電子鼻或電子舌傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于分析樣本或者檢測(cè)目標(biāo)的電子舌或電子鼻的傳感器。該傳感器包括支撐體，在所述支撐體的一個(gè)表面上為多個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)敏感區(qū)域包括至少一個(gè)受體并且能夠發(fā)射由樣本的至少一個(gè)成分或者至少一個(gè)目標(biāo)與至少一個(gè)受體交互作用所產(chǎn)生的可測(cè)量信號(hào)。所述傳感器的特征在于，所述電子舌或電子鼻傳感器包括至少三個(gè)敏感區(qū)域，所述至少三個(gè)敏感區(qū)域在它們各自的受體組成上彼此不同，至少一個(gè)所述敏感區(qū)域包括由至少兩個(gè)不同受體構(gòu)成的混合物，其他兩個(gè)敏感區(qū)域中的每個(gè)敏感區(qū)域包括這兩個(gè)受體中的至少一個(gè)受體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電子鼻或電子舌傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)電子鼻或電子舌的傳感器，并且涉及其在分析流體樣本，尤其在分析液體或氣體樣本中的使用。

【背景技術(shù)】
[0002]生物傳感器可被分為兩種不同的種類(lèi)。
[0003]第一類(lèi)涉及憑借一個(gè)或更多特定交互作用的分析。例如，可以提及的有使用DNA芯片或蛋白質(zhì)芯片類(lèi)型的酶或多參數(shù)系統(tǒng)(若干敏感區(qū)域)的葡萄糖生物傳感器，它經(jīng)由特定的和選擇性的結(jié)合(DNA/DNA或抗原/蛋白質(zhì)等)來(lái)識(shí)別配體。這些生物芯片被廣泛使用并且經(jīng)由由單個(gè)受體組成的敏感區(qū)域產(chǎn)生相關(guān)信息。
[0004]第二類(lèi)生物傳感器包括“非特定的”系統(tǒng)。在這種情況下，因?yàn)榇治鼋橘|(zhì)的化合物與受體之間的交互作用是未知的，所以由帶有單個(gè)受體的單個(gè)敏感區(qū)域產(chǎn)生的信息是不可譯的。另外，由于這類(lèi)傳感器的低特異性，還可以觀察到多種受體之間的交叉反應(yīng)。因此使用每個(gè)受體產(chǎn)生一條信息的一組受體:于是，所有這樣的信息產(chǎn)生相當(dāng)于數(shù)字指紋的模式。出于分析的需求，將這些模式與從之前的研究中得到的模式相比較。出于使用過(guò)程本質(zhì)上的相似性，使得這些傳感器被稱(chēng)為關(guān)于氣體介質(zhì)研究的“電子鼻”或者用于液體介質(zhì)研究的“電子舌”。
[0005]因此，這些電子鼻或電子舌由一組獨(dú)立的敏感區(qū)域組成，每個(gè)敏感區(qū)域帶有由能夠與被研究的介質(zhì)交互的受體組成的涂層。因此，通常通過(guò)測(cè)量由交互作用產(chǎn)生的信號(hào)的強(qiáng)度，每個(gè)敏感區(qū)域必須與用于量化交互作用的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)存的所有情況中，每個(gè)敏感區(qū)域產(chǎn)生一條獨(dú)立于其鄰居的信息的信息。因此，η個(gè)敏感區(qū)域的矩陣會(huì)產(chǎn)生構(gòu)造交互模式的η條獨(dú)立信息，通常用柱狀圖表示，敏感區(qū)域的數(shù)字與在該區(qū)域上測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度值相關(guān)聯(lián)。
[0006]一般而言，敏感區(qū)域被制造為使得它們相對(duì)被分析的介質(zhì)具有可變的親和性，或者更一般而言，具有可變的物化(physicochemical)特性(Turner&Magan(2004)NatureReviews Microb1logy2:161-166)。近來(lái)，已經(jīng)出現(xiàn)組合方法并且肽受體已經(jīng)被移植到敏感區(qū)域上。這種方法使得能夠容易產(chǎn)生大量不同受體(Edwards et al.(2007) J.Am.Chem.Soc.129:13575-13583)。每個(gè)敏感區(qū)域包含有一種且僅僅一種類(lèi)型的肽，并且所產(chǎn)生的多條信息保持獨(dú)立。另外，這種表征以點(diǎn)云(point cloud)的形式示出。
[0007]在這類(lèi)分析中，每條信息因此具有相同的值并且不容易進(jìn)行權(quán)衡(weighting)。因此這些傳感器不提供連續(xù)響應(yīng)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)在這些電子舌或電子鼻領(lǐng)域中，對(duì)象的產(chǎn)生仍然是復(fù)雜的，并且在一個(gè)敏感區(qū)域上的缺陷仍然是非常頻繁的。因此，這種傳感器的響應(yīng)將失真，并且如果不能權(quán)衡(敏感區(qū)域彼此是獨(dú)立的)，則產(chǎn)生的模式將很難譯出。
[0008]另外，DiNatale et al.(2009) Sensors&Actuators B142:412-7 中已經(jīng)描述了憑借光學(xué)讀數(shù)產(chǎn)生連續(xù)信號(hào)的電子鼻類(lèi)型的傳感器。這些傳感器包括覆蓋有滲透性聚合物的一層敏感染料。然后，使用攝像機(jī)記錄下在聚合物中待分析的氣體化合物擴(kuò)散之后染料的反應(yīng)。在這種情況中，通過(guò)擴(kuò)散層的特性而不是受體本身，提供了連續(xù)的響應(yīng)。這個(gè)過(guò)程仍然受到對(duì)染料響應(yīng)于氣體化合物的反應(yīng)能力的限制。因此，這個(gè)過(guò)程不適于對(duì)不通過(guò)聚合物擴(kuò)散的復(fù)雜分子的分析。另外，因?yàn)槊舾腥玖蠈颖幌拗圃跀U(kuò)散層也就是聚合物的下方，由于傳感器的工作需要聚合物屏障，所以在傳感器的受體與樣本之間不能發(fā)生直接的交互作用。
[0009]因此仍然需要提供一種用于更一般的應(yīng)用，特別是能夠產(chǎn)生連續(xù)響應(yīng)的電子鼻或電子舌類(lèi)型的傳感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]特別地，本發(fā)明由
【發(fā)明者】由意想不到的示例得到，一種電子鼻或電子舌傳感器，包括在若干部分上的支撐體，或敏感區(qū)域，其上附有不同比例的兩種不同受體的混合物，其顯示信號(hào)發(fā)射曲線，所述信號(hào)由多種敏感區(qū)域與傳感器的受體接觸的樣本的成分交互作用所產(chǎn)生，所述信號(hào)為非線性的并且足夠復(fù)雜以表征給定化合物。
[0011]信號(hào)的非線性表明得到的信息量多于從由純受體組成的敏感區(qū)域得到的信息量。
[0012]其中，敏感區(qū)域在數(shù)量上的增加使得可以得到基本上連續(xù)的信號(hào)發(fā)射曲線，這有利地使檢測(cè)和消除任何有缺陷的敏感區(qū)域成為可能。
[0013]最后，少量不同受體混合物的使用使得可以產(chǎn)生大量不同的敏感區(qū)域，這限制了與開(kāi)發(fā)不同受體相關(guān)的花費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
[0014]因此，本發(fā)明涉及一種用于分析樣本或者檢測(cè)至少一個(gè)目標(biāo)的電子舌或電子鼻傳感器，包括支撐體，在所述支撐體的一個(gè)表面上為多個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)所述敏感區(qū)域包括至少一個(gè)受體，每個(gè)所述敏感區(qū)域能夠發(fā)射由樣本的至少一個(gè)成分或者至少一個(gè)目標(biāo)與所述至少一個(gè)受體交互作用所產(chǎn)生的可測(cè)量信號(hào)，其特征在于，所述電子舌或電子鼻傳感器包括至少三個(gè)敏感區(qū)域，所述至少三個(gè)敏感區(qū)域在它們各自的受體構(gòu)成上彼此不同，至少一個(gè)所述敏感區(qū)域包括由至少兩個(gè)不同的或者不等效的受體組成的混合物，其他兩個(gè)敏感區(qū)域中的每個(gè)敏感區(qū)域包括這兩個(gè)受體中的至少一個(gè)受體。
