用于體內(nèi)原位和/或?qū)崟r靶定分析物的生物感應(yīng)器裝置及其制造與使用方法
【專利說明】用于體內(nèi)原位和/或?qū)崟r靶定分析物的生物感應(yīng)器裝置及 其制造與使用方法
[0001] 發(fā)明人：Anand K. Agarwal，Vi jay K. Goel，Dong_Shik Kim，Do-Young Yoon，Boren Lin, Hamid Feyzizarnagh
[0002] 本申請要求美國臨時專利申請：61/775,939(提交于2013年3月11日，其全部公 開內(nèi)容在此明確為了所有目的通過參考并入本文）的優(yōu)先權(quán)。
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究的聲明
[0004] 此發(fā)明無政府資助，政府對本發(fā)明沒有權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
涉及實時且原位檢測目標(biāo)分析物的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0006] 直接檢測目標(biāo)分析物在樣本內(nèi)（例如原位）或體內(nèi)（例如體內(nèi)）的存在是十分困 難的。目前，通過移出樣本并將該樣本送到實驗室分析，來檢測目標(biāo)分析物。實時檢測目標(biāo) 分析物也是非常困難的?，F(xiàn)有技術(shù)需要從患者采集的樣本，然后在實驗室分析，這大大推遲 了對可能有毒分析物的任何診斷或檢測的時間。需要一種具有改進(jìn)的檢測性能和體內(nèi)/原 位實時檢測能力的檢測器。如有檢測器能迅速地區(qū)分病毒和細(xì)菌的感染，并且如果存在細(xì) 菌的話，可區(qū)分革蘭氏陽性或革蘭氏陰性細(xì)菌，這會非常有益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請所公開的內(nèi)容是用于檢測目標(biāo)分析物的存在的生物感應(yīng)器。
[0008] 在第一方面，生物感應(yīng)器裝置包括：包含可操作地連接到微處理器的電極的轉(zhuǎn)換 器組件，所述微處理器適用于接收、處理和傳送信號；和接收器組件，其具有：i)能夠檢測 和結(jié)合至少一種存在于樣本中的目標(biāo)分析物的感應(yīng)元件和i i)自組裝單層（SAM)，該SAM 被放置于感應(yīng)元件和電極中間并與二者接觸。所述轉(zhuǎn)換器組件和接收器組件可與樣本原位 接觸。在使用過程中，在目標(biāo)分析物存在于樣本中的情況下，感應(yīng)元件將引發(fā)可檢測信號， 該可檢測信號可以通過自組裝單層傳送到電極。
[0009] 在某些實施方案中，實時檢測目標(biāo)分析物的存在。
[0010] 在某些實施方案中，感應(yīng)元件包括至少一種抗體，所述抗體能夠檢測至少一種細(xì) 菌類的目標(biāo)分析物。
[0011] 在某些實施方案中，樣本包括活有機(jī)體內(nèi)的液體或組織。在某些實施方案中，樣本 包括在體內(nèi)的活有機(jī)體內(nèi)的液體或者組織。在某些實施方案中，所述樣本包括活動物內(nèi)的 液體或者組織。在某些實施方案中，樣本包括人體內(nèi)的液體或組織。
[0012] 在某些實施方案中，樣本包括食物。
[0013] 在某些實施方案中，信號變化的速率和程度對應(yīng)于目標(biāo)分析物的存在和濃度。
[0014] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物的存在通過阻抗信號檢測。在某些實施方案中，可 檢測的信號包括作為頻率的函數(shù)的阻抗的變化。
[0015] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物的存在是通過電流測定或電位測定信號檢測。
[0016] 在某些實施方案中，電極包括微交叉形金電極。
[0017] 在某些實施方案中，可檢測的信號通過無線射頻標(biāo)識顯示在微處理器上。
[0018] 在某些實施方案中，生物感應(yīng)器可并入具有組織接觸面的醫(yī)療、牙科或者獸醫(yī)器 材上。
[0019] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物包括金黃色葡萄球菌。在某些實施方案中，目標(biāo)分 析物包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA)。
[0020] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物包括釀膿鏈球菌、肺炎鏈球菌或無乳鏈球菌。
[0021] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物包括病毒或其部分。
[0022] 在某些實施方案中，目標(biāo)分析物包括作為癌癥標(biāo)記的分子或其部分。
[0023] 在某些實施方案中，自組裝單層包括巰基丙酸（MPA)，11-巰基^^一烷酸（MUA)， 1-十四烷硫醇（TDT)，或二硫代生物素（dithiobios)-N-琥珀酰亞胺基丙酸酯（DTSP)。
[0024] 在另一方面，本發(fā)明提供包含本文描述的生物感應(yīng)器裝置的套件。
