)而且向參比區(qū)(此ニ區(qū)已預(yù)先用封閉液包被)提供樣品液，除更穩(wěn)定的差分信號(hào)外，可減少/抵消樣品液與封閉液之間的體效應(yīng)。這可能導(dǎo)致更精確的測(cè)定，例如，精確估計(jì)結(jié)合曲線的初始斜率，用來推斷加入樣品液后最初幾分鐘期間存在的分析物。術(shù)語體效應(yīng)的定義是信號(hào)(即干涉圖案中的差異)，而不是測(cè)量區(qū)和參比區(qū)加入相同液體的結(jié)果。將ー種液體加入測(cè)量區(qū)，將不同的液體加入?yún)⒈葏^(qū)，例如加入封閉液和樣品液。此外，當(dāng)向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供樣品液時(shí)，樣品液組分除特異性分析物外所導(dǎo)致的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間其它非特異性結(jié)合的影響將被抵消，從而有助于產(chǎn)生特異性結(jié)合相應(yīng)的更精確的差分信號(hào)。如果在向測(cè)量區(qū)提供所述受體之后加入封閉液，封閉液可飽和受體本身上的非特異性結(jié)合位點(diǎn)，從而基本上只保留測(cè)量通道中受體的特異性結(jié)合位點(diǎn)開放。在一種實(shí)施方式中，進(jìn)行差分檢測(cè)。如上面所述，獲得光束橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的干涉圖案。通過檢測(cè)差分信號(hào)，對(duì)測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的相似影響將基本上互相抵消。在另ー種實(shí)施方式中，檢測(cè)差分信號(hào)隨時(shí)間的變化，從而測(cè)得干涉圖案隨時(shí)間的變化，換言之，在一種實(shí)施方式中，在向測(cè)量區(qū)和/或參比區(qū)提供樣品液之前和之后根據(jù)d)來檢測(cè)光學(xué)圖案，和e)包括從向測(cè)量區(qū)和/或參比區(qū)提供樣品液之前和之后測(cè)得的光學(xué)圖案變化，推斷液體樣品中存在分析物。由于測(cè)量區(qū)和參比區(qū)影響相似可基本上互相抵消，故在一優(yōu)選實(shí)施方式中，將封閉液加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，也將樣品液加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供相似的狀態(tài)，結(jié)果觀察到的干渉圖案變化應(yīng)該(幾乎)完全是由于測(cè)量區(qū)中存在感興趣分析物所致。感興趣的分析物不與參比區(qū)特異性結(jié)合，而與測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合的分析物可導(dǎo)致測(cè)量區(qū)的相位變化，這在參比區(qū)不會(huì)發(fā)生，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的這種相變差異可導(dǎo)致干涉圖案的變化，可分析隨時(shí)間推移的這種變化，這種變化與測(cè)量區(qū)中感興趣分析物的濃度直接相關(guān)。由于測(cè)量區(qū)與參比區(qū)狀況相似(具體說，將封閉液加入測(cè)量區(qū)與參比區(qū)，也將樣品液加入測(cè)量區(qū)與參比區(qū))，干渉因素的影響在很大程度上將互相抵消，這樣干涉圖案的變化將幾乎完全是由于分析物結(jié)合于測(cè)量區(qū)所致。因此下述方法的目標(biāo)是利用測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的光學(xué)行為差異，因?yàn)檫@種差異觀念上完全是由于感興 趣分析物特異性結(jié)合測(cè)量區(qū)所致。用稍微更通俗的話對(duì)上述原理作如下描述在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，本發(fā)明方法還包括在c)之前利用檢測(cè)器提供的至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后的參比光學(xué)圖案，d)在向至少測(cè)量區(qū)提供液體樣品期間或之后至少進(jìn)行一次檢測(cè)，并且e)包括比較參比區(qū)光學(xué)圖案的特征與d)測(cè)得光學(xué)圖案的特征，從中推斷存在分析物。感興趣的分析物不與參比區(qū)特異性結(jié)合，而與測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合的分析物可導(dǎo)致測(cè)量區(qū)的相位變化，這在參比區(qū)不會(huì)發(fā)生，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的這種相變差異可導(dǎo)致光學(xué)圖案(例如干涉圖案)的變化，分析隨時(shí)間推移的這種變化，將其與加入液體樣品前獲得的(參比區(qū))光學(xué)圖案比較，這種變化與測(cè)量區(qū)中感興趣分析物的濃度直接相關(guān)。由于測(cè)量區(qū)與參比區(qū)的這種狀況較為相似(具體說但不完全，將封閉液加入測(cè)量區(qū)與參比區(qū)，也將樣品液加入測(cè)量區(qū)與參比區(qū)時(shí))，干渉因素的影響在很大程度上將互相抵消，這樣干渉形的變化將幾乎完全是由于分析物結(jié)合于測(cè)量區(qū)所致。上面段落所說的這種影響同樣可用于本實(shí)施方式。應(yīng)注意本文中的參比區(qū)光學(xué)圖案也指測(cè)量區(qū)(和可能包括參比區(qū))加入液體樣品前測(cè)得的光學(xué)圖案或干渉圖案，或任何其他類似的話。因此可將術(shù)語參比區(qū)光學(xué)圖案理解為在c)提供樣品液之前測(cè)得的光學(xué)圖案。為了獲得精確結(jié)果同時(shí)快速分析這種圖案，在一種實(shí)施方式中，光學(xué)圖案和參比光學(xué)圖案的特征包括該光學(xué)圖案的空間頻譜(如用快速傅里葉變換獲得的)頻率分量的相位，至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和橫穿參比區(qū)之間干涉所致頻率分量的相位。通常限制傳感器裝置靈敏度的另ー種干擾因素是存在漂移，例如由于將需要分析的樣品液加入傳感器表面時(shí)所發(fā)生的溫度變化。漂移也可由環(huán)境溫度的變化、結(jié)合時(shí)的熱交換等引起。由于在發(fā)生結(jié)合的時(shí)間范圍內(nèi)，漂移所致的信號(hào)與特異性結(jié)合所致的信號(hào)同時(shí)發(fā)生，因此實(shí)際上不可能區(qū)分特異性結(jié)合信號(hào)與漂移信號(hào)。這可能導(dǎo)致傳感器的特異性和靈敏度進(jìn)ー步降低。在該方法的另ー種實(shí)施方式中，提供第二參比區(qū)。其中d)還包括檢測(cè)參比區(qū)與第ニ參比區(qū)之間的差異，和e)還包括估計(jì)d)測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間差異的干擾，并用所估計(jì)的干擾糾正存在分析物的相關(guān)信息。運(yùn)用此觀念，利用檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間獲得的信息，至少可部分糾正諸如漂移(如由于溫度的影響)、非特異性結(jié)合的影響或其他影響，可來糾正干擾的影響。一個(gè)示范例子，通過檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移，從測(cè)得的參比區(qū)與第ニ參比區(qū)之間的漂移估計(jì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移，漂移的影響可被至少部分抵消。為了提供精確的估計(jì)，在提供液體樣品前，即在c)前，檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的第一漂移，和檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的第二漂移。從而確定第一與第二漂移之間的漂移關(guān)系?？上颟`個(gè)或多個(gè)區(qū)域，優(yōu)選向每個(gè)區(qū)域提供參比液從而獲得每個(gè)區(qū)域的類似狀況，再進(jìn)行這些漂移的測(cè)量。因此，要認(rèn)真選擇模擬樣品液的參比液，使之盡可能接近，理想地，參比液與樣品液的唯一差別源于樣品液中可能存在分析物。進(jìn)行這種漂移檢測(cè)后至少向測(cè)量區(qū)提供樣品，執(zhí)行測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的檢測(cè)。而且，執(zhí)行參比區(qū)和第二參比區(qū)的檢測(cè)。現(xiàn)在可能從測(cè)得的漂移關(guān)系估計(jì)檢測(cè)期間測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間發(fā)生的漂移，和檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移(可表明了檢測(cè)期間參比區(qū)與第二參比區(qū)之間發(fā)生的漂移)。檢測(cè)現(xiàn)在可以利用這些區(qū)域之間估計(jì)的漂移來糾正對(duì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的測(cè)定(結(jié)果)(理想地只應(yīng)反映分析物的結(jié)合)，可減少漂移對(duì)測(cè)量精確度的不良影響。換句話 說，可降低漂移對(duì)特異性結(jié)合信號(hào)的影響，因?yàn)榭衫脜⒈葏^(qū)與第二參比區(qū)之間測(cè)得的漂移信號(hào)來確定或估計(jì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間發(fā)生的漂移。這可通過，例如確定在加入含分析物的液體樣品之前每對(duì)區(qū)域測(cè)得信號(hào)之間的關(guān)系而實(shí)現(xiàn)。參比液的示范例子包括但不限于不含分析物的血清、含A蛋白或BSA的溶液，或可以單純是緩沖液如PBS(磷酸緩沖鹽水)。為了清楚說明，將可能含分析物的現(xiàn)實(shí)樣品加入到(第一)參比區(qū)和測(cè)量區(qū)，但不粗加入第二參比區(qū)。優(yōu)選使第二參比區(qū)接觸參比液，將參比液同時(shí)或相繼加入第二參比區(qū)，此期間將樣品加入(第一)參比區(qū)和測(cè)量區(qū)。上述提供第二參比區(qū)的想法可通過添加第三參比區(qū)等而重復(fù)運(yùn)用，這樣就能考慮如何應(yīng)付ニ種或多種干擾。在一種實(shí)施方式中，提供第三參比區(qū)，其中d)還包括檢測(cè)第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的差異，和e)還包括估計(jì)d)測(cè)得的第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間差異所導(dǎo)致的干擾，和利用所估計(jì)的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間干擾來糾正參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差異。一個(gè)示范例子，在檢測(cè)期間，向第二參比區(qū)和第三參比區(qū)提供參比液，同時(shí)向測(cè)量區(qū)與參比區(qū)提供樣品。第二參比區(qū)和第三參比區(qū)之間測(cè)得差異提供了漂移影響的ー種指征。(第一)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間測(cè)得的差異可提供漂移和非特異性結(jié)合(例如只將樣品加入?yún)⒈葏^(qū))的聯(lián)合影響。現(xiàn)在可糾正測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的測(cè)定，估計(jì)漂移(獲自第二參比與第三參比通道之間的測(cè)定，可如上所述與測(cè)得的漂移關(guān)系聯(lián)用)和非特異性結(jié)合的影響。為清楚說明的目的，在這類實(shí)施方式中，優(yōu)選不將可能含有分析物的樣品加入這ニ個(gè)和三個(gè)參比區(qū)。較佳地使這些參比區(qū)接觸參比液。可減少特異性結(jié)合信號(hào)中漂移的影響，因?yàn)榭衫玫诙⒈葏^(qū)和第三參比區(qū)之間測(cè)得的漂移信號(hào)來確定或估計(jì)測(cè)量區(qū)與(第一)參比區(qū)之間發(fā)生的漂移。還有，可通過糾正/減少(第一)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間之間的漂移信號(hào)差異來降低(第一)參比區(qū)中分析物可能的非特異性結(jié)合對(duì)特異性結(jié)合信號(hào)的影響。這可通過確定在加入含分析物的液體樣品前每對(duì)區(qū)域測(cè)得信號(hào)之間的關(guān)系而實(shí)現(xiàn)。