[0015]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，特別在分析液體介質(zhì)樣本的情況下，根據(jù)本發(fā)明的傳感器特別用于實(shí)現(xiàn)電子舌，或者特別在分析氣體介質(zhì)樣本的情況下，根據(jù)本發(fā)明的傳感器特別用于實(shí)現(xiàn)電子鼻。
[0016]因此，本發(fā)明還涉及一種如上限定的傳感器的用途，即用于分析樣本。
[0017]本發(fā)明還涉及一種用于分析樣本的過(guò)程，其中:
[0018]-使如上限定的傳感器接觸樣本；
[0019]-測(cè)量由傳感器的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)；
[0020]-在接觸至少一個(gè)其他樣本之后，將在先前步驟中測(cè)量的信號(hào)與由相同傳感器或者第二相似傳感器的敏感區(qū)域獨(dú)立產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較；
[0021]-描述被分析的樣本。
[0022]本發(fā)明還涉及一種如上限定的傳感器的用途，用于限定受體混合物的受體構(gòu)成，所述受體混合物用于涂覆待與至少一個(gè)目標(biāo)交互作用或不交互作用的三維結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明還涉及一種用于制備涂覆有受體混合物的三維結(jié)構(gòu)的過(guò)程，所述三維結(jié)構(gòu)待與至少一個(gè)目標(biāo)交互作用或不交互作用，所述過(guò)程包括:
[0024]-使目標(biāo)與如上限定的傳感器接觸；
[0025]-識(shí)別所述傳感器的一敏感區(qū)域，該敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)的強(qiáng)度表示對(duì)所述目標(biāo)的親和力在強(qiáng)弱上與涂覆有受體混合物的所述三維結(jié)構(gòu)對(duì)所述目標(biāo)的期望親和力相似；
[0026]-可選地，如必要為其他目標(biāo)重復(fù)這兩個(gè)步驟；
[0027]-用具有與所識(shí)別的敏感區(qū)域的受體構(gòu)成相似的受體構(gòu)成的受體混合物涂覆所述三維結(jié)構(gòu)。
[0028]受體
[0029]如在本文中所理解的，“受體”是化合物，它可以是任何化學(xué)類(lèi)型，通過(guò)自身或者當(dāng)它與混合物內(nèi)一個(gè)或更多其他受體組裝以便形成受體組裝時(shí)，能夠與樣本的一個(gè)或更多成分或與目標(biāo)交互。如在本文中所理解的，受體還可以表示為“用于識(shí)別或者與樣本的一個(gè)或更多成分或與目標(biāo)結(jié)合的元素或決定簇(determinant) ”。
[0030]優(yōu)選地，根據(jù)至少一個(gè)物化特征(諸如，一方面的親水性或疏水性，另一方面的電子濃度、極性或電荷)，根據(jù)本發(fā)明的受體彼此不同。另外，其他構(gòu)造或配置特征可以區(qū)分這些受體:因此，根據(jù)諸如螺旋線、板料(sheet)或彼此的立體異構(gòu)關(guān)系等次級(jí)結(jié)構(gòu)的存在，受體可以彼此不同。
[0031]因此，從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，根據(jù)本發(fā)明的受體可以是:
[0032]-簡(jiǎn)單分子，特別是100Da或者更小，諸如離子、金屬?gòu)?fù)合物、有機(jī)化合物，特別是有機(jī)金屬化合物、氨基酸、縮氨酸、單糖、低聚糖、核苷酸或寡核苷酸；或者
[0033]-復(fù)雜分子，特別是大于lOOODa，諸如多肽或蛋白質(zhì)，可選地是糖基化的、多糖、月旨類(lèi)、DAN、RNA或有機(jī)聚合物。
[0034]-根據(jù)本發(fā)明的受體還能構(gòu)成分子“磚”、在混合物內(nèi)的受體組裝，特別是組合類(lèi)型，導(dǎo)致與樣本的一個(gè)或多個(gè)成分或者與目標(biāo)交互作用的分子構(gòu)造。Ojeda etal.(2007)Carbohydrate Research342:448-459 ；Di Gianvincenzo et al.(2010)B10rganic&Medicinal Chemistry Letters20:2718-2721 ;Bresee et al.(2010)Chem.Commun.46:7516-7518 ；Bresee et al.(2011)Smal17:2027-2031 ；或ffolfenden&Cloninger, (2006)B1conjugate Chem.17:958-966 中特別描述了這類(lèi)受體組裝。
[0035]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的受體具有小于1000 OOODa的尺寸。
[0036]如在本文中所理解的，根據(jù)本發(fā)明的受體可以彼此獨(dú)立或通過(guò)分子鍵，特別是共價(jià)鍵彼此連接。當(dāng)受體彼此連接時(shí)，它們的關(guān)聯(lián)能形成表現(xiàn)出與樣本的成分的多種交互作用位點(diǎn)(site)的高分子，這些作用位點(diǎn)與根據(jù)本發(fā)明的受體一一對(duì)應(yīng)。
[0037]敏感區(qū)域
[0038]根據(jù)本發(fā)明的“敏感區(qū)域”是支撐體的一部分，其能夠發(fā)射由樣本的一個(gè)或更多成分與敏感區(qū)域所包含的受體交互作用所產(chǎn)生的信號(hào)。
[0039]這樣的敏感區(qū)域占據(jù)可能是可變拓?fù)浠蚩勺冃螤畹闹误w上的面積或體積。因此，它可以是平面的或浮雕的，也就是說(shuō)，受體直接連接到支撐體或通過(guò)占據(jù)位于表面上方的體積由此分布在三維結(jié)構(gòu)中。另外，根據(jù)本發(fā)明的敏感區(qū)域可以采取任意形狀，特別是圓形或多邊形，特別是平行六面體。根據(jù)本發(fā)明的敏感區(qū)域還可以與至少一個(gè)其他敏感區(qū)域分離或連接到至少一個(gè)其他敏感區(qū)域。優(yōu)選地，傳感器的所有敏感區(qū)域具有相同的面積、相同的拓?fù)浜拖嗤男螤?。特別優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的敏感區(qū)域具有平面拓?fù)浜蛨A形形狀。同樣優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的敏感區(qū)域的面積大約是0.25μπι2到10mm2。另外，敏感區(qū)域的厚度將優(yōu)選地在0.5nm和100 μ m之間。
[0040]使樣本與根據(jù)本發(fā)明的傳感器接觸導(dǎo)致發(fā)射若干可測(cè)量信號(hào)，每個(gè)敏感區(qū)域至少一個(gè)信號(hào)，因此形成表明樣本特征的信號(hào)曲線。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚地理解，增加敏感區(qū)域的數(shù)量可以因此增加可測(cè)量信號(hào)曲線的分辨率。
[0041]因此，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括至少3、4、5、6、7、8、9、10、15、
20、25、50、100、500、1000、10 000、100 000 或 1000 000 個(gè)敏感區(qū)域。同樣優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的傳感器可以包括少于10 000 OOOU 000 OOOUOO OOOUO 000,5000,1000、500、100、50 25 個(gè)敏感區(qū)域。
[0042]受體的表面密度使得可以調(diào)節(jié)可測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度。
[0043]由包括在與同一敏感區(qū)域在支撐體上占據(jù)的面積相關(guān)的敏感區(qū)域中受體的數(shù)量來(lái)給定敏感區(qū)域內(nèi)受體的表面密度。當(dāng)在敏感區(qū)域中存在若干不等效的受體時(shí)，可以限定每個(gè)不等效受體的各自表面密度，以及受體集合的表面密度。在整個(gè)敏感區(qū)域中受體的表面密度可以是統(tǒng)一的或者可以是可變的。當(dāng)它是可變的時(shí)，可以根據(jù)表面密度梯度，例如作為由支撐體的表面限定的平面中方向的函數(shù)，來(lái)分布受體。優(yōu)選地，敏感區(qū)域內(nèi)受體集合的表面密度在18受體/mm2到115受體/mm2之間。優(yōu)選地，傳感器的所有敏感區(qū)域具有的它們所包含受體集合的表面密度是統(tǒng)一的和基本相似的。
