CN102066916A - 集成的增强的化学发光生物传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测定样品中被分析物浓度的方法和装置。所述方法包括将增强的化学发光与微芯片毛细管电泳或微芯片液相色谱法结合。

Description

集成的增强的化学发光生物传感器

背景技术

与传统的分离方法相比，微量分离，如毛细管液相色谱法（LC）和毛细管电泳（CE），提供更短的分析时间、更低的试剂和溶剂消耗量、提高的可靠性和高性能。采用微流控器件来进行这类分离提供了仪器集成和便携上的优势。随着过去25年来毛细管液相色谱法和毛细管电泳的日益普及，以及最近的15年来向微流控器件的转型，使得检测系统小型化成为大势所趋。由于毛细管液相色谱法和毛细管电泳中所用的低流动速率（数十毫微升/分钟至数十微升/分钟）和很小的体积（数十毫微升），这些系统必须提供很高的质量灵敏度（皮摩尔或更少）和化学选择性，并在不预先对化学品衍生化的情况下具备对预定应用中目标被分析物的测量能力。另外，检测器应该便于使用、具有高稳定性和可再现性，并且容易以合理的成本制成适当的尺寸。

化学发光检测对质量十分敏感。许多被分析物，包括许多药物和内原神经递质或刺激神经的化合物在内，能够通过化学和物理反应发光，这使得它们能通过发光检测来测量。化学发光检测很好地成比例降低样品的体积，使得系统小型化能够得以实现。

所需要的是提供能满足分析实验室中使用的苛刻要求的定量化学发光检测方法和装置。

发明内容

本发明提供通过将增强的化学发光和微芯片毛细管电泳或微芯片液相色谱法结合来测定样品中被分析物浓度的方法和装置或传感器。本发明结合了增强的化学发光的优点（例如超灵敏、低成本和通用性）和微芯片毛细管电泳或微芯片液相色谱法的优点（例如，快速通过量、设计简单和高灵敏性）。因此，该装置比目前使用的任何装置都要小很多。

如本文中所使用的，某些术语具有下列含义。说明书中所使用的所有其它术语和短语具有它们的本领域技术人员理解的通常含义。此类通常含义可参考科技词典获得，如Hawley' s Condensed Chemical Dictionary第11版（ Sax和Lewis，Van Nostrand Reinhold，New York, N.Y., 1987）和The Merck Index第11版（Merck & Co., Rahway NJ. 1989.）。

如本文中所使用的，术语″和/或″表示所述条目的任何一个，所述条目的任何组合或与这一条目相关的所有条目。

如本文中所使用的，单数形式"一个"、"一种"和"该"可以包括复数形式，除非上下文清楚地界定出了别的含义。因此，例如，″一个配方″可以包括多个这类配方，因此“化合物X的一个配方”可以包括化合物X的多个配方。

如本文中所使用的，术语“约”表明所说明数值的10%范围内的变化，例如“约50%”意味着从45%到55%的变化。对于整数范围，所述术语“约”可以包括大于和小于所述整数的一个或两个整数。

如本文中所使用的，术语“被分析物”指的是待测物，其包含在样品中，用微芯片毛细管电泳来分离。例如：被分析物可以包括抗原物质、半抗原、抗体、毒素、无机物（例如、金属离子、金属、NO₃ ^-、Cl^-等)、有机化合物、蛋白质、肽、微生物、氨基酸、核酸、激素、类固醇、维生素、药物（包括那些以治疗目的给药的和以违法目的给药的）、细菌、病毒颗粒、任何上述物质的代谢物或抗体。

如本文中所使用的，术语"电荷耦合器件"指的是用于电子地形成图像的器件，其使用在入射光触发下释放电子的硅层。

如本文中所使用的，术语"增强的化学发光"指的是任何发光（例如，通常使用的"化学发光"、"电化学发光"或"生物发光"等)的组合，其由化学物质（例如，化学反应，化学发光活性标记物的结合等）、物理反应（例如，光子、电子/电势）和/或电化学反应（例如，氧化还原反应）触发。