[0025] 在另一方面，提供制備能夠在樣本中原位檢測目標(biāo)分析物的生物感應(yīng)器的方法。 該方法總體包括：通過自組裝單層（SAM)連接感應(yīng)元件到電極；和可操作地連接微處理器 到電極，使得當(dāng)感應(yīng)元件與原位存在于樣本中的目標(biāo)分析物結(jié)合時，微處理器檢測并傳送 信號。
[0026] 在另一方面，本發(fā)明提供用于檢測活有機(jī)體內(nèi)的細(xì)菌感染的方法，其包括：將本文 所述的生物感應(yīng)器裝置至少一部分放置在活有機(jī)體內(nèi)或上，以便充分接觸存在于活有機(jī)體 內(nèi)的細(xì)菌類目標(biāo)分析物；并且當(dāng)生物感應(yīng)器裝置傳送可檢測信號時，檢測細(xì)菌類目標(biāo)分析 物的存在。
[0027] 在某些實施方案中，生物感應(yīng)器裝置確定細(xì)菌類目標(biāo)分析物是革蘭氏陽性還是革 蘭氏陰性，并且生物感應(yīng)器裝置將信號傳送到醫(yī)療設(shè)備，以表明細(xì)菌類目標(biāo)分析物是革蘭 氏陽性還是陰性菌。
[0028] 在某些實施方案中，檢測到的感應(yīng)矩陣的物理性質(zhì)的變化包括作為頻率的函數(shù)的 阻抗的變化。
[0029] 生物感應(yīng)器可適用于并入幾種合適的醫(yī)療設(shè)備或者手術(shù)工具中的任何一種，包括 延長的醫(yī)療設(shè)備的柔性尖端。在某些實施方案中，所述感應(yīng)元件包括抗體，且所述感應(yīng)器適 用于檢測細(xì)菌的存在。
[0030] 本發(fā)明還提供了檢測體內(nèi)細(xì)菌是否存在和/或數(shù)量多少的方法。
【附圖說明】
[0031] 本專利或本專利申請文件可能包含一張或數(shù)張彩色圖。帶有彩圖的本專利或?qū)＠?申請的出版物的副本在提出請求并付所需費用后，由專利局提供。
[0032] 圖IA為可操作地連接在醫(yī)療設(shè)備的柔性尖端的遠(yuǎn)端的生物感應(yīng)器裝置的示意 圖。
[0033] 圖IB為并入了生物感應(yīng)器裝置和/或被構(gòu)造成將生物感應(yīng)器裝置可操作地附連 到其的設(shè)備的另一個實施方案的示意圖。
[0034] 圖2為生物感應(yīng)器裝置一部分的示意圖。
[0035] 圖3A為用于生物感應(yīng)器裝置中的電極的實施方案的側(cè)立面示意圖。
[0036] 圖3B為電極橫截面的示意圖，所述電極具有工作電極、反電極和參考電極。
[0037] 圖3C為與圖3B中所示的電極一起使用的保護(hù)膜的透視圖。
[0038] 圖4為檢測目標(biāo)分析物的方法的流程示意圖。
[0039] 圖5為示出對所施加的正弦波電壓響應(yīng)的偏移的正弦波電流曲線圖。
[0040] 圖6A為電路設(shè)計的示意圖，該電路設(shè)計用于與圖1中所示生物感應(yīng)器裝置一起使 用的電控制系統(tǒng)。
[0041] 圖6B為用于與圖1和圖6A中所示生物感應(yīng)器裝置一起使用的電控制系統(tǒng)的框 圖。
[0042] 圖7為示出在用SAM沉積修飾裸金電極的表面時的阻抗偏移的阻抗曲線圖。
[0043] 圖8是恒電位電化學(xué)阻抗譜（EIS)阻抗曲線圖，示出與裸金電極相比，具有MPA SAM的金電極有更高的阻抗幅度和不同的相位偏移。
[0044] 圖9是循環(huán)伏安圖，示出與有MPA SAM的金電極相比，裸金電極具有更大的電流和 因此更低的電阻。
[0045] 圖10是循環(huán)伏安圖，示出裸金電極、有3-MPA SAM的金電極、有3-MPA和Il-MUA SAM的金電極和有Il-MUA SAM的金電極之間的比較。該曲線示出有Il-MUA SAM的金電極 具有最尚電阻。
[0046] 圖11示出裸金電極、有3-MPA SAM的金電極、有3-MPA和II-MUA SAM的金電極和 有Il-MUA SAM的金電極這四個電極的EIS阻抗的曲線圖。示出有Il-MUA SAM的金電極具 有最尚阻抗和最明顯的相位偏移趨勢。
[0047] 圖12示出當(dāng)包含11-MUA/MRSA抗體的感應(yīng)矩陣暴露于PBS中的純化耐甲氧西林 金葡菌（MRSA)特異性蛋白PBP2a的系列稀釋液中10分鐘時由其產(chǎn)生的阻抗的曲線圖。
[0048] 圖13示出當(dāng)包括11-MUA/MRSA抗體的感應(yīng)矩陣暴露于PBS中的lng/ml的純化 MRSA特異性蛋白PBP2a中指定的時間段時由其產(chǎn)生的阻抗的曲線圖。
[0049] 圖14示出當(dāng)包括11-MUA/MRSA抗體的感應(yīng)矩陣暴露于IO6細(xì)胞/mL的MRSAUO 6細(xì)胞/mL的非抗藥性葡萄球菌或裸培養(yǎng)基的培養(yǎng)液時由其產(chǎn)生的阻抗的曲線圖。
[0050] 圖15示出當(dāng)包括11-MUA/MRSA抗體的感應(yīng)矩陣暴露于總的IO6細(xì)胞/mL的MRSA 和非抗藥性葡萄球菌的混合物時的阻抗變化。該曲線的偏移對應(yīng)于溶液中增加的MRSA。
【具體實施方式】
[0051] 定義
[0052] 應(yīng)該理解，前述一般描述和以下詳細(xì)描述都只是實例性和解釋性的，并不意在限 制本發(fā)明的范圍。在本申請中，使用單數(shù)時也包括復(fù)數(shù)，除非另外特別說明。
[0053] 使用的詞"a"或"an"當(dāng)與術(shù)語"包括"在權(quán)利要求和/或說明書中相結(jié)合地使用 時，可表示"一個"，但它也符合"一個或多個""至少一個"和"一