[0044]另外，通過(guò)成倍增加樣本的成分與敏感區(qū)域之間的交互作用，增加不等效的敏感區(qū)域的數(shù)量可以增加傳感器的靈敏度；同樣也可以增加信號(hào)曲線的多樣性，并且因此可以表征待分析的樣本內(nèi)更多的不同成分。另外，增加非相同的敏感區(qū)域的數(shù)量，可以增加由傳感器的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)的曲線的連續(xù)性，這使得可以找到和消除產(chǎn)生不相關(guān)的信息的有缺陷的敏感區(qū)域。
[0045]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50或100
個(gè)不同或者不等效的受體，也可以被描述為不同類(lèi)型的受體或不同性質(zhì)的受體。同樣優(yōu)選地，根據(jù)發(fā)明的傳感器包括最多1000、100、50、25或10個(gè)不同或不等效的受體。根據(jù)本發(fā)明的相同的敏感區(qū)域可以包括單個(gè)受體或者2到20之間的不同或不等效的受體。
[0046]本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚地理解，優(yōu)選地，每個(gè)受體或者每類(lèi)受體在根據(jù)本發(fā)明的敏感區(qū)域中存在若干副本。因此，舉例而言，當(dāng)提及敏感區(qū)域包括兩種不同受體時(shí)，它優(yōu)選地包括每個(gè)不同受體的若干副本，特別是具有之前限定的表面密度。同樣地，當(dāng)表明敏感區(qū)域包括僅僅一種類(lèi)型的受體時(shí)，意味著它可包含單個(gè)受體或某類(lèi)受體的若干副本。
[0047]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中，至少一個(gè)敏感區(qū)域包括至少3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)不同或不等效的受體。
[0048]另外，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器的多個(gè)敏感區(qū)域，特別是至少3、5,10或100個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)敏感區(qū)域包括至少2、3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)不同或不等效受體的混合物，在每個(gè)混合物中不同或不等效受體是相同的一些受體，并且在它們包含的不同或不等效受體的各自比例上彼此不同。換句話說(shuō)，傳感器包括多個(gè)敏感區(qū)域，特別是至少3、5、10或100個(gè)，每個(gè)敏感區(qū)域具有不同比例的至少2、3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)不等效受體，存在于多個(gè)敏感區(qū)域的每個(gè)敏感區(qū)域中。
[0049]因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括η個(gè)不等效受體(η是大于I的整數(shù))并且敏感區(qū)域包括可變比例的這些η個(gè)不等效受體的混合物。
[0050]在η = 2的特定情況中，可以例如6個(gè)不同的敏感區(qū)域，它們包含的受體集合的表面密度是一致的并且彼此相等，考慮具有下面比例的兩種受體A和B:A0% BlOO % ；Α20%Β80% ；Α40% Β60% ；Α60% Β40% ；Α80% Β20% ；Α100% BO%，這里的百分?jǐn)?shù)表示敏感區(qū)域中所考慮的受體的數(shù)量相對(duì)于敏感區(qū)域中受體的總數(shù)量的比例。受體A的比例的20%的系列增長(zhǎng)稱(chēng)為增量。在這種情況下，增量是常數(shù)，但還可以預(yù)想不是常數(shù)的增量，例如A的0%、10%、20%、30%、50%、70%、80%、90%、100%，與 B 相加為 100%。
[0051]更一般地，根據(jù)本發(fā)明可以預(yù)想，在k個(gè)敏感區(qū)域內(nèi)，在兩個(gè)受體的混合物中第一個(gè)受體的百分比比例以增量100/(k-Ι)變化，每個(gè)敏感區(qū)域受體集合的表面密度優(yōu)選為相同的。
[0052]因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括η個(gè)不等效的受體(η是大于I的整數(shù))，并且敏感區(qū)域包括以可變比例的這些η個(gè)不等效受體的混合物，提供優(yōu)選的數(shù)量(k)個(gè)敏感區(qū)域作為增量i (以百分比表示)的函數(shù):當(dāng)100/i是整數(shù)且n〈(100/i)+l 時(shí)，k = ((100/i)+n-l) ! /(n_l) ! (100/i) !)，并且當(dāng) n> (100/i)+1 時(shí)，k=n~(100/i)/(100/i) !。
[0053]增量值的下降增加了信號(hào)曲線的連續(xù)性和分辨率。另外，這可以得到彼此非常接近或甚至部分冗余的信號(hào)，并且結(jié)果是校正或甚至權(quán)衡可能的有缺陷的敏感區(qū)域。優(yōu)選地，增量將是 50%、33%、20%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.4%、0.3%、0.2%或0.1%。
[0054]特別地，通過(guò)比較由期望評(píng)估功能性的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)與由具有相似構(gòu)成的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)，可以檢測(cè)有缺陷的敏感區(qū)域。因此，在根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程的一個(gè)特別實(shí)施例中，這些過(guò)程還包括以下步驟:通過(guò)比較由敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)與由至少兩個(gè)其他敏感區(qū)域(特別是具有與期望驗(yàn)證功能性的敏感區(qū)域相似的構(gòu)成的敏感區(qū)域)發(fā)射的信號(hào)，驗(yàn)證傳感器的敏感區(qū)域的功能性，即它們的非缺陷性。舉例而言，為了發(fā)明的目的，與被期望來(lái)評(píng)估功能性的敏感區(qū)域具有相似構(gòu)成的敏感區(qū)域，將是那些其中在每個(gè)敏感區(qū)域中存在的各種受體的量各自相對(duì)于敏感區(qū)域的受體總數(shù)量的百分比優(yōu)選地相差少于50%、33%,20%,10%,5%,2%,1%>0.5%,0.2%或0.1%的敏感區(qū)域。優(yōu)選地，如果由此敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)Rl與由具有相似構(gòu)成的兩個(gè)敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)R2和R3大致上不同，那么敏感區(qū)域I將被認(rèn)為是有缺陷的。例如，如果(|R1_R2|，Rl-R3|)的最小絕對(duì)值之差是大于信號(hào)R2與R3之間的差|R2-R3|的至少50、20、10、5、4、3或者2倍，那么該區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是有缺陷的。在另一個(gè)示例中，可以使用相對(duì)差；在這種情況下，如果(2|R1-R2|/(R1+R2)，2 I R1-R3 | / (R1+R3))的最小值大于相對(duì)差 2 | R2-R3 | / (R2+R3)的至少 50、20、10、5、
4、3或者2倍，那么敏感區(qū)域I將被認(rèn)為是有缺陷的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想出有缺陷的敏感區(qū)域的其他定義。
[0055]從包含不等效受體混合物的敏感區(qū)域得到的信號(hào)，可以比從每個(gè)僅包含相同受體的敏感區(qū)域得到的信號(hào)，得到關(guān)于樣本成分的更多的非冗余信息。有利地是，有限量的不同受體能夠?qū)崿F(xiàn)使用根據(jù)本發(fā)明的傳感器得到的信號(hào)的非線性，這是一種節(jié)省金錢(qián)的來(lái)源。