在另ー種實(shí)施方式中，e)包括確定測(cè)量曲線的初始斜率和從該測(cè)得的初始斜率推斷存在分析物。從而利用此初始斜率來外推分析物的濃度。通常分析物與受體的結(jié)合緩慢，要花幾個(gè)小時(shí)才能完成直到結(jié)合飽和。確定測(cè)量曲線，例如測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間分析物結(jié)合曲線的初始斜率(從檢測(cè)圖案產(chǎn)生)可在相對(duì)較短的時(shí)間范圍如幾分鐘內(nèi)，推斷分析物的存在和/或濃度。因此不需要利用飽和測(cè)量曲線來快速確定分析物的濃度，而初始斜率的陸度直接與濃度相關(guān)。下面對(duì)此作進(jìn)ー步解釋。在還有ー種實(shí)施方式中，本發(fā)明方法還包括以下步驟采用去除方法，去除受體層中的至少一部分分析物，并檢測(cè)去除前后的光學(xué)圖案。從而可進(jìn)ー步提高精確度，因?yàn)樵谌コ治鑫镏昂椭筮M(jìn)行檢測(cè)，提高了區(qū)分分析物結(jié)合與非特異性結(jié)合、漂移和其他因素(例如由于該去除所獲得的信號(hào)變化，由于該去除方法而脫離的分析物顆粒含量)的能力。可采用任何合適的去除方法，如提供專用溶液，如鹽酸溶液或梯度離子溶液或含有競(jìng)爭(zhēng)分子的溶液。在這類實(shí)施方式中，可將參比液加入?yún)⒈葏^(qū)，也可同時(shí)在測(cè)量區(qū)與參比區(qū)中實(shí)施該去除方法。因此，可用去除參比區(qū)的非特異組分的影響來抵消去除測(cè)量區(qū)的非特異組分 的影響。在這類實(shí)施方式的另ー種配置中，也可將參比液加入第二參比區(qū)，在第二參比區(qū)中實(shí)施該去除方法，如此e)包括從參比區(qū)與第二參比區(qū)之間測(cè)得的漂移，推斷測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移，和利用推斷的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移來糾正分析物存在的相關(guān)信息。因而，與上述實(shí)施方式類似，采用第二參比區(qū)時(shí)，可利用參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差分信號(hào)(可能由于溫度變化和其他干擾因素所致)來糾正測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的信號(hào)漂移。在還有ー種實(shí)施方式中，所述光束包含光譜波長范圍和偏振范圍不同的至少ニ種光。所述范圍各包括特定波長的光和/或偏振光。對(duì)于不同波長光和/或不同偏振光，不同的結(jié)合情況可獲得不同的靈敏度，因?yàn)楦鞣N組分(如病毒、蛋白質(zhì)、組裝蛋白或蛋白組、細(xì)菌、細(xì)胞)的結(jié)合可能有不同的尺寸。當(dāng)采用多波長光和/或多種偏振光時(shí)，可利用不同的靈敏度來測(cè)定對(duì)不同波長光和/或不同偏振光反應(yīng)的不同，不同情況(特異性結(jié)合，非特異性結(jié)合等)的影響。在利用靈敏度的這些差異的ー種實(shí)施方式中，所述光束包含三種波長不同的光，此時(shí)e)包括從測(cè)得的每種波長光的光學(xué)圖案確定分析物結(jié)合、非特異性結(jié)合和體折射率。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明方法還包括在步驟e)中，檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)的光散射，聯(lián)合測(cè)得的光散射和/或局部強(qiáng)度分布與測(cè)得的光學(xué)圖案推斷存在分析物。因此，可從散射光的信號(hào)和空間強(qiáng)度分布獲得關(guān)于測(cè)量區(qū)中特異性結(jié)合的額外信息，從而進(jìn)ー步改善了檢測(cè)的精確度和靈敏度。按照本發(fā)明的另ー種實(shí)施方式，提供對(duì)這種體效應(yīng)的補(bǔ)償。因此，檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的體效應(yīng)將樣品液加入測(cè)量區(qū)，參比液加入?yún)⒈葏^(qū)，檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的干涉圖案，貯存在存儲(chǔ)器中(例如貯存該圖案或貯存獲自干涉圖案快速傅里葉變換的相關(guān) 信息，如快速傅里葉變換光譜頻率峰相位值)。在測(cè)量區(qū)中加入樣品，參比區(qū)中加入?yún)⒈纫哼M(jìn)行檢測(cè)，利用貯存的代表該體效應(yīng)的信息來糾正所測(cè)得的體效應(yīng)，即不同液體對(duì)干涉圖案的貢獻(xiàn)。一個(gè)示范例子，在參比區(qū)中加入PBS緩沖液和RNA串(探針)。在測(cè)量區(qū)中加入含該RNA串(探針)及其互補(bǔ)串(其存在可檢測(cè))的樣品(如血清)。向測(cè)量區(qū)與參比區(qū)提供抗體。RNA串和(如果存在)互補(bǔ)串結(jié)合帶標(biāo)簽的抗體。可利用代表加入測(cè)量區(qū)與參比區(qū)的不同液體影響的貯存值來糾正測(cè)得的干涉圖案，從而基本上去除不同液體對(duì)干涉圖案和測(cè)定的影響，從而更精確地測(cè)定分析物結(jié)合的貢獻(xiàn)。在測(cè)量區(qū)與參比區(qū)中，帶標(biāo)簽的RNA探針與抗體結(jié)合，然而只是在測(cè)量通道中互補(bǔ)的RNA/DNA (即分析物)才結(jié)合該帶標(biāo)簽的探針。然后此標(biāo)簽與芯片表面的抗體結(jié)合。在上述方法中，也可將樣品液，如血清加入到測(cè)量區(qū)與參比區(qū)中，以保持該ニ區(qū)的環(huán)境盡可能接近。在這種情況下，參比區(qū)中的探針應(yīng)是模擬物以避免參比區(qū)中分析物的任何結(jié)合。這ニ種測(cè)量方法可同時(shí)應(yīng)用(如下文所述需要ニ個(gè)參比區(qū))以獲得更多信息和較高精確度。本發(fā)明的另一方面，提供檢測(cè)液體樣品中分析物的檢測(cè)系統(tǒng)，其包括測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含有結(jié)合分析物的受體；、產(chǎn)生至少一束橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)光的光源；向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供參比液和/或液體樣品的液體供應(yīng)裝置；檢測(cè)至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后所提供的光學(xué)圖案的檢測(cè)器；和從測(cè)得的光學(xué)圖案推斷液體樣品中存在分析物的數(shù)據(jù)處理裝置。采用此檢測(cè)系統(tǒng)，用本發(fā)明的方法可得到相同或相似的效益。此外，可提供相同或相似的實(shí)施方式，每種實(shí)施方式可提供與本發(fā)明方法相同或相似的效益。在一種實(shí)施方式中，在面板結(jié)構(gòu)(也稱為芯片結(jié)構(gòu))上至少提供測(cè)量區(qū)與參比區(qū)。所述檢測(cè)系統(tǒng)包含可替換的保持部件保持該芯片結(jié)構(gòu)。從而可制成多用途的檢測(cè)系統(tǒng)，利用相應(yīng)的芯片結(jié)構(gòu)對(duì)不同分析物進(jìn)行檢測(cè)，各芯片含有對(duì)所要檢測(cè)的特定分析物的合適受體?？衫酶髯缘男酒Y(jié)構(gòu)分析各種樣品，每種樣品有各自的芯片結(jié)構(gòu)，將這種芯片結(jié)構(gòu)(陸續(xù))置于該檢測(cè)系統(tǒng)中。對(duì)不同的樣品采用不同的各自芯片可防止樣品交叉污染。也可將不同的樣品加到一張芯片和同一芯片上的不同(測(cè)量)部位。面板結(jié)構(gòu)(也稱為芯片結(jié)構(gòu))可以部分地在半導(dǎo)體材料圖案化和刻蝕エ藝來制造，以合理的價(jià)格提供?；蛘?，可采用其他(光學(xué))合適的材料。為了檢測(cè)各種各樣的分析物，可在這種芯片的各自測(cè)量區(qū)提供不同的受體。成本較低而允許一次性使用，從而有利于操作，毎次檢測(cè)后無需再生/清潔處理。采用貯器，如可保存小量待分析液體的微貯器作為液體供應(yīng)裝置。利用毛細(xì)管作用力，例如通過形成芯片一部分含有(微)流體通道(含有特定地址/耦合于一個(gè)參比區(qū)/通道或一個(gè)測(cè)量區(qū)/通道)的(微)流體系統(tǒng)，(微)流體泵、氣體壓縮器等，向測(cè)量區(qū)和/或參比區(qū)提供液體。液體可以持續(xù)流經(jīng)芯片的一個(gè)或多個(gè)特定部分。該芯片可以是一次性使用的芯片，或如下所述能重復(fù)使用。芯片結(jié)構(gòu)的特征是其上可提供測(cè)量區(qū)與參比區(qū)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包含可替換的保持部件以保持芯片結(jié)構(gòu)，芯片結(jié)構(gòu)不僅可用于本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)，而且可用于任何其他基于干涉的檢測(cè)系統(tǒng)。因此，也可將這類檢測(cè)系統(tǒng)描述為一種檢測(cè)液體樣品中分析物的檢測(cè)系統(tǒng)，其包括測(cè)量區(qū)與參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含結(jié)合分析物的受體；產(chǎn)生至少一束橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)光的光源；至少向測(cè)量區(qū)提供液體樣品的液體供應(yīng)裝置；
檢測(cè)至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后所提供的光學(xué)圖案的檢測(cè)器；和從測(cè)得的光學(xué)圖案推論液體樣品中存在分析物的數(shù)據(jù)處理裝置，其中在芯片結(jié)構(gòu)上至少提供測(cè)量區(qū)與參比區(qū)，該檢測(cè)系統(tǒng)包含可替換的保持部件以保持芯片結(jié)構(gòu)。也可將液體供應(yīng)裝置連接于(可替換的)芯片結(jié)構(gòu)或包含在其中，從而至少可部分(用芯片)替換，如此可防止下ー份樣品被該液體供應(yīng)裝置中殘留的前一祥品污染。可將液體供應(yīng)貯器與芯片相連或包含在芯片中，每張芯片自身含有隔開的單個(gè)貯器，或這ニ種結(jié)構(gòu)之一。所述芯片結(jié)構(gòu)和液體供應(yīng)裝置可用基座保持，該基座可使液體供應(yīng)裝置至少與測(cè)量區(qū)對(duì)齊。在本發(fā)明的上述和其他實(shí)施方式中，提供高特異性高靈敏度的分析物檢測(cè)方法和 檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)液體樣品溶液，如體液/動(dòng)物液體/植物液體(血清、血漿、血液、痰液等)、乳液、飲料或廢水等液體；水蒸氣或氣體如空氣樣品進(jìn)行檢測(cè)，例如可用液體，例如PBS對(duì)它們作預(yù)處理和稀釋?？墒箽怏w樣品中存在的分析物溶于液體再作分析。也可利用對(duì)給定的氣體組分，如C02、有毒氣體等有特異性的氣體吸附層檢測(cè)氣體。通過附圖和相應(yīng)的描述，和本發(fā)明的非限制性實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、實(shí)施方式和效果將變得清晰。圖IA和B提供基于干涉?zhèn)鞲衅骱推渲邪l(fā)生分析物結(jié)合的綜合示意圖；圖2A、B、C、D和E提供用不同檢測(cè)方案檢測(cè)分析物結(jié)合的示意圖以說明本發(fā)明的不同實(shí)施方式；圖3提供本發(fā)明基于楊氏干涉?zhèn)鞲衅鞑捎貌煌瑢?shí)施方式的示意圖；圖4提供本發(fā)明基于Mach-Zehnder干涉?zhèn)鞲衅鞑捎貌煌瑢?shí)施方式的示意圖；圖5提供本發(fā)明基于多模干涉?zhèn)鞲衅鞑捎貌煌瑢?shí)施方式的示意圖；圖6A、B、C和D提供用不同檢測(cè)方案檢測(cè)分析物結(jié)合的示意圖以說明本發(fā)明的不同實(shí)施方式；圖7提供檢測(cè)分析物結(jié)合的示意圖以說明本發(fā)明的實(shí)施方式；圖8提供干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)的示意圖以說明本發(fā)明的不同實(shí)施方式；圖9提供本發(fā)明實(shí)施方式所采用檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖；圖IOA和B描述了用于實(shí)施本發(fā)明的芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)；