如本文中所使用的，术语"液体"指的是那些在剪切应力之下经历连续变形的物质。参见，例如，Concise Chemical and Technical Dictionary，第4版，Chemical Publishing Co., Inc., p. 707, New York, NY (1986)。

如本文中所使用的，短语"在一个实施方案中"指的是特定的特征、结构或性能。然而，每一个实施方案可以不必须包括所述特定的特征、结构或性能。更进一步地，当结合一个实施方案描述特定的特征、结构或性能时，通过与其它实施方案结合来使所述特征、结构或性能起作用都被认为是在本领域技术人员的知识范围内，无论是否明确地描述。

如本文中所使用的，术语"微芯片毛细管电泳"指的是使用微芯片型毛细管电泳器件实施的毛细管电泳。

如本文中所使用的，术语"液相色谱法"指的是流动相为液体的色谱分析。

如本文中所使用的，术语"样品"指的是怀疑含有所述被分析物的材料。样品可以从源获得的形式直接使用，或进行预处理以便改变样品特性。样品可以源自于任何工业（例如，食品工业、药物等)、农业；环境（例如水、土壤等）和生物源，如生理液，包括血、唾液、隐形眼镜流体、脑脊液、汗液、尿液、乳液、腹液、raucous、滑液、腹膜液、羊膜液等。样品在使用前可进行预处理，如将血制备成血浆、稀释粘稠的液体等。处理方法可包括过滤、蒸馏、提浓、干扰组分的灭活和试剂的添加。除生理液之外，也能使用其它的液体样品，如水、食品等，用于环境性能或食品生产分析。另外，可能含有所述被分析物的固体材料也可用作样品。在有些情况下，对固体试样进行改性使其形成液体介质或释放被分析物是有益的。

图1是用于测定样品中被分析物浓度的示范性传感器器件（100）的横断面视图。所述传感器器件（100）包括一个增强的化学发光制备器件（101）、一个微芯片毛细管电泳器件（102）；和一个检测器（103）。所述增强的化学发光制备器件（101）包括一个样品提取器件（104）和一个样品标记器件（105）。所述微芯片毛细管电泳器件（102）包括一个样品注射端口（106）和一个高电压电势（107）。所述增强的化学发光制备器件（101）和所述微芯片化学发光器件（102）通过样品注射管（108）物理上地连接。

在该方法中，一个样品可能含有一种被分析物。所述样品，例如，被引入到增强的化学发光制备器件（101），在那里特定的增强的化学发光标记被结合到所述被分析物上。

含有被分析物的样品被注入到微芯片毛细管电泳器件（102），施加高压电势以使所述被分析物基于电荷、尺寸或者二者从样品中的其它物质中分离出来。

所述被分析物的增强的化学发光响应由检测器（103）检测，所述响应与校正曲线相比较来得到所述被分析物在样品中的浓度。同样地，该方法可使用那些特定用于其它被分析物的其它增强的化学发光标记来重复。因此，可测定几种被分析物的浓度。在一个实施方案中，几种被分析物可以有相同的化学发光标记。在另一个实施方案中，几种被分析物可以有不同的化学发光标记。

图2是用于测定样品中被分析物浓度的示范性传感器器件（200）的横断面视图。所述传感器器件（200）包括一个增强的化学发光制备器件（201）、一个微芯片液相色谱法器件（202）；和一个检测器（203）。所述增强的化学发光制备器件（201）包括一个样品提取器件（204）和一个样品标记器件（205）。所述微芯片液相色谱法器件（202）包括一个样品注射端口（206）。所述增强的化学发光制备器件（201）和所述微芯片液相色谱法器件（202）通过样品注射管（208）物理上地连接。