[0056]在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括:包括有單個(gè)類(lèi)型受體的敏感區(qū)域，其數(shù)量與所述傳感器中不同受體的數(shù)量至少一樣多，所述傳感器的所述不同受體中的每個(gè)受體被各自包括在所述包括有單個(gè)類(lèi)型受體的敏感區(qū)域當(dāng)中的每個(gè)敏感區(qū)域中。
[0057]受體通過(guò)任意合適的技術(shù)附接在根據(jù)本發(fā)明的支撐體上。例如，可以預(yù)想簡(jiǎn)單的吸附、靜電交互作用或共價(jià)嫁接。舉例而言，當(dāng)固體支撐體是玻璃時(shí)，將優(yōu)選使用硅烷類(lèi)型的受體或受體前體，使得可以實(shí)施嫁接到玻璃的表面上；當(dāng)固體支撐體由金制成或者包含由金制成的部分時(shí)，將優(yōu)選使用包含容易鍵合到金屬的巰基功能(th1l funct1n)的受體前體或受體。還可以將受體固定放置在支撐體的表面上的聚合物基體中。
[0058]優(yōu)選地，使用受體前體(其結(jié)構(gòu)與受體沒(méi)有本質(zhì)不同，其功能是為制造的需求允許特別保護(hù)交互作用)或受體本身(如果它們的性質(zhì)允許的話)實(shí)施將受體附接到支撐體上。
[0059]信號(hào)
[0060]為了發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“信號(hào)”被用來(lái)指代物理現(xiàn)象。當(dāng)可以確定信號(hào)存在或不存在和/或量化該信號(hào)時(shí)，可以說(shuō)該信號(hào)是可測(cè)量的。
[0061]使樣本接觸傳感器的至少一個(gè)敏感區(qū)域之后，隨之產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)；它的起源是敏感區(qū)域內(nèi)存在的至少一個(gè)受體與樣本的至少一個(gè)成分之間的交互作用。交互作用通常對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)受體與樣本的至少一個(gè)成分之間結(jié)合的形成，此結(jié)合可以是強(qiáng)的或弱的，并且可以是可逆的。根據(jù)本發(fā)明，將每個(gè)敏感區(qū)域作為整體來(lái)測(cè)量所發(fā)射的信號(hào)。但是，若需要，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量由所有敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)。
[0062]信號(hào)在結(jié)束點(diǎn)處是可測(cè)量的或者是實(shí)時(shí)可測(cè)量的。
[0063]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)是實(shí)時(shí)可測(cè)量的。表述“實(shí)時(shí)”是指基本上在受體與樣本的成分之間發(fā)生交互作用的時(shí)刻產(chǎn)生和測(cè)量信號(hào)。有利地，提供的信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)量是附加參數(shù)，它還通過(guò)將時(shí)間和非線性的維度添加到信號(hào)中來(lái)增加由根據(jù)本發(fā)明的傳感器提供的信息。
[0064]同樣優(yōu)選地，可測(cè)量的信號(hào)是大規(guī)模的、機(jī)械的、聲學(xué)的、電的或光學(xué)類(lèi)型。取決于根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)的性質(zhì)，尤其可以通過(guò)光學(xué)顯微鏡、通過(guò)熒光顯微法、通過(guò)共聚焦顯微鏡、通過(guò)表面等離子體共振，經(jīng)由諧振鏡，通過(guò)阻抗測(cè)量、經(jīng)由石英微量天平、經(jīng)由懸臂、或者通過(guò)光吸收來(lái)測(cè)量。
[0065]優(yōu)選地，傳感器可以直接檢測(cè)信號(hào)。因此，例如，當(dāng)由表面等離子體共振測(cè)量信號(hào)時(shí)，合適的檢測(cè)手段對(duì)應(yīng)用于表面等離子體共振的光學(xué)讀取的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)是已知的；它們通常與例如LED類(lèi)型的光源組合，以便引起等離子激發(fā)，并且與CCD攝像機(jī)組合來(lái)記錄由等離子體共振產(chǎn)生的信號(hào)。在這個(gè)方面，特別優(yōu)選的是，以成像模式監(jiān)測(cè)根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地意識(shí)到的，成像模式包括監(jiān)測(cè)構(gòu)成所使用的CCD攝像機(jī)的圖像的所有像素的信號(hào)的變化，其中多點(diǎn)模式本身包括限定、或預(yù)限定圖像的區(qū)域(即像素點(diǎn)的集合)，該區(qū)域中所得到的信號(hào)的平均值反映所選擇的圖像區(qū)域的平均信號(hào)。
[0066]支撐體
[0067]根據(jù)本發(fā)明的支撐體包括適合用于測(cè)量信號(hào)的材料。
[0068]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中，受體被附接在支撐體上，該支撐體轉(zhuǎn)換由介質(zhì)的成分與敏感區(qū)域交互作用所產(chǎn)生的信號(hào)，即，其經(jīng)由代表所產(chǎn)生的信號(hào)的另一性質(zhì)的信號(hào)中繼所產(chǎn)生的信號(hào)。
[0069]當(dāng)傳感器用于通過(guò)表面等離子體共振分析樣本時(shí)，固體支撐體適合于等離子激發(fā)并在它的表面處適合衰減波的傳播。有利地，支撐體將是透明的材料，例如玻璃，覆蓋有金屬層特別是金，特別是1nm到10nm厚，并且更特別地50nm厚。
[0070]特別地，根據(jù)本發(fā)明的支撐體可以包括玻璃、硅、有機(jī)聚合物材料，特別是丙烯酸酯、PDMS, COC、PEEK或硝化纖維素類(lèi)型；或金屬材料，特別是銀、金或鉬；碳基導(dǎo)電材料，特別是玻璃態(tài)碳、石墨、石墨烯、碳基納米結(jié)構(gòu)或金剛石類(lèi)型；或至少兩種這些材料的組合。
[0071]樣本
[0072]根據(jù)本發(fā)明的樣本可以是任意類(lèi)型。優(yōu)選地是流體并且更優(yōu)選地是液體介質(zhì)或氣體介質(zhì)的樣本。
[0073]它可以特別是:
[0074]-生物樣本，例如血液、血漿、血清、腦脊液、尿、糞便、滑液、精液、陰道分泌物、口腔分泌物、呼吸道標(biāo)本，尤其源自肺、鼻子或喉嚨的膿液、腹水、皮膚或者結(jié)膜漿液的樣本；
[0075]-食物樣本，可選為懸浮放置地，特別地源自生的、熟的或半熟的食物，源自食品添加劑、調(diào)味料、即食餐或源自飲料；
[0076]-水樣本，例如，來(lái)自水處理廠或配水廠；
[0077]- 土壤樣本；
[0078]-氣體或空氣樣本，例如環(huán)境空氣或來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)的空氣或呼出的空氣的樣本。
[0079]樣本可以經(jīng)過(guò)預(yù)處理。處理可以是物理的、化學(xué)的或生物的；特別地可以是提取、過(guò)濾、稀釋或濃縮；它還可以是溶解、研磨、蒸發(fā)或懸浮，特別是在最初固體樣本的情況下。處理還可以對(duì)應(yīng)于增加至少一個(gè)信號(hào)標(biāo)記到標(biāo)本中，也就是發(fā)射附加信號(hào)的化合物或通過(guò)敏感區(qū)域能夠啟動(dòng)、促進(jìn)或增強(qiáng)信號(hào)的生成的化合物。信號(hào)標(biāo)記可以結(jié)合到樣本的成分中；信號(hào)標(biāo)記例如可以是熒光的、發(fā)光的或輻射的分子。
[0080]處理可以對(duì)應(yīng)于添加內(nèi)部控制的樣本，即濃度和/或構(gòu)造是已知的化合物。
[0081]根據(jù)如上限定的用途和過(guò)程，優(yōu)選地測(cè)量或記錄由敏感區(qū)域發(fā)射且與樣本接觸的信號(hào)，特別是測(cè)量或記錄為根據(jù)本發(fā)明的樣本與傳感器之間接觸時(shí)間的函數(shù)。