圖11提供本發(fā)明實(shí)施方式所用的便攜式檢測(cè)器的示意圖；圖12A和B描述按照本發(fā)明實(shí)施方式檢測(cè)分析物的時(shí)間圖。非特異性結(jié)合的估計(jì)/減少圖IA描述了干涉?zhèn)鞲衅饕话阍淼捻斠晥D。在一個(gè)干涉?zhèn)鞲衅髦?，從通常與ー個(gè)光(通道)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)WGS耦合的(單色)光源LSO發(fā)出光束，例如激光。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)WGS通常有三層，即底層SUB、芯層COR和包層COV(見圖IB所示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)WGS的側(cè)視圖)，由于芯層與包層(圖IB所示的底層SUB與包層C0V)之間折射率差異適當(dāng)而使光導(dǎo)向。芯層的折射率較高使光全內(nèi)反射到芯-包層的界面，以這種方式使光能夠通過(平板)波導(dǎo)傳播。在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的上部有一些傳感區(qū)，如ニ個(gè)傳感區(qū)，通過局部去除頂部的包層COV而產(chǎn)生，其中一個(gè)起著測(cè)量區(qū)MRG的作用，另ー個(gè)可用作參比區(qū)RRG。通過網(wǎng)格(此例中為光檢測(cè)器DET的表面)上的測(cè)量區(qū)MRG和參比區(qū)RRG傳播的光束互相干渉，產(chǎn)生干涉圖。常用受體REC，如能特異性檢測(cè)給定溶液中存在的分析物ANA的抗體，包被測(cè)量區(qū)，分析物ANA通過流動(dòng)系統(tǒng)流過測(cè)量區(qū)。參見圖1B，分析物ANA特異性結(jié)合于測(cè)量區(qū)中抗體包被的波導(dǎo)表面，通過被引導(dǎo)的模式MOD的漸逝場(chǎng)引起相應(yīng)相位的改變，進(jìn)行探測(cè)(檢測(cè)干涉圖案中的變化)。分析干涉圖案可產(chǎn)生關(guān)于測(cè)量區(qū)分析物結(jié)合量的信息。這種干涉圖案分析包括比較加入可能含有感興趣分析物的樣品到該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表面(特定區(qū)域)之前、期間、和之后的干涉圖案。干涉裝置各種結(jié)構(gòu)的說明可參見C. Stamm等(1993) Sensors and Actuators B 11,177-181;R. G. Heideman 等(1993)Sensors and Actuators B 10, 209-217 ；A. Brandenburg等(1994)Applied Optics 33(25),5941-5947 ；H. Helmers 等(1996), Applied Optics35(4),676-680 ;A. Ymeti 等(2003)Applied Optics 42，5649-5660 ;G. H. Cross 等(2003)Biosensors and Bioelectronics 19 (4),383-390。在含有多個(gè)傳感區(qū)的(生物)傳感器裝置中，可用一種受體層包被傳感區(qū)之一的表面(測(cè)量區(qū))。本文中，術(shù)語受體可理解為能特異性結(jié)合分析物的底物。術(shù)語分析物可以指化學(xué)組分或生物組分(例如但不限于微生物、蛋白質(zhì)、肽、DNA/RNA或它們的組合)。在(生物)傳感器裝置中，傳感器表面固定有受體層，如抗體層、與特異性分析物互補(bǔ)的DNA/ RNA片段、酶或其他能特異性結(jié)合分析物的物質(zhì)，用于選擇性結(jié)合給定樣品液中存在的需要分析的特異性分析物粒子。另ー個(gè)例子是結(jié)合C02(氣體)的受體層。當(dāng)需要檢測(cè)非常復(fù)雜的樣品，如血清、血液、乳液等(還存在其他非特異性組分，如蛋白質(zhì)；微生物如病毒、細(xì)菌、酵母菌等；DNA分子、無機(jī)離子等)中的特異性分析物時(shí)，該受體層特別重要。根據(jù)其應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和其他情況，可能要求該受體層穩(wěn)定，沒有非特異性結(jié)合位點(diǎn)或極少，可被重現(xiàn)地固定和含有高密度的活性受體?？刹捎貌煌募夹g(shù)將該受體層固定在測(cè)量區(qū)上，這取決于芯片材料，如娃(Si)芯片?？衫肁蛋白包被的傳感器表面來結(jié)合。利用A蛋白包被的傳感器表面可促進(jìn)結(jié)合并改進(jìn)受體下一歩與分析物結(jié)合時(shí)的正確取向。而且用A蛋白包被傳感器表面可導(dǎo)致減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。A蛋白是ー個(gè)例子?？赡茱@示具有與A蛋白相同或相似功能，即可在Si表面形成包層從而減少該表面的非特異性結(jié)合，和可作為受體如抗體恰當(dāng)錨定點(diǎn)以結(jié)合和使受體具有理想方式取向的其他蛋白質(zhì)或物質(zhì)，例如抗體。也可采用其他技術(shù)固定受體層，例如基于光對(duì)疏水表面的相互作用而物理吸附于傳感器表面，和通過氫鍵或共價(jià)偶聯(lián)結(jié)合于硅化傳感器的表面?？捎锰禺愋允荏w包被測(cè)量區(qū)，對(duì)于增加的第二區(qū)-也稱為參比區(qū)-只用A蛋白或顯示具有與A蛋白相似功能的另ー種蛋白或分子包被。上文將此稱為封閉液。如圖2A所示，可將體液樣品，如含特異性分析物如生物標(biāo)志的血清(同吋)加入ニ區(qū)。用A蛋白包被參比區(qū)RRG的傳感器表面還能減少血清組分的非特異性結(jié)合，測(cè)量區(qū)MRG與之相似。與已知常常只將樣品加入測(cè)量區(qū)而不能區(qū)分分析物特異性結(jié)合于固定在傳感器表面所產(chǎn)生的傳感信號(hào)與樣品液中其他成分結(jié)合于傳感器表面所產(chǎn)生的非特異性信號(hào)之間差異的檢測(cè)方法相比，此方案提供了優(yōu)異的效果，由于用A蛋白以同樣方式包被傳感器表面減少了參比區(qū)的非特異性結(jié)合，測(cè)量區(qū)也同樣如此，這在很大程度上抵消了同時(shí)發(fā)生在測(cè)量區(qū)的非特異性結(jié)合的影響。因此，測(cè)得的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的差分信號(hào)在很大程度上是由分析物特異性結(jié)合于測(cè)量區(qū)受體層所致，而樣品中的其他組分等同地結(jié)合于這ニ個(gè)區(qū)域的傳感器表面。
參見圖2B說明的另ー種實(shí)施方式。在此檢測(cè)方案的另ー種應(yīng)用中，先用封閉液包被測(cè)量區(qū)和參比區(qū)以減少傳感器表面的非特異性結(jié)合，在這種情況下，采用“瘦身”血清(無待檢測(cè)特異性分析物的血清)或其他由參比液或(同時(shí)或相繼)混合參比液組成的(后)封閉劑/封閉液來封閉非特異性結(jié)合位點(diǎn)。常用的封閉液包括但不限于BSA(牛血清白蛋白)、血清、脫脂奶、酪蛋白、明膠PBS等。這樣甚至可進(jìn)ー步減少傳感器表面的非特異性結(jié)合和/或減少受體的非特異性結(jié)合位點(diǎn)。然后可將體液樣品，如含有特異性分析物的血清加入此ニ區(qū)中。在此種結(jié)構(gòu)中，由于測(cè)量區(qū)與參比區(qū)已先用“痩身”血清中存在的非特異性組分完全包被，故加入含特異性分析物的血清很可能導(dǎo)致由于特異性分析物結(jié)合于固定在測(cè)量區(qū)中的抗體層所產(chǎn)生的傳感信號(hào)，而樣品中的其他組分結(jié)合所產(chǎn)生的非特異性信號(hào)預(yù)計(jì)可忽略不計(jì)或比特異性結(jié)合低得多，因?yàn)榇罅康姆翘禺愋越Y(jié)合區(qū)/位點(diǎn)已被占領(lǐng)/封閉。如此，此檢測(cè)方案測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的較低非的特異性信號(hào)可進(jìn)ー步抵消，從而有利于對(duì)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的更精確(檢測(cè))。參見圖2C說明的另ー種實(shí)施方式。在此檢測(cè)方案中，添加的第二參比區(qū)RRG2用A蛋白預(yù)先包被，再用“瘦身”血清包被。類似目的，用A蛋白包被測(cè)量區(qū)MRG與參比區(qū)RRG， 以減少傳感器表面的非特異性結(jié)合和/或使受體分子的取向恰當(dāng)。再使之接觸“痩身”血清甚至可進(jìn)ー步減少參比區(qū)和測(cè)量區(qū)的非特異性結(jié)合。參比區(qū)RRG與第二參比區(qū)RRG2之間的差分信號(hào)很大程度上是由于這ニ區(qū)之間的溫度差異導(dǎo)致的所謂漂移所致。其他因素可能包括在光學(xué)設(shè)置排列對(duì)齊時(shí)產(chǎn)生的漂移。溫度差異可能由環(huán)境溫度的變化，如氣流所引起。注入這些區(qū)域的樣品液溫度的差異也可能導(dǎo)致ニ區(qū)之間的溫度差異。此外，由于測(cè)量區(qū)中的特異性結(jié)合可能發(fā)生與周圍環(huán)境的熱交換而產(chǎn)生溫度差異。由于在結(jié)合反應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量區(qū)的漂移信號(hào)與特異性結(jié)合信號(hào)同時(shí)發(fā)生，因此實(shí)際上不可能區(qū)分特異性結(jié)合信號(hào)與漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間同時(shí)發(fā)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品之前每對(duì)傳感區(qū)之間信號(hào)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。在此檢測(cè)方案中糾正/減少漂移信號(hào)可導(dǎo)致進(jìn)ー步提高檢測(cè)特異性結(jié)合信號(hào)的精確度。這種漂移的糾正可用于含有至少三個(gè)傳感區(qū)(一個(gè)測(cè)量區(qū)和ニ個(gè)參比區(qū))的(生物)傳感裝置。如果同時(shí)或相繼獲得測(cè)量區(qū)與ニ個(gè)參比區(qū)的差分信號(hào)就能作出這種糾正。注意，優(yōu)選不要讓可能含有分析物的樣品接觸第二參比區(qū)，而較佳地讓其接觸第一參比區(qū)和測(cè)量區(qū)。參見圖2D說明的另ー種實(shí)施方式。在另ー種檢測(cè)方案中，先用封閉液(如用A蛋白)包被添加的第三參比區(qū)RRG3，再用痩身血清包被。為同一目的，可用A蛋白包被測(cè)量區(qū)、參比區(qū)和第二參比區(qū)以減少這些區(qū)域傳感器表面的非特異性結(jié)合。第二參比區(qū)RRG2與第三參比區(qū)RRG3之間的差分信號(hào)最可能是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移所致，而參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差分信號(hào)也是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的漂移，如分析物與參比區(qū)的傳感器表面有一些非特異性結(jié)合。測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間產(chǎn)生的差分信號(hào)是由于分析物特異性結(jié)合于測(cè)量區(qū)的傳感器表面，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)以及分析物非特異性結(jié)合于參比區(qū)的傳感器表面所致。因?yàn)樵诎l(fā)生結(jié)合的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)與測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合以及參比區(qū)分析物的非特異性結(jié)合的信號(hào)同時(shí)發(fā)生，因此實(shí)際上不可能區(qū)分測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合、參比區(qū)分析物非特異性結(jié)合的傳感信號(hào)與測(cè)量區(qū)和參比區(qū)之間漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)同時(shí)發(fā)生的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，以及測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間發(fā)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品之前每對(duì)傳感區(qū)之間信號(hào)的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通過糾正/減少參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，可推斷出參比區(qū)中有分析物非特異性結(jié)合。而且，通過糾正測(cè)量區(qū) 與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)和估計(jì)參比區(qū)中非特異性結(jié)合的分析物，此檢測(cè)方案甚至可導(dǎo)致進(jìn)一步提高檢測(cè)測(cè)量區(qū)中分析物特異性結(jié)合信號(hào)的精確度。此方案可用于含有至少四個(gè)傳感區(qū)(一個(gè)測(cè)量區(qū)和三個(gè)參比區(qū))的(生物)傳感裝置，如果能同時(shí)或相繼獲得測(cè)量區(qū)和三個(gè)參比區(qū)的干渉信號(hào)。