在所述方法中，一个样品可以含有一种被分析物。所述样品，例如，被引入到增强的化学发光制备器件（201），在那里特定的增强的化学发光标记被结合到所述被分析物上。

含有被分析物的样品被注入到微芯片液相色谱法器件（202）;施加压力流以使所述被分析物基于电荷、尺寸或其二者从样品中的其它物质中分离出来。

所述被分析物的增强的化学发光响应由检测器（203）检测，所述响应与校正曲线相比较来得到所述被分析物在样品中的浓度。同样地，该方法可使用那些特定用于其它被分析物的其它增强的化学发光标记来重复。因此，可测定几种被分析物的浓度。在一个实施方案中、几种被分析物可以有相同的化学发光标记。在另一个实施方案中，几种被分析物可以有不同的化学发光标记。

在一个实施方案中，提供了一种用于测定样品中被分析物浓度的方法。所述方法包括用增强的化学发光标记来标记被分析物以提供增强的化学发光标记的被分析物；将所述增强的化学发光标记的被分析物引入微芯片毛细管电泳器件；施加穿过所述微芯片毛细管电泳器件的电场，以使所述增强的化学发光标记的被分析物从样品中的其它物质中分离出来；检测来自所述增强的化学发光标记的被分析物的增强的化学发光响应；和将所述增强的化学发光响应与校正曲线相比较来测定所述被分析物在样品中的浓度。

在一个实施方案中，提供了一种用于测定样品中被分析物浓度的方法。所述方法包括用增强的化学发光标记来标记被分析物以提供增强的化学发光标记的被分析物；将所述增强的化学发光标记的被分析物引入微芯片液相色谱法器件；施加压力流至所述微芯片液相色谱法器件，以使所述增强的化学发光标记的被分析物从样品中的其它物质中分离出来；检测来自所述增强的化学发光标记的被分析物的增强的化学发光响应；和将所述增强的化学发光响应与校正曲线相比较来测定所述被分析物在样品中的浓度。

在一个实施方案中，所述被分析物包括抗体、抗生素、抗原、细菌、碳水化合物、细胞、药物、酶、激素、外源凝集素、除草剂、类脂、离子、金属、杀虫剂、蛋白质、肽、核酸分子、孢子、毒素、病毒、金属氧化物、二氧化硅、磷酸盐、纳米粒子或其组合。

在一个实施方案中、所述增强的化学发光标记包括吖啶化合物、氨基苯二酰一肼、荧光素酶、辣根过氧化酶、β-半乳糖苷酶荧光素异硫氰酸酯、Ru（bipy）₃ ²⁺，连苯三酚、量子点或其组合。

在一个实施方案中，其它物质包括其它被分析物。

在一个实施方案中，所述响应的检测由电荷耦合器件、相机、摄影机、硅光电池、光电倍增器管或其组合完成。

在一个实施方案中，提供了一种传感器器件。所述传感器包括一个增强的化学发光制备器件，用来使增强的化学发光标记结合到样品中的被分析物上；一个联接于所述增强的化学发光制备器件的微芯片器件，用来接收来自增强的化学发光制备器件的样品并且将被分析物从样品中的其它物质中分离出来；一个联接于所述微芯片器件的检测器，用来检测来自与样品中被分析物结合的增强的化学发光标记的增强的化学发光响应；和一个联接于所述检测器的分析器，用来测定样品中被分析物的浓度。

在一个实施方案中，所述微芯片器件包括一个微芯片毛细管电泳器件或一个微芯片液相色谱法器件。

在一个实施方案中，所述微芯片器件是微芯片毛细管电泳器件。在一个实施方案中，所述微芯片器件是微芯片液相色谱法器件。

任何合适的增强的化学发光制备器件都可使用，这在本领域众所周知。增强的化学发光在生物学上是个普通的技术。例如，将辣根过氧化酶固定到目标分子上，一般是通过标记特定识别所述分子的免疫球蛋白。这种酶的复合物，催化所述增强的化学发光底物转变为目标分子邻近的敏化试剂，通过过氧化氢的进一步氧化，产生三重线态羰基，当它衰减到单线态羰基时发光。增强的化学发光允许检测极小量的生物分子。可检测到低至毫微微摩尔量的蛋白质，比大多数的分析系统的检测极限都低得多。