[0082]目標(biāo)
[0083]根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)可以是任意類(lèi)型。優(yōu)選地可以是細(xì)菌、真核細(xì)胞、病毒、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類(lèi)、核酸、揮發(fā)或非揮發(fā)的有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物，諸如金屬。從功能的角度來(lái)看，目標(biāo)可以特別地是藥劑、激素、細(xì)胞素或其他細(xì)胞受體。
[0084]基于由敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)評(píng)估敏感區(qū)域?qū)τ谀繕?biāo)的親和性(affinity)(這里認(rèn)為和親合性(avidity)同義)。例如，當(dāng)信號(hào)的強(qiáng)度取決于敏感區(qū)域?qū)τ谀繕?biāo)的親和性時(shí)，強(qiáng)的信號(hào)將表示強(qiáng)的親和性，而弱的信號(hào)將表示弱的親和性，它們構(gòu)成了所研究的兩種主要的親和性。
[0085]當(dāng)然，搜索對(duì)于至少一個(gè)第一目標(biāo)具有強(qiáng)親和性同時(shí)又不與至少一個(gè)第二個(gè)目標(biāo)結(jié)合的三維結(jié)構(gòu)將是可能的。
[0086]分析
[0087]根據(jù)本發(fā)明的分析尤其可以旨在檢測(cè)和/或量化樣本的一個(gè)或更多成分。另外，根據(jù)本發(fā)明的分析還可以旨在根據(jù)兩個(gè)或更多預(yù)定義的類(lèi)別(例如將生物源的樣本歸類(lèi)為健康的或惡性的)，或者根據(jù)病理狀態(tài)的類(lèi)型(諸如它所表示的癌癥)，或者食品源的樣本是相容型還是非相容型的來(lái)描述、分類(lèi)或歸類(lèi)樣本。在這個(gè)背景下，通過(guò)使用控制樣本(其包括例如在純狀態(tài)中的成分或者表示待定義的類(lèi)別)比較可以進(jìn)行。
[0088]因此，在根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中:
[0089]-使如上限定的傳感器與樣本接觸；
[0090]-測(cè)量由傳感器的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)；
[0091]-在接觸至少一個(gè)樣本之后，將在先前步驟中測(cè)量的信號(hào)與由相同傳感器或者第二相似傳感器的敏感區(qū)域獨(dú)立產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較。
[0092]-相對(duì)于至少一個(gè)控制樣本，描述被分析的樣本。
[0093]另外，根據(jù)本發(fā)明的分析還可以旨在根據(jù)兩個(gè)或更多預(yù)定義的類(lèi)別來(lái)描述、分類(lèi)或歸類(lèi)樣本。因此，在根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中:
[0094]-使如上限定的傳感器或如上限定的多個(gè)相似傳感器與樣本接觸；
[0095]-為每個(gè)樣本測(cè)量由傳感器的敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)；
[0096]-將為每個(gè)樣本測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行相互比較；
[0097]-相對(duì)于所有被分析的樣本，將每個(gè)樣本歸類(lèi)。
[0098]比較的步驟和如上限定的描述可能需要監(jiān)控學(xué)習(xí)或無(wú)監(jiān)控的學(xué)習(xí)的步驟。此學(xué)習(xí)可以由電子舌或電子鼻領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員容易地實(shí)施，他們能像Jain et al.(2000) IEEETransact1ns on Pattern Analysis and Machine Intelligence22.4-37 中特別描述地，特別地作為基本常規(guī)技術(shù)使用。舉例而言，可以提及的有主成分分析(PCA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Turner&Magan, op.cit.)或由支持向量機(jī)(SVM)的分離，特別地由 Cortes&Vapnik(1995)Machine Learning20:273-297)描述的，并且如Brown et al.(2000) Proc.Natl.Acad.Sc1.USA97:262-267描述的，其最近被成功地應(yīng)用于DNA芯片。
[0099]三維結(jié)構(gòu)
[0100]如本文在所理解地，根據(jù)本發(fā)明的“三維結(jié)構(gòu)”特別地是顆粒，更特別的是納米顆粒，即具有至少一個(gè)納米量級(jí)尺寸，特別地從Inm到999nm的顆粒，或者微粒，即具有微觀量級(jí)尺寸，特別地從I μ m到999 μ m的顆粒。根據(jù)本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)可以特別地是碳納米管、石墨烯、樹(shù)形分子、水皰、膠束、脂質(zhì)體、聚合物、納米晶體、納米絲、磁性顆粒或其他多孔顆粒。這樣的三維結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，它尤其作為藥劑使用，例如，用于與病理目標(biāo)結(jié)合。
[0101]根據(jù)本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)涂覆有受體，以便能與至少一個(gè)目標(biāo)交互作用。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)涂覆有受體的混合物、受體的組裝，特別是組合類(lèi)型，導(dǎo)致與目標(biāo)交互作用的分子構(gòu)造，諸如 Ojeda et al.(2007) Carbohydrate Research342:448-459 ;DiGianvincenzo et al.(2010)B10rganic&Medicinal Chemistry Letters20:2718-2721 ；Bresee et al.(20 10)Chem.Commun.46:75 16-75 18 ;Bresee et al.(2011)Small7:2027-2031 ；或 Wolfenden&Cloninger, (2006)B1conjugate Chem.17:958-966 中描述的那些。
[0102]通過(guò)下面非限制性的附圖和示例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0103]圖1
[0104]圖1描述根據(jù)本發(fā)明的傳感器的獲得和使用。簡(jiǎn)單而言，在由覆蓋有金子的棱柱構(gòu)成的支撐部分上制作不同比例(0%、10%、20%、30%、50%、70%、80%、90%和100%的BBl)的乳糖(BBl)和硫酸化乳糖(BB2)的9個(gè)混合物的沉積物，從而形成敏感區(qū)域。如此形成的傳感器被放置在細(xì)胞中，使得可以循環(huán)待以與傳感器接觸的多種溶液。使用發(fā)光二極管和CCD攝像機(jī)測(cè)量由表面等離子體共振成像(SPRi)得到的傳感圖(sensograms)形式的傳感器的反射率。
[0105]圖2
[0106]圖2表示，由表面等離子體共振成像測(cè)量的本發(fā)明的傳感器的反射率的演變(y軸，單位％ )作為存在傳感器時(shí)的刺桐雞冠凝集素(ECL)濃度(X軸，單位nM)的函數(shù)。
[0107]圖3
[0108]圖3表示使用本發(fā)明的傳感器分別對(duì)ECL(200nM)、CXCL12- a (10nM)、CXCL12-y (10nM)和IFN-Y (25ηΜ)得到的多種連續(xù)演變曲線。這些曲線表示反射率(χ軸，單位％ )作為在圖1描述的支撐部分中所包含的BBl的比例的函數(shù)。
[0109]圖4
[0110]圖4表示ECL+CXCL12- α混合物的連續(xù)演變曲線和分別單獨(dú)對(duì)應(yīng)于ECL和CXCL12-α的曲線。