因此，在上述實(shí)施方式中，優(yōu)選不要讓可能含有待檢測(cè)分析物的樣品接觸第二和第三參比區(qū)，而較佳地讓其接觸第一參比區(qū)和測(cè)量區(qū)。在另ー種實(shí)施方式中，先用封閉液/參比液(如用A蛋白)包被添加的第四參比通道，如多通道YI傳感器，或含有至少五個(gè)傳感區(qū)/通道(一個(gè)測(cè)量和四個(gè)參比區(qū)/通道)的任何其他干渉結(jié)構(gòu)。為同一目的，對(duì)測(cè)量通道、(第一)參比通道、第二參比通道和第三參比通道作同樣處理，以減少這些通道傳感器表面的非特異性結(jié)合。勿讓不含有分析物的樣品流入第四參比通道(見圖2)。第二參比通道與第三參比通道之間產(chǎn)生的差分信號(hào)最可能是由于這些通道之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移所致，而差分信號(hào)是由于第三參比通道與第四參比通道之間的溫度差異，和流入第四參比通道的樣品(不含分析物)與流入第三參比通道的封閉液/參比液之間的體信號(hào)所致。此外，(第一)參比通道與第二參比通道之間的差分信號(hào)，是由于這些通道之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的漂移信號(hào)、流入(第一)參比通道的樣品(含分析物)與流入第三參比通道的封閉液/參比液以及ー些分析物非特異性結(jié)合于(第一)參比通道的傳感器表面的體信號(hào)所致。最后，測(cè)量通道與(第一)參比通道之間產(chǎn)生的差分信號(hào)，與前面的檢測(cè)方案相同，是由于測(cè)量通道傳感器表面特異性結(jié)合了分析物、測(cè)量通道與(第一)參比通道之間的漂移信號(hào)以及(第一)參比通道傳感器表面有分析物非特異性結(jié)合所致。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的第二參比通道與第三參比通道之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)第三參比通道與第四參比通道之間、(第一)參比通道與第二參比通道之間(同吋)產(chǎn)生的漂移信號(hào)，以及測(cè)量通道與(第一)參比通道之間產(chǎn)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品之前每對(duì)通道信號(hào)的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通過糾正第三參比通道與第四參比通道之間的漂移，可估計(jì)出流入第四參比通道的樣品(不含分析物)與流入第三參比通道的封閉液/參比液之間的體信號(hào)，將其與流入(第一)參比通道的樣品與流入第二參比通道的封閉液/參比液之間的體信號(hào)作比較。此外，通過糾正(第一)參比通道與第二參比通道之間的漂移信號(hào)，和流入(第一)參比通道的樣品與流入第二參比通道的封閉液/參比液之間的體信號(hào)，可估計(jì)出(第一)參比通道中的非特異性結(jié)合分析物。最后，通過糾正測(cè)量通道與(第一)參比通道之間的漂移信號(hào)和估計(jì)(第一)參比通道中的非特異性結(jié)合分析物，此檢測(cè)方案甚至可導(dǎo)致進(jìn)一步提高檢測(cè)測(cè)量通道中特異性結(jié)合分析物信號(hào)的精確度。如果能同時(shí)或相繼獲得測(cè)量通道與第四參比通道之間的干渉信號(hào)可采用此方案。如上所述，當(dāng)流入第四參比通道的封閉液/參比液含有分析物，優(yōu)選其濃度與樣品液相同，以替代不含分析物的樣品時(shí)，可采用另一種替代檢測(cè)方案。此方案可獲得與上述方案相似的結(jié)果。在所有的上述方案中，參比通道可互相易位，例如可讓含分析物的樣品液流入測(cè)量通道和第一、或第二、或第三或第四參比通道。基于楊氏干涉?zhèn)鞲衅?YI)的描述可參見A. Brandenburg等(1994)AppliedOptics 33(25),5941-5947 ;H. Helmers 等(1996)，Applied Optics 35 (4)，676-680 ;A. Brandenburg(1997)Sensors and Actuators B 38-39,266-271 ;A Ymeti 等(2003)Applied Optics 42,5649-5660 ；G. H. Cross 等(2003)Biosensors and Bioelectronics 19(4) ,383-390。在YI傳感器中，常用分光器如Y_結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(見圖3)、麗I耦合器、星形耦合器等，將與輸入(通道)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)OPC耦合的光源LSO發(fā)射的光束拆分成至少ニ種光束，例如単色光，如激光，分別傳播通過波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的測(cè)量通道MCH、參比通道RCHl、RCH2、RCH3，測(cè)量通道和參比通道分別形成測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。輸出的發(fā)散光束彼此重疊，最終的干涉圖案可能是各干涉圖案的疊合。每張圖案提供ー對(duì)特定通道散射光束的疊合圖，在ニ個(gè)通道以上的結(jié)構(gòu)中各通道之間的距是唯一的。檢測(cè)器可記錄這種干涉圖案，在此例中，由安放在距離波導(dǎo)結(jié)構(gòu)端面給定距離的CCD(電荷耦合器件)照相機(jī)提供。CCD與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)偶聯(lián)以處理所檢測(cè)干涉圖案的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)采用基于FFT (快速傅里葉變換)的分析算法處理數(shù)據(jù)，(同時(shí)或相繼)確定每對(duì)通道的相位信息。圖4說明Mach-Zehnder干涉光傳感器的結(jié)構(gòu)。一個(gè)例子，在E. F. Schipper等(1997) Sensors and Actuators B 40,147-153 公布的 Mach-Zehnder 干涉光(MZI)傳感器中，光源LSO發(fā)出的光束，如激光，經(jīng)Y-結(jié)點(diǎn)被分開，傳播進(jìn)入測(cè)量通道MCH和參比通道RCH, 一個(gè)例子是分別進(jìn)入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，傳播通過波導(dǎo)結(jié)構(gòu)OPC后，再用Y-結(jié)點(diǎn)合井光束。檢測(cè)器記錄下此向外耦合的光的強(qiáng)度。在含有測(cè)量通道和參比通道的基于YI和MZI的傳感器結(jié)構(gòu)或任何其他干渉器結(jié)構(gòu)中，每個(gè)輸出通道都提供傳感窗ロ以便加入待分析的液體樣品。對(duì)于采用上述第一檢測(cè)方案，輸出通道之一的傳感窗ロ可用A蛋白來包被受體層，例如抗體層(測(cè)量通道)。利用A蛋白包被傳感器表面能促進(jìn)結(jié)合并改進(jìn)受體下一歩與分析物結(jié)合時(shí)的正確取向。而且，用A蛋白包被傳感器表面可導(dǎo)致減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。添加的參比通道只用A蛋白包被。在測(cè)量通道與參比通道中(同時(shí)或相繼)加入體液樣品，如含特異性分析物(例如生物標(biāo)志物)的血清(見圖2A)。用A蛋白包被參比通道傳感器表面也有助于減少非特異性結(jié)合，此例是血清組分的非特異性結(jié)合，測(cè)量通道與此相似。與通常只在測(cè)量區(qū)中加入樣品從而不可能區(qū)分分析物與固定在傳感器表面的受體層特異性結(jié)合產(chǎn)生的傳感信號(hào)與樣品液中其他成分結(jié)合傳感器表面產(chǎn)生的非特異性信號(hào)的檢測(cè)方法相比，此方案提供了優(yōu)異的效果，參比區(qū)中發(fā)生的非特異性結(jié)合因用A蛋白包被了傳感器表面也得以減少，測(cè)量通道同樣如此，可在很大程度上抵消在測(cè)量通道中(同吋)發(fā)生的非特異性結(jié)合的影響。因此，測(cè)量通道與參比通道之間的差分信號(hào)最可能由分析物結(jié)合于固定在測(cè)量通道中的抗體層所引起，可認(rèn)為樣品中存在的其他組分等同地非特異性結(jié)合這ニ個(gè)區(qū)域的傳感器表面。此檢測(cè)方案對(duì)于 或MZI或其他干涉?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)的另ー種應(yīng)用中，測(cè)量通道和參比通道先用A蛋白或顯示與A蛋白功能相似的另ー種蛋白或分子包被，以減少傳感器表面的非特異性結(jié)合，在這種情況下，測(cè)量通道和參比通道隨后用“痩身”血清(即不含待檢測(cè)特異性分析物的血清)或其他用于封閉非特異性結(jié)合位點(diǎn)的(后)封閉制劑/參比液或混合參比液包被。常用的封閉制劑/溶液包括但不限于BSA(牛血清白蛋白)、血清、脫脂奶、酪蛋白、明膠PBS等。然后可將體液樣品，如含特異性分析物的血清，加入ニ個(gè)通道中(圖2B)。在此結(jié)構(gòu)中，因?yàn)闇y(cè)量通道和參比通道已先用“痩身”血清中的非特異性組分完全包被，加入含特異性分析物的血清最可能導(dǎo)致該特異性分析物結(jié)合于固定在測(cè)量通道中的抗體層而產(chǎn)生傳感信號(hào)，而樣品中的其他組分產(chǎn)生的額外非特異性信號(hào)預(yù)計(jì)可忽略不計(jì)或比特異性結(jié)合低得多，因?yàn)榇蠖鄶?shù)非特異性結(jié)合區(qū)/位點(diǎn)已被占領(lǐng)/封閉。如此，測(cè)量通道與參比通道之間較低的非特異性信號(hào)的影響進(jìn)ー步被抵消，從而有助于對(duì)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的更精確檢測(cè)。在另ー種檢測(cè)方案中，如圖3所示多通道 傳感器，或任何其他干涉結(jié)構(gòu)中的第ニ參比通道包括至少三個(gè)傳感通道，即ー個(gè)測(cè)量通道和ニ個(gè)參比通道，先用A蛋白包被，再、用“痩身”血清包被(見圖2C)。A蛋白包被的目的對(duì)于測(cè)量通道與參比通道相同，即減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。參比通道與第二參比通道之間的差分信號(hào)很大程度上是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移所致。流入這些通道的樣品液的溫度差異也可導(dǎo)致他們之間的溫度差異。此外，測(cè)量通道中發(fā)生的結(jié)合可能與周圍環(huán)境熱交換而產(chǎn)生溫度差異。因?yàn)樵诎l(fā)生結(jié)合的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量通道的漂移信號(hào)與特異性結(jié)合信號(hào)同時(shí)發(fā)生，故實(shí)際上不可能區(qū)分特異性結(jié)合的傳感信號(hào)與漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的參比通道與第二參比通道之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)除測(cè)量通道特異性信號(hào)外測(cè)量通道與參比通道之間同時(shí)發(fā)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品液之前每對(duì)通道信號(hào)之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通過糾正/減少漂移信號(hào)，此檢測(cè)方案可導(dǎo)致進(jìn)一步提高檢測(cè)特異性結(jié)合信號(hào)的精確度。如果能同時(shí)或相繼獲得測(cè)量通道與ニ個(gè)參比通道之間的干渉信號(hào)可采用此方案。此實(shí)施方式中要注意優(yōu)選不讓可能含有分析物的樣品接觸第二參比通道，而較佳地接觸第一參比通道和測(cè)量通道。在另ー種檢測(cè)方案中，如圖3所示多通道 傳感器中，先用A蛋白包被，再用“瘦身”血清包被(見圖2D)。A蛋白包被的目的對(duì)于測(cè)量通道、參比通道和第二與參比通道相同，即減少這些通道傳感器表面的非特異性結(jié)合。第二參比通道與第三參比通道之間產(chǎn)生的差分信號(hào)最可能是由于這些通道之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移所致，而參比通道與第二參比通道之間的差分信號(hào)是由于這些通道之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的漂移信號(hào)，以及ー些分析物非特異性結(jié)合參比通道的傳感器表面所致。測(cè)量通道與參比通道之間產(chǎn)生的差分信號(hào)是由于分析物特異性結(jié)合于測(cè)量通道傳感器表面、測(cè)量通道與參比通道之間的漂移信號(hào)，以及分析物非特異性結(jié)合于參比通道傳感器表面所致。因?yàn)樵诎l(fā)生結(jié)合的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量通道與參比通道之間的漂移信號(hào)與測(cè)量通道中特異性結(jié)合以及參比通道中分析物的非特異性結(jié)合的信號(hào)同時(shí)發(fā)生，故實(shí)際上不可能區(qū)分測(cè)量通道中特異性結(jié)合、參比通道中分析物非特異性結(jié)合的傳感信號(hào)與測(cè)量通道與參比通道之間的漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的第二參比通道與第三參比通道之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)參比通道與第二參比通道之間同時(shí)產(chǎn)生的漂移信號(hào)以及測(cè)量通道與參比通道之間產(chǎn)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品液之前每對(duì)通道信號(hào)之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通過糾正/減少參比通道與第二參比通道之間的漂移信號(hào)，可估計(jì)參比通道中非特異性結(jié)合的分析物。此外，通過糾正測(cè)量通道與參比通道之間的漂移信號(hào)和估計(jì)參比通道中非特異性結(jié)合的分析物，此檢測(cè)方案可導(dǎo)致進(jìn)一歩提高檢測(cè)測(cè)量通道中特異性結(jié)合分析物信號(hào)的精確度。如果能同時(shí)或相繼獲得測(cè)量通道與三個(gè)參比通道之間的干渉信號(hào)可采用此方案。