可使用任何合适的微芯片毛细管电泳器件，包括例如市场上可买到的系统，也就是用于常规分析的系统。

可使用任何合适的微芯片液相色谱法器件，例如，美国专利号6342142中所描述的器件。

所述用于测定样品中被分析物浓度的传感器可在例如可适用于所述被分析物的任何要求的温度、压力和流速下操作。

在一个示范性的实施方案中，所述传感器可在大约0℃到大约100℃，特别地大约10℃到60℃，以及更特别地大约室温到大约30℃下操作。

下列实施例是用来举例说明以上发明，并且不应该被认为是缩小了它的范围。本领域技术人员会欣然承认所述实施例提出了许多本发明可以实践的其它方法。应理解，在本发明所述范围内可以进行众多变化和改性。

附图说明

参考下述举例说明本发明实施方案的说明和附图可以更好地理解这些实施方案。在下述图中：

图1举例说明了一个用于测定样品中被分析物浓度的示范性传感器器件的横断面视图。

图2举例说明了一个用于测定样品中被分析物浓度的示范性传感器器件的横断面视图。

实施例

实施例1

在样品制备器件中混合含有不同被分析物的样品与含有辣根过氧化酶标记的抗体。将混合物泵入微芯片毛细管电泳器件，施加高压，用检测器检测所述被标记的被分析物。

实施例2

在样品制备器件里混合含有不同的被分析物的样品与含有Ru（bipy）₃ ²⁺标记的抗体。将混合物泵入微芯片毛细管电泳器件，施加高压，用检测器检测所述被标记的被分析物。

本文引用或提到的所有专利和出版物体现了本发明相关的本领域技术人员的技术水平，每个此类引用的专利或出版物通过引用结合到本文的程度相当于其被单独地全文引用或是在本文完整地提出。申请人保留将任何此类引用的专利或出版物中的任何材料和信息完全地结合到本发明说明书中的权力。

本文描述的特定方法和组合物表示优选实施方案并且是示范性的，并不意味着对本发明范围的限定。本领域技术人员在考虑本发明说明书后会想到其他目的、方式和实施方案，这些都被包括在权利要求范围定义的本发明的精神实质内。对本领域技术人员而言，对公开的本发明可能做出的各种替代变化和改良是显而易见的，并没有脱离本发明所述范围和精神实质。在此例证性描述的本发明可适用于在缺少任何要素或限定的条件下实施，即使在本文中没有作为主要的部分特定公开。本文例证性描述的方法和工艺可在不同顺序的步骤下实施，而且它们不必要局限于本文或权利要求中所指明的步骤顺序。

Claims (18)

1. 一种用于测定样品中被分析物的浓度的方法，其包括：

用增强的化学发光标记来标记被分析物以提供增强的化学发光标记的被分析物；

将所述增强的化学发光标记的被分析物引入微芯片毛细管电泳器件；

施加穿过所述微芯片毛细管电泳器件的电场，以使所述增强的化学发光标记的被分析物从样品中的另一种物质中分离出来；

检测来自所述增强的化学发光标记的被分析物的增强的化学发光响应；和

将所述增强的化学发光响应与校正曲线相比较来测定所述被分析物在样品中的浓度。

2. 权利要求1所述的方法，其中所述被分析物包括抗体、抗生素、抗原、细菌、碳水化合物、细胞、药物、酶、激素、外源凝集素、除草剂、类脂、离子、金属、杀虫剂、蛋白质、肽、核酸分子、孢子、毒素、病毒、金属氧化物、二氧化硅、磷酸盐、纳米粒子或其组合。