[0111]圖5
[0112]圖5表示連續(xù)演變曲線的3D模型，作為與傳感器的接觸時(shí)間的函數(shù)，分別由僅僅ECL (左上)、僅僅CXCL12- α (右上)和ECL+CXCL12- α混合物得到。
[0113]圖6
[0114]圖6表示為食物混合物:即豆奶(圖6Α)、牛奶(圖6Β)和米奶(圖6C)得到的連續(xù)演變曲線。
[0115]圖7
[0116]圖7表示根據(jù)本發(fā)明為傳感器的敏感區(qū)域由表面等離子體共振成像測(cè)量的反射率(y軸，單位％)，每一個(gè)表示在存在干擾素YD136(IFNgD136)時(shí)不同比例(0%、10%、20%、30%、50%、70%、80%、90% 和 100 % 的 BBl) (χ-軸)的乳糖(BBl)和硫酸化乳糖(ΒΒ2)的混合物。
[0117]圖8
[0118]圖8表示覆蓋有10% BBl/90% BB2的混合物的納米顆粒(左邊)和覆蓋有90%BBl/10% BB2的混合物的納米顆粒(右邊)。
[0119]圖9
[0120]圖9表示當(dāng)存在用兩類(lèi)涂層:10% BBl或90% BBl功能化的金納米顆粒時(shí)，與IFNgD136的交互作用的10% BBl圖形的SPRi測(cè)量結(jié)果。此效果取決于納米顆粒濃度。
[0121]圖10
[0122]圖10表示通過(guò)ELISA干擾素抗體上的分析對(duì)IFNgD136的試驗(yàn)。用兩種類(lèi)型的涂層:10% BBl或90% BBl功能化的金納米顆粒預(yù)培養(yǎng)IFNgD136。然后通過(guò)ELISA試驗(yàn)評(píng)估浮在上層的IFNgD136濃度。

【具體實(shí)施方式】
[0123]示例1:敏感區(qū)域包含2種受體的混合物的傳感器
[0124]1、傳感器的制造
[0125]使用兩種簡(jiǎn)單的分子作為砌磚(BB)來(lái)構(gòu)造包含支撐體的傳感器，該支撐體容納有組合了可變比例的受體:乳糖(BBl)和硫酸化乳糖(BB2)的若干敏感區(qū)域。具有[BBl]/([BBl]+ [BB2])比例為 O % UO %, 20 %, 30 %, 50 %, 70 %, 80 %, 90 % 100% 的九個(gè)混合物，總濃度為常數(shù)20 μ M。然后混合物沉積在由可用于表面等離子體共振(SPRi)的棱柱的金表面形成的支撐體上，并且整夜與棱柱的表面保持接觸。然后用乙醇清洗如此形成的芯片并且然后在N2氣流下干燥。
[0126]因此，在自組裝之后，能夠得到包含9個(gè)敏感區(qū)域的傳感器，每個(gè)敏感區(qū)域具有不同的BBl和ΒΒ2的比例，如圖1所示。然后通過(guò)SPRi使用此傳感器分析包含單個(gè)蛋白質(zhì)的介質(zhì)。
[0127]2、對(duì)包含單個(gè)蛋白質(zhì)的控制介質(zhì)的分析
[0128]在連接到脫氣裝置和螺動(dòng)泵(peristaltic pump)的10 μ I聚四氟乙烯細(xì)胞中實(shí)施對(duì)蛋白質(zhì)介質(zhì)的分析。注入500 μ I的蛋白質(zhì)介質(zhì)。使用的工作緩沖溶液包括1mMHEPESU50mM NaCl.0.005% Tween20,2mM MgCl2、pH7.4，并且在使用之前過(guò)濾和脫氣。所有實(shí)驗(yàn)在具有100μ Ι/min的流速的室溫下實(shí)施。在注入每個(gè)蛋白質(zhì)之前，為了避免非特異性的交互作用，使用牛血清白蛋白來(lái)阻擋裸露的金表面。
[0129]測(cè)試結(jié)合到糖類(lèi)的四種蛋白質(zhì):刺桐雞冠凝集素(ECL)、CXCL12趨化因子的α和Y同分異構(gòu)體(isoform)、促炎細(xì)胞因子干擾素-Y (IFN-Y)。根據(jù)把它們結(jié)合到糖類(lèi)的能力將這些蛋白質(zhì)分為兩組:ECL是結(jié)合到半乳糖的凝集素，然而兩種形式的CXCL12還有IFN-Y結(jié)合到硫酸乙酰肝素。
[0130]在實(shí)踐中，首先使用ECL測(cè)試若干濃度(200nM、400nM、800nM和1.6μΜ)的傳感器。建立校準(zhǔn)曲線(如圖2)。這個(gè)曲線具有朗繆爾類(lèi)型吸附曲線，其證實(shí)該系統(tǒng)被正確地操作為具有Kd = 300+/-150ηΜ的傳感器。
[0131]在初步測(cè)試期間，為了選擇所發(fā)射信號(hào)可比較的濃度，對(duì)其他蛋白質(zhì)(100和200ηΜ的CXCL12同分異構(gòu)體，和25和50ηΜ的IFN-Y )使用兩種不同的濃度。最終，所選擇的濃度如下:200nM ECLUOOnM CXCL12-α、10nM CXCL12-Y 和 25nM IFN-Y。還應(yīng)該注意到，在每個(gè)蛋白質(zhì)分析之后，使用合適的溶液使傳感器再生。為此，為了識(shí)別適合于每個(gè)蛋白質(zhì)的溶液，測(cè)試各種溶液。因此，保留0.02M NaOH用于ECL、1M NaCl用于CXCL12-α，以及1% SDS用于CXCL12-Y和IFN-Y的溶液，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S傳感器完全再生而不引起損害。
[0132]所選擇的濃度下的純蛋白質(zhì)被相繼注入到傳感器上，然后以各種灰度的光線照亮傳感器的支撐體上混合物的沉積物。這些圖像被記錄下來(lái)并且然后被轉(zhuǎn)化為一系列的傳感圖。
[0133]出人意料地，
【發(fā)明者】觀察到對(duì)于給定的蛋白質(zhì)，反射率取決于敏感區(qū)域的BB構(gòu)成，如圖3可見(jiàn)。特別地觀察到各種BB混合物的響應(yīng)不是純受體響應(yīng)的簡(jiǎn)單線性相加。因?yàn)槊總€(gè)敏感區(qū)域的響應(yīng)帶有額外條信息，因此，這種非線性特性后驗(yàn)性地證明具有可變比例的每個(gè)受體的各種敏感區(qū)域的使用是合理的。另外，可以觀察到，對(duì)于給定的敏感區(qū)域，響應(yīng)的強(qiáng)度取決于被注入的蛋白質(zhì)，它表示傳感器對(duì)每個(gè)蛋白質(zhì)響應(yīng)不同。
[0134]為了說(shuō)明每個(gè)蛋白質(zhì)的單獨(dú)特性，結(jié)束注射蛋白質(zhì)一分鐘之前測(cè)量到的反射率值被表示為混合物中BBl比例的函數(shù)(圖3)。有意思地是，對(duì)每個(gè)蛋白質(zhì)，可以以連續(xù)演變曲線形式插補(bǔ)不同的曲線。
【發(fā)明者】能夠證明，對(duì)于給定的蛋白質(zhì)，曲線基本被保持為與蛋白質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)，信號(hào)的強(qiáng)度部分作為濃度的函數(shù)當(dāng)然是可變的。
[0135]因此，這樣的傳感器不僅能用來(lái)區(qū)分和識(shí)別蛋白質(zhì)，還可用作量化的目的。另外，相比較于用傳統(tǒng)的電子鼻或電子舌傳感器得到的數(shù)據(jù)的集合，這些傳感器對(duì)蛋白質(zhì)的響應(yīng)的連續(xù)特性提供了顯著的和重要的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)?，由于?duì)于每個(gè)連續(xù)演變曲線，一個(gè)受體的信號(hào)與其他信號(hào)相關(guān)聯(lián)，非正常的信號(hào)能被排除，因此能夠?qū)嵤└_和更準(zhǔn)確的分析物識(shí)別。
[0136]詳細(xì)而言，具有70%的BBl處最大信號(hào)的ECL曲線與具有10%的BBl處最大信號(hào)在的ECL曲線完全不同，正如預(yù)期地，表明ECL對(duì)富有乳糖的支撐體的敏感區(qū)域具有更大的親和性。相反地，結(jié)合到硫酸乙酰肝素的蛋白質(zhì)對(duì)富有硫酸化乳糖BB2的敏感區(qū)域具有更大的親和性。因此，能容易地將ECL和其他區(qū)別開(kāi)來(lái)。更有利地是，CXCL12的α同分異構(gòu)體給出與從CXCL12-Y或IFN-Y得到的相對(duì)不同的連續(xù)演變曲線。當(dāng)然，對(duì)于CXCL12-a，當(dāng)BBl的比例是50%或更大時(shí)，反射率幾乎為零，然而，對(duì)于CXCL12-Y或IFN-Y，反射率高很多。圖3所示的連續(xù)演變曲線的更完全的分析揭示了在相同的濃度處，CXCL12-Y比CXCL12-α對(duì)敏感區(qū)域具有更高的親和性。因此，然而用10nM的CXCL12_a，沒(méi)有傳感器的敏感區(qū)域顯示大于1.35%的反射率，用CXCL12-Y實(shí)現(xiàn)2.30%的信號(hào)。