在此方案中要注意，優(yōu)選勿讓含有待檢測(cè)分析物的樣品接觸第二和第三參比通道，而較佳地接觸第一參比通道和測(cè)量通道。上文所述的檢測(cè)方案可以類似方式應(yīng)用于含有多個(gè)傳感區(qū)的MMI (多模干涉)為基礎(chǔ)的干涉光傳感裝置(參見W02010090514和NL20092002491)。在MMI傳感器中安排發(fā)射光束(如激光)的単色光源與含有多方式干涉結(jié)構(gòu)的MMI耦合器偶聯(lián)能以不同方式傳播光束。傳播途徑至少有測(cè)量區(qū)和參比區(qū)(圖5)。液體中的分析物粒子與測(cè)量區(qū)的特異性受體如抗體結(jié)合，可引起至少ー種傳播方式的改變和傳播方式之間的干渉。結(jié)果，不同傳播方式在檢測(cè)器上呈現(xiàn)為光學(xué)圖案的變化，位于多方式結(jié)構(gòu)的端面，因此，通過分析檢測(cè)器提供的圖案得以測(cè)定傳播特征。每個(gè)測(cè)量區(qū)含有傳感窗ロ可加入待分析的液體樣品。為采用上述第一檢測(cè)方案，傳感區(qū)之一的傳感窗ロ用受體層如抗體層利用A蛋白包被(測(cè)量區(qū))?？衫肁蛋白包被傳感器表面促進(jìn)結(jié)合和改進(jìn)受體下一歩與分析物結(jié)合時(shí)的正確取向。而且，用A蛋白包被可導(dǎo)致減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。添加的第二(參比)區(qū)只用A蛋白包被。將液體樣品，例如含分析物(如生物標(biāo)志)的血清(同時(shí))加入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)(見圖2A)。用A蛋白包被參比區(qū)的傳感器表面有助于減少非特異性結(jié)合，此例是(減少)血清組分(的非特異性結(jié)合)，測(cè)量區(qū)與此相似。與常將樣品只加入測(cè)量區(qū)因而不能區(qū)分分析物特異性結(jié)合固定在傳感器表面受體層產(chǎn)生的傳感信號(hào)與樣品液中其他組分結(jié)合傳感器表面產(chǎn)生的非特異性信號(hào)相比，此方案可提供了優(yōu)異的效果，由于用A蛋白包被參比區(qū)傳感器表面，該區(qū)發(fā)生的非特異性結(jié)合減少，測(cè)量區(qū)與此相似。在很大程度上抵消了測(cè)量區(qū)同時(shí)發(fā)生的非特異性結(jié)合的影響。因此，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的差分信號(hào)最可能是由分析物特異性結(jié)合于固定在測(cè)量通道中的抗體層所引起，可認(rèn)為樣品中存在的其他組分等同地非特異性結(jié)合于測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。在此檢測(cè)方案進(jìn)ー步應(yīng)用于MMI為基礎(chǔ)的干涉?zhèn)鞲衅鲿r(shí)，測(cè)量區(qū)和參比區(qū)先用A蛋白或顯示具有與A蛋白相似功能的另ー種蛋白或分子包被，以減少測(cè)量區(qū)和參比區(qū)傳感器表面的非特異性結(jié)合，然后用“痩身”血清(不含待檢測(cè)特異性分析物的血清)或其他用于封閉非特異性結(jié)合位點(diǎn)的(后)封閉制劑/參比液或混合參比液(同時(shí)或相繼)包被。常用的封閉制劑/溶液包括但不限于=BSA(牛血清白蛋白)、血清、脫脂奶、酪蛋白、明膠PBS等。然后可將體液樣品，如含特異性分析物的血清，加入ニ個(gè)區(qū)中(見圖2B)。在此結(jié)構(gòu)中，由于測(cè)量區(qū)與參比區(qū)已先用“痩身”血清中存在的非特異性組分完全包被，故加入含特異性分析物的血清很可能導(dǎo)致由于特異性分析物結(jié)合于固定于測(cè)量區(qū)中的抗體層從而產(chǎn)生傳感信號(hào)，而樣品中的其他組分結(jié)合所產(chǎn)生的額外非特異性信號(hào)預(yù)計(jì)可忽略不計(jì)。如此，此檢測(cè)方案測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的較低非特異性信號(hào)進(jìn)ー步被抵消，從而有利于對(duì)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的更精確檢測(cè)。在另ー種檢測(cè)方案中，MMI為基礎(chǔ)的干渉光傳感器先用A蛋白包被，再用“痩身”血清包被(見圖2C)。用A蛋白包被的目的對(duì)于測(cè)量區(qū)與參比區(qū)相同，即減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。參比區(qū)與第二參比區(qū)之間產(chǎn)生的差分信號(hào)很大程度上是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移所致。流入這些區(qū)域的樣品液的溫度差異也可導(dǎo)致他們之間的溫度差異。此外，測(cè)量通道中發(fā)生的結(jié)合可能與周圍環(huán)境熱交換而產(chǎn)生溫度差異。因?yàn)樵诎l(fā)生結(jié)合反應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量通道的漂移信號(hào)與特異性結(jié)合的信號(hào)同時(shí)發(fā)生，故不可能區(qū)分特異性結(jié)合的傳感信號(hào)與漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)測(cè)量區(qū)與第參比區(qū)之間同時(shí)產(chǎn)生的漂移信號(hào)以及測(cè)量區(qū)的特異性信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品液之前每對(duì)通道信號(hào)之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。糾正/減少可導(dǎo)致進(jìn)一步提高檢測(cè)特異性結(jié)合信號(hào)的精確度。如果能同時(shí)或相繼獲得測(cè)量區(qū)與ニ個(gè)參比區(qū)之間的干渉信號(hào)可采用此方案。在另ー種檢測(cè)方案中，如圖5所示的第三參比區(qū)RRG3先用A蛋白包被，再用“瘦身”血清包被(見圖2D)。用A蛋白包被的目的對(duì)于測(cè)量區(qū)、參比區(qū)和第二參比區(qū)相同，即 減少傳感器表面的非特異性結(jié)合。第二參比區(qū)RRG2與第三參比區(qū)RRG3之間的差分信號(hào)最可能是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的所謂漂移，而參比區(qū)RRG與第二參比區(qū)RRG2之間的差分信號(hào)也是由于這些區(qū)域之間的溫度差異和其他干渉因素導(dǎo)致的漂移信號(hào)，以及分析物與參比區(qū)的傳感器表面有一些非特異性結(jié)合所致。測(cè)量區(qū)MRG與參比區(qū)RRG之間產(chǎn)生的差分信號(hào)是由于分析物特異性結(jié)合于測(cè)量區(qū)傳感器的表面、測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)、以及分析物非特異性結(jié)合于參比區(qū)傳感器表面所致。由于在結(jié)合反應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)，測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)與測(cè)量區(qū)中的特異性結(jié)合信號(hào)以及參比區(qū)中分析物非特異性結(jié)合信號(hào)同時(shí)發(fā)生，故實(shí)際上不可能區(qū)分測(cè)量區(qū)中特異性結(jié)合、參比區(qū)中分析物非特異性結(jié)合與的傳感信號(hào)與測(cè)量區(qū)和參比區(qū)之間的漂移信號(hào)。在此檢測(cè)方案中，可利用測(cè)得的第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的漂移信號(hào)來糾正/判斷參比區(qū)與第二參比區(qū)之間同時(shí)產(chǎn)生的漂移信號(hào)以及測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間產(chǎn)生的漂移信號(hào)。這可通過確定加入含特異性分析物的樣品液之前每對(duì)區(qū)域信號(hào)之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通過糾正參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，可估計(jì)參比區(qū)中非特異性結(jié)合的分析物。而且通過糾正測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)和估計(jì)參比區(qū)中非特異性結(jié)合的分析物，此檢測(cè)方案甚至可導(dǎo)致進(jìn)一步提高檢測(cè)測(cè)量區(qū)中分析物特異性結(jié)合信號(hào)的精確度。如能同時(shí)或相繼得到測(cè)量區(qū)和三個(gè)參比區(qū)之間的干渉信號(hào)可采用此檢測(cè)方案。在(生物)傳感器中，受體如抗體與特異性分析物的結(jié)合通常緩慢，要花費(fèi)幾小時(shí)結(jié)合曲線才能完全飽和。然而，通過分析分析物結(jié)合曲線的初始(幾分鐘)斜率可準(zhǔn)確測(cè)定樣品中存在的分析物含量。因此不需要記錄直到反應(yīng)完全飽和的結(jié)合曲線就能確定所測(cè)樣品中有多少分析物。為此必需先分析每對(duì)受體-分析物結(jié)合曲線的斜率，接著必需將分析物的準(zhǔn)確含量與結(jié)合曲線的斜率相關(guān)聯(lián)，才能準(zhǔn)確測(cè)定測(cè)試樣品中存在的分析物含量。而且，必需調(diào)整已到手的用于分析干渉圖的對(duì)于每組分析物與其特異性受體傳感窗ロ預(yù)先編程的軟件。上述所有方案的另ー個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如同時(shí)用于測(cè)量區(qū)和參比區(qū)/通道含特異性分析物的樣品時(shí)，可將具有不同折射率的不同樣品液導(dǎo)致的體折射率信號(hào)相繼施加到傳感器表面，使這些區(qū)域/通道之間(的差分信號(hào))得以抵消。如此，在測(cè)量區(qū)/通道中加入樣品后的前幾分鐘獲得的分析物結(jié)合曲線的斜率很大程度上是由于特異性分析物結(jié)合于固定在測(cè)量區(qū)/通道傳感器表面的抗體層所致。由于根據(jù)事先確定的校準(zhǔn)曲線(通過測(cè)定含不同濃度特異性分析物的樣品液的傳感信號(hào)而獲得)，可利用結(jié)合反應(yīng)前幾分鐘所達(dá)到的斜率，然后利用該體折射率抵消/減少產(chǎn)生的信號(hào)，來估計(jì)特異性分析物的濃度，將有助于進(jìn)ー步提高檢測(cè)特異性結(jié)合傳感信號(hào)的精確度，可用于快速(約幾分鐘)估計(jì)特異性分析物的濃度。在一可替代檢測(cè)方案中，測(cè)量區(qū)傳感器表面先用受體，接著用抗體包被，受體可以是DNA串、酶、功能蛋白質(zhì)或其他特異性分析物結(jié)合的物質(zhì)，然后加入含特異性分析物(如生物標(biāo)志)的血清樣品，再加入專用溶液，如鹽酸或梯度離子溶液，優(yōu)選讓它們流入僅去除特異性分析物粒子，而不去除非特異性結(jié)合于傳感表面的血清組分。相對(duì)于參比區(qū)而檢測(cè)到的信號(hào)變化/減少可以對(duì)應(yīng)于從抗體層脫落的分析物粒子的量(參見圖6A)。