3. 权利要求1所述的方法，其中所述增强的化学发光标记包括吖啶

化合物、氨基苯二酰一肼、荧光素酶、辣根过氧化酶、β-半乳糖苷酶荧光素异硫氰酸酯、Ru(bipy)₃ ²⁺、连苯三酚、量子点或其组合。

4. 权利要求1所述的方法，其中所述另一种物质包括另一种被分析物。

5. 权利要求1所述的方法，其中所述响应的检测由电荷耦合器件、相机、摄影机、硅光电池、光电倍增器管或其组合完成。

6. 一种用于测定样品中被分析物的浓度的方法，其包括：

用增强的化学发光标记来标记被分析物以提供增强的化学发光标记的被分析物；

将所述增强的化学发光标记的被分析物引入微芯片液相色谱法器件；

施加压力流至所述微芯片液相色谱法器件，以使所述增强的化学发光标记的被分析物从样品中的另一种物质中分离出来；

检测来自所述增强的化学发光标记的被分析物的增强的化学发光响应；和

将所述增强的化学发光响应与校正曲线相比较来测定所述被分析物在样品中的浓度。

7. 权利要求6所述的方法，其中所述被分析物包括抗体、抗生素、抗原、细菌、碳水化合物、细胞、药物、酶、激素、外源凝集素、除草剂、类脂、离子、金属、杀虫剂、蛋白质、肽、核酸分子、孢子、毒素、病毒、金属氧化物、二氧化硅、磷酸盐、纳米粒子或其组合。

8. 权利要求6所述的方法，其中所述增强的化学发光标记包括吖啶化合物、氨基苯二酰一肼、荧光素酶、辣根过氧化酶、β-半乳糖苷酶荧光素异硫氰酸酯、Ru(bipy)₃ ²⁺、连苯三酚、量子点或其组合。

9. 权利要求6所述的方法，其中所述另一种物质包括另一种被分析物。

10. 权利要求6所述的方法，其中所述响应的检测由电荷耦合器件、相机、摄影机、硅光电池、光电倍增器管或其组合完成。

11. 一种传感器器件，包括：

一个增强的化学发光制备器件，用来使增强的化学发光标记结合到样品中的被分析物上；

一个联接于所述增强的化学发光制备器件的微芯片器件，用来接收来自增强的化学发光制备器件的样品并且将被分析物从样品中的另一种物质中分离出来；

一个联接于所述微芯片器件的检测器，用来检测来自与样品中被分析物结合的增强的化学发光标记的增强的化学发光响应；和

一个联接于所述检测器的分析器，用来测定样品中所述被分析物的浓度。

12. 权利要求11所述的传感器器件，其中所述微芯片器件包括微芯片毛细管电泳器件或微芯片液相色谱法器件。

13. 权利要求12所述的传感器器件，其中所述微芯片器件是微芯片毛细管电泳器件。

14.权利要求12所述的传感器器件，其中所述微芯片器件是微芯片液相色谱法器件。

15. 权利要求11所述的传感器器件，其中所述检测器包括电荷耦合器件、相机、摄影机、光电池、光电倍增器管或其组合。

16. 权利要求11所述的传感器器件，其中所述被分析物包括抗体、抗生素、抗原、细菌、碳水化合物、细胞、药物、酶、激素、外源凝集素、除草剂、类脂、离子、金属、杀虫剂、蛋白质、肽、核酸分子、孢子、毒素、病毒、金属氧化物、二氧化硅、磷酸盐、纳米粒子或其组合。

17. 权利要求11所述的传感器器件，其中所述增强的化学发光标记包括吖啶

化合物、氨基苯二酰一肼、荧光素酶、辣根过氧化酶、β-半乳糖苷酶荧光素异硫氰酸酯、Ru(bipy)₃ ²⁺、连苯三酚、量子点或其组合。

18. 权利要求11所述的传感器器件，其中所述另一种物质包括另一种被分析物。

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