[0137]盡管容易理解使用傳感器能夠?qū)CL和其他蛋白質(zhì)區(qū)別開(kāi)來(lái)，但應(yīng)該注意CXCL12的在它們的區(qū)域1-68中是相同的兩個(gè)同分異構(gòu)體，比CXCL12-Y更好地區(qū)別于IFN-Y。
[0138]但是，具有包含有不同比例的2種受體的9個(gè)敏感區(qū)域的此第一代傳感器，盡管在信號(hào)強(qiáng)度上有差別，也無(wú)法區(qū)分CXCL12-Y和IFN-Y。因此，
【發(fā)明者】預(yù)測(cè)，為了在敏感區(qū)域水平產(chǎn)生更大多樣性而由額外的受體制備的傳感器應(yīng)該能夠區(qū)分結(jié)合有相似但不相同電荷拓?fù)涞牡鞍踪|(zhì)的硫酸乙酰肝素。
[0139]3、復(fù)雜介質(zhì)的分析的應(yīng)用
[0140]電子鼻和電子舌技術(shù)主要應(yīng)用于復(fù)雜介質(zhì)的測(cè)試和分析。為了測(cè)試上述傳感器在介質(zhì)分析中的有效性，
【發(fā)明者】使用兩種蛋白質(zhì)(ECL(200nM)和CXCL12_a (10nM)(混合物I))的混合物還有諸如豆奶、牛奶或米奶等食物混合物來(lái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
[0141]圖4示出得到的連續(xù)演變曲線，伴隨用于比較的兩種純蛋白質(zhì)得到的曲線。這個(gè)最初結(jié)果顯示傳感器對(duì)混合物敏感并且能夠區(qū)分混合物和純蛋白質(zhì)。事實(shí)上，還觀察到兩種蛋白質(zhì)的混合物的曲線接近于純蛋白質(zhì)的曲線的簡(jiǎn)單相加。這表明在傳感器的敏感區(qū)域上吸收的蛋白質(zhì)之間大致上沒(méi)有協(xié)同的交互作用。這個(gè)特性的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)簡(jiǎn)單的線性分解，基于混合物的單獨(dú)組分的各自曲線，能夠檢測(cè)和量化混合物。
[0142]另外，這對(duì)于利用由SPRi得到的實(shí)時(shí)吸附和解吸附動(dòng)力學(xué)將是有利的。此附加信息能夠增加除了連續(xù)演變曲線以外的另一種方式來(lái)區(qū)分各種蛋白質(zhì)。舉例而言，圖5用三維方式示出識(shí)別ECL+CXCL12_a混合物的曲線的暫態(tài)演變。
[0143]另外，為了更好地比較電子舌相對(duì)于三類(lèi)食物樣本(豆奶、牛奶和米奶)的響應(yīng)，為每個(gè)樣本制作曲線。此曲線將清洗6分鐘之后的反射率表示為敏感區(qū)域的乳糖/硫酸化乳糖(L/SL)比例的函數(shù)(圖6)。能夠非常容易地確證，對(duì)于豆奶(圖6A)而言，其對(duì)富有硫酸化乳糖(包括純硫酸化乳糖、90% SL,80% SL,70% SL,60% SL和50% SL)的幾個(gè)敏感區(qū)域具有強(qiáng)的親和性。另一方面，對(duì)于UHT牛奶(圖6B)而言，僅對(duì)具有純硫酸化乳糖和90% SL的2個(gè)敏感區(qū)域具有強(qiáng)的親和性。這表明電子舌能夠區(qū)別這兩個(gè)產(chǎn)品。對(duì)于米奶(圖6C)而言，因?yàn)橛杉內(nèi)樘墙M成的敏感區(qū)域得到最強(qiáng)的親和性，所以曲線完全不同。這些結(jié)果表明電子舌對(duì)于分析和區(qū)別復(fù)雜樣本是有效的。另外，為每個(gè)樣本得到的曲線能被認(rèn)為是它們身份的簽名。
[0144]示例2:用于選擇合適的組合表面的方法
[0145]使用裝飾的納米顆粒(NP)作為治療藥劑是被廣泛研究的課題。幾個(gè)作者已經(jīng)因而描述了具有一定有效性的系統(tǒng)。在所使用的涂層當(dāng)中，可以提及的有:(i)特定的配體，諸如例如會(huì)與它們的目標(biāo)以分子對(duì)分子直接交互作用的抗體，或者(ii)最近開(kāi)發(fā)的，由小分子組成的涂層(Bowman et al.(2008) J.Am.Chem.Soc.130:6896-6897 ；Baram-Pintoet al.(2009)B1conjugate Chem.20:1497-1502 ；Baram-Pinto et al.(2010)Small6:1044-1050 ；Rele et al.(2005) J.Am.Chem.Soc.127:10132-10133)或由自身不具有限定的生物學(xué)特性的小分子的組裝組成的涂層(Ojeda et al.(2007) CarbohydrateResearch342:448-459 ；Di Gianvincenzo et al.(2010)B10rganic&Medicinal ChemistryLetters20:2718-2721 ；Bresee et al.(2010)Chem.Commun.46:7516-7518 ；Breseeet al.(2011)Small7:2027-2031 ；或者 ffolfenden&Cloninger, (2006)B1conjugateChem.17:958-966)，但當(dāng)其沉積在納米顆粒的表面上時(shí)產(chǎn)生特定的特性。
[0146]后者的這些組裝通常被組合地生產(chǎn):混合基本砌磚的限定集合被并且然后組裝有納米顆粒。因?yàn)橥ㄟ^(guò)篩選每類(lèi)NP的活性才最終識(shí)別出合適的結(jié)構(gòu)，所以這些混合物的選擇不一定是合理的。
[0147]因此這意味著為了基于不一定具有生物活性的化合物的庫(kù)找到活性涂層，有必要制造大量NP，其具有由組合混合物導(dǎo)致的涂層?？蛇x地，篩選這些NP的生物活性將使得能夠檢測(cè)哪個(gè)是活性混合物。其結(jié)果是，在所制備的不同NP的數(shù)量和活性NP的數(shù)量之間具有很低的比例。
[0148]為了更成功地定位(target)這些混合物，因而減少所制造的非活性NP的數(shù)量，能夠快速評(píng)估形成受體的基本砌磚的混合物的活性，以利于快速高生產(chǎn)量分析將是有利的。
[0149]本文中，
【發(fā)明者】已經(jīng)出人意料地示出由2維(2D)支撐體上的受體的混合物組成的表面的活性和涂覆有相同混合物的納米顆粒的活性相似。
[0150]因此，
【發(fā)明者】提出借助于帶有一定數(shù)量的敏感區(qū)域(例如以點(diǎn)的形式，每個(gè)表示兩種特定比例的最初化合物的混合物)的2D傳感器上的測(cè)試，來(lái)評(píng)估納米顆粒，或者更一般地評(píng)估三維結(jié)構(gòu)的活性，在其表面上帶有形成受體的化合物的混合物。然后，可以例如為蛋白質(zhì)或微生物的目標(biāo)，與這些傳感器接觸并且通過(guò)例如SPRi測(cè)量交互作用。在目標(biāo)與各個(gè)敏感區(qū)域之間測(cè)量到的交互作用的強(qiáng)度表示混合物的構(gòu)成有利于諸如NP等三維結(jié)構(gòu)的涂層的生產(chǎn)。同樣地，如果優(yōu)選避免交互作用，則優(yōu)選地選擇與表現(xiàn)出與限定目標(biāo)很少或無(wú)交互作用的敏感區(qū)域的構(gòu)成類(lèi)似的混合物構(gòu)成。
[0151]因此
【發(fā)明者】提出，與三維結(jié)構(gòu)(特別地諸如NP、樹(shù)狀聚合物或脂質(zhì)體等納米物體或微物體類(lèi)型)涂層的組合生產(chǎn)組合，使用根據(jù)本發(fā)明的傳感器的2D篩選步驟非常適合表面特性的快速評(píng)估。因此，2D-到-3D的性質(zhì)保留可以預(yù)選活性表面，由此使得未來(lái)醫(yī)藥的發(fā)展更快且更經(jīng)濟(jì)。
[0152]原理描述:
[0153]1-首先，通過(guò)制備每個(gè)包含具有特定比例的形成基本砌磚的受體的混合物的敏感區(qū)域來(lái)構(gòu)造如示例I所示的傳感器，這些混合物為具有[BB1]/([BB1] + [BB2])比例為0%、10 %、20 %、30 %、50 %、70 %、80 %、90 %和100 %的9個(gè)混合物，整個(gè)濃度為20 μ M的常數(shù)，BBl表示乳糖并且ΒΒ2表示硫酸化乳糖。
[0154]2-然后，測(cè)量敏感區(qū)域?qū)δ繕?biāo)的親和性，在本例中為干擾素YD136(IFNg D136)，在本例中根據(jù)示例I的模式通過(guò)SPRi來(lái)測(cè)量。
[0155]3-選擇提供最好的親和性的敏感區(qū)域或多個(gè)敏感區(qū)域。在本例中，對(duì)IFNg D136蛋白質(zhì)的相關(guān)敏感區(qū)域包括?ο % BB1/90 % BB2的混合物(圖7)。選擇對(duì)應(yīng)于90 % BB1/10 %BB2的混合物的敏感區(qū)域作為負(fù)控制。