在該檢測(cè)方案的另ー應(yīng)用中，用“痩身”血清(無待檢測(cè)特異性分析物的血清)包被參比區(qū)然后用專用溶液，如鹽酸或梯度離子溶液同時(shí)洗滌測(cè)量區(qū)和參比區(qū)(見圖6B)。此ニ區(qū)之間的差分信號(hào)可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于先前已特異性結(jié)合后來從測(cè)量區(qū)抗體層脫落的分析物粒子含量的更精確信號(hào)，因?yàn)槿コ郎y(cè)量區(qū)血清組分的(影響)被同時(shí)去除參比區(qū)血清組分所抵消。與圖2C所示的上述檢測(cè)方案相似，可用“痩身”血清(無待檢測(cè)特異性分析物的血清)包被第二參比區(qū)，并用專用溶液，如鹽酸溶液同時(shí)洗滌測(cè)量區(qū)和其他參比區(qū)。再利用在很大程度上由于參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的溫度差異和其他干渉因素(漂移)引起的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差分信號(hào)，來糾正(第一)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，從而進(jìn)ー步提高了檢測(cè)測(cè)量區(qū)中特異性結(jié)合對(duì)應(yīng)信號(hào)的精確度，與圖2C所示的檢測(cè)方案完全相同。圖6所示和描述的檢測(cè)方案可與圖2所示和描述的檢測(cè)方案聯(lián)用。例如，圖6D中提供了圖2C所示檢測(cè)方案與圖6C所示檢測(cè)方案的聯(lián)合應(yīng)用，即先用受體層包被測(cè)量區(qū)傳感器表面，然后用“痩身”血清包被測(cè)量區(qū)、參比區(qū)與第二參比區(qū)。接著在測(cè)量區(qū)和參比區(qū)中加入含分析物的樣品。測(cè)得的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的傳感信號(hào)很大程度上是由于特異性分析物結(jié)合于固定在測(cè)量區(qū)上的抗體所產(chǎn)生，而樣品中的其他組分結(jié)合所產(chǎn)生的額外非特 異性信號(hào)預(yù)計(jì)可忽略不計(jì)或比特異性結(jié)合低得多，因?yàn)橛谩隘l身”血清包被期間大部分非特異性結(jié)合區(qū)/位點(diǎn)已被占領(lǐng)/封閉。可利用測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的漂移信號(hào)來糾正/估計(jì)同時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，這可通過確定加入含特異性分析物的樣品之前每對(duì)區(qū)域之間信號(hào)的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，從而可提高檢測(cè)測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的精確度。最后用專用溶液，如鹽酸溶液，同時(shí)洗滌測(cè)量區(qū)、參比區(qū)與第二參比區(qū)。測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的差分信號(hào)對(duì)應(yīng)于先前已特異性結(jié)合后來從測(cè)量區(qū)抗體層脫落的分析物粒子的含量，因?yàn)槿コ郎y(cè)量區(qū)血清組分的(影響)可能被同時(shí)去除參比區(qū)血清組分所抵消?？衫煤艽蟪潭壬嫌蓞⒈葏^(qū)與第二參比區(qū)之間的溫度差異和其他干渉因素(漂移)所引起的此ニ區(qū)域之間的差分信號(hào)，來糾正測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移信號(hào)，因此可進(jìn)一歩提高檢測(cè)測(cè)量區(qū)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的精確度。在此聯(lián)合檢測(cè)方案中，可獲得關(guān)于特異性分析物結(jié)合于固定在測(cè)量區(qū)的抗體層相應(yīng)傳感信號(hào)的更(精確)信息，可得到更高的特異性和敏感度。上述檢測(cè)方案可與多種波長和/或偏振的使用相結(jié)合。對(duì)于各種波長/偏振，可以同樣方式采用以上詳述的所有檢測(cè)方案。采用ー種以上波長/偏振，除了能提高檢測(cè)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的精確度外，通過抵消/減少非特異性結(jié)合和其他干渉因素如漂移的影響，可進(jìn)ー步改進(jìn)對(duì)分析物特異性結(jié)合于固定在測(cè)量區(qū)/通道傳感器表面受體層傳感信號(hào)的測(cè)定。此種新穎檢測(cè)方案具體可用于特異性檢測(cè)復(fù)雜的介質(zhì)，如體液/動(dòng)物/植物液(血清、血漿、血液、痰液等)、乳液、廢水等中的較大分析物粒子，如病毒、細(xì)菌和細(xì)胞。采用多種波長和/或偏振有可能更好地區(qū)分分析物大粒子，如病毒、細(xì)菌和細(xì)胞的特異性結(jié)合與介質(zhì)中存在的組分，如蛋白質(zhì)、DNA分子等的非特異性結(jié)合。例如，米用三種波長，如488、568和647nm波長，由于色散現(xiàn)象,可以(幾乎)同時(shí) 獨(dú)立地測(cè)定測(cè)量區(qū)/通道與參比區(qū)/通道彼此之間的三種不同相位變化信號(hào)。當(dāng)然，根據(jù)可同時(shí)測(cè)定的三種不同影響，如分析物大粒子的特異性結(jié)合、復(fù)雜介質(zhì)中存在的其他組分的非特異性結(jié)合和體折射率，可獲得三個(gè)獨(dú)立方程組。能夠同時(shí)檢測(cè)蛋白質(zhì)的非特異性結(jié)合與病毒或細(xì)菌的特異性結(jié)合，是由于不同波長光對(duì)蛋白質(zhì)( IOnm)、病毒和細(xì)菌( IOOnm)或細(xì)胞( IOOOnm)的敏感系數(shù)有所差異。當(dāng)采用ー種以上波長光/偏振光時(shí)，通過抵消/減少非特異性結(jié)合的影響，檢測(cè)特異性結(jié)合的傳感信號(hào)的精確度將得到進(jìn)ー步提高，可達(dá)到甚至更高的特異性和靈敏度。而且，采用多波長光/偏振光可導(dǎo)致提高傳感信號(hào)的信噪比(SNR)，因此可獲得了有關(guān)結(jié)合反應(yīng)的更多信息。采用更多的波長光可估計(jì)其他可能的影響。例如ー種這類影響可能是免疫反應(yīng)期間或與DNA/RNA或另ー種受體類似反應(yīng)期間，可能發(fā)生的溫度變化。將光散射與干涉成像集成在芯片中除了采用上面所述的檢測(cè)方案和多種波長/偏振外，可同時(shí)獲得圖8所示光波導(dǎo)芯片OPC上傳感區(qū)/窗ロ的光散射圖，用于提供關(guān)于與傳感區(qū)/通道中特異性結(jié)合有關(guān)的額外信息，從而進(jìn)一步提高檢測(cè)特異性結(jié)合相應(yīng)信號(hào)的精確度。在MMI型干涉結(jié)構(gòu)和其他干涉結(jié)構(gòu)中可采用此種實(shí)施方式。分析物粒子與傳感區(qū)結(jié)合時(shí)，這些區(qū)域的散射光強(qiáng)度將改變，這是關(guān)于結(jié)合于傳感區(qū)分析物粒子量的ー種指征。而且，可根據(jù)分析物粒子，如蛋白質(zhì)、病毒或細(xì)菌的大小進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樯⑸涔庑盘?hào)取決于粒子的大小和光學(xué)特性如折射指數(shù)。利用這種信息可更好地區(qū)別待分析體液樣品中可能存在的分析物大粒子如病毒、細(xì)菌和細(xì)胞的特異性結(jié)合與蛋白質(zhì)的非特異性結(jié)合之間的差別。除了可用上述檢測(cè)方案和多波長光/偏振光實(shí)現(xiàn)區(qū)別/估計(jì)外。為了檢測(cè)散射光，可將鏡子MIR或其他適合的光學(xué)儀器分別安放在光芯片OPC的下面，而將至少一部分散射光導(dǎo)向檢測(cè)器CCD。此外，可利用MMI傳感器多模結(jié)構(gòu)中不同激發(fā)方式之間干涉圖案強(qiáng)度的分布作為額外的信息來監(jiān)測(cè)MMI多模結(jié)構(gòu)上傳感區(qū)發(fā)生的結(jié)合。特異性分析物結(jié)合于某給定傳感區(qū)后，該強(qiáng)度分布會(huì)有局部變化。因?yàn)檫@種變化取決于分析物的濃度，利用MMI多模結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度分布圖，可在線監(jiān)測(cè)這種強(qiáng)度變化因此能夠估計(jì)分析物的濃度。芯片中干涉圖案、分析物粒子導(dǎo)致的光散射和干涉圖案的聯(lián)合分析，可提供關(guān)于特異性分析物-受體相互作用的更精確信息，通過/糾正非特異性結(jié)合和/或其他干渉因素如溫度變化的影響，傳感器可得到更高的特異性、精確度和靈敏度。還有，此方案可提供傳感信號(hào)更高的SNR，因此可獲得結(jié)合反應(yīng)有關(guān)的更多信息。在本文所述的姆一種實(shí)施方式中，下ー步是分析蒸氣和氣體樣品(如空氣)代替液體樣品，預(yù)處理、濃縮氣體并稀釋成為液體，如用PBS緩沖液。這可能對(duì)醫(yī)院、臨床急診檢測(cè)空氣傳播的病原微生物，如病毒和細(xì)菌有用?？赡苄枰A(yù)先濃縮步驟以提高給定體積的濃度至可檢測(cè)值，以及獲得統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)需要分析的液體，如水、啤酒等體積大時(shí)，預(yù)先濃縮步驟也可應(yīng)用于液體樣品。還可利用對(duì)給定氣體組分，如C02、毒氣等有特異性的氣體吸附層檢測(cè)氣體。當(dāng)將固體樣品稀釋/懸浮于液體，如PBS緩沖液時(shí)，還可分析固體樣品。所述(生物)傳感裝置包括(便攜式)檢測(cè)系統(tǒng)POD和芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。圖IOA所示實(shí)施方式的LOC包括入口 INL、液體供應(yīng)裝置(此例中包括(微_)液體小槽FCV)、含測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的傳感部分SRG，和在大多數(shù)情況下，包括處理液體或處理空氣或其他氣體 后向傳感部分提供樣品的出口 0TL。此(微-)液體小槽也可部分或全部包括在該便攜式檢測(cè)系統(tǒng)中。測(cè)量區(qū)和參比區(qū)可預(yù)先用特異性受體分子，如抗體、DNA串、酶、功能蛋白質(zhì)或其他特異性分析物結(jié)合物質(zhì)包被，以制作對(duì)ー種特定分析物具有選擇性的芯片?？稍趯?shí)際檢測(cè)之前進(jìn)行預(yù)包被，和包裝發(fā)運(yùn)預(yù)包被的芯片，但是也可在實(shí)際檢測(cè)之前進(jìn)行預(yù)包被，而此種傳感裝置可提供包被芯片的工具(流動(dòng)液體)。因此，“芯片裝載”工作也可由該便攜式檢測(cè)系統(tǒng)完成。圖9提供了該便攜式(生物)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理先將待分析的樣品(在圖9中用SAM代表)遞送入芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的入口。某些樣品可用緩沖液(可預(yù)先包裝在芯片中)如PBS稀釋以促進(jìn)該樣品流向(生物)傳感器(I)的傳感區(qū)/窗ロ。樣品從LOC入口通過(微_)流體通道流向傳感區(qū)/窗ロ。這可通過利用(微_)流體通道結(jié)構(gòu)(可提供毛細(xì)管作用力)或用微流泵推動(dòng)液體從LOC入口流向傳感區(qū)而實(shí)現(xiàn)。該(微-)流體通道的結(jié)構(gòu)高度和寬度等可不同，以使各種組分(例如液體樣品液中存在的特異性分析物和非特異性組分)在傳感區(qū)/窗口中產(chǎn)生不同的結(jié)合動(dòng)力學(xué)行為。在不同結(jié)構(gòu)的(微_)流體通道中特異性分析物與非特異性組分之間結(jié)合動(dòng)力學(xué)的差異(對(duì)于某給定的構(gòu)型可作出估計(jì))允許進(jìn)一歩區(qū)別特異性分析物結(jié)合與其他組分的非特異性結(jié)合。而且，可改變流速，在不同的(微_)流體通道中產(chǎn)生不同的流速，而允許分析在該傳感區(qū)/窗ロ加入液體樣品和/或參比液和/或封閉液或其他液體后，特異性分析物與非特異性組分之間結(jié)合動(dòng)力學(xué)的額外差異。將LOC系統(tǒng)插入便攜式檢測(cè)系統(tǒng)⑵中后，開始(自動(dòng))檢測(cè)，記錄分析物結(jié)合。分析前幾分鐘的結(jié)合曲線將提供分析物的濃度，而芯片中預(yù)先包被的受體層產(chǎn)生關(guān)于所測(cè)分析物類型的信息。分析物的示范例子包括但不限于生物標(biāo)志、DNA分子、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞等(3)。除診斷應(yīng)用外，該檢測(cè)方案優(yōu)選用于篩檢目的，如快速反應(yīng)特別重要的機(jī)場(chǎng)、臨床急診或傳染區(qū)。這種芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)也可用于連續(xù)監(jiān)測(cè)樣品的目的。在這種情況下，使樣品在給定時(shí)間內(nèi)流過LOC上(生物)傳感器的傳感區(qū)/窗ロ。當(dāng)樣品收集自需要連續(xù)在線監(jiān)測(cè)某些分析物，如(飲料/廢水)中的農(nóng)藥、牛奶中的抗體或啤酒中的酵母菌的處理或生產(chǎn)單位時(shí)，可采用此檢測(cè)方案。在實(shí)際檢測(cè)之前，可進(jìn)行(連續(xù)或不連續(xù))預(yù)處理(如濃縮、混合等)步驟。
在一優(yōu)選的配置中，該芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)安置在塑料如聚甲醛做的芯片基座CPH上，塑料基座上面為光波導(dǎo)芯片，用硅或其他合適的光學(xué)材料制成。LOC的(微-)流體通道部分用PDMS(聚ニ甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基甲丙烯酸酷)或其他生物相容材料制成。所有這些LOC部分集成在一張芯片系統(tǒng)中(見圖10)。優(yōu)選將(微-)流體部分集成在該LOC系統(tǒng)中以最大程度減少當(dāng)樣品流過該光學(xué)芯片的傳感區(qū)/窗ロ時(shí)可能發(fā)生的外漏。最大程度減少樣品外漏還有利于防止LOC系統(tǒng)的污染和讀取LOC便攜式檢測(cè)系統(tǒng)的污染，從而進(jìn)ー步改善了操作者的安全。在此種結(jié)構(gòu)中，光波導(dǎo)芯片的尺寸應(yīng)保持盡可能小，以有助于最大程度減少每次檢測(cè)的成本、不會(huì)損害傳感性能如靈敏度和穩(wěn)定性、以及多次重復(fù)使用的能力，這也意味要最小化含有多個(gè)檢測(cè)區(qū)的芯片布局。換言之，ー個(gè)LOC可以有多個(gè)傳感區(qū)/窗ロ，可同時(shí)檢測(cè)(不同的)多種分析物(如面板測(cè)試目的)?？蓪⒚總€(gè)測(cè)量區(qū)與一個(gè)或多個(gè)參比區(qū)相連來實(shí)施上文所述的檢測(cè)方案?；蛘?，也可將ー個(gè)參比區(qū)與一個(gè)或多個(gè)測(cè)量區(qū)相連。需要最大程度減少成本才能賦予LOC —次性使用性能，但也可設(shè)計(jì)可重復(fù)使用的LOC (見下文)。設(shè)計(jì)的所述基座可將(微_)液體小槽定位在光芯片的上部(見圖IOB所示LOC系 統(tǒng)和集成系統(tǒng)每個(gè)部件的示意圖)，光學(xué)芯片上的小槽流體通道與傳感區(qū)/窗ロ的流體通道正確對(duì)齊。要這樣做，基座可用蝕刻制作或是另外的結(jié)構(gòu)，將(微)_流體小槽定位于其上(見圖10B)。光芯片定位在蝕刻塑料基座結(jié)構(gòu)的底部，蝕刻通道略寬于光芯片。通過這種方式可得到橫向定位的光芯片。沿其他方向的定位可能不太重要，可以安排在塑料基座的端面。在蝕刻結(jié)構(gòu)底部光芯片對(duì)齊后，將(微)_流體小槽插入該結(jié)構(gòu)中，從該結(jié)構(gòu)頂部向下推直到接觸光芯片并與基座對(duì)齊。下面提供ー種可能的耦合光纖-芯片細(xì)節(jié)。由于光芯片與(塑料)基座對(duì)齊，(微)-流體小槽也與基座對(duì)齊，這樣(微)-流體小槽就自動(dòng)地與光芯片對(duì)齊。結(jié)果，小槽的(微)-流體通道與光芯片的傳感區(qū)/窗ロ對(duì)齊。一旦與(塑料)基座對(duì)齊，光芯片就被永久地定位其上可用于結(jié)合技術(shù)。可構(gòu)建能被替換的芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，安排其連接LOC系統(tǒng)，從而可快速替換，例如將其配制成一種模塊單元以便快速安置，將芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)插入該便攜式檢測(cè)系統(tǒng)中，如此方能進(jìn)行快速的試驗(yàn)檢測(cè)。將該系統(tǒng)插入便攜式檢測(cè)系統(tǒng)中后，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)選與能更快更好耦聯(lián)(激光)光束使之射入光波導(dǎo)芯片的自動(dòng)對(duì)齊方法聯(lián)用。而且，預(yù)包被芯片的受體層在這種集成的密封系統(tǒng)中可得到更好的保存。這種密封系統(tǒng)能保護(hù)受體如抗體避免其(快速)變質(zhì)，也可防止預(yù)包被后加入分析樣品前傳感區(qū)/窗ロ被污染。這種可替換的芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是一次性使用的系統(tǒng)，意味每個(gè)待測(cè)樣品要用ー個(gè)新的系統(tǒng)，當(dāng)需要分析含有傳染性病原如病毒的樣品時(shí)，為安全目優(yōu)選此系統(tǒng)。在一次性使用的LOC系統(tǒng)中，利用提供毛細(xì)管作用力的(微)-流體通道結(jié)構(gòu)先將樣品遞送到LOC的入ロ再流入傳感區(qū)/窗ロ。當(dāng)需要分析含有傳染性病原如病毒的樣品時(shí)，優(yōu)選這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭衫迷摿黧w系統(tǒng)部分將樣品從外置貯器帶入傳感區(qū)/窗ロ，不會(huì)污染管道、接頭等。LOC系統(tǒng)用方法再生后可重復(fù)使用，采用專用溶液，如鹽酸液或梯度離子液只去除結(jié)合的分析物粒子，或用給定的清洗程序，例如用強(qiáng)酸液如100%硝酸，完全去除傳感器表面的抗體層和分析物。在此檢測(cè)系統(tǒng)中，利用光裝置的不同組件，例如光源、激光二極管；內(nèi)部耦合的光學(xué)元件，如偏光鏡、鏡片；耦合于光芯片中的自動(dòng)光反饋系統(tǒng)，如壓電系統(tǒng)和/或光纖-芯片耦合系統(tǒng)、芯片基座、液體供應(yīng)系統(tǒng)；是否耦合于(微)射流泵將液體加入芯片專用通道的傳感區(qū)/窗ロ ；檢測(cè)器如CCD照相機(jī)(包含用于獲得從光芯片到CCD陣列芯片最佳外部耦合光的元件，例如鏡片、濾光片，或當(dāng)將CCD芯片固定在光芯片端面時(shí)可用的匹配油)；單板計(jì)算機(jī)、觸摸屏、電回路和電源，可將它們集成在該檢測(cè)系統(tǒng)中(見圖11)。采用收集數(shù)據(jù)并分析的電腦板是ー種廉價(jià)的解決辦法，可用它控制整個(gè)傳感裝置。在另ー種結(jié)構(gòu)中，也可采用個(gè)人數(shù)字助理(PDA)器來執(zhí)行設(shè)備操作，導(dǎo)致更緊湊的檢測(cè)系統(tǒng)，如電力消耗較低。該檢測(cè)系統(tǒng)可用電池供電，能單機(jī)運(yùn)行。在圖11所示實(shí)施方式中，以分置的模塊提供帶有泵和閥門的液體供應(yīng)系統(tǒng)，可將(微)流體系統(tǒng)部分集成在芯片上或至少部分集成在芯片上，或集成在該檢測(cè)系統(tǒng)中。在此種實(shí)施方式中，要單獨(dú)和具體處地理每個(gè)通道。優(yōu)選的這種封閉的檢測(cè)系統(tǒng)可防止或減少不同干擾因素的影響，如光源背景以及外部環(huán)境引起的溫度、濕度變化。此外，緊湊型便攜式檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以及不易獲得先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的邊遠(yuǎn)或發(fā)展中地區(qū)可能非常有用。 本文中應(yīng)理解術(shù)語測(cè)量區(qū)、測(cè)量通道、測(cè)量窗ロ、傳感窗口和傳感區(qū)均指相同或相似的事物。類似地，應(yīng)理解術(shù)語參比區(qū)、參比通道和參比窗ロ均指相同或相似的事物。也可認(rèn)為術(shù)語波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、光芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室均指相同或相似的事物。據(jù)說，可采用專用的光學(xué)方案以類似方式獲得分析物粒子發(fā)散的光，獲得特定標(biāo)記物的光信號(hào)，如分析物粒子的熒光、磁信號(hào)。特定標(biāo)記物的信號(hào)可提供關(guān)于分析物特異性結(jié)合相應(yīng)傳感信號(hào)的額外信息，因此甚至可進(jìn)ー步提高傳感器的精確度和靈敏度。此外，據(jù)說抗原也可起著受體作用來檢測(cè)給定樣品存在的抗體。通過用抗原包被傳感器表面，將含抗體的樣品液加到抗原包被的傳感器表面可實(shí)現(xiàn)這種檢測(cè)。還有，據(jù)說采用超連續(xù)白光光源能高分辨地區(qū)別距離傳感器表面幾納米區(qū)域內(nèi)折射指數(shù)改變所產(chǎn)生的傳感信號(hào)與距離傳感器表面幾納米至100納米之間區(qū)域內(nèi)變化所產(chǎn)生的信號(hào)。這可能適宜獲得關(guān)于緊靠傳感器表面的區(qū)域發(fā)生的變化，如生物分子的構(gòu)象變化、蛋白質(zhì)凝聚等的更精確信息。還有，所述方法和檢測(cè)系統(tǒng)，除檢測(cè)液體樣品中的分析物外，也可用于定量檢測(cè)各種生物分子的相互作用，如蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與DNA、受體與配體等相互作用的親和カ和動(dòng)力學(xué)。圖12A描述了 y軸為傳感信號(hào)Ss (即相位信號(hào))、X-軸為時(shí)間，據(jù)此說明本發(fā)明實(shí)施方式的效果。該傳感信號(hào)包含的差分信號(hào)，表示測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間隨時(shí)間推移的差異。描繪的每個(gè)曲線代表測(cè)量通道與參比通道之間的差分信號(hào)。測(cè)量通道含有受體。請(qǐng)注意相位信號(hào)代表經(jīng)上述快速傅里葉變換的干涉圖案中空間頻率峰的相位。圖12A和B說明，當(dāng)按照本發(fā)明實(shí)施方式用封閉液包被測(cè)量通道與參比通道后，改善了干涉?zhèn)鞲衅鞯膫鞲行盘?hào)穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)獲自實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。此圖中，提供了檢測(cè)樣品液期間，測(cè)得的測(cè)量通道與參比通道之間的差分信號(hào)。圖12A提供測(cè)得的完整結(jié)合曲線。圖12B是測(cè)量通道加入樣品液之前和之后即刻傳感信號(hào)基線的近視圖。曲線B代表測(cè)量通道與參比通道用封閉液包被后測(cè)得的測(cè)量通道與參比通道之間的差分信號(hào)。曲線A代表只向測(cè)量通道提供封閉液后測(cè)得的測(cè)量通道與參比通道之間的差分信號(hào)。在步驟Ta加入樣品(例如替換封閉液、參比液或其他液體)，在步驟Tw進(jìn)行洗滌。此圖清楚地顯示，采用封閉液后測(cè)量通道與參比通道之間測(cè)得的差分信號(hào)(曲線B)，比封閉液只用于測(cè)量通道的差分信號(hào)(曲線A)要穩(wěn)定得多。因此，通過比較在步驟Ta加入分析物之前與步驟Tw洗滌步驟之后的信號(hào)基線可確定特異性結(jié)合相應(yīng)的差分信號(hào)，當(dāng)測(cè)量通道與參比通道均采用封閉液時(shí)，作出估計(jì)的精確度更高，進(jìn)ー步提高了檢測(cè)的靈敏度。如此，將加入樣品之前獲得的(參比區(qū))光學(xué)圖案特征與提供樣品期間和/或之后獲得的光學(xué)圖案特征作比較。按照本發(fā)明另一種實(shí)施方式，將樣品液同時(shí)加入預(yù)先已用封閉液處理過的測(cè)量通道與參比通道，見曲線C的說明。如果將樣品液不僅加入測(cè)量通道而且加入?yún)⒈韧ǖ?此二通道已預(yù)先用封閉液包被)，除能如上所述獲得更穩(wěn)定的差分信號(hào)外，還可減少/抵消樣品液與封閉液之間的體效應(yīng)(圖12A中見Λ 2而分析物結(jié)合見Λ I)。這導(dǎo)致對(duì)加入樣品液后最初幾分鐘內(nèi)結(jié)合曲線初始斜率更精確的估計(jì)，可用于估計(jì)存在的分析物。圖12Α說明向測(cè)量通道與參比通道(二通道均用封閉液包被)提供樣品液后測(cè)得的這二通道之間的差分信號(hào)，見曲線C。圖12Α說明對(duì)結(jié)合曲線的測(cè)量。如預(yù)期那樣，向測(cè)量通道與參比通道二者提供樣 之間(曲線B)的體效應(yīng)。此外，當(dāng)向測(cè)量通道和參比通道提供樣品液后，樣品液中除特異性分析物以外的組分所引起的測(cè)量通道和參比通道之間的額外非特異性結(jié)合可互相抵消，從而有助于對(duì)感興趣分析物的特異性結(jié)合相應(yīng)的差分信號(hào)作(幾乎)一対一的更精確測(cè)量。圖12Β說明了當(dāng)下列情況發(fā)生時(shí)初始結(jié)合斜率SL的放大詳圖-只向測(cè)量通道提供封閉液和只將樣品液加入測(cè)量通道(曲線Α);-向測(cè)量通道與參比通道二者提供封閉液和將樣品液加入測(cè)量通道(曲線B)或測(cè)量通道與參比通道(曲線C)后。在圖12Β中，曲線A沿軸向上延伸(與圖12Α相比)，可更好地與其他ニ個(gè)曲線B和C比較。