[0156]4-制備作為涂覆有類(lèi)似于被識(shí)別的混合物的金顆粒的NP (圖8)。納米顆粒的尺寸是20nm。
[0157]5-通過(guò)常規(guī)的生化測(cè)試，在本例中通過(guò)SPRi (圖9)或者通過(guò)ELISA (圖10)，驗(yàn)證為目標(biāo)制備的NP的親和性。
[0158]通過(guò)SPRi可以清楚地觀察到，具有相關(guān)涂層(10% BBl)的NP引起信號(hào)的下降，該信號(hào)的下降取決于NP濃度；另一方面，負(fù)控制NP (90% BBl)不會(huì)引起信號(hào)的任何變化。
[0159]ELISA的結(jié)果證實(shí)對(duì)于包含2維支撐體上受體的混合物的敏感區(qū)域的目標(biāo)的親和性與涂覆有相同混合物的納米顆粒的親和性非常相似。
[0160]另外，例如如果需要將顆粒結(jié)合到第一個(gè)目標(biāo)A而不結(jié)合到第二個(gè)目標(biāo)B，能夠在幾個(gè)目標(biāo)上實(shí)施與從步驟I到步驟5同樣類(lèi)型的處理。
【權(quán)利要求】
1.一種電子舌或電子鼻傳感器，用于分析樣本或者檢測(cè)至少一個(gè)目標(biāo)，所述電子舌或電子鼻傳感器包括支撐體，在所述支撐體的一個(gè)表面上為多個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)所述敏感區(qū)域包括至少一個(gè)受體，每個(gè)所述敏感區(qū)域能夠發(fā)射由樣本的至少一個(gè)成分或者至少一個(gè)目標(biāo)與所述至少一個(gè)受體交互作用所產(chǎn)生的可測(cè)量信號(hào)，其特征在于，所述電子舌或電子鼻傳感器包括至少三個(gè)敏感區(qū)域，所述至少三個(gè)敏感區(qū)域在它們各自的受體構(gòu)成上彼此不同，至少一個(gè)所述敏感區(qū)域包括由至少兩個(gè)不同受體組成的混合物，其他兩個(gè)敏感區(qū)域中的每個(gè)敏感區(qū)域包括這兩個(gè)受體中的至少一個(gè)受體。
2.如權(quán)利要求1所述的電子舌或電子鼻傳感器，包括多個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)敏感區(qū)域包括由至少兩個(gè)不同受體組成的混合物，在每個(gè)混合物中，所述不同受體是同樣的一些不同受體，但在這些混合物所包括的不同受體的各自比例上彼此不同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子舌或電子鼻傳感器，其中所述敏感區(qū)域中的至少一個(gè)敏感區(qū)域包括由至少三個(gè)不同受體組成的混合物。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電子舌或電子鼻傳感器，包括多個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)所述敏感區(qū)域包括由至少三個(gè)不同受體組成的混合物，在每個(gè)混合物中所述不同受體是同樣的一些不同受體，但在這些混合物所包括的不同受體的各自比例上彼此不同。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電子舌或電子鼻傳感器，包括:包括有單個(gè)類(lèi)型受體的敏感區(qū)域，其數(shù)量與所述傳感器中不同受體的數(shù)量至少一樣多，所述傳感器的所述不同受體中的每個(gè)受體被各自包括在每個(gè)所述包括有單個(gè)類(lèi)型受體的敏感區(qū)域中。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電子舌或電子鼻傳感器，包括足夠數(shù)量的敏感區(qū)域，使得由所有區(qū)域發(fā)射的信號(hào)的曲線能夠識(shí)別出至少一個(gè)有缺陷的敏感區(qū)域的存在。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)限定的傳感器的用途，用于分析樣本。
8.一種用于分析樣本的過(guò)程，其中: -使如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)限定的傳感器接觸所述樣本； -測(cè)量由所述傳感器的所述敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)； -在接觸至少一個(gè)其他樣本之后，將在先前步驟中測(cè)量的信號(hào)與由相同傳感器或者第二相似傳感器的敏感區(qū)域獨(dú)立產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較； -描述被分析的所述樣本。
9.如權(quán)利要求8所述的過(guò)程，其中: -使如上限定的傳感器接觸所述樣本； -測(cè)量由所述傳感器的所述敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)； -在接觸至少一個(gè)控制樣本之后，將在先前步驟中測(cè)量的信號(hào)與由相同傳感器或者第二相似傳感器的敏感區(qū)域獨(dú)立產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較； -相對(duì)于至少一個(gè)控制樣本描述被分析的所述樣本。
10.如權(quán)利要求8中所述的過(guò)程，其中: -使如上限定的傳感器，或者使與如上限定的傳感器相似的多個(gè)傳感器接觸多個(gè)樣本； -對(duì)于每個(gè)樣本，測(cè)量由所述傳感器的敏感區(qū)域發(fā)射的所述信號(hào)； -相互比較為每個(gè)樣本測(cè)量的信號(hào)； -相對(duì)于所有被分析的樣本對(duì)每個(gè)樣本分類(lèi)。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的過(guò)程，還包括以下步驟:通過(guò)比較由敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)與由至少兩個(gè)其他敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)，驗(yàn)證所述傳感器的敏感區(qū)域的功能性。
12.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)限定的傳感器的用途，用于限定受體混合物的受體構(gòu)成，所述受體混合物用于涂覆待與至少一個(gè)目標(biāo)交互作用或不交互作用的三維結(jié)構(gòu)。
13.一種用于制備涂覆有受體混合物的三維結(jié)構(gòu)的過(guò)程，所述三維結(jié)構(gòu)待與至少一個(gè)目標(biāo)交互作用或不交互作用，所述過(guò)程包括: -使所述目標(biāo)與如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)限定的傳感器接觸； -識(shí)別所述傳感器的一敏感區(qū)域，該敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)的強(qiáng)度表示對(duì)所述目標(biāo)的親和力與涂覆有受體混合物的所述三維結(jié)構(gòu)對(duì)所述目標(biāo)的期望親和力相似； -用具有與所識(shí)別的敏感區(qū)域的受體構(gòu)成相似的受體構(gòu)成的受體混合物涂覆所述三維結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的過(guò)程，還包括以下步驟:通過(guò)比較由每個(gè)敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)與由至少兩個(gè)其他敏感區(qū)域發(fā)射的信號(hào)，驗(yàn)證敏感區(qū)域的功能性。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK104169720SQ201380010120
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月21日
【發(fā)明者】蒂埃里·利瓦什, 阿爾諾·布赫特, 戴維·波奈菲, 艷霞·侯-布魯汀 申請(qǐng)人:原子能與替代能源署, 國(guó)家科學(xué)研究中心, 巴黎第十一大學(xué)