當(dāng)只向測(cè)量通道提供封閉液和只將樣品液加入測(cè)量通道(曲線Α)后，除了由于封閉液與樣品液之間的體效應(yīng)(也見曲線B)斜率更大(與曲線C相比)タト，也存在可能由溫度造成的漂移而信號(hào)不穩(wěn)定，這損害了測(cè)得的與特異性結(jié)合對(duì)應(yīng)的結(jié)合斜率，從而導(dǎo)致靈敏度降低。迄今為止實(shí)驗(yàn)檢測(cè)獲得的本發(fā)明檢測(cè)下限對(duì)于平均分子量中等大小的SlOOP蛋白為約lfg/ml,認(rèn)為該蛋白在漸逝場(chǎng)的穿透深度約為200nm,相當(dāng)于約10_3fg/mm2。應(yīng)注意此法的靈敏度仍高于噪聲水平ー個(gè)數(shù)量級(jí)。這意味，用圖像分析算法得到的信噪比提高，靈敏度甚至將更高。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)液體樣品中的分析物的方法，包括 a)提供測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含有用于結(jié)合所述分析物的受體； b)提供至少一束光以橫穿所述測(cè)量區(qū)和參比區(qū)； c)至少向測(cè)量區(qū)提供液體樣品； d)利用檢測(cè)器檢測(cè)由所述至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)之后所提供的光學(xué)圖案；和 e)從測(cè)得的光學(xué)圖案中推導(dǎo)液體樣品中存在所述分析物； 其中，在c)之前，沿著測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供封閉液。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供液體樣品。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，該方法包括 在c)之前，利用檢測(cè)器檢測(cè)由所述至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)之后所提供的參比光學(xué)圖案； 其中，在向至少測(cè)量區(qū)提供液體樣品期間或之后執(zhí)行d)至少一次， 并且其中，e)包括比較所述參比光學(xué)圖案的特征與d)中所測(cè)得的光學(xué)圖案的特征并且從中推斷存在所述分析物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)圖案和參比光學(xué)圖案的特征包括光學(xué)圖案的空間頻譜中的頻率分量的相位、來自所述至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和橫穿參比區(qū)之間的干涉的頻率分量。
5.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供第二參比區(qū)，其中 d)還包括檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差異，和 e)還包括估計(jì)d)中所測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差異的干擾并且利用所估計(jì)的干擾來糾正關(guān)于分析物的存在的信息。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中c)還包括至少沿著第二參比區(qū)提供參比液。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，其中所述干擾包括測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移；其中， 在c)之前，檢測(cè)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的第一漂移，并且檢測(cè)參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的第二漂移，其中，確定第一漂移與第二漂移之間的漂移關(guān)系，和 從所確定的漂移關(guān)系和在d)中所測(cè)得的參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差異，來估計(jì)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移。
8.如權(quán)利要求5-7中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供第三參比區(qū)，其中， d)還包括檢測(cè)第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的差異； e)還包括從在d)中測(cè)得的第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的差異來估計(jì)其他干擾并且利用所估計(jì)的干擾來糾正參比區(qū)與第二參比區(qū)之間的差異。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述其他干擾包括非特異性結(jié)合的影響。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，提供第四參比區(qū)，其中， d)還包括檢測(cè)第三參比區(qū)與第四參比區(qū)之間的差異，和 e)還包括從在d)中測(cè)得的第三參比區(qū)與第四參比區(qū)之間的差異來估計(jì)另外的干擾并且利用所估計(jì)的干擾來糾正參比區(qū)與第二參比區(qū)之間以及第二參比區(qū)與第三參比區(qū)之間的差異。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述另外的干擾包括樣品液與封閉液和/或參比液之間的綜合影響。
12.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，e)包括確定測(cè)量曲線的初始斜率并且從所確定的初始斜率推導(dǎo)所述分析物的存在。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將測(cè)量曲線的初始斜率與預(yù)先確定的校正數(shù)據(jù)作比較，該預(yù)先確定的校正數(shù)據(jù)將該初始斜率與不同的分析物濃度關(guān)聯(lián)起來。
14.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟采用去除方法從受體層去除所述分析物的至少一部分，光學(xué)圖案是在去除之前和之后被檢測(cè)的。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將參比液加入?yún)⒈葏^(qū)，并且沿著該參比區(qū)執(zhí)行去除處理。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還將參比液加入第二參比區(qū)，沿著第二參比區(qū)進(jìn)一步執(zhí)行去除處理，和其中， e)包括從在參比區(qū)與第二參比區(qū)之間所測(cè)得的漂移推導(dǎo)測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移并且利用推導(dǎo)出的測(cè)量區(qū)與參比區(qū)之間的漂移來糾正關(guān)于分析物的存在的信息。
17.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述光束包含至少二個(gè)光譜不同的波長范圍，對(duì)每一個(gè)波長范圍進(jìn)行檢測(cè)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述光束包含三個(gè)不同的波長范圍， e)包括確定分析物結(jié)合、非特異性結(jié)合以及和從每種波長光檢測(cè)的光學(xué)圖案推導(dǎo)體折射率。
19.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述光束包含超連續(xù)波長范圍， e)較佳地包括監(jiān)測(cè)過程，該監(jiān)測(cè)過程緊挨著至少測(cè)量區(qū)的傳感器表面發(fā)生，較佳地在離至少測(cè)量區(qū)的傳感器表面的納米距離處發(fā)生。
20.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少重復(fù)d)，從而利用光束的不同偏振態(tài)，對(duì)每一種偏振態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。
21.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括 檢測(cè)來自測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的光散射，和 在e)中將測(cè)得的光散射與測(cè)得的光學(xué)圖案相結(jié)合以便推導(dǎo)所述分析物的存在。
22.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括檢測(cè)橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的光的空間強(qiáng)度分布，和 在e)中將測(cè)得的局部強(qiáng)度分布與測(cè)得的光學(xué)圖案相結(jié)合以便推導(dǎo)分析物的存在。
23.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在平面結(jié)構(gòu)上或平面結(jié)構(gòu)中提供所述測(cè)量區(qū)和參比區(qū)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，通過液體供應(yīng)裝置至少向測(cè)量區(qū)和參比區(qū)之一提供液體樣品和/或參比液和/或封閉液或其他液體；該方法包括用基座來保持平面結(jié)構(gòu)和液體供應(yīng)裝置，并且用基座使液體供應(yīng)裝置與至少測(cè)量區(qū)對(duì)齊。
25.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少提供二個(gè)測(cè)量區(qū)，每個(gè)測(cè)量區(qū)具有用于結(jié)合各個(gè)分析物的各個(gè)受體。
26.一種用于檢測(cè)液體樣品中的分析物的檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含有用于結(jié)合所述分析物的受體； 用于產(chǎn)生至少一束光的光源； 用于引導(dǎo)光束通過測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的光引導(dǎo)裝置； 用于向測(cè)量區(qū)和/或參比區(qū)提供液體樣品和/或參比液和/或封閉液或其它液體的液體供應(yīng)裝置； 用于檢測(cè)由至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后所提供的光學(xué)圖案的檢測(cè)器；和 用于從測(cè)得的光學(xué)圖案推導(dǎo)液體樣品中存在分析物的數(shù)據(jù)處理裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，至少在芯片結(jié)構(gòu)上提供測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，所述檢測(cè)系統(tǒng)包含用于保持芯片結(jié)構(gòu)和液體供應(yīng)裝置的基座，所述基座使液體供應(yīng)裝置與測(cè)量區(qū)和參比區(qū)對(duì)齊。
28.一種一次性使用的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，包含 含有測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的芯片結(jié)構(gòu)； 用于引導(dǎo)光束通過測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的光引導(dǎo)裝置； 用于引導(dǎo)液體樣品流入測(cè)量區(qū)和參比區(qū)的液體供應(yīng)裝置；和 用于保持芯片結(jié)構(gòu)和液體供應(yīng)裝置的基座，所述基座使液體供應(yīng)裝置與測(cè)量區(qū)和參比區(qū)對(duì)齊。
全文摘要
公開了一種檢測(cè)液體樣品中的分析物的方法。該方法包括a)提供測(cè)量區(qū)和參比區(qū)，測(cè)量區(qū)含有能結(jié)合該分析物的受體；b)至少提供一束光讓其橫穿所述測(cè)量區(qū)和參比區(qū)；c)至少向測(cè)量區(qū)提供液體樣品；d)用檢測(cè)器檢測(cè)至少一束光橫穿測(cè)量區(qū)和參比區(qū)后所提供的光學(xué)圖案；和e)從測(cè)得的光學(xué)圖案推斷液體樣品中存在分析物；其中，在c)之前沿著測(cè)量區(qū)和參比區(qū)提供封閉液。
文檔編號(hào)G01N21/45GK102713578SQ201080048944
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者A·伊麥蒂, A·杜迪亞, J·S·坎格, P·H·J·耐德考恩, V·薩布萊曼尼亞姆 申請(qǐng)人:奧斯坦德姆